用于监测井筒弯曲度的方法和设备技术

本公开描述了测量钻柱或工具串内的弯矩来识别所述钻柱内的偏转(或“狗腿”)。在一些系统中，所述弯矩多个应变计。在一些这样的系统中，所述应变计将以选定间距布置在所述工具串的圆周周围，在许多实例中布置在大体垂直于接近于所述应变计的所述钻柱的纵向轴线延伸的共同平面处。可以对所述弯矩进行进一步评估以提供对井筒弯曲度的量度。例如，可以利用所述弯矩来限定与所述确定的弯矩相关联的曲率半径，可以进一步使所述曲率半径与方向测量相关，以将方向施加至所述弯矩并且因此施加至任何给定位置处的所述弯曲度。在许多实例中，以上测量和确定将在钻井操作期间基本上实时地执行；并且所述测量和确定在一些情况下将用于在指出位置处执行补救措施。

Method and apparatus for monitoring wellbore curvature

This disclosure describes a measuring tool string in the drill string or to identify the drill deflection in the column (or \dogleg\). In some systems, the bending moment is measured by multiple strain gauges. In such systems, the strain gauge will be selected spacing around the circumference of the tool string, a common plane extending substantially perpendicular to the longitudinal axis is arranged in close to the strain gauge of the drill string in many instances. The bending moment may be further evaluated to provide a measure of wellbore curvature. For example, can use the moment to limit bending moment and the relative radius of curvature of the radius and the further direction of the curvature measurement, the direction is applied to the bending moment and thus applied to any given position of the bending. In many instances, the above measurements and determination will be performed in real time during drilling operations, and the measurements and determination will, in some cases, be used to perform remedial actions at the indicated locations.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监测井筒弯曲度的方法和设备优先权申请本申请要求于2014年11月10日提交的美国临时申请序列号62/077,758的权益，所述申请以引用的方式整体并入本文。专利技术背景本公开涉及随钻测量技术，并且更具体地说涉及用于测量工具串中的弯矩作为井筒弯曲度的指标，以及用于使用这类测量的弯矩的方法和设备。为了获得烃，诸如石油和天然气，通过使附接在钻柱末端处的钻头旋转来钻探钻孔。一部分当前钻井活动涉及定向钻井(例如，钻探偏转和/或水平钻孔)，以将井引向目标区并且提高地下地层的烃生产。现代定向钻井系统通常采用钻柱，所述钻柱具有井底组件(BHA)和位于所述井底组件末端处的钻头，所述钻头可以通过从地面使钻柱旋转，使用在井下布置在钻头附近的泥浆马达或泥浆马达和从地面使钻柱旋转的组合来旋转。BHA通常包括许多井下装置，所述井下装置被放置成非常接近于钻头并且被配置来测量与钻柱和钻头相关联的某些井下操作参数。这类装置典型地包括用于测量井下温度和压力的传感器、方位角和倾角测量装置和用于确定烃和水的存在的电阻率测量装置。