集成井施工系统操作技术方案

一种集成井施工系统(IWCS)能够操作以用于通过对共同控制所述IWCS的集成子系统的集成控制装置(901,911,921,931,941,951,961,971)的集成控制来对井进行施工。所述IWCS包括：IWCS通信网络(900)；所述集成控制装置(每一者与所述IWCS通信网络直接连接)；所述集成子系统；以及控制工作站(850,852)，所述控制工作站与所述IWCS通信网络直接连接，并且能够操作以控制所述集成控制装置中的每一者，从而控制所述集成子系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】集成井施工系统操作相关申请的交叉引用本申请要求2018年3月9日提交的标题为“SYSTEMANDMETHODFORINTEGRATINGMULTIPLEDRILLINGEQUIPMENTINTOASINGLECONTROLNETWORK”的美国临时申请号62/641,021和2018年3月9日提交的标题为“SYSTEMANDMETHODFORCONTROLLINGDRILLINGOPERATIONS”的美国临时申请号62/640,976以及2018年3月9日提交的标题为“SYSTEMANDMETHODFORREAL-TIMEANALYSISOFDRILLINGOPERATIONS”的美国临时申请号62/640,999的优先权和权益，并且所述申请的全部公开内容据此以引用的方式并入本文。
技术介绍
通常将井钻入地下或海床，以采收石油、天然气和被截留在地下地层中的其他材料的天然沉积物。利用具有以协调的方式操作的各种地面和地下井场装备的井施工系统，在井场处将这类井钻入地下地层中。井场装备可分为各种子系统，其中每个子系统执行由对应的本地和/或远程定位的控制器控制的不同操作。子系统除其他实例之外可包括钻机控制系统、流体控制系统、受控压力钻井控制系统、气体监测系统、闭路电视系统、节流压力控制系统和井压控制系统。井场装备通过位于井场地面处的控制中心进行监测和控制。典型的控制中心包含井场控制站，所述井场控制站被若干人类井场操作员(例如，钻工)用来监测和控制井场装备。尽管装备子系统可以协调的方式操作，但是在子系统与其控制器之间几乎不存在通信。因此，可通过井场控制站的对应的控制面板来执行对井场装备或装备子系统的监测和控制。每个控制面板包括相关联的视频输出装置(例如，视频监视器)和多个输入装置(例如，按钮、开关、操纵杆等)。因为在装备子系统之间不存在通信，所以各种井场装备之间的交互和协调通常由井场操作员发起。例如，井场操作员可监测装备子系统以识别操作和安全事件，并且手动实现过程来抵消这类事件。因此，典型的井场控制中心可由多个井场操作员来操纵，每个操作员通过对应的控制面板监测和控制不同的井场装备或装备子系统。依赖多个井场操作员来监测和手动控制井场装备增加了成本，并且限制了井施工操作的速度、效率和安全性。
技术实现思路
提供本概述是为了介绍将在下面详细描述中进一步描述的一系列概念。本概述既不旨在识别所要求保护的主题的不可或缺的特征，也不旨在用于帮助限制所要求保护的主题的范围。本公开介绍了一种集成井施工系统(IWCS)，其能够操作以用于通过对共同控制所述IWCS的集成子系统的集成控制装置的集成控制来对井进行施工。所述IWCS包括：IWCS通信网络；所述集成控制装置，每一者与所述IWCS通信网络直接连接；所述集成子系统；以及控制工作站，所述控制工作站与所述IWCS通信网络直接连接，并且能够操作以控制所述集成控制装置中的每一者，从而控制所述集成子系统。本公开还介绍了一种控制工作站，所述控制工作站与通信网络直接连接并且能够操作以控制各自与所述通信网络直接连接的多个集成控制装置中的每一者。每个集成控制装置控制IWCS的对应部件，由此对所述集成控制装置的控制通过所述控制工作站的操作控制所述IWCS。本公开还介绍了一种计算机程序产品，其包括有形的、计算机可读的、非暂时性的介质，所述介质在其上存储有用于以下的指令：自动控制控制IWCS的集成子系统的集成控制装置，以执行用于对井进行施工的预定操作顺序的组合；由人类操作员通过控制工作站的操作接收要由所述IWCS执行的操作顺序中的一者的选择；由所述人类操作员通过所述控制工作站的操作接收在所选择操作顺序期间要操作的所述IWCS的第一机器的设置；以及响应于所述人类操作员通过所述控制工作站的操作接收到单个开始输入，使用所接收设置自动起动和控制所述IWCS的第一机器和第二机器以执行所选择操作顺序。本公开还介绍了一种方法，所述方法包括操作包括光纤环形网络的IWCS。光纤环形网络的节点包括：形成所述IWCS的各个机械件的可编程逻辑控制器(PLC)；视频馈送；钻井操作员控制；高级监控；以及它们的组合。本公开还介绍了一种设备，所述设备包括通信网络和各自与所述通信网络直接连接的集成控制装置。每个集成控制装置控制IWCS的对应部件。所述IWCS能够操作以用于对井进行施工，而无需不受所述集成控制装置中的任一者控制的其他部件。所述设备还包括控制工作站，所述控制工作站与所述通信网络直接连接并且能够操作以控制所述集成控制装置中的每一者从而控制所述IWCS。本公开还介绍了一种设备，所述设备包括通信网络和各自与所述通信网络直接连接的集成控制装置。所述集成控制装置控制对应的IWCS部件。除不受所述集成控制装置中的任一者控制的任何部件之外的所述IWCS部件能够共同操作以用于对井进行施工。所述设备还包括控制工作站，所述控制工作站与所述通信网络直接连接并且能够操作以控制所述集成控制装置中的每一者从而控制所述IWCS。本公开还介绍了一种设备，所述设备包括通信网络和各自与所述通信网络直接连接的集成控制装置。每个集成控制装置控制集成井施工部件中的对应的一者或多者。所述集成井施工部件形成能够操作以用于对井进行施工而无需任何其他部件的集成井施工系统。控制工作站与所述通信网络直接连接，并且能够操作以控制每个集成控制装置，从而控制所述集成井施工部件。本公开还介绍了一种方法，所述方法包括：致使井施工系统执行井施工操作，由此实时地自动收集和分析与所述井施工操作相关联的数据，以基于所述数据确定参数，并且所确定参数中的至少一些用于控制所述井施工操作。本公开还介绍了一种方法，所述方法包括：致使井施工系统执行井施工操作，由此实时地自动收集和分析与所述井施工操作相关联的数据，以基于所述数据确定参数，并且所确定参数中的至少一些各自为触发至少一个实时井施工操作警报提供基础。本公开还介绍了一种设备，所述设备包括在井施工操作期间与井施工系统结合利用的随钻分析(AWD)控制系统。所述AWD控制系统的输入包括：在井施工操作期间由井施工系统所施工的井的预期配置；在井施工操作期间由井施工系统使用的钻柱的配置；来自钻井参数传感器的信号；以及钻井装备参数。所述AWD控制系统的输出包括对以下的实时确定：所述井的深度和轨迹；钻头深度；井中的钻柱管件和/或立根的数量；钻柱容积、位移和重量；钻井液罐容积和罐选择；钻井液损失和/或增益；泥浆补给罐容积差；泥浆补给罐累积容积；钻井液泵送系统的总和/或每区段行程和/或要经历的行程；钻井液泵送系统的总行程率；钻井液泵送系统缸套容量和效率；进入井中的个别和总体钻井液流量；环空钻井液速度；总和/或每区段钻井液容积；每区段总分钟数和/或要经历的分钟数；钻井液回流；钻头运行时间和转数；钻压；穿透率；吊钩负荷和立管压力。来自所述AWD控制系统的输出可还包括井溢流计算器和压井记录表。来自所述AWD控制系统的输出可还包括传感器和计算以用于存储在与所述井施工系统相关联的历史数据中。来自所述AWD控制系统的输出可还包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，其包括：/n集成井施工系统(IWCS)，所述IWCS能够操作以用于通过对共同控制所述IWCS的多个集成子系统的多个集成控制装置的集成控制来对井进行施工，其中所述IWCS包括：/nIWCS通信网络；/n所述集成控制装置，每一者与所述IWCS通信网络直接连接；/n所述集成子系统；以及/n控制工作站，所述控制工作站与所述IWCS通信网络直接连接，并且能够操作以控制所述集成控制装置中的每一者，从而控制所述集成子系统。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180309 US 62/640,976;20180309 US 62/640,999;20181.一种设备，其包括：
集成井施工系统(IWCS)，所述IWCS能够操作以用于通过对共同控制所述IWCS的多个集成子系统的多个集成控制装置的集成控制来对井进行施工，其中所述IWCS包括：
IWCS通信网络；
所述集成控制装置，每一者与所述IWCS通信网络直接连接；
所述集成子系统；以及
控制工作站，所述控制工作站与所述IWCS通信网络直接连接，并且能够操作以控制所述集成控制装置中的每一者，从而控制所述集成子系统。


2.如权利要求1所述的设备，其中每个集成控制装置控制所述集成子系统中的对应集成子系统。


3.如权利要求1所述的设备，其中所述IWCS通信网络是单个光纤环形拓扑网络。


4.如权利要求1所述的设备，其中所述集成子系统至少包括：
钻机控制子系统，所述钻机控制子系统包括绞车、顶驱、铁钻工、自动卡瓦和自动管操纵装备；
流体循环子系统，所述流体循环子系统包括钻井液泵和钻井液重调装备；
受控压力钻井控制子系统；
节流压力控制子系统；
井压控制子系统；以及
闭路电视子系统。


5.如权利要求1所述的设备，其中每个子系统包括：
子系统网络，所述子系统网络与该子系统的所述集成控制装置直接连接；以及
多个子系统部件，所述多个子系统部件各自与所述子系统网络直接连接。


6.如权利要求5所述的设备，其中所述子系统部件各自控制、执行、感测、测量和/或监测与包括该子系统部件的所述子系统相关联地执行的井施工的方面。


7.如权利要求1所述的设备，其中所述控制工作站包括处理器和存储施工程序的存储器，所述施工程序在由所述处理器执行时至少部分地响应于从所述集成控制装置中的至少一个另一者接收的数据来控制每个集成控制装置。


8.如权利要求1所述的设备，其中所述控制工作站包括处理器和存储施工程序的存储器，所述施工程序在由所述处理器执行时在多个预定操作顺序中的每一者期间控制每个集成控制装置。


9.如权利要求8所述的设备，其中所述多个预定操作顺序包括：
上提单个管件；
进行钻井连接；
建造管件立根；
下入钻铤立根；
起出钻铤立根；
湿起钻；
倒划眼；
使用顶驱将单个管件从井中心移动到猫道；
将管件立根从所述井中心移动到所述猫道；
使用套管钳将套管从所述猫道移动到所述井中心；
使用管件递送臂和下套管工具将套管从所述猫道移动到所述井中心；
使用所述顶驱和所述下套管工具将大直径套管从所述猫道移动到所述井中心；
建造套管立根；以及
在不使用所述下套管工具的情况下下入套管立根。


10.如权利要求9所述的设备，其中所述施工程序在由所述处理器执行时在执行所述预定操作顺序期间通过对所述集成控制装置的控制来控制所述顶驱、绞车、自动卡瓦、顶驱吊卡、铁钻工、钻井液泵送系统、所述猫道、自动排管器、自动指梁和所述管件递送臂。


11.如权利要求8所述的设备，其中所述施工程序能够由人类操作员配置，以允许所述操作员在执行所述预定操作顺序期间选择人类交互水平。


12.如权利要求8所述的设备，其中所述施工程序能够由人类操作员配置，以允许所述操作员在执行所述预定操作顺序期间选择所述IWCS的自动化水平。


13.如权利要求8所述的设备，其中所述施工程序能...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·博特纳，N·奥斯兰，A·约鲁德，C·D·尼尔森，
申请(专利权)人：斯伦贝谢技术有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL