用于估计钻井工具磨损的模型制造技术

公开一种用于估计钻井工具的磨损的方法。所述方法包括：选择沿着地层的长度的第一增量距离。所述方法还包括：确定所述地层的沿着所述第一增量距离的第一特性。所述方法还包括：基于所述地层的所述第一特性和切削元件的第一操作条件导出所述钻井工具的第一部分磨损因数y1。所述方法还包括：基于所述第一部分磨损因数计算所述切削元件的第一磨损函数Wf1，以及基于所述第一磨损函数估计在钻井操作期间所述切削元件的磨损量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开大体上涉及钻井工具，并且更具体地说，涉及用于估计钻井工具的磨损的模型。背景各种类型的钻井工具已经用于在相关联的井下地层中形成井筒，所述钻井工具包括但不限于旋转钻头、扩孔器、岩心钻头、随钻扩孔器(under reamer)、打孔器、稳定器以及其他井下工具。此类旋转钻头的实例包括但不限于固定铣刀钻头、刮刀钻头、多晶金刚石复合(PDC)钻头以及与形成延伸通过一个或多个井下地层的油气井相关联的基体钻头。诸如PDC钻头的固定铣刀钻头可包括各自包括多个切削元件的多个刀片。在钻井工具用于典型钻探应用时，切削元件经历磨损。在切削元件磨损时，其变得不太有效并且具有较高的损坏可能性。切削元件磨损可能对机械钻速(ROP)具有显著影响。ROP对减少钻井操作期间的成本是重要的，因为ROP的增加会减少操作时间。ROP受若干变量的影响，所述变量包括：钻井工具类型、地质地层特性、钻井液性质、钻井工具操作条件、钻头液压以及钻井工具切削元件磨损。附图简述为了更完全地理解本专利技术及其特征与优点，现结合附图来参考以下描述，附图中：图1A示出钻井系统的示例性实施方案的正视图；图1B示出以常常用于建模或者设计固定铣刀钻头的方式向上定向的旋转钻头的等距图；图2示出示例性计算子系统；图3A和3B分别示出钻井工具上的切削元件的行进轨道的示意图和展开图；图4A和4B示出PDC切削元件和其倒锥体近似；图5示出用于对切削元件的预测磨损建模的方法的流程图；图6示出电缆实现方式的示例性实施方案；图7A示出伽马射线轮廓随来自钻井操作的钻井深度而变化的曲线图；图7B示出以下各项随钻井深度而变化的曲线图：来自所收集的现场数据的机械钻速(ROP)、来自不利用对钻头磨损的校正的模拟的ROP以及来自利用对钻头磨损的校正的模拟的ROP；图7C示出切削元件的模拟部分磨损因数随钻井深度而变化的曲线图。详述在地下操作期间，各种井下工具(例如，钻头、取心钻头、扩孔器和/或打孔器)可被下放到井筒中。井下工具可包括在地下操作期间磨损的切削元件。可通过使用分析模型以及在地下操作期间获得的实时数据来估计切削元件的磨损。对切削元件的磨损的估计可提供用于规划地下操作并预测切削元件的寿命的更准确估计。通过参考图1至7最好地理解本公开的实施方案和其优点，各图中相同编号用于指示相同和对应部分。图1A示出钻井系统的示例性实施方案的正视图。钻井系统100可包括井表面或井场106。诸如旋转台、钻井液泵和钻井液槽(未明确地示出)的各种类型的钻井装备可位于井表面或井场106。例如，井场106可包括钻机102，所述钻机102可具有与“陆地钻机”相关联的各种特性和特征。然而，并入有本公开的教导内容的井下钻井工具可令人满意地与位于海上平台、钻探船、半潜式装置和/或钻井驳船(未明确地示出)上的钻井装备一起使用。钻井系统100可包括与钻头101相关联的钻柱103，所述钻头101可用于形成广泛多种井筒或者井眼，诸如大体垂直井筒114a或大体水平井筒114b或者其组合。各种定向钻井技术和钻柱103的井底钻具组件(BHA)120的相关联部件可用于形成水平井筒114b。