被称为随钻测井(“LWD”)和随钻测量(“MWD”)工具的其他井下器械在钻井操作期间经常被附接至钻柱来确定地层地质状况和地层流体状况。钻孔通常大体沿着井方案中识别的预定所需路径来钻探，并且典型地延伸穿过多个不同的地层。在如此跟进井方案的过程中，为了对倾角或方位角作出调节且甚至为了使钻井维持处于大体线性路径，需要对钻探的井筒轨迹进行多次调节。因此，在井的钻探过程中，在对钻头导向和维持钻头的方向时可能存在多次调节，这会导致倾角和/或方位角的变化。虽然在井的钻探过程中进行的勘探测量可以指示之后可以与井方案比较的井筒的路径，但是这类勘探测量往往呈现对井筒路径的相对一般化的指示，并且会暗示比实际存在更平滑的井筒轮廓。例如，这类勘探测量提供有关井筒的螺旋、局部方向转变(即，偏转或“狗腿”)，或可以呈现工具串上大于如从常规勘探测量将显而易见的应变的大小的最少量的信息。这类螺旋或狗腿，或者其他形式的井筒弯曲对于钻井操作或井内的后续操作而言可能是有问题的。附图简述图1是根据本公开的实施方案的示例钻井系统的示意图。图2是根据本公开的一个或多个实施方案的示例井底组件的示意图。图3是穿过多个地下地层的一般化井筒的示意图。图4A-4B是在不同负载下如可能在示例井筒中测定的示例弯矩测量结果的图形表示；其中图4A将在张力下的示例的测定的弯矩与在钻井条件下(即，在压缩期间)的示例的测定的弯矩进行比较；并且其中图4B将随方向变化的，在张力下的示例的测定的弯矩与在钻井条件下的示例的测定的弯矩进行比较。图5是如从测量的弯矩确定的狗腿严重度与狗腿严重度的期望值的比较的图形展示。图6是从弯矩确定的示例狗腿严重度指数与如从勘探数据确定的狗腿严重度的比较的图形表示。图7是执行用于如本文所述监测井筒弯曲度的操作的示例方法的流程图。具体实施方式以下具体实施方式参照了附图，所述附图展示了选择来显示可以如何实施特定实施方案的实例的各种细节。本文的讨论涉及至少部分参照了这些附图的本专利技术主题的各种实例并且充分详细地描述了所展示的实施方案，以使本领域技术人员能够实践本专利技术。除了本文讨论的说明性实例之外，可以利用许多其他实施方案来实践本专利技术主题，并且在不脱离本专利技术主题的范围的情况下，可以进行除了本文具体讨论的替代方案之外的许多结构和操作改变。本公开描述了用于监测钻柱或工具串内的井筒弯曲(测量弯矩)的各种方法和设备。在一些示例实施方案中，将在选定的时间或深度区间内或基本上连续地监测工具串内的弯矩。在一些实例中，虽然可以基本上连续地测量弯矩，但是可以在选定的例如时间或深度周期内对所述弯矩一起求平均值，以便于进一步的分析。在这些实例的一些中，工具串内的弯矩将通过使用具有多个应变计的组件来测量。在许多这类实例中，应变计将以选定间距布置在工具串的圆周周围，在许多实例中布置在大体垂直于接近于应变计的钻柱的纵向轴线延伸的共同平面处。在一些实施方案中，使多个应变计在基本上同一个时间点上的测量结果相关以确定存在于钻柱上的弯矩。然而，在许多实例中，可以确定弯矩，将对所述弯矩进行进一步评估以提供对井筒弯曲度的量度。例如，可以在一些实例中利用弯矩来限定与所确定的弯矩相关联的曲率半径，可以进一步使所确定的曲率半径与可能提及的例如对井筒的高侧或低侧，和/或方位取向的方向测量相关，从而便于将方向施加至弯矩以及因此弯曲度。在许多实例中，以上测量和确定将在钻井操作期间基本上实时地执行。有关井筒偏转和/或弯曲度的确定可以用于在指出位置处执行补救措施。参照图1，示出了可以与本公开的一个或多个实施方案一起使用的示例性钻井系统100。钻孔通过使用钻井系统100在土地102中钻井来产生。钻井系统100被配置来驱动位于钻柱106的底部的井底组件(BHA)104从布置在地面110处的井架108延伸到土地102中。井架108包括用于降低和升高钻柱106的方钻杆112。BHA104包括钻头114和工具串116，所述工具串116因附接至钻柱106而可在钻探井筒118内轴向移动。在操作期间，钻头114设有足够的钻压(WOB)和钻头转矩(TOB)以穿透土地102，并且由此产生井筒118。BHA104在其前进到土地102中时还提供对钻头114的方向控制。所展示的示例BHA104可以包括一个或多个稳定器、泥浆马达和/或用于在钻井操作期间对钻头114的路径进行导向的其他部件，以便于产生与预定义井方案相一致的井筒。工具串116可以半永久地安装有各种测量工具(未示出)，诸如但不限于，随钻测量(MWD)和随钻测井(LWD)工具，所述测量工具被配置来对钻井条件进行井下测量。在其他实施方案中，测量工具如图1所示自容于工具串116内。如从以上讨论中显而易见的是，如本文使用的术语“工具串”包括钻柱以及其他形式的本领域中已知的工具串。