CN106795754A - 用于监测井筒弯曲度的方法和设备 - Google Patents

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CN106795754A CN201580055084.1A CN201580055084A CN106795754A CN 106795754 A CN106795754 A CN 106795754A CN 201580055084 A CN201580055084 A CN 201580055084A CN 106795754 A CN106795754 A CN 106795754A
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Abstract

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。

Description

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。
发明背景
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发明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发明。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发明主题，并且在不脱离本发明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。
BHA 104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。BHA 104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BHA 104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(其可以是常规的“计算机”，诸如图1所示或各种已知形式的任一种中的处理单元)提供合适的用户接口，并且可以提供和控制数据的存储和检索。在许多实例中，处理单元134将根据需要包括一个或多个处理器与其他硬件(易失性和/或非易失性存储器；通信端口；I/O装置和端口；等)的组合，以提供如本文所述的控制功能。示例处理单元134可以用于控制钻井系统100的功能，并且接收和处理从遥测短节130传输的井下测量结果，以控制钻井参数。在这类实例中，一个或多个非易失性、机器可读存储装置136(即，存储器装置(诸如DRAM、FLASH、SRAM、或任何其他形式的存储装置；它们在所有情况下都应被视为非暂态存储介质)、硬盘驱动器、或其他机械、电子、磁性、或光学存储机构等)将包含指令，所述指令适于使处理器描述所需的功能，诸如本文讨论的各种实例)。处理单元134根据软件(其可以存储在非易失性、机器可读存储装置136上)和经由输入装置138实现的用户输入来操作以对接收的信号进行处理和解码。所得遥测数据可以通过处理单元134来进一步分析和处理，以在计算机显示器140或一些其他形式的显示装置上产生对有用的信息的显示。当然，这些功能可以根据需要由单独的处理单元来实施，并且其他功能可以响应于类似存储的指令而由这样一个或多个处理单元来执行。
出于说明的目的，图1的实例示出了垂直定向的钻孔配置，但是本领域技术人员应了解，钻孔经常会以各种各样的配置形成，包括在一些情况下的一些大体水平延伸的部分(如本文相对于图3更详细地指出)。虽然相对于图1中的旋转钻井系统示出和描述了钻井系统100，但是本领域技术人员将容易了解，可以采用许多类型的钻井系统来执行本公开的实施方案。例如，本公开的实施方案中使用的钻车和钻机可以在陆上使用(例如，如图1所示)或也在海洋环境中使用，诸如海底操作(未示出)。具体而言，海上或海底操作可以包括使用包括本文的实例的各方面的MWD/LWD钻井设备和技术。根据本公开的实施方案可以使用的海上石油钻机包括例如，浮式平台、固定平台、重力式平台、钻井船、半潜式平台、自升式钻井平台、张力腿平台等等；并且本公开的实施方案可以应用于范围从小巧和便携式钻机到笨重和永久型钻机不等的钻机。
