控制井底组合件遵循规划井筒路径的计算机实施方法和系统技术方案

技术编号:14311113 阅读:105 留言:0更新日期:2016-12-27 19:10
用于控制井底组合件(BHA)遵循规划井筒路径的技术包括:确定来自所述BHA的传感器测量;基于来自所述BHA的所述传感器测量确定BHA动态模型;确定对应于钻探目标的加权因子;确定包括由所述加权因子加权的所述钻探目标和一个或多个约束的目标函数;确定满足所述目标函数和所述一个或多个约束的至所述BHA的控制输入;和将所述控制输入应用至所述BHA。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】技术背景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)钻探通常涉及在可向下达地下数千英尺的地下深度的钻探设备的操作。井下钻探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探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,其限制钻探误差的公差。钻探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探的各种条件,诸如井筒轨迹的位置和角度、岩层的特性、压力、温度、声、辐射等。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所述数据以调整井下钻探设备。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探操作。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2图示基于模型的预测控制的处理流程的实例,其响应于井筒中的变化条件而动态调适加权因子;图3图示井筒轨迹中的不同方向之间的相关不确定性的3维实例;图4A和4B图示确定用于加权因子调适的防碰撞方向的实例n;图5是权值调适和合成的程序的实例的流程图;图6是用于进行BHA的基于模型的预测控制的实例程序的流程图;图7是基于BHA动态模型或来自BHA的传感器测量中的至少一个确定至少一个加权因子的进一步细节的实例的流程图;图8是确定至少一个加权因子且确定由所述至少一个加权因子加权的目标函数的进一步细节的实例的流程图;图9是确定目标函数且确定满足所述目标函数的BHA的控制输入的进一步细节的实例的流程图;且图10是一些实例可在其上操作的控制系统的实例的方框图。具体实施方式本公开大致描述通过针对BHA作出基于模型的预测控制决策而进行井筒钻探操作的自动化控制。特定而言,描述了基于井筒中的变化条件动态调适BHA控制输入以在不同时间处强调不同钻探目标的技术。井筒中的变化条件可以使用任何适当信息源来确定,诸如传感器测量、基于模型的预测和/或井筒规划信息。可响应于井筒中单变化条件调适BHA控制输入以选择性强调(或不强调)与钻探操作相关联的一个或多个目标。作为实例,所述目标可能涉及减小与规划井筒路径的偏差,减小BHA的输入能耗,或有关钻探操作的任何其它适当目标。在钻探操作期间,改变井筒中的条件(例如,不同岩层、规划井筒路径的不同形状部分等)可导致不同目标在不同时间变得更重要或较不重要以维持整体效率和成本效益钻探操作。在一些实例中,一个或多个目标可组合在单个整体目标函数中,其中使用一个或多个加权因子由不同量强调不同目标。可通过调适加权因子来实施BHA控制输入的调适性质以选择性强调目标函数中的不同目标,并且求解满足整体目标函数的BHA控制输入。加权因子可以自动适于井筒中的条件变化。作为实例,加权因子可以自动适于井筒轨迹中的不确定性量的变化、沿规划井筒路径的不同角度和转弯、存在构成碰撞威胁的邻近井筒或井筒中或周围可能与定向性钻探系统相关的其它条件。在一般化实施中,一种控制井底组合件(BHA)遵循规划井筒路径的计算机实施方法,所述方法包括:确定来自所述BHA的传感器测量;基于来自所述BHA的传感器测量确定BHA动态模型;确定对应于钻探目标的加权因子;确定包括由所述加权因子加权的钻探目标和一个或多个约束的目标函数;确定满足所述目标函数和所述一个或多个约束的BHA的控制输入;将所述控制输入应用至所述BHA。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动作。一个或多个计算机的系统可被配置来执行操作以进行动作。一个或多个计算机程序可被配置来凭借包括指令而进行特定操作或动作,所述指令在被数据处理设备执行时促使设备进行动作。在可组合任一个一般化实施的第一方面中,确定对应于钻探目标的加权因子还包括:基于所述BHA动态模型或来自所述BHA的所述传感器测量中的至少一个确定加权因子。在可组合任一个先前方面的第二方面中,基于BHA动态模型或来自BHA的传感器测量中的至少一个确定加权因子包括:确定测量的井筒轨迹的不确定性、所述井筒的形状或碰撞回避信息中的至少一个;基于测量的井筒轨迹的不确定性、所述井筒的形状或碰撞回避信息中的至少一个确定权值;和将所述权值合成为加权因子。在可组合任一个先前方面的第三方面中,确定测量的井筒轨迹的不确定性包括确定所述井筒轨迹的多个方位值与倾斜值之间的协方差值。在可组合任一个先前方面的第四方面中,确定对应于钻探目标的加权因子包括在测量的的井筒轨迹的不确定性从先前测量时间在其中已增加的方向上加强至所述BHA的控制输入上的约束。在可组合任一个先前方面的第五方面中,加强所述BHA的控制输入上的约束包括确定与所述BHA的控制输入相关联的加权因子的增加值。在可组合任一个先前方面的第六方面中,所述钻探目标包括与规划井筒路径的预测偏差,且确定对应于钻探目标的加权因子包括在测量的的井筒轨迹的不确定性从先前测量时间在其中已增加的方向上放松与所述规划井筒路径的预测偏差上的约束。在可组合任一个先前方面的第七方面中,放松与规划井筒路径的预测偏差上的约束包括确定和与所述规划井筒路径的预测偏差相关联的加权因子的减小值。在可组合任一个先前方面的第八方面中,确定所述井筒的形状包括确定规划井筒路径的后续部分的曲率半径。在可组合任一个先前方面的第九方面中,所述钻探目标包括与规划井筒路径的预测偏差,且确定加权因子包括在所述规划井筒路径的后续部分的曲率半径从先前测量时间在其中已减少的方向上减小与所述规划井筒路径的预测偏差上的约束。在可组合任一个先前方面的第十方面中,确定碰撞回避信息包括确定与另一井筒的碰撞最可能在其中发生的方向。在可组合任一个先前方面的第十一方面中,所述钻探目标包括与规划井筒路径的预测偏差,且确定加权因子包括在与另一井筒的碰撞最可能在其中发生的所述方向上加强与所述规划井筒路径的预测偏差上的约束。在可组合任一个先前方面的第十二方面中,确定所述井筒轨迹的多个方位值与倾斜值之间的协方差值还包括:确定从所述BHA的传感器接收的多个方位测量和倾斜测量;和确定从所述BHA的传感器接收的多个方位测量与倾斜测量之间的协方差值。在可组合任一个先前方面的第十三方面中,确定所述井筒轨迹的多个方位值与倾斜值之间的协方差值还包括:基于所述BHA动态模型确定多个方位预测和倾斜预测;和基于所述BHA动态模型确定多个方位预测与倾斜预测之间的协方差值。在可组合任一个先前方面的第十四方面中,确定目标函数包括:确定与所述规划井筒路径的预测未来偏差;确定将控制输入应用至BHA的预测未来成本;和确定通过所述加权因子加权的,与所述规划井筒路径的预测未来偏差和将所述控制输入应用至BHA的预测未来成本的加权组合。在可组合任一个先前方面的第十五方面中,确定加权因子包括:确定与所述规划井筒路径的预测未来偏差的第一加权因子;和确定将控制输入应用至BHA的预测未来成本的第二加权因子。在可组合任一个先前方面的第十六方面中,确定满足所述目标函数的至BHA的控制输入包括确定在后续时间时段上最小化与所述规划井筒路径的预测未来偏差和将所述控制输入应用至BHA的预测未来成本的加权组合的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制井底组合件(BHA)遵循规划井筒路径的计算机实施方法,所述方法包括:确定来自所述BHA的传感器测量;基于来自所述BHA的所述传感器测量确定BHA动态模型;确定对应于钻探目标的加权因子;确定包括由所述加权因子加权的所述钻探目标和一个或多个约束的目标函数;确定满足所述目标函数和所述一个或多个约束的至所述BHA的控制输入;和将所述控制输入应用至所述BHA。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种控制井底组合件(BHA)遵循规划井筒路径的计算机实施方法,所述方法包括:确定来自所述BHA的传感器测量;基于来自所述BHA的所述传感器测量确定BHA动态模型;确定对应于钻探目标的加权因子;确定包括由所述加权因子加权的所述钻探目标和一个或多个约束的目标函数;确定满足所述目标函数和所述一个或多个约束的至所述BHA的控制输入;和将所述控制输入应用至所述BHA。2.根据权利要求1所述的计算机实施方法,其中确定对应于钻探目标的加权因子还包括:基于所述BHA动态模型或来自所述BHA的所述传感器测量中的至少一个确定加权因子。3.根据权利要求2所述的计算机实施方法,其中基于所述BHA动态模型或来自所述BHA的所述传感器测量中的至少一个确定加权因子包括:确定测量的井筒轨迹的不确定性、所述井筒的形状或碰撞回避信息中的至少一个;基于测量的井筒轨迹的所述不确定性、所述井筒的所述形状或所
\t述碰撞回避信息中的至少一个确定权值;和将所述权值合成为所述加权因子。4.根据权利要求3所述的计算机实施方法,其中确定测量的井筒轨迹的不确定性包括确定所述井筒轨迹的多个方位值与倾斜值之间的协方差值。5.根据权利要求4所述的计算机实施方法,其中确定对应于钻探目标的加权因子包括在所述测量的井筒轨迹的所述不确定性从先前测量时间在其中已增加的方向上加强至所述BHA的所述控制输入上的约束。6.根据权利要求5所述的计算机实施方法,其中加强至所述BHA的所述控制输入上的约束包括确定与至所述BHA的所述控制输入相关联的加权因子的增加值。7.根据权利要求4所述的计算机实施方法,其中所述钻探目标包括与所述规划井筒路径的预测偏差,且确定对应于钻探目标的加权因子包括在所述测量的井筒轨迹的所述不确定性从先前测量时间在其中已增加的方向上放松与所述规划井筒路径的所述预测偏差上的约束。8.根据权利要求7所述的计算机实施方法,其中放松与所述规划井筒路径的所述预测偏差上的约束包括确定和与所述规划井筒路径的所述预测偏差相关联的加权因子的减小值。9.根据权利要求3所述的计算机实施方法,其中确定所述井筒的形状包括确定所述规划井筒路径的后续部分的曲率半径。10.根据权利要求9所述的计算机实施方法,其中所述钻探目标包括与所述规划井筒路径的预测偏差,且确定加权因子包括在所述规划井筒路径的所述后续部分的所述曲率半径从先前测量时间在其中
\t已减少的方向上减小与所述规划井筒路径的所述预测偏差上的约束。11.根据权利要求3所述的计算机实施方法,其中确定碰撞回避信息包括确定与另一井筒的碰撞最可能在其中发生的方向。12.根据权利要求11所述的计算机实施方法,其中所述钻探目标包括与所述规划井筒路径的预测偏差,且确定加权因子包括在与另一井筒的碰撞最可能在其中发生的所述方向上加强与所述规划井筒路径的所述预测偏差上的约束。13.根据权利要求4所述的计算机实施方法,其中确定所述井筒轨迹的多个方位值与倾斜值之间的协方差值还包括:确定从所述BHA的传感器接收的多个方位测量和倾斜测量;和确定从所述BHA的所述传感器接收的所述多个方位测量与倾斜测量之间的协方差值。14.根据权利要求4所述的计算机实施方法,其中确定所述井筒轨迹的多个方位值与倾斜值之间的协方差值还包括:基于所述BHA动态模型确定多个方位预测和倾斜预测;和基于所述BHA动态模型确定所述多个方位预测...

【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

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