一种多层偏心套管切割割口轴向距及刀片磨损长度的计算方法与流程

1.本发明属于海洋石油工程技术领域，具体来说涉及一种多层偏心套管切割割口轴向距及刀片磨损长度的计算方法。


背景技术：

2.套管切割回收是海洋石油平台实施永久弃井作业中的关键环节，由于表层套管和隔水套管之间经常性存在水泥环，无法切割回收单层套管，因此多层套管切割技术成为弃井作业中的重点难点。多层套管几乎同时存在偏心情况，增加了割刀选择和判断套管是否被割断的难度，若套管未被割断，容易造成套管无法取出或打捞工具断裂掉落等井下事故，严重影响工时和成本。针对这一系列问题，提出建立一种多层偏心套管切割割口轴向距及刀片磨损长度的计算方法，可以有效地判断多层偏心套管是否被割断，提高海上作业的安全性和时效性，解决海上弃井作业难题。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明的目的在于通过建立多层偏心套管的纵向数学模型和横向模型，计算出多层偏心套管割口的垂向距与偏心距的关系，以及套管被割断所需的割刀刀片最短磨损长度的计算方程，最大限度的减少重复起下钻，重复切割影响工时、成本等情况的发生。
4.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
5.一种多层偏心套管切割割口轴向距及刀片磨损长度的计算方法，它包括以下步骤：
6.一、依据下述方程计算内层套管和外层套管之间最大水平距离和最小水平距离：
7.l
max
＝r e-a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
8.l
min
＝r-e-a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
9.其中，l
max
为内外层套管之间最大水平距离，l
min
为内外层套管之间最小水平距离，e为内层套管与外层套管中轴线水平距离，即偏心距，r为外层套管半径，a为割刀刀片销轴构成圆的本体的半径；
10.二、依据下述方程计算外层套管割口与割刀顶部最大垂向距离和最小垂向距离：
[0011][0012][0013]
其中，h
max
为外层套管割口与割刀顶部最大垂向距离，h
min
为外层套管割口与割刀顶部最小垂向距离，l为割刀刀片的长度，r为内层套管半径，a为割刀刀片销轴构成圆的本体的半径，l
max
为内外层套管之间最大水平距离，l
min
为内外层套管之间最小水平距离；
[0014]
三、依据下述方程计算多层偏心套管割口垂向距：
[0015][0016]
其中，h
max
为外层套管割口与割刀顶部最大垂向距离，h
min
为外层套管割口与割刀顶部最小垂向距离，l
max
为内外层套管之间最大水平距离，l
min
为内外层套管之间最小水平距离，l为割刀刀片的长度，r为内层套管半径，a为割刀刀片销轴构成圆的本体的半径；
[0017]
四、依据下述方程计算割断多层偏心套管所需刀片最短的磨损长度：
[0018][0019]
其中，e为内层套管与外层套管中轴线水平记录，即偏心距；r为外层套管半径；r为内层套管半径；a为割刀刀片销轴构成圆的本体的半径；l为割刀刀片的长度；l
磨
为割刀刀片磨损的长度；
[0020]
刀片的磨损长度随着内外层套管偏心距的增大而增大，l
磨
是在套管极限偏心情况下的切割最外层套管的最小刀片磨损长度，如果刀片磨损长度大于l
磨
，认为套管被割断。
[0021]
与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0022]
本发明可以计算出多层偏心套管割口的垂向距，以及多层偏心套管被割断所需的最短刀片磨损长度，依此可以有效地计算判断多层偏心套管是否被成功割断，对于海上修井作业、弃井作业具有重要指导意义。
附图说明
[0023]
图1为多层偏心套管模型示意图。
[0024]
图2为多层偏心套管水平面切割模型示意图。
[0025]
图3为各层套管居中示意图。
[0026]
图4为各层套管偏心示意图。
[0027]
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
[0028]
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0029]
实施例
[0030]
一种多层偏心套管切割割口轴向距及刀片磨损长度的计算方法，它包括以下步骤：
[0031]
