一种钻套管接头参数控制方法及系统与流程

本发明涉及钻套管接头参数控制的，特别是涉及一种钻套管接头参数控制方法及系统。

背景技术：

1、在石油天然气钻采作业中，钻套管作为井筒结构的核心组成部分，承担着支撑井壁、隔离地层、输送钻井液等关键功能。钻套管接头作为连接各段套管的关键部件，其连接可靠性直接决定整个井筒的密封性能和结构完整性。在实际作业中，钻套管接头与套管母扣之间需要反复进行拧卸操作，而拧卸过程中的扭矩控制、螺纹参数匹配以及材料性能适配等因素，直接影响套管母扣是否发生起丝。一旦套管母扣发生起丝，不仅会导致密封失效，还可能引发套管串断裂等严重事故，造成巨大的经济损失和安全风险。

2、当前，钻套管接头参数的控制主要依赖经验公式和现场试错法。具体而言，技术人员根据api标准中的推荐值或历史作业经验，初步设定接头螺纹牙型、承载面角度、母扣硬度及涂层厚度等参数，然后通过现场拧卸试验验证参数合理性。这种现状存在明显弊端：

3、第一，参数设定缺乏定量化的力学依据。现有方法未能将接头参数与拧卸过程中的应力分布建立明确的映射关系，导致参数选择具有较大的盲目性，无法预先评估特定参数组合下套管母扣的受力状态，难以从根本上避免起丝风险。

4、第二，温度因素对扭矩监测的干扰未得到有效补偿。在拧卸操作过程中，扭矩传感器因电机转子温升产生热漂移，导致扭矩测量值偏离真实值，进而使得实际施加扭矩与设定值之间存在偏差。现有技术通常采用固定阈值或简单线性修正，未能根据温度偏差的分段特性进行精细化补偿，扭矩控制精度不足。

5、第三，起丝检测与参数调控之间缺乏闭环联动机制。现有技术中，起丝检测多依赖人工目视检查，检测效率低、主观性强；即使采用机器视觉，也多为离线检测，检测结果未能实时反馈至参数调控系统，无法实现闭环迭代优化，导致参数优化周期长、成本高。

6、现有技术虽然通过有限元分析对螺纹连接强度进行过初步研究，或通过温度传感器对设备状态进行简单监控，但始终未能实现将有限元仿真驱动的参数预优化、温度补偿的精确扭矩监测以及机器视觉的在线起丝检测融合，形成一套完整的、可闭环迭代的钻套管接头参数控制方法。

技术实现思路

1、本技术的目的为提供一种钻套管接头参数控制方法及系统，通过有限元仿真预优化接头参数与母扣参数的初始组合，在拧卸操作中采用带有温度补偿功能的扭矩传感器实现精确扭矩监测，并基于机器视觉在线检测套管母扣起丝状态，将检测结果反馈至参数调控模块进行闭环迭代优化，从而在整体上实现钻套管接头参数的自动化、定量化、闭环化控制，有效避免套管母扣起丝，提升拧卸操作的可靠性和一致性。

2、第一方面，本技术提供一种钻套管接头参数控制方法，包括以下步骤：

3、步骤1，根据第一参数的成品进行拧卸操作，所述第一参数包括套管接头参数和套管母扣参数；

4、所述拧卸操作的参数包括扭矩、循环次数；

5、获取成品型号，获取成品型号对应的历史拧卸操作的参数，设置扭矩和循环次数，基于带有温度补偿功能的扭矩传感器监测所述扭矩；

6、步骤2，检测套管母扣是否发生起丝；

7、若是，则调控第一参数，并循环步骤1~步骤2，直到套管母扣不发生起丝时，将调控后的第一参数与成品型号进行绑定；

8、若否，则将第一参数与成品型号进行绑定；

9、每次循环步骤1~步骤2，都换取新的成品。

10、可选地，所述套管接头参数包括接头螺纹牙型、接头螺纹牙型承载面角度；

11、所述套管母扣参数包括套管母扣硬度、套管母扣涂层厚度；

12、基于有限元仿真设定所述第一参数；

13、根据成品型号对应的拧卸操作的参数、成品结构参数，对成品进行有限元仿真，得到成品在拧卸操作的参数下的应力分布；

14、在应力分布满足预设条件时，输出成品结构参数，在应力分布不满足预设条件时，调控成品结构参数，直到应力分布满足预设条件时，输出成品结构参数。

15、可选地，所述成品结构参数包括套管接头参数、套管母扣参数和套管管体参数；

16、所述套管管体参数包括套管管体三维形状、套管管体材料；

17、在应力分布不满足预设条件时，调控套管接头参数、套管母扣参数，套管管体参数保持不变；

18、所述预设条件表示为，应力的最大值小于等于第一取值，且应力的集中区域分布于套管母扣的三维区域外。

19、可选地，调控套管接头参数、套管母扣参数的方法包括:

