CN105745394A - 使用石墨烯的井下管件的摩擦和磨损减少 - Google Patents

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Abstract

本说明书的主题可以被具体化为(除了其他方面外)一种方法，其包括：提供具有含内表面的孔的外部管状构件，将润滑剂层施加至所述外部管状构件的所述内表面的至少一部分，将所述外部管状构件定位在所述井筒的至少一部分中，提供包括具有外表面的内部构件的钻井总成，将润滑剂层施加至所述内部构件的所述外表面的至少一部分，将所述内部构件插入所述外部管状构件的所述孔中，通过所述钻井总成的所述孔来提供钻井液，使所述内部构件相对于所述外部构件旋转，测量在所述外部构件与所述内部构件之间的机械磨损的指标，确定所述所测得的指标超过预先确定的阈值水平，以及触发后续操作。

Description

使用石墨烯的井下管件的摩擦和磨损减少
技术领域
本文件一般描述了用于可定位在井筒中的设备的摩擦和磨损减少技术，更具体地说，描述了使用石墨烯作为润滑剂的摩擦和磨损减少技术。
背景
与来自地球的烃类的回收有关，通常使用多种不同的方法和设备来钻探井筒。根据一种常用方法，将牙轮钻头或固定切削刃钻头抵靠地下地层旋转来形成井筒。钻头通过附接到钻头的钻柱的旋转和/或通过由地下钻井马达赋予钻头的旋转力而在井筒中旋转，该地下钻井马达由钻井液沿着钻柱向下并穿过井下马达的流动来提供动力。
经常地，当正在钻井时，耦接的套管柱伸入井筒的开孔部分中，并通过在套管柱的外部与井筒壁之间的环空中的循环的水泥泥浆来用水泥胶结在适当的位置处。这通过本领域中已知的并且用于本领域中已知的钻井目的的方法来完成。随后井筒被钻得更深。当钻得更深时，旋转的钻柱与钻柱底部上的钻头一起延伸穿过套管柱的内部。钻柱包括在钻具接头处接合(即，螺纹连接)在一起的钻杆接头，并且由在表面处的钻机旋转。当旋转钻柱时，钻杆并且更具体地是钻具接头的较大的外径部分可以抵靠套管的内壁摩擦。
像所有移动机构一样，旋转的钻柱展现出可导致套管和钻柱中的任一个或两个的机械磨损的摩擦。由于需要克服摩擦阻力而增加的动力或者由于归因于磨损的总成的维护或修复，摩擦和机械磨损可致使钻探低效。
附图说明
图1是用于钻探井筒的示例性钻机的图。
图2是用于设置在井筒中的井下工具的摩擦和磨损减少技术的示例性过程的流程图。
图3是用于设置在井筒中的井下工具的摩擦和磨损减少技术的示例性后续操作的流程图。
图4是为井下工具施加润滑剂的示例性过程的流程图。
详细描述
图1是用于钻探井筒12的示例性钻机10的图。钻机10包括由通常定位在地球表面18上的井架16所支撑的钻柱14。井筒12至少部分地由套管34加衬。钻柱14穿过套管34中的孔从井架16延伸到井筒12中。钻柱14的下端部分包括至少一个钻铤20，并且在一些实现方式中包括以地下钻井液为动力的马达22和钻头24。钻头24可以是固定切削刃钻头、牙轮钻头或适合于钻探井筒的任何其他类型的钻头。钻井液供应系统26使钻井液(通常称为“钻井泥浆”)向下循环通过钻柱14的孔，用于通过钻头24或在其附近进行排放以有助于钻井操作。钻井液随后通过在井筒12与钻柱14之间形成的环空28朝向表面18流回。可通过使用转盘或顶部驱动来旋转钻柱14(并且因此旋转钻头24)和/或通过利用由循环的钻井液供应给地下马达22的旋转动力来旋转钻头而对井筒12进行钻探。
为了减少在钻柱14与套管34之间的摩擦的量，将润滑剂层60施加至钻柱14的外表面19，并将润滑剂层62施加至套管34的孔的内表面21。在一些实施方案中，润滑剂层60、62可以是石墨烯层。
在一些实施方案中，可将石墨烯施加至套管34的内表面21和钻柱14的外表面19，以形成润滑剂层60、62。例如，可将呈粉末形式的石墨烯喷洒、喷砂、粉末涂覆或以其他方式施加至套管34和钻柱14。在另一个实例中，套管34和钻柱14可与固体石墨相接触(例如，摩擦)，以留下石墨烯层作为润滑剂层60、62。在一些实施方案中，可将石墨烯悬浮在液体(例如，乙醇)中以形成石墨烯悬浮液，并且可将悬浮液喷涂到套管34的内表面和钻柱14的外表面19上，以形成润滑剂层60、62。例如，石墨烯悬浮液可使用可商购获得的气动喷涂机或无气喷涂机来进行喷涂。
在一些实现方式中，包含分散在乙醇中的石墨烯单层薄片的具有重量浓度为1mg/L的石墨烯的可商购获得的经溶液处理的石墨烯(SPG)可以在钻井操作开始的时候被用在套管34、衬管和立管的内壁上，和/或用在钻柱14的外表面19上。可以使用任何合适的可商购获得的喷涂或喷洒系统来将SPG喷涂或喷洒在指定的钢表面上。
在一些实现方式中，石墨烯能够提供改进的摩擦学性能，并且将石墨烯施加在接触的井下表面上可以减少摩擦和磨损。在一些实现方式中，在井下的套管34与钻柱14之间的接触可磨损润滑剂层60、62，并且可提供润滑剂涂层(例如，石墨烯)的补给。当将钻杆、钻铤、底孔总成或其他井下工具从井筒12中起出时，可以通过将经溶液处理的石墨烯喷洒在钻杆、钻铤、底孔总成或其他井下工具上来重新施加润滑剂层60、62，以使得可建立新的涂层。在一些实现方式中，经溶液处理的石墨烯可在连续的基础上被添加至循环的钻井液，以有助于在井下补充磨损的石墨烯涂层。
