DE112013007460T5

DE112013007460T5 - Verfahren und Lastanalyse für mehrfache außerachsige Werkzeuge

Info

Publication number: DE112013007460T5
Application number: DE112013007460.5T
Authority: DE
Inventors: Robello Samuel; Yuan Zhang; Aniket Aniket
Original assignee: Landmark Graphics Corp
Current assignee: Landmark Graphics Corp
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2016-06-23
Also published as: CN105612521A; GB201602019D0; SG11201600529VA; WO2015047250A1; MX2016001190A; US20160147918A1; AU2013402074A1; GB2535027B; CA2921155C; CA2921155A1; GB2535027A; AU2013402074B2

Abstract

Verschiedene Ausführungsformen beinhalten Vorrichtungen und Verfahren zum Durchführen einer Lastanalyse für mehrfache außerachsige Werkzeuge. Außerachsige Komponenten eines Komplettierungsstrangs unterliegen durch Kontakt mit Futterrohr- und Linerwänden zusätzlichen bohrlochseitigen und Zugkräften, die zu übermäßigen Belastungen und Spannungen führen und Brüche bewirken können. Es werden Systeme und Techniken zum Analysieren derartiger Situationen bereitgestellt. Offenbart werden auch weitere Vorrichtungen, Systeme und Verfahren.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen und Verfahren im Zusammenhang mit Messungen und Analyse von Daten.
Allgemeiner Stand der Technik
In den letzten Jahren wurden rasche Fortschritte in der Mehrzonenkomplettierung gemacht, doch bietet die Mehrzonenkomplettierung zahlreiche betriebliche Herausforderungen, die die Effizienz des Komplettierungsprozesses beeinträchtigen. Komplettierung bezeichnet allgemein eine Gruppe von Bohrlochrohren und -ausrüstung, die für die Ermöglichung einer sicheren und effizienten Produktion aus einem Öl- oder Gasbohrloch sorgt. Mit zunehmend komplexen Bohrlochgeometrien werden moderne Komplettierungswerkzeuge gemeinsam eingebracht, um die Lagerstätteproduktivität zu maximieren. Aufgrund ihrer Auslegungsanforderungen sind einige Komponenten im Komplettierungsstrang nicht konzentrisch mit dem Bohrloch, sondern außerachsig oder exzentrisch. Das Einbringen dieser außerachsigen Werkzeuge erzeugt zusätzliche Lasten auf dem Komplettierungsstrang, die berücksichtigt werden müssen. Zu den Problemen, die beim Einbringen dieser Komplettierungsstränge auftreten, gehören erhöhtes Drehmoment und Widerstand, Ausbeulen oder eine Kombination von beiden. Derzeitige Verfahren sind nicht angemessen modelliert und unterschätzen Spannungswerte und Aufnahmelasten beim Einbringen von Komplettierungssträngen stark. Darüber hinaus variieren beim Bohren eines Bohrlochs häufig die Lochgrößen und erfordern daher unterschiedlich große Futterrohre oder Liner, um die Zieltiefe zu erreichen, was wiederum zu höheren Lasten auf dem Komplettierungsstrang führt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Beispiel einer Komponentenstrangsausgeglichenheit gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
2A zeigt ein Beispiel eines Komplettierungsstrangs, wobei der Komplettierungsstrang einer Biegung unterliegt, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
2B zeigt das Biegen aus 2A mit zugehörigem Moment und Seitenkraft in Bezug auf eine Komponente an einer Grenzfläche zwischen zwei Futterrohren, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
3 zeigt ein Beispiel eines Komplettierungsstrangs unter verschiedenen Bedingungen in Bezug auf vier symmetrische Komponenten und eine exzentrische Komponente, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
4 zeigt eine Darstellung von Verschiebungen von drei Komponenten, die einer Seitenkraft unterliegen, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
5 zeigt ein Fünfkomponentenmodell, wobei eine exzentrische Komponente als eine Mittelkomponente in der Reihe von Komponenten mit zwei symmetrischen Komponenten auf jeder Seite der exzentrischen Komponente angeordnet ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
6 zeigt eine Darstellung des Modells aus 5 in Bezug auf den Biegewinkel des Komplettierungsstrangs an jeder Komponente, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
7 veranschaulicht Reibungskraft in einer einzelnen Richtung für ein Fünfkomponentenmodell, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
8 stellt ein Blockdiagramm von Merkmalen eines Beispielsystems dar, das betriebsfähig ist, um eine Lastanalyse in Bezug auf mehrere außerachsige Komponenten durchzuführen, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
9 zeigt Merkmale eines Beispielübersichtansatzes zur Analyse eines Komponentenstrangs zum Bestimmen einer Mindestverschiebung der Komponenten, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
10 stellt eine Ausführungsform eines Systems an einem Bohrstandort dar, wobei das System betriebsfähig ist, um eine Lastanalyse in Bezug auf mehrere außerachsige Komponenten durchzuführen, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende ausführliche Beschreibung nimmt Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, die in veranschaulichender und nicht einschränkender Weise verschiedene Ausführungsformen zeigen, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Diese Ausführungsformen werden ausführlich genug beschrieben, um es Fachleuten zu ermöglichen, diese und andere Ausführungsformen auszuüben. Es können andere Ausführungsformen verwendet werden, und es können strukturelle, logische und elektrische Änderungen an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden. Die verschiedenen Ausführungsformen schließen einander nicht notwendigerweise aus, da einige Ausführungsformen mit einer oder mehreren anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, um neue Ausführungsformen zu bilden. Die nachfolgende ausführliche Beschreibung ist daher nicht als einschränkend aufzufassen.
