專利名稱：改進(jìn)井具的設(shè)計、制造、性能和/或使用的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及設(shè)備和方法，這些設(shè)備和方法可以用來改進(jìn)井具的設(shè)計、制造、性能和 /或使用，并且更具體地說，涉及新井具和用過的井具的數(shù)字掃描，以改進(jìn)相關(guān)聯(lián)的設(shè)計、制造過程和/或操作過程，以對于每個井具實現(xiàn)性能目標(biāo)。
背景技術(shù)：
各種類型的三維(3D)測量系統(tǒng)和掃描系統(tǒng)已經(jīng)用來以各種數(shù)字格式，測量和記錄與各種各樣的產(chǎn)品和過程相關(guān)聯(lián)的詳細(xì)設(shè)計參數(shù)。三維(3D)掃描儀一般可以描述為接觸掃描儀、激光掃描儀和/或光掃描儀。
3D接觸掃描儀典型地使用相應(yīng)探針，以確定在工件的外部和/或內(nèi)部表面上的各個點的坐標(biāo)。3D接觸掃描儀有時可以稱作坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)。CMM機(jī)或接觸式測量系統(tǒng)可以移動相關(guān)聯(lián)的測量探針，以確定在工件的外部和/或內(nèi)部表面上的多個點的坐標(biāo)。相關(guān)聯(lián)的計算機(jī)和計算機(jī)程序可以用來基于多個點的相應(yīng)坐標(biāo)，創(chuàng)建工件的3D圖像。
3D激光掃描儀或3D光掃描儀可以使用對著工件的外部和/或內(nèi)部表面投射的激光束或其它類型的光束。數(shù)千個點可以被記錄，并且用來確定每個點的尺寸和位置和準(zhǔn)備工件的詳細(xì)3D圖像。
可買到的3D掃描儀可以產(chǎn)生復(fù)雜3D物體或工件的非常準(zhǔn)確和精確的3D數(shù)據(jù)文件。這樣的3D掃描儀可以充分地與相關(guān)聯(lián)的計算機(jī)輔助工程(CAE)或計算機(jī)輔助設(shè)計 (CAD)應(yīng)用相集成，并且可以在相關(guān)聯(lián)的3D坐標(biāo)系統(tǒng)中提供綜合測量。這樣的3D掃描儀可以為了質(zhì)量控制目的、反向工程、快速原型化、快速加工和/或?qū)嵨锎竽Ｐ?，收集高度精確和詳細(xì)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
按照本公開的講授，三維(3D)掃描技術(shù)和一個或多個反饋環(huán)路可以用來改進(jìn)各種各樣的油田工具和/或井具的設(shè)計、制造和/或性能。本公開的一個方面可以包括將 3D掃描技術(shù)與多個反饋環(huán)路相結(jié)合，這可以用來改進(jìn)旋轉(zhuǎn)鉆頭和其它油田工具或井具的設(shè)計、制造、性能和/或使用。本公開的講授可以用來消除或減少油田工具或井具的制造誤差和/或不適當(dāng)使用。與本公開的講授相結(jié)合的3D掃描技術(shù)和一個或多個反饋環(huán)路，可以用來改進(jìn)與油田設(shè)備和/或井具的設(shè)計、制造和/或使用相關(guān)聯(lián)的過程。
對于某些應(yīng)用，井具在初始制造之后可以被數(shù)字掃描。生成的3D圖像可以用來創(chuàng)建“竣工(as built)” 3D數(shù)據(jù)文件?？⒐?D數(shù)據(jù)文件可以與對應(yīng)設(shè)計數(shù)據(jù)文件或?qū)?yīng)3D 設(shè)計數(shù)據(jù)文件相比較，該對應(yīng)設(shè)計數(shù)據(jù)文件或?qū)?yīng)3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件包括，但不限于，工程圖紙、制造圖紙、制造程序及相關(guān)聯(lián)的規(guī)范。在“竣工” 3D數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)文件之間的任何差別可以用來評估一種或多種制造工藝和程序的性能，以生產(chǎn)與設(shè)計數(shù)據(jù)文件相對應(yīng)的工件或井具。
按照本發(fā)明的講授，用過的井具也可以被數(shù)字掃描，以創(chuàng)建“使用后”3D數(shù)據(jù)文件。 在相應(yīng)設(shè)計數(shù)據(jù)文件與相關(guān)聯(lián)的使用后3D數(shù)據(jù)文件之間的比較，可以用來評估這樣的井具在油田位置或井場處使用之后的性能。在相應(yīng)設(shè)計數(shù)據(jù)文件、竣工3D數(shù)據(jù)文件和/或使用后3D數(shù)據(jù)文件之間的比較，可以用來改進(jìn)與這樣的井具相關(guān)聯(lián)的關(guān)聯(lián)設(shè)計、制造、和/或操作過程。
對于某些實施例，多個反饋環(huán)路可以用來改進(jìn)井具的相關(guān)聯(lián)設(shè)計、與井具關(guān)聯(lián)的制造工藝和過程、和/或與井具在油田位置或井場處的使用相關(guān)聯(lián)的過程。例如，評估井具的竣工尺寸和構(gòu)造可以用來改進(jìn)相關(guān)聯(lián)的制造工藝和過程，并且/或者可以用來修改相關(guān)聯(lián)的設(shè)計數(shù)據(jù)文件，以允許改進(jìn)制造效率和降低制造成本。對于其它應(yīng)用，從用過的井具取得的詳細(xì)尺寸和構(gòu)造可以用來改進(jìn)相關(guān)聯(lián)的設(shè)計數(shù)據(jù)文件、相關(guān)聯(lián)的制造過程和工藝、和/ 或與井具在油田位置或井場處的使用相關(guān)聯(lián)的過程。
使用本公開的3D掃描技術(shù)和其它講授，可以相互比較設(shè)計數(shù)據(jù)文件、相關(guān)聯(lián)的竣工數(shù)據(jù)文件及相關(guān)聯(lián)的使用后數(shù)據(jù)文件。生成的比較結(jié)果可以用來選擇用來制造井具的各種材料和合金。可以進(jìn)行這樣的材料選擇以實現(xiàn)用于井具的希望性能目標(biāo)。


通過參考聯(lián)系附圖所作的如下描述，可以獲得目前實施例和其優(yōu)點的更完全和徹底理解，在附圖中，類似附圖標(biāo)記指示類似特征，并且其中 圖1是示意正面圖，表示按照本公開的講授在敞開貫籠內(nèi)布置的井具的一個例子； 圖2是使部分?jǐn)嚅_的示意正面圖，表示按照本公開的講授的系統(tǒng)的一個例子，該系統(tǒng)可以用來掃描和記錄井具的詳細(xì)尺寸和構(gòu)造； 圖3A是示意部件圖，表示按照本公開的講授的敞開貫籠的一個例子，該敞開貫籠用來掃描和數(shù)字記錄井具的詳細(xì)尺寸和構(gòu)造； 圖;3B是示意正面圖，表示包括本公開的講授的敞開貫籠的另一個例子； 圖4是示意圖，表示按照本公開的講授與掃描井具和修改相關(guān)聯(lián)的設(shè)計文件和/ 或制造過程的一個例子相關(guān)聯(lián)的各個步驟；及 圖5是方框圖，表示按照本公開的講授的反饋環(huán)路的各種例子，這些反饋環(huán)路可以用來改進(jìn)井具的設(shè)計、制造和/或使用。
具體實施例方式通過參考圖1-5最好地理解本公開的優(yōu)選實施例和其優(yōu)點，其中，類似附圖標(biāo)記指相同和類似部分。
術(shù)語“井底組合件”或“BHA”在本申請中用來描述在鉆柱(未特意表示)的井下端部(未特意表示)處的旋轉(zhuǎn)鉆頭附近布置的各種元件和組合件。在井底組合件或BHA中可以包括的元件和組合件(未特意表示)的例子包括，但不限于，彎接頭(bent sub)、井下鉆進(jìn)馬達(dá)、近鉆頭擴(kuò)孔器、穩(wěn)定器及井下儀器。井底組合件也可以包括各種類型的測井工具 (未特意表示)和與井眼的定向鉆具相關(guān)聯(lián)的其它井下工具。這樣的測井工具和/或定向鉆具的例子可以包括，但不限于，聲學(xué)、中子、Y射線、密度、光電、核磁共振、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向工具和/或任何其它可買到井具。
術(shù)語“切削元件(一個或多個)”在本申請中可以用來包括，但不限于，供各種各樣的旋轉(zhuǎn)鉆頭的使用滿意的各種類型的刀具、壓塊、按鈕、插入物及量測刀具。沖擊防止器可以被包括作為在某些類型的旋轉(zhuǎn)鉆頭上的切削結(jié)構(gòu)的部分，并且有時可以起切削元件的作用，以從井眼的相鄰部分除去巖層材料。多晶金剛石壓塊(PDC)和碳化鎢插入物常常用來形成切削元件。各種類型的其它硬質(zhì)、研磨材料也可以滿意地用來形成切削元件。
術(shù)語“切削結(jié)構(gòu)”在本申請中可以用來包括在旋轉(zhuǎn)鉆頭的外部部分上形成的切削元件、沖擊防止器和/或量測刀具的各種組合和排列。某些旋轉(zhuǎn)鉆頭可以包括從相關(guān)聯(lián)的鉆頭體延伸的一個或多個刀片，使刀具配置有刀片。這樣的刀片也可以稱作“刀具刀片”。 各種構(gòu)造的刀片和刀具可以用來形成用于旋轉(zhuǎn)鉆頭的切削結(jié)構(gòu)。
術(shù)語“設(shè)計數(shù)據(jù)文件”可以包括，但不限于，來自工程圖紙、制造圖紙、制造過程、相關(guān)聯(lián)的技術(shù)規(guī)范及公差的數(shù)據(jù)。設(shè)計數(shù)據(jù)文件也可以包括適用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計數(shù)據(jù)文件可以按各種各樣的格式保持。
術(shù)語“3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件”在本申請中可以用來包括按三維格式保持的設(shè)計數(shù)據(jù)文件。
各種各樣的可買到軟件包，例如，但不限于，計算機(jī)輔助工程(CAE)程序、計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)程序、和/或計算機(jī)輔助制造(CAM)，可以用來準(zhǔn)備與初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件相對應(yīng)的三維(3D)設(shè)計數(shù)據(jù)文件。按照本公開的講授，這樣的軟件應(yīng)用程序也可以用來形成對于初始(3D)設(shè)計數(shù)據(jù)文件的各種改進(jìn)。這樣的軟件應(yīng)用程序也可以用來將井具的掃描 3D圖像轉(zhuǎn)換成對應(yīng)3D數(shù)據(jù)文件?？少I到計算流體動力學(xué)(CFD)軟件程序、包和/或應(yīng)用程序、和有限元分析(FEA)軟件程序、包括和/或應(yīng)用程序，也可以用來完成本公開的各種講授。
CAEXAD和/或CAM應(yīng)用程序常常需要專用類型工具、夾具和/或模具，以幫助相關(guān)聯(lián)的井具和油田設(shè)備的制造和組裝。包括本公開的講授的一個或多個反饋環(huán)路可以用來使這樣的工具、夾具和/或模具的滿意地運行有效，以生產(chǎn)具有希望尺寸和構(gòu)造的工件。使用包括本公開的講授的反饋環(huán)路和3D掃描技術(shù)可以定期地檢查這樣的工具、夾具和/或模具的性能，以保證相關(guān)聯(lián)的工具、夾具和/或模具繼續(xù)滿意地運行并且不被損壞或超過公差。例如，與形成矩陣鉆頭體關(guān)聯(lián)的模具可以被定期地掃描，并且與相關(guān)聯(lián)的設(shè)計數(shù)據(jù)文件相比較。基于在相關(guān)聯(lián)的設(shè)計數(shù)據(jù)文件與當(dāng)前竣工3D數(shù)據(jù)文件之間的比較，模具可以被刮削、重新加工，相關(guān)聯(lián)的設(shè)計數(shù)據(jù)文件可以修改，和/或相關(guān)聯(lián)的模制過程可以修改。
術(shù)語“性能要求”和“性能目標(biāo)”可以包括，但不限于，油田工具或井具在適當(dāng)操作環(huán)境或鉆進(jìn)環(huán)境下的使用壽命。性能目標(biāo)的一個例子可以是旋轉(zhuǎn)鉆頭的井下鉆進(jìn)壽命。用于旋轉(zhuǎn)鉆頭的性能目標(biāo)，可以關(guān)于在旋轉(zhuǎn)鉆頭的要求更換之前在相應(yīng)時間段內(nèi)穿透各種類型的井下巖層的速率，來進(jìn)行定義。轉(zhuǎn)每分(RPM)和/或鉆壓(WOB)也可以用來定義用于旋轉(zhuǎn)鉆頭的性能目標(biāo)。包括本公開的講授的井具的性能目標(biāo)，關(guān)于與井具相關(guān)聯(lián)的制造成本和/或操作成本，也被描述。
為了描述本公開的各種特征和步驟的目的，術(shù)語“井具(一個和多個)”可以用來描述各種各樣的油田設(shè)備(地面和地下)、鉆井設(shè)備、鉆井工具、完井設(shè)備、完井工具、井維護(hù)工具、井維護(hù)設(shè)備、和/或相關(guān)聯(lián)的元件，按照本公開的講授至少部分地基于3D掃描技術(shù)和反饋環(huán)路，可以設(shè)計、制造和/或使用這些設(shè)備、工具及元件。
這樣的井具和/或相關(guān)聯(lián)的元件(未特意表示)的例子可以包括，但不限于，旋轉(zhuǎn)鉆頭、固定刀具鉆頭、旋轉(zhuǎn)鉆頭、井底組合件的各種元件、與各種各樣的旋轉(zhuǎn)鉆頭相關(guān)聯(lián)的鉆頭體、鉆柱穩(wěn)定器、用于牙輪鉆頭的錐體、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向工具、隨鉆測井儀、隨鉆測量工具、 井壁取心工具、打撈矛、洗井工具、造斜器、生產(chǎn)填塞器元件、懸浮設(shè)備、套管鞋、具有切削結(jié)構(gòu)的套管鞋、井管罩網(wǎng)體和連接器、氣升心軸、用來拉動盤管的井下牽引器、鉆具接頭、有線 (電氣和/或光纖)鉆具接頭、井管罩網(wǎng)、用于井下馬達(dá)的轉(zhuǎn)子、定子和/或殼體、用于井下渦輪機(jī)的葉片和/或殼體、用于井下工具的鎖閂、及具有與競爭井眼相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜構(gòu)造和/ 或幾何形狀的井下繩索維護(hù)工具和其它井下工具、及與這樣的井具和/或元件的制造相關(guān)聯(lián)的模具。
術(shù)語“旋轉(zhuǎn)鉆頭”在本申請中可以用來包括各種類型的固定刀具鉆頭、刮刀鉆頭、 矩陣鉆頭、鋼體鉆頭、牙輪鉆頭、旋轉(zhuǎn)牙輪鉆頭及鑿巖鉆頭，這些鉆頭是可操作的以形成延伸過一個或多個井下巖層的井眼。包括本公開的講授的旋轉(zhuǎn)鉆頭和相關(guān)聯(lián)的元件可以具有多種不同的設(shè)計、構(gòu)造和/或尺寸。
至少部分地基于包括本公開的講授的3D掃描技術(shù)和反饋環(huán)路，可以設(shè)計、制造和 /或使用為形成用于這樣的井具的彈性和/或橡膠元件使用的模具。至少部分地基于包括本公開的講授的3D掃描技術(shù)和反饋環(huán)路，可以設(shè)計、制造和/或使用用于鉆頭體的模具、和鍛模，用來構(gòu)造各種元件，如但不限于，用于牙輪鉆頭的支撐臂、用于固定擴(kuò)孔鉆的臂、用于可伸展擴(kuò)孔鉆的臂、與可伸展擴(kuò)孔鉆相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部元件。
三維(3D)掃描裝置、設(shè)備和/或系統(tǒng)可以用來提供復(fù)雜3D物體的高度詳細(xì)數(shù)字表示，這些復(fù)雜3D物體包括，但不限于，如圖1和2所示的旋轉(zhuǎn)鉆頭20、和各種各樣的其它井具。本公開的講授不限于旋轉(zhuǎn)鉆頭20。
3D掃描裝置、設(shè)備和/或系統(tǒng)可以從Capture 3D，Incorporated-位于3505 Cadillac Avenue, Costa Mesa, California 92626 的 California 公司得到，這些 3D 掃描裝置、設(shè)備和/或系統(tǒng)按照本公開的講授可以用來改進(jìn)井具的設(shè)計、制造、性能和/或使用。 3D掃描系統(tǒng)100可以是來自Capture 3D的ATOS 3D掃描系統(tǒng)或測量系統(tǒng)，并且按照本公開的講授可以用來改進(jìn)各種各樣的井具的設(shè)計、制造、性能和/或使用。來自其它公司的3D 掃描裝置、設(shè)備和/或系統(tǒng)也可以滿意地用來完成本公開的各種講授。本公開的講授不限于3D掃描系統(tǒng)100。
ATOS 3D掃描系統(tǒng)一般可以描述成靈活的、光學(xué)測量設(shè)備，該設(shè)備是可操作的，以提供與復(fù)雜物體或工件的尺寸和構(gòu)造相對應(yīng)的詳細(xì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。白光可以投射到這樣的復(fù)雜物體或工件上。由投射白光生成的干涉條紋圖案可以由至少兩個攝影機(jī)觀察或掃描。某些 3D掃描系統(tǒng)可能使用一個或多個激光束。本公開的講授不限于白光3D掃描系統(tǒng)。
