專利名稱：使用于在地下地層中形成開(kāi)孔的鉆頭轉(zhuǎn)向的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及在各種地下地層(諸如含烴地層)中鉆井的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
從地下地層中獲得的烴往往用作能源、原料和消費(fèi)產(chǎn)品。對(duì)可用烴資源枯竭的擔(dān)憂以及對(duì)所生產(chǎn)出的烴的總體質(zhì)量下降的擔(dān)憂引起人們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)對(duì)可用烴資源進(jìn)行更有效開(kāi)采、處理和/或使用的方法。在鉆井操作中，通常將各種監(jiān)視和控制功能分配給鉆井人員。例如，鉆井人員可控制或監(jiān)視鉆井裝置(諸如旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器或滑架驅(qū)動(dòng)器)的位置、收集鉆井流體的樣本以及監(jiān)視振動(dòng)篩。作為另一個(gè)示例，鉆井人員根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)鉆井系統(tǒng)(“搖動(dòng)”鉆柱)，以便調(diào)節(jié)或校正鉆井速率、軌跡或穩(wěn)定性。鉆工可使用操縱桿、手動(dòng)開(kāi)關(guān)或其他手動(dòng)操作設(shè)備來(lái)控制鉆井參數(shù)，并使用計(jì)量?jī)x、儀表、刻度盤、流體樣本、或聽(tīng)得見(jiàn)的警報(bào)來(lái)監(jiān)視鉆井狀況。對(duì)手動(dòng)控制和監(jiān)視的需要可能增加對(duì)地層進(jìn)行鉆進(jìn)的成本。另外，鉆工所進(jìn)行的一些操作可基于來(lái)自鉆井系統(tǒng)的細(xì)小提示(諸如鉆柱的意外振動(dòng))。因?yàn)椴煌@井人員擁有不同的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)、技能和天賦，所以，依靠這樣的手動(dòng)過(guò)程的鉆井性能從一個(gè)地層到另一個(gè)地層或者從一套鉆井裝備到另一套鉆井裝備不可能是可重復(fù)的。另外，一些鉆井操作(無(wú)論是手動(dòng)的還是自動(dòng)的)可能要求例如，當(dāng)從旋轉(zhuǎn)鉆井模式變成滑動(dòng)鉆井模式時(shí)，使鉆頭停止或拉離井底。在這樣的操作期間中止鉆井可降低總進(jìn)展速率和鉆井效率。鉆井系統(tǒng)中的井底鉆具組合往往包括諸如隨鉆測(cè)量(MWD)工具的儀器。來(lái)自井下儀器的數(shù)據(jù)可用于監(jiān)視和控制鉆井操作。提供、操作和維護(hù)這些井下測(cè)量工具可能顯著增加鉆井系統(tǒng)的成本。另外，由于必須將來(lái)自井下儀器的數(shù)據(jù)傳送到地面(諸如通過(guò)泥漿脈沖或周期性電磁傳輸)，井下儀器在鉆井過(guò)程中以周期性的間隔可能僅提供有限“快照”。例如，鉆工在來(lái)自MWD工具的更新之間可能不得不等待20秒鐘或更長(zhǎng)時(shí)間。在更新之間的間隙期間，來(lái)自井下儀器的信息可能變得過(guò)時(shí)，失去其控制鉆井的價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本文所述的實(shí)施例總體涉及在地下地層中自動(dòng)鉆井的系統(tǒng)和方法?！N針對(duì)特定泥漿馬達(dá)評(píng)估馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩與泥漿馬達(dá)兩端壓差之間的關(guān)系的評(píng)估方法包括在地層地表處向鉆柱施加轉(zhuǎn)矩，以使鉆柱以指定鉆柱轉(zhuǎn)速(rpm)在地層中旋轉(zhuǎn)；以指定流速將鉆井流體泵入泥漿馬達(dá)中；以指定壓差操作泥漿馬達(dá)以使鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，從而鉆入地層中；在以指定壓差持續(xù)操作泥漿馬達(dá)的同時(shí)，減小施加在鉆柱上的轉(zhuǎn)矩，從而將鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度降低到目標(biāo)鉆柱速度；在泥漿馬達(dá)處于指定壓差(因此鉆頭持續(xù)鉆井)的同時(shí)，測(cè)量使鉆柱保持目標(biāo)鉆柱速度所需的在地層地表處的鉆柱轉(zhuǎn)矩；以及根據(jù)所測(cè)量的保持轉(zhuǎn)矩和指定壓差來(lái)模擬鉆頭轉(zhuǎn)矩與泥漿馬達(dá)兩端壓差之間的關(guān)系。一種評(píng)估用于在地下地層中形成開(kāi)孔的鉆頭鉆壓的方法包括根據(jù)至少一種分析模型來(lái)評(píng)估鉆頭鉆壓與泥漿馬達(dá)兩端壓差之間的關(guān)系；測(cè)量泥漿馬達(dá)兩端壓差；使用地層地表處的鉆柱轉(zhuǎn)矩的至少一個(gè)測(cè)量結(jié)果來(lái)評(píng)估用于形成開(kāi)孔的鉆頭轉(zhuǎn)矩與用于操作鉆頭的馬達(dá)的兩端壓差之間的關(guān)系；使用分析模型、鉆頭轉(zhuǎn)矩與馬達(dá)兩端壓差之間的評(píng)估關(guān)系、和鉆壓與鉆頭轉(zhuǎn)矩之間的評(píng)估關(guān)系來(lái)評(píng)估鉆頭鉆壓。一種評(píng)估用于在地下地層中形成開(kāi)孔的鉆頭鉆壓的方法包括測(cè)量至少一個(gè)壓力以確定泥漿馬達(dá)兩端壓差；根據(jù)所測(cè)量的壓差確定馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩；測(cè)量鉆柱轉(zhuǎn)矩；測(cè)量離開(kāi)井底的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩；以及根據(jù)測(cè)量結(jié)果中的至少一個(gè)測(cè)量結(jié)果來(lái)確定產(chǎn)生由鉆壓引起的側(cè)向加載轉(zhuǎn)矩所需的鉆壓。 一種評(píng)估用于在地下地層中形成開(kāi)孔的系統(tǒng)中壓力的方法包括評(píng)估鉆頭在地層中的開(kāi)孔內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)時(shí)的基準(zhǔn)壓力；根據(jù)所評(píng)估的基準(zhǔn)壓力來(lái)評(píng)估流體流過(guò)鉆頭的基準(zhǔn)粘度；評(píng)估隨著鉆頭被用于將開(kāi)孔進(jìn)一步鉆到地層中流體流過(guò)鉆頭的流速、密度和粘度；以及根據(jù)流體流過(guò)鉆頭的評(píng)估流速、密度和粘度來(lái)重新評(píng)估基準(zhǔn)壓力。一種自動(dòng)地將用于在地下地層中形成開(kāi)孔的鉆頭放置在正在形成的開(kāi)孔底面上的方法包括將鉆柱中的流速增加到目標(biāo)流速；將進(jìn)入鉆柱中的流體的流速控制成與從開(kāi)孔流出的流體的流速基本相同；使流體壓力達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)；以及使鉆頭以選定進(jìn)展速率自動(dòng)朝著開(kāi)孔底面移動(dòng)，直到所測(cè)量的壓差的一致增加表明鉆頭已處于開(kāi)孔底面。一種自動(dòng)地提升鉆頭離開(kāi)地下地層中的開(kāi)孔底面的方法包括設(shè)置開(kāi)始提升鉆頭時(shí)馬達(dá)兩端壓差的預(yù)定水平；監(jiān)視馬達(dá)兩端壓差；允許泥漿馬達(dá)兩端壓差降低到預(yù)定水平；以及在達(dá)到預(yù)定水平時(shí)，自動(dòng)地提升鉆頭。一種自動(dòng)地檢測(cè)為用于在地下地層中形成開(kāi)孔的鉆頭提供旋轉(zhuǎn)的泥漿馬達(dá)的失速以及對(duì)該失速作出響應(yīng)的方法包括指定在用于操作鉆頭的泥漿馬達(dá)上所允許的最大壓差；當(dāng)所評(píng)估的壓差等于或高于指定最大壓差時(shí)，評(píng)估泥漿馬達(dá)的失速狀況；以及在評(píng)估失速狀況時(shí)，自動(dòng)切斷流向泥漿馬達(dá)的流動(dòng)。一種評(píng)估鉆井的清孔有效性的方法包括確定從井中移出的碎屑的質(zhì)量，其中確定從井中移出的碎屑的質(zhì)量包括測(cè)量進(jìn)入井中的流體的總質(zhì)量；測(cè)量離開(kāi)井的流體的總質(zhì)量；確定離開(kāi)井的流體的總質(zhì)量與進(jìn)入井中的流體的總質(zhì)量之間的差值；確定在井中挖出的巖石的質(zhì)量；以及確定保留在井中的碎屑的質(zhì)量，其中確定保留在井中的碎屑的質(zhì)量包括確定所確定的在井中挖出的巖石的質(zhì)量與所確定的從井中移出的碎屑的質(zhì)量之間的差值。