Tiefseebohren zum Erschließen von Unter-Salz(pre-salt)-Lagerstätten erfordert sehr komplexe Bohr- und Komplettierungsprogramme. Mehrere teure Werkzeuge und Komponenten, die konzentrisch oder außerachsig mit dem Bohrloch sein können, werden in die Bohr- und Komplettierungsstränge eingebracht, um auf diese komplexen Lagerstätten erfolgreich zuzugreifen und sie zu erschließen. Außerachsige Komponenten unterliegen durch Kontakt mit Futterrohr- und Linerwänden zusätzlichen bohrlochseitigen und Zugkräften, die zu übermäßigen Belastungen und Spannungen führen und Ausfälle bewirken können. Das Einbringen einiger dieser außerachsigen Werkzeuge und Komponenten in die Komplettierungsstränge hat aufgrund von aufgetretenen Bohrlochkräften, die nicht richtig eingeschätzt wurden, zu Brüchen und einem Verlust des Strangs selbst geführt. Modellieren und korrektes Einschätzen der Seiten- und Zugkräfte zusammen mit dem Mindestabstand zwischen den Komponenten in außerachsigen Strängen zum Verhindern von Brüchen würde künftige Verluste von Komponenten mit Sicherheit verhindern.
In verschiedenen Ausführungsformen werden Last, Seitenkraft, Zugkraft und Anordnungsabstand zwischen mehreren außerachsigen Werkzeugen geschätzt. Verfahren gemäß den vorliegenden Lehren können eine Schätzung von Seitenkräften entlang von außerachsigen und konzentrischen Komponenten und einen benötigten Mindestabstand zwischen den Komponenten für ein bruchfreies Einbringen bereitstellen. Verteilte Messung an den Formationen kann in Bezug auf die folgenden Variablen durchgeführt werden: axiale Belastung, radiale Belastung, Biegemoment und Verschiebung.
1 zeigt ein Beispiel eines Komponentenstranggleichgewichts. In diesem Fall wird eine exzentrische Komponente in ein Futterrohr mit reduzierter Größe eingebracht. Im hier verwendeten Sinne ist R_i gleich dem Außenradius eines Komplettierungsstrangs, R_o1 ist gleich dem Innenradius eines ersten Futterrohrs 101 und R_o2 ist gleich dem Innenradius eines zweiten Futterrohrs 102, wobei das erste Futterrohr 101 größer als das zweite Futterrohr 102 ist. 1 zeigt zwei konzentrische Komponenten 107-1, 107-2 und eine exzentrische Komponente 109 in Bezug auf einen Komplettierungsstrang 105 mit einem Außenradius R_i. Die hier erörterte Technik kann mit einer beliebigen Anzahl von konzentrischen Komponenten und exzentrischen Komponenten verwendet werden.
2A zeigt ein Beispiel eines Komplettierungsstrangs 205, wobei der Komplettierungsstrang 205 einer Biegung unterliegt. Der Komplettierungsstrang 205 mit einem Außenradius R_i wird in ein erstes Futterrohr 201 mit einem Innenradius R_o1 eingebracht, gekoppelt an ein zweites Futterrohr 202 mit einem Innenradius R_o2, wobei R_o1 > R_o2. Eine Axialkraft N wirkt auf den Komplettierungsstrang 205 ein und eine Seitenkraft F_s wirkt auf die einzelnen konzentrischen Komponenten 207-1, 207-2 und die exzentrische Komponente 209 ein. Zur leichteren Darstellung wird die Seitenkraft F_s an jeder Position durch die gleiche Variable gezeigt. Allerdings können die Seitenkräfte an unterschiedlichen Komponenten verschieden sein und mit einem Gesamtausgleichszustand miteinander in Beziehung stehen. Das Biegen des Komplettierungsstrangs 205 erzeugt ein Moment M, das auf die Komponente 207-2 einwirkt und auch von einer Reibungskraft F_r begleitet wird, die auf den Komplettierungsstrang 205 einwirkt. Die hier erörterte Technik kann mit einer beliebigen Anzahl von konzentrischen Komponenten und exzentrischen Komponenten verwendet werden. 2B zeigt das Biegen mit zugehörigem Moment M und Seitenkraft F_s in Bezug auf Komponente 207-2 an einer Grenzfläche zwischen dem ersten Futterrohr 201 und dem zweiten Futterrohr 202, wenn eine Axialkraft dem Bewegen der Achse des Komplettierungsstrangs 205 fort aus der Parallelität mit der Achse der Bohrlochmitte zugeordnet ist.
