估计套管磨损背景技术
在用于油气勘探和生产的井筒的钻井过程中，井筒的一部分将被
钻井和套有套管，且其后将通过进一步钻井来延长井筒的长度。在进
一步钻井期间，钻柱延伸通过套管并接触套管，钻柱的该接触可能会
引起套管磨损。套管磨损在井筒的偏离部分(也就是，井筒的非垂直
定向的那些部分)处可特别明显。虽然预期一定程度的套管磨损，但
是过度套管磨损可不利地影响井筒的结构完整性以及套管的承受暴
露于套管内的高压(例如，水力破碎期间的高压和地层压力)的能力。
由于井筒的长度和几何复杂性随着改良的钻井技术增加，现有套
管磨损模型无法准确预测套管磨损。
附图说明
为了对示例性实施方案进行详细描述，现将参考附图，其中：
图1为示出根据至少一些实施方案的海上钻井系统的横截面部
分正视图；
图2为示出根据至少一些实施方案的陆基钻井系统的横截面部
分正视图；
图3为示出井筒内的钻柱的横截面正视图；
图4为示出根据至少一些实施方案的示例性静态套管磨损的横
截面端视图；
图5A为示出根据至少一些实施方案的联接至泥浆振动筛的影像
捕获系统的透视图；
图5B为示出根据至少一些实施方案的联接至泥浆振动筛的影像
捕获系统的透视图；
图5C为示出根据至少一些实施方案的联接至泥浆振动筛的影像
捕获系统的透视图；
图6为示出根据至少一些实施方案的示例性软件屏幕截图的平
面图；
图7为示出根据至少一些实施方案的套管磨损估计逻辑的流程
图；
图8为示出根据至少一些实施方案的计算机系统的框图；并且
图9为示出根据至少一个实施方案的方法的框图。
符号和术语
某些术语贯穿以下描述和权利要求使用，以用于指代特定系统组
分。如本领域技术人员将了解，不同的公司可能会用不同的名称来指
代一个组分。本文无意区分名称不同而功能相同的组分。
在以下讨论和权利要求中，术语“包括(including/comprising)”以开
放式的方式使用，且因此应被解释成表示“包括但不限于...”。而且，
术语“联接”意在表示间接连接或直接连接。因此，如果第一装置联接
至第二装置，那么该连接可为经过其它装置和连接的直接连接或间接
连接。
“套管磨粒”应表示由于钻柱与套管柱接触而已经从套管柱分开
的套管柱片段。
“捕捞操作”应表示涉及移除在井筒中卡住或丢失的钻井设备的
操作，且借助于该操作，设备由降至井孔中的绳索进行检索。
“铣削”应表示通过切除不需要的材料来移除材料。
“远离”应表示距离指定位置一千米以上。
“表面”指代地球表面，应表示从地下10英尺算起并相对于局部
重力向上延伸的任何位置。
“泥浆振动筛”应表示用于从返回自井孔的钻井流体移除固体材
料的一件钻井设备。
“热影像”应表示由物体发射、传输和/或反射的红外能的量的视
觉显示。
“钻柱”应表示连接钻头和钻机的管线，且应包括油管、连续油管、
套管(例如，随钻套管)或一段钢管。
具体实施方式
以下讨论涉及本发明的各种实施方案。虽然这些实施方案的一个
或多个可为优选的，但是所公开的实施方案不应被解释成或另外用于
限制本公开(包括权利要求)的范围。除此之外，本领域技术人员将理
解，以下描述具有广泛应用，且对任何实施方案的讨论仅表示示例性
的实施方案，且并非意在暗示本公开(包括权利要求)的范围限于该实
施方案。
各种实施方案涉及基于分析影像估计套管磨损的方法和系统，所
述影像示出在钻井期间从井孔出现的作为钻屑和其它固体颗粒存在
于泥浆振动筛处的若干套管磨粒。本说明书首先致力于对说明性系统
的描述，并且然后对说明性系统内的各种实施方案的操作提供更为详
细的解释。
图1示出示例性海底钻井操作。具体地说，图1示出用于海底钻
井操作的井底钻具组合件100，其中井底钻具组合件100说明性地包
括位于钻柱104的远端上的钻头102。各种随钻测井(LWD)和随钻测
量(MWD)工具还可联接在井底钻具组合件100内。钻柱104(包括井
底钻具组合件100)从钻井平台106降下。钻柱104延伸通过上升管
108和井口110。支撑在吊杆112内和附近的钻井设备(相对于图2更
为详细地讨论的说明性钻井设备)可旋转钻柱104，且钻柱104的旋转
运动形成井孔114。在图1的实例中，钻柱104延伸通过套管柱116，
该套管柱116至少部分由接合剂118说明性地保持在适当位置处。在
示出的实例中，井孔114延伸超出套管116的远端。