一種監(jiān)視固體處理系統(tǒng)的性能的方法包括監(jiān)視離開(kāi)井的流體的密度和質(zhì)量流速；監(jiān)視返回到井中的流體的密度和質(zhì)量流速；以及將離開(kāi)井的流體的密度與返回到井中的流體的密度進(jìn)行比較。一種控制用于滑動(dòng)鉆井的井底鉆具組合的工具面方向的方法包括使工具面同步，其中使工具面同步包括確定對(duì)于至少一個(gè)時(shí)間點(diǎn)井下工具面的旋轉(zhuǎn)位置與地層地表處的旋轉(zhuǎn)位置之間的關(guān)系；使與井底鉆具組合聯(lián)接的鉆柱停止旋轉(zhuǎn)；控制地表處的鉆柱轉(zhuǎn)矩以便控制工具面的旋轉(zhuǎn)位置；以及開(kāi)始滑動(dòng)鉆井。一種控制用于在地下地層中形成開(kāi)孔的鉆頭的鉆進(jìn)方向的方法包括在旋轉(zhuǎn)鉆井期間改變鉆頭的速度，以使得鉆頭在旋轉(zhuǎn)循環(huán)的第一部分期間處于第一速度而在旋轉(zhuǎn)循環(huán)的第二部分期間處于第二速度，其中第一速度高于第二速度，以及其中在旋轉(zhuǎn)循環(huán)的第二部分中以第二速度操作使得鉆頭改變鉆進(jìn)方向。一種推測(cè)用于在地下地層中形成開(kāi)孔的鉆頭的鉆進(jìn)方向的方法包括在沿著開(kāi)孔的一個(gè)或多個(gè)選定點(diǎn)上評(píng)估鉆頭的深度；估計(jì)至少一個(gè)滑動(dòng)鉆井部段的起點(diǎn)和終點(diǎn)處的方位；以及通過(guò)反向推測(cè)一個(gè)或多個(gè)之前所測(cè)量的深度來(lái)評(píng)估虛擬的測(cè)量深度。一種評(píng)估井眼、在井眼內(nèi)操作的鉆井工具、或用于在地下地層中形成開(kāi)孔的鉆頭的豎直深度的方法包括評(píng)估相對(duì)于井眼、鉆井工具或鉆頭的固定且已知的地點(diǎn)上的靜態(tài)井下壓力；評(píng)估流入井眼中的流體的密度；以及根據(jù)所評(píng)估的井下壓力和所評(píng)估的密度來(lái)評(píng)估鉆頭的豎直深度。一種使鉆頭轉(zhuǎn)向以便在地下地層中形成開(kāi)孔的方法包括利用MWD工具進(jìn)行至少一次勘測(cè)；利用來(lái)自MWD工具的勘測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)建立MWD傳感器的限定路徑；以及結(jié)合MWD工具 的路徑使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)推測(cè)鉆頭的方位和位置。一種使鉆頭轉(zhuǎn)向以便在地下地層中形成開(kāi)孔的方法包括確定相對(duì)于井設(shè)計(jì)的距離；確定相對(duì)于井設(shè)計(jì)的角偏移量，其中相對(duì)于井設(shè)計(jì)的角偏移量是孔的傾角和方位角與其規(guī)劃值之間的差值，其中相對(duì)于井設(shè)計(jì)的至少一個(gè)距離和相對(duì)于井設(shè)計(jì)的至少一個(gè)角偏移量是根據(jù)最后一次勘測(cè)中孔的位置、推測(cè)的鉆頭當(dāng)前地點(diǎn)的位置、和推測(cè)的鉆頭位置而實(shí)時(shí)確定的。一種在地下地層中鉆井期間在井下更新之間估計(jì)井底鉆具組合的工具面的方法包括對(duì)鉆柱進(jìn)行編碼；以校準(zhǔn)模式將鉆柱下入地層中，以便建立鉆柱在地層中扭轉(zhuǎn)的模型；在鉆井操作期間，測(cè)量地層地表處的鉆柱旋轉(zhuǎn)位置；以及根據(jù)地層地表處的鉆柱旋轉(zhuǎn)位置和鉆柱扭轉(zhuǎn)模型來(lái)估計(jì)井底鉆具組合的工具面。在各種實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括處理器和與該處理器聯(lián)接的存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器被配置成存儲(chǔ)處理器可執(zhí)行的程序指令，以便諸如使用上述方法來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鉆井。在各種實(shí)施例中，一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)媒介包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的程序指令，以便諸如使用上述方法來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鉆井。


參考附圖，借助于如下詳細(xì)描述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的，在附圖中圖I和IA示出了按照一個(gè)實(shí)施例用于自動(dòng)地進(jìn)行鉆井操作的帶有控制系統(tǒng)的鉆井系統(tǒng)的不意圖；圖IB示出了包括彎接頭的井底鉆具組合的一個(gè)實(shí)施例；圖2是示出控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖3示出了按照一個(gè)實(shí)施例評(píng)估馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩與泥漿馬達(dá)兩端壓差之間關(guān)系的方法的流程圖；圖4示出了在測(cè)試期間在地層地表處測(cè)量的鉆柱轉(zhuǎn)矩與時(shí)間的關(guān)系以便確定在從旋轉(zhuǎn)鉆井到滑動(dòng)鉆井過(guò)渡時(shí)轉(zhuǎn)矩/壓差關(guān)系的一個(gè)實(shí)施例；圖5是按照一個(gè)實(shí)施例泥漿馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩與馬達(dá)兩端壓差之間關(guān)系的圖線；
圖6示出了按照一個(gè)實(shí)施例使用壓差評(píng)估鉆頭鉆壓的方法的流程圖；圖7示出了使用多個(gè)測(cè)試點(diǎn)建立的關(guān)系的示例；圖8示出了評(píng)估鉆壓和壓差關(guān)系 的方法的流程圖，該鉆壓包括使用地表轉(zhuǎn)矩的測(cè)量結(jié)果來(lái)確定由鉆壓引起的側(cè)向加載轉(zhuǎn)矩；圖8A示出了旋轉(zhuǎn)鉆井的圖示，顯示出測(cè)量轉(zhuǎn)矩和計(jì)算轉(zhuǎn)矩與時(shí)間的關(guān)系；圖9示出了管中的壓差與粘度之間的關(guān)系；圖10示出了按照一個(gè)實(shí)施例檢測(cè)泥漿馬達(dá)的失速并從失速中恢復(fù)過(guò)來(lái)的方法的流程圖；圖11示出了確定清孔有效性的方法的流程圖；圖12示出了按照一個(gè)實(shí)施例使用隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)使工具面同步；圖13示出了使鉆井系統(tǒng)從旋轉(zhuǎn)鉆井過(guò)渡到滑動(dòng)鉆井的方法的流程圖；圖14是隨時(shí)間變化的圖線，示出了每隔一段時(shí)間利用地表調(diào)節(jié)在從旋轉(zhuǎn)鉆井到滑動(dòng)鉆井的過(guò)渡中進(jìn)行調(diào)整；圖15示出了按照一個(gè)實(shí)施例包括滑架移動(dòng)的從旋轉(zhuǎn)鉆井到滑動(dòng)鉆井過(guò)渡的方法的流程圖；圖16示出了在旋轉(zhuǎn)循環(huán)期間改變鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度的一個(gè)鉆井實(shí)施例的方法的流程圖；圖17示出了按照一個(gè)實(shí)施例的多速度旋轉(zhuǎn)循環(huán)的圖表；圖18示出了鉆孔中的鉆柱，對(duì)于該鉆孔，可評(píng)估虛擬的連續(xù)勘測(cè)；圖18A描繪了示出在MWD勘測(cè)之間的滑動(dòng)鉆井的示例的圖表；圖18B是在旋轉(zhuǎn)鉆井模式和滑動(dòng)鉆井模式下鉆井的一個(gè)示例的原始勘測(cè)點(diǎn)的列表;圖18C是包括添加的虛擬勘測(cè)點(diǎn)的勘測(cè)點(diǎn)列表；圖19示出了按照一個(gè)實(shí)施例加入連接段分支(joint lateral)期間的壓力記錄的示例；圖20示出了密度與總豎直深度結(jié)果關(guān)系的示例；圖21示出了示出對(duì)鉆頭進(jìn)行推測(cè)的方法的示圖；圖22是示出鉆孔規(guī)劃和根據(jù)該規(guī)劃鉆出一部分孔的一個(gè)實(shí)施例的圖表；圖23示出了生成轉(zhuǎn)向命令的方法的一個(gè)實(shí)施例；以及圖24示出了用于輸入調(diào)整設(shè)置點(diǎn)的用戶輸入屏幕的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式下述描述總體涉及在地層中鉆井的系統(tǒng)和方法。這樣的地層可被處理成生產(chǎn)烴產(chǎn)品、氫和其他產(chǎn)品。在信號(hào)(諸如磁、電磁、電壓、或其他電信號(hào)或磁信號(hào))的語(yǔ)境下的“連續(xù)”或“連續(xù)地”包括連續(xù)信號(hào)和在選定時(shí)間段內(nèi)重復(fù)脈沖化的信號(hào)。連續(xù)信號(hào)可以以規(guī)則間隔或不規(guī)則間隔進(jìn)行發(fā)送或接收?！傲黧w”可以是但不限于氣體、液體、乳液、漿狀物和/或具有與液體流動(dòng)相似的流動(dòng)特性的固體顆粒流。
