用于生成钻井窗口的系统、装置和方法制造方法及图纸

本公开提供了用于可视化和操纵钻井装置的系统、装置和方法，包括具有井底钻具组合(BHA)的钻柱、传感器系统和可操作以生成可视化的控制器，该可视化包括表现钻井作业钻井计划的钻井公差的一个或多个钻井窗口，以及基于钻出井眼的一个或多个可测量参数的BHA位置的描绘。BHA位置与一个或多个钻井窗口之间的差异也可以可视化。操作人员可以利用该可视化对钻出的井眼进行掌控。

System, device and method for generating drilling window

The present disclosure provides systems, devices and methods for visualizing and manipulating drilling devices, including drill strings with bottom hole drilling assembly (BHA), sensor systems and controllers operable to generate visualization, including one or more drilling windows representing drilling tolerances of drilling operation plans, and BH based on one or more measurable parameters of drilling hole. Description of position A. Differences between BHA locations and one or more drilling windows can also be visualized. Operators can use this visualization to control the drilled hole.

【技术实现步骤摘要】
用于生成钻井窗口的系统、装置和方法
本公开涉及用于为钻井作业生成钻井窗口的系统、装置和方法。该钻井窗口可用于可视化、引导钻井作业并跟踪钻井作业效果，其可用于改进作业。
技术介绍
钻井作业开始时，钻探人员通常会制定钻井计划，其包括目标位置和到目标位置的钻探路径。钻探开始后，井底钻具组合(BHA)可以沿任何数量的方向由垂直钻探路径进行引导或“操纵”，以遵从所拟定的钻井计划。例如，为了开采一处地下碳氢化合物矿床，钻井计划可以包括到包含矿床的储层侧面的垂直孔，和穿过矿床的定向孔或水平孔。然后，操作员可以通过按照平面图在垂直和水平方面操纵BHA来遵从钻井计划。在绘制钻井计划时考虑的一些因素可能包括尽量减少钻井眼和/或开采尽可能多的石油或天然气所需的时间。水平或近水平井眼的钻井作业给钻探人员带来了额外的挑战。例如为了接近矿床，钻探人员可能需要在附近钻多个水平井眼。在这种情况下，钻每个井眼的公差可能非常小，并且可能需要高水平的专业知识以及规范的引导，以避免犯下代价高昂的错误。测量或操纵即使存在些微的不准确，也可能导致当前钻井作业以及后续作业出现问题。此外，现有的性能测量系统仅包括对钻机遵从钻井计划的精确程度的粗略估计。一些性能测量系统基于围绕钻井计划的圆柱形模型，其给出了BHA和钻井计划之间的距离和极角。该数据很难符合钻井计划的接近公差，其可以设定到钻井计划的简单横向和纵向距离。此外，现有的性能测量通常基于整个钻井计划的单个公差水平，并且无法随着钻井计划中的条件改变而改变。因此，需要一种更加有效、可靠和直观的方法来操纵BHA，并对钻进公差和钻进效果进行可视化。附图简略说明结合附图阅读以下详细描述可以最好地理解本公开。需要强调的是，根据行业的标准实践，各种特征并不是按比例绘制的。事实上，为了论述清楚，各种特征的尺寸可以任意增加或减小。图1是根据本公开的一个或多个方面的示例性钻井装置的示意图。图2是根据本公开的一个或多个方面的示例性传感器和控制系统的示意图。图3是根据本公开的一个或多个方面的示出三维可视化的示例性显示装置的表现。图4是根据本公开的一个或多个方面的示出带有钻井窗口的三维可视化的示例性显示装置的表现。图5是根据本公开的一个或多个方面的示出另一带有钻井窗口的三维可视化的示例性显示装置的表现。图6是根据本公开的一个或多个方面的一系列钻井窗口的图示。图7是根据本公开的一个或多个方面的用于生成和更改钻井窗口的示例性控制面板的表现。图8是根据本公开的一个或多个方面的用于修改、生成和可视化钻井窗口的示例性控制面板的表现。图9是根据本公开的一个或多个方面的可视化和操纵钻机的方法的流程图。具体实施方式应该理解，以下公开内容提供了用于实现各种实施方案的不同特征的许多不同实施方案或实施例。以下描述组件和布置的具体实例以简化本公开。当然，这些都仅充当实例，并非意在限制本专利技术。另外，本公开可以在各种实例中重复附图标记和/或字母。