20、将套管接头参数的调控优先级设置为第一优先级，将套管母扣参数的调控优先级设置为第二优先级；

21、调控套管接头参数，直到应力分布满足预设条件时，停止调控套管接头参数，输出调控后的套管接头参数；

22、若遍历各组套管接头参数且应力分布都不满足预设条件，则同时调控套管接头参数和套管母扣参数，直到应力分布满足预设条件时，停止调控套管母扣参数，输出调控后的套管接头参数和调控后的套管母扣参数。

23、可选地，调控套管接头参数、套管母扣参数的方法还包括：

24、接头螺纹牙型承载面角度的取值范围为10°至30°，套管母扣硬度的取值范围为hrc25至hrc35，套管母扣涂层厚度的取值范围为50μm至200μm，接头螺纹牙型为梯形螺纹或偏梯形螺纹；

25、将接头螺纹牙型承载面角度的调控优先级设置为第一优先级的第一子级，将接头螺纹牙型的调控优先级设置为第一优先级的第二子级；

26、将套管母扣涂层厚度的调控优先级设置为第二优先级的第一子级，将套管母扣硬度的调控优先级设置为第二优先级的第二子级。

27、可选地，拧卸操作的参数的设置方法包括：

28、获取成品型号，匹配该成品型号的历史拧卸操作的参数，计算该成品型号的历史拧卸操作的参数的平均值，将所述平均值作为拧卸操作的参数。

29、可选地，所述带有温度补偿功能的扭矩传感器，配置于扭矩生成电机的转子处，用于检测转子的温度和转子的扭矩；

30、所述带有温度补偿功能的扭矩传感器，配置有计算方法，所述计算方法包括：

31、获取转子的扭矩和转子的温度，根据温度生成补偿因子，计算扭矩与补偿因子的乘积，所述乘积为扭矩；

32、所述补偿因子分布于0~1之间。

33、可选地，步骤2中，基于机器视觉，检测套管母扣是否发生起丝。

34、可选地，检测套管母扣是否发生起丝的方法包括：

35、通过工业摄像头，拍摄套管母扣的图像，根据图像中套管母扣所占据的像素比例，调整工业摄像头的拍摄距离和焦距，使得套管母扣所占据的像素比例达到图像的总像素的95%，输出最终图像；

36、获取标准起丝图像，提取标准起丝图像的第一特征量，并提取最终图像的第二特征量，基于余弦相似度，计算第一特征量和第二特征量的相似度；

37、根据相似度与预设阈值的比较关系，判断套管母扣是否发生起丝；

38、若相似度小于等于预设阈值，则套管母扣未发生起丝，否则，套管母扣发生起丝；

39、每次换取的新的成品，都满足第一条件，第一条件为，新的成品与原始的成品的成品型号相同，且出厂时间近似，所述近似表示为出厂时间的间隔小于等于15天。

40、第二方面，一种钻套管接头参数控制系统，包括检测模块和调控模块；

41、所述检测模块根据第一参数的成品进行拧卸操作，所述第一参数包括套管接头参数和套管母扣参数；

42、所述拧卸操作的参数包括扭矩、循环次数；

43、获取成品型号，获取成品型号对应的历史拧卸操作的参数，设置扭矩和循环次数，基于带有温度补偿功能的扭矩传感器监测所述扭矩；

44、所述调控模块检测套管母扣是否发生起丝；

45、若是，则调控第一参数，并循环步骤1~步骤2，直到套管母扣不发生起丝时，将调控后的第一参数与成品型号进行绑定；

46、若否，则将第一参数与成品型号进行绑定；

47、每次循环步骤1~步骤2，都换取新的成品。

48、与现有技术相比较，本技术提供的一种钻套管接头参数控制方法及系统，通过将有限元仿真预优化、温度补偿扭矩监测与机器视觉在线检测进行深度融合，构建闭环控制体系，能够显著提升钻套管接头参数设定的科学性和准确性，有效抑制套管母扣起丝缺陷的产生，降低现场试错成本，提高拧卸操作的一致性和可重复性，为石油钻采作业中套管连接的安全性和可靠性提供有力保障。