钻井液或来自泥浆罐120的“泥浆”使用由邻近电源，诸如原动机或马达124供电的泥浆泵122而向井下泵运。将泥浆从泥浆罐120泵送穿过立管126，所述立管126将泥浆输送到钻柱106中并且将所述泥浆传送至钻头114。泥浆离开布置在钻头114中的一个或多个喷嘴，并且在此过程中冷却钻头114。在离开钻头114之后，泥浆经由井筒118与钻柱106之间限定的环空而循环回到地面110，并且在此过程中将钻井钻屑和碎屑返回到地面。钻屑和泥浆混合物穿过流动管线128而进入到振动器和任选的离心机(未示出)中，所述振动器和任选的离心机从泥浆分离大部分固体，诸如钻屑和细屑，并且再一次通过立管126而向井下返回净化过的泥浆。联接至BHA的遥测短节130经由泥浆脉冲遥测技术而将遥测数据传输到地面。遥测短节130中的发射器调整对钻井液流的阻力，以产生压力脉冲，所述压力脉冲以声速沿着流体流传播到地面。一个或多个压力换能器将压力信号转换成电信号以供信号数字转换器使用。应注意，存在其他形式的遥测技术，并且可以使用所述遥测技术来将信号从井下传送到数字转换器。这类遥测技术可以采用声学遥测技术、电磁遥测技术或经由有线钻杆实现的遥测技术。遥测信号的数字形式经由通信链路132而供应到处理单元134或一些其他形式的数据处理装置。在一些实例中，处理单元134(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过工具串来监测井筒弯曲度的方法，所述方法包括：当所述工具串处于所述井筒内的第一深度时，在所述工具串周围的多个位置处测量所述工具串的偏转；响应于所述测量的偏转而确定所述工具串上的第一弯矩；以及响应于所述确定的第一弯矩而确定对狗腿严重度的第一量度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.10 US 62/077,7581.一种通过工具串来监测井筒弯曲度的方法，所述方法包括：当所述工具串处于所述井筒内的第一深度时，在所述工具串周围的多个位置处测量所述工具串的偏转；响应于所述测量的偏转而确定所述工具串上的第一弯矩；以及响应于所述确定的第一弯矩而确定对狗腿严重度的第一量度。2.如权利要求1所述的方法，其还包括：当所述工具串处于所述井筒内的第二深度时，在所述工具串周围的多个位置处测量所述工具串的偏转；响应于所述第二深度处的所述测量的偏转而确定所述工具串上的第二弯矩；以及响应于所述确定的第二弯矩而确定对狗腿严重度的第二量度。3.如权利要求2所述的方法，其还包括参照对狗腿严重度的所述第一量度和所述第二量度，并参照预期狗腿严重度来确定狗腿严重度指数。4.如权利要求3所述的方法，其中在所述工具串周围的多个径向隔开的位置处测量所述工具串的所述偏转，其中所述位置设置在沿着所述工具串的基本上同一个深度处。5.如权利要求4所述的方法，其中测量偏转所处的所述工具串周围的所述多个径向隔开的位置包括沿着所述工具串的同一个深度处的至少三个位置。6.如权利要求2所述的方法，其还包括对所述井筒在所述井筒中的所述第一深度和所述第二深度处的所述偏转建立图形表示。7.一种通过工具串来监测井筒弯曲度的设备，所述设备包括：工具串，所述工具串具有多个应变计组，其中所述组在所述工具串中围绕工具的外围布置，其中每个应变计组包括至少两个应变计，所述至少两个应变计被布置来测量相对于至少两个垂直轴线的应变，并且其中所述应变计组相对于大体垂直于接近于所述应变计的位置的所述工具串延伸的共同平面对称地布置；一个或多个处理器，所述一个或多个处理器与携带指令的一个或多个机器可读介质通信，所述指令在被所述一个或多个处理器执行时共同地执行以下操作，所述操作包括：从所述多个应变计组中的应变计接收第一组测量结果，响应于第一组测量结果而确定所述工具串上的第一弯矩；以及响应于所述确定的第一弯矩而确定对狗腿严重度的第一量度。8.如权利要求7所述的设备，其中所述操作还包括：从所述多个应变计组中的应变计接收第二组测量结果，响应于所述第二组测量结果而确定所述工具串上的第二弯矩；以及响应于所述确定的第二弯矩而确定对狗腿严重度的第二量度。9.如权利要求8所述的设备，其中所述操作还包括至少部分基于对狗腿严重度的所述第一量度和所述第二量度来创建狗腿严重度指数。10.一种评估钻井操作的方法，所述方法包括：在井筒内的多个深度处测量工具串相对于第一轴线的...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·N·马兰，J·A·格林伍德，
申请(专利权)人：哈利伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国,US