这种重复的目的简单和清楚，并且本身不表示所讨论的各种实施方案和/或配置之间的关系。本专利技术公开的系统和方法提供钻井窗口的直观可视化，其可指示沿钻井计划的钻进公差。这些可视化可有助于提供井下环境的更直观的视图，并且对应于在钻井过程期间对BHA更直观的控制，以及直观的性能测量。这些可视化可以使用从外部来源接收的数据创建，例如地质勘测以及与钻井系统相关联的传感器和其他输入数据。参考图1，示出了展示本公开的一个或多个方面的装置100的示意图。装置100是陆基钻机或包括陆基钻机。然而，本公开的一个或多个方面适用于或易于适应于任何类型的钻机，例如自升式钻机、半潜式钻机、钻井船、连续管钻机、适用于钻井和/或重入井作业的修井钻机以及套管钻机等。装置100包括支撑钻台110上方的提升设备的井架105。提升设备包括定滑车115和游动滑车120。定滑车115联接到井架105的顶部或附近，并且游动滑车120通过钻井钢丝绳125从定滑车115悬挂。钻井钢丝绳125的一端从提升设备延伸到绞车130，绞车130配置为卷入和卷出钻井钢丝绳125，以使游动滑车120相对于钻台110降低和升高。钻井钢丝绳125的另一端(称为限位锚)锚固到固定位置，可能靠近绞车130或钻机上的其他地方。挂钩135连接到游动滑车120的底部。顶部驱动装置140悬挂在挂钩135上。从顶部驱动装置140延伸出的钻轴145附接到保护接头150，保护接头150附接到悬挂在井眼160内的钻柱155。或者，钻轴145可以直接附接到钻柱155。这里使用的术语“钻轴”不限于直接从顶部驱动装置延伸出的部件，或者通常称为钻轴的部件。例如，在本公开的范围内，“钻轴”可以附加地或替代地包括主轴、驱动轴、输出轴和/或至少是间接地从顶部驱动装置或其他旋转驱动元件向钻柱传递扭矩、位置和/或旋转的另一部件。尽管如此，仅为清楚和简明起见，这些部件在本文中可统称为“钻轴”。钻柱155包括钻杆165的互连部分、井底钻具组合(BHA)170和钻头175。BHA170可以包括稳定器、钻铤和/或随钻测量(MWD)或电缆输送仪器以及其他部件。出于滑动钻进的目的，钻柱可包括具有弯曲壳体或其他弯曲部件的井下马达，其可操作以产生偏离井眼中心线的钻头偏心。在垂直于井眼的平面中，这种偏离的方向称为工具面角或工具面。钻头175(在本公开中也可称为“工具”或“工具面”)可连接到BHA170的底部或以其他方式附接到钻柱155。一个或多个泵180可以通过软管或其他导管将钻井液输送到钻柱155，该软管或其他导管可以连接到顶部驱动装置140。井下MWD或电缆输送仪器可以配置为评估物理特性，例如压力、温度、伽马辐射计数、扭矩、钻压(WOB)、振动、倾斜角、方位角、三维空间中的工具面取向和/或其他井下参数。这些测量可以在井下进行，在存储器(例如固态存储器)中存储一段时间，并且在处于表面时从仪器下载和/或实时传输到表面。数据传输方法可以包括，例如，数字编码数据并将编码后的数据(可能是作为钻井液或泥浆系统中的压力脉冲)传输到地面，通过钻柱155的声传输，通过电缆或有线钻杆的电子传输，作为电磁脉冲的传输，以及其他方法。MWD传感器或检测器和/或BHA170的其他部分可以具有存储测量值的能力，以便随后通过电缆和/或当BHA170从井眼160中起出时取回。在一个示例性实施方案中，装置100还可以包括旋转防喷器(BOP)158，其可以在利用欠平衡或压力管理钻井方法钻井160时提供辅助。装置100还可包括表面套管环形压力传感器159，其配置为检测在例如井眼160(或其中的套管)与钻柱155之间限定的环形空间中的压力。在图1所示的示例性实施方案中，顶部驱动装置140用于将旋转运动传递给钻柱155。然而，本公开的各方面也适用于或易于适应于利用其他驱动系统的实施方案，例如动力水龙头、转盘、连续管设备、井下马达和/或传统旋转钻机等。装置100还包括控制器190，其配置为控制或辅助控制装置100的一个或多个部件。例如，控制器190可配置为将操作控制信号传输到绞车130、顶部驱动装置140、BHA170和/或泵180。控制器190可以是安装在钻台110上井架105附近和/或装置100的其他部件附近的独立部件。在一个示例性实施方案中，控制器19本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种指引钻井系统操作的方法，包括：利用控制器(252)，围绕钻井计划的一部分生成一个或多个钻井窗口(502)，所述一个或多个钻井窗口中的每一个均具有外边界；使用井底钻具组合(210)钻进以形成钻孔，所述井底钻具组合包括设置在钻柱(165)一端的钻头(175)；接收来自所述井底钻具组合邻近或承载的一个或多个传感器(212‑216)的传感器数据；基于所述接收的传感器数据，利用所述控制器确定所述井底钻具组合的位置；利用控制器确定所述已确定的井底钻具组合位置是否在所述一个或多个钻井窗口的所述外边界内；在显示装置(261)上显示所述井底钻具组合相对于所述一个或多个钻井窗口的位置。

【技术特征摘要】
2017.09.11 US 15/700,8451.一种指引钻井系统操作的方法，包括：利用控制器(252)，围绕钻井计划的一部分生成一个或多个钻井窗口(502)，所述一个或多个钻井窗口中的每一个均具有外边界；使用井底钻具组合(210)钻进以形成钻孔，所述井底钻具组合包括设置在钻柱(165)一端的钻头(175)；接收来自所述井底钻具组合邻近或承载的一个或多个传感器(212-216)的传感器数据；基于所述接收的传感器数据，利用所述控制器确定所述井底钻具组合的位置；利用控制器确定所述已确定的井底钻具组合位置是否在所述一个或多个钻井窗口的所述外边界内；在显示装置(261)上显示所述井底钻具组合相对于所述一个或多个钻井窗口的位置。2.根据权利要求1所述的方法，还包括使用所述井底钻具组合相对于所述一个或多个钻井窗口的位置作为参考来改变所述井底钻具组合的位置。3.根据权利要求2所述的方法，还包括：如果所述控制器确定所述井底钻具组合不在所述一个或多个钻井窗口的所述外边界内，则利用所述控制器生成将所述井底钻具组合移动到所述一个或多个钻井窗口中的校正动作。4.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述井底钻具组合的位置包括确定工具面的取向，所述方法还包括在三维显示器上显示所述钻头相对于所述一个或多个钻井窗口的位置。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，还包括生成具有三维挤压矩形形状的所述一个或多个钻井窗口。6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中生成所述一个或多个钻井窗口以表现在所述钻井计划的所述部分处的钻井公差，围绕所述钻井公差生成所述一个或多个钻井窗口。7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，还包括利用所述控制器计算所述井底钻具组合沿着所述钻井计划位于所述一个或多个钻井窗口的外边界内的多种情况。8.根据权利要求7所述的方法，还包括利用所述显示装置显示关键性能指标，所述关键性能指标包括井底钻具组合沿着所述钻井计划在一个或多个钻井窗口的外边界内的距离的百分比。9.一种钻井装置，包括：钻柱(165)，其包括多个管件以及可操作以执行钻井作业的BHA(210)；传感器系统，其配置为检测钻出的井眼的一个或多个可测量参数；控制器(252)，其与传感器系统通信，其中控制器可操作以产生可视化，所述可视化包括一个或多个钻井窗口(502)，其表现钻井作业的钻井计划的钻井公差和基...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·吉尔兰，
申请(专利权)人：内博斯钻井技术美国公司，
类型：发明
国别省市：美国,US