使用不确定性计算管理井筒操作制造技术

用于在井筒中控制井底组合件(BHA)的技术包括确定BHA动态模型；基于所述BHA动态模型确定预测井筒轨迹；和确定所述预测井筒轨迹的不确定性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及从地下层生产油气的井筒操作的自动化管理。专利技术背景油气(诸如油和气)钻井通常涉及在可向下达地下数千英尺的地下深度的钻井设备的操作。井下钻井设备的这些远程距离结合不可预测的井下操作条件和振动钻井扰动在精确控制井筒的轨迹时形成许多挑战。使这些问题复杂化的通常是相邻井筒(有时紧贴彼此)的存在，其限制钻井误差的公差。钻井操作通常从位于井底组合件(BHA)处或附近的井下传感器收集测量以探测有关钻井的各种条件，诸如井筒轨迹的位置和角度、岩层的特性、压力、温度、声和/或辐射。这些传感器测量数据通常被传输至地面，人类操作者在地面分析数据以调整井下钻井设备。但是，传感器测量可能不准确、延迟或不频繁，限制使用这些测量的有效性。通常，人类操作者不得不使用井筒轨迹的最佳猜测估计来控制钻井操作。附图简述图1图示井下操作背景下的井筒系统的至少一部分的实施的实例；图2A和图2B图示使用集中质量系统的井底组合件(BHA)动态模型的实例；图3图示利用传感器测量来更新BHA动态模型的处理流程的实例；图4A和图4B图示预测井筒轨迹的不确定性增长的实例；图5是利用一个或更多个井筒轨迹不确定性模型来控制钻井操作和按需传感器测量的井筒操作控制的示例性程序的流程图；图6是使用预测井筒轨迹的不确定性的BHA的基于模型的预测控制的示例性程序600的流程图；图7是确定预测井筒轨迹的不确定性的示例性程序的流程图；图8A是执行利用一个或更多个井筒轨迹不确定性模型来确定是否执行勘测测量的按需勘测控制的示例性程序的流程图；图8B是基于一个或更多个井筒轨迹不确定性模型控制BHA的示例性程序的流程图；图9是确定预测井筒轨迹的不确定性和控制BHA的控制输入的示例性程序的流程图；和图10是一些实例可在其上操作的计算机系统的实例的方块图。具体实施方式本公开大致描述通过从由井下传感器进行的测量推断实际井筒轨迹的井筒钻井操作的自动化管理和控制。特定而言，本公开描述确定预测井筒轨迹的不确定性的改进量度的技术。井筒不确定性的量度可导出自BHA动态模型和噪声方差的估计。不确定的改进量度可实现真实井筒轨迹的更准确追踪并且实现具有较小误差公差的钻井。钻井操作的不同方面可基于井筒不确定性的改进计算管理。例如，用于进行高保真测量并且调整自动化钻速(ROP)控制的决策和控制算法可基于所计算的不确定性执行。在一些实例中，不确定性的改进量度可由钻井系统用于确定进行高保真传感器测量的适当时间。特定而言，如果井筒不确定性增长超
出预定不确定性限界，那么可进行高保真测量以更精确地确定井筒轨迹。此外或替代地，在一些实例中，基于所计算井筒不确定性，控制算法可被配置来自动控制井下工具，诸如井底组合件(BHA)，使得钻井以高效和有成本效益的方式执行。在一般化实施中，在井筒中控制井底组合件(BHA)的计算机实施方法包括确定BHA动态模型；基于BHA动态模型确定预测井筒轨迹；和确定预测井筒轨迹的不确定性。其它一般化实施包括相应计算机系统、设备和记录在一个或更多个计算机存储装置上的计算机程序，各被配置来执行方法的行动。一个或更多个计算机的系统可被配置来执行操作以执行行动。一个或更多个计算机程序可被配置来凭借包括指令而执行特定操作或行动，所述指令在被数据处理设备执行时导致设备执行行动。可与一般化实施的任意者组合的第一方面包括确定预测井筒轨迹的不确定性满足不确定性限界；基于预测井筒轨迹的不确定性满足不确定性限界确定应该进行感测器测量；和实施控制来在井筒中进行高保真测量。在可与先前方面的任意者组合的第二方面中，确定预测井筒轨迹的不确定性包括确定BHA动态模型的估计噪声方差；基于估计噪声方差确定井筒轨迹的预测方位角测量和预测倾斜度测量的方差；和确定井筒轨迹的预测方位角测量和预测倾斜度测量的方差的加权组合。在可与先前方面的任意者组合的第三方面中，确定预测井筒轨迹的不确定性还包括将预测传感器噪声的方差从井筒轨迹的预测方位角测量和预测倾斜度测量的方差的加权组合中减去。在可与先前方面的任意者组合的第四方面中，确定BHA动态模型的估计噪声方差包括确定振动噪声或传感器噪声中的至少一个的估计方差。在可与先前方面的任意者组合的第五方面中，确定BHA动态模型的估计噪声方差包括执行自协方差最小二乘方算法。可与先前方面的任意者组合的第六方面还包括基于规划井筒轨迹、周围井筒的平面图或BHA的ROP控制的设计能力中的至少一个确定不确定性限界。在可与先前方面的任意者组合的第七方面中，确定应该进行传感器测量还基于进行传感器测量的经济成本和BHA的钻速(ROP)。在可与先前方面的任意者组合的第八方面中，实施控制来进行传感器测量包括从倾斜计或磁力计中的至少一个进行高保真测量。可与先前方面的任意者组合的第九方面还包括确定传感器测量是可行的，并且基于传感器测量减小预测井筒轨迹的不确定性。可与先前方面的任意者组合的第十方面还包括基于传感器测量更新BHA动态模型。可与先前方面的任意者组合的第十一方面还包括确定减小预测井筒轨迹的不确定性的BHA的控制输入；和根据BHA的确定的控制输入钻井筒。可与先前方面的任意者组合的第十二方面还包括基于分析与不同测量保真度相关的成本和与不同测量保真度相关的预测井筒轨迹的不确定性的权衡而确定应该进行的传感器测量的测量保真度。可与先前方面的任意者组合的第十三方面还包括基于井筒规划信息、成本信息、井筒轨迹的不确定性或传感器测量中的至少一个确定进行传感器测量的频率。可与先前方面的任意者组合的第十四方面还包括通过在不同地理方向上取得井筒不确定性的加权平均值而确定预测井筒轨迹的
不确定性。在可与先前方面的任意者组合的第十五方面中，确定BHA的控制输入包括确定第一弯角控制、第二弯角控制、第一封隔器控制或第二封隔器控制中的至少一个。在可与先前方面的任意者组合的第十六方面中，确定减小预测井筒轨迹的不确定性的BHA的控制输入包括确定取决于预测井筒轨迹的不确定性满足不确定限界而最大化BHA的钻速(ROP)的BHA的控制输入。在可与先前方面的任意者组合的第十七方面中，确定BHA动态模型包括针对BHA操作的操作点执行非线性BHA动态模型的线性化。在其它一般化实施中，在井筒中控制井底组合件(BHA)的技术(例如，方法、系统和设备)包括确定BHA动态模型；基于BHA动态模型确定预测井筒轨迹；确定预测井筒轨迹的不确定性；确定减小预测井筒轨迹的不确定性的BHA的控制输入；和根据BHA的确定的控制输入钻井筒。在可与一般化实施的任意者组合的第一方面中，确定BHA的控制输入包括确定第一弯角控制、第二弯角控制、第一封隔器控制或第二封隔器控制中的至少一个。在可与先前方面的任意者组合的第二方面中，确定减小预测井筒轨迹的不确定性的BHA的控制输入包括确定取决于预测井筒轨迹的不确定性满足不确定限界而最大化BHA的钻速(ROP)的BHA的控制输入。在可与先前方面的任意者组合的第三方面中，确定预测井筒轨迹的不确定性包括确定BHA动态模型的估计噪声方差；基于估计噪声方差确定井筒轨迹的预测方位角测量和预测倾斜度测量的方差；和确
