改进井具的设计、制造、性能和/或使用的方法和设备技术

提供用于使用三维(3D)扫描技术和一个或多个反馈环路改进油田设备和井具的设计、制造及性能的方法和系统。基于将“竣工”3D数据与用于井具的设计数据文件相比较，可以评估与井具相关联的制造过程和工艺。基于在“竣工”3D数据与设计数据文件之间的差别，可以进行与制造过程和/或工艺相关联的一种或多种变化。使用相关联的设计数据文件、“竣工”3D数据和/或使用后3D数据，计算流体动力学应用程序可以被用来模拟井具的流体流动特性。基于将模拟流体流动数据与用于井具的希望流体流动特性相比较，可以修改井具的相关联的设计数据文件、制造过程和/或使用过程。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及设备和方法，这些设备和方法可以用来改进井具的设计、制造、性能和 /或使用，并且更具体地说，涉及新井具和用过的井具的数字扫描，以改进相关联的设计、制造过程和/或操作过程，以对于每个井具实现性能目标。
技术介绍
各种类型的三维(3D)测量系统和扫描系统已经用来以各种数字格式，测量和记录与各种各样的产品和过程相关联的详细设计参数。三维(3D)扫描仪一般可以描述为接触扫描仪、激光扫描仪和/或光扫描仪。3D接触扫描仪典型地使用相应探针，以确定在工件的外部和/或内部表面上的各个点的坐标。3D接触扫描仪有时可以称作坐标测量机(CMM)。CMM机或接触式测量系统可以移动相关联的测量探针，以确定在工件的外部和/或内部表面上的多个点的坐标。相关联的计算机和计算机程序可以用来基于多个点的相应坐标，创建工件的3D图像。3D激光扫描仪或3D光扫描仪可以使用对着工件的外部和/或内部表面投射的激光束或其它类型的光束。数千个点可以被记录，并且用来确定每个点的尺寸和位置和准备工件的详细3D图像。可买到的3D扫描仪可以产生复杂3D物体或工件的非常准确和精确的3D数据文件。这样的3D扫描仪可以充分地与相关联的计算机辅助工程(CAE)或计算机辅助设计 (CAD)应用相集成，并且可以在相关联的3D坐标系统中提供综合测量。这样的3D扫描仪可以为了质量控制目的、反向工程、快速原型化、快速加工和/或实物大模型，收集高度精确和详细的数字数据。
技术实现思路
按照本公开的讲授，三维(3D)扫描技术和一个或多个反馈环路可以用来改进各种各样的油田工具和/或井具的设计、制造和/或性能。本公开的一个方面可以包括将 3D扫描技术与多个反馈环路相结合，这可以用来改进旋转钻头和其它油田工具或井具的设计、制造、性能和/或使用。本公开的讲授可以用来消除或减少油田工具或井具的制造误差和/或不适当使用。与本公开的讲授相结合的3D扫描技术和一个或多个反馈环路，可以用来改进与油田设备和/或井具的设计、制造和/或使用相关联的过程。对于某些应用，井具在初始制造之后可以被数字扫描。生成的3D图像可以用来创建“竣工(as built)” 3D数据文件。竣工3D数据文件可以与对应设计数据文件或对应3D 设计数据文件相比较，该对应设计数据文件或对应3D设计数据文件包括，但不限于，工程图纸、制造图纸、制造程序及相关联的规范。在“竣工” 3D数据与设计数据文件之间的任何差别可以用来评估一种或多种制造工艺和程序的性能，以生产与设计数据文件相对应的工件或井具。按照本专利技术的讲授，用过的井具也可以被数字扫描，以创建“使用后”3D数据文件。 在相应设计数据文件与相关联的使用后3D数据文件之间的比较，可以用来评估这样的井具在油田位置或井场处使用之后的性能。在相应设计数据文件、竣工3D数据文件和/或使用后3D数据文件之间的比较，可以用来改进与这样的井具相关联的关联设计、制造、和/或操作过程。对于某些实施例，多个反馈环路可以用来改进井具的相关联设计、与井具关联的制造工艺和过程、和/或与井具在油田位置或井场处的使用相关联的过程。例如，评估井具的竣工尺寸和构造可以用来改进相关联的制造工艺和过程，并且/或者可以用来修改相关联的设计数据文件，以允许改进制造效率和降低制造成本。对于其它应用，从用过的井具取得的详细尺寸和构造可以用来改进相关联的设计数据文件、相关联的制造过程和工艺、和/ 或与井具在油田位置或井场处的使用相关联的过程。使用本公开的3D扫描技术和其它讲授，可以相互比较设计数据文件、相关联的竣工数据文件及相关联的使用后数据文件。生成的比较结果可以用来选择用来制造井具的各种材料和合金。可以进行这样的材料选择以实现用于井具的希望性能目标。附图说明 通过参考联系附图所作的如下描述，可以获得目前实施例和其优点的更完全和彻底理解，在附图中，类似附图标记指示类似特征，并且其中 图1是示意正面图，表示按照本公开的讲授在敞开贯笼内布置的井具的一个例子； 图2是使部分断开的示意正面图，表示按照本公开的讲授的系统的一个例子，该系统可以用来扫描和记录井具的详细尺寸和构造； 图3A是示意部件图，表示按照本公开的讲授的敞开贯笼的一个例子，该敞开贯笼用来扫描和数字记录井具的详细尺寸和构造； 图;3B是示意正面图，表示包括本公开的讲授的敞开贯笼的另一个例子； 图4是示意图，表示按照本公开的讲授与扫描井具和修改相关联的设计文件和/ 或制造过程的一个例子相关联的各个步骤；及 图5是方框图，表示按照本公开的讲授的反馈环路的各种例子，这些反馈环路可以用来改进井具的设计、制造和/或使用。具体实施例方式通过参考图1-5最好地理解本公开的优选实施例和其优点，其中，类似附图标记指相同和类似部分。术语“井底组合件”或“BHA”在本申请中用来描述在钻柱(未特意表示)的井下端部(未特意表示)处的旋转钻头附近布置的各种元件和组合件。在井底组合件或BHA中可以包括的元件和组合件(未特意表示)的例子包括，但不限于，弯接头(bent sub)、井下钻进马达、近钻头扩孔器、稳定器及井下仪器。井底组合件也可以包括各种类型的测井工具 (未特意表示)和与井眼的定向钻具相关联的其它井下工具。这样的测井工具和/或定向钻具的例子可以包括，但不限于，声学、中子、Y射线、密度、光电、核磁共振、旋转转向工具和/或任何其它可买到井具。术语“切削元件(一个或多个)”在本申请中可以用来包括，但不限于，供各种各样的旋转钻头的使用满意的各种类型的刀具、压块、按钮、插入物及量测刀具。冲击防止器可以被包括作为在某些类型的旋转钻头上的切削结构的部分，并且有时可以起切削元件的作用，以从井眼的相邻部分除去岩层材料。多晶金刚石压块(PDC)和碳化钨插入物常常用来形成切削元件。各种类型的其它硬质、研磨材料也可以满意地用来形成切削元件。术语“切削结构”在本申请中可以用来包括在旋转钻头的外部部分上形成的切削元件、冲击防止器和/或量测刀具的各种组合和排列。某些旋转钻头可以包括从相关联的钻头体延伸的一个或多个刀片，使刀具配置有刀片。这样的刀片也可以称作“刀具刀片”。 各种构造的刀片和刀具可以用来形成用于旋转钻头的切削结构。术语“设计数据文件”可以包括，但不限于，来自工程图纸、制造图纸、制造过程、相关联的技术规范及公差的数据。设计数据文件也可以包括适用的工业标准。设计数据文件可以按各种各样的格式保持。术语“3D设计数据文件”在本申请中可以用来包括按三维格式保持的设计数据文件。各种各样的可买到软件包，例如，但不限于，计算机辅助工程(CAE)程序、计算机辅助设计(CAD)程序、和/或计算机辅助制造(CAM)，可以用来准备与初始设计数据文件相对应的三维(3D)设计数据文件。按照本公开的讲授，这样的软件应用程序也可以用来形成对于初始(3D)设计数据文件的各种改进。这样的软件应用程序也可以用来将井具的扫描 3D图像转换成对应3D数据文件。可买到计算流体动力学(CFD)软件程序、包和/或应用程序、和有限元分析(FEA)软件程序、包括和/或应用程序，也可以用来完成本公开的各种讲授。CAEXAD和/或CAM应用程序常常需要专用类型工具、夹具和/或模具，以帮助相关联的井具和油田设备的制造和组装。包本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种改进井具的设计的方法，包括：使用软件应用程序和能够操作的通用计算机来初始地设计井具，以产生初始设计数据文件；至少部分地基于初始设计数据文件，制造井具；用３Ｄ扫描系统扫描井具，以得到所制造的井具的３Ｄ图像；将所制造的井具的３Ｄ图像转换成竣工３Ｄ数据文件；将井具的竣工３Ｄ数据文件和井具的初始设计数据文件相比较；评估在初始设计数据文件和竣工３Ｄ数据文件之间的变化；和基于在初始设计数据文件和竣工３Ｄ数据文件之间的至少一个变化，修改与井具相关联的至少一个设计参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2007.12.05 US 60/992,3921.一种改进井具的设计的方法，包括使用软件应用程序和能够操作的通用计算机来初始地设计井具，以产生初始设计数据文件；至少部分地基于初始设计数据文件，制造井具； 用3D扫描系统扫描井具，以得到所制造的井具的3D图像； 将所制造的井具的3D图像转换成竣工3D数据文件； 将井具的竣工3D数据文件和井具的初始设计数据文件相比较； 评估在初始设计数据文件和竣工3D数据文件之间的变化；和基于在初始设计数据文件和竣工3D数据文件之间的至少一个变化，修改与井具相关联的至少一个设计参数。2.根据权利要求1所述的方法，还包括基于在初始设计数据文件和竣工3D数据文件之间的变化的评估，修改与井具相关联的至少一个制造过程。3.根据权利要求1所述的方法，还包括 在井场处使用井具；用能够操作的3D扫描系统扫描用过的井具，以得到在这样的使用之后的井具的3D图像；将用过的井具的3D图像转换成使用后3D数据文件； 将使用后3D数据文件和用于井具的初始设计数据文件相比较；和测量和量化用过的井具的磨耗、腐蚀和/或磨损。4.根据权利要求3所述的方法，还包括基于井具的磨耗、腐蚀和/或磨损，修改在初始设计数据文件中的至少一个设计参数。5.根据权利要求1所述的方法，还包括基于竣工3D数据文件，进行井具的计算流量数据模拟；和基于计算流量数据模拟，修改在初始设计数据文件中的至少一个设计参数。6.根据权利要求1所述的方法，还包括基于初始设计数据文件，进行井具的第一计算流量数据模拟；基于竣工3D数据文件，进行第二计算流量数据模拟；和评估在第一计算流量数据模拟和第二计算流量数据模拟之间的变化。7.根据权利要求6所述的方法，还包括基于在第一计算流量数据模拟和第二计算流量数据模拟之间的变化，修改在初始设计数据文件中的至少一个设计参数。8.一种改进与井具相关联的制造过程的方法，包括至少部分地基于用于井具的相应三维(3D)设计数据文件，制造井具； 用3D扫描系统扫描制造的井具，以得到竣工井具的3D图像； 将竣工井具的3D图像转换成竣工3D数据文件； 将竣工3D数据文件和用于井具的相应3D设计数据文件相比较； 评估在相应3D设计数据文件和竣工3D数据文件之间的差别；和基于在相应3D设计数据文件和竣工3D数据文件之间的至少一个差别，修改与井具相关联的至少一个制造过程。9.根据权利要求8所述的方法，其中，修改至少一个制造过程还包括基于在相应3D设计数据文件和竣工3D数据文件之间的差别，修改与制造井具相关联的至少一个模具。10.根据权利要求8所述的方法，其中，修改至少一个制造过程还包括至少部分地基于在相应3D设计数据文件和竣工3D数据文件之间的差别，修改与制造井具相关联的工具和/或夹具。11.根据权利要求8所述的方法，还包括基于竣工3D数据文件，进行井具的第一计算流量数据模拟；和基于第一计算流量数据模拟，修改与井具相关联的至少一个制造过程。12.根据权利要求11所述的方法，还包括基于3D设计数据文件，进行井具的第二计算流量数据模拟；和修改与在第一计算流量数据模拟和第二计算流量数据模拟之间的差别相关联的至少一个制造过程。13.根据权利要求8所述的方法，其中，扫描竣工井具还包括用3D白光扫描系统扫描竣工井具。14.根据权利要求8所述的方法，还包括 在井场处使用井具；用3D扫描系统扫描用过的井具以得到用过的井具的3D图像，并且将用过的井具的3D 图像转换成使用后3D数据文件；基于使用后3D数据文件，进行用过的井具的计算流量数据模拟；基于计算流量数据模拟，测量和量化用过的井具的磨耗、腐蚀和/或磨损；和基于用过的井具的磨耗、腐蚀和/或磨损，修改与井具相关联的至少一个制造过程。15.一种改进井具在井场处使用之后的井具的性能的方法，包括 用三维扫描系统扫描用过的井具，以得到用过的井具的三维图像； 将用过的井具的三维图像转换成三维使用后数据文件；将三维使用后数据文件和井具的相关联的使用前三维数据文件相比较； 评估在使用后三维数据文件和使用前三维数据文件之间的差别；和基于在使用后三维数据文件和使用前三维数据文件之间的至少一个变化，修改与井具在井场处的使用相关联的至少一个操作参数。16.根据权利要求15所述的方法，还包括基于井具的磨耗、腐蚀和/或磨损，修改与井具在井场处的使用相关联的至少一个操作参数。17.根据权利要求15所述的方法，还包括基于在使用后三维数据文件和使用前三维数据文件之间的至少一个变化，修改与井具的制造相关联的至少一个制造过程。18.根据权利要求15所述的方法，其中，评估在使用后3D数据文件和使用前3D数据文件之间的差别还包括将竣工3D数据文件用作使用前3D数据文件。19.根据权利要求15所述的方法，其中，评估在使用后3D数据文件和使用前3D数据文件之间的差别还包括将3D设计数据文件用作使用前3D数据文件。20.一种改进井具的设计、制造、性能和/或使用的方法，包括用能够操作的三维(3D)扫描系统在井具制造之后对井具进行扫描，以创建所制造的井具的3D图像；将制造的井具的3D图像转换成竣工3D数据文件；将竣工3D数据文件和用于井具的相关联的3D设计数据文件相比较； 评估在相关联的3D设...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·H·林德，K·L·格拉斯，
申请(专利权)人：霍利贝顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：US