根据至少一些实施方案，井底钻具组合件100可进一步包括通信
子系统。具体地说，说明性井底钻具组合件100包括遥测模块120。
遥测模块120可可通信地联接至井底钻具组合件100中的各种LWD
和/或MWD工具，并接收由所述工具测量和/或记录的数据。遥测模
块120可使用任何合适的通信信道(例如，在钻柱104中流动的钻井
流体内的压力脉冲、通过钻柱104的管杆的声学遥测、电磁遥测、嵌
在钻柱104中的光学纤维或其组合)传达测井数据至表面，且同样地，
遥测模块124可通过通信信道中的一个或多个从表面接收信息。
虽然图1中未具体示出，但是示例性海底钻井操作还可包括循环
和处理钻井流体的系统(如将相对于图2进行更为详细的描述)。循环
和处理钻井流体的系统的至少一部分可涉及传递钻井流体通过泥浆
振动筛246(下面更为详细地进行描述)。
图2示出示例性陆基钻井操作。具体地说，图2示出配备支撑起
重机204的吊杆202的钻井平台200。起重机204悬吊顶部驱动器208，
且起重机204和顶部驱动器旋转并通过井口210降下钻柱104。钻井
流体由泥浆泵214泵送通过流动管路216、立管218、鹅颈管220、
顶部驱动器208，并以高压和高流量向下通过钻柱104，从而通过钻
头102中的喷嘴或喷口出现。钻井流体然后借助于环形物行进溢出井
筒上方，通过防喷器(未具体示出)，通过泥浆振动筛246(下面更为详
细地进行描述)进行处理，并进入表面上的泥浆槽224中。在表面上，
钻井流体被净化，且然后再次由泥浆泵214进行循环。钻井流体被用
于冷却钻头102，以用于从井孔的底部将钻屑携带至表面，并且用于
平衡岩层中的静水压力。
对于遥测模块120在借助于钻柱104中的钻井流体传播至表面的
压力脉冲下对数据进行编码的说明性例子，变换器236将压力信号转
换为用于信号数字化仪238(例如，模拟数字转换器)的电气信号。数
字化仪238提供数字形式的压力信号至表面计算机240或一些其它形
式的数据处理装置。表面计算机240根据软件(其可存储在计算机可
读存储介质上)操作以便监测和控制钻井处理，所述钻井处理包括用
于计算或估计套管磨损的指令(下面进行更为全面的讨论)。表面计算
机240借助于数字化仪238进一步可通信地联接至钻井现场或附近的
许多装置，诸如由顶部驱动器208转动的钻柱104的旋转速度(每分
钟转数(RPM))指示以及由与起重机204相关联的装置测量的吊钩压
力(相对于钻压)。计算机系统240还可联接至与泥浆振动筛246相关
联的摄像机或摄像机系统，如下面进行更为详细的讨论。
在一些情况下，示例性实施方案的套管磨损估计可由计算机系统
240进行计算，且可显示在显示装置241上。在其它示例性实施方案
中，表面计算机240可将收集的数据转发至另一计算机系统，诸如油
田服务供应商的运营中心处的计算机系统242，该运营中心远离钻井
现场。计算机系统240与计算机系统242之间的数据通信可采用任何
合适的形式，诸如通过互联网、借助于局域网或广域网，或如所说明
的通过卫星244链路。与总套管磨损相关联的计算的一些或全部可在
计算机系统242处执行，且可传送回到表面计算机240和显示装置
241。
说明书现在致力于对套管磨损的各种原因进行解释。然而，应注
意，出于解释的目的对图2进行了简化，且各种组分的相对大小并非
按比例绘制。例如，在实际钻井过程中，方向变化的回转半径可近
似1000英尺或更大，且因此图2的示例性井筒中的弯曲部并非按比
例示出。作为另一实例，钻柱104和套管116的相对大小被夸大，以
便传达与由各种实施方案所涵盖的套管磨损有关的某些理念。
此外，虽然钻柱104被示出为连续的，但是实际上包括一系列管
杆截段(例如，30英尺的截段)，所述一系列管杆截段随着钻柱被降至
井孔中而逐件联接在一起。组成整体钻柱的管杆截段的每一端上具有
螺纹，其中一个凸端或“铰接”端具有外部螺纹，且一个凹端或“箱形”
端具有内部螺纹。一个钻杆的铰接端联接至下一钻杆的箱形端。在许
多情况下，特别是具有小外径的钻杆情况，管杆的箱形端所界定的横
截面面积大于例如管杆截段的中间位置处的横截面面积(也就是，具
有较大直径)。此外，与箱形端相关联的较大直径可被硬化或具有保
护涂层，该保护涂层降低管杆截段上的磨损，但是可加速套管磨损。
钻杆的较大直径部分在行业中可称为“钻具接头”。