對于某些應(yīng)用，工件的外部部分可能涂有顯影粉或膜的薄層，以防止來自在井具上的任何光澤金屬表面的不希望反射。各種類型的可買到顯影粉和/或膜可以滿意地使用。
基于三角測量的原理，用于每個攝影機(jī)象素的3D坐標(biāo)可以用來按高精度計算被掃描物體或工件的詳細(xì)3D多邊形網(wǎng)格。即使具有復(fù)雜構(gòu)造和尺寸的物體或工件也可以按高精度掃描。來自ATOS 3D掃描系統(tǒng)的3D數(shù)字信息可以提供用于各種各樣物體、工件及相關(guān)聯(lián)的表面的詳細(xì)數(shù)據(jù)。
圖1是示意圖，表示按照本公開的講授使用三維(3D)掃描系統(tǒng)在用于井具的掃描的準(zhǔn)備中在支架上布置的井具的等軸測圖。對于某些應(yīng)用，諸如旋轉(zhuǎn)鉆頭20之類的井具可以布置在支架90的第一端部91上，如圖1和2所示。支架90的第二端部92可以布置在地板94或任何其它適當(dāng)表面上。支架90可以描述成具有一般圓柱形構(gòu)造。然而，按照本公開的講授，具有各種各樣其它構(gòu)造的支架也可以滿意地供3D掃描系統(tǒng)使用。本公開的講授不限于使用支架90。
旋轉(zhuǎn)鉆頭20可以包括鉆頭體22，該鉆頭體22具有從其延伸的金屬鉆桿尾24。金屬鉆桿尾M可以用來可釋放地將鉆頭20與鉆柱或井底組合件(未特意表示)的一個端部相嚙合。旋轉(zhuǎn)鉆頭20可以包括從鉆頭體22徑向向外延伸的多個刀片沈。多個切削元件或刀具觀可以布置在每個刀片沈上。切削元件觀可以接合井下巖層的相鄰部分，以形成井眼(未特意表示)。一個或多個量測刀具30也可以布置在每個刀片沈的外部部分上。
流體流動路徑或排泄槽32可以形成在鉆頭體22的外部部分上在相鄰刀片沈之間。一個或多個噴嘴34也可以布置在鉆頭體22內(nèi)。噴嘴34可以用來引導(dǎo)來自相關(guān)聯(lián)的鉆柱的鉆探泥漿，以從接近刀片26和切削元件觀的外部部分的鉆頭體22排出。鉆探泥漿、 巖層切削及其它井下碎片的混合物(未特意表示)可以從由旋轉(zhuǎn)鉆頭20形成的井眼的端部，向上通過相關(guān)聯(lián)的流體流動路徑或排泄槽32，流動到相關(guān)聯(lián)的井表面。
對于某些實施例，基準(zhǔn)點或小斑點可以放置在井具的外部部分上?；鶞?zhǔn)點或小斑點可以由相關(guān)聯(lián)的3D掃描系統(tǒng)使用，以產(chǎn)生與井具的相關(guān)聯(lián)的尺寸和構(gòu)造相對應(yīng)的詳細(xì) 3D圖像。對于其它實施例，各種基準(zhǔn)工具或基準(zhǔn)裝置可以與3D掃描系統(tǒng)相結(jié)合地使用，以產(chǎn)生與井具的相關(guān)聯(lián)的尺寸和構(gòu)造相對應(yīng)的詳細(xì)3D圖像。
對于如圖1和2所示的實施例，貫籠或基準(zhǔn)裝置70可以布置在支架90的第一端部91上，圍繞旋轉(zhuǎn)鉆頭20。貫籠或基準(zhǔn)裝置70可以描述成具有一般空心、圓柱形構(gòu)造，該構(gòu)造部分地由第一端部或第一環(huán)71和第二端部或第二環(huán)72限定。多個比較細(xì)支柱或縱梁 74可以布置在第一環(huán)71與第二環(huán)72之間。每根支柱或縱梁74可以相對于相鄰支柱或縱梁74隔開最佳距離，以使與在其中布置的井具的3D掃描干涉最小。
多個斑點或基準(zhǔn)點76可以布置在基準(zhǔn)裝置70的各個部分上。見圖3A。將斑點或基準(zhǔn)點76放置在基準(zhǔn)裝置70上，消除了在用3D掃描系統(tǒng)100掃描之前將類似斑點或基準(zhǔn)點放置在每個井具上所需要的時間。
如圖2所示的3D掃描系統(tǒng)100可以布置在可動支撐組件120上?？蓜又谓M件 120可以包括平臺122，該平臺122具有從其延伸的支柱124。多個輪子1 可以布置在平臺122上與支柱IM相對。輪子1 允許相對于支架90和布置在其上的井具將支架120 定位在任何希望位置處。支撐臂或托架130可以可滑動地布置在支柱IM上。支撐臂130 可以升高或降低，以改變3D掃描系統(tǒng)100相對于支架90和布置在其上的井具的位置。
支撐臂或托架130可以包括用來將3D掃描系統(tǒng)100連結(jié)到其上的第一位置131 和第二位置132。依據(jù)相關(guān)聯(lián)的井具的尺寸和/或構(gòu)造，3D掃描系統(tǒng)100有時可以放置在第一位置131或第二位置132處。
本公開的好處之一可以包括相對于支架90將支撐組件120定位在不同位置處的能力。支撐臂130相對于支架90和布置在其上的井具也可以升高和降低。3D掃描系統(tǒng)100 的位置可以在第一位置131與第二位置132之間變化。對于某些應(yīng)用，基準(zhǔn)裝置70相對于布置在其中的旋轉(zhuǎn)鉆頭20或任何其它井具可以轉(zhuǎn)動或運動。
3D掃描系統(tǒng)100相對于在支架90上布置的井具可以放置在最佳位置處，并且/或者基準(zhǔn)工具70可以相對于在支架90上布置的井具運動，以大體適應(yīng)井具的全部外部部分的完全3D掃描，該井具包括，但不限于，固定刀具旋轉(zhuǎn)鉆頭和牙輪鉆頭(未特意表示)。在每個掃描過程的開始時和在基準(zhǔn)工具70、支架90、井具20和/或3D掃描系統(tǒng)100的任何運動之后，3D掃描系統(tǒng)100可以校準(zhǔn)或重新校準(zhǔn)為適當(dāng)?shù)摹？蓜又谓M件120的任何運動也可能要求3D掃描系統(tǒng)100的校準(zhǔn)或重新校準(zhǔn)。
對于如圖2所示的實施例，3D掃描系統(tǒng)100可以包括第一攝影機(jī)或定位攝影機(jī) 101和第二攝影機(jī)或定位攝影機(jī)102。第三攝影機(jī)或光源103可以布置在第一攝影機(jī)101與第二攝影機(jī)102之間。來自第三攝影機(jī)103的白光可以從基準(zhǔn)點76和在支架90上布置的井具的各個部分反射。將基準(zhǔn)點76放置在貫籠70上避免將這樣的基準(zhǔn)點放置在井具上的需要。作為結(jié)果，使用同一基準(zhǔn)工具70可以測量多個井具?；鶞?zhǔn)點或斑點76為布置在其中的井具的3D掃描提供所要求的基準(zhǔn)，以產(chǎn)生與井具的尺寸和構(gòu)造相對應(yīng)的詳細(xì)三維數(shù)據(jù)。
3D掃描系統(tǒng)100可以由電纜134或者可以無線地(未特意表示)與各種類型的計算系統(tǒng)或計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連接。對于如圖2所示的實施例，通用計算機(jī)140可以由一根或多根電纜134與3D掃描系統(tǒng)100相連接。通用計算機(jī)140也可以是較大計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(未特意表示)的一個元件。
計算機(jī)顯示器或計算機(jī)監(jiān)視器142可以用來可視地表示掃描在支架90上布置的井具的狀態(tài)，并且可視地表示這樣的掃描的結(jié)果。計算機(jī)140和監(jiān)視器142允許操作人員 150保證井具20的滿意掃描。例如，井具20的圖像在掃描之前可以按第一顏色或無色顯示在監(jiān)視器142上。隨著井具20的各個部分被掃描，顏色可以變成紅色或任何其它適當(dāng)顏色。如果井具在掃描之前初始地用無色表示，則在足夠的數(shù)據(jù)已經(jīng)被收集以創(chuàng)建掃描部分的相關(guān)聯(lián)的3D圖像之后，被掃描部分可以以諸如紅色或綠色之類的相關(guān)顏色表示。
操作人員150可以將支撐組件120相對于支架90定位在各個位置處，以適應(yīng)井具 20的全部希望部分的完全掃描。操作人員150也可以轉(zhuǎn)動或改變基準(zhǔn)裝置70相對于井具 20的位置，以保證井具20的所有部分都暴露于3D掃描系統(tǒng)100。對于某些應(yīng)用，操作人員 150可以改變支撐組件120相對于支架90的位置，改變掃描系統(tǒng)100相對于位置131或位置132的方位，以及也轉(zhuǎn)動或改變基準(zhǔn)裝置70相對于井具20的關(guān)系，以保證其完整、滿意的3D掃描。
對于如圖1和2所示的實施例，基準(zhǔn)裝置70的尺寸和構(gòu)造可以選擇成，一般與諸如旋轉(zhuǎn)鉆頭20之類的井具的對應(yīng)尺寸和構(gòu)造相兼容。圖3A表示對于供旋轉(zhuǎn)鉆頭20的使用滿意的基準(zhǔn)裝置70。圖3B表示基準(zhǔn)工具70a，該基準(zhǔn)工具70a與基準(zhǔn)裝置70相比具有較大尺寸的類似構(gòu)造?；鶞?zhǔn)工具70a對于供具有比旋轉(zhuǎn)鉆頭20大的尺寸的井具的使用可能是適當(dāng)?shù)摹?br> 使用具有一般與布置在基準(zhǔn)工具中的井具的尺寸相對應(yīng)的尺寸的基準(zhǔn)工具，可以在掃描布置在其中的井具的相鄰部分的同時，允許3D掃描系統(tǒng)100記錄較多基準(zhǔn)點。優(yōu)化在基準(zhǔn)工具上布置的基準(zhǔn)點76的數(shù)量和基準(zhǔn)工具的尺寸，一般將減小掃描和得到在基準(zhǔn)工具內(nèi)布置的井具的滿意3D圖像需要的時間量。增加在基準(zhǔn)工具上布置的基準(zhǔn)點的數(shù)量一般可以減小得到滿意3D圖像需要的掃描時間。
對于某些應(yīng)用，基準(zhǔn)裝置70可以提供以近似千分之四英寸(0. 004英寸)的精度掃描井具。基準(zhǔn)裝置70a可以提供按近似千分之七英寸(0.007英寸)精度的井具的3D掃描。本公開的特征之一可以包括使用相對于井具具有最佳尺寸的基準(zhǔn)工具，該井具可以布置在基準(zhǔn)工具內(nèi)，并且被利用3D掃描系統(tǒng)掃描。
對于某些應(yīng)用，3D掃描系統(tǒng)100可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)鉆頭20的3D圖像。旋轉(zhuǎn)鉆頭20的 3D圖像可以傳輸?shù)酵ㄓ糜嬎銠C(jī)140和/或連結(jié)到通用計算機(jī)140上的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。計算機(jī)140和/或相關(guān)聯(lián)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以將旋轉(zhuǎn)鉆頭20的3D圖像轉(zhuǎn)換成相關(guān)聯(lián)的3D數(shù)據(jù)文件。
對于某些應(yīng)用，井具可以在制造完成之后并且在井具在井場處使用之前，放置在支架90上。對于這樣的應(yīng)用，生成的3D數(shù)據(jù)文件可以稱作“竣工” 3D數(shù)據(jù)文件。對于其它應(yīng)用，井具可以在井場處使用之后，放置在支架90上。生成的3D數(shù)據(jù)文件有時可以稱作 “使用后” 3D數(shù)據(jù)文件。
用過的旋轉(zhuǎn)鉆頭有時可以稱作鈍鉆頭。對于用過的旋轉(zhuǎn)鉆頭，生成的使用后3D數(shù)據(jù)文件也可以稱作“鈍鉆頭” 3D數(shù)據(jù)文件。在鈍鉆頭3D數(shù)據(jù)文件與相關(guān)聯(lián)的竣工3D數(shù)據(jù)文件之間可以進(jìn)行比較。這樣的比較可以用來常常以數(shù)字格式量化相關(guān)聯(lián)的切削結(jié)構(gòu)和切削元件的磨耗、腐蝕和/或磨損的具體量。一個或多個轉(zhuǎn)換表可以用來將磨耗、腐蝕和/ 或磨損的量化量轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的IADC鉆頭等級。例如，用于用過的固定刀具旋轉(zhuǎn)鉆頭的為零 (0)的IADC鉆頭等級與大體無損失、無磨損和/或無破壞切削結(jié)構(gòu)相對應(yīng)。用于用過的固定刀具旋轉(zhuǎn)鉆頭的為八(8)的IADC鉆頭等級與大體100%的損失、磨損和/或破壞的相關(guān)聯(lián)的切削結(jié)構(gòu)相對應(yīng)。關(guān)于鉆頭分級的另外信息從國際鉆井承包商協(xié)會(IADC)是可得到的。
計算機(jī)140和/或相關(guān)聯(lián)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以將每個3D圖像(竣工和使用后)轉(zhuǎn)換成與竣工或使用后的旋轉(zhuǎn)鉆頭20的尺寸和構(gòu)造相對應(yīng)的復(fù)雜多邊形網(wǎng)格。計算機(jī)140和 /或相關(guān)聯(lián)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以是可操作的，以存儲與旋轉(zhuǎn)鉆頭20和/或各種各樣的其它井具相關(guān)聯(lián)的3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件、竣工3D數(shù)據(jù)文件及使用后3D數(shù)據(jù)文件。相應(yīng)3D數(shù)據(jù)文件 (設(shè)計、竣工及使用后)，按照本公開的講授可以用來改進(jìn)旋轉(zhuǎn)鉆頭20和/或各種各樣的其它井具的設(shè)計、制造、性能和/或使用。
本公開的特征之一可以包括在井具的設(shè)計、制造和/或使用期間提供多個反饋環(huán)路，以相對于一個或多個性能目標(biāo)或性能要求改進(jìn)井具的性能。本公開的講授也可以用來改進(jìn)制造過程和/或制造設(shè)備的性能，該制造設(shè)備包括，但不限于，模具、型模、夾具及其它類型的工具。按照本公開的講授，也可以評估和改進(jìn)每個制造過程和每件制造設(shè)備。例如， 施加在旋轉(zhuǎn)鉆頭20的外部部分上的表面硬化可以在焊機(jī)上通過焊機(jī)原理評估。按照本公開的講授，表面硬化層(未特意表示)的厚度或質(zhì)量的評估可以基于竣工3D數(shù)據(jù)與對應(yīng)3D 設(shè)計數(shù)據(jù)文件的比較進(jìn)行。
按照本公開的講授可以用來掃描井具和改進(jìn)井具的設(shè)計、制造、性能和/或使用的方法和過程的各個例子表示在圖4和5中。包括本公開的講授的方法或過程200可以在如圖4所示的步驟201處，從初始井具設(shè)計或初始油田設(shè)備設(shè)計(下文“初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件”)開始。方法或過程200 —般可以描述成多個反饋環(huán)路，這些反饋環(huán)路是可操作的以改進(jìn)井具的設(shè)計、制造、性能和/或使用。
對于由方法或過程200代表的實施例，步驟201可以包括得到與旋轉(zhuǎn)鉆頭20相關(guān)聯(lián)的初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件。在步驟201處也可以得到3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件(如果是可得到的)。 基于在初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件中包含的信息，在步驟202處可以構(gòu)造或形成各種類型的制造設(shè)備和工具，該制造設(shè)備和工具包括，但不限于模具。在步驟204處，按照本公開的講授，各種類型的制造設(shè)備、夾具和/或機(jī)床可以用3D掃描系統(tǒng)100掃描，以產(chǎn)生對應(yīng)的三維圖像。
例如，在步驟204中所示的三維圖像205可以通過用3D掃描系統(tǒng)100掃描對應(yīng)模具而形成。三維圖像205可以轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的竣工3D數(shù)據(jù)文件。在步驟210處，可以將竣工 3D數(shù)據(jù)文件與用于模具的初始設(shè)計3D數(shù)據(jù)文件相比較?；诒容^結(jié)果，可以修改用于相關(guān)聯(lián)的模具的設(shè)計，或者可以準(zhǔn)備新模具設(shè)計。步驟202、204及210可以重復(fù)，直到包括任何需要模具的全部制造設(shè)備、夾具和/或機(jī)床已經(jīng)被確認(rèn)成被滿意地設(shè)計和制造的，以供生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)鉆頭20之用。
