CN113251954B - 一种套管偏心识别方法及系统 - Google Patents

一种套管偏心识别方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种套管偏心识别方法及系统，其特征在于，包括以下内容：1)获取待识别井筒的切割断面图像；2)根据获取的切割断面图像中不同材料反射光形成的对比度差和色差，确定各套管的位置；3)根据预先给定的待识别井筒中最外层套管的尺寸，按照比例计算出待识别井筒中各套管的尺寸；4)根据所有套管的圆心坐标进行偏心分析，计算出最内层套管与最外层套管之间的相对偏心角度和偏心距离，待识别井筒的厚度，以及最内层套管相对于指定方向的偏心角度，完成待识别井筒的套管偏心识别，本发明可以广泛应用于海洋油气井弃置领域中。

Description

一种套管偏心识别方法及系统
技术领域
本发明涉及一种套管偏心识别方法及系统，特别是关于一种套管偏心识别方法及系统，属于海洋油气井弃置领域。
背景技术
海上油气田的生命周期包括钻井、开发以及资源枯竭后的井筒弃置。当油藏资源枯竭后，油气井已无利用价值，需要进行弃置井筒的回收，以恢复海洋面貌，或者在原有位置基础上重新钻井。在原有位置重新钻井时，需要确定原有井筒最内层与最外层套管的相对偏心情况，以确保新下入的工具能够坐在原有井筒位置，保证下入工具的稳定性。
一般油气井由多层套管组合而成，在钻井下套管的过程中常常会出现套管偏心的情况。当原井资源枯竭后，将原井弃置切割并利用原井槽进行侧钻。原井切割后下入斜向器时，若对原井切割断面的套管偏心情况没有正确的计算，则会出现斜向器无法坐入原井槽，斜向器斜面朝向与侧钻方位不对应等复杂情况，严重影响钻井作业。然而，现有的套管偏心识别方法基本靠人工判断，由于复杂的现场条件限制，人工判断常常会产生误差，导致工具下入失败。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种套管偏心识别方法及系统，能够解决油气井原井侧钻过程中下入斜向器所面临的井筒套管偏心问题。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种套管偏心识别方法，包括以下内容：
1)获取待识别井筒的切割断面图像；
2)根据获取的切割断面图像中不同材料反射光形成的对比度差和色差，确定各套管的位置；
3)根据预先给定的待识别井筒中最外层套管的尺寸，按照比例计算出待识别井筒中各套管的尺寸；
4)根据所有套管的圆心坐标进行偏心分析，计算出最内层套管与最外层套管之间的相对偏心角度和偏心距离，待识别井筒的厚度，以及最内层套管相对于指定方向的偏心角度，完成待识别井筒的套管偏心识别。
进一步地，所述步骤2)的具体过程为：
2.1)根据获取的切割断面图像中不同材料反射光形成的对比度差和色差，识别出切割断面图像中的材料；
2.2)根据识别出的材料，确定下轮廓为圆形的图形为套管，并确定各套管的位置。
进一步地，所述步骤2.2)中若识别的套管出现偏差，则手动在切割断面图像中设置对应的各套管。
进一步地，所述步骤4)的具体过程为：
4.1)以确定的各套管中最内层套管的圆心为原点建立坐标系，并确定各套管的圆心坐标；
4.2)根据所有套管的圆心坐标进行偏心分析，计算出最内层套管与最外层套管之间的相对偏心角度和偏心距离；
4.3)计算待识别井筒的厚度；
4.4)计算最内层套管相对于指定方向的偏心角度。
进一步地，所述步骤4.2)中最内层套管与最外层套管之间的相对偏心角度α1为：
Figure BDA0003037197060000021
其中，套管i的圆心坐标为(Xi,Yi)，i＝1,2,3…n，1为最外层套管，n为最内层套管；
待识别井筒总体的最大偏心距离lmax为：
lmax＝max[|X2-X1|,|Y2-Y1|,|X3-X1|,|Y3-Y1|,……,|Xn-X1|,|Yn-Y1|]
待识别井筒总体的最小偏心距离lmin为：
lmin＝min[|X2-X1|,|Y2-Y1|,|X3-X1|,|Y3-Y1|,……,|Xn-X1|,|Yn-Y1|]。
进一步地，所述步骤4.3)中待识别井筒总体的最大厚度为：
Figure BDA0003037197060000022
待识别井筒总体的最小厚度hmin为：
Figure BDA0003037197060000023
其中，R1为最外层套管的半径；Rn为最内层套管的半径。
进一步地，所述步骤4.4)中最内层套管相对于指定方向的偏心角度α2为：
Figure BDA0003037197060000024
其中，(Xm,Ym)为指定方向的坐标。
一种套管偏心识别系统，包括便携式移动计算设备和摄像头；
所述便携式移动计算设备的两侧分别设置有所述摄像头，所述摄像头用于获取待识别井筒的切割断面图像；
所述便携式移动计算设备内设置有：
参数设定模块，用于预先设定最外层套管的尺寸和下入工具的侧钻方位；
套管识别模块，用于根据获取的切割断面图像中不同材料反射光形成的对比度差和色差，确定各套管的位置；
套管尺寸确定模块，用于根据预先给定的待识别井筒中最外层套管的尺寸，按照比例计算出待识别井筒中各套管的尺寸；
偏心分析模块用于根据所有套管的圆心坐标进行偏心分析，计算出最内层套管与最外层套管之间的相对偏心角度和偏心距离，待识别井筒的厚度，以及最内层套管相对于指定方向的偏心角度。
进一步地，该套管偏心识别系统还包括坐标系建立模块，用于以确定的各套管中最内层套管的圆心为原点建立坐标系，并确定所有套管的圆心坐标。
进一步地，所述便携式移动计算设备采用平板电脑。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明通过获取待识别井筒的切割断面图像识别得到各套管的位置，进而采用偏心分析算法，根据所有套管的圆心坐标，确定最内层套管与最外层套管之间的相对偏心角度和相对偏心距离，以及最内层套管相对于指定方向的偏心角度，能够实现计算套管偏心情况的精准计算，以及海洋油气井弃置作业中对多层套管偏心的自动化识别，避免因人工判断导致的误差，提高作业成功率。
2、本发明能够为后续的大型井筒作业、工具下入等提供重要井筒结构参数，提高后续作业成功率和效率，可以广泛应用于海上油气井弃井、调整井侧钻等作业的前期井筒处理中。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的偏心分析示意图；
图2是本发明一实施例提供的识别系统进行偏心识别的示意图；
图3是本发明一实施例提供的识别系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。
本发明实施例提供的套管偏心识别方法及系统能够代替常规作业中人工进行套管偏心测量，降低测量产生的误差。通过使用便携式移动计算设备内安装的专用偏心计算软件识别利用摄像头拍摄的套管切割断面照片，自动识别出最内层套管相对于最外层套管的偏心角度与偏心距离。
实施例1
本实施例提供一种套管偏心识别方法，包括以下步骤：
1)获取待识别井筒的下切割断面图像或上切割断面图像。
2)根据获取的切割断面图像中不同材料反射光形成的对比度差和色差，识别出切割断面图像中的材料。由于井筒的切割断面处套管的断面呈亮银色金属光泽，套管之间水泥的断面呈现深灰色，无光泽，因此根据颜色的对比可以识别出材料的不同，进而能够实现套管识别。
3)根据识别出的材料，确定下轮廓为圆形的图形为套管，并确定各套管的位置，其中，若识别套管出现偏差(即识别出的套管位置和数量与实际的套管位置和数量无法对应)，则手动在切割断面图像中设置对应的各套管。
4)根据预先给定的待识别井筒中最外层套管的尺寸，按照比例计算出待识别井筒中各套管的尺寸。
