[发明专利]井筒部件寿命监测系统

说明书

本发明提供一种井筒部件寿命监测系统。可通过在负荷正被施加至井筒中的部件时周期性地接收所述负荷的负荷值来监测井筒中的部件的寿命。当所述负荷正被施加至所述井筒中的所述部件时，由所述负荷引起的所述部件上的疲劳可至少部分基于所述周期性地接收的负荷值来周期性地确定。

技术领域

本公开涉及在井筒中使用的部件，例如，钻井部件。

背景

井筒钻探是在地面钻孔以用于提取一种或多种自然资源(例如，石油、盐水、天然气、地下水或其组合)的过程。也可钻探井筒以将流体从地面注入至地下储层或评价或监测地下地层。在井筒中使用的部件(例如，井筒钻探工具)可因为(例如)重复的负荷或振动或其组合而经受循环负荷。此类负荷可导致部件的疲劳、累积损伤，且最终导致故障。在井筒中使用的部件的寿命可取决于若干因素，包括：施加至部件的负荷、施加负荷的速率和持续时间、操作部件所在的地层的物理性质，和其它因素。知道施加至部件的负荷可使得能够监测部件上的疲劳和部件的寿命。

附图描述

图1说明连接至井筒部件寿命监测系统的井筒系统的实例。

图2说明用于监测图1的井筒中的部件的寿命的实例过程的流程图。

图3说明用于周期性地提供施加至图1的井筒中的部件的负荷的负荷值的实例过程的流程图。

图4说明图1的井筒部件寿命监测系统的实例计算机系统架构。

在各个附图中，相同的参考符号指示相同的元件。

详细描述

本公开涉及监测在井筒中操作(例如，用于钻探井筒)的部件的寿命。此类部件(例如，钻井工具)在井下操作时遇到负荷，例如钻压、扭矩、弯矩和其它负荷，且因此易具有由负荷引起的疲劳。知道部件的寿命对于操作工具的钻机操作员可以是有用的。可(例如)通过在实验室条件下执行耐久测试和将获得的数据与已知的现场数据进行比较来预期部件的寿命。举例来说，可使钻井工具在实验室条件下经受循环负荷。可基于针对过去已在其它井筒中使用的相同或基本上类似的工具确定和存储的性能和预期寿命来校准在实验室条件下计算钻井工具的疲劳的方法。

然而，部件经受负荷的条件与操作部件的现场条件(例如，井筒条件)可能不匹配。即使可模拟实验室条件以与现场条件匹配，但部件可能未必总是在模拟的现场条件下操作。举例来说，部件可在第一组现场条件下(诸如施加的负荷和施加负荷的时间)在第一井筒中操作，且稍后在第二组现场条件下在第二井筒中操作。第一井筒与第二井筒可能不同，从而导致第二组条件与第一组不同。因此，在实验室条件下的疲劳分析可能不是在不同井筒中使用的部件的寿命的准确预测值。

此外，在实验室条件下，可能难以或可能不可能在正将负荷施加至部件时确定部件的寿命的已因为施加至部件的负荷引起的疲劳而消耗的一部分。举例来说，可分析施加至用以钻探井筒的钻头的负荷以确定部件的寿命的在已钻探井筒且(举例来说)已将钻头从井筒移除之后已消耗的一部分。如果正在钻探井筒时寿命的已被消耗的该部分超过钻头的最大可用寿命，那么钻头可出现故障。而且，在钻井工作中的中途移除钻头来分析钻头的寿命在经济上并不总是可行的。无法或难以确定部件的寿命的已被消耗的和正在井筒中操作部件时剩下的部分可在部件出现故障时导致非生产时间且使替换部件的昂贵操作成为必要的。

本公开描述在实际现场条件(即，井筒条件)而不是模拟的实验室条件下监测井筒中的部件的寿命的技术。本公开还描述在正施加负荷时确定因为施加至部件的负荷引起的疲劳而消耗的部件的寿命的一部分的技术。一般来说，可实现此处描述的技术来确定可能遭受疲劳损伤的任何部件的疲劳。除了钻井工具之外，此类部件的实例可包括驱动轴、泥浆马达、旋转导向系统、具有外插件(即，通过外部钻探的端口)的地层评价(FE)环，和其它合适的部件。