在一些实现方式中，保护的石墨烯层的施加能够在旋转操作期间减小摩擦系数，并且在起出期间或在滑动钻井期间减少滑动摩擦。在一些实现方式中，保护的石墨烯层的施加还能够在钻井操作期间减少套管34的内表面21上的磨损、钻柱14上的磨损以及底孔总成工具的机械磨损。在一些实现方式中，石墨烯的施加能够改进井筒完整性和井下工具/管件(例如，随钻测量工具、随钻测井工具、稳定器叶片、连接接头、钻头、齿、旋转可转向系统、钻杆、重型钻杆、钻铤)的使用寿命。
监测器70测量在钻柱14与套管34之间的机械磨损的指标。在一些实现方式中，监测器70可测量悬浮在钻井液中并对应于钻柱14和套管34中的至少一个的一种或多种预先确定材料的浓度。例如，钻柱14和套管34可由已知的材料(例如，钢、铁、铝、陶瓷)构造，并且监测器70可以被配置来检测和测量从井下部件磨损掉的并悬浮在从井下流至表面的钻井液中的已知材料的量。这种已知材料的浓度可随时间变化来测量，以估计沿着钻柱14和套管34已发生的磨损的量。
在一些实现方式中，监测器70可测量在钻柱14与套管34之间形成的转矩的量。例如，在钻柱14与套管34之间形成的转矩的量可以被用来估计沿着钻柱14与套管34已发生的磨损的量，和/或估计在它们之间作用的井下摩擦力。
在一些实现方式中，监测器70可指示钻柱14和/或套管34的一个或多个机械尺寸。例如，钻柱14可以以初始外径开始其使用寿命，初始外径随着摩擦和机械磨损侵蚀掉钻柱14的外表面而逐渐地缩小。在另一个实例中，套管34可以以初始内径开始其使用寿命，初始内径随着摩擦和机械磨损侵蚀掉套管34的内表面而逐渐地增大。监测器70可以被配置来测量钻柱14和/或套管34的这些和/或其他机械尺寸，以确定沿着钻柱14和/或套管34已发生的磨损的量。
在一些示例性钻井操作中，套管34、衬管或立管可根据钻井程序伸入井筒12中。钻柱14可下入到井筒12中以钻井。套管中的井下磨损可由监测器70通过试运行测井(例如，超声波成像仪测井、井径测井)以测量套管14的内径来进行监测。基于测井读数，可使用磨损模型来估计套管磨损体积的百分比。在一些实例中，如果套管磨损体积的百分比超过公差量，例如20％，那么就可采取减轻这种磨损的步骤。这种步骤可以涉及将可商购获得的SPG添加至循环钻井液，以使得其能够补充润滑层60、62。然而，在钻井程序允许的实例中，可将钻柱14起出以将SPG重新施加在外表面19上来进一步减轻磨损。
在一些实现方式中，套管磨损可通过在视觉上或使用任何其他适当的检查技术针对钢屑检查钻井液来进行监测或估计。例如，所收集的钢屑可以被用来估计套管磨损体积，并且如果其超过容差，那么就可以采取减轻步骤。在这种实例中，如果SPG的施加并未示出在井筒套管磨损上的任何改进，那么就可增加SPG溶液中的石墨烯的浓度。
图2是用于设置在井筒中的井下工具(诸如图1的描述中所讨论的那些工具)的摩擦和磨损减少技术的示例性过程200的流程图。尽管为方便起见按顺序进行描绘，但是示出的动作中的至少一些可以以不同的顺序执行和/或并行执行。此外，一些实施方案可仅仅执行示出的动作中的一些。在一些实施方案中，图2的操作以及本文描述的其他操作可以被实现为存储在计算机可读存储介质中并由处理器执行的指令。
过程200由提供具有含内表面的孔的外部管状构件(方框205)开始。例如，图1的套管34具有沿着孔的内表面21。将第一润滑剂层施加至外部管状构件的内表面的至少一部分(方框210)。例如，可将石墨烯层作为层62施加(例如，喷涂、喷洒、摩擦)在内表面21上。随后将外部管状构件定位在井筒的至少一部分中(方框215)。例如，可将套管34放置在井筒12中。
过程200通过提供包括具有外表面的内部构件的钻井总成而继续，所述内部构件具有与外部构件的中心纵向轴线对齐的中心纵向轴线(方框220)。例如，可提供钻柱14，并且钻柱14具有外表面19。将第二润滑剂层施加至内部构件的外表面的至少一部分(方框225)，并且将内部构件插入到外部管状构件的孔中(方框230)。例如，可将石墨烯层作为润滑剂层60施加(例如，喷涂、喷洒、摩擦)在外表面19上，并且随后可将钻柱19插入到套管34的孔中。
通过钻井总成的孔来提供钻井液(方框235)。例如，在方框235中的常规钻井操作中，钻井液可通过钻柱的孔来循环，并且通过钻柱与套管之间的环空返回至表面处。
测量在外部构件与内部构件之间的机械磨损和摩擦中的至少一个的指标(方框245)。例如，可将监测器70用来测量在钻柱14与套管34之间的机械磨损的指标。如果确定(方框250)测得的指标未超过预先确定的阈值水平，那么则响应于该确定而不触发后续动作(方框255)。如果确定(方框250)测得的指标已超过预先确定的阈值水平，那么则响应于确定所测得的指标超过预先确定的阈值水平而触发后续操作(方框260)。