此外，虽然本文相对于石油钻井进行了描述，但是本公开的各种实施方案可以用在许多其他应用中。例如，所公开的方法可以用在矿产勘查、环境调查、天然气开采、地下安装、采矿作业、水井、地热井等等的钻探中。
在继续参照图1的情况下，现参照图2，示出了可以与本公开的一个或多个实施方案结合采用的示例性井底组件(BHA)104。虽然整体相对于BHA进行了描述，但是本文所述的实施方案可以可替代地或另外地应用在整个钻柱中的多个位置处，并且因此不限于仅常规BHA内的一般化位置(即，位于钻柱的底部)。如图所示，BHA 104包括钻头114、旋转导向工具202、MWD/LWD工具204以及钻环206。
MWD/LWD工具204还包括MWD传感器封装件，所述MWD传感器封装件具有适当配置的一个或多个传感器216以收集和传输方向信息、机械信息、地层信息等等中的一个或多个。具体而言，一个或多个传感器216包括一个或多个内部或外部传感器，诸如但不限于，倾斜仪、一个或多个磁强计(即，罗盘单元)或其他方位传感器、一个或多个加速度计(或其他振动传感器)、轴位置传感器、声学传感器和其他形式的传感器(诸如，各种形式的地层传感器)以及以上各项的组合。传感器216与钻头114之间的距离可以是特定井筒应用所需的任何轴向长度。可以使用传感器216实时地获得土地102(图1)内的BHA 104的方向信息(例如，三维空间中的井筒轨迹)，诸如，倾角和方位角。
MWD/LWD工具204还可以包括地层传感器封装件，所述地层传感器封装件包括一个或多个传感器，所述传感器被配置来测量地层参数，诸如电阻率、孔隙度、声波传播速度、或γ射线透射率。在一些实施方案中，MWD和LWD工具及其相关传感器封装件彼此通信来共享收集的数据。MWD/LWD工具204如本领域所已知可以是电池驱动或发电机驱动的，并且获自MWD/LWD工具204的任何测量结果可以在地面110(图1)处和/或井下位置处处理。
钻环206被配置来将压力添加至钻头114上方的BHA 104，以使得钻头114上有足够的压力来钻探经过必要的地质地层。在其他实施方案中，还通过如从地面110延伸的钻柱106来将压力施加至钻头114。在操作期间，可以将压力添加至钻头114或从所述钻头114移除压力，以便于优化钻井性能和效率。例如，可以预测钻孔的曲率并且优化施加至钻头114的压力以便于将由曲率引起的拖曳力或摩擦力考虑在内。如将了解，在钻孔曲率更急剧处将存在增加量的拖曳力。
BHA 104还包括传感器短节208，所述传感器短节208联接至BHA 104或以其他方式形成所述BHA 104的一部分。传感器短节208被配置来监测关于BHA 104在井下环境中的各种操作参数。例如，传感器短节208可以被配置来监测钻头114的操作参数，诸如但不限于，钻压(WOB)、钻头转矩(TOB)、钻头114的每分钟转数(RPM)、钻柱106的弯矩、潜在影响钻头114的振动等等。如图所示，传感器短节208沿着井上方向定位在MWD/LWD工具204和钻环206上方。然而，在其他实施方案中，在不脱离本公开的范围的情况下，传感器短节208可以定位在沿着BHA 104的任何位置处。为了测量弯矩，传感器短节208将优选地包括多个应变计。出于当前所述的方法和设备的目的，应变计将包括多个应变计组，其中每组包括被定向成测量正交定向方向上的应变的至少两个应变计。优选地，每组中的至少一个应变计将被定向成测量平行于穿过传感器短节的纵向轴线的轴线上的应变。
在一些实施方案中，传感器短节208是可从Sperry Drilling of Houston，Texas，USA商购的工具。工具，或另一类似类型的传感器短节208可以被配置来提供对邻近的钻削工具(例如，钻头114)和/或钻柱106上的压力、转矩和弯曲的实时测量，以表征从地面到钻削工具和/或钻柱106的能量转移。例如，工具是MWD工具，所述MWD工具被放置在钻环206内，以提供对钻环206处的张力、扭力、弯曲以及振动的实时测量。来自工具的应变力和转矩测量用于估计钻头力和转矩。如将了解，这些测量有助于优化钻井参数，以最大化性能并且最小化浪费的能量转移和振动。
