闭环钻井参数控制制造技术

一种用于控制钻井总成的实例方法包括从至少一个传感器接收测量数据，所述至少一个传感器耦接至定位在地层中的所述钻井总成的元件。可至少部分地基于所述地层的模型和一组偏移数据确定所述钻井总成的至少一部分的操作限制。可至少部分地基于所述测量数据和所述操作限制生成控制信号以改变所述钻井总成中的一个或多个钻井参数。可将所述控制信号传输至所述钻井总成的可控元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景碳氢化合物(例如，石油和天然气)通常从可位于陆地或海上的地下地层获得。大多数情况下，地层位于表面之下数千英尺处，且在采收碳氢化合物之前井筒必须贯穿地层。随着钻井操作变得更复杂，且碳氢化合物储层相应地变得更难到达，精确地在地层中垂直且水平地定位钻井总成的需要增加。在钻井系统的机械和操作极限内仍准确且有效地钻出井眼以到达所研究地层是很困难的，但对于钻井操作的收益性很重要。附图简述通过部分地参考以下描述和附图，可以理解本公开的一些特定示例性实施方案。图1是根据本公开的方面的实例钻井系统的图示。图2是根据本公开的方面的实例信息处理系统的图示。图3是根据本公开的方面的实例地质模型的图示。图4是根据本公开的方面的用于生成操作限制并输出控制信号的实例过程的图示。图5是根据本公开的方面的实例控制系统过程的图示。图6是根据本公开的方面的转向总成的控制系统的实例图示。图7是图示根据本公开的方面的与钻柱的卷绕对应的实例操作限制的图表。图8是图示根据本公开的方面的避免钻头旋转的实例操作限制的图表。图9是根据本公开的方面的能够修改一个或多个钻井参数的实例井下工具的图示。图10是根据本公开的方面的实例推力控制单元的图示。图11是根据本公开的方面的实例井下电机的图示。虽然已参考本公开的示例性实施方案描绘、描述并限定了本公开的实施方案，但是这种参考并不暗示是对本公开的限制，且不应推断出这种限制。所公开的主题在形式和功能上能够具有相关
中受益于本公开的技术人员可想到的大量修改、改变和等效形式。描绘且描述的本公开的实施方案仅仅是实例，而并非是对本公开范围的穷尽性说明。具体实施方式为了本公开的目的，信息处理系统可包括为了商业、科学、控制或其它目的而可操作以进行计算、分类、处理、传输、接收、检索、开创、切换、存储、显示、声明、检测、记录、复制、操作或利用任何形式的信息、情报或数据的任何工具或工具的集合。例如，信息处理系统可以是个人计算机、网络存储装置或任何其它合适的装置，并且在尺寸、形状、性能、功能和价格方面可以变化。信息处理系统可包括随机存取存储器(RAM)、一个或多个处理资源(例如，中央处理器(CPU)或硬件或软件控制逻辑)、ROM和/或其它类型的非易失性存储器。信息处理系统的附加组件可包括一个或多个辅助存储装置，例如磁盘驱动器、固态驱动器(快闪RAM驱动器)、网络云存储装置、用于与外部装置通信的一个或多个网络端口以及各种输入和输出(I/O)装置，例如键盘、鼠标和视频显示器。信息处理系统也可包括一个或多个可操作以在各种硬件组件之间传输通信的总线。其也可包括一个或多个能够将一个或多个信号传输至控制器、执行器或类似装置的接口单元。为了本公开的目的，计算机可读介质可包括可将数据和/或指令保持一段时间的任何工具或工具的集合。计算机可读介质可包括例如(但无限制性)存储介质，例如直接存取存储装置(例如，硬盘驱动器或软盘驱动器)、顺序存取存储装置(例如，磁带磁盘驱动器)、光盘、CD-ROM、DVD、RAM、ROM、电可擦可编程序只读存储器(EEPROM)和/或快闪存储器；以及通信介质，例如电线、光导纤维、微波、无线电波以及其它电磁和/或光学载体；和/或上述任意组合。本文详细描述了本公开的说明性实施方案。为了清楚起见，实际实施例的所有特征可能并没有在本说明书予以描述。当然应理解，在任何这种实际实施方案的开发过程中，做出了许多实施例特定的决策以实现特定的实施例目标，该目标将因实施例的不同而不同。此外应理解，这种开发工作可能复杂且耗时，但对于本领域那些得益于本公开的普通技术人员而言，这只不过是一项常规任务。为了促进更好地理解本公开，给出了以下某些实施方案的实例。决不应将以下实例理解为限制或限定本公开的范围。本公开的实施方案可适用于任何类型的地下地层中的水平、垂直、倾斜或非线性井筒。实施方案可适用于注入井以及生产井，包括碳氢化合物井。可使用适合沿地层各段进行测试、采收和采样的工具实现实施方案。可利用例如可通过管柱中的流体通道或使用测井电缆、平直管线、连续油管、井下机械人等传送的工具实现实施方案。文中使用的术语“耦接”用于指间接或直接连接。因此，如果第一装置耦接至第二装置，则该连接可以是通过直接连接，或通过其它装置和连接件的间接机械连接或电连接。类似地，文中使用的术语“可通信地耦接”用于指直接或间接通信连接。这种连接可以是有线或无线连接，例如以太网或局域网。这种有线和无线连接对于本领域的普通技术人员是公知的，因此本文将不再详细讨论。因此，如果第一装置可通信地耦接至第二装置，则该连接可以是通过直接连接，或通过其它装置和连接件的间接通信连接。现代的石油钻井和生产操作需要有关井下参数和状况的信息。有几种收集井下信息的方法，包括随钻测井(“LWD”)和随钻测量(“MWD”)。在LWD中，通常在钻井过程期间收集数据，从而避免了任何移除钻井总成以插入电缆测井工具的需要。因此，LWD允许钻井机实时进行精确修改或校正以优化性能，同时使停机时间最小化。MWD为在钻井继续时用于测量关于钻井总成的运动和位置的井下状况的术语。LWD更专注于测量地层参数。虽然MWD与LWD之间可存在区别，但是术语MWD和LWD常常可互换使用。为了本公开的目的，使用了术语LWD，但应理解，该术语包含收集地层参数以及收集有关钻井总成的运动和位置信息两方面。图1是根据本公开的方面的实例钻井系统100的图示。钻井系统100可包括定位在表面104的钻井平台102。在示出的实施方案中，表面102包括地层106的顶部，地层106包含一个或多个岩层或层106a-d。尽管表面104在图1中示为陆地，但一些实施方案的钻井平台102可位于海上，在这种情况下，表面104与钻井平台102将相隔大量的水。钻井系统100可包括钻井架108，其安装在钻井平台102上并定位在地层106内的井眼110上方。在所示的实施方案中，钻井总成112可至少部分地定位在井眼110内，并耦接至钻井架108。钻井总成112可包括钻柱114、底部钻具组合(BHA)116和钻头118。钻柱114可包括多个螺纹接合的钻杆段。BHA116可耦接至钻柱114，且钻头118可耦接至BHA116。BHA116可包括诸如遥测系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制钻井总成的方法，其包括：从至少一个传感器接收测量数据，所述至少一个传感器耦接至定位在地层中的所述钻井总成的元件；至少部分地基于地层模型和一组偏移数据确定所述钻井总成的至少一部分的操作限制；至少部分地基于所述测量数据和所述操作限制生成控制信号以改变所述钻井总成中的一个或多个钻井参数；以及将所述控制信号传输至所述钻井总成的可控元件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制钻井总成的方法，其包括：
从至少一个传感器接收测量数据，所述至少一个传感器耦接至定
位在地层中的所述钻井总成的元件；
至少部分地基于地层模型和一组偏移数据确定所述钻井总成的
至少一部分的操作限制；
至少部分地基于所述测量数据和所述操作限制生成控制信号以
改变所述钻井总成中的一个或多个钻井参数；以及
将所述控制信号传输至所述钻井总成的可控元件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中生成控制信号以改变一个
或多个钻井参数包括生成控制信号以改变钻压(WOB)参数、钻头
扭矩(TOB)参数、钻头的旋转速率、钻井流体流速和所述钻井总成
的所述元件的工具面角度中的一个或多个。
3.根据权利要求2所述的方法，其中
从所述至少一个传感器接收测量数据包括接收转向总成的第一
工具面角度测量值；
确定所述钻井总成的至少一部分的所述操作限制包括确定所述
钻井总成的钻柱中的卷绕数量的上限和下限；且
生成所述控制信号以改变所述钻井总成的一个或多个钻井参数
包括：
基于所述钻柱的接近表面的一部分的第一工具面角度和第二工
具面角度确定当前卷绕数量；以及
如果所述当前卷绕数量超出所述上限和下限，则生成控制信号以
改变所述TOB、WOB和所述钻头的旋转速率中的一个或多个。
4.根据权利要求2所述的方法，其中
从所述至少一个传感器接收测量数据包括接收WOB测量值和
TOB测量值；
确定所述钻井总成的至少一部分的操作限制包括确定所述钻井
总成的使钻头的旋转最小化的WOB和TOB钻井参数的组合；且
生成所述控制信号以改变所述钻井总成的一个或多个钻井参数
包括生成所述控制信号以改变TOB和WOB钻井参数中的一个或多
个，以便所述改变的TOB和WOB钻井参数包括使钻头旋转最小化
的WOB和TOB钻井参数的组合中的一个。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中将所述控制
信号传输至所述钻井总成的所述可控元件包括将所述控制信号传输
至定位在所述地层的表面的所述钻井总成的可控元件和定位在所述
地层中的所述钻井总成的可控元件中的至少一个。
6.根据权利要求5所述的方法，其中定位在所述表面的所述钻
井总成的所述可控元件包括吊钩总成、泵和顶部驱动器中的至少一
个。
7.根据权利要求5所述的方法，其中定位在所述地层中的所述
钻井总成的所述可控元件包括井下电机和推力控制单元中的至少一
个。
8.根据权利要求7所述的方法，其中
所述井下电机包括容积式泥浆电机；且
所述推力控制单元包括至少一个可延伸臂以抵靠所述地层锚固

\t所述推力控制单元。
9.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其还包括：
如果所述接收的测量数据不在根据所述模型和所述一组偏移数
据生成的一组预期测量数据内，则使用所述接收的测量数据更新所述
模型；以及
至少部分地基于所述更新的模型确定新的操作限制。
10.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其还包括：
基于所述接收的测量数据确定所述钻井总成的至少一个钻井参
数；以及
至少部分地基于所述确定的钻井参数识别所述钻井总成的一个
或多个元件中的故障。
11.一种用于控制钻井总成的系统，其包括：
传感器，其在地层中的井眼内；
可控元件；和
处理器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·T·海，D·温斯洛，N·迪欧拉里卡，M·斯特拉辰，
申请(专利权)人：哈里伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国;US