3 zeigt ein Beispiel eines Komplettierungsstrangs 305 unter verschiedenen Bedingungen in Bezug auf vier symmetrische Komponenten 307-1, 307-2, 307-3 und 307-4 und eine exzentrische Komponente 309. Der Komplettierungsstrang 305 mit einem Außenradius R_i wird in ein erstes Futterrohr 301 mit einem Innenradius R_o1 eingebracht, gekoppelt an ein zweites Futterrohr 302 mit einem Innenradius R_o2, wobei R_o1 > R_o2. Eine Seitenkraft F_s wirkt auf die exzentrische Komponente 309 und die einzelnen symmetrischen Komponenten 307-1 und 307-3 des Satzes symmetrischer Komponenten 307-1, 307-2, 307-3 und 307-4. Zur leichteren Darstellung wird die Seitenkraft F_s an jeder Position durch die gleiche Variable gezeigt. Allerdings können die Seitenkräfte an unterschiedlichen Komponenten verschieden sein und mit einem Gesamtausgleichszustand der Kraft miteinander in Beziehung stehen. Zusätzlich zu den oben definierten Variablen sind für die drei Komponenten die folgenden Terme definiert (diese Terme können für Modelle mit mehr als drei Komponenten erweitert werden):

N: = Axialkraft
M: = auf eine Komponente wirkendes Moment
F_s: = auf eine Komponente wirkende Seitenkraft
L₁, L₂, L₃: = Abstand zwischen Komponenten
e₁, e₂, e₃: = Verschiebung von Komponenten von der Bohrlochmitte
e_ec: = Exzentrizität der exzentrischen Komponente
K₁, K₂, K₃: = Steifigkeit der Komponenten
Θ: = Biegewinkel
R_p: = Außenradius einer Komponente
R_o: = Innenradius eines Futterrohrs
μ: = Reibungskoeffizient
F_f: = auf den Strang einwirkende Gesamtreibungskraft
EI: = Biegesteifigkeit von Komponenten
v₁, v₂: = Seitenverformung bei den konzentrischen Komponenten
v_ec: = Seitenverformung bei der exzentrischen Komponente

4 zeigt eine Darstellung von Verschiebungen von drei Komponenten, die einer Seitenkraft unterliegen. Die drei Komponenten sind an Positionen A, B, und C angeordnet, wobei B von C um einen Abstand L₂ entfernt ist und B von A um einen Abstand L₁ entfernt ist. Mit den oben angegebenen Definitionen kann die Seitenkraft F_s2 von den Seitenkräften F_s1 und F_s3 an den Positionen A bzw. C durch Ausgleichen der Kräfte definiert werden. Bei dieser Dreikomponentenanalyse kann die Stahlkomponente mit einer unendlichen Steifigkeit modelliert werden, derart, dass K₁ = K₂ = K₃. Das Modellieren kann hier auch das Modellieren des Strangs als Stahl, wie für die Komponente modelliert, keine Verformung in einer Komponente, keine Verformung in einer axialen Richtung und kleine Kontaktflächen/dünne Komponenten beinhalten. Die Seitenkräfte können durch die Seitenkräfte F_s1, F_s2 und F_s3 definiert werden, die sich ergeben aus: E_s1 = (EI/L 3 / 1)(e₂ – e₁) – (EI/L 2 / 1)θ₂ E_s3 = (EI/L 3 / 2)(e₂ – e₃) – (EI/L 2 / 1)θ₂ F_s2 = –F_s1 – F_s3
Hier erörterte Verfahren stellen einen Mechanismus zum Schätzen der Seitenkraft unter diesen verschiedenen Bedingungen bereit. Es kann auch eine Schätzung der Mindestverschiebungen zwischen den Komponenten bereitgestellt werden. Die Berechnungen im Zusammenhang mit den Verfahren können komplexe Gleichungen beinhalten. Das Verarbeiten dieser Gleichungen kann durchgeführt werden, um die Gleichungen zum Ermitteln von Seitenkraft, Zugkraft und Mindestverschiebung zu lösen.
5 zeigt ein Fünfkomponentenmodell, wobei eine exzentrische Komponente 509 als eine Mittelkomponente in der Reihe von Komponenten angeordnet ist, wobei symmetrische Komponenten 507-1 und 507-2 auf einer Seite der exzentrischen Komponente 509 und symmetrische Komponenten 507-4 und 507-5 auf der anderen Seite der exzentrischen Komponente 509 angeordnet sind. Jede Komponente weist eine Verschiebung von der Bohrlochmitte auf, die in Bezug auf R_p und R_o der jeweiligen Komponente ausgedrückt ist. Die exzentrische Komponente 509 weist aufgrund ihrer Exzentrizität einen weiteren Term auf.
6 zeigt eine Darstellung des Modells aus 5 in Bezug auf den Biegewinkel des Komplettierungsstrangs an jeder Komponente. Die axiale Verformung u wird vernachlässigt, indem angenommen wird, dass u gleich null ist. Der Komplettierungsstrang kann stückweise analysiert werden, indem jede Längenerstreckung zwischen benachbarten Komponenten berücksichtigt wird. Für jede Längenerstreckung kann der Winkel oder die Biegung in Bezug auf axiale Verformung und Seitenverformung berücksichtigt werden, und ein Moment kann für Axialkraft in der Längenerstreckung und Scherkräfte an den Enden der Längenerstreckung berücksichtigt werden. Für die Bedingung, dass die Summe der Momente gleich null ist, ergibt sich Folgendes:
In dieser Gleichung ist θ_j bei j = 1, 2, 3, 4 und 5 ein Biegewinkel des Komplettierungsstrangs an der jten Komponente, v_j ist die Seitenverformung der jten Komponente und l_j ist die Längenerstreckung zwischen der (j + l)ten Komponente und der jten Komponente und i_j = EI/l_j. Eine angemessene Analyse für einen Komplettierungsstrang kann anhand eines Modells von fünf oder weniger Komponenten durchgeführt werden.
7 veranschaulicht Reibungskraft in einer einzelnen Richtung für ein Fünfkomponentenmodell. Das Fünfkomponentenmodell beinhaltet fünf Komponenten 707-1, 707-2, 707-3, 707-4 und 707-5 für einen Komplettierungsstrang 705, wobei wenigstens eine der Komponenten eine außerachsige Komponente ist. Die Reibungskraft F_f kann als die Summe der Reibungskräfte F_fr1, F_fr2, F_fr3, F_fr4 und F_fr5 an der jeweiligen Komponente berechnet werden. Die einzelnen Reibungskräfte sind proportional zu einer Seitenkraft F_s1, F_s2, F_s3, F_s4 oder F_s5 an der jeweiligen Komponente. Die Reibung F_f ergibt sich aus F_f = μ(|F_s1| + |F_s2| + |F_s3| + |F_s4| + |F_s5|), wobei μ der Reibungskoeffizient ist. Diese Berechnung der Reibungskraft F_f kann eine Zugkraftberechnung für den Komplettierungsstrang 705 bereitstellen.
Die Verfahren gemäß den vorliegenden Lehren können zur Bruchanalyse benutzt werden. Die Spannung im Komplettierungsstrang kann anhand der Modellierung berechnet werden. Nach Bestimmung einer maximalen Spannung kann diese mit einer Spannung σ_strength verglichen werden, die die Festigkeit des Komplettierungsstrangs darstellt, bei dem mit dem Auftreten eines Bruchs gerechnet wird. In Bezug auf eine axiale Spannung σ_A, maximale Biegespannung σ_Bmax, maximale Scherspannung τ_max, die maximale Gesamtspannung σ, ergibt sich eine zulässige σ_strength aus σ = Max[σ_A + σ_Bmax, SQRT(σ_A ² + τ_max ²)] ≤ σ_strength.