在一些实施方案中，所测得的指标可以是悬浮在钻井液中并且对应于外部构件和内部构件中的至少一个的一种或多种预先确定材料的浓度。例如，随着钻柱14和套管34的磨损，用来构造钻柱14和套管34的一些材料可能会被磨损掉并进入钻井液中。在一些实例中，可使所磨损的材料悬浮在钻井液中。在一些实例中，可将所磨损的材料与钻井液混合。在一些实例中，所磨损的材料可以与钻井液的一种或多种化合物或成分发生化学相互作用。当钻井液再循环回到表面处时，其所磨损的材料或证据也被携带到表面处。在一些实施方案中，可将监测器70配置来检测其所磨损的材料或证据，例如通过使用磁强计、质谱仪、试剂测试或者用于检测由钻井液所携带的材料的任何其他合适的技术。在一些实现方式中，当在钻井液中检测到预先确定量的材料时，可触发后续操作。例如，可将石墨烯添加至钻井液或者可通过将钻柱14起出来将石墨烯重新施加至钻柱14。
在一些实施方案中，所测得的指标可以是在内部构件与外部构件之间形成的转矩的测定量。例如，监测器70可测量在钻柱14与套管34之间形成的转矩的量。可将所测得的转矩用来确定在钻柱14与套管34之间的摩擦的量，和/或可将其用作针对钻柱14和套管34的磨损量的指标。在一些实现方式中，当测得预先确定量的转矩时，可触发后续操作。例如，可将石墨烯添加至钻井液或者可通过将钻柱14起出来将石墨烯重新施加至钻柱14。
在一些实施方案中，所测得的指标可以是外部构件和内部构件中的至少一个的一个或多个机械尺寸。例如，监测器70或人类操作员可使用卡尺、量规或其他合适的装置来测量套管34的内表面21和/或钻柱14的外表面19的物理尺寸。在操作中，随着钻柱14和套管34的磨损，内表面21的尺寸通常可增加(例如，套管34内的孔可以逐渐地变大)和/或外表面19的尺寸可减少(例如，钻柱14可受到侵蚀)。在一些实现方式中，当检测到预先确定量的磨损时，可触发后续操作。例如，可将石墨烯添加至钻井液或者可通过将钻柱14起出来将石墨烯重新施加至钻柱14。
在一些实现方式中，可监测钻井参数(诸如转矩、起吊载荷以及钻压)来估计作用在钻柱上的井下摩擦。例如，如果钻柱在钻井活动期间经受比正常情况高20％的转矩，那么就应采取减轻井下摩擦的步骤。如上文所述，减少摩擦的步骤可包括将SPG添加至循环钻井液或者(如果可适用于钻井程序中)将钻柱起出以将SPG重新施加在外表面上。在另一个实例中，如果钻机在其额定转矩容量附近进行工作，那么则可将钻柱起出以将SPG重新施加在其外壁上。
监测井下摩擦的另一种示例性方法可包括使用合适的模型来估计摩擦系数。例如，在下套管井段中高于0.5的摩擦系数可表明应将钻柱起出以重新施加SPG。可通过在SPG溶液中使用相对较高浓度的石墨烯来解决甚至更高值的摩擦系数，例如0.8或0.9。如果在SPG中使用的所选浓度的石墨烯并不能有助于减轻井下摩擦，那么则可进一步增加SPG中的石墨烯的浓度。
在各种实现方式中，可通过视觉上的检查或者通过使用任何其他合适的检查技术来监测在钻柱14上的包括钻杆本体、工具接头以及底孔总成中的任何其他部件上的磨损，以当在钻井操作期间将钻柱14起出时来分析钻柱14上的磨损。在一些实现方式中，测量钻杆或底孔总成中的任何部件的壁厚可以是用来确定钻柱14中的磨损的一种技术。例如，壁厚的5％或更大的减少可指示对于在外表面19上重新施加SPG的需要。此外，可选择钻柱上由于井下摩擦而显示出光泽和磨损的区域来用于重新施加SPG溶液，以补充石墨烯的磨损掉的层来减轻摩擦。
图3是用于设置在井筒中的井下工具的摩擦和磨损减少技术的示例性后续操作300的流程图。在一些实现方式中，后续操作300可以是在图2的方框260中所触发的后续操作。
操作300由从孔中抽出内部构件(方框305)开始。例如，可将图1的钻柱14从套管34中抽出。随后，将润滑剂层施加至外表面(方框310)并将内部构件重新插入孔中。例如，可将石墨烯层重新施加(例如，喷涂、喷洒、摩擦)在外表面19上，并且随后可将钻柱14重新插入套管34中。
在另一种实现方式中，在图2的方框360中所触发的后续操作可包括增加悬浮在钻井液中的石墨烯的浓度。例如，当监测器70确定摩擦或磨损的指示已超过预先确定的阈值时，监测器70可将应将一种或多种润滑剂(诸如石墨烯)添加至被向井下泵送以将润滑剂携带至内表面21和/或外表面19的钻井液的信号作为指标传输给另外的设备或人类操作员。
图4是对井下工具(诸如图1中所描述的那些井下工具)施加润滑剂的示例性过程400的流程图。可以通过使用任何合适的可商购获得的喷涂或喷洒系统将SPG喷涂或喷洒在指定的钢表面上，来将分散于乙醇中的石墨烯单层薄片施加在钢表面上。这种包含石墨烯的乙醇溶液在钢表面上的施加以及液体乙醇部分的进一步蒸发会在钢表面上留下几层石墨烯。在一些实现方式中，如在下文的过程400的描述中所解释的，可基于现场测量和/或对井下摩擦和磨损参数的估计来完成喷涂的SPG的重新施加。