“流體壓力”是由地層中的流體生成的壓力?！皫r石靜壓”(有時(shí)稱為“巖石靜應(yīng)力”)是地層中等于上覆巖體的單位面積重量的壓力?！傲黧w靜壓”是流體柱施加在地層中的壓力?！暗貙印卑ㄒ粋€(gè)或多個(gè)含烴層、一個(gè)或多個(gè)非烴層、上覆巖層、和下伏巖層?！盁N層”指的是地層中包含烴的層。烴層可能包括非烴物質(zhì)和烴物質(zhì)?！吧细矌r層”和/或“下伏巖層”包括一種或多種不同類型的不能透過(guò)性物質(zhì)。例如，上覆巖層和/或下伏巖層可包括巖石、頁(yè)巖、泥巖、和潮濕/致密的碳酸鹽?！暗貙恿黧w”指的是存在于地層中的流體，可包括熱解流體、合成氣體、流動(dòng)的烴、和水(蒸汽)。地層流體可包括烴流體以及非烴流體。術(shù)語(yǔ)“流動(dòng)的流體”指的是含烴地層中能夠由于地層的熱處理而流動(dòng)的流體。“產(chǎn)出流體”指的是從地層中移出的流體。層的“厚度”指的是層的橫截面的厚度，其中橫截面與該層的面垂直。
除非另有規(guī)定，“粘度”指的是在40° C下的運(yùn)動(dòng)學(xué)粘度。粘度如通過(guò)ASTM方法D445確定。術(shù)語(yǔ)“井眼”指的是地層中通過(guò)鉆井或?qū)⒐艿啦迦氲貙又兴纬傻目?。井眼可能具有大致圓形的橫截面，或其他橫截面形狀。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“井”和“開(kāi)孔”在指地層中的開(kāi)孔時(shí)，可與術(shù)語(yǔ)“井眼”互換使用。在一些實(shí)施例中，自動(dòng)進(jìn)行地層中的一些或所有鉆井操作。在某些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)可經(jīng)由直接測(cè)量和模型匹配來(lái)執(zhí)行通常分配給鉆工的監(jiān)視功能。在某些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)可被編程成包括模仿來(lái)自鉆工的控制信號(hào)(例如，來(lái)自操縱桿和手動(dòng)開(kāi)關(guān)的控制輸入)的控制信號(hào)。在一些實(shí)施例中，由無(wú)人勘測(cè)系統(tǒng)和綜合轉(zhuǎn)向邏輯提供軌跡控制。圖I示出了按照一個(gè)實(shí)施例用于自動(dòng)地進(jìn)行鉆井操作的帶有控制系統(tǒng)的鉆井系統(tǒng)的示意圖。鉆井系統(tǒng)100設(shè)置在地層102上。鉆井系統(tǒng)100包括鉆井平臺(tái)104、泵108、鉆柱110、井底鉆具組合112和控制系統(tǒng)114。鉆柱110由一系列鉆桿116組成，隨著在地層102中鉆出井117，鉆桿依次加到鉆柱110中。鉆井平臺(tái)104包括滑架118、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)120和鉆桿管理系統(tǒng)122。操作鉆井平臺(tái)104可鉆出井117以及將鉆柱110和井底鉆具組合112推進(jìn)到地層104中。在鉆柱110的外部與井117的側(cè)面之間可形成環(huán)形開(kāi)孔126。在井117中可設(shè)置套管124。如圖I所描繪的，套管124可設(shè)置在井117的整個(gè)長(zhǎng)度上或設(shè)置在井117的一部分上。井底鉆具組合112包括鉆鋌130、泥漿馬達(dá)132、鉆頭134和隨鉆測(cè)量(MWD)工具136。鉆頭134可由泥漿馬達(dá)132驅(qū)動(dòng)。泥漿馬達(dá)132可由流過(guò)泥漿馬達(dá)的鉆井流體驅(qū)動(dòng)。鉆頭134的速度可近似地與泥漿馬達(dá)132兩端壓差成比例。如本文所使用的，“泥漿馬達(dá)兩端壓差”可以指流入泥漿馬達(dá)中的流體與從泥漿馬達(dá)流出的流體之間的壓差。鉆井流體在本文中可以指“泥漿”。在一些實(shí)施例中，將鉆頭134和/或泥漿馬達(dá)132安裝在井底鉆具組合112的彎接頭上。彎接頭可以使鉆頭定向成相對(duì)于井底鉆具組合112的方位和/或鉆柱110的端部成一角度(偏離軸線)。彎接頭可例如用于井的定向鉆進(jìn)。圖IB示出了包括彎接頭的井底鉆具組合的一個(gè)實(shí)施例。沿鉆進(jìn)方向可安放彎接頭133，該鉆進(jìn)方向相對(duì)于井底鉆具組合和/或井眼的軸線方向成一角度。MWD工具136可包括用于測(cè)量鉆井系統(tǒng)100、井117和/或地層102中的特性的各個(gè)傳感器?？赏ㄟ^(guò)MWD工具測(cè)量的特性的示例包括天然Y射線、方位(傾角和方位角)、工具面、鉆孔壓力和溫度。MWD工具可通過(guò)泥漿脈沖、電磁遙測(cè)或任何其他數(shù)據(jù)傳輸形式(諸如聲學(xué)或帶電線的鉆桿)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降乇?。在一些?shí)施例中，MWD工具可以與井底鉆具組合和/或泥漿馬達(dá)間隔開(kāi)。在一些實(shí)施例中，泵108使鉆井流體循環(huán)通過(guò)泥漿輸送管線137、鉆柱110的中心通道138、通過(guò)泥漿馬達(dá)132、通過(guò)鉆柱110的外部與井117的側(cè)壁之間的環(huán)形開(kāi)孔126向上返回到地層地表(如圖IA所示)。泵108包括壓力傳感器150、吸入流量計(jì)152和返回流量計(jì)154。壓力傳感器150可用于測(cè)量鉆井系統(tǒng)100中流體的壓力。在一個(gè)實(shí)施例中，壓力傳感器150之一測(cè)量立管壓力。流量計(jì)152和154可測(cè)量流入鉆柱110中和從鉆柱110流出的流體的質(zhì)量。鉆井系統(tǒng)的控制系統(tǒng)可包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一般說(shuō)來(lái)，術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”可以指具有處理器的任何設(shè)備，該處理器執(zhí)行來(lái)自存儲(chǔ)介質(zhì)的指令。如本文所使用的，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可包括處理器、服務(wù)器、微控制器、微型計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制器(PLC)、專用集成電路和其他可編程電路，這些術(shù)語(yǔ)在本文中可互換使用。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常包括諸如CPU的部件以及相關(guān)存儲(chǔ)介質(zhì)。存儲(chǔ)介質(zhì)可存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序的程序指令。程序指令可由CPU執(zhí)行。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可進(jìn)一步地包括諸如監(jiān)視器的顯示設(shè)備；諸如鍵盤的字母數(shù)字輸入設(shè)備；和諸如鼠標(biāo)或操縱桿的方向輸入設(shè)備。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可包括存儲(chǔ)介質(zhì)，在該存儲(chǔ)介質(zhì)上可存儲(chǔ)按照各個(gè)實(shí)施例的計(jì)算機(jī)程序。術(shù)語(yǔ)“存儲(chǔ)介質(zhì)”旨在包括安裝介質(zhì)、CD-ROM、諸如DRAM、SRAM、ED0 RAM,Rambus RAM等的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)器、或諸如磁介質(zhì)(例如，硬盤驅(qū)動(dòng)器或光存儲(chǔ)體)的永久性存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)介質(zhì)還可包括其他類型的存儲(chǔ)器或它們的組合。另外，存儲(chǔ)介質(zhì)可位于執(zhí)行程序的第一計(jì)算機(jī)中，或者可位于不同的第二計(jì)算機(jī)中，該第二計(jì)算機(jī)經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)與第一計(jì)算機(jī)連接。在后一種情況下，第二計(jì)算機(jī)可將程序指令提供給第一計(jì)算機(jī)以用于執(zhí)行。