Während des Bohrens und der Produktion kann über die gesamte Lebensdauer des Bohrlochs hinweg eine kontinuierliche Überwachung mithilfe von faseroptischen Sensoren und Belastungsmessern durchgeführt werden, die anhand von Verfahren, die den hier erörterten Verfahren ähnlich oder mit ihnen identisch sind, mit der Analyse verglichen werden können. Diese Verfahren können auch zum Berechnen des Platzens eines Futterrohrs, des Einsturzes eines Futterrohrs und von Sicherheitsfaktoren verwendet werden. Eingebettete Belastungsmesser können zum Messen von Dreiachsenspannungen verwendet werden. Eine kontinuierliche Überwachung der Mises-Vergleichsspannung kann in Bezug auf die Modellierung der vorliegenden Lehren durchgeführt werden, um die Intaktheit des Bohrlochs zu prüfen.
8 zeigt Merkmale einer Ausführungsform eines Beispielverfahrens zum Betreiben einer Verarbeitungseinheit zum Durchführen einer Lastanalyse eines Komplettierungsstrangs. Bei 810 wird ein kontinuierliches Strangmodell auf einen Komplettierungsstrang mit einer Vielzahl von Komponenten einschließlich einer außerachsigen Komponente angewandt. Das Anwenden eines kontinuierlichen Strangmodells kann das Anwenden eines Fünfkomponentenmodells beinhalten. Bei 820 wird eine Kraftanalyse an der außerachsigen Komponente und an einer Anzahl der Komponenten der Vielzahl von Komponenten auf Grundlage des kontinuierlichen Modells durchgeführt. Bei 830 wird auf Grundlage der Kraftanalyse ein Kräftegleichgewichtsgleichungssatz erstellt und gelöst. Bei 840 wird auf Grundlage des Kräftegleichgewichtsgleichungssatzes eine Seitenkraft an der außerachsigen Komponente und an jeder der Anzahl von Komponenten bestimmt.
Das Verfahren kann das Bestimmen einer Zugkraft an dem Komplettierungsstrang auf Grundlage der Bestimmung der Seitenkräfte beinhalten. Das Verfahren kann das Durchführen einer Spannungsanalyse am Komplettierungsstrang auf Grundlage der Bestimmung der Seitenkräfte beinhalten. Das Verfahren kann das Verwenden eines Weichstrangmodells, eines Steifstrangmodells, eines Finitelementmodells oder eines Mehrkörpersystemmodells zum Durchführen einer Zugkraftanalyse oder einer Spannungsanalyse beinhalten. Das Verfahren kann das Bestimmen einer Mindestverschiebung zwischen Komponenten des Komplettierungsstrangs auf Grundlage dessen beinhalten, ob ein Bruchkriterium auf Grundlage der Bestimmung der Seitenkraft an der außerachsigen Komponente und an jeder der Anzahl von Komponenten erfüllt ist. Das Bestimmen der Mindestverschiebung kann einen iterativen Prozess beinhalten, in dem der Abstand zwischen Komponenten des Komplettierungsstrangs in dem kontinuierlichen Strangmodell erhöht wird, bis das Bruchkriterium erfüllt ist.
9 zeigt Merkmale einer Ausführungsform eines Beispielübersichtansatzes zur Analyse eines Komponentenstrangs zum Bestimmen einer Mindestverschiebung der Komponenten. Bei 905 werden exzentrische Komponenten eines Komponentenstrangs identifiziert, die eine Strangverformung verursachen können. Bei 910 kann eine Seitenkraft an Komponenten zur Bewertung identifiziert werden, die sich aus Strangverformung ergibt. Bei 915 kann eine Strangverformung an einer konzentrischen Komponente identifiziert werden, wobei die entsprechende Verschiebung bei 920 als e = R_o – R_p festgelegt wird. Bei 925 kann eine Strangverformung an einer exzentrischen Komponente identifiziert werden, wobei die entsprechende Verschiebung bei 930 als e = R_p + e_c – R_o festgelegt wird. Bei 935 kann ein kontinuierliches Strangmodell angewandt werden. Bei 940 kann an den einzelnen Komponenten des kontinuierlichen Strangmodells eine Kraftanalyse durchgeführt werden. Bei 945 kann anhand der Kraftanalyse ein Kräftegleichgewichtsgleichungssatz gelöst werden. Bei 950 kann nach dem Lösen des Kräftegleichgewichtsgleichungssatzes eine Seitenkraft an den einzelnen Komponenten geschätzt werden. Bei 955 kann nach dem Schätzen der Seitenkräfte eine Zugkraftanalyse durchgeführt werden. Bei 960 kann nach dem Schätzen der Seitenkräfte eine Spannungsanalyse durchgeführt werden.
Die Zugkraftanalyse und die Spannungsanalyse können unter Verwendung von einem oder mehreren von einem Weichstrangmodell bei 962, einem Steifstrangmodell bei 964, einem Finitelementmodell bei 966 oder einem Mehrkörpersystemmodell bei 968 durchgeführt werden. Bei 970 können Hakenlast- und Drehmomentberechnungen durchgeführt werden. Die Hakenlast ist die Gesamtnettolast an einer Vorrichtung, an der ein Bohrstrang, Bohrkragen oder andere zugehörige Ausrüstung aufgehängt ist. Bei 975 können Strangspannungsberechnungen durchgeführt werden. Bei 980 kann eine Abfrage getätigt werden, um zu bestimmen, ob die Spannung ein Bruchkriterium erfüllt. Das Bruchkriterium kann festgelegt sein auf σ = Max[σ_A + σ_Bmax, SQRT(σ_A ² + τ_max ²)] ≤ σ_strength, wobei σ die maximale Gesamtspannung ist, die Spannung σ_strength die Festigkeit des Komponentenstrangs darstellt, bei der mit dem Auftreten eines Bruchs gerechnet wird, σ_A die axiale Spannung ist, σ_Bmax die maximale Biegespannung ist, τ_max die maximale Scherspannung ist. Wenn bei 985 das Kriterium nicht erfüllt wird, wird der Mindestabstand zwischen Komponenten erhöht, und die Analyse kehrt zu 915 und 925 zurück, um die Strangverformung für die konzentrische Komponente und die Strangverformung für die exzentrische Komponente mit diesem aktualisierten Komponententrennungsabstand zu bestimmen. Wenn bei 990 das Kriterium erfüllt ist, kann die Analyse beendet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann eine nicht-flüchtige maschinenlesbare Speichervorrichtung darauf gespeicherte Anweisungen umfassen, die bei Ausführung durch eine Maschine die Maschine dazu veranlassen, Vorgänge durchzuführen, wobei die Vorgänge ein oder mehrere Merkmale umfassen, die ähnlich wie oder identisch mit Merkmalen von hier beschriebenen Verfahren und Techniken im Zusammenhang mit dem Durchführen einer Lastanalyse eines Komplettierungsstrangs sind. Die physische Struktur dieser Anweisungen kann von einem oder mehreren Verarbeitungseinheiten gehandhabt werden. Das Ausführen dieser physischem Strukturen kann die Maschine dazu veranlassen, Vorgänge zum Anwenden eines kontinuierlichen Strangmodells auf einen Komplettierungsstrang mit einer Vielzahl von Komponenten einschließlich einer außerachsigen Komponente durchzuführen; eine Kraftanalyse an der außerachsigen Komponente und an einer Anzahl der Komponenten der Vielzahl von Komponenten auf Grundlage des kontinuierliches Modells durchzuführen; auf Grundlage der Kraftanalyse einen Kräftegleichgewichtsgleichungssatz vorzubereiten und zu lösen; und eine Seitenkraft an der außerachsigen Komponente und an jeder der Anzahl von Komponenten auf Grundlage des Kräftegleichgewichtsgleichungssatzes zu bestimmen. Bei einer maschinenlesbaren Speichervorrichtung handelt es sich hier weiterhin um eine physische Vorrichtung, die Daten speichert, die durch eine physische Struktur in der Vorrichtung dargestellt werden. Zu Beispielen von nicht-flüchtigen maschinenlesbaren Speichervorrichtungen können, ohne darauf beschränkt zu sein, Lesespeicher (ROM), Schreib-/Lesespeicher (RAM), eine Magnetdisk-Speichervorrichtung, eine optische Speichervorrichtung, ein Flash-Speicher und andere elektronische, magnetische und/oder optische Speichervorrichtungen gehören.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein System eine Verarbeitungseinheit und eine Speichereinheit umfassen, die derart vorgesehen sind, dass die Verarbeitungseinheit und die Speichereinheit dazu konfiguriert sind, einen oder mehrere Vorgänge gemäß Techniken zum Durchführen einer Lastanalyse eines Komplettierungsstrangs in einem Bohrloch durchzuführen, die den hier gelehrten Verfahren ähnlich oder mit ihnen identisch sind. Das System kann eine Kommunikationseinheit zum Empfangen von Daten beinhalten, die von einem oder mehreren Sensoren erzeugt werden, die in einem Bohrloch angeordnet sind. Der eine oder die mehreren Sensoren können einen faseroptischen Sensor, einen Drucksensor oder einen Belastungsmesser zum Bereitstellen von Überwachung von Bohren und Produktion im Zusammenhang mit dem Bohrloch beinhalten. Eine Verarbeitungseinheit kann dazu strukturiert sein, Verarbeitungstechniken durchzuführen, die den hier erörterten Techniken ähnlich oder mit ihnen identisch sind. Eine solche Verarbeitungseinheit kann als eine integrierte Einheit oder eine verteilte Einheit vorgesehen sein. Die Verarbeitungseinheit kann an der Oberfläche eines Bohrlochs angeordnet sein, um Daten aus dem Betreiben von einem oder mehreren Messwerkzeugen im Bohrloch zu analysieren.
10 stellt ein Blockdiagramm von Merkmalen einer Ausführungsform eines Beispielsystems 1000 dar, das betriebsfähig ist, damit in Zusammenhang steht, eine Lastanalyse eines Komplettierungsstrangs oder eines Bohrstrangs durchzuführen. Das System 1000 kann eine Steuereinrichtung 1025, einen Speicher 1035, ein elektronisches Gerät 1065 und eine Kommunikationseinheit 1040 beinhalten. Die Steuereinrichtung 1025 und der Speicher 1035 können derart realisiert sein, dass sie Verarbeitungsschemata verwalten, wie sie hier beschrieben sind. Der Speicher 1035 kann als eine oder mehrere nicht-flüchtige maschinenlesbare Speichervorrichtungen realisiert sein, auf denen Anweisungen gespeichert sind, die bei Ausführung durch eine Maschine die Maschine dazu veranlassen, Vorgänge durchzuführen, wobei die Vorgänge das Durchführen einer Lastanalyse gemäß den vorliegenden Lehren umfassen. Die Verarbeitungseinheit 1020 kann dazu strukturiert sein, Vorgänge zum Verwalten von Verarbeitungsschemata durchzuführen, die in ähnlicher oder identischer Weise wie in hier beschriebenen Ausführungsformen eine Lastanalyse eines Komplettierungsstrangs oder eines Bohrstrangs implementieren. Das System 1000 kann auch ein oder mehrere Bewertungswerkzeuge 1005 mit einem oder mehreren Sensoren 1010 beinhalten, die betriebsfähig sind, um Messungen in Bezug auf ein Bohrloch vorzunehmen. Der eine oder die mehreren Sensoren 1010 können, ohne darauf beschränkt zu sein, einen faseroptischen Sensor, einen Drucksensor oder einen Belastungsmesser zum Bereitstellen von Überwachen von Bohren und Produktion im Zusammenhang mit dem Bohrloch beinhalten. Die Steuereinrichtung 1025 und der Speicher 1035 können auch dazu vorgesehen sein, das eine oder die mehreren Bewertungswerkzeuge 1005 zu betreiben, um Messdaten zu erfassen, während das eine oder die mehreren Bewertungswerkzeuge 1005 betrieben werden.
Das elektronische Gerät 1065 kann in Verbindung mit der Steuereinrichtung 1025 benutzt werden, um Aufgaben im Zusammenhang mit dem Vornehmen von Messungen im Bohrloch mit dem einen oder den mehreren Sensoren 1010 des einen oder der mehreren Bewertungswerkzeuge 1005 durchzuführen. Die Kommunikationseinheit 1040 kann Bohrlochkommunikation in einem Bohrvorgang beinhalten. Diese Bohrlochkommunikation kann ein Telemetriesystem beinhalten.
Das System 1000 kann auch einen Bus 1027 beinhalten, wobei der Bus 1027 elektrische Leitfähigkeit unter den Komponenten des Systems 1000 bereitstellt. Der Bus 1027 kann einen Adressbus, einen Datenbus und einen Steuerbus beinhalten, die jeweils unabhängig konfiguriert sind. Der Bus 1027 kann auch gemeinsame leitfähige Leitungen verwenden, um eins oder mehrere von Adresse, Daten oder Steuerung bereitzustellen, deren Verwendung von der Steuereinrichtung 1025 geregelt werden kann. Der Bus 1027 kann ein optisches Übertragungsmedium beinhalten, um optische Signale unter den verschiedenen Komponenten des Systems 1000 bereitzustellen. Der Bus 1027 kann derart konfiguriert sein, dass die Komponenten des Systems 1000 verteilt sind. Der Bus 1027 kann Netzwerkfähigkeiten beinhalten. Eine solche Verteilung kann zwischen Bohrlochkomponenten wie etwa einem oder mehreren Sensoren 1010 des einen oder der mehreren Bewertungswerkzeuge 1005 und Komponenten vorgesehen sein, die an der Oberfläche eines Bohrlochs angeordnet sein können. Alternativ können verschiedene dieser Komponenten gemeinsam angeordnet sein, etwa an einem oder mehreren Kragen eines Bohrstrangs, an einer Kabelstruktur oder anderen Messanordnung.
In verschiedenen Ausführungsformen können Peripherievorrichtungen 1045 Anzeigen, weitere Speicher und/oder andere Steuervorrichtungen beinhalten, die in Verbindung mit der Steuereinrichtung 1025 und/oder dem Speicher 1035 arbeiten können. In einer Ausführungsform kann die Steuereinrichtung 1025 als eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten realisiert sein. Die Peripherievorrichtungen 1045 können dazu vorgesehen sein, in Verbindung mit der oder den Anzeigeeinheiten 1055 zu arbeiten, wobei Anweisungen im Speicher 1035 gespeichert sind, um eine Benutzerschnittstelle zum Verwalten des Betriebs des einen oder der mehreren Bewertungswerkzeuge 1005 und/oder Komponenten zu implementieren, die in dem System 1000 verteilt sind. Eine solche Benutzerschnittstelle kann in Verbindung mit der Kommunikationseinheit 1040 und dem Bus 1027 betrieben werden und kann Steuerung und Befehle für Vorgänge in Reaktion auf eine Analyse des Komplettierungsstrangs oder des Bohrstrangs bereitstellen. Verschiedene Komponenten des Systems 1000 können integriert sein, um eine Verarbeitung durchzuführen, die ähnlich wie die in Bezug auf verschiedene Ausführungsform hier erörterten Verarbeitungsschemata oder identisch mit ihnen sein kann.
Die Verfahren und Systeme gemäß den vorliegenden Lehren stellen Modellierung von Seitenkraft und Zugkraft bereit, während mehrere außerachsige Komponenten in den Komplettierungsstrang eingebracht werden, was bislang nicht untersucht wurde. Das Verfahren kann dazu benutzt werden, den Mindestabstand zwischen zwei Komponenten zu bestimmen, um Brüche während des Einbringens des außerachsigen Komplettierungsstrangs zu verhindern. Diese Verfahren können auch dazu benutzt werden, die Seitenkräfte und den Mindestabstand zwischen Werkzeugen und Komponenten in außerachsigen Bohrsträngen zu schätzen, um Brüche bei Bohrvorgängen zu verhindern. Eine korrekte Modellierung der Kräfte und Spannungen trägt dazu bei, die angemessenen Werkzeuge und Komponenten auszuwählen, um eine Überlastung und einen Ausfall von Materialien in Komplettierungssträngen zu verhindern und Verluste zu vermeiden. Eine korrekte Schätzung des Mindestabstands zwischen Komponenten zum Verhindern von Brüchen beim Einbringen von mehreren außerachsigen Komponenten in Komplettierungsstränge trägt dazu bei, Verluste zu reduzieren.
Obwohl vorliegend bestimmte Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wurden, werden Durchschnittsfachleute verstehen, dass die bestimmten dargestellten Ausführungsformen durch eine beliebige Anordnung ersetzt werden können, die dazu ausgelegt ist, denselben Zweck zu erfüllen. Verschiedene Ausführungsformen verwenden Abwandlungen und/oder Kombinationen von hier beschriebenen Ausführungsformen. Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung veranschaulichend und nicht einschränkend ist und dass die hier verwendete Phraseologie oder Terminologie dem Zweck der Beschreibung dient. Kombinationen der vorstehenden Ausführungsformen und anderer Ausführungsformen werden nach der Lektüre der vorstehenden Beschreibung für Fachleute auf der Hand liegen.

