[发明专利]用于套管厚度估算的方法和设备

说明书

背景

由钻孔钻凿和回扩钻进产生的套管磨损可能对钻孔套管、内衬和 立管的完整性具有影响。套管磨损可以归因于较大的钻头进尺、较高 的旋转小时以及钻柱与套管之间的增强接触力。由套管磨损产生的、 超过套管壁的容许限制的新月形凹槽可能损害套管完整性并且致使 在到达目标深度之前放弃孔洞。工具接头磨损也可能由钻柱与套管之 间的接触而产生。

附图简述

图1展示压抵工具接头的可变形套管的实施方案。

图2示出用于钻凿操作的预规划的方法的实施方案的流程图。

图3示出用于钻凿操作的实时分析的方法的实施方案的流程图。

图4示出用于钻凿操作的后规划的方法的实施方案的流程图。

图5展示可经过操作来执行套管厚度减小估算的系统的实施方 案的方框图。

图6示出缆绳系统实施形式。

图7示出钻凿系统实施形式。

详述

以下详细描述涉及附图，所述附图借助于图解且以非限制性的方 式来展示其中可以实践本发明的各种实施方案。充分详细地描述这些 实施方案以便使本领域技术人员能够实践这些和其他实施方案。可利 用其他实施方案，并且可对这些实施方案做出结构、逻辑和电性的改 变。各种实施方案并非必须互相排斥，因为一些实施方案可与一个或 多个其他实施方案进行组合而形成新的实施方案。因此，以下详细描 述不应以限制性意义来理解。

有时以新月形凹槽形式出现的套管磨损可能是由较大的钻头进 尺、较高的旋转小时和/或钻柱工具接头与套管之间的增强接触力而 产生。赫兹接触力学可以用来识别可能导致套管开始变形的负载条 件。

图1示出压抵可变形套管103的刚性钻柱工具接头101。在钻凿 操作期间，套管103可以从钻柱工具接头101呈现磨损105。

套管体积磨损的速率可以表示为：

其中：

r_tj＝工具接头的半径，

L＝工具接头的钻凿距离(ft)，并且

dr/dt＝相对于时间而言由于磨损而导致的半径变化速率。

如果δ表示由于磨损而磨掉的并且相对于时间而言有所差异的 套管厚度，那么t：

在将等式2代入等式1中之后，等式1变为：

等式3可以重新编排为：

给定以下等式：

将等式5代入等式4中得出：

假设磨损速率在整个套管上、在不同方位角度上都是均匀的，那 么可以假设不同角度位置上的磨损速率是与工具和套管之间的接触 点上的最大应力成正比。因此：

其中，k＝取决于套管材料和磨损系数的比例常量。

将等式7代入等式6中得出：

工具接头可以具有硬涂层以便防止关联钻杆接触井眼壁和导致 对工具接头的过度磨损。然而，硬涂层可能导致套管的磨损，所述磨 损通常称为“工具接头硬化带”。接触应力可以是工具接头几何形状、 工具接头硬化带的材料属性和/或作用在工具接头与套管之间的接触 力的函数。大量循环接触应力可能导致过度的套管磨损和工具接头磨 损。因此，物理退化可能在两个啮合表面上都会发生，但是可能在较 弱材料(例如，套管)中更为显著。

由于工具与套管之间的滑动速度，流体弹性动力效应可能出现在 可以改变应力分布的套管元件中。动态负载是可以改变工具与套管之 间的接触点上的应力的另一因素。此类动态负载可能在钻柱利用冲击 负载而不是静态负载来振动并接触套管时发生。

在使用经典赫兹方法的情况下，套管与工具接头之间的接触点上 的最大压缩应力可以表达为：

其中：

F_n＝基于钻柱的位置(例如，倾斜度、方位角)来计算的接触元件每 单位宽度上的正常负载，

ρ_c,ρ_tj＝套管和工具接头各自的曲率半径，

E_c,E_tj＝套管和工具接头各自的弹性模量，并且

ν_c,ν_tj＝套管和工具接头各自的泊松比。