例如，横向力可在邻近开始位置113处施加给BHA 120以便形成从大体垂直井筒114a延伸的大体水平井筒114b。术语“定向钻井”可用于描述钻探井筒或者井筒的部分，所述井筒或者井筒的部分以相对于垂直的一个或多个所需角度。此类角度可大于与垂直井筒相关联的正常变化。定向钻井还可描述为钻探偏离垂直的井筒。术语“水平钻井”可用于包括在离垂直大约九十度(90°)的方向上钻探。BHA 120可由被配置来形成井筒114的广泛多种部件形成。例如，BHA 120的部件122a、122b以及122c可包括但不限于：钻头(例如，钻头101)、取心钻头、钻铤(drill collar)、旋转导向工具、定向钻井工具、井下钻井马达、扩孔器、打孔器或者稳定器。BHA 120中包括的部件122的数量和类型可取决于预期的井下钻井条件和将由钻柱103和旋转钻头101形成的井筒的类型。BHA 120还可包括各种类型的测井工具(未明确示出)和与井筒的定向钻井相关联的其他井下工具。此类测井工具和/或定向钻井工具的实例可包括但不限于：声学、中子、伽马射线、密度、孔隙率、声波、光电、核磁共振、旋转导向工具和/或任何其他可商购的井工具。井筒114可部分地由套管柱110限定，所述套管柱110可从井场106延伸到所选择的井下位置。如图1A所示，井筒114的不包括套管柱110的部分可被描述为“裸眼(open hole)”。各种类型的钻井液可从井表面106通过钻柱103泵送到附接的钻头101。钻井液可被引导来从钻柱103流到穿过旋转钻头101的相应喷嘴。钻井液可通过环108循环回到井表面106。在裸眼井中，环108可部分地由钻柱103的外径112和井筒114的内径118限定。在下套管井筒中，环108也可由钻柱103的外径112和套管柱110的内径111限定。内径118可被称为井筒114的“侧壁”。钻井系统100还可包括旋转钻头(“钻头”)101。如图1B中进一步详细论述的，钻头101可包括一个或多个刀片126，所述刀片126可从钻头101的旋转钻头体124的外部部分向外设置。旋转钻头体124可以是大体上圆柱形的，并且刀片126可以是从旋转钻头体124向外延伸的任何合适类型的突起。钻头101可在由方向箭头105限定的方向上相对于钻头旋转轴104旋转。刀片126可包括从每个刀片126的外部部分向外设置的一个或多个切削元件128。刀片126还可包括设置在刀片126上的一个或多个保径垫(未明确地示出)。钻头101可根据本公开的教导内容来设计和形成，并且可根据钻头101的特定应用而具有许多不同的设计、配置和/或尺寸。可对钻头101被建模来预测切削元件128在钻井期间的磨损以便允许更准确的机械钻速(ROP)计算。在一个实施方案中，磨损模型可将分析模型和实时数据分析的使用组合成单个建模方法。模型还可用于预测除了钻头101之外的钻井工具的磨损，所述钻井工具诸如扩孔器、随钻扩孔器、打孔器或者BHA 120上的任何切削结构。图1B示出以常常用于建模或者设计固定铣刀钻头的方式向上定向的旋转钻头的等距图。钻头101可以是各种类型的固定铣刀钻头中的任一种，包括可操作来形成延伸通过一个或多个井下地层的井筒114(如图1A中示出)的PDC钻头、刮刀钻头、基体钻头、钢体钻头和/或包括固定铣刀钻头和牙轮钻头的组合钻头。钻头101可根据本公开的教导内容来设计和形成，并且可根据钻头101的特定应用而具有许多不同的设计、配置和/或尺寸。钻头101可包括一个或多个刀片126a-126g(统称为刀片126)，所述刀片126a-126g可从旋转钻头体124的外部部分向外设置。旋转钻头体124可具有大体上圆柱形的主体，并且刀片126可以是从旋转钻头体124向外延伸的任何合适类型的突起。例如，刀片126的一部分可直接地或间接地联接到钻头主体124的外部部分，而刀片126的另一部分可远离钻头主体124的外部部分突出。