基于深度的钻孔轨迹控制制造技术

提供了用于控制钻入地面的钻孔的轨迹的方法和设备。所述设备包括钻井系统，所述钻井系统包括钻管、分解装置和联接到钻管的转向系统，所述转向系统被配置成使钻井系统转向，所述钻井系统被配置成通过从用于控制钻井系统的参数的至少一个控制单元接收控制输出来钻出钻孔，所述至少一个控制单元被配置成向转向系统提供控制输出，所述至少一个控制单元被配置成提供基于深度的控制。

Drilling trajectory control based on depth

The method and equipment for controlling the trajectory of drilling holes into the ground are provided. The equipment includes a drilling system comprising a drilling pipe, a decomposition device and a steering system connected to the drilling pipe. The steering system is configured to steer the drilling system. The drilling system is configured to drill holes by receiving control output from at least one control unit used to control the parameters of the drilling system. The at least one control unit is configured to be oriented. The steering system provides control output, and the at least one control unit is configured to provide depth-based control.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于深度的钻孔轨迹控制相关申请的交叉引用本申请要求2016年6月2日提交的美国申请第15/171193号的权益，所述美国申请的全部内容通过引用并入文中。
技术介绍
出于各种目的，将钻孔钻入地层，例如碳氢化合物产生、地热产生和二氧化碳封存。这些钻孔中的许多钻孔需要具有精确的位置和几何形状，以便出于期望的目的而提高效率。蒸汽辅助式重力排水是用于有效产生碳氢化合物的特定水平几何形状的一个实例。几何形状通常包括例如深度或钻井距离、倾斜度、累积速率和方位角。所述位置可以涉及到地质地层边界的距离和/或到相邻钻孔的距离。因此，开发钻井控制系统以提高钻井钻孔的准确度和精确度在钻井工业中将受到欢迎。
技术实现思路
提供了用于控制钻入地面的钻孔的轨迹的方法和设备。所述设备包括钻井系统，所述钻井系统包括钻管、分解装置和联接到钻管的转向系统，所述转向系统被配置成使钻井系统转向，所述钻井系统被配置成通过接收用于控制钻井系统的参数的控制输出来钻出钻孔以及被配置成向转向系统提供控制输出的至少一个控制单元，所述至少一个控制单元被配置成提供基于深度的控制。附图说明以下描述不应被视为以任何方式进行限制。参考附图，相同的附图标号相同：图1A描绘了用于将钻孔钻入地面的钻井系统的各方面；图1B描绘了本公开的实施方案可以采用的控制过程的示意图；图2描绘了用于表示正在钻孔的轨迹的轨迹矢量的各方面；图3描绘了用于控制钻孔参数的控制器实现的一个实施方案的各方面；图4描绘了使用地层评估传感器的控制器实现的一个实施方案的各方面；图5描绘了提供钻孔轨迹控制的控制器实现的一个实施方案的各方面；图6描绘了提供井下控制的控制器实现的一个实施方案的各方面；图7描绘了使用固定参考值的控制器实现的一个实施方案的各方面；图8描绘了使用已知目标轨迹的预控制和预滤波的各方面；图9描绘了使用钻井系统的持续钻井模型的模型预测控制的各方面；以及图10是用于控制钻入地面的钻孔的轨迹的方法的流程图。具体实施方式本文通过说明和实施例的方式呈现了所公开的装置和方法的一个或多个实施方案的描述，而不是加以限制。将参考附图。本文公开了用于将钻孔钻入地面的设备和方法。通过本文描述的设备或其他控制器、计算机和/或处理器实现的方法提供可用于控制钻孔轨迹的控制方法，所述钻孔轨迹可例如通过深度、钻井距离、倾斜度、方位角、累积速率、到地层边界的距离、到例如另一个钻孔的对象的距离、地质对象、井下安装或任何其他钻孔轨迹相关参数来表征。如本文所用，术语“深度”可以被认为包括指示深度的数据，例如“钻井距离”(也称为“测量深度”)、真实垂直深度、真实地层深度以便考虑偏斜或水平的钻孔，或任何其他深度相关数据，包括对深度测量影响效果进行校正的深度数据，所述影响例如由于重力效应、温度效应、压差效应等引起的拉伸/挤压。现在讨论与本公开相关的钻井操作的设备。图1A示出了钻井系统10的示意图，所述钻井系统10包括具有钻井组件90的钻柱20，所述钻井组件90可包括井底组件(BHA)，其在穿透地层60的钻孔26中输送。钻井系统10包括竖立在地表12上的传统井架11，所述地表12支撑旋转台14，所述旋转台14通过原动机(例如电动机(未示出))以期望的旋转速度旋转。钻柱20包括从旋转台14向下延伸到钻孔26中的钻管22，例如钻杆。附接到钻井组件90的端部的分解装置50(例如，钻头)分解地质地层以钻出钻孔26。可以使用各种类型的分解装置。虽然本公开参考利用旋转钻头的旋转钻井，但是也可以使用其他钻井类型，例如电脉冲钻井、喷射钻井和/或冲击钻井。钻柱20经由方钻杆接头21、转环28和管线29(例如)经由滑轮和/或滑轮系统联接到绞车30。在钻井操作期间，绞车30被操作以控制钻压，这影响了穿透率(ROP)。绞车30的操作在本领域中是众所周知的，因此文中不详细描述。在钻井操作期间，来自来源或泥浆坑32的合适钻井液31(也称为“泥浆”)在压力下通过泥浆泵34循环通过钻柱20。钻井液31经由消涌器和流体控制阀36、流体管线38和方钻杆接头21进入钻柱20。钻井液31通过分解装置50中的开口在钻孔底部51处排出。钻井液31通过钻柱20和钻孔26之间的环形空间27向井上循环，并经由返回管线35返回泥浆坑32。管线38中的传感器S1提供关于流体流速的信息。流速可以通过位于泵34和/或消涌器和流体控制阀36中或附近，或者以其他方式位于管线38内的阀控制。与钻柱20相关联的表面扭矩传感器S2和传感器S3分别提供关于钻柱的扭矩和旋转速度的信息。另外，与管线29相关联的一个或多个传感器(未示出)用于提供钻柱20的钩件载荷以及与钻出井孔26有关的其他所需参数。系统还可包括位于钻柱20和/或钻井组件90上的一个或多个井下传感器70。井下传感器70可包括一个或多个传感器，其被配置成感测、测量和/或检测例如传感器和/或BHA或其他井下部件的位置、定向、倾斜度和/或方位角。一些或另外的传感器可以被配置成检测和/或测量地层特性和/或泥浆特性。在一些应用中，分解装置50仅通过旋转钻杆22来旋转。然而，在其他应用中，设置在钻井组件90中的钻井马达55(泥浆马达)用于使分解装置50旋转和/或叠加或补充钻柱20的旋转。在任一种情况下，对于给定地层和钻井组件，分解装置50进入钻孔26的穿透速率(ROP)很大程度上取决于钻压和分解装置的旋转速度。在图1A的实施例的一个方面中，泥浆马达55经由设置在轴承组件57中的驱动轴(未示出)联接到分解装置50。当钻井液31在压力下通过泥浆马达55时，泥浆马达55使分解装置50旋转。轴承组件57支撑分解装置50的径向力和轴向力，钻井马达的下冲以及来自所施加钻压的向上反作用载荷。联接到轴承组件57和其他合适位置的一个或多个稳定器58用作泥浆马达组件的最下部分和其他这类合适位置的扶正器。地表控制单元40从井下传感器70和装置，例如经由放置在流体管线38中(在泥浆脉冲遥测的情况下)或在其他类型的遥测(例如有线管道遥测、声学遥测或电磁遥测)的情况下放置在其他地方的传感器43，以及从传感器S1、S2、S3、钩件载荷传感器和系统中使用的任何其他传感器接收信号，并根据提供给地表控制单元40的编程指令处理这类信号。地表控制单元可以处理钩件位置数据、钩件载荷数据和/或诸如钻压的其他数据，以确定、导出或校正钻井距离、ROP等。地表控制单元40在显示器/监视器42上显示期望的钻井参数和其他信息，以供钻机现场的操作员使用以控制钻井操作。表面控制单元40包含计算机、用于存储数据的存储器，计算机程序、可访问计算机中的处理器的模型和算法、记录器，例如用于记录数据的磁带单元和其他外围设备。表面控制单元40还可以包括仿真模型，以供计算机根据编程指令处理数据。控制单元响应于通过合适的装置(例如键盘)输入的用户命令。控制单元40被适配以在发生某些不安全或不期望的操作条件时激活警报器44。钻井组件90还包含用于提供与钻孔周围的地层有关的各种测量以及沿着期望的路径钻出井孔26的其他传感器和装置或工具。这类装置可包括用于测量分解装置50附近和/或前方的地层电阻率的装置，用于测量地层伽马射线强度的伽马射线装置和用于确定旋转速度(rpm)、倾斜度、方位角、ROP和/或钻柱位置的装置。根据本文描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制钻入地面的钻孔(26、226)的轨迹的设备，所述设备包括：钻井系统(10、210)，所述钻井系统包括钻管、分解装置(50)，以及联接到所述钻管的转向系统(52)，所述转向系统被配置成使所述钻井系统(10、210)转向，所述钻井系统(10、210)被配置成通过从用于控制所述钻井系统(10、210)的参数的至少一个控制单元接收控制输出来钻出所述钻孔(26、226)，所述至少一个控制单元被配置成向所述转向系统(52)提供所述控制输出，所述至少一个控制单元被配置成提供基于深度的控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.02 US 15/1711931.一种用于控制钻入地面的钻孔(26、226)的轨迹的设备，所述设备包括：钻井系统(10、210)，所述钻井系统包括钻管、分解装置(50)，以及联接到所述钻管的转向系统(52)，所述转向系统被配置成使所述钻井系统(10、210)转向，所述钻井系统(10、210)被配置成通过从用于控制所述钻井系统(10、210)的参数的至少一个控制单元接收控制输出来钻出所述钻孔(26、226)，所述至少一个控制单元被配置成向所述转向系统(52)提供所述控制输出，所述至少一个控制单元被配置成提供基于深度的控制。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制单元接收并使用指示测量深度的数据以提供所述基于深度的控制。3.根据权利要求2所述的设备，其中指示测量深度的所述数据在所述地面表面处生成或者由在所述地面表面处生成的数据导出。4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述控制单元包括轨迹控制单元(304)，所述轨迹控制单元(304)被配置成控制所述钻出的钻孔(26、226)的轨迹和/或倾斜度/方位角控制单元(306、410、516、616、710)，所述倾斜度/方位角控制单元(306、410、516、616、710)被配置成控制所述倾斜度/方位角控制单元(306、410、516、616、710)和/或所述钻出的钻孔(26、226)的方位角。5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括至少一个传感器，所述至少一个传感器被联接到所述钻井系统(10、210)并且被配置成测量指示所述传感器的位置、定向、倾斜度和/或方位角的数据，并将所述测量数据提供给所述至少一个控制单元。6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括至少一个致动器控制单元(308、412、518、618、712)，所述至少一个致动器控制单元(308、412、518、618、712)被配置成控制至少一个致动器(310、414、520、620、714)，所述至少一个致动器(310、414、520、620、714)被配置成改变所述钻井系统(10、210)的至少一个钻井参数，所述至少一个致动器控制单元(308、412、518、618、712)从所述控制单元接收控制输出。7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·赫恩，M·诺伊贝特，A·彼得，I·瓦色尔曼，B·塞德，
申请(专利权)人：通用电气GE贝克休斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US