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可采取各種形式，諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、個(gè)人數(shù)字助理(“PDA”)、電視系統(tǒng)或其他設(shè)備。存儲(chǔ)介質(zhì)可存儲(chǔ)軟件程序，或者可存儲(chǔ)可操作以執(zhí)行用于處理保險(xiǎn)索賠的方法的程序。一個(gè)或多個(gè)軟件程序可以以各種方式實(shí)現(xiàn)，包括但不限于基于過(guò)程技術(shù)、基于部件 技術(shù)和/或面向?qū)ο蠹夹g(shù)等。例如，如果需要的話，軟件程序可使用JavaictiveX控件、C++對(duì)象、JavaBeans、微軟基礎(chǔ)類(“MFC”)、基于瀏覽器應(yīng)用程序(例如，Java小應(yīng)用程序)、傳統(tǒng)程序、或其他技術(shù)或方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。CPU(諸如執(zhí)行代碼和來(lái)自存儲(chǔ)介質(zhì)的數(shù)據(jù)的主機(jī)CPU)可包括創(chuàng)建和執(zhí)行軟件程序或按照本文所述的實(shí)施例的程序的裝置。圖2是示出控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。控制系統(tǒng)114可實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備的控制、接收傳感器數(shù)據(jù)以及進(jìn)行計(jì)算。在一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)的可編程邏輯控制器(“PLC”)實(shí)現(xiàn)如下子程序啟動(dòng)；將鉆頭下降到井底；開(kāi)始鉆井；監(jiān)視鉆井；從旋轉(zhuǎn)鉆井開(kāi)始滑動(dòng)；保持工具面和滑動(dòng)鉆井；從滑動(dòng)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)鉆井；停止鉆井；以及將鉆柱升聞到結(jié)束位置。每個(gè)子程序都可基于用戶定義設(shè)置點(diǎn)和各種軟件例程的輸出進(jìn)行控制。一旦形成鉆桿的每次連接，就可將控制交給控制系統(tǒng)的PLC。鉆井操作可包括旋轉(zhuǎn)鉆井、滑動(dòng)鉆井和它們的組合。一般說(shuō)來(lái)，旋轉(zhuǎn)鉆井可遵循相對(duì)直的路徑，而滑動(dòng)鉆井可遵循相對(duì)彎曲的路徑。在一些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)鉆井I旲式和滑動(dòng)鉆井模式可結(jié)合使用以實(shí)現(xiàn)指定軌跡。可監(jiān)視的各種參數(shù)包括泥漿馬達(dá)失速檢測(cè)和恢復(fù)、地表推力界限、泥漿流入/流出平衡、轉(zhuǎn)矩、鉆壓、立管壓力穩(wěn)定性、頂部驅(qū)動(dòng)器位置、鉆進(jìn)速率和轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定性。PLC可對(duì)這些參數(shù)中的任一個(gè)或所有自動(dòng)作出超范圍狀況響應(yīng)。在某些實(shí)施例中，地層中的開(kāi)孔只使用旋轉(zhuǎn)鉆井形成(沒(méi)有滑動(dòng)鉆井)?？刂沏@井參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)傾角。在某些實(shí)施例中，降斜(dropping)是通過(guò)提高泥楽;流速而降低鉆進(jìn)速率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而增斜(build)是通過(guò)將降低每分鐘轉(zhuǎn)速(RPM)、降低流量和提高鉆進(jìn)速率相組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在某些實(shí)施例中，鉆井系統(tǒng)包括集成自動(dòng)化鉆桿管理器。集成自動(dòng)化的鉆桿管理器可允許鉆井系統(tǒng)自動(dòng)鉆出所有部段。諸如鉆井流體、燃料和廢物清除的服務(wù)可被保留。
PLC可自動(dòng)控制這些參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)。在一些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)提供鉆井所需的一套工程計(jì)算?？梢詾槔缈睖y(cè)、規(guī)劃井、定向鉆井、轉(zhuǎn)矩和拖曳以及液壓提供工程模型。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)從鉆機(jī)裝備傳感器、泥漿裝備傳感器和MWD接收的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并經(jīng)由數(shù)據(jù)庫(kù)(諸如SQL服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù))報(bào)告給控制系統(tǒng)。計(jì)算結(jié)果可用于在進(jìn)行鉆井時(shí)監(jiān)視和控制鉆機(jī)裝備。在一些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)包括圖表用戶界面。圖表用戶界面可顯示各種鉆井參數(shù)以及允許輸入各種鉆井參數(shù)。圖表用戶界面屏幕可在程序正運(yùn)行和接收數(shù)據(jù)時(shí)不斷地更新。顯示可包括諸如下述信息-井眼和鉆柱的當(dāng)前深度、壓力和轉(zhuǎn)矩、和底部鉆具組合(BHA)性能分析，該性能分析提供鉆井滑動(dòng)和旋轉(zhuǎn)間隔的定向性能總結(jié)；-最后勘測(cè)位置的位置、孔的當(dāng)前端部、代表與孔的端部最接近點(diǎn)的規(guī)劃井的點(diǎn)、和最后推測(cè)的距規(guī)劃井距離的位置的總結(jié)。這些都可表示成勘測(cè)位置，從而顯示出每個(gè)位置處的深度、傾角、方位角和真正的豎直深度；以及-孔的端部與規(guī)劃井之間的距離和方向以及當(dāng)前鉆井狀態(tài)和方向調(diào)整結(jié)果。在一些鉆井操作中，進(jìn)行測(cè)試以校準(zhǔn)儀器并且確定各種參數(shù)和特性之間的關(guān)系。例如，在鉆井操作開(kāi)始時(shí)，可進(jìn)行鉆井啟動(dòng)測(cè)試以確定流速與壓力之間的關(guān)系等。但是，校準(zhǔn)測(cè)試期間的狀況不可能精確反映出鉆井期間實(shí)際遇到的狀況。結(jié)果，來(lái)自一些常用校準(zhǔn)測(cè)試的數(shù)據(jù)可能不足以有效地控制鉆井。而且，一些現(xiàn)有校準(zhǔn)測(cè)試未提供足夠精確的信息以優(yōu)化性能(諸如最佳鉆進(jìn)速率或定向控制)或應(yīng)付在鉆井期間可能引起的不利狀態(tài)(諸如泥漿馬達(dá)的失速)。在一些實(shí)施例中，針對(duì)特定泥漿馬達(dá)，評(píng)估馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩與泥漿馬達(dá)兩端壓差之間的關(guān)系。所評(píng)估的關(guān)系可用于控制使用泥漿馬達(dá)的鉆井操作。圖3示出了按照一個(gè)實(shí)施例評(píng)估馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩與泥漿馬達(dá)兩端壓差之間的關(guān)系。在步驟160中，在地層地表處向鉆柱施加轉(zhuǎn)矩，使鉆柱以指定鉆柱轉(zhuǎn)速(rpm)在地層中旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，可使鉆柱旋轉(zhuǎn)以特別地用于進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)試，以便如圖3所述地評(píng)估馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩與壓差之間的關(guān)系。在其他實(shí)施例中，在開(kāi)始校準(zhǔn)的時(shí)候，鉆柱可能已經(jīng)在旋轉(zhuǎn)，作為一部分地層的旋轉(zhuǎn)鉆井的一部分。在步驟162中，以指定流速將鉆井流體泵送到泥漿馬達(dá)中，以使鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)而鉆入地層中。在步驟164中，以指定壓差(可與鉆井流體的流速成比例)操作泥漿馬達(dá)，以使鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)而鉆入地層中。