Claims

Verfahren, umfassend: Betreiben einer Verarbeitungseinheit zum Durchführen von Vorgängen, beinhaltend: Anwenden eines kontinuierlichen Strangmodells auf einen Komplettierungsstrang mit einer Vielzahl von Komponenten einschließlich einer außerachsigen Komponente; Durchführen einer Kraftanalyse an der außerachsigen Komponente und an einer Anzahl der Komponenten der Vielzahl von Komponenten auf Grundlage des kontinuierlichen Modells; Vorbereiten und Lösen einer Kräftegleichgewichtsgleichung, die auf Grundlage der Kraftanalyse festgelegt wird; und Bestimmen einer Seitenkraft an der außerachsigen Komponente und an jeder der Anzahl von Komponenten auf Grundlage des Kräftegleichgewichtsgleichungssatzes.
Verfahren nach Anspruch 1, Anwenden eines kontinuierlichen Strangmodells beinhaltet Anwenden eines Fünfkomponentenmodells.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren Bestimmen einer Zugkraft am Komplettierungsstrang auf Grundlage der Bestimmung der Seitenkräfte beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren Durchführen einer Spannungsanalyse an dem Komplettierungsstrang auf Grundlage des Bestimmens der Seitenkräfte beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren Verwenden eines Weichstrangmodells, eines Steifstrangmodells, eines Finitelementmodells oder eines Mehrkörpersystemmodells zum Durchführen einer Zugkraftanalyse oder einer Spannungsanalyse beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren Bestimmen einer Mindestverschiebung zwischen Komponenten des Komplettierungsstrangs auf Grundlage dessen beinhaltet, ob ein Bruchkriterium erfüllt ist, auf Grundlage des Bestimmens der Seitenkraft an der außerachsigen Komponente und an jeder der Anzahl von Komponenten.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Bestimmen der Mindestverschiebung ein iterativer Prozess ist, in dem der Abstand zwischen Komponenten des Komplettierungsstrangs in dem kontinuierlichen Strangmodell erhöht wird, bis das Bruchkriterium erfüllt ist.
Nicht-flüchtige maschinenlesbare Speichervorrichtung mit darauf gespeicherten Anweisungen, die bei Ausführung durch eine Maschine die Maschine dazu veranlassen, Vorgänge auszuführen, wobei die Vorgänge das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfassen.
System, umfassend: eine Verarbeitungseinheit; und eine Speichereinheit, die derart vorgesehen ist, dass die Verarbeitungseinheit und die Speichereinheit dazu konfiguriert sind, die Vorgänge nach einem der Verfahren 1 bis 7 durchzuführen.
System nach Anspruch 9, das System beinhaltet eine Kommunikationseinheit zum Empfangen von Daten, die von einem oder mehreren Sensoren erzeugt werden, die in einem Bohrloch angeordnet sind.
System nach Anspruch 10, der eine oder die mehreren Sensoren beinhalten einen faseroptischen Sensor, einen Drucksensor oder einen Belastungsmesser zum Bereitstellen von Überwachen von Bohren und Produktion im Zusammenhang mit dem Bohrloch. 1. Verfahren, umfassend: Betreiben einer Verarbeitungseinheit zum Durchführen von Vorgängen, beinhaltend: Anwenden eines kontinuierlichen Strangmodells auf einen Komplettierungsstrang mit einer Vielzahl von Komponenten einschließlich einer außerachsigen Komponente; Durchführen einer Kraftanalyse an der außerachsigen Komponente und an einer Anzahl der Komponenten der Vielzahl von Komponenten auf Grundlage des kontinuierlichen Modells; Vorbereiten und Lösen einer Kräftegleichgewichtsgleichung, die auf Grundlage der Kraftanalyse festgelegt wird; und Bestimmen einer Seitenkraft an der außerachsigen Komponente und an jeder der Anzahl von Komponenten auf Grundlage des Kräftegleichgewichtsgleichungssatzes. 2. Verfahren nach Anspruch 1, Anwenden eines kontinuierlichen Strangmodells beinhaltet Anwenden eines Fünfkomponentenmodells. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren Bestimmen einer Zugkraft am Komplettierungsstrang auf Grundlage des Bestimmens der Seitenkräfte beinhaltet. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren Durchführen einer Spannungsanalyse an dem Komplettierungsstrang auf Grundlage des Bestimmens der Seitenkräfte beinhaltet. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren Verwenden eines Weichstrangmodells, eines Steifstrangmodells, eines Finitelementmodells oder eines Mehrkörpersystemmodells zum Durchführen einer Zugkraftanalyse oder einer Spannungsanalyse beinhaltet. 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren Bestimmen einer Mindestverschiebung zwischen Komponenten des Komplettierungsstrangs auf Grundlage dessen beinhaltet, ob ein Bruchkriterium erfüllt ist, auf Grundlage der Bestimmung der Seitenkraft an der außerachsigen Komponente und an jeder der Anzahl von Komponenten. 7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Bestimmen der Mindestverschiebung ein iterativer Prozess ist, in dem der Abstand zwischen Komponenten des Komplettierungsstrangs in dem kontinuierlichen Strangmodell erhöht wird, bis das Bruchkriterium erfüllt ist. 8. Nicht-flüchtige maschinenlesbare Speichervorrichtung, auf der Anweisungen gespeichert sind, die bei Durchführung durch eine Maschine die Maschine veranlassen, Vorgänge auszuführen, wobei die Vorgänge Folgendes umfassen: Anwenden eines kontinuierlichen Strangmodells auf einen Komplettierungsstrang mit einer Vielzahl von Komponenten einschließlich einer außerachsigen Komponente; Durchführen einer Kraftanalyse an der außerachsigen Komponente und an einer Anzahl der Komponenten der Vielzahl von Komponenten auf Grundlage des kontinuierlichen Modells; Vorbereiten und Lösen einer Kräftegleichgewichtsgleichung, die auf Grundlage der Kraftanalyse festgelegt wird; und Bestimmen einer Seitenkraft an der außerachsigen Komponente und an jeder der Anzahl von Komponenten auf Grundlage des Kräftegleichgewichtsgleichungssatzes. 9. System, umfassend: eine Verarbeitungseinheit; und eine Speichereinheit, die derart vorgesehen ist, dass die Verarbeitungseinheit und die Speichereinheit dazu vorgesehen sind: ein kontinuierliches Strangmodell auf einen Komplettierungsstrang mit einer Vielzahl von Komponenten einschließlich einer außerachsigen Komponente anzuwenden; eine Kraftanalyse an der außerachsigen Komponente und an einer Anzahl der Komponenten der Vielzahl von Komponenten auf Grundlage des kontinuierlichen Modells durchzuführen; eine Kräftegleichgewichtsgleichung vorzubereiten und zu lösen, die auf Grundlage der Kraftanalyse festgelegt wird; und eine Seitenkraft an der außerachsigen Komponente und an jeder der Anzahl von Komponenten auf Grundlage des Kräftegleichgewichtsgleichungssatzes zu bestimmen. 10. System nach Anspruch 9, das System beinhaltet eine Kommunikationseinheit zum Empfangen von Daten, die von einem oder mehreren Sensoren erzeugt werden, die in einem Bohrloch angeordnet sind. 11. System nach Anspruch 10, der eine oder die mehreren Sensoren beinhalten einen faseroptischen Sensor, einen Drucksensor oder einen Belastungsmesser zum Bereitstellen von Überwachen von Bohren und Produktion im Zusammenhang mit dem Bohrloch. 12. System nach Anspruch 9, wobei die Verarbeitungseinheit und die Speichereinheit dazu vorgesehen sind, das kontinuierliche Strangmodell anzuwenden, was beinhaltet, die Verarbeitungseinheit und die Speichereinheit sind dazu vorgesehen, ein Fünfkomponentenmodell anzuwenden. 13. System nach Anspruch 9 oder 12, wobei die Verarbeitungseinheit und die Speichereinheit dazu vorgesehen sind, eine Zugkraft am Komplettierungsstrang auf Grundlage der Bestimmung der Seitenkräfte zu bestimmen. 14. System nach Anspruch 9 oder 12, wobei die Verarbeitungseinheit und die Speichereinheit dazu vorgesehen sind, eine Spannungsanalyse am Komplettierungsstrang auf Grundlage der Bestimmung der Seitenkräfte durchzuführen. 15. System nach Anspruch 9 oder 12, wobei die Verarbeitungseinheit und die Speichereinheit dazu vorgesehen sind, die Verwendung eines Weichstrangmodells, eines Steifstrangmodells, eines Finitelementmodells oder eines Mehrkörpersystemmodell zum Durchführen einer Zugkraftanalyse oder einer Spannungsanalyse einzubeziehen. 16. System nach Anspruch 9 oder 12, wobei die Verarbeitungseinheit und die Speichereinheit dazu vorgesehen sind, eine Mindestverschiebung zwischen Komponenten des Komplettierungsstrangs auf Grundlage dessen zu bestimmen, ob auf Grundlage der Bestimmung von Seitenkraft an der außerachsigen Komponente und an jeder der Anzahl von Komponenten ein Bruchkriterium erfüllt ist. 17. System nach Anspruch 16, wobei die Bestimmung der Mindestverschiebung ein iterativer Prozess ist, in dem der Abstand zwischen Komponenten des Komplettierungsstrangs in dem kontinuierlichen Strangmodell erhöht wird, bis das Bruchkriterium erfüllt ist. 18. Nicht-flüchtige maschinenlesbare Speichervorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Anwenden eines kontinuierlichen Strangmodells Anwenden eines Fünfkomponentenmodells beinhaltet. 19. Nicht-flüchtige maschinenlesbare Speichervorrichtung nach Anspruch 8 oder 18, wobei die Vorgänge Bestimmen einer Zugkraft am Komplettierungsstrang auf Grundlage des Bestimmens der Seitenkräfte beinhalten. 20. Nicht-flüchtige maschinenlesbare Speichervorrichtung nach Anspruch 8 oder 18, wobei die Vorgänge Durchführen einer Spannungsanalyse am Komplettierungsstrang auf Grundlage des Bestimmens der Seitenkräfte beinhalten. 21. Nicht-flüchtige maschinenlesbare Speichervorrichtung nach Anspruch 8 oder 18, wobei die Vorgänge Verwenden eines Weichstrangmodells, eines Steifstrangmodells, eines Finitelementmodells oder eines Mehrkörpersystemmodells zum Durchführen einer Zugkraftanalyse oder einer Spannungsanalyse beinhalten. 22. Nicht-flüchtige maschinenlesbare Speichervorrichtung nach Anspruch 8 oder 18, wobei die Vorgänge Bestimmen einer Mindestverschiebung zwischen Komponenten des Komplettierungsstrangs auf Grundlage dessen beinhalten, ob ein Bruchkriterium auf Grundlage der Bestimmung der Seitenkraft an der außerachsigen Komponente und an jeder der Anzahl von Komponenten erfüllt ist. 23. Nicht-flüchtige maschinenlesbare Speichervorrichtung nach Anspruch 22, wobei das Bestimmen der Mindestverschiebung ein iterativer Prozess ist, in dem der Abstand zwischen Komponenten des Komplettierungsstrangs in dem kontinuierlichen Strangmodell erhöht wird, bis das Bruchkriterium erfüllt ist.