根据本公开的教导内容形成的刀片126可具有广泛多种配置，包括但不限于大致上拱形、螺旋状、螺旋形、锥形、会聚式、发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于估计钻井工具上的切削元件的磨损的方法，所述方法包括：选择沿着地层的长度的第一增量距离；确定所述地层的沿着所述第一增量距离的第一特性；基于所述地层的所述第一特性和所述切削元件的第一操作条件导出钻井工具上的切削元件的第一部分磨损因数y1；基于所述第一部分磨损因数计算所述切削元件的第一磨损函数Wf1；以及基于所述第一磨损函数估计钻井操作期间所述切削元件的磨损量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.07 US 61/937,3471.一种用于估计钻井工具上的切削元件的磨损的方法，所述方法包括：选择沿着地层的长度的第一增量距离；确定所述地层的沿着所述第一增量距离的第一特性；基于所述地层的所述第一特性和所述切削元件的第一操作条件导出钻井工具上的切削元件的第一部分磨损因数y1；基于所述第一部分磨损因数计算所述切削元件的第一磨损函数Wf1；以及基于所述第一磨损函数估计钻井操作期间所述切削元件的磨损量。2.如权利要求1所述的方法，其还包括：选择沿着所述地层的所述长度的第二增量距离；确定所述地层的沿着所述第二增量距离的第二特性；基于所述地层的所述第二特性和所述切削元件的第二操作条件导出所述切削元件的第二部分磨损因数y2；基于所述第二部分磨损因数计算所述切削元件的第二磨损函数Wf2；以及基于所述第二磨损函数估计所述钻井操作期间所述切削元件的所述磨损量。3.如权利要求2所述的方法，其还包括：基于所述第一磨损函数和所述第二磨损函数预测所述钻井操作期间在由所述钻井工具钻探的所述地层的所述长度上所述切削元件的累积磨损体积。4.如权利要求3所述的方法，其还包括基于所述累积磨损体积选择所述钻井工具。5.如权利要求1所述的方法，其中所述钻井工具包括钻头和扩眼工具中的至少一个。6.如权利要求1所述的方法，其中利用伽马射线测井数据、声波测井数据、密度测井数据以及孔隙率测井数据中的至少一个确定所述地层的所述第一特性。7.如权利要求1所述的方法，其还包括基于所述第一部分磨损因数计算所述钻井工具的钻头钝级。8.如权利要求1所述的方法，其还包括基于所述第一磨损函数估计所述钻井操作期间所述钻井工具的机械钻速。9.一种非暂态机器可读介质，其包括存储在所述非暂态机器可读介质中的指令，所述指令可由一个或多个处理器执行来促进执行用于估计钻井工具上的切削元件的磨损的方法，所述方法包括：选择沿着地层的长度的第一增量距离；确定所述地层的沿着所述第一增量距离的第一特性；基于所述地层的所述第一特性和所述切削元件的第一操作条件导出钻井工具上的切削元件的第一部分磨损因数y1；基于所述第一部分磨损因数计算所述切削元件的第一磨损函数Wf1；以及基于所述第一磨损函数估计钻井操作期间所述切削元件的磨损量。10.如权利要求9所述的非暂态机器可读介质，所述方法还包括：选择沿着所述地层的所述长度的第二增量距离；确定所述地层的沿着所述第二增量距离的第二特性；基于所述地层的所述第二特性和所述切削元件的第二操作条件导出所述切削元件的第二部分磨损因数y2；基于所述第二部分磨损因数计算所述切削元件的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·塞缪尔，C·N·马兰德，刘正春，李冬，
申请(专利权)人：哈里伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国;US