井筒部件寿命监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开设及在井筒中使用的部件，例如，钻井部件。
[000引背景
[0003] 井筒钻探是在地面钻孔W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W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。
[0004] 附图描述
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 在各个附图中，相同的参考符号指示相同的元件。
[0010] 详细描述
[0011] 本公开设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W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。
[0012] 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W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。
[0013] 此外，在实验室条件下，可能难W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W钻探井筒的钻头的负荷W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W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。
[0014] 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（阳）环，和其 它合适的部件。
[0015] 如下文所描述，可周期性地记录施加至部件的实际负荷和施加负荷的时间。为了 执行疲劳分析，可提供负荷和时间作为疲劳模型的输入，疲劳模型可提供部件的预测寿命 作为输出。有时，部件在单个操作中可能达不到其预测寿命，运意味着部件可再用于一个或 多个额外操作。通过记录和提供负荷历史作为与累积损伤模型禪合的疲劳模型的输入，可 预测部件寿命作为基于条件的维护系统的一部分，在基于条件的维护系统中，可做出关于 在井下故障之前引退危险部件（例如，接近其预测寿命的部件）的决定。
[0016] 举例来说，技术操作员可知道将在井筒中操作的部件具有10%的剩余寿命。预期 寿命可基于给定负荷情况。在此实例中，预期寿命可W是最大指定操作负荷。如果用户知 道预期负荷小于最大指定值，那么可剩余寿命的10%w上。基于井筒条件和类似部件的过 去的历史，操作员可确定在井筒中操作部件将消耗部件的寿命的25%。基于此确定，操作员 可确定不使用该部件。或者，基于井筒条件和类似部件的过去的历史，操作员可确定在井筒 中操作部件将仅消耗部件的寿命的5%。基于此确定，操作员可确定使用该部件，即使部件 的寿命仅剩余10%。
[0017] 作为记录负荷的替代方案或除了记录负荷之外，可周期性地（例如，实时地）报告 负荷，从而使得能够像报告负荷一样经常地确定疲劳。此疲劳分析可允许钻机操作员确定 特定操作的负荷是否高于预期。可使用比较来提供早期警告W防止井下故障。总地来说， 此处描述的技术可（例如）通过基于周期性地执行的部件的疲劳分析而执行预定修理或更 换（或两者）来防止井下故障而将非生产时间减到最小。
[0018] 图1说明连接至井筒部件寿命监测系统102的井筒系统的实例。实例井筒系统可 包括井筒110,其从地面延伸至一个或多个地下区域中。可将携带部件（例如，钻井工具） 的工具串112插入至井筒110中。井筒110可连接至井筒部件寿命监测系统102,井筒部件 寿命监测系统102可如图1所示在井上（例如，在地面）或在井下实现。
[0019] 在一些实现方式中，监测系统102可W是计算机系统（例如，台式计算机、膝上型 计算机、平板计算机、智能电话、服务器计算机系统，或其它合适的计算机）。监测系统102 可包括存储计算机指令的计算机可读介质106,计算机指令可由数据处理装置104执行W 执行部件寿命监测操作，诸如此处描述的操作。在一些实现方式中，尽管负荷正被施加至井 筒中的部件，但监测系统102可周期性地接收负荷的负荷值。尽管负荷正被施加至井筒中 的部件，但监测系统102可至少部分基于周期性地接收的负荷值来周期性地确定由负荷引 起的部件上的疲劳。
[0020] 监测系统102可连接至连接至井筒110中的部件的负荷测量系统114。负荷测量 系统114可在负荷正被施加至部件时周期性地测量负荷的负荷值，且向监测系统102提供 负荷值。举例来说，负荷测量系统114可包括：应变仪118,其感测部件上的应变；和计算机 系统116,其接收应变仪118感测的应变且将应变变换为正被施加至部件的负荷的负荷值 (例如，钻压、扭矩、弯矩）。负荷测量系统114可类似地连接至设置在井筒112中任何地方 的其它应变仪或传感器（或两者）。计算机系统116可在井下（例如，在底部钻具组件处 或附近）或在井上（例如，在地面处或附近）实现。负荷测量系统114可测量和提供负荷， 使得监测系统102在部件正在井筒114中操作时周期性地接收负荷的负荷值。实例负荷 测量系统114是由哈里伯顿能源服务公司化alliburton化ergyServices,Inc.)供应的 DriiiDOC管工具（德克萨斯州，休斯顿）。
[0021] 监测系统102可连接至负荷存储系统120,其可存储施加至部件的负荷的负荷值 的过去的历史。负荷值的过去的历史可包括在与部件的当前操作不同的（例如，离散的） 部件的一个或多个先前操作期间测量的负荷值。举例来说，正在井筒112中操作的部件先 前可能已被操作用来钻探不同的井筒。当部件被操作W钻探不同的井筒时，负荷测量系统 114可