图3示出钻柱104的在井筒的套管部分中的部分以及钻具接头的
横截面部分正视图。具体地说，图3示出钻柱104的一部分，其中有
三个示例性管杆截段300A至300C可见。钻柱104设置在套管116
内，且同样可见的是示例性接合剂。钻柱104包括一系列钻具接头，
其中钻具接头302B和302C在图3中可见。套管磨损主要由与套管
116的内径相互作用的较大直径钻具接头302引起，但是还可由钻柱
的与套管相互作用的任何部分引起。
根据示例性方法和系统，套管内的任何特定位置处的套管磨损可
由多个钻具接头中的任一个产生，所述多个钻具接头基于钻具接头抵
靠和/或碰撞套管的旋转产生磨损，每个钻具接头随着钻柱在套管内
平移于特定时间段经过该特定位置。由此断定，套管可概念地划分成
多个截段或间隔，且每个间隔内的套管磨损被估计和跟踪。在一些情
况下，用于估计和跟踪套管磨损的间隔长度可为一英尺长(例如，第
一间隔从表面向下延伸一英尺的套管长度；第二间隔邻接第一间隔，
且接着跨越一英尺的套管长度；且距离表面N英尺的间隔N沿套管，
且跨越一英尺的套管长度)。然而，也可设想使用更长或更短的间隔，
如具有不同长度的间隔。
计算出的和提供至钻机的套管磨损估计可跨越不同长度和不同
时间段。例如，计算机系统可提供：一个时间窗内出现的套管磨损体
积指示；钻井时间段期间出现的套管磨损的体积；一个间隔或一系列
连续间隔(也就是，一段套管)所经受的套管磨损的体积；测量的深度
处的套管磨损体积；铣削时间段内出现的套管磨损(任意位置处)体
积；以及捕捞操作期间出现的套管磨损(任意位置处)体积。
暂时回到图2，图2说明钻柱104可能与套管116的内径接触的
某些位置。具体地说，在弯曲部260处，钻柱被示出与套管内半径接
触。弯曲部260处的接触可由钻柱上的力矩保持在适当位置处，该情
况下的力矩由钻柱延伸通过弯曲部而引起(与由顶部驱动器组合件
208施加的旋转力矩相反)。随着钻柱104被顶部驱动器组合件208
旋转，在无明显振动的情况下，钻柱在弯曲部260处邻接和抵靠套管
转动的部分可造成“静态套管磨损”。也就是说，在钻柱104的多个转
数期间，钻柱的位于弯曲部260处的该部分邻接套管的内径，且因此
促成延长时间周期的接触(相对于冲击套管磨损，下面进行更多的讨
论)。在弯曲部260的情形下，钻柱的该部分与弯曲部260之间的法
向力可垂直于物理接触的位置，且由此断定，在该实例中法向力与重
力不重合。
同样地，在长的、相对笔直的截段262中，钻柱104可借助于重
力保持抵靠套管116的下部部分。因此，在该笔直截段262的情况下，
法向力和重力可至少部分重合。随着钻柱104被顶部驱动器组合件
208旋转，钻柱的邻接和抵靠笔直截段262的下部部分上的套管转动
的部分可造成沿该截段的静态套管磨损。
图4示出套管的已经发生静态套管磨损的部分的横截面端视图。
具体地说，图4示出具有接合剂118的套管116，该接合剂118设置
在套管116与地层之间。套管116界定内径400。在图4的实例中，
静态套管磨损402存在于套管116的“底部”，诸如笔直截段262可能
为这种情况，其中重力将钻柱保持抵靠套管的下部部分。然而，应理
解，静态套管磨损的位置并不仅限于套管的底部部分，且实际上可出
现在套管116的内径上的任意位置处。然而，钻柱104与套管的内径
之间的相互作用的位置是可基于井筒的几何结构进行计算，且因此为
已知的。
除了静态套管磨损模式之外，套管还可经受与钻柱的旋转动力学
相关联的套管磨损。具体地说，在某些旋转速度下，钻柱104可经受
围绕钻柱104的长轴的振动。此外，因为在钻井期间控制的压力被施
加至钻头102来实现控制的穿透速率，所以钻柱104可承受压缩力。
当钻柱的旋转速度接近共振频率(或谐波)时，单独缺少旋转平衡或结
合施加的压缩力可在钻柱104中产生振动。例如，在特定旋转速度下，
钻柱104的位于笔直截段262内的部分可经受振动，从而产生足够的
力(和力的取向)来瞬时地提升钻柱104的一部分，以使得钻柱104的
该部分与套管116之间缺少接触。随着振动力旋转成更加与重力重合
(在该实例中)，钻柱104的该部分可碰撞或冲击套管116的内径。同
样地，在钻柱104的远端，且特别是井底钻具组合件100的远端，井
底钻具组合件100可经受振动，从而产生足够的力和力的取向来引起
井底钻具组合件100定期地冲击套管116。应注意，由钻柱104的旋
转引起的产生钻柱104抵靠套管的冲击的振动运动可在沿钻柱与套
管之间的重叠长度的多个位置处同时发生。在图2的示例性情形下，
由钻柱的振动引起的冲击可在示例性弯曲部260中、在示例性笔直截
段262中以及在井底钻具组合件100的远端同时发生。
除了由钻柱104的旋转引起的振动运动以及钻柱抵靠套管的内
壁的冲击之外，套管磨损还可受到多个因素影响，诸如：由钻井和后
扩孔的同时出现的钻柱张力引起的增加的侧向力，其用于克服裸眼井
中的高力矩和摩阻；套管内的旋转次数；钻具接头表面特性；钻井流
体类型；铣削问题；张力；产生的侧向力；套管磨损是否来自捕捞操
作；以及急弯严重程度。
不论套管内的套管磨损是如何出现的，从套管移除的套管磨粒被
沉积到钻井流体中，其中钻井流体将返回至表面，且可能传递通过至
少一个泥浆振动筛进行处理。在含有套管磨粒的钻井流体返回至泥浆
振动筛后，定位在钻井流体内的钻屑中的套管磨粒的影像被捕获，且
将被分析以便估计在某个预先确定的测量单位(例如，长度、时间等)
内已经累积的套管磨粒的体积。
本说明书现在致力于对泥浆振动筛和影像捕获系统进行综述。
暂时回到图2，且如前面所讨论，钻井流体由泥浆泵214泵送通
过流动管路216、立管218、鹅颈管220、顶部驱动器208，并以高压
和高流量向下通过钻柱104，从而通过钻头102中的喷嘴或喷口出现。
然后在被倾倒至表面上的泥浆槽224中之前，钻井流体借助于环形物
行进溢出井筒上方，通过防喷器且通过泥浆振动筛246进行处理。钻
井流体一部分被用于从井孔携带钻屑和其它固体颗粒(包括可能存在
的套管磨粒)至表面。
通常被称为“泥浆振动筛”的振动筛为钻井操作系统的一部分，该
振动筛用于将借助于钻井操作从井筒移除的固体材料从钻井流体分
离。
图5A、图5B和图5C示出联接至影像捕获系统的示例性泥浆振
动筛的透视图。虽然泥浆振动筛由比图5A至图5C中所绘示的元素
多得多的元素组成，但是出于本讨论的目的，仅讨论泥浆振动筛的一
般概念，且因此仅绘示泥浆振动筛的一些元素。示例性泥浆振动筛
500包括静止支撑框架504，振动组合件510安装在该框架504上(诸
如，借助于未具体示出的弹簧)。在操作中，振动组合件510由一个
或多个电机512驱动或振动。一个或多个筛网502定位在振动组合件
510的下部部分。携带钻屑和套管磨粒的钻井流体通过分配箱550进
入振动组合件510，该分配箱550一定程度上均匀地将钻井流体(携带
钻屑和套管磨粒)分配到筛网502上。振动组合件510的振动作用借
助于以下方式将钻井流体与钻屑和套管磨粒分离：随着钻井流体落下
穿过筛网502来沿筛网502移动钻屑和套管磨粒。然后，在钻屑和套
管磨粒通过开口端552离开筛网502的同时，钻井流体返回至泥浆槽，
如由线554所说明。
为了捕获套管磨粒的影像，影像捕获系统505与泥浆振动筛500
相关联。在图5A的示例性实施方案中，影像捕获系统505可联接至
支撑框架504。在其它实施方案中，影像捕获系统505可联接至泥浆
振动筛的任何部分，该任何部分允许影像捕获系统505捕获当钻屑和
套管磨粒至少部分与钻井流体分离时的视图。影像捕获系统505可可
选地联接至钻井设备的非泥浆振动筛的另一部分，同时仍然允许捕获
钻屑和套管磨粒的影像。
图5A中示出的示例性系统中的影像捕获系统505包括由联接至
支撑框架504的立杆507A保持在适当位置处的数字摄像机506A。
数字摄像机506A联接至泥浆振动筛，以此方式，摄像机可捕获当钻
屑和套管磨粒至少部分与钻井流体分离时筛网502上的钻屑和套管
磨粒的影像。数字摄像机506A上的透镜的光轴的方位角、仰角和旋
转角可调整，以便捕获含有钻屑和套管磨粒的钻井流体的各种角度和
区段。
例如，在一个实施方案中，数字摄像机506A可定位，以使得其
捕获筛网502上的钻屑和套管磨粒的全帧架空(也就是，其中透镜的
光轴垂直于由筛网502的上部表面所界定的平面)和视图。在另一实
施方案中，数字摄像机506A可成角度，以使得摄像机仍然能够捕获
筛网上的钻屑和套管磨粒的影像，但是成一定角度。例如，数字摄像
机506A可作为整体定位在筛网502上方，但是数字摄像机506A可
倾斜40°的角度(从与由筛网502的上部表面界定的平面和数字摄像机
的光轴垂直的假想线进行测量)，由此提供筛网502(或筛网502的一
部分)的成角度视图，该视图与笔直下视图相反。在另一实施方案中，
数字摄像机506A可被定位且成一定角度，以使得其当钻屑和套管磨
粒在开口端552处离开泥浆振动筛时获取套管磨粒的平视影像。
在另一实施方案中，如在图5B中，影像捕获系统505可包括多
个摄像机，诸如示例性摄像机506A和506B。摄像机可与泥浆振动
筛相关联，且可定位在泥浆振动筛上的不同位置处，以便捕获筛网的
不同部分的影像。影像可随后数字拼接在一起来产生完整影像。在另
一实施方案中，多个摄像机可捕获多个影像，其中所述多个影像被数
字组合以便产生三维影像。与单个摄像机实例一样，多个摄像机的方
位角、仰角和旋转角可调整，以便捕获含有钻屑和套管磨粒的钻井流
体的各种角度和区段。
在另一实施方案中，如图5C中所示，影像捕获系统505可非直
接物理联接至泥浆振动筛，而是可包括接近泥浆振动筛504的立杆
508，数字摄像机506C固定在该立杆508的顶部。与以上实例一样，
摄像机506C的方位角、仰角和旋转角可调整，以便捕获含有钻屑和
套管磨粒的钻井流体的各种角度和区段。
不论有多少摄像机正在捕获影像，或者不论摄像机以何种角度捕
获影像，所述影像由计算机程序进行分析，以便确定粒子分布以及估
计套管磨损的体积。
在一个实施方案中，由数字摄像机506捕获的影像为由光线的可
见光谱产生的影像。在另一实施方案中，由数字摄像机506捕获的影
像可为基于由摄像机捕获的光的红外波长的热影像。换句话说，数字
摄像机中的任一个可为具有红外线滤镜或传感器的摄像机，该摄像机
能够检测来自筛网502上的钻屑和套管磨粒的红外辐射。对于热影
像，各种示例性实施方案不仅基于其相对于钻屑温度的温度识别套管
磨粒，而且还可估计套管磨粒的温度。
影像通过有线连接或以无线方式发送至运行软件程序的计算机
系统，该计算机系统可分析影像并计算与套管磨粒有关的各种数据。
计算机系统可定位在钻井现场(例如，图2中示出的计算机系统240)，
和/或计算机系统可定位在远程位置处，诸如定位在非现场运营中心
(例如，图2中示出的计算机系统242)。
图6示出由在计算机系统上运行的软件创建的用户接口的示例
性屏幕截图。可设想能够分析数字影像以便确定粒子分布、估计套管
磨损体积以及确定其它套管磨损参数的任何软件，且讨论并不限于图
6中示出的示例性屏幕截图。然而，图6示出钻井操作员可如何与本
文所描述的方法和系统的操作相互作用以及如何从所述操作搜集信
息的示例性实施方案。
具体地说，图6示出具有影像602的屏幕截图600。影像602示
出定位在泥浆振动筛的筛网上的钻屑和套管磨粒的捕获影像。在一个
实施方案中，影像602可为诸如由数字摄像机506捕获的单个影像。
在另一实施方案中，影像602可为多个影像，所述多个影像已经被拼
接在一起来产生影像602。在另一实施方案中，影像602可为多个影
像的结果，所述多个影像被组合以便产生三维影像。
在继续进行之前，应注意，影像602被简化以便易于讨论。在泥
浆振动筛的实际操作过程中，存在于筛网上的钻屑和套管磨粒可为几
英寸厚，且跨越筛网的整个长度和宽度。然而，为了不使附图过度复
杂，影像602仅示出少量钻屑和套管磨粒，以使得钻屑和套管磨粒各
自在附图中容易辨别。此外，钻屑和套管磨粒相对较小，且在许多情
况下具有近似约半毫米至约一毫米的最大尺寸。然而，在示例性影像
602中，为清楚起见，钻屑和套管磨粒的大小被夸大。
应记住，影像602一方面被简化，且另一方面被夸大，影像602
示出分布在影像上(且因此分布在筛网或筛网的一部分上)的多个钻
屑和套管磨粒。具体地说，示例性影像602示出多个示例性钻屑614、
616和618，以及多个套管磨粒606和608(以及未计数的几个套管磨
粒)。对于影像602为基于可见光谱中的光波长的影像，套管磨粒可
基于相对于钻屑的颜色进行识别。在示例性影像602中，套管磨粒
606和608比钻屑更暗指示套管磨粒具有比钻屑更暗的颜色，但是取
决于正在钻井的地层；反之亦然。
对于影像602为热影像，套管磨粒可基于相对于钻屑的温度进行
识别。在示例性影像602中，套管磨粒606和608比钻屑更暗，这可