传感器短节208包括三个应变传感器组，所述应变传感器组分布在方位偏移为围绕短节的外围彼此基本上间隔开120°的位置处。传感器短节包括每组中的四个应变计，所述应变计被轴向定向(即，大体平行于穿过短节的纵向轴线)成测量BHA的张紧和压缩；以及每组中的四个应变计，所述应变计以与轴向定向仪表正交的方式定向(即，横向地延伸，相对于穿过短节的纵向轴线大体垂直)，以测量存在于短节中的转矩。还使用轴向定向的应变计来确定因在施加的轴向负载下短节中存在变化的张紧和压缩所致的弯矩。这些应变计相对于短节或钻柱的定向传感器而言处于已知的配置以识别任何识别的弯矩在所施加的轴向负载下的方向。因此，可以识别井筒中导致弯矩的偏转的大小和方向两者。
BHA 104还包括双向通信模块210，所述双向通信模块210联接至钻柱106或以其他方式形成所述钻柱106的一部分。通信模块210可以经由一个或多个通信线路212通信地耦合至传感器短节208和MWD/LWD工具204(例如，其传感器216)中的每一个，以使得通信模块210被配置来实时地向传感器短节208和MWD/LWD工具204发送数据并从其接收数据。
通信模块210可以进一步经由一个或多个通信线路214通信地耦合至地面(未示出)，以使得通信模块210能够在操作期间实时地向地面110(例如，图1)发送数据并且从其接收数据。例如，通信模块210经由传感器短节208和MWD/LWD工具204根据需要向地面110传达各种井下操作参数数据。然而，在其他实施方案中，通信模块210与计算机化系统(未示出)或类似系统通信，所述计算机化系统或类似系统被配置来通过传感器短节208和MWD/LWD工具204来根据需要接收各种井下操作参数数据。如将了解，这种计算机化系统布置在井下或布置在地面110处。
通信线路212、214可以是本领域技术人员已知的任何类型的有线电信装置或设备，诸如但不限于，电线或电气线路、光纤线路等。例如，在一些实施方案中，有线钻杆(未示出)用于地面110与通信模块210之间的双向数据传输。使用有线钻杆，BHA 104和钻柱106具有电线，所述电线内置于它们的一个或多个部件中，以使得来自MWD/LWD工具204和传感器短节208的测量结果和信号能以高数据传输率直接被传送至地面110。可替代地或另外，通信模块210包括或者以其他方式包括遥测模块，所述遥测模块用于使用一种或多种井下遥测技术来将测量结果无线地传输至地面110(如果需要的话)，所述井下遥测技术包括但不限于，泥浆脉冲、声波、电磁频率、其组合等等。
现参照图3，该图是大体以300表示的一般化井筒的示意图，所述一般化井筒穿过大体以302表示的多个地下地层。井筒300从地面处的井口304延伸，并且在大体以306表示的大体垂直的部段中延伸。大体以308表示的第一半径使井筒相对于大体垂直的部段306方位角地延伸，最初在大体以310表示的大体线性的倾斜区域中延伸，之后达到大体以312表示的另一个半径，从而使井筒300沿着如由314表示的大体水平的路径延伸。虽然倾斜区域310大体是线性的，但是鉴于如由316、318、320和322所示的偏转点(或“狗腿”)，特定路径并不完全是线性的。井筒中的这类狗腿(偏转)可能是地下异常的结果，所述地下异常如定向钻井操作期间普遍会发生的那样以受控的方式或通过钻头的导向时段与钻头的非导向时段之间的交替来阻碍钻头的方向。
经过这些偏转点316、318、320和322中的每一个的工具串的行程会将一些弯矩施加在工具串上。如本文所述，本发明提供了一种用于测量这些弯矩的设备，所述设备在弯矩被施加时既可以有助于识别井筒路径中的局部不连续的位置(其可能偏离识别的半径或线性路径)，又可以有助于确定狗腿的大小或严重度。在选定的实施方案中，多个确定的狗腿及其严重度将汇集在井筒的长度的至少一些部分内，并且之后可以用于根据井筒内的深度来确定狗腿严重度指数。这种狗腿严重度指数的使用有助于在井筒内执行如本文稍后更详细讨论的后续操作。
井筒内一个位置处的以度/100英尺表述的曲率半径(Rc)可以根据所测量的弯矩，诸如通过以下关系来确定：
Rc＝(M/EI)×(180/π) 等式1
其中：
M＝所测量的弯矩(英尺-磅)；
E＝工具串的弹性模量；并且
I＝惯性矩，对于圆柱形管子，I可以表述为：
其中：
d0＝管子的外径；并且
di＝管子的内径。
在包含复杂工具的包括电子器件和接线的非均质截面中，可以使用部件的等效刚度尺寸。
现参照图4A-4B，这些图展示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将工具串处于张紧状态下的曲线402中的示例的测定的弯矩与工具串处于钻井条件下(即，工具串处于压缩状态)的曲线404中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，在张力下的曲线406中的示例的测定的弯矩与在钻井条件下的曲线408中的对应的测定的弯矩进行比较。在图4B中，0°表示井筒的高侧。
现参照图4A，在张紧和压缩下测定的弯矩大体是相当的。当工具串处于张紧状态时，工具串至少在稳定位置之间应是大体直的，井筒中会对工具串起作用的偏转除外。在张紧和压缩两者下的弯矩的方向之间的一般对应如图4B所示进一步表明所识别的弯矩应取决于井筒构型而非一些其他异常。
现参照图5，该图是从测量的弯矩确定的狗腿严重度的图形展示，其由曲线502表示，所述曲线502与以下两者进行比较：由位置504a-i表示的基于对井方案的最小曲率分析而计算出的狗腿严重度；以及如可以从井勘探测量确定的由曲线506表示的狗腿严重度。如从井方案最小弯曲分析的位置可以看出，所反映的井筒的路径将是大体平滑和连续的路径。如从勘探信息确定的506处的狗腿严重度反映了比从井方案所预期显著更大的弯曲度。然而，如根据所测量的弯矩确定的狗腿严重度反映了比由基于勘探的狗腿严重度所暗示远远更大的弯曲度，以及更显著的局部曲率。
现参照图6，该图是以下两者的比较的图形表示：从测量的弯矩确定的由曲线602展示的示例狗腿严重度指数；以及如从勘探数据确定的由曲线604展示的狗腿严重度。在比较测量的狗腿严重度604时，预期狗腿严重度(未示出)支持狗腿严重度指数的推导。“一”(1)的值表示由勘探确定的狗腿严重度和由测量的弯矩确定的狗腿严重度是相同的，并且不存在其他弯曲度。在所展示的实例中，狗腿严重度是相对温和的，并且甚至是测量的狗腿严重度都有可能很好地处在设计公差内。然而，所述实例以一种形式示出了井筒内的各个位置中的狗腿严重度的大小的图形识别，其形式可以用于引导进一步的钻井和/或同一个井内的其他操作，和/或引导地理区域内的其他井内的钻井。
基于所测量的弯矩的狗腿严重度指数可以通过诸如以下(其类似于上文等式1，引起预期弯矩与测量的弯矩之间的差异的因素除外)的关系来确定：
其中：
M＝如从应变计测量结果确定的弯矩；并且
Me＝预期弯矩，其可以是基于例如勘探测量或井方案。
基于来自井方案或勘探测量的弯矩的狗腿严重度的偏差可以指示井中使用的BHA配置的性能特征。在一些示例操作中，可能希望改变BHA的配置来继续钻探所述井或用在相邻的井中。在一些示例操作中，给定BHA的配置或其操作方法可能会导致大于预期狗腿严重度，并且因此可以用于改变BHA的操作方法以最小化这类影响。此外，基于弯矩的狗腿严重度指数可以用于为区域中的未来的井限定井路径，因为所述基于弯矩的狗腿严重度指数不仅提供了对给定BHA的能力的量度，而且提供了使用所述BHA时有关井方案的潜在地层趋势。
例如，可以采取补救行动来最小化一个或多个位置处的狗腿的严重度，例如以便于套筒在井筒内的放置(包括套筒的注水泥)。仅作为一个实例，狗腿严重度指数可以用于识别井筒中何时存在螺旋，所述螺旋因钻头以大体螺旋形路径行进而造成，从而导致限定井筒的高度起皱的表面，这会使随后对套筒注水泥到适当的位置的操作变得复杂。在狗腿严重度指数指示这种螺旋的情况下，有可能诸如通过使用扩孔器来最小化井筒的所述部段中的不希望的特性，通过改变所述区域中井筒的尺寸来扩大井筒的所述部分。可能会由于所识别的狗腿严重度的区域而执行其他类型的井筒操作，包括井筒调节(诸如，通过延长的循环时间和/或放置到井筒中的添加剂，通过对井筒的部分扩孔或以其他方式扩大所述部分，或者如本领域技术人员将显而易见的其他操作)。
现参照图7，该图展示了执行如本文所述的操作的示例方法的流程图700。在步骤702处，将对井筒内的工具串的应变或偏转进行测量。在704处，将响应于所述测量的偏转或应变(如在井筒内的第一位置处所测量)而确定工具串上的第一弯矩。在706处，将响应于在井筒内的第二位置处的测量的偏转或应变而确定工具串上的第二弯矩。另外在708处，将响应于如本文先前所描述的第一和第二确定的弯矩中的至少一个而确定对狗腿严重度的量度。任选地，如710处所指示，可能希望参照第一和第二确定的弯矩来为井筒内的工具串确定狗腿严重度指数。狗腿严重度指数可以一种方式配置以便于提供对井筒的所需部段内的狗腿严重度的大小的指示，或者可以如本文先前所描述般配置以提供狗腿严重度相对于一个或多个预期狗腿大小的比较。在许多实现方式中，所述比较将是所测量的狗腿的视觉可识别的指标，诸如，如图5和图6所示的图形表示。还任选地，如712处所指示，确定的狗腿严重度指数或第一和第二确定的弯矩中的至少一个可以用于在包含工具串的井筒中或另一个井筒中执行井筒操作。如本文先前所描述，可以基于由存在于工具串上的所确定的弯矩和/或与这类弯矩相关联的狗腿的严重度的指数提供的信息来执行各种不同类型的操作。
在一些实施方案中，本公开可以体现为计算机可读介质上的指令集，所述计算机可读介质包括ROM、RAM、CD、DVD、硬盘驱动器、闪存装置、或现在已知或未知的任何其他非易失性机器可读存储装置，所述指令集在被执行时致使计算机化系统的一个或多个处理单元(诸如，图1的处理单元134)实施本公开的方法，例如图10中所述的方法。
在一些实例中，处理单元134(其可以是常规的“计算机”(各种已知形式的任一种中的处理单元))提供合适的用户接口，并且可以提供和控制数据的存储和检索。在许多实例中，处理单元134将根据需要包括一个或多个处理器与其他硬件(易失性和/或非易失性存储器；通信端口；I/O装置和端口；等)的组合，以提供如本文所述的控制功能。示例处理单元134可以用于控制钻井系统的功能，并且接收和处理来自传感器短节的井下测量结果，以估计钻头力并控制钻井参数。在这类实例中，一个或多个非易失性、机器可读存储装置(即，存储器装置(诸如DRAM、FLASH、SRAM、或任何其他形式的存储装置；它们在所有情况下都应被视为非暂态存储介质)、硬盘驱动器、或其他机械、电子、磁性、或光学存储机构等)将包含指令，所述指令适于使处理器描述所需的功能，诸如本文讨论的各种实例)。当然，这些功能可以根据需要由单独的处理单元来实施，并且其他功能可以响应于类似存储的指令而由这样一个或多个处理单元来执行。
在一些实施方案中，操作的一部分诸如参照图7阐述的那些，以及在本文其他地方的操作可以通过BHA中的处理单元在井下执行，而另一部分如参照图1所讨论可以通过地面处的处理单元来执行。仅作为一个实例，可以参照来自应变计(或其他偏转测量传感器)的测量结果在井下确定弯矩，并且之后如本文所述将所述弯矩传达至地面以便对预测或计划的弯矩值进行校正。在这种情况下，每个处理单元将包括一些机器可读存储机构，所述机器可读存储机构至少包含使得所述位置处的处理器执行有待在所述位置处执行的操作所必需的指令。
虽然在图1-7的实例中连续描述了执行所述测量和确定的方法，但是本领域普通技术人员将认识到，其他实例可以重新安排操作，省略一个或多个操作，和/或使用多个处理器或者被组织为两个或更多个虚拟机或子处理器的单个处理器来并行地执行两个或更多个操作。此外，其他实例可以将操作实施为一个或多个特定互连硬件或集成电路模块，其中在所述模块之间并通过所述模块来传达相关控制和数据信号。因此，任何流程都适用于软件、固件、硬件以及混合实现方式。
在本说明书中，对“一个实施方案”或“实施方案”或者“一个实例”或“实例”的提及意指所提及的特征被包括在或可以被包括在本发明的至少一个实施方案或实例中。在本说明书中对“实施方案”或“一个实施方案”或者“一个实例”或“实例”的单独提及不一定意在指代同一个实施方案或实例；然而，除非如此陈述或对于受益于本公开的本领域普通技术人员而言将是容易显而易见的，这类实施方案并非互不相容。因此，本公开包括本文所述的实施方案和实例，以及如在基于本公开的所有权利要求和这类权利要求的所有法律等效形式的范围内限定的另外的实施方案和实例的各种组合和/或整合。
本文所述的实施方案绝不应当被理解为限制或限定本公开的范围。本文相对于一种实现方式诸如MWD/LWD描述的实施方案并不意在进行限制。
形成其一部分的附图通过举例而非限制的方式示出可以实践主题的特定实施方案。充分详细地描述了所示的实施方案以使得本领域技术人员能够实践本文公开的教义。可以使用并从所述特定实施方案推导出其他实施方案，以使得能够在不脱离本公开的范围的情况下进行结构和逻辑替代和改变。此具体实施方式因此不应视为具有限制性意义，并且各种实施方案的范围仅由随附权利要求，连同这类权利要求授权的等效形式的全部范围来限定。
虽然本文已经示出和描述了特定实施方案，但是应了解，计划实现相同目的的任何布置都可以替代所示的特定实施方案。本公开意在覆盖对各种实施方案进行的所有的更改或改变。在审阅以上描述之后，以上实施方案的组合和本文未具体描述的其他实施方案对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

Claims (20)

1.一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偏转，所述偏转通过在所述多个深度的每一个处测量钻柱的部件中的应变来测量，在所述多个深度的每一个处在所述部件周围的多个方位偏移位置处测量所述应变；
响应于在此深度处的所述测量的偏转而确定所述多个深度的每一个处的所述钻柱上的弯矩；以及
响应于所述多个深度的每一个处的所述测量的弯矩而确定所述井筒的方向转变。
11.如权利要求10所述的方法，其还包括参照如根据所述测量的弯矩确定的所述井筒的所述方向转变以及还有所述井筒的预期方向转变两者来确定对所述井筒的所述方向转变的量度。
12.如权利要求11所述的方法，其还包括响应于对所述井筒的所述方向转变的所述确定的量度而改变所述井筒。
13.如权利要求12所述的方法，其中响应于对所述井筒的所述方向转变的所述确定的量度而改变所述井筒包括扩大所述井筒的一部分。
14.如权利要求11所述的方法，其中确定对所述井筒的所述方向转变的量度包括确定狗腿严重度指数。
15.如权利要求10所述的方法，其还包括测量工具串在所述井筒内的所述多个深度处的横向偏转，所述横向偏转通过确定所述工具串周围的多个方位偏移位置处的所述工具串的横向方向上的应变来测量。
16.一种用于监测井筒中的方向转变的设备，所述设备包括：
工具串，所述工具串具有测量工具，所述测量工具包括多个应变计，所述多个应变计围绕所述测量工具的外围在方位上彼此偏离，每个应变计被布置来测量纵向方向上的应变；
一个或多个处理器；
一个或多个机器可读介质，所述一个或多个机器可读介质与所述处理器中的一个或多个通信，所述机器可读介质携带指令，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：
在所述井筒中的多个深度处从所述应变计接收测量结果，
响应于所述接收的测量结果而确定所述井筒中的至少一个深度处的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对所述井筒在所述井筒中的至少一个深度的所述偏转建立视觉可识别的指标。
17.如权利要求16所述的设备，其中所述指令在被所述一个或多个处理器执行时执行进一步的操作，包括确定所述井筒中的其他深度处的所述工具串上的其他弯矩。
18.如权利要求16所述的设备，其中所述井筒的所述偏转的所述视觉可识别的指标包括图形表示。
19.如权利要求16所述的设备，其中所述井筒的所述偏转的所述视觉可识别的指标包括对在所述井筒中的所述至少一个深度处的所述井筒的所述偏转相对于所述井筒的计划的偏转的大小的指示。
20.如权利要求17所述的设备，其中所述井筒的所述偏转的所述视觉可识别的指标包括在所述井筒中的多个深度处的所述井筒的所述偏转相对于所述井筒的计划的偏转的图形表示。
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