5)以确定的各套管中最内层套管的圆心为原点建立坐标系，并确定各套管的圆心坐标，其中，套管i的圆心坐标为(Xi,Yi)，半径为Ri，i＝1,2,3…n，1为最外层套管，n为最内层套管。例如：最外层套管1的圆心坐标为(X1,Y1)，半径为R1；中间层套管2的圆心坐标为(X2,Y2)，半径为R2；最内层套管3的圆心坐标为(X3,Y3)，半径为R3，各套管的半径预先已获取。
6)如图1所示，根据所有套管的圆心坐标进行偏心分析，计算出最内层套管与最外层套管之间的相对偏心角度和偏心距离，待识别井筒的厚度，以及最内层套管相对于指定方向的偏心角度，以调节下入工具例如斜向器的偏心方位，完成待识别井筒的套管偏心识别，其中，下入工具的调整角度数值上等于最内层套管相对于指定方向的偏心角度，调节下入工具时应与套管切割断面的偏心方位呈对称布置，否则下入工具无法下入，具体为：
6.1)根据所有套管的圆心坐标进行偏心分析，计算出最内层套管与最外层套管之间的相对偏心角度和偏心距离：
6.1.1)最内层套管与最外层套管之间的相对偏心角度α1为：
Figure BDA0003037197060000051
6.1.2)待识别井筒总体的最大偏心距离lmax为：
lmax＝max[|X2-X1|,|Y2-Y1|,|X3-X1|,|Y3-Y1|,……,|Xn-X1|,|Yn-Y1|] (2)
待识别井筒总体的最小偏心距离lmin为：
lmin＝min[|X2-X1|,|Y2-Y1|,|X3-X1|,|Y3-Y1|,……,|Xn-X1|,|Yn-Y1|] (3)
6.2)待识别井筒总体的最大厚度hmax为：
Figure BDA0003037197060000052
待识别井筒总体的最小厚度hmin为：
Figure BDA0003037197060000053
6.3)指定方向坐标为(Xm,Ym)，则最内层套管相对于指定方向的偏心角度α2为：
Figure BDA0003037197060000054
实施例2
如图2和图3所示，本实施例提供一种套管偏心识别系统，包括便携式移动计算设备1和摄像头2，其中，便携式移动计算设备1内设置有参数设定模块、套管识别模块、坐标系建立模块、套管尺寸确定模块和偏心分析模块。
便携式移动计算设备1的两侧分别设置有摄像头2，摄像头2用于获取待识别井筒3的下切割断面图像或上切割断面图像。
参数设定模块用于预先设定待识别井筒3中最外层套管的尺寸、下入工具的侧钻方位和项目名称等参数。
套管识别模块用于根据获取的图像中不同材料反射光形成的对比度差和色差，识别出图像中的材料，并根据识别出的材料，确定下轮廓为圆形的图形为套管。
套管尺寸确定模块用于根据预先给定的待识别井筒3中最外层套管的尺寸，按照比例计算出待识别井筒3中各套管的尺寸。
坐标系建立模块用于以确定的各套管中最内层套管的圆心为原点建立坐标系，并确定各套管的圆心坐标。
偏心分析模块用于根据所有套管的圆心坐标进行偏心分析，计算出最内层套管与最外层套管之间的相对偏心角度和偏心距离，待识别井筒的厚度，以及最内层套管相对于指定方向的偏心角度。
在一个优选的实施例中，便携式移动计算设备1可以采用平板电脑。
在一个优选的实施例中，摄像头2具备至少1200万的像素。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种套管偏心识别方法，其特征在于，包括以下内容：
1)获取待识别井筒的切割断面图像；
2)根据获取的切割断面图像中不同材料反射光形成的对比度差和色差，确定各套管的位置，具体过程为：
2.1)根据获取的切割断面图像中不同材料反射光形成的对比度差和色差，识别出切割断面图像中的材料；
2.2)根据识别出的材料，确定下轮廓为圆形的图形为套管，并确定各套管的位置；
3)根据预先给定的待识别井筒中最外层套管的尺寸，按照比例计算出待识别井筒中各套管的尺寸；
4)根据所有套管的圆心坐标进行偏心分析，计算出最内层套管与最外层套管之间的相对偏心角度和偏心距离，待识别井筒的厚度，以及最内层套管相对于指定方向的偏心角度，完成待识别井筒的套管偏心识别，具体过程为：
4.1)以确定的各套管中最内层套管的圆心为原点建立坐标系，并确定各套管的圆心坐标；
4.2)根据所有套管的圆心坐标进行偏心分析，计算出最内层套管与最外层套管之间的相对偏心角度和偏心距离；
4.3)计算待识别井筒的厚度；
4.4)计算最内层套管相对于指定方向的偏心角度。
2.如权利要求1所述的一种套管偏心识别方法，其特征在于，所述步骤2.2)中若识别的套管出现偏差，则手动在切割断面图像中设置对应的各套管。
3.如权利要求1所述的一种套管偏心识别方法，其特征在于，所述步骤4.2)中最内层套管与最外层套管之间的相对偏心角度α1为：
Figure FDA0004045025400000011
其中，套管i的圆心坐标为(Xi，Yi)，i＝1，2，3...n，1为最外层套管，n为最内层套管；
待识别井筒总体的最大偏心距离lmax为：
lmax＝max[|X2-X1|，|Y2-Y1|，|X3-X1|，|Y3-Y1|，......，|Xn-X1|，|Yn-Y1|]
待识别井筒总体的最小偏心距离lmin为：
lmin＝min[|X2-X1|，|Y2-Y1|，|X3-X1|，|Y3-Y1|，......，|Xn-X1|，|Yn-Y1|]。
4.如权利要求3所述的一种套管偏心识别方法，其特征在于，所述步骤4.3)中待识别井筒总体的最大厚度为：
Figure FDA0004045025400000021
待识别井筒总体的最小厚度hmin为：
Figure FDA0004045025400000022
其中，R1为最外层套管的半径；Rn为最内层套管的半径。
5.如权利要求4所述的一种套管偏心识别方法，其特征在于，所述步骤4.4)中最内层套管相对于指定方向的偏心角度α2为：
Figure FDA0004045025400000023
其中，(Xm，Ym)为指定方向的坐标。
6.一种套管偏心识别系统，其特征在于，包括便携式移动计算设备和摄像头；
所述便携式移动计算设备的两侧分别设置有所述摄像头，所述摄像头用于获取待识别井筒的切割断面图像；
所述便携式移动计算设备内设置有：
参数设定模块，用于预先设定最外层套管的尺寸和下入工具的侧钻方位；
套管识别模块，用于根据获取的切割断面图像中不同材料反射光形成的对比度差和色差，确定各套管的位置，具体过程为：
根据获取的切割断面图像中不同材料反射光形成的对比度差和色差，识别出切割断面图像中的材料；
根据识别出的材料，确定下轮廓为圆形的图形为套管，并确定各套管的位置；
套管尺寸确定模块，用于根据预先给定的待识别井筒中最外层套管的尺寸，按照比例计算出待识别井筒中各套管的尺寸；
偏心分析模块用于根据所有套管的圆心坐标进行偏心分析，计算出最内层套管与最外层套管之间的相对偏心角度和偏心距离，待识别井筒的厚度，以及最内层套管相对于指定方向的偏心角度，具体过程为：
以确定的各套管中最内层套管的圆心为原点建立坐标系，并确定各套管的圆心坐标；
根据所有套管的圆心坐标进行偏心分析，计算出最内层套管与最外层套管之间的相对偏心角度和偏心距离；
计算待识别井筒的厚度；
计算最内层套管相对于指定方向的偏心角度。
7.如权利要求6所述的一种套管偏心识别系统，其特征在于，该套管偏心识别系统还包括坐标系建立模块，用于以确定的各套管中最内层套管的圆心为原点建立坐标系，并确定所有套管的圆心坐标。
8.如权利要求6所述的一种套管偏心识别系统，其特征在于，所述便携式移动计算设备采用平板电脑。
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