指示套管磨粒具有比周围钻屑更高的温度。另外，影像602可仅对存
在的钻屑和套管磨粒(和钻井流体)的最上层的一部分进行说明。
在各种实施方案中，影像被应用至诸如粒子分布算法的一个或多
个算法，以便确定存在于影像602中的套管磨粒的体积。具体地说，
图7以框图形式示出用于估计套管磨粒的体积的方法(由在计算机系
统上运行的程序执行)的流程图。具体地说，该示例性方法可从概念
地将影像(例如，影像602)划分成更小的、细分部分开始(框700)。概
念地划分影像可采用许多形式。如果影像跨越整个筛网502，那么概
念地划分可被视为将筛网划分成更小、更多的可管理部分。例如，如
果影像跨越筛网502的整个面积，且筛网502为12英尺乘以8英尺，
那么程序可概念地将影像划分为十六个3英尺乘以2英尺的细分部
分。同样地，如果影像未跨越整个筛网，那么可选择适当大小的细分
部分。
从细分部分选择一个具体细分部分(框702)。在选择的细分部分
内，可运行边缘检测算法以便确定定位在细分部分内的钻屑和套管磨
粒的边缘(例如，轮廓)(框704)。对于从可见光谱中的光波长捕获的
影像，边缘检测算法可将颜色的差异识别为边缘。对于热影像，边缘
检测算法可将温度的差异(其同样可基于颜色进行辨别)识别为边缘。
使用检测的边缘，程序可估计套管磨粒的形状、大小和/或数量(框
706)。也就是说，对于基于检测的边缘识别出的每个粒子，在计算机
系统上运行的程序可就粒子是否为钻屑或套管磨粒做出确定。对于从
可见光谱中的光波长捕获的影像，套管磨粒可由识别的轮廓内的颜色
进行识别，或由各种粒子之间的颜色差异进行识别。例如，在一些情
况下，套管磨粒可具有比周围钻屑更暗的颜色。对于热影像，套管磨
粒可由识别的轮廓内的指示温度进行识别，或由各种粒子之间的指示
温度差异进行识别。不考虑识别套管磨粒的精确方法，在识别出套管
磨粒后，程序可确定影像的细分部分中的套管磨粒的形状、大小和/
或数量。
基于影像的细分部分中的套管磨粒的形状、大小和/或数量，示
例性程序可估计影像的细分部分中可见的套管磨粒的体积(框708)。
在图7的示例性软件中，由框708示出的体积估计仅关于影像中识别
出的套管磨粒。可能驻留在钻屑和套管磨粒的最上层下方的套管磨粒
的体积随后在示例性方法中处理。
在程序已经执行边缘检测、对整体影像的细分部分的形状/大小/
数量估计和体积估计后，且因此下一说明性步骤为就是否有更多细分
部分有待分析做出确定(框710)。如果有更多细分部分有待分析，那
么示例性算法返回(线712)细分部分的选择(同样，框702)，且该方法
被重复用于每个细分部分。在已经对影像的所有细分部分进行套管磨
粒体积估计后，程序可对值进行组合以便得出影像中的套管磨粒体积
(框714)。
影像中的套管磨粒体积仅关于筛网上的钻屑和套管磨粒的最上
层，所述钻屑和套管磨粒可为几英寸厚。除非另有规定，否则确定的
套管磨粒体积可仅关于暴露(整体或部分)在筛网上的固体颗粒的最
上方部分上的套管磨粒。因此，在一些示例性方法中，程序可推断筛
网或筛网的对应于影像的部分上的套管磨粒的总体积(框716)。为了
提供更为准确的体积估计，程序还可将多种信息纳入考虑，所述多种
信息诸如：导致筛网上或影像中出现钻屑和套管磨粒的钻井时间的
量；导致筛网上或影像中出现钻屑和套管磨粒的钻井流体的体积；和
/或从前一钻井操作提供的数据。
虽然图7的示例性方法被示出在框716处停止，但是在大多数情
况下，由影像捕获系统捕获的下一影像会立即重复该过程。此外，如
果正在被使用的系统使用多个数字摄像机捕获钻屑和套管磨粒的多
个影像，那么可为捕获的每个影像执行诸如图7中示出的方法，且结
果被总结以便提供对套管磨损的总体估计。
除了提供关于存在的套管磨粒的体积信息之外，套管磨粒的形状
可提供关于套管磨损已经在套管中出现中的位置信息，或关于何种操
作引起套管磨损的信息。例如，如果套管磨粒为月牙形状，那么月牙
形状可指示套管磨损由钻具接头抵靠套管的冲击套管磨损引起。鉴于
振动沿钻柱的发生位置一般是已知的，通过对粒子的形状进行分类，
算法可能够量化粒子的起始位置。由此断定，这些实施方案中的程序
可基于以下预测特定套管位置或间隔处的套管磨损：套管磨粒的形
状、套管磨粒的数量以及该种类型的套管磨损沿钻柱的发生位置。
在另一实施方案中，可对热影像进行分析，以便提供关于特定套
管磨粒的起始位置的信息，且因此提供关于起始位置处的套管磨损体
积的信息。为了基于温度确定套管磨损的可能起始位置，考虑井下的
温度梯度(也就是，随着深度变化的井下局部环境温度)。更具体地说，
井下温度梯度可提前知晓。例如，从表面向下10,000英尺深度的温
度为250℉可能是已知的。另外，随着粒子跟随钻井流体回到表面，
套管磨粒下降多少度的温度可能是已知的。换句话说，起始于10,000
英尺处且在10,000英尺处具有250℉的温度的套管磨粒在套管磨粒抵
达泥浆振动筛后可降至90℉的温度。然而，起始于5,000英尺处的套
管磨粒在5,000英尺处可具有180°F的温度，且在粒子抵达泥浆振动
筛后可具有85℉的温度。基于温度知识和呈热影像形式的影像602，
计算机系统可能够确定识别的套管磨粒中的细微温度差异，且根据这
些细微温度差异，计算机系统可能够确定每个相应套管磨粒的起始位
置。
相关于热影像所讨论的温度和套管磨损起始位置讨论仅为示例
性的；井孔的温度梯度可基于许多其它考虑因素变化。同样地，当粒
子驻留在泥浆振动筛500的筛网502上时，套管磨粒的温度基于若干
考虑因素变化。在实践中，套管磨粒与钻屑(以及残余钻井流体)之间
的温度差异可非常细微，近似十分之一或甚至百分之一华氏度。因此，
上面给出的套管磨粒的示例性温度被夸大以便传达以下理念：不仅基
于其温度差异识别套管磨粒，而且还识别套管磨粒的起始位置。
再次参考图6，屏幕截图600的截段604示出两个示例性信息图
610和612，所述两个信息图610和612与根据捕获的套管磨粒影像
确定的信息有关。示例性图610示出针对时帧绘制的套管磨粒体积之
间的示例性关系。例如，在一个小时的钻井时间之后，已经传递通
过泥浆振动筛的筛网502的套管磨粒的估计体积为0.725in3的粒子。
在示例性的四个小时之后，已经传递通过泥浆振动筛的筛网502的套
管磨粒的估计体积为2.25in3的粒子。
图612示出套管磨粒的估计体积与这些套管磨粒的多个不同估
计温度(且因此估计深度)之间的示例性关系。在实例中，对于具有
92.0°F的示例性温度的粒子，存在0.725in3体积的粒子。因为井孔内
的不同位置的温度为已知的，且从每个具体深度至表面(或至泥浆振
动筛)的温度变化率也是已知的，所以能够确定来自不同井下深度的
粒子体积。例如，实例中具有92.3°F的温度的套管磨粒的套管磨损体
积情况似乎比具有92.4°F的温度的套管磨粒体积大得多。具有92.4°F
的温度的套管磨粒可起始于井孔的笔直截段，在该笔直区段中钻柱对
套管具有非常小的影响。然而，具有92.3°F的温度的套管磨粒可起始
于井孔的存在高急弯严重程度的区域，且因此在该区域中钻柱或钻具
接头对套管做出频繁冲击和/或严重冲击。
在示例性系统中，关于套管磨损的起始位置的估计可提供至钻
机，这可使得钻机对与钻井过程相关联的钻井参数进行改变。也就是
说，当预测出套管116的间隔存在过度套管磨损时，钻机和/或计算
机系统可进行改变，诸如改变钻柱的旋转速度，改变钻压和/或使钻
柱脱扣(也就是，从套管116移除钻柱)以及改变井底钻具组合件和/
或钻柱的组分。例如，井底钻具组合件100的一部分可被移除以便改
变旋转振动特性，或以便缩短/加长井底钻具组合件100。更短或更长
的井底钻具组合件100可针对套管116的内径在钻柱中重新定位钻具
接头的接触点。
虽然图6中示出两个示例性图，但是任何类型的数据分析是可能
的，包括图形、图表、数据库和电子表格。除此之外，可设想信息关
系的任何组合，且信息并不仅限于体积与时间关系或温度与体积关
系。
另外，设想的是，可对分析软件进行校准，以便为套管磨粒体积
提供更为准确的估计。虽然可实施各种校准技术，但是在一个实施方
案中，校准可采用以下形式：测量井下套管磨损，以及将套管中的套
管磨损与根据本讨论估计出的套管磨粒的体积进行比较。更具体地
说，在钻井操作期间的某些时候，钻柱可被移除或“脱扣”至表面。在
钻柱已经被移除的时间段期间，可在井孔中运行各种电缆测井工具，
以便测量大量参数。电缆测井工具可为“卡尺工具”或套管壁厚度工
具。电缆测井工具可位于井筒中，以便测量壁厚度。具体地说，测井
载运工具可用于将电缆测井工具降至井孔中。在大多数情况下，测井
工具被降至井孔的最深部分，且然后被以稳定速度拉回至表面。还可
在电缆测井工具于向下运动期间执行其功能的地方进行测井。示例性
电缆测井工具可直接测量套管壁厚度(例如，基于入射在套管壁上的
声音信号)，或可间接测量套管壁厚度(例如，测量套管的内径形状
的卡尺工具)。
不考虑电缆测井工具的精确性质，可针对估计的和/或计算的套
管磨粒体积确定和比较每个间隔处的实际壁厚(或相反地，开槽深
度)。如果估计的和/或计算的套管磨粒体积与根据得到的壁厚度测量
值预期的体积不同，那么可对用于计算套管磨粒体积的软件进行调
整。
图8示出计算机系统800，其对计算机系统进行说明，各种实施
方案可在该计算机系统上实践。计算机系统800可为对例如计算机系
统240的说明。在另一实施方案中，计算机系统800可为对计算机系
统242的说明。具体地说，计算机系统800包括处理器802，且该处
理器通过网桥装置806联接至主存储器804。此外，处理器802可通
过网桥装置806联接至长期存储装置808(例如，硬盘驱动器、固态
盘、记忆棒、光盘)。可由处理器708执行的程序可存储在存储装置
808上，且当需要时由处理器802进行存取。存储在存储装置808上
的程序可包括用于实施本说明书的各种实施方案(诸如，估计套管磨
粒的体积)的程序。在一些情况下，程序被从存储装置808复制到主
存储器804，且程序从主存储器804执行。因此，主存储器704和存
储装置808应被视为计算机可读存储介质。
相关于图9讨论估计套管磨损的方法。图9以流程图形式示出根
据一些实施方案的方法。具体地说，方法从捕获包括钻井操作中泥浆
振动筛上的钻屑和套管磨粒的影像开始(框900)，该捕获由与泥浆振
动筛相关联的至少一个摄像机执行(框902)；识别影像中示出的套管
磨粒，该识别由计算机系统执行(框904)；以及基于该识别估计套管
磨损的体积(框906)。此后，方法结束(908)。
根据本文所提供的描述，本领域技术人员能够容易地将如描述所
创建的软件与适当的通用或专用硬件结合，以便：创建根据各种实施
方案的计算机系统和/或计算机子组分；创建用于执行各种实施方案
的方法的计算机系统和/或计算机子组分；和/或创建存储软件程序以
便实施各种实施方案的方法方面的非暂时性计算机可读介质(也就
是，非载波)。
提到“一个实施方案”、“实施方案”、“一些实施方案”、“各种实施
方案”等是指特定元素或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。
虽然所述短语可出现在各种地方，但是所述短语不一定指代相同实施
方案。
应注意，虽然理论上能够由人仅使用笔和纸以及影像执行套管磨
粒识别、体积估计和/或起始位置的估计中的一些或全部，但是基于
人的这些任务执行的时间测量值可在从至少几人年至几十人年(如果
没有更多的话)的范围内。因此，本段应用作现有的或随后增加的任
何权利要求限制的支持，其陈述：用于执行本文所描述的任务的时间
周期短于手工执行任务所需要的时间，短于手工执行任务所需要的时
间的一半，且短于手工执行任务所需要的时间的四分之一，其中“手
工”应表示仅使用笔和纸来执行工作。
以上讨论意在对本发明的原理和各种实施方案进行说明。在完全
了解以上公开后，众多变化和修改对于本领域技术人员将变得显而易
见。例如，已经通过分析套管磨损的影像和估计在预先确定的测量单
位内累积的套管磨损体积来对各种实施方案进行描述。然而，本文不
应被理解为所描述的实施方案的一个或多个的范围的限制，相同的技
术可用于其它实施方案。意图是，以下权利要求应被解释成涵盖所有
这些变化和修改。
下表提供根据示例性实施方案的方法。
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表1
该表应用作后提交的权利要求修改的依据。
下表提供根据示例性实施方案的系统。
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表2
该表应用作后提交的权利要求修改的依据。
下表提供根据示例性实施方案的计算机可读介质。
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表3
该表应用作后提交的权利要求修改的依据。