定井筒轨迹的预测方位角测量和预测倾斜度测量的方差的加权组合。在可与先前方面的任意者组合的第四方面中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在井筒中控制井底组合件(BHA)的计算机实施方法，所述方法包括：确定BHA动态模型；基于所述BHA动态模型确定预测井筒轨迹；和确定所述预测井筒轨迹的不确定性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在井筒中控制井底组合件(BHA)的计算机实施方法，所述方法包括：确定BHA动态模型；基于所述BHA动态模型确定预测井筒轨迹；和确定所述预测井筒轨迹的不确定性。2.根据权利要求1所述的计算机实施方法，其中确定所述预测井筒轨迹的不确定性包括：确定所述BHA动态模型的估计噪声方差；基于所述估计噪声方差确定所述井筒轨迹的预测方位角测量和预测倾斜度测量的方差；和确定所述井筒轨迹的预测方位角测量和预测倾斜度测量的所述方差的加权组合。3.根据权利要求2所述的计算机实施方法，其中确定所述预测井筒轨迹的不确定性还包括：将预测传感器噪声的方差从所述井筒轨迹的预测方位角测量和预测倾斜度测量的所述方差的所述加权组合中减去。4.根据权利要求2所述的计算机实施方法，其中确定所述BHA动态模型的估计噪声方差包括确定振动噪声或传感器噪声中的至少一个的估计方差。5.根据权利要求2所述的计算机实施方法，其中确定所述BHA
\t动态模型的估计噪声方差包括执行自协方差最小二乘方算法。6.根据权利要求1所述的计算机实施方法，其还包括：确定所述预测井筒轨迹的所述不确定性满足不确定性限界；基于所述预测井筒轨迹的所述不确定性满足所述不确定性限界确定应该进行传感器测量。7.根据权利要求6所述计算机实施方法，其还包括基于规划井筒轨迹、周围井筒的平面图或所述BHA的ROP控制的设计能力中的至少一个确定所述不确定性限界。8.根据权利要求6所述的计算机实施方法，其中确定应该进行传感器测量还基于进行传感器测量的经济成本和所述BHA的钻速(ROP)。9.根据权利要求6所述的计算机实施方法，其还包括实施控制来在所述井筒中进行所述传感器测量。10.根据权利要求9所述的计算机实施方法，其中实施控制来进行传感器测量包括从倾斜计或磁力计中的至少一个进行高保真测量。11.根据权利要求6所述的计算机实施方法，其还包括确定传感器测量是可行的，并且基于所述传感器测量减小所述预测井筒轨迹的所述不确定性。12.根据权利要求11所述的计算机实施方法，其还包括基于所述传感器测量更新所述BHA动态模型。13.根据权利要求6所述的计算机实施方法，其还包括基于分析与不同测量保真度相关的成本和与所述不同测量保真度相关的所述预测井筒轨迹的不确定性的权衡而确定应该进行的所述传感器测量的测量保真度。14.根据权利要求6所述的计算机实施方法，其还包括基于井筒规划信息、成本信息、井筒轨迹的不确定性或传感器测量中的至少一个确定进行传感器测量的频率。15.根据权利要求6所述的计算机实施方法，其还包括通过在不同地理方向上取得井筒不确定性的加权平均值而确定所述预测井筒轨迹的所述不确定性。16.根据权利要求1所述的计算机实施方法，其还包括：确定减小所述预测井筒轨迹的所述不确定性的所述BHA的控制输入；和...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·D·戴克斯特拉，孙之杰，
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