在步驟166中，在以指定壓差持續(xù)操作泥漿馬達(dá)的同時(shí)，減小所施加的鉆柱轉(zhuǎn)矩以將鉆柱轉(zhuǎn)速降低到零。轉(zhuǎn)矩的減小可通過(guò)降低鉆井系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的速度來(lái)實(shí)現(xiàn)。在步驟168中，測(cè)量在地層地表處鉆柱上的保持轉(zhuǎn)矩。保持轉(zhuǎn)矩可以是在泥漿馬達(dá)處于指定壓差(因此鉆頭持續(xù)鉆井)時(shí)使鉆柱保持零鉆柱速度所需的轉(zhuǎn)矩。在步驟170中，基于所測(cè)量的保持轉(zhuǎn)矩和指定壓差建立鉆頭轉(zhuǎn)矩與泥漿馬達(dá)兩端壓差之間關(guān)系的模型。在某些實(shí)施例中，假設(shè)鉆頭的轉(zhuǎn)矩是由泥漿馬達(dá)壓差指示的值。圖4示出了在測(cè)試期間所測(cè)量的地層地表處的鉆柱轉(zhuǎn)矩與時(shí)間的關(guān)系以便確定在從旋轉(zhuǎn)鉆井到滑動(dòng)鉆井過(guò)渡時(shí)轉(zhuǎn)矩/壓差關(guān)系的一個(gè)實(shí)施例。曲線176繪出了鉆柱轉(zhuǎn)矩與時(shí)間的關(guān)系。最初，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器可以使鉆柱轉(zhuǎn)動(dòng)，以使得所測(cè)量的地層地表處轉(zhuǎn)矩處于 相對(duì)穩(wěn)定水平(在本示例中，大約5，500ft-lb (英尺-磅)。在位置178處,使旋轉(zhuǎn)慢下來(lái)。隨著鉆柱慢下來(lái)，鉆柱轉(zhuǎn)矩下降。在位置180處，轉(zhuǎn)矩可達(dá)到相應(yīng)穩(wěn)定值(在本示例中，大約650ft-lb)。地表處的轉(zhuǎn)矩將降低到等于泥漿馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩。因此，在位置180處在地表處的轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩讀數(shù)可接近泥漿馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩。鉆頭轉(zhuǎn)矩與泥漿馬達(dá)兩端壓差的關(guān)系可以是線性關(guān)系。圖5是按照一個(gè)實(shí)施例泥漿馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩與馬達(dá)兩端壓差之間的關(guān)系的圖線。曲線182示出了本示例中鉆頭轉(zhuǎn)矩與壓差之間的關(guān)系。在一些實(shí)施例中，使用兩點(diǎn)建立線性關(guān)系第一點(diǎn)是[轉(zhuǎn)矩=指定壓差時(shí)的保持轉(zhuǎn)矩，壓差=指定壓差]，以及第二點(diǎn)是[轉(zhuǎn)矩=0，壓差=0]。由于可以假設(shè)[轉(zhuǎn)矩=0，壓差=0]而無(wú)需進(jìn)行測(cè)試，所以，線性關(guān)系可只用一個(gè)測(cè)試點(diǎn)(即，[轉(zhuǎn)矩=指定壓差時(shí)的保持轉(zhuǎn)矩，壓差=指定壓差])進(jìn)行確定。為了進(jìn)行比較，圖5包括了馬達(dá)標(biāo)準(zhǔn)曲線184。馬達(dá)標(biāo)準(zhǔn)曲線184代表制造商的馬達(dá)標(biāo)準(zhǔn)曲線，其可能通?？雌饋?lái)象對(duì)泥漿馬達(dá)進(jìn)行測(cè)試而得出的曲線182的曲線。在一些實(shí)施例中，在測(cè)量保持轉(zhuǎn)矩之前使鉆柱解扭轉(zhuǎn)(unwind)。再次參照?qǐng)D4，曲線186示出了在鉆柱解扭轉(zhuǎn)時(shí)井底鉆具組合的取向。該圖線示出了在地表處鉆柱RPM是零時(shí)轉(zhuǎn)矩與BHA工具面滾轉(zhuǎn)之間的關(guān)系。在鉆頭在井底鉆井的情況下，當(dāng)鉆桿RPM被設(shè)置成零時(shí)，鉆柱所具有的轉(zhuǎn)矩使BHA向右旋轉(zhuǎn)，直到地表處的鉆柱轉(zhuǎn)矩與試圖使BHA朝著相反方向旋轉(zhuǎn)的來(lái)自馬達(dá)的反作用轉(zhuǎn)矩平衡。因此，在點(diǎn)188處，隨著旋轉(zhuǎn)鉆井的旋轉(zhuǎn)停止，鉆柱處于0°的右滾轉(zhuǎn)。隨著時(shí)間的流逝，鉆柱解扭轉(zhuǎn)，直到鉆柱在190處達(dá)到穩(wěn)定水平(在本示例中，大約750°，2. I圈)。在BHA滾轉(zhuǎn)穩(wěn)定時(shí)，地表轉(zhuǎn)矩測(cè)量結(jié)果可以是馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩的直接測(cè)量值。在一個(gè)示例中，解扭轉(zhuǎn)可能花費(fèi)大約2. 5分鐘。在一些實(shí)施例中，周期性地重復(fù)測(cè)試以評(píng)估鉆頭轉(zhuǎn)矩與泥漿馬達(dá)兩端壓差之間的關(guān)系。該測(cè)試可例如用于隨著鉆井在地層中推進(jìn)而檢查馬達(dá)性能。另外，可在發(fā)生滑動(dòng)鉆井且地表轉(zhuǎn)矩已經(jīng)穩(wěn)定的任何時(shí)刻進(jìn)行測(cè)試。泥漿馬達(dá)兩端壓差可直接測(cè)量，或根據(jù)其他測(cè)量特性估計(jì)。在一些實(shí)施例中，根據(jù)立管壓力讀數(shù)估計(jì)泥漿馬達(dá)兩端壓差。可周期性地進(jìn)行“歸零”以便使所獲得的“離開(kāi)井底”立管壓力測(cè)量結(jié)果的誤差最小。在其他實(shí)施例中，泥漿馬達(dá)兩端壓差可通過(guò)計(jì)算離開(kāi)井底的循環(huán)壓力并將其與實(shí)際立管壓力相比較來(lái)建立。在一些實(shí)施例中，作為一種診斷工具，監(jiān)視多個(gè)鉆壓計(jì)算。在一個(gè)實(shí)施例中，自動(dòng)監(jiān)視這些值。例如，控制系統(tǒng)可監(jiān)視狀況且評(píng)估(1)當(dāng)前表面張力一離開(kāi)井底表面張力；
(2)使用表面張力和離開(kāi)井底摩擦系數(shù)的轉(zhuǎn)矩和曳力模型鉆壓(“W0B”)；(3)使用轉(zhuǎn)矩和離開(kāi)井底摩擦系數(shù)的轉(zhuǎn)矩和曳力模型鉆壓；以及(4)鉆井啟動(dòng)測(cè)試WOB與馬達(dá)壓差之間的關(guān)系O在一些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)可包括用于根據(jù)上述評(píng)估結(jié)果的不同子集來(lái)控制鉆井的邏輯。例如，如果滑動(dòng)鉆井，則上面的方法I和3可能無(wú)效。如果在滑動(dòng)鉆井期間，BHA掛起，則方法2也可能變成無(wú)效的(方法2可能例如讀數(shù)過(guò)大，因?yàn)椴⒎撬兄亓慷紓鬟f到鉆頭)。在一些實(shí)施例中，監(jiān)視邏輯可能基于上面在給出的方法中的兩種或更多種之間的一種或多種比較。監(jiān)視邏輯的一個(gè)示例是“如果在滑動(dòng)鉆井期間，方法4與方法2相差大于(用戶設(shè)置點(diǎn)％)，則檢測(cè)到“掛起”。作為另一個(gè)示例，如果在旋轉(zhuǎn)鉆井期間，來(lái)自評(píng)估方法3的鉆壓比評(píng)估方法2大大于(用戶設(shè)置點(diǎn)％)，則自動(dòng)化系統(tǒng)可報(bào)告檢測(cè)到“使鉆柱旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩過(guò)大”的狀況。在一些實(shí)施例中，可降低ROP或鉆柱RPM，直到鉆壓評(píng)估結(jié)果回到容許范圍 內(nèi)。在某些實(shí)施例中，在自動(dòng)鉆井過(guò)程中使用機(jī)械特定能量(“MSE”)計(jì)算。在上述情況下，例如，“使鉆柱旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩過(guò)大”可登記成高M(jìn)SE。在一個(gè)實(shí)施例中，使用泥漿馬達(dá)兩端壓差來(lái)評(píng)估用于在地下地層中形成開(kāi)孔的鉆壓。圖6示出了按照一個(gè)實(shí)施例使用壓差來(lái)估計(jì)鉆壓。在步驟200中，建立用于形成開(kāi)孔的鉆壓與用于操作鉆頭的馬達(dá)兩端壓差之間的關(guān)系。在某些實(shí)施例中，如上面結(jié)合圖4所述的，使用地層地表處的鉆柱轉(zhuǎn)矩的測(cè)量結(jié)果來(lái)建立該關(guān)系。在步驟202中，建立鉆壓與馬達(dá)壓差關(guān)系的模型。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)大鉤負(fù)載差方法來(lái)建立鉆壓模型。在另一個(gè)實(shí)施例中，鉆壓基于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和曳力模型，例如，可使用鉆壓的由鉆頭引起的側(cè)向加載轉(zhuǎn)矩估計(jì)。在步驟204中，在鉆井操作期間，測(cè)量馬達(dá)兩端壓差。在步驟206中，使用在步驟202中建立的模型來(lái)估計(jì)鉆壓。在給定巖性下鉆井時(shí)，如上所述評(píng)估的鉆壓與馬達(dá)壓差(鉆頭轉(zhuǎn)矩)之間的關(guān)系可保持有效。在一些實(shí)施例中，針對(duì)在鉆井操作過(guò)程中所得到的多個(gè)壓差讀數(shù)來(lái)評(píng)估鉆壓。數(shù)據(jù)點(diǎn)可被曲線擬合以便根據(jù)所測(cè)量的壓差連續(xù)估計(jì)鉆壓。曲線擬合可限定出鉆壓與壓差之間的線性關(guān)系。在一個(gè)實(shí)施例中，在一次或多次鉆井啟動(dòng)測(cè)試期間得到壓差讀數(shù)。圖7示出了使用多個(gè)測(cè)試點(diǎn)建立的關(guān)系的示例。點(diǎn)210可被曲線擬合以得出線性關(guān)系212。在一些實(shí)施例中，在鉆柱體處于鉆井套管內(nèi)時(shí)進(jìn)行鉆壓與壓差關(guān)系的測(cè)試。當(dāng)鉆柱體處于鉆井套管內(nèi)時(shí)，使用“大鉤負(fù)載差”方法或動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和曳力模型所測(cè)量的鉆壓可能相對(duì)精確，這是因?yàn)榭梢允孤阊勰Σ料禂?shù)的不確定性最小。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)鉆柱第一次從套管中出來(lái)鉆到地層中時(shí)進(jìn)行測(cè)試。在一些實(shí)施例中，在井的水平部段中確定鉆壓/壓差關(guān)系。在地層的鉆壓評(píng)估的一些實(shí)施例中，使用鉆柱處于地層中時(shí)所獲得的轉(zhuǎn)矩測(cè)量結(jié)果來(lái)估計(jì)與鉆壓增加相關(guān)聯(lián)的側(cè)向負(fù)載增量。例如，轉(zhuǎn)矩測(cè)量結(jié)果可用于使用轉(zhuǎn)矩和曳力模型來(lái)求解未知鉆壓。在一個(gè)實(shí)施例中，在每個(gè)連接段上，例如，每當(dāng)作為鉆井啟動(dòng)測(cè)試的一部分開(kāi)始鉆井時(shí)，進(jìn)行測(cè)量并評(píng)估鉆壓。在某些實(shí)施例中，假設(shè)摩擦系數(shù)是恒定的。
圖8示出了評(píng)估鉆壓關(guān)系，該評(píng)估鉆壓關(guān)系包括使用地表轉(zhuǎn)矩和壓差的測(cè)量結(jié)果來(lái)確定由鉆壓引起的側(cè)向加載轉(zhuǎn)矩。在步驟214中，在鉆井時(shí)測(cè)量壓力以便確定泥漿馬達(dá)兩端壓差。該測(cè)量例如可以如上面結(jié)合圖3所述。在步驟216中，根據(jù)壓差來(lái)確定馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩。在一些實(shí)施例中，假設(shè)鉆頭轉(zhuǎn)矩和馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩是相同的。鉆頭轉(zhuǎn)矩的確定例如可以如上面結(jié)合圖3所述。在步驟218中，在鉆井期間可測(cè)量地表處的鉆柱轉(zhuǎn)矩。地表處的鉆柱轉(zhuǎn)矩可利用地層地表處的儀器直接測(cè)量。在步驟220中，測(cè)量離開(kāi)井底旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。在一些實(shí)施例中，使用控制系統(tǒng)自動(dòng)取樣離開(kāi)井底旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。在步驟222中，根據(jù)轉(zhuǎn)矩測(cè)量結(jié)果和估計(jì)值來(lái)確定由鉆壓引起的側(cè)向負(fù)載。在一個(gè)實(shí)施例中，使用如下公式確定由鉆壓引起的轉(zhuǎn)矩增量
由鉆壓引起的側(cè)向加載轉(zhuǎn)矩=地表轉(zhuǎn)矩(在鉆井期間)_馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩-離開(kāi)井底旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。在步驟224中，根據(jù)離開(kāi)井底旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)來(lái)確定離開(kāi)井底摩擦系數(shù)。鉆壓和鉆頭轉(zhuǎn)矩兩者都可以為零。在步驟226中，確定引起由鉆壓引起的側(cè)向加載轉(zhuǎn)矩所需的鉆壓。鉆壓基于使用在步驟224中所確定的離開(kāi)井底摩擦系數(shù)的轉(zhuǎn)矩和曳力模型。圖8A示出了旋轉(zhuǎn)鉆井的顯示出測(cè)量轉(zhuǎn)矩和計(jì)算轉(zhuǎn)矩與時(shí)間關(guān)系的圖。曲線231示出了立管壓力。曲線232示出了馬達(dá)轉(zhuǎn)矩?？筛鶕?jù)壓差校準(zhǔn)來(lái)確定馬達(dá)轉(zhuǎn)矩。曲線233示出了所測(cè)量的地表轉(zhuǎn)矩。曲線234示出了由鉆壓引起的側(cè)向加載轉(zhuǎn)矩。由鉆壓引起的側(cè)向加載轉(zhuǎn)矩可如上面結(jié)合圖8所述地進(jìn)行計(jì)算。曲線235示出了鉆柱轉(zhuǎn)矩。鉆柱轉(zhuǎn)矩可以是地表轉(zhuǎn)矩與馬達(dá)轉(zhuǎn)矩之差。曲線236示出了離開(kāi)井底的地表轉(zhuǎn)矩。在一些實(shí)施例中，將泵馬達(dá)兩端的壓差用作主要控制變量來(lái)進(jìn)行自動(dòng)鉆井操作。在一些實(shí)施例中，如上面結(jié)合圖3所述的，使用地層地表處的鉆柱轉(zhuǎn)矩的測(cè)量結(jié)果來(lái)建立泵馬達(dá)兩端壓差與輸出馬達(dá)轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系?？刂葡到y(tǒng)可自動(dòng)監(jiān)視諸如泥漿流速、鉆壓和地表轉(zhuǎn)矩的狀況。在一個(gè)實(shí)施例中，只要滿足預(yù)定條件，自動(dòng)控制系統(tǒng)就通過(guò)提高鉆柱向前運(yùn)動(dòng)到鉆孔中的速率來(lái)查找目標(biāo)壓差。預(yù)定條件可以例如是不能超過(guò)的用戶定義設(shè)置點(diǎn)或范圍。設(shè)置點(diǎn)的示例包括鉆壓在最大鉆壓(用戶設(shè)置點(diǎn))范圍內(nèi)、地表轉(zhuǎn)矩在最大轉(zhuǎn)矩(用戶設(shè)置點(diǎn))范圍內(nèi)、泥漿流速下降到在目標(biāo)流速以下(用戶設(shè)置點(diǎn))、轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定性超過(guò)(用戶設(shè)置點(diǎn))、流出速率與流入速率相差大于(用戶設(shè)置點(diǎn))、檢測(cè)到失速、檢測(cè)到掛起、檢測(cè)到鉆井轉(zhuǎn)矩過(guò)大、立管壓力與所計(jì)算的循環(huán)壓力相差大于(用戶設(shè)置點(diǎn))。在一個(gè)實(shí)施例中，目標(biāo)壓差是250psi (磅每平方英寸)。在一個(gè)實(shí)施例中，定向鉆井包括通過(guò)提高泥漿流速降斜和通過(guò)降低RPM和/或流量增斜。在一些實(shí)施例中，調(diào)整旋轉(zhuǎn)鉆井參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)分支的傾角調(diào)整軌跡控制(例如，無(wú)需求助于滑動(dòng)鉆井)。在個(gè)實(shí)施例中，逐步地將PLC中的各個(gè)子程序鏈接在一起，以便能夠利用旋轉(zhuǎn)鉆井和滑動(dòng)鉆井的組合來(lái)自主地鉆出所有連接段。在某些實(shí)施例中，在滑動(dòng)鉆井之前，使鉆頭保持在井底以及使鉆頭低轉(zhuǎn)速鉆井，以使BHA工具面與表面位置同步。這可使PLC將BHA停在工具面目標(biāo)上并在滑動(dòng)模式下繼續(xù)鉆井，而無(wú)需停止鉆井或提升鉆頭離開(kāi)井底。
在一些實(shí)施例中，實(shí)時(shí)運(yùn)行轉(zhuǎn)矩、曳力、鉆柱扭轉(zhuǎn)和液壓模型。在以高鉆進(jìn)速率(ROP)鉆井的同時(shí)，該模型可估計(jì)鉆柱中的扭轉(zhuǎn)以及生成連續(xù)的工具面估計(jì)結(jié)果以支持自主控制系統(tǒng)。在某些實(shí)施例中，該模型可在任何時(shí)候生成輸出扭轉(zhuǎn)值，并填補(bǔ)井下更新之間的空隙?？捎?jì)算具有所需精度的液壓壓力以獲得馬達(dá)轉(zhuǎn)矩。例如，還可以出于機(jī)械特定能量(“MSE”)分析目的獲取鉆壓。在一些實(shí)施例中，可根據(jù)測(cè)試測(cè)量結(jié)果來(lái)確定摩擦系數(shù)。例如，可根據(jù)在地表處測(cè)量的馬達(dá)輸出和轉(zhuǎn)矩來(lái)建立摩擦系數(shù)。在輸入諸如RPM、R0P、地表旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、地表大鉤負(fù)載的鉆井參數(shù)的情況下，可計(jì)算鉆頭轉(zhuǎn)矩。通過(guò)將馬達(dá)轉(zhuǎn)矩值與所計(jì)算的鉆頭轉(zhuǎn)矩進(jìn)行匹配，可確定裸眼摩擦系數(shù)(例如，通過(guò)迭代來(lái)確定轉(zhuǎn)矩匹配處的摩擦系數(shù)值)。在一些實(shí)施例中，例如，通過(guò)使用在鉆柱的離開(kāi)井底運(yùn)動(dòng)期間自動(dòng)測(cè)量的裸眼摩擦系數(shù)來(lái)獲取鉆壓、沿著鉆柱的轉(zhuǎn)矩以及鉆柱扭轉(zhuǎn)值。在某些實(shí)施例中，如果摩擦系數(shù)等于或低于指定最小值(諸如O. 2)，或者等于或高于指定最大值(比如O. 7)，則可停止鉆井，進(jìn)行故障排除。一旦預(yù)定井下鉆壓和馬達(dá)轉(zhuǎn)矩是可用的，則可計(jì)算出、繪出和顯示出作為鉆壓的函數(shù)的轉(zhuǎn)矩。在某些實(shí)施例中，確定和顯示MSE曲線。使用諸如所計(jì)算的WOB的計(jì)算值可自 動(dòng)進(jìn)行鉆井。在一些實(shí)施例中，摩擦系數(shù)可隨著進(jìn)行鉆井而重新計(jì)算，并用于自動(dòng)鉆井中。在一個(gè)實(shí)施例中，評(píng)估用于在地下地層中形成開(kāi)孔的壓力的方法包括測(cè)量鉆頭在地層中的開(kāi)孔中自由旋轉(zhuǎn)時(shí)的基準(zhǔn)壓力?；跍y(cè)量的基準(zhǔn)壓力來(lái)評(píng)估流體流過(guò)鉆頭的基準(zhǔn)粘度。隨著鉆頭進(jìn)一步鉆到地層中，評(píng)估流體流過(guò)鉆頭的流速、密度和粘度。隨著鉆井操作繼續(xù)進(jìn)行，可根據(jù)所評(píng)估的流體流過(guò)鉆頭的流速、密度和粘度來(lái)重新評(píng)估基準(zhǔn)壓力。在一些實(shí)施例中，可根據(jù)壓差來(lái)確定粘度。在一個(gè)實(shí)施例中，科里奧利流量計(jì)用于測(cè)量流入井中和從井中流出的流量和密度。在泥漿輸送管線的限定長(zhǎng)度(可在鉆井系統(tǒng)的泵與鉆機(jī)之間)兩端測(cè)量壓差。圖9示出了管中的壓差與粘度之間的關(guān)系。圖9所示的示例是基于20米長(zhǎng)的2英寸泥漿輸送管線的。曲線240基于400加侖/分鐘的流速。曲線242基于250加侖/分鐘的流速。使用壓差確定密度可省去對(duì)粘度計(jì)的需要。但是，在一些實(shí)施例中，粘度計(jì)可包括在鉆井系統(tǒng)中。在一個(gè)實(shí)施例中，自動(dòng)地將鉆頭放置在地下地層的開(kāi)孔的底面上。啟動(dòng)泥漿泵，并且在預(yù)定時(shí)間之后，使流速升(以預(yù)定速率)到目標(biāo)流速。監(jiān)視和控制進(jìn)入鉆柱的流體的流速以使其與從井中流出的流速相同(在用戶限定的設(shè)置點(diǎn)內(nèi))。使立管壓力達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。使鉆柱以預(yù)定RPM旋轉(zhuǎn)。使鉆頭以選定推進(jìn)速率向開(kāi)孔底面移動(dòng)，直到所測(cè)量的壓差的一致增加表明鉆頭已處于開(kāi)孔底面處。在一些實(shí)施例中，這對(duì)應(yīng)于鉆頭深度=開(kāi)孔深度(但是，盡管深度計(jì)算值不匹配，但開(kāi)孔底面中的空腔或深度測(cè)量值的誤差可能使“底面”被檢測(cè)到)?？山⒑芏鄠€(gè)設(shè)置點(diǎn)，并且在“將鉆頭降低到底面”的過(guò)程期間監(jiān)視這些變量。在泥漿泵被接合之前可進(jìn)行鉆柱旋轉(zhuǎn)，以便在泥漿重新開(kāi)始流入環(huán)形空間中時(shí)降低壓力。如果進(jìn)入鉆桿中的流體的流速不與從開(kāi)孔中流出的流體的流速基本相同，則可使鉆頭后退離開(kāi)開(kāi)孔底面。在鉆井操作期間，一旦鉆井已前進(jìn)到給定長(zhǎng)度鉆桿的最大可用深度，則使用鉆機(jī)來(lái)完成鉆井，并準(zhǔn)備加入另一長(zhǎng)度的鉆桿。在一個(gè)實(shí)施例中，鉆桿被推進(jìn)到地層中。停止鉆桿推進(jìn)(例如，當(dāng)達(dá)到該長(zhǎng)度鉆桿的最大可用深度時(shí))。使泥漿馬達(dá)兩端的壓差減小。在一些實(shí)施例中，使壓差減小到用戶設(shè)置點(diǎn)。一旦壓差已減小到規(guī)定水平，就可以提升鉆柱。轉(zhuǎn)矩和曳力模型可用來(lái)監(jiān)視進(jìn)行提升所需的作用力。在一個(gè)實(shí)施例中，作用力本身可被推測(cè)并且用作報(bào)警標(biāo)志(例如，如果超過(guò)用戶限定量)。在另一個(gè)實(shí)施例中，使用離開(kāi)井底摩擦系數(shù)。例如，如果離開(kāi)井底摩擦系數(shù)超過(guò)指定量(諸如>0. 5)，則可觸發(fā)“緊孔拉回”報(bào)警條件。一旦報(bào)警觸發(fā)，就可以開(kāi)始減輕(mitigation)過(guò)程。在一個(gè)實(shí)施例中，在鉆井期間評(píng)估裸眼摩擦系數(shù)。在某些實(shí)施例中，連續(xù)評(píng)估裸眼摩擦系數(shù)。例如，在實(shí)施例中，連續(xù)評(píng)估裸眼摩擦系數(shù)，以核實(shí)“正?！本蹢l件作為完成選定任務(wù)的許可條件而存在?？蓪㈠e(cuò)誤處理子程序定義成防止和減輕不良鉆孔狀況。泥漿馬達(dá)失速是常見(jiàn)事件。通常，馬達(dá)的動(dòng)力部分包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子通過(guò)鉆井流體流過(guò)該單元而被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的速度由流體流速控制。動(dòng)力部分是容積式系統(tǒng)，因此隨著旋轉(zhuǎn)阻力(制動(dòng)轉(zhuǎn)矩)施加在轉(zhuǎn)子上(來(lái)自鉆頭)，保持固定流體流速所需的壓力增大。在各種條件下，可超過(guò)動(dòng)力部分保持轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的能力，使鉆頭停止轉(zhuǎn)動(dòng)，即，失速。失速狀況有 時(shí)可能發(fā)生在一秒鐘之內(nèi)。圖10示出了按照一個(gè)實(shí)施例檢測(cè)泥漿馬達(dá)的失速并從失速中恢復(fù)過(guò)來(lái)的方法的流程圖。在步驟260中，為鉆井操作設(shè)置最大壓差。在步驟261中可開(kāi)始鉆井。在步驟262中，可評(píng)估壓差。如果所評(píng)估的壓差等于或高于指定最大壓差，則在步驟263中評(píng)估馬達(dá)的失速狀況。一旦檢測(cè)到失速，就在步驟264中自動(dòng)切斷到泥漿馬達(dá)的流動(dòng)(例如，通過(guò)斷開(kāi)馬達(dá)的泵)。在一些實(shí)施例中，在步驟265中，自動(dòng)停止與鉆頭聯(lián)接的鉆柱的旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，根據(jù)失速檢測(cè)，自動(dòng)停止鉆桿移動(dòng)(使鉆柱向前移動(dòng)減小到零)。在步驟266中，在允許重新啟動(dòng)馬達(dá)之前使壓差下降到低于指定最大壓差。在一些實(shí)施例中，釋放過(guò)大壓力或使過(guò)大壓力釋放掉。在步驟268中，可將鉆頭升高而離開(kāi)井底部。在步驟270中，重新啟動(dòng)馬達(dá)。在步驟272中，重新開(kāi)始鉆井。在一個(gè)實(shí)施例中，在鉆井期間測(cè)量離開(kāi)井底立管壓力。評(píng)估泥漿馬達(dá)最大壓差。當(dāng)離開(kāi)井底立管壓力與馬達(dá)最大壓差之和超過(guò)指定水平時(shí)，指出失速。在一個(gè)實(shí)施例中，利用鉆機(jī)立管壓力傳感器測(cè)量立管壓力。在鉆井期間，井中的碎屑的過(guò)度堆積可能不利地影響鉆井操作。在一個(gè)實(shí)施例中，鉆出的碎屑的質(zhì)量平衡計(jì)量用來(lái)監(jiān)視井的狀況。在一些實(shí)施例中，來(lái)自質(zhì)量平衡計(jì)量的信息用于自動(dòng)進(jìn)行鉆井操作中。在一些實(shí)施例中，一種評(píng)估在地下地層中鉆井的清孔有效性的方法包括確定在井中挖出的巖石的質(zhì)量。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)使用地層體密度的補(bǔ)測(cè)測(cè)井曲線(offsetlog)，即實(shí)時(shí)隨鉆測(cè)井(“LWD”)曲線可確定從井中挖出的碎屑的質(zhì)量?？椎拈L(zhǎng)度和直徑可用于提供體積，體密度測(cè)井曲線可提供密度估計(jì)。從井中移出的碎屑的質(zhì)量可通過(guò)下述方式來(lái)確定測(cè)量進(jìn)入井中的流體的總質(zhì)量和離開(kāi)井的流體的總質(zhì)量，然后從離開(kāi)井的流體的總質(zhì)量中減去進(jìn)入井中的流體的總質(zhì)量。保留在井中的碎屑的質(zhì)量可通過(guò)下述方式來(lái)估計(jì)所確定的從在井中挖出的巖石的質(zhì)量減去所確定的從井中移出的碎屑的質(zhì)量。在某些實(shí)施例中，可根據(jù)所確定的保留在井中的碎屑的質(zhì)量來(lái)評(píng)估清孔有效性的定量測(cè)量。圖11示出了確定清孔有效性的方法的流程圖。部分流體損失可通過(guò)從平衡(reconciliation)中排除損失的流體質(zhì)量而加以考慮。在一些實(shí)施例中，使用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆井流體密度和流速的連續(xù)監(jiān)視。在一個(gè)實(shí)施例中，將科里奧利流量計(jì)設(shè)置在吸入管線和返回管線兩者上，以便實(shí)時(shí)地物理測(cè)量進(jìn)入井中和離開(kāi) 井的流體的質(zhì)量流量?？评飱W利流量計(jì)可提供流速、密度和溫度數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，密度計(jì)、流量計(jì)和粘度計(jì)串聯(lián)安裝(例如，安裝在置于在用泥漿罐與泥漿泵之間的滑板上)。在一個(gè)實(shí)施例中，粘度計(jì)是TT-100粘度計(jì)。密度計(jì)、流量計(jì)和粘度計(jì)可測(cè)量去往井中的流體。第二科里奧利流量計(jì)安裝在流線(flowline)上以測(cè)量離開(kāi)井的流體。在一些實(shí)施例中，將控制系統(tǒng)編程以提供自主鉆井和數(shù)據(jù)收集過(guò)程。該過(guò)程可包括監(jiān)視鉆井性能的各個(gè)方面?？刂葡到y(tǒng)的一部分可專用于處理鉆井流體數(shù)據(jù)?？刂葡到y(tǒng)可使用鉆井流體數(shù)據(jù)手動(dòng)輸入、傳感測(cè)量和/或數(shù)學(xué)計(jì)算來(lái)幫助建立實(shí)時(shí)確認(rèn)鉆井性能的指示和趨勢(shì)。在一些實(shí)施例中，所收集的數(shù)據(jù)可用于確定清孔有效性。在一些實(shí)施例中，實(shí)時(shí)測(cè)量鉆井流體參數(shù)。實(shí)時(shí)測(cè)量還可提高數(shù)據(jù)的客觀性，以便于對(duì)鉆井流體波動(dòng)立即作出響應(yīng)。在一些實(shí)施例中，在鉆井時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量密度、粘度和流速。對(duì)進(jìn)入井中和從井中出來(lái)的泥漿流速和密度的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)收集可實(shí)現(xiàn)精確的鉆井參數(shù)優(yōu)化?？刂葡到y(tǒng)例如可根據(jù)傳感器信號(hào)(有人介入或無(wú)人介入)自動(dòng)作出反應(yīng)和作出優(yōu)化調(diào)節(jié)。在一些實(shí)施例中，鉆出碎屑的質(zhì)量平衡計(jì)量用于提供清孔有效性的趨勢(shì)指示。在一個(gè)實(shí)施例中，用于清孔指標(biāo)(HCI)的質(zhì)量平衡計(jì)算通過(guò)下述方式來(lái)確定計(jì)算留在井中的碎屑的體積，并且作出所有碎屑沿著井的水平截面均勻分布的假設(shè)。碎屑層高度可被計(jì)算并轉(zhuǎn)換成碎屑所占據(jù)的橫截面面積。HCI=鉆頭開(kāi)孔面積/碎屑所占據(jù)的面積井眼流體柱可以與地面系統(tǒng)無(wú)關(guān)。傳送到在用系統(tǒng)中的粉末產(chǎn)品或流體添加劑(如果存在任何這樣的產(chǎn)品或添加劑的話)可能與實(shí)時(shí)循環(huán)通過(guò)井的流體的質(zhì)量平衡無(wú)關(guān)。因此，挖出的鉆出碎屑可以是流體柱的唯一 “添加劑”。鉆出碎屑是唯一添加劑的假設(shè)的一個(gè)例外是如果存在從地層中涌入的水。在一些實(shí)施例中，通過(guò)監(jiān)視從串聯(lián)的粘度計(jì)中測(cè)量的流變性質(zhì)的任何意外減小來(lái)確定水涌入。在其他實(shí)施例中，流入體積與流出體積的總量可以指示出流體涌入?？筛鶕?jù)任何這樣的減小來(lái)說(shuō)明有水涌入以調(diào)節(jié)HCI。在一個(gè)實(shí)施例中，科里奧利流量計(jì)具有預(yù)置校準(zhǔn)進(jìn)度表?？评飱W利流量計(jì)可具有內(nèi)置的高/低水平報(bào)警器，以便確認(rèn)正在接收精確數(shù)據(jù)。在一個(gè)示例中，6"科里奧利流量計(jì)具有兩根流管，每根具有3. 5" (88. 9_)的直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，科里奧利流量計(jì)將物質(zhì)流控制到預(yù)置流速的±0. 5%的精度。自動(dòng)監(jiān)視清除有效性的應(yīng)用可消除或降低對(duì)人工監(jiān)視操作(諸如監(jiān)視振動(dòng)篩)的需要。例如，在振動(dòng)篩處可不需要人員定期地測(cè)量粘度和泥漿重量。作為另一個(gè)示例，可能不需要泥漿工程師定期地獲取泥漿樣本。下面給出質(zhì)量平衡監(jiān)視的示例示例I一開(kāi)始循環(huán)為了平衡，讀取和評(píng)估吸入計(jì)和流線計(jì)。(由于因離開(kāi)的流體較熱流體而溫度可能稍有出入，因此可能稍輕。)
進(jìn)/ 出流體2m3/minX 1040kg/m3=2080kg/min串聯(lián)的流體粘度計(jì)可在600、300、200、100、6和3rpm速率下測(cè)量讀數(shù)。在每個(gè)rpm速率上收集時(shí)間都可以是I秒鐘。6秒鐘將處理所有六個(gè)讀數(shù)。 可根據(jù)“查找”表進(jìn)行溫度校正。示例2—開(kāi)始鉆井生成的巖石的質(zhì)量可以基于鉆進(jìn)速率和鉆孔尺寸?？蓪?shí)時(shí)地用圖表表示所生成的巖石的計(jì)算質(zhì)量。鉆孔尺寸@31ImmX R0P@ 100m/hr=挖出的碎屑 . 59mVhr
(7. 59m3/hrX2600kg/m3) /60min=329kg/min2600kg/m3可以是碎屑密度的假設(shè)值一可替代的是，來(lái)自補(bǔ)償井的密度測(cè)井“查找”表可用于表征每個(gè)地層的密度。查找表可設(shè)置成包括來(lái)自補(bǔ)償井的測(cè)徑測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，以提高精度。查找表可設(shè)置成包括來(lái)自補(bǔ)償井的沖走百分比與深度的關(guān)系。329kg/minX 5% 沖走=生成的巖石 345kg/min可用圖表將沖走百分比表示成一組分離的數(shù)據(jù)點(diǎn)。基于根據(jù)環(huán)形體積和流速計(jì)算出的清空環(huán)形空間中的泥漿所花費(fèi)的時(shí)間(“井底清空”時(shí)間)，可計(jì)算滯后時(shí)間?？稍u(píng)估碎屑形狀、尺寸、流體滑移速度、水平與垂直鉆井。示例3—質(zhì)量平衡計(jì)量去往井中的流體的總質(zhì)量和離開(kāi)井的流體的總質(zhì)量。從離開(kāi)井的流體的總質(zhì)量中減去去往井中的流體的總質(zhì)量。該差值可以表示從井中移出的鉆出碎屑的質(zhì)量。進(jìn)入流體2.OmVmin X 1040kg/m3=2080kg/min流出流體2.OmVminX 1180kg/m3=2360kg/min差值是280kg/min通過(guò)從挖出的巖石的實(shí)際質(zhì)量中減去這個(gè)差值，獲得還沒(méi)有從井中移出的鉆出碎屑的理論質(zhì)量的指示。因此，345kg/min- 280kg/min=留在井中的 65kg/min在一個(gè)實(shí)施例中，流體測(cè)量結(jié)果可用于設(shè)置控制系統(tǒng)中的許可性。例如，可根據(jù)在設(shè)定的容許量?jī)?nèi)從井中出來(lái)的流量是否等于去往井中的流量來(lái)設(shè)置許可性。在一些實(shí)施例中，利用科里奧利計(jì)量系統(tǒng)來(lái)監(jiān)視泥漿固體處理系統(tǒng)的性能?？捎?jì)量從井的環(huán)形空間進(jìn)入固體處理系統(tǒng)的漿狀物的密度和速率(質(zhì)量流量)。在泥漿進(jìn)入泥漿泵中以便沿井向下送回的點(diǎn)處，通過(guