用于定向钻井的连续轨迹计算制造技术

一种用于在钻井期间使用的仪器封装。所述仪器封装包括多个仪器，诸如加速计、陀螺仪和磁力计；计算机被配置为根据由所述多个仪器产生的一组测量结果来确定所述多个仪器的当前位置；并且其中，所述多个仪器通过一个或多个多自由度隔振器与钻头组件机械隔离。计算机优选地具有分析由多个仪器产生的一组测量值的至少两种模式不同的分析模式，包括连续模式和勘测模式，所述连续模式在主动钻探正在发生的时间期间是可操作的，并且所述勘测模式在主动钻探未发生的时间期间是可操作的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于定向钻井的连续轨迹计算相关申请的交叉引用本申请要求于2017年12月4日提交的称为“设计用于定向钻井的连续引导和导航系统”的美国临时专利申请62/594,073的权益，其公开内容通过引用合并于此。本申请还要求于2018年12月3日同时提交的美国专利申请16/208,449的权益，其公开内容通过引用合并于此。本申请还与以下申请相关：i.2015年9月28日提交的名称为“利用多站分析的实时轨迹估计”的美国临时申请62/233,936，及其相关的2016年9月28日提交的美国非临时申请15/279,390，及其相关PCT申请PCT/US2016/054256，每个申请都通过引用合并于此；ii.2016年11月29日提交的名称为“基于实时惯性感测的增量轨迹估计”的美国临时申请62/427,561，及其相关的2017年11月28日提交的美国非临时申请15/825,067，及其相关PCT申请PCT/US2017/063544，每个申请都通过引用合并于此；iii.2017年2月21日提交的名称为“基于MEMS的井下导航惯性测量单元(IMU)传感器套件”的美国临时申请62/461,715，及其相关的2018年2月15日提交的且名称为“基于MEMS的传感器套件”的美国非临时申请15/897,819，及其相关的PCT申请PCT/US2018/018378，每个申请都通过引用合并于此；iv.2017年1月26日提交的名称为“用于钻井时自主导航的机会传感器融合算法”的美国临时专利申请62/451,019，及其相关的2017年11月27日提交的美国非临时申请15/823,489，及其相关的PCT申请序列号PCT/US2017/063336；申请15/823,489是2016年12月21日在美国提交的名称为“旋磁地质定位系统”的美国申请15/387,435的部分延续申请，其是2016年4月11日提交的名称为“通过频率锁定到超稳定时钟来稳定科里奥利振动陀螺仪”的美国临时申请62/321,042的非临时专利申请，上述申请中的每一个通过引用合并于此；v.2017年3月27日提交的名称为“自主井眼钻井用自适应井下惯性测量单元校准方法和装置”的美国临时申请62/477,327，及其相关的2018年2月15日提交的美国非临时申请15/897,907，及其相关PCT申请PCT/US2018/018402，每个申请都通过引用合并于此；vi.2017年3月27日提交的名称为“使用到达时间技术从井下压力传感器确定井筒中的测量深度(MD)的系统”的美国临时申请62/477,344，及其相关的2018年1月26日提交的美国非临时申请15/881,700，及其相关的PCT申请PCT/US2018/015612，每个申请都通过引用合并于此；vii.2017年6月26日提交的名称为“多自由度隔振器”的美国临时申请62/524,867，及其相关的2018年6月11日提交的美国非临时申请16/004,854，每个申请都通过引用合并于此；viii.2017年6月26日提交的名称为“流体和弹性体组合隔振器”的美国临时申请62/524,941，及其相关的2018年4月19日提交的非临时申请15/957,202，及其相关的PCT申请序列号PCT/US2018/028299，每个申请都通过引用合并于此；ix.2017年6月26日提交的名称为“联合热调节和机械隔离”的美国临时申请62/525,031，及其相关的2018年6月25日提交的非临时申请16/017,669，及其相关的PCT申请PCT/US2018/039340，每个申请都通过引用合并于此；x.2017年8月8日提交的名称为“高质量因子MEMS硅生命之花振动陀螺仪(FVG)”的美国临时专利申请62/542,744，及其相关的2018年6月7日提交的非临时申请16/003,010，及其相关的PCT申请PCT/US2018/036564，每个申请都通过引用合并于此；xi.2017年8月11日提交的名称为“具有高阶旋转对称机械结构和32个电极的多模科里奥利振动陀螺仪”的美国临时专利申请62/544,661，及其相关的2018年6月8日提交的非临时申请16/004,310，及其相关的PCT申请PCT/US2018/036786，每个申请都通过引用合并于此；xii.2017年9月7日提交的名称为“高质量因子MEMS硅铰链和开槽振动陀螺仪(HSVG)”的美国临时专利申请62/555,617，及其相关的2018年8月13日提交的非临时申请16/102,565，及其相关的PCT申请PCT/US2018/046559，每个申请都通过引用合并于此；xiii.2017年12月8日提交的名称为“MEMS辅助插入器”的美国临时专利申请62/596,463，其公开内容通过引用结合于此；xiv.2018年5月9日提交的名称为为“具有高锚定质量因子(Q)的工程径向刚度的盘式谐振陀螺仪(DRG)”的美国临时专利申请62/669,326，其公开内容通过引用合并于此；以及xv.2018年5月9日提交的名称为“具有平面外电极(OES)的盘谐振器陀螺仪(DRG)”的美国临时专利申请62/669,333，其公开内容通过引用结合于此。关于美国联邦赞助研究或开发的声明无。
本专利技术一般涉及钻井，尤其涉及在主动钻探操作期间的连续井眼轨迹计算。
技术介绍
I.现有技术导致基于不完整且可能也不准确数据的钻井天然气和石油工业通常在很远的地下距离引导钻孔设备。由于井下钻具组合(BHA)处的噪声环境和用于与地面通信的低数据速率，通常由顶侧司钻在没有任何导航传感器操作的情况下执行钻孔。当司钻需要知道BHA的当前位置时，他们暂停钻探操作并且使用各种井下传感器来估计钻孔设备的位置和轨迹。当将附加长度的管添加到用于转动BHA和/或向其施加重量的钻柱时，这种暂停不时地自然发生。这些暂停被称为勘测时间，然后钻机被称为处于“勘测模式”。通常采用基于磁力计的轨迹估计来基于磁力计读数估计井眼轨迹。磁力计用于检测钻头附近的钻具的方位角。通过将磁力计与陀螺仪配对，司钻能够了解地下钻子的倾角和方位角，从而允许轨迹估计。来自磁力计和陀螺仪的数据通常被发送到非现场办公室用于评估以确定轨迹估计，然后将轨迹估计发送回现场的钻孔机，并且由于时间在钻探操作中是至关重要的，司钻可以在将附加长度的管添加到钻柱之后并且在他们从非现场办公室接收到轨迹估计之前立即开始钻探。但是，一个问题是，上述测量是在所有传感器静止且钻探已经停止的情况下进行的，即，在勘测模式下进行的。顶侧司钻必须在勘测之间进行航位推算，并且在等待来自非现场办公室的新轨迹估计时也必须频繁地进行航位推算。此外，勘测并不精确。由于钻孔的路径长度的不确定性以及地球磁场和旋转速率的测量误差，钻头位置的精度随着钻头沿钻孔向下行进而降低。最好采用在自主车辆、自动驾驶飞机和室内机器人运动等方面使用的导航技术，以提供在主动钻探作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种与钻井装置一起使用的井下仪器封装，该井下仪器封装包括：/na.至少三个传感器，其包括加速计、磁力计、陀螺仪；/nb.所述加速计、所述磁力计和所述陀螺仪与信号处理设备一起以细长构造安装，该细长构造由减震器支撑在与所述钻井装置相关联的钻柱和钻头的钻面之间；/nc.所述仪器封装具有至少两种操作的模式，包括连续模式和勘测模式，所述连续模式至少在所述钻井装置正在主动钻探的时间期间是可操作的，并且所述勘测模式至少在所述钻井装置不主动钻探的时间期间是可操作的；/nd.所述信号处理设备将第一组算法应用于在操作的所述连续模式下从所述至少三个传感器所收集的数据，所收集的数据和/或将所述第一组算法应用于在操作的所述连续模式下检测到的数据的结果被所述信号处理设备存储为存储数据；/ne.所述信号处理设备在处于操作的所述勘测模式时将不同于所述第一组算法的第二组算法应用于来自所述至少三个传感器的数据，以(i)根据在处于操作的所述勘测模式时从所述至少三个传感器收集的数据确定所述井下仪器封装的计算位置，所述计算位置由所述存储的数据增强(ii)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171204 US 62/594,0731.一种与钻井装置一起使用的井下仪器封装，该井下仪器封装包括：
a.至少三个传感器，其包括加速计、磁力计、陀螺仪；
b.所述加速计、所述磁力计和所述陀螺仪与信号处理设备一起以细长构造安装，该细长构造由减震器支撑在与所述钻井装置相关联的钻柱和钻头的钻面之间；
c.所述仪器封装具有至少两种操作的模式，包括连续模式和勘测模式，所述连续模式至少在所述钻井装置正在主动钻探的时间期间是可操作的，并且所述勘测模式至少在所述钻井装置不主动钻探的时间期间是可操作的；
d.所述信号处理设备将第一组算法应用于在操作的所述连续模式下从所述至少三个传感器所收集的数据，所收集的数据和/或将所述第一组算法应用于在操作的所述连续模式下检测到的数据的结果被所述信号处理设备存储为存储数据；
e.所述信号处理设备在处于操作的所述勘测模式时将不同于所述第一组算法的第二组算法应用于来自所述至少三个传感器的数据，以(i)根据在处于操作的所述勘测模式时从所述至少三个传感器收集的数据确定所述井下仪器封装的计算位置，所述计算位置由所述存储的数据增强(ii)。


2.根据权利要求1所述的井下仪器封装，所述井下仪器封装还包括调度器装置，该调度器装置包括用于记录来自所述传感器的传感器数据流的缓冲器，所述调度器装置基于确定所述缓冲器中的所述传感器数据的方差小于预定阈值来确定所述仪器封装是处于操作的所述连续模式还是处于操作的所述勘测模式。


3.根据权利要求2所述的井下仪器封装，所述井下仪器封装还包括环境模块，该环境模块包括不被所述减震器支撑的附加传感器，使得所述环境模块中的所述附加传感器比被所述减震器支撑的所述至少三个传感器对钻柱动态更敏感。


4.根据权利要求3所述的井下仪器封装，其中，来自所述附加传感器的数据存储在环境数据缓冲器中。


5.根据权利要求1所述的井下仪器封装，所述井下仪器封装还包括环境模块，该环境模块包括不被所述减震器支撑的附加传感器，使得所述环境模块中的所述附加传感器比被所述减震器支撑的所述至少三个传感器对钻柱动态更敏感。


6.根据权利要求5所述的井下仪器封装，其中，所述环境模块识别对应于勘测或机会的勘测的静默时段，用于控制所述仪器封装是否是操作的所述勘测模式而不是操作的所述连续模式。


7.一种用于钻探油田井眼的井底组件(BHA)，其包括：
多个仪器，该多个仪器进一步包括加速计、陀螺仪和磁力计；
计算机，该计算机被配置为根据由所述多个仪器产生的一组测量值来确定所述多个仪器的当前位置；并且
其中，所述多个仪器通过一个或多个多自由度隔振器与所述BHA的钻头组件机械隔离。


8.根据权利要求7所述的井底组件(BHA)，其中，所述计算机具有分析由所述多个仪器产生的所述一组测量值的至少两种模式不同的分析模式，包括连续模式和勘测模式，所述连续模式至少在所述BHA主动钻探的时间期间是可操作的，并且所述勘测模式至少在所述BHA不主动钻探的时间期间是可操作的。


9.根据权利要求8所述的井底组件(BHA)，其中，所述计算机将第一组算法应用于在操作的所述连续模式下从所述多个仪器收集的数据，所收集的数据和/或将所述第一组算法应用于在操作的所述连续模式下检测到的数据的结果被所述计算机存储为存储数据；所述计算机将不同于所述第一组算法的第二组算法应用于在操作的所述勘测模式中时来自所述多个仪器的数据，以(i)根据在操作的所述勘测模...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊·阮，洛根·D·索伦森，戴维·L·沃尔特，阿杜尔·V·卡巴基安，拉维夫·佩拉西亚，硕勤·王，戴维·W·谢安，利安·X·黄，戴维·T·张，
申请(专利权)人：HRL实验室有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US