使用石墨烯的井下管件的摩擦和磨損減少制造技術

本說明書的主題可以被具體化為(除了其他方面外)一種方法，其包括：提供具有含內表面的孔的外部管狀構件，將潤滑劑層施加至所述外部管狀構件的所述內表面的至少一部分，將所述外部管狀構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內部構件的鉆井總成，將潤滑劑層施加至所述內部構件的所述外表面的至少一部分，將所述內部構件插入所述外部管狀構件的所述孔中，通過所述鉆井總成的所述孔來提供鉆井液，使所述內部構件相對于所述外部構件旋轉，測量在所述外部構件與所述內部構件之間的機械磨損的指標，確定所述所測得的指標超過預先確定的閾值水平，以及觸發后續操作。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本文件一般描述了用于可定位在井筒中的設備的摩擦和磨損減少技術，更具體地說，描述了使用石墨烯作為潤滑劑的摩擦和磨損減少技術。背景與來自地球的烴類的回收有關，通常使用多種不同的方法和設備來鉆探井筒。根據一種常用方法，將牙輪鉆頭或固定切削刃鉆頭抵靠地下地層旋轉來形成井筒。鉆頭通過附接到鉆頭的鉆柱的旋轉和/或通過由地下鉆井馬達賦予鉆頭的旋轉力而在井筒中旋轉，該地下鉆井馬達由鉆井液沿著鉆柱向下并穿過井下馬達的流動來提供動力。經常地，當正在鉆井時，耦接的套管柱伸入井筒的開孔部分中，并通過在套管柱的外部與井筒壁之間的環空中的循環的水泥泥漿來用水泥膠結在適當的位置處。這通過本領域中已知的并且用于本領域中已知的鉆井目的的方法來完成。隨后井筒被鉆得更深。當鉆得更深時，旋轉的鉆柱與鉆柱底部上的鉆頭一起延伸穿過套管柱的內部。鉆柱包括在鉆具接頭處接合(即，螺紋連接)在一起的鉆桿接頭，并且由在表面處的鉆機旋轉。當旋轉鉆柱時，鉆桿并且更具體地是鉆具接頭的較大的外徑部分可以抵靠套管的內壁摩擦。像所有移動機構一樣，旋轉的鉆柱展現出可導致套管和鉆柱中的任一個或兩個的機械磨損的摩擦。由于需要克服摩擦阻力而增加的動力或者由于歸因于磨損的總成的維護或修復，摩擦和機械磨損可致使鉆探低效。附圖說明圖1是用于鉆探井筒的示例性鉆機的圖。圖2是用于設置在井筒中的井下工具的摩擦和磨損減少技術的示例性過程的流程圖。圖3是用于設置在井筒中的井下工具的摩擦和磨損減少技術的示例性后續操作的流程圖。圖4是為井下工具施加潤滑劑的示例性過程的流程圖。詳細描述圖1是用于鉆探井筒12的示例性鉆機10的圖。鉆機10包括由通常定位在地球表面18上的井架16所支撐的鉆柱14。井筒12至少部分地由套管34加襯。鉆柱14穿過套管34中的孔從井架16延伸到井筒12中。鉆柱14的下端部分包括至少一個鉆鋌20，并且在一些實現方式中包括以地下鉆井液為動力的馬達22和鉆頭24。鉆頭24可以是固定切削刃鉆頭、牙輪鉆頭或適合于鉆探井筒的任何其他類型的鉆頭。鉆井液供應系統26使鉆井液(通常稱為“鉆井泥漿”)向下循環通過鉆柱14的孔，用于通過鉆頭24或在其附近進行排放以有助于鉆井操作。鉆井液隨后通過在井筒12與鉆柱14之間形成的環空28朝向表面18流回。可通過使用轉盤或頂部驅動來旋轉鉆柱14(并且因此旋轉鉆頭24)和/或通過利用由循環的鉆井液供應給地下馬達22的旋轉動力來旋轉鉆頭而對井筒12進行鉆探。為了減少在鉆柱14與套管34之間的摩擦的量，將潤滑劑層60施加至鉆柱14的外表面19，并將潤滑劑層62施加至套管34的孔的內表面21。在一些實施方案中，潤滑劑層60、62可以是石墨烯層。在一些實施方案中，可將石墨烯施加至套管34的內表面21和鉆柱14的外表面19，以形成潤滑劑層60、62。例如，可將呈粉末形式的石墨烯噴灑、噴砂、粉末涂覆或以其他方式施加至套管34和鉆柱14。在另一個實例中，套管34和鉆柱14可與固體石墨相接觸(例如，摩擦)，以留下石墨烯層作為潤滑劑層60、62。在一些實施方案中，可將石墨烯懸浮在液體(例如，乙醇)中以形成石墨烯懸浮液，并且可將懸浮液噴涂到套管34的內表面和鉆柱14的外表面19上，以形成潤滑劑層60、62。例如，石墨烯懸浮液可使用可商購獲得的氣動噴涂機或無氣噴涂機來進行噴涂。在一些實現方式中，包含分散在乙醇中的石墨烯單層薄片的具有重量濃度為1mg/L的石墨烯的可商購獲得的經溶液處理的石墨烯(SPG)可以在鉆井操作開始的時候被用在套管34、襯管和立管的內壁上，和/或用在鉆柱14的外表面19上。可以使用任何合適的可商購獲得的噴涂或噴灑系統來將SPG噴涂或噴灑在指定的鋼表面上。在一些實現方式中，石墨烯能夠提供改進的摩擦學性能，并且將石墨烯施加在接觸的井下表面上可以減少摩擦和磨損。在一些實現方式中，在井下的套管34與鉆柱14之間的接觸可磨損潤滑劑層60、62，并且可提供潤滑劑涂層(例如，石墨烯)的補給。當將鉆桿、鉆鋌、底孔總成或其他井下工具從井筒12中起出時，可以通過將經溶液處理的石墨烯噴灑在鉆桿、鉆鋌、底孔總成或其他井下工具上來重新施加潤滑劑層60、62，以使得可建立新的涂層。在一些實現方式中，經溶液處理的石墨烯可在連續的基礎上被添加至循環的鉆井液，以有助于在井下補充磨損的石墨烯涂層。在一些實現方式中，保護的石墨烯層的施加能夠在旋轉操作期間減小摩擦系數，并且在起出期間或在滑動鉆井期間減少滑動摩擦。在一些實現方式中，保護的石墨烯層的施加還能夠在鉆井操作期間減少套管34的內表面21上的磨損、鉆柱14上的磨損以及底孔總成工具的機械磨損。在一些實現方式中，石墨烯的施加能夠改進井筒完整性和井下工具/管件(例如，隨鉆測量工具、隨鉆測井工具、穩定器葉片、連接接頭、鉆頭、齒、旋轉可轉向系統、鉆桿、重型鉆桿、鉆鋌)的使用壽命。監測器70測量在鉆柱14與套管34之間的機械磨損的指標。在一些實現方式中，監測器70可測量懸浮在鉆井液中并對應于鉆柱14和套管34中的至少一個的一種或多種預先確定材料的濃度。例如，鉆柱14和套管34可由已知的材料(例如，鋼、鐵、鋁、陶瓷)構造，并且監測器70可以被配置來檢測和測量從井下部件磨損掉的并懸浮在從井下流至表面的鉆井液中的已知材料的量。這種已知材料的濃度可隨時間變化來測量，以估計沿著鉆柱14和套管34已發生的磨損的量。在一些實現方式中，監測器70可測量在鉆柱14與套管34之間形成的轉矩的量。例如，在鉆柱14與套管34之間形成的轉矩的量可以被用來估計沿著鉆柱14與套管34已發生的磨損的量，和/或估計在它們之間作用的井下摩擦力。在一些實現方式中，監測器70可指示鉆柱14和/或套管34的一個或多個機械尺寸。例如，鉆柱14可以以初始外徑開始其使用壽命，初始外徑隨著摩擦和機械磨損侵蝕掉鉆柱14的外表面而逐漸地縮小。在另一個實例中，套管34可以以初始內徑開始其使用壽命，初始內徑隨著摩擦和機械磨損侵蝕掉套管34的內表面而逐漸地增大。監測器70可以被配置來測量鉆柱14和/或套管34的這些和/或其他機械尺寸，以確定沿著鉆柱14和/或套管34已發生的磨損的量。在一些示例性鉆井操作中，套管34、襯管或立管可根據鉆井程序伸入井筒12中。鉆柱14可下入到井筒12中以鉆井。套管中的井本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種減少可定位在井筒中的鉆井設備的摩擦的方法，所述方法包括：提供具有含內表面的孔的外部管狀構件；將第一潤滑劑層施加至所述外部管狀構件的所述內表面的至少一部分；將所述外部管狀構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內部構件的鉆井總成，所述內部構件具有與所述外部構件的中心縱向軸線對齊的中心縱向軸線；將第二潤滑劑層施加至所述內部構件的所述外表面的至少一部分；將所述內部構件插入所述外部管狀構件的所述孔中；通過所述鉆井總成的所述孔來提供鉆井液；使所述內部構件相對于所述外部構件旋轉；測量在所述外部構件與所述內部構件之間的機械磨損和摩擦中的至少一個的指標；確定所述所測得的指標超過預先確定的閾值水平；以及響應于確定所述所測得的指標超過所述預先確定的閾值水平來觸發后續操作。