过程400在井场处的任何合适的油井或气井的钻探期间在方框401中开始。可将石墨烯的润滑剂层施加至在钻井操作期间所使用的管件，例如套管、衬管、立管以及包括底孔设备(BHA)的钻柱。在方框402处，套管、衬管和立管用在任何合适的钻井操作中，并且可经历与在它们的内壁上的钻柱的接触。在方框404处，将SPG喷涂在伸入用于钻探井的套管、衬管和立管的内壁以及外壁上。内壁在钻井操作期间可接触到钻柱的外部本体，并且因而可将石墨烯用来减少磨损和摩擦。当将新的套件伸入来进行安装时，外壁可以接触到在井中先前伸入的套管、衬管和立管的内壁。在这种示例性情况中，石墨烯能够帮助减少在伸入的套管的外部本体与先前安装的套管的内部本体之间的摩擦和磨损。
在方框405处，在将SPG溶液施加在内壁和外壁上之后，将套管、衬管和立管伸入孔中。在方框408处，使用卡尺或如工业中所实践的其他技术来测量或估计井下套管、衬管和立管磨损。
在方框411处，将井下摩擦和磨损的测量值和估计值与为操作所设置的预先确定的容差限度进行比较。如果未超过预先确定的容差限度，那么在方框414处，钻井操作继续例如直到达到目标深度。如果在方框411处已达到预先确定的容差限度，那么则可将SPG添加至循环钻井液，以补充由于井下接触已磨损掉的石墨烯层。在添加SPG之后，在方框414处可继续进行钻探直到目标深度。可以完成对摩擦和磨损的进一步监测来确定添加SPG的有效性。在一些实现方式中，如果在方框411处已达到预先确定的容差限度，那么在方框413处就可将钻柱起出，来补充由于井下接触已磨损掉的石墨烯层。在起出之后，在方框406中，可将SPG再次喷涂在钻柱的外壁上，以补充石墨烯层。在方框407中，可将钻柱随后下入，以继续进行钻井操作。在一些实现方式中，方框412和方框413的操作可以单独地或一起进行，以减少井下摩擦和磨损。
如果在方框415处需要将起出作为钻井操作的部分(例如来改变钻头或BHA或者由于任何其他操作原因)，那么则在方框416处测量或估计钻柱上的磨损。如果在方框415处不需要将钻柱起出，那么则完成对钻井参数和磨损的另外的监测同时继续向前钻探至目标深度。
现参考方框403，将包括BHA的钻柱用在任何合适的钻井操作中来达到目标深度。在钻井操作期间，钻柱的外壁可经历与套管、衬管和立管的内壁的接触。为了减少由于这种接触产生的摩擦和磨损，在方框406处，在将钻柱在方框407处下入井筒中之前，将SPG喷涂在包括BHA的钻柱的外壁上。
随着钻井操作朝向目标深度前进，在方框409处监测钻井参数，以确定通过进一步采取润滑钻柱表面的步骤后是否能够改进钻井操作的效率和/或是否能够减少井下摩擦和磨损。在方框410处，使用工业中已知的技术来估计在立管与下套管井段中所经历的(例如，归因于与钻柱的外壁的接触的)井下摩擦。
在方框411处，将井下摩擦和磨损的测量值和估计值与为操作所设置的预先确定的容差限度进行比较。如果未超过预先确定的容差限度，那么在方框414处，钻井操作继续。如果在方框411处已达到预先确定的容差限度，那么则在方框413处将钻柱起出，来补充由于井下接触已磨损掉的石墨烯层。在起出之后，在方框406中将SPG再次喷涂在钻柱的外壁上，以补充石墨烯层。在方框407中，将钻柱随后下入，以继续进行钻井操作。在一些实现方式中，如果在方框411处已达到预先确定的容差限度，那么则可将SPG添加至循环钻井液，以补充由于井下接触已磨损掉的石墨烯层。在添加SPG之后，在方框414处可继续进行钻探直到目标深度。在一些实现方式中，方框412和方框413的操作可以单独地或一起进行，以减少井下摩擦和磨损。
如果在方框415处确定不需要将钻柱起出，那么则在方框409处再次监测钻井参数。如果在方框415处确定需要将钻柱抽出，那么在方框416处测量或估算在钻柱上的磨损。如果在方框417处确定了在钻柱上所测得的磨损高于预先确定的容差限度，那么则在方框406处将SPG喷涂在钻柱的外壁上，以补充磨损掉的石墨烯层。如果所测得的磨损在预先确定的容差限度内，那么则在方框407中将钻柱送回以继续钻井操作，例如来达到目标深度。
尽管在上文已经详细描述了少数实现方式，但是其他修改也是可能的。例如，图中所描绘的逻辑流程并不要求以所示的特定顺序或连续顺序来达到期望的结果。另外，可提供其他步骤或可从所描述的流程中删除步骤，并且可将其他部件添加到所描述的系统或从其中移除。因此，其他实现方式也在所附权利要求书的范围内。

Claims (22)

1.一种减少可定位在井筒中的钻井设备的摩擦的方法，所述方法包括：
提供具有含内表面的孔的外部管状构件；
将第一润滑剂层施加至所述外部管状构件的所述内表面的至少一部分；
将所述外部管状构件定位在所述井筒的至少一部分中；
提供包括具有外表面的内部构件的钻井总成，所述内部构件具有与所述外部构件的中心纵向轴线对齐的中心纵向轴线；
将第二润滑剂层施加至所述内部构件的所述外表面的至少一部分；
将所述内部构件插入所述外部管状构件的所述孔中；
通过所述钻井总成的所述孔来提供钻井液；
使所述内部构件相对于所述外部构件旋转；
测量在所述外部构件与所述内部构件之间的机械磨损和摩擦中的至少一个的指标；