1)依据现场经验内层套管与外层套管往往存在偏心情况，首先建立多层偏心套管模型；
[0032]
2)根据套管与割刀偏心距，建立内层套管和外层套管之间最大水平距离和最小水平距离的计算方程；
[0033]
3)根据销轴构成的圆半径及偏心距相关数据，建立多层偏心套管割口与销轴间的垂直距离方程；
[0034]
4)依据数学图形理论，构造多层偏心套管割口垂向距与偏心距的数学计算方程；
[0035]
5)依据现场切割偏心套管经验，建立多层偏心套管水平面切割模型；
[0036]
6)依据数学图形理论，建立割断多层偏心套管所需刀片最短的磨损长度计算方程。
[0037]
在上述计算方法中，建立多层偏心套管模型如图1所示，多层套管切割，由于割刀本体和最内层套管内径差距较小，故割刀工具偏心概率不大，更多的是外层套管相对内层套管的偏心情况。我们建立多层套管切割模型，割刀工具中轴线和内层套管轴线重合，外层套管存在偏心情况。其中，e为内层套管与外层套管中轴线水平记录，即偏心距；r为外层套管半径；r为内层套管半径；a为割刀刀片销轴构成圆的本体的半径；l为割刀刀片的长度；h
max
为外层套管割口与割刀顶部最大垂向距离；h
min
为外层套管割口与割刀顶部最小垂向距离；l
max
为内外层套管之间最大水平距离；l
min
为内外层套管之间最小水平距离。
[0038]
在上述计算方法中，其中确定内层套管和外层套管之间最大水平距离和最小水平距离的计算方程为：
[0039]
l
max
＝r e-a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0040]
l
min
＝r-e-a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0041]
其中l
max
为内外层套管之间最大水平距离；l
min
为内外层套管之间最小水平距离；e为内层套管与外层套管中轴线水平记录，即偏心距；r为外层套管半径；r为内层套管半径；a为割刀刀片销轴构成圆的本体的半径。
[0042]
在上述计算方法中，其中根据销轴构成的圆半径及偏心距相关数据，建立多层偏心套管割口与销轴间的垂直距离方程如下：
[0043][0044][0045]
其中h
max
为外层套管割口与割刀顶部最大垂向距离；h
min
为外层套管割口与割刀顶部最小垂向距离；r为内层套管半径；a为割刀刀片销轴构成圆的本体的半径；l为割刀刀片的长度；l
max
为内外层套管之间最大水平距离；l
min
为内外层套管之间最小水平距离。
[0046]
在上述计算方法中，其中多层偏心套管割口垂向距与偏心距的数学计算方程的方法如下：外层套管割口与割刀顶部最大垂向距离为h
max
，外层套管割口与割刀顶部最小垂向距离为h
min
，则层偏心套管割口垂向距为：
[0047][0048]
其中e为内层套管与外层套管中轴线水平记录，即偏心距；r为外层套管半径；r为内层套管半径；a为割刀刀片销轴构成圆的本体的半径；l为割刀刀片的长度；h
max
为外层套管割口与割刀顶部最大垂向距离；h
min
为外层套管割口与割刀顶部最小垂向距离；l
max
为内外层套管之间最大水平距离；l
min
为内外层套管之间最小水平距离。
[0049]
在上述计算方法中，其中依据现场切割偏心套管经验，建立多层偏心套管水平面切割模型如图2所示：割刀刀片磨损长度是判断套管被隔断的有效指标，但是在套管偏心情况下，割刀刀片伸入套管各个方向的长度不一样，通过刀片磨损长度判断套管割开这种方
法就会变得不准确，我们建立极限偏心情况下的刀片磨损长度的数学模型。在套管极限偏心情况下，其中e为内层套管与外层套管中轴线水平记录，即偏心距；r为外层套管半径；r为内层套管半径；a为割刀刀片销轴构成圆的本体的半径；l为割刀刀片的长度；l
磨
为割刀刀片磨损的长度；
[0050]
在上述计算方法中，其中割断多层偏心套管所需刀片最短的磨损长度计算方程为：
[0051][0052]
其中e为内层套管与外层套管中轴线水平记录，即偏心距；r为外层套管半径；r为内层套管半径；a为割刀刀片销轴构成圆的本体的半径；l为割刀刀片的长度；l
磨
为割刀刀片磨损的长度；刀片的磨损长度随着内外层套管偏心距的增大而增大，l磨是在套管极限偏心情况下的切割最外层套管的最小刀片磨损长度，因此如果刀片磨损长度大于l
磨
，可以认为套管被割断。
[0053]
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。