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種減少可定位在井筒中的鉆井設備的摩擦的方法，所述方
法包括：
提供具有含內表面的孔的外部管狀構件；
將第一潤滑劑層施加至所述外部管狀構件的所述內表面的至少
一部分；
將所述外部管狀構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內部構件的鉆井總成，所述內部構件具有
與所述外部構件的中心縱向軸線對齊的中心縱向軸線；
將第二潤滑劑層施加至所述內部構件的所述外表面的至少一部
分；
將所述內部構件插入所述外部管狀構件的所述孔中；
通過所述鉆井總成的所述孔來提供鉆井液；
使所述內部構件相對于所述外部構件旋轉；
測量在所述外部構件與所述內部構件之間的機械磨損和摩擦中
的至少一個的指標；
確定所述所測得的指標超過預先確定的閾值水平；以及
響應于確定所述所測得的指標超過所述預先確定的閾值水平來
觸發后續操作。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述第一潤滑劑層和所述第
二潤滑劑層中的至少一個包括石墨烯。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述外部管狀構件是管狀套
管、襯管或立管，并且所述內部構件是鉆井管件或鉆井工具。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述指標是懸浮在所述鉆井
液中并且對應于所述外部構件與所述內部構件中的至少一個的一種
或多種預先確定材料的濃度。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述指標指示在所述內部構
件與所述外部構件之間形成的轉矩的量。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述指標指示所述外部構件
與所述內部構件中的至少一個的一個或多個機械尺寸。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述后續操作引起所述所測
得的指標落到所述預先確定的閾值水平之下。
8.如權利要求7所述的方法，其中所述后續操作包括增加懸浮
在所述鉆井液中的石墨烯的濃度。
9.如權利要求7所述的方法，其中所述后續操作包括：
從所述孔抽出所述內部構件；
將第三潤滑劑層施加至所述外表面；以及
將所述內部構件重新插入所述孔中。
10.如權利要求1所述的方法，其中將第一潤滑劑層施加至所述
內表面和將第二潤滑劑層施加至所述外表面中的至少一個包括：
使石墨烯懸浮在液體中以形成石墨烯懸浮液；以及
將所述懸浮液施加至所述內表面和所述外表面中的至少一個。
11.如權利要求1所述的方法，其中將第一潤滑劑層施加至所述

\t內表面和將第二潤滑劑層施加至所述外表面中的至少一個包括：
將石墨烯施加至所述內表面和所述外表面中的至少一個。
12.一種用于減少可定位在井筒中的鉆柱的摩擦的系統，所述井
筒包括具有含內表面的孔的外部管狀構件的至少一部分以及施加至
所述外...

【專利技術屬性】
技術研發人員：R·塞繆爾，N·阿尼科特，
申請(專利權)人：哈利伯頓能源服務公司，
類型：發明
國別省市：美國;US