在步驟206處，基于包括但不限于3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件的初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件，可以制造旋轉(zhuǎn)鉆頭20或其它井具。在步驟208處，可以使用3D掃描設(shè)備100掃描旋轉(zhuǎn)鉆頭20。 生成的3D圖像可以轉(zhuǎn)換成竣工3D數(shù)據(jù)文件?？⒐?D數(shù)據(jù)文件可以返回或反饋到設(shè)計步驟210。在設(shè)計步驟210處，竣工3D數(shù)據(jù)文件可以與初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件相比較。基于比較結(jié)果，可以修改與旋轉(zhuǎn)鉆頭20相關(guān)聯(lián)的一個或多個設(shè)計參數(shù)，并且/或者可以修改與旋轉(zhuǎn)鉆頭20相關(guān)聯(lián)的一個或多個制造過程。步驟202、204、206、208及反饋環(huán)路或步驟210可以按要求重復(fù)多次，直到竣工旋轉(zhuǎn)鉆頭20滿意地與所修改的初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件或設(shè)計數(shù)據(jù)文件相對應(yīng)。
如以前提到的那樣，按照本公開的講授，也可以評估和改進(jìn)每個制造過程和每件制造設(shè)備和/或工具。例如，在步驟220處，通過除切削元件觀之外除去與旋轉(zhuǎn)鉆頭20相關(guān)聯(lián)的全部特征，可以修改在步驟208處準(zhǔn)備的竣工3D數(shù)據(jù)文件。見例如在步驟220處的切削元件28的三維圖像22 和222b。
然后就諸如位置、朝向、(車刀的)縱向前角等等之類的各種設(shè)計參數(shù)而論，可以評估在相應(yīng)刀片沈的外部部分上布置的每個切削元件觀。例如，將每個切削元件觀與相應(yīng)刀片26的相鄰部分相連結(jié)使用的釬焊的厚度可以被評估，并且與相關(guān)聯(lián)的3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件相比較。
在步驟230處，由數(shù)據(jù)單或數(shù)據(jù)頁23h、232b及232c代表的設(shè)計數(shù)據(jù)文件的各個部分可以用來評估每個切削元件觀的朝向和位置。3D圖像234和236代表輔助信息，該輔助信息可以由3D掃描系統(tǒng)100提供，以便在步驟230處在評估和比較期間使用。這樣的評估或比較的結(jié)果可以返回到步驟210，以便在修改相關(guān)聯(lián)的設(shè)計數(shù)據(jù)文件和/或與切削元件觀相關(guān)聯(lián)的一個或多個制造過程時使用。
對于旋轉(zhuǎn)鉆的切削結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行各種設(shè)計變化，以改進(jìn)或優(yōu)化旋轉(zhuǎn)鉆頭的井下鉆進(jìn)性能?；谠谂c方法或過程200相關(guān)聯(lián)的步驟230和/或其它步驟處進(jìn)行的評估，可以進(jìn)行一種或多種力平衡模擬，以改進(jìn)旋轉(zhuǎn)鉆頭20的切削結(jié)構(gòu)。如果用于旋轉(zhuǎn)鉆頭20的切削元件28或任何其它部分的竣工3D數(shù)據(jù)文件不滿意地與相關(guān)聯(lián)的設(shè)計數(shù)據(jù)文件相對應(yīng)， 則可以改變一個或多個制造過程。在由反饋環(huán)路200代表的過程中的任何點處，新設(shè)計或修改設(shè)計可以被準(zhǔn)備，并且發(fā)送到步驟202以開始新的評估過程。
制造過程和工藝在由反饋環(huán)路200代表的過程中的任何點或步驟處可以修改。模具可以使用3D掃描系統(tǒng)100掃描，并且查明是欠尺寸還是過尺寸。模具可以被替換或再磨光。一個或多個機(jī)床可以使用3D掃描系統(tǒng)100掃描，并且查明磨損。機(jī)床可以被替換或再磨光。也可以評估與這樣的機(jī)床相關(guān)聯(lián)的軟件應(yīng)用程序和編程。
使用3D掃描系統(tǒng)100和本公開的各種講授可以精確地量化和評估鑄造零件的收縮。相關(guān)聯(lián)的鑄造設(shè)計可以改變，以抵消不希望或過分收縮。也可以進(jìn)行一種或多種材料變化，以避免鑄造零件的不希望收縮。
過程或方法300，如圖5所示，代表按照本公開的講授的3D掃描技術(shù)和多反饋環(huán)路的另一個例子，這些3D掃描技術(shù)和多反饋環(huán)路可以用來改進(jìn)井具和油田設(shè)備的設(shè)計、制造、性能和/或使用。方法或過程300可以在步驟301處開始。在步驟302處，可以確定用于相應(yīng)井具的各種性能要求。在步驟304處，對于井具可以準(zhǔn)備初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件。在步驟306處，基于初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件可以制造井具。對于某些實施例，初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件可以是3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件。
對于某些應(yīng)用，在發(fā)送供在井場處使用的井具之前，在步驟308處使用3D掃描設(shè)備100可以掃描最近制造的井具。生成的3D圖像可以在步驟310處用來準(zhǔn)備竣工3D數(shù)據(jù)文件。在步驟312處，竣工3D數(shù)據(jù)文件可以與初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件相比較。
在步驟314處，竣工3D數(shù)據(jù)文件可以與設(shè)計3D數(shù)據(jù)文件相比較。如果比較是滿意的，則過程300可以終止，或者井具可以用在井場處。見例如步驟330。如果在步驟314 處在竣工3D數(shù)據(jù)文件與初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件的比較不是滿意的，則在步驟316和320處可以進(jìn)行進(jìn)一步評估。
在步驟316處，可以進(jìn)行考慮修改一個或多個制造過程的判定。也可以修改相關(guān)聯(lián)的制造設(shè)備、夾具和/或機(jī)床。如果回答為是，則在步驟318處可以修改包括制造設(shè)備、 夾具和/或機(jī)床的制造過程和工藝，并且在步驟306處可以制造另一個井具。
在步驟320處，可以進(jìn)行評估，以確定用于井具的設(shè)計數(shù)據(jù)文件是否應(yīng)該修改。如果回答為否，則方法或過程300可以在步驟321處結(jié)束，并且井具可以用在井場處。見例如步驟330。如果回答為是，則在步驟322處，可以修改用于井具的設(shè)計數(shù)據(jù)文件，并且在步驟 304處更新井具設(shè)計。然后可以重復(fù)步驟304-320。
對于其它應(yīng)用，在井具的制造之后，在步驟330處，井具可以用在遙遠(yuǎn)位置或井場處。在步驟332處，用過的井具可以被使用3D掃描系統(tǒng)100掃描，以創(chuàng)建用過的井具的3D 圖像。在步驟334處，可以準(zhǔn)備井具的使用后3D數(shù)據(jù)文件。在步驟336處，在使用后3D數(shù)據(jù)文件與相關(guān)聯(lián)的設(shè)計數(shù)據(jù)文件之間可以進(jìn)行比較，該相關(guān)聯(lián)的設(shè)計數(shù)據(jù)文件可以包括3D 設(shè)計數(shù)據(jù)文件。
在步驟338處，基于在步驟336中的比較可以進(jìn)行評估，以確定是否應(yīng)該修改對于井具的性能要求。如果回答為是，則可以修改對于井具的性能要求，并且重復(fù)步驟302-338。 如果回答為否，則過程可以轉(zhuǎn)到步驟340。
在步驟340處，基于在步驟336中的比較進(jìn)行評估，以確定是否應(yīng)該修改用于井具的操作過程。如果回答為是，則可以修改用于井具的操作過程，并且對于另一個最近制造的井具重復(fù)步驟330-340。基于在步驟336中的比較對于與旋轉(zhuǎn)鉆頭相關(guān)聯(lián)的操作過程可以進(jìn)行的修改的例子可以包括，但不限于，改變鉆壓(WOB)、轉(zhuǎn)每分(RPM)和/或供給到旋轉(zhuǎn)鉆頭的鉆探泥漿的流體流速。在形成定向井眼(未特意表示)的同時，對于相關(guān)聯(lián)的定向鉆進(jìn)組裝件或井底組合件也可以進(jìn)行各種修改，以改進(jìn)相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)鉆頭的性能。如果在步驟340處回答為否，則過程可以轉(zhuǎn)到步驟342，并且結(jié)束。
對于與旋轉(zhuǎn)鉆頭相關(guān)聯(lián)的某些應(yīng)用，在步驟336處使用后3D數(shù)據(jù)文件與相關(guān)聯(lián)的設(shè)計數(shù)據(jù)文件的比較，可以用來進(jìn)行相關(guān)聯(lián)的切削結(jié)構(gòu)的一種或多種力平衡模擬。來自這樣的力平衡模擬的結(jié)果，可以用來修改與旋轉(zhuǎn)鉆頭20的切削結(jié)構(gòu)、切削元件和/或其它元件相關(guān)聯(lián)的設(shè)計和/或制造工藝。
基于在步驟336處的比較結(jié)果，可以進(jìn)行一種或多種計算流動動力學(xué)(CFD)模擬。 CFD模擬可以提供與具有大流體流速的井具的各個部分相對應(yīng)的速度向量。一種評估可以是確定具有高流體速度的旋轉(zhuǎn)鉆的外部部分是否與高磨耗、腐蝕和/或磨損的區(qū)域相對應(yīng)。將竣工3D數(shù)據(jù)文件設(shè)計與相關(guān)聯(lián)的使用后3D數(shù)據(jù)文件和相關(guān)聯(lián)的3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件相比較，可以以高精度和準(zhǔn)確度表示磨耗、腐蝕和/或磨損的區(qū)域。這樣的評估和比較可以導(dǎo)致改變一個或多個噴嘴34在旋轉(zhuǎn)鉆頭20上的位置和/或朝向。也可以改變與刀片沈和/或排泄槽32相關(guān)聯(lián)的幾何構(gòu)造和尺寸。也可以修改相關(guān)聯(lián)的切削元件觀和其它切削結(jié)構(gòu)的設(shè)計，以使磨耗、腐蝕和/或磨損最小。
圖4所示的方法或過程200和圖5所示的方法或過程300，僅代表按照本公開的講授可以用來改進(jìn)井具的設(shè)計、制造、性能和/或使用的有限數(shù)量的各種方法、過程及反饋環(huán)路。例如，在裝運到客戶或井場之前，可以建立進(jìn)行全部井具或代表性數(shù)量的井具的3D掃描的過程。生成的竣工3D數(shù)據(jù)文件可以與相關(guān)聯(lián)的設(shè)計數(shù)據(jù)文件相比較。對于與每個3D 圖像相關(guān)聯(lián)的全部數(shù)據(jù)點，或者僅對于用于每個3D圖像的選擇數(shù)量的數(shù)據(jù)點，可以進(jìn)行這樣的比較。進(jìn)行井具的3D掃描的頻率、和/或在竣工3D數(shù)據(jù)文件與相關(guān)聯(lián)的設(shè)計數(shù)據(jù)文件的比較期間評估的數(shù)據(jù)點的數(shù)量，可以適當(dāng)?shù)馗淖?，以確認(rèn)相關(guān)聯(lián)的制造過程和技術(shù)以及相關(guān)聯(lián)的制造設(shè)備、夾具和/或工具正在要求的設(shè)計極限和公差范圍內(nèi)生產(chǎn)井具。
經(jīng)常地，在制造之后和在井場處使用之后井具的3D掃描可以導(dǎo)致對于相關(guān)聯(lián)的設(shè)計數(shù)據(jù)文件和/或相關(guān)聯(lián)的制造過程和工藝的修改，以保證每個井具滿足相關(guān)聯(lián)的性能要求。制造設(shè)備、夾具和/或機(jī)床按照本公開的講授，也可以使用3D掃描設(shè)備被定期地掃描，以使得這樣制造設(shè)備、夾具和/或機(jī)床未被損壞或越出公差。
對于某些應(yīng)用，在鉆進(jìn)井眼之后對于在旋轉(zhuǎn)鉆頭20上布置的切削元件觀，可以使用一系列使用后3D數(shù)據(jù)文件來創(chuàng)建磨損曲線(未特意表示)。這樣的磨損曲線可以表示磨耗、腐蝕和/或磨損對切削元件觀的影響?；谝幌盗惺褂煤?D數(shù)據(jù)文件，對于旋轉(zhuǎn)鉆頭 20的量測刀具30和/或其它部分也可以創(chuàng)建磨損曲線。本公開的講授可以用來準(zhǔn)備具體旋轉(zhuǎn)鉆頭的切削結(jié)構(gòu)或其它部分的、或經(jīng)受磨耗、腐蝕和/或磨損的任何其它井具的選擇部分的磨耗、腐蝕和/或磨損的準(zhǔn)確和非常詳細(xì)的曲線或記錄。
盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本公開和其優(yōu)點，但應(yīng)該理解，這里可以進(jìn)行各種變化、替代及變更，而不脫離由如下權(quán)利要求書限定的本公開的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)井具的設(shè)計的方法，包括使用軟件應(yīng)用程序和能夠操作的通用計算機(jī)來初始地設(shè)計井具，以產(chǎn)生初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件；至少部分地基于初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件，制造井具； 用3D掃描系統(tǒng)掃描井具，以得到所制造的井具的3D圖像； 將所制造的井具的3D圖像轉(zhuǎn)換成竣工3D數(shù)據(jù)文件； 將井具的竣工3D數(shù)據(jù)文件和井具的初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件相比較； 評估在初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件和竣工3D數(shù)據(jù)文件之間的變化；和基于在初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件和竣工3D數(shù)據(jù)文件之間的至少一個變化，修改與井具相關(guān)聯(lián)的至少一個設(shè)計參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括基于在初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件和竣工3D數(shù)據(jù)文件之間的變化的評估，修改與井具相關(guān)聯(lián)的至少一個制造過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括 在井場處使用井具；用能夠操作的3D掃描系統(tǒng)掃描用過的井具，以得到在這樣的使用之后的井具的3D圖像；將用過的井具的3D圖像轉(zhuǎn)換成使用后3D數(shù)據(jù)文件； 將使用后3D數(shù)據(jù)文件和用于井具的初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件相比較；和測量和量化用過的井具的磨耗、腐蝕和/或磨損。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括基于井具的磨耗、腐蝕和/或磨損，修改在初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件中的至少一個設(shè)計參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括基于竣工3D數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行井具的計算流量數(shù)據(jù)模擬；和基于計算流量數(shù)據(jù)模擬，修改在初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件中的至少一個設(shè)計參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括基于初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行井具的第一計算流量數(shù)據(jù)模擬；基于竣工3D數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行第二計算流量數(shù)據(jù)模擬；和評估在第一計算流量數(shù)據(jù)模擬和第二計算流量數(shù)據(jù)模擬之間的變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括基于在第一計算流量數(shù)據(jù)模擬和第二計算流量數(shù)據(jù)模擬之間的變化，修改在初始設(shè)計數(shù)據(jù)文件中的至少一個設(shè)計參數(shù)。
8.一種改進(jìn)與井具相關(guān)聯(lián)的制造過程的方法，包括至少部分地基于用于井具的相應(yīng)三維(3D)設(shè)計數(shù)據(jù)文件，制造井具； 用3D掃描系統(tǒng)掃描制造的井具，以得到竣工井具的3D圖像； 將竣工井具的3D圖像轉(zhuǎn)換成竣工3D數(shù)據(jù)文件； 將竣工3D數(shù)據(jù)文件和用于井具的相應(yīng)3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件相比較； 評估在相應(yīng)3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件和竣工3D數(shù)據(jù)文件之間的差別；和基于在相應(yīng)3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件和竣工3D數(shù)據(jù)文件之間的至少一個差別，修改與井具相關(guān)聯(lián)的至少一個制造過程。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，修改至少一個制造過程還包括基于在相應(yīng)3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件和竣工3D數(shù)據(jù)文件之間的差別，修改與制造井具相關(guān)聯(lián)的至少一個模具。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，修改至少一個制造過程還包括至少部分地基于在相應(yīng)3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件和竣工3D數(shù)據(jù)文件之間的差別，修改與制造井具相關(guān)聯(lián)的工具和/或夾具。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括基于竣工3D數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行井具的第一計算流量數(shù)據(jù)模擬；和基于第一計算流量數(shù)據(jù)模擬，修改與井具相關(guān)聯(lián)的至少一個制造過程。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括基于3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行井具的第二計算流量數(shù)據(jù)模擬；和修改與在第一計算流量數(shù)據(jù)模擬和第二計算流量數(shù)據(jù)模擬之間的差別相關(guān)聯(lián)的至少一個制造過程。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，掃描竣工井具還包括用3D白光掃描系統(tǒng)掃描竣工井具。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括 在井場處使用井具；用3D掃描系統(tǒng)掃描用過的井具以得到用過的井具的3D圖像，并且將用過的井具的3D 圖像轉(zhuǎn)換成使用后3D數(shù)據(jù)文件；基于使用后3D數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行用過的井具的計算流量數(shù)據(jù)模擬；基于計算流量數(shù)據(jù)模擬，測量和量化用過的井具的磨耗、腐蝕和/或磨損；和基于用過的井具的磨耗、腐蝕和/或磨損，修改與井具相關(guān)聯(lián)的至少一個制造過程。
15.一種改進(jìn)井具在井場處使用之后的井具的性能的方法，包括 用三維掃描系統(tǒng)掃描用過的井具，以得到用過的井具的三維圖像； 將用過的井具的三維圖像轉(zhuǎn)換成三維使用后數(shù)據(jù)文件；將三維使用后數(shù)據(jù)文件和井具的相關(guān)聯(lián)的使用前三維數(shù)據(jù)文件相比較； 評估在使用后三維數(shù)據(jù)文件和使用前三維數(shù)據(jù)文件之間的差別；和基于在使用后三維數(shù)據(jù)文件和使用前三維數(shù)據(jù)文件之間的至少一個變化，修改與井具在井場處的使用相關(guān)聯(lián)的至少一個操作參數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括基于井具的磨耗、腐蝕和/或磨損，修改與井具在井場處的使用相關(guān)聯(lián)的至少一個操作參數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括基于在使用后三維數(shù)據(jù)文件和使用前三維數(shù)據(jù)文件之間的至少一個變化，修改與井具的制造相關(guān)聯(lián)的至少一個制造過程。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，評估在使用后3D數(shù)據(jù)文件和使用前3D數(shù)據(jù)文件之間的差別還包括將竣工3D數(shù)據(jù)文件用作使用前3D數(shù)據(jù)文件。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，評估在使用后3D數(shù)據(jù)文件和使用前3D數(shù)據(jù)文件之間的差別還包括將3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件用作使用前3D數(shù)據(jù)文件。
20.一種改進(jìn)井具的設(shè)計、制造、性能和/或使用的方法，包括用能夠操作的三維(3D)掃描系統(tǒng)在井具制造之后對井具進(jìn)行掃描，以創(chuàng)建所制造的井具的3D圖像；將制造的井具的3D圖像轉(zhuǎn)換成竣工3D數(shù)據(jù)文件；將竣工3D數(shù)據(jù)文件和用于井具的相關(guān)聯(lián)的3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件相比較； 評估在相關(guān)聯(lián)的3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件和竣工3D數(shù)據(jù)文件之間的變化；和基于在相關(guān)聯(lián)的3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件和竣工3D數(shù)據(jù)文件之間的至少一個變化，修改與井具相關(guān)聯(lián)的至少一個設(shè)計參數(shù)和至少一個制造過程。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括在井具的初始制造之后，用3D掃描系統(tǒng)掃描井具，以創(chuàng)建所初始制造的井具的3D圖像；將初始制造的井具的3D圖像轉(zhuǎn)換成初始竣工3D數(shù)據(jù)文件； 將初始竣工數(shù)據(jù)3D文件和用于井具的初始設(shè)計3D數(shù)據(jù)文件相比較； 評估在初始設(shè)計3D數(shù)據(jù)文件和初始竣工3D數(shù)據(jù)文件之間的變化；和基于在初始設(shè)計3D數(shù)據(jù)文件和初始竣工3D數(shù)據(jù)文件之間的至少一個變化，修改初始設(shè)計3D數(shù)據(jù)文件的至少一個設(shè)計參數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括 在井場處使用井具；用3D掃描系統(tǒng)掃描用過的井具，以得到在井場處使用之后用過的井具的3D圖像； 將用過的井具的3D圖像轉(zhuǎn)換成3D使用后數(shù)據(jù)文件； 將3D使用后數(shù)據(jù)文件和相關(guān)聯(lián)的3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件相比較； 評估在使用后3D數(shù)據(jù)文件和相關(guān)聯(lián)的3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件之間的差別；和基于在使用后3D數(shù)據(jù)文件和相關(guān)聯(lián)的3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件之間的至少一個變化，修改與井具相關(guān)聯(lián)的至少一個操作參數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括 在井場處使用井具；用3D掃描系統(tǒng)掃描用過的井具，以得到在井場處使用之后用過的井具的3D圖像； 將用過的井具的3D圖像轉(zhuǎn)換成3D使用后數(shù)據(jù)文件； 將3D使用后數(shù)據(jù)文件和竣工3D數(shù)據(jù)文件相比較； 評估在使用后3D數(shù)據(jù)文件和竣工3D數(shù)據(jù)文件之間的差別；和基于在使用后3D數(shù)據(jù)文件和竣工3D數(shù)據(jù)文件之間的至少一個變化，修改與井具相關(guān)聯(lián)的至少一個操作參數(shù)。
24.一種能夠操作以改進(jìn)井具的設(shè)計參數(shù)的系統(tǒng)，包括三維(3D)掃描系統(tǒng)，能夠操作以掃描井具，來得到井具的三維(3D)圖像； 計算機(jī)，能夠操作以從3D掃描系統(tǒng)接收并存儲所制造的井具的3D圖像； 所述計算機(jī)能夠操作以從3D掃描系統(tǒng)接收并存儲在井場使用之后井具的3D圖像； 所述計算機(jī)能夠操作以將所制造的井具的3D圖像轉(zhuǎn)換成竣工3D數(shù)據(jù)文件； 所述計算機(jī)能夠操作以將用過的井具的3D圖像轉(zhuǎn)換成使用后3D數(shù)據(jù)文件； 所述計算機(jī)能夠操作以將與井具相關(guān)聯(lián)的3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件和竣工3D數(shù)據(jù)文件及使用后3D數(shù)據(jù)文件相比較；所述計算機(jī)系統(tǒng)能夠操作以評估和記錄在3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件、竣工3D數(shù)據(jù)文件、及使用后3D數(shù)據(jù)文件之間的差別；所述計算機(jī)能夠操作以基于與井具相關(guān)聯(lián)的3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件、竣工3D數(shù)據(jù)文件及使用后3D數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行計算流體設(shè)計模擬；和所述計算機(jī)能夠操作以比較和評估在3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件、竣工3D數(shù)據(jù)文件及使用后3D 數(shù)據(jù)文件之間的差別；和所述計算機(jī)能夠操作以示出供改進(jìn)井具的至少一個設(shè)計參數(shù)之用的差別。
25.一種能夠操作以改進(jìn)井具的設(shè)計、制造、性能和/或使用的系統(tǒng)，包括三維(3D)掃描系統(tǒng)，能夠操作以掃描井具，來得到在相關(guān)聯(lián)的制造過程的完成之后竣工井具的三維(3D)圖像；所述3D掃描系統(tǒng)能夠操作以掃描在井場處使用之后的井具，來得到用過的井具的3D 圖像；通用計算機(jī)，能夠操作以接收來自3D掃描系統(tǒng)的竣工井具的3D圖像、和用過的井具的 3D圖像；所述通用計算機(jī)能夠操作以恢復(fù)用于井具的3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件； 所述通用計算機(jī)能夠操作以將竣工井具的3D圖像轉(zhuǎn)換成竣工3D數(shù)據(jù)文件，并且將用過的井具的3D圖像轉(zhuǎn)換成3D使用后數(shù)據(jù)文件；和所述通用計算機(jī)能夠操作以存儲用于井具的竣工3D數(shù)據(jù)文件和使用后3D數(shù)據(jù)文件； 所述通用計算機(jī)系統(tǒng)能夠操作以將3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件、竣工3D數(shù)據(jù)文件和使用后3D數(shù)據(jù)文件彼此比較；所述通用計算機(jī)能夠操作以評估和記錄在3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件、竣工3D數(shù)據(jù)文件和使用后3D數(shù)據(jù)文件之間的差別；所述通用計算機(jī)能夠操作以進(jìn)行計算流體設(shè)計模擬，并且存儲與計算流體設(shè)計模擬相關(guān)聯(lián)的3D圖像；和所述通用計算機(jī)能夠操作以基于在3D設(shè)計數(shù)據(jù)文件、竣工3D數(shù)據(jù)文件和使用后3D數(shù)據(jù)文件之間的變化，示出修改與井具相關(guān)聯(lián)的至少一個設(shè)計參數(shù)、至少一個制造過程和至少一個操作參數(shù)的結(jié)果。
26.一種為用過的旋轉(zhuǎn)鉆頭確定IADC鉆頭等級的方法，包括至少部分地基于用于旋轉(zhuǎn)鉆頭的相應(yīng)三維(3D)設(shè)計數(shù)據(jù)文件，制造旋轉(zhuǎn)鉆頭； 用3D掃描系統(tǒng)掃描制造完成之后的旋轉(zhuǎn)鉆頭，以得到竣工旋轉(zhuǎn)鉆頭的3D圖像； 將竣工旋轉(zhuǎn)鉆頭的3D圖像轉(zhuǎn)換成竣工3D數(shù)據(jù)文件； 使用旋轉(zhuǎn)鉆頭形成井眼的至少一部分；用能夠操作的3D掃描系統(tǒng)掃描用過的旋轉(zhuǎn)鉆頭，以得到在這樣的使用之后的旋轉(zhuǎn)鉆頭的3D圖像；將用過的旋轉(zhuǎn)鉆頭的3D圖像轉(zhuǎn)換成使用后3D數(shù)據(jù)文件； 將使用后3D數(shù)據(jù)文件和用于旋轉(zhuǎn)鉆頭的相應(yīng)竣工數(shù)據(jù)文件相比較； 評估在相應(yīng)竣工3D數(shù)據(jù)文件和使用后3D數(shù)據(jù)文件之間的差別； 基于在使用后3D數(shù)據(jù)文件和相應(yīng)竣工3D數(shù)據(jù)文件之間的差別，確定與用過的旋轉(zhuǎn)鉆頭相關(guān)聯(lián)的切削結(jié)構(gòu)的磨耗、腐蝕和/或磨損的量；和將切削結(jié)構(gòu)的磨耗、腐蝕和/或磨損的量轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的IADC鉆頭等級。
27.一種井具，包括通過使用權(quán)利要求1的方法修改的至少一個設(shè)計參數(shù)。
28.一種井具，包括由權(quán)利要求8的方法修改的至少一個用來制造井具的制造過程。
29.一種井具，包括通過使用權(quán)利要求20的方法修改的至少一個設(shè)計參數(shù)。
30.一種用過的旋轉(zhuǎn)鉆頭，包括通過使用權(quán)利要求沈的方法確定的IADC鉆頭等級。
全文摘要
提供用于使用三維(3D)掃描技術(shù)和一個或多個反饋環(huán)路改進(jìn)油田設(shè)備和井具的設(shè)計、制造及性能的方法和系統(tǒng)?；趯ⅰ翱⒐ぁ?D數(shù)據(jù)與用于井具的設(shè)計數(shù)據(jù)文件相比較，可以評估與井具相關(guān)聯(lián)的制造過程和工藝?；谠凇翱⒐ぁ?D數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)文件之間的差別，可以進(jìn)行與制造過程和/或工藝相關(guān)聯(lián)的一種或多種變化。使用相關(guān)聯(lián)的設(shè)計數(shù)據(jù)文件、“竣工”3D數(shù)據(jù)和/或使用后3D數(shù)據(jù)，計算流體動力學(xué)應(yīng)用程序可以被用來模擬井具的流體流動特性。基于將模擬流體流動數(shù)據(jù)與用于井具的希望流體流動特性相比較，可以修改井具的相關(guān)聯(lián)的設(shè)計數(shù)據(jù)文件、制造過程和/或使用過程。
文檔編號E21B10/04GK102187047SQ200880125538
公開日2011年9月14日 申請日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日
發(fā)明者W·H·林德, K·L·格拉斯 申請人:霍利貝頓能源服務(wù)公司