确定所述所测得的指标超过预先确定的阈值水平；以及
响应于确定所述所测得的指标超过所述预先确定的阈值水平来触发后续操作。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一润滑剂层和所述第二润滑剂层中的至少一个包括石墨烯。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述外部管状构件是管状套管、衬管或立管，并且所述内部构件是钻井管件或钻井工具。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述指标是悬浮在所述钻井液中并且对应于所述外部构件与所述内部构件中的至少一个的一种或多种预先确定材料的浓度。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述指标指示在所述内部构件与所述外部构件之间形成的转矩的量。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述指标指示所述外部构件与所述内部构件中的至少一个的一个或多个机械尺寸。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述后续操作引起所述所测得的指标落到所述预先确定的阈值水平之下。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述后续操作包括增加悬浮在所述钻井液中的石墨烯的浓度。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述后续操作包括：
从所述孔抽出所述内部构件；
将第三润滑剂层施加至所述外表面；以及
将所述内部构件重新插入所述孔中。
10.如权利要求1所述的方法，其中将第一润滑剂层施加至所述内表面和将第二润滑剂层施加至所述外表面中的至少一个包括：
使石墨烯悬浮在液体中以形成石墨烯悬浮液；以及
将所述悬浮液施加至所述内表面和所述外表面中的至少一个。
11.如权利要求1所述的方法，其中将第一润滑剂层施加至所述内表面和将第二润滑剂层施加至所述外表面中的至少一个包括：
将石墨烯施加至所述内表面和所述外表面中的至少一个。
12.一种用于减少可定位在井筒中的钻柱的摩擦的系统，所述井筒包括具有含内表面的孔的外部管状构件的至少一部分以及施加至所述外部管状构件的所述内表面的至少一部分的第一润滑剂层；所述系统包括：
钻井总成，其包括：
内部构件，所述内部构件具有外表面和在所述外表面上的第二润滑剂层，所述内部构件具有与所述外部构件的中心纵向轴线对齐的中心纵向轴线，并且所述内部构件可插入所述外部构件的所述孔内；
机械磨损监测器，所述机械磨损监测器被配置来执行包括以下的操作：
测量在所述外部构件与所述内部构件之间的机械磨损和摩擦中的至少一个的指标；
确定所述所测得的指标超过预先确定的阈值水平；以及
响应于确定所述所测得的指标超过所述预先确定的阈值水平来触发后续操作。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述第一润滑剂层和所述第二润滑剂层中的至少一个包括石墨烯。
14.如权利要求12所述的系统，其中所述外部管状构件是管状套管、衬管或立管，并且所述内部构件是钻井管件或钻井工具。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述机械磨损监测器包括传感器，所述传感器具有响应于悬浮在所述钻井液中并且对应于所述外部构件与所述内部构件中的至少一个的一种或多种预先确定材料的所检测浓度而变化的输出，并且其中所述指标是基于所述输出。
16.如权利要求12所述的系统，其中所述机械磨损监测器包括传感器，所述传感器具有响应于在所述内部构件与所述外部构件之间形成的转矩的所检测量而变化的输出，并且其中所述指标是基于所述输出。
17.如权利要求12所述的系统，其中所述机械磨损监测器包括传感器，所述传感器具有响应于所述外部构件与所述内部构件中的至少一个的所检测的一个或多个机械尺寸而变化的输出，并且其中所述指标是基于所述输出。
18.如权利要求12所述的系统，其中所述后续操作引起所述所测得的指标落到所述预先确定的阈值水平之下。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述后续操作包括增加悬浮在所述钻井液中的石墨烯的浓度。
20.如权利要求18所述的系统，其中所述后续操作包括：
从所述孔抽出所述内部构件；
将第三润滑剂层施加至所述外表面；以及
将所述内部构件重新插入所述孔中。
21.如权利要求12所述的系统，其中将第一润滑剂层施加至所述内表面和将第二润滑剂层施加至所述外表面中的至少一个包括：
使石墨烯悬浮在液体中以形成石墨烯悬浮液；以及
将所述悬浮液施加至所述内表面和所述外表面中的至少一个。
22.如权利要求12所述的系统，其中将第一润滑剂层施加至所述内表面和将第二润滑剂层施加至所述外表面中的至少一个包括：
将石墨烯施加至所述内表面和所述外表面中的至少一个。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114437674A (zh) * 2020-10-20 2022-05-06 中国石油化工股份有限公司 一种两亲Janus石墨粒子及其制备方法和应用

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2013405936B2 (en) * 2013-11-21 2017-04-13 Halliburton Energy Services, Inc. Friction and wear reduction of downhole tubulars using graphene
WO2015130406A1 (en) * 2014-02-28 2015-09-03 Landmark Graphics Corporation Estimation and monitoring of casing wear during a drilling operation using casing wear maps
WO2015152961A1 (en) * 2014-04-02 2015-10-08 Landmark Graphics Corporation Estimating casing wear using models incorporating bending stiffness
WO2016022337A1 (en) * 2014-08-04 2016-02-11 Landmark Graphics Corporation Modeling casing/riser wear and friction factor using discrete inversion techniques
AU2014406120B2 (en) 2014-09-08 2018-03-15 Landmark Graphics Corporation Adjusting survey points post-casing for improved wear estimation
AU2015397955A1 (en) * 2015-06-12 2017-11-09 Landmark Graphics Corporation Estimating casing wear due to drill string reciprocation
WO2016200397A1 (en) * 2015-06-12 2016-12-15 Landmark Graphics Corporation Estimating casing wear during drilling using multiple wear factors along the drill string
CN105567178A (zh) * 2016-01-29 2016-05-11 成都碳原时代科技有限公司 一种钻井液用石墨烯润滑剂的制备方法
CN105733523A (zh) * 2016-01-29 2016-07-06 成都碳原时代科技有限公司 一种钻井液用石墨烯润滑剂
US20190195049A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-27 Baker Hughes, A Ge Company, Llc System and method for guiding a tubular along a borehole

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1051607A (zh) * 1989-11-08 1991-05-22 哈利伯顿公司 油气井的完井方法和完井系统
US20080223572A1 (en) * 2000-06-09 2008-09-18 Tesco Corporation Method for drilling and casing a wellbore with a pump down cement float
WO2008142409A1 (en) * 2007-05-24 2008-11-27 Specialised Petroleum Services Group Limited Downhole flow control tool and method
CN101680278A (zh) * 2007-05-15 2010-03-24 国际壳牌研究有限公司 用于钻探井孔的系统
WO2013060847A1 (en) * 2011-10-28 2013-05-02 Welltec A/S Inflow control device

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5069297A (en) * 1990-01-24 1991-12-03 Rudolph E. Krueger, Inc. Drill pipe/casing protector and method
SU1752917A1 (ru) * 1990-02-05 1992-08-07 Ивано-Франковский Институт Нефти И Газа Замковое соединение бурильных труб
US20030075340A1 (en) 2001-10-23 2003-04-24 Khai Tran Lubricant for use in a wellbore
US7052736B2 (en) * 2002-06-11 2006-05-30 Southwest Research Institute Method for depositing coatings on the interior surfaces of tubular structures
NO326223B1 (no) * 2003-10-29 2008-10-20 Weatherford Lamb Apparat og fremgangsmate for a redusere borevibrasjon ved boring med fôringsror
US7604049B2 (en) 2005-12-16 2009-10-20 Schlumberger Technology Corporation Polymeric composites, oilfield elements comprising same, and methods of using same in oilfield applications
BRPI0708919A2 (pt) * 2006-03-27 2011-06-14 Key Energy Services Inc mÉtodo e sistema para interpretar dados de tubulaÇço
US20090038858A1 (en) 2007-08-06 2009-02-12 Smith International, Inc. Use of nanosized particulates and fibers in elastomer seals for improved performance metrics for roller cone bits
GB2469403B (en) * 2008-01-02 2012-10-17 Pine Tree Gas Llc Slim-hole parasite string
WO2009089391A2 (en) 2008-01-08 2009-07-16 William Marsh Rice University Graphene compositons and drilling fluids derived therefrom
US8261841B2 (en) 2009-02-17 2012-09-11 Exxonmobil Research And Engineering Company Coated oil and gas well production devices
JP5626948B2 (ja) 2008-10-08 2014-11-19 独立行政法人物質・材料研究機構 グラフェン被覆部材の製造方法
US8561707B2 (en) * 2009-08-18 2013-10-22 Exxonmobil Research And Engineering Company Ultra-low friction coatings for drill stem assemblies
US8590627B2 (en) * 2010-02-22 2013-11-26 Exxonmobil Research And Engineering Company Coated sleeved oil and gas well production devices
CA3013298C (en) * 2010-04-12 2020-06-30 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Methods and systems for drilling
US20120245058A1 (en) 2011-03-22 2012-09-27 Baker Hughes Incorporated Graphene-Containing Fluids for Oil and Gas Exploration and Production
US8919461B2 (en) 2010-07-21 2014-12-30 Baker Hughes Incorporated Well tool having a nanoparticle reinforced metallic coating
US20120024632A1 (en) 2010-07-27 2012-02-02 Baker Hughes Incorporated Downhole seal and method of lubricating a downhole tool
SG190028A1 (en) 2010-10-29 2013-06-28 Baker Hughes Inc Graphene-coated diamond particles, compositions and intermediate structures comprising same, and methods of forming graphene-coated diamond particles and polycrystalline compacts
US8720570B2 (en) 2011-02-04 2014-05-13 Baker Hughes Incorporated Method of corrosion mitigation using nanoparticle additives
US8431192B2 (en) 2011-07-07 2013-04-30 Baker Hughes Incorporated Methods of forming protecting coatings on substrate surfaces
US9085942B2 (en) * 2011-10-21 2015-07-21 Weatherford Technology Holdings, Llc Repaired wear and buckle resistant drill pipe and related methods
EP2599849A1 (en) * 2011-11-30 2013-06-05 Welltec A/S Method of inhibiting corrosion of a downhole casing
MX2015006916A (es) * 2012-12-31 2015-11-09 Halliburton Energy Services Inc Monitoreo de una condicion de un componente en un dispositivo de control rotativo de un sistema de perforacion mediante sensores integrados.
MX2015015590A (es) * 2013-06-25 2016-03-03 Landmark Graphics Corp Estimacion de desgaste de tuberia de revestimiento.
AU2013405936B2 (en) * 2013-11-21 2017-04-13 Halliburton Energy Services, Inc. Friction and wear reduction of downhole tubulars using graphene

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1051607A (zh) * 1989-11-08 1991-05-22 哈利伯顿公司 油气井的完井方法和完井系统
US20080223572A1 (en) * 2000-06-09 2008-09-18 Tesco Corporation Method for drilling and casing a wellbore with a pump down cement float
CN101680278A (zh) * 2007-05-15 2010-03-24 国际壳牌研究有限公司 用于钻探井孔的系统
WO2008142409A1 (en) * 2007-05-24 2008-11-27 Specialised Petroleum Services Group Limited Downhole flow control tool and method
WO2013060847A1 (en) * 2011-10-28 2013-05-02 Welltec A/S Inflow control device
CN103857875A (zh) * 2011-10-28 2014-06-11 韦尔泰克有限公司 入流控制装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114437674A (zh) * 2020-10-20 2022-05-06 中国石油化工股份有限公司 一种两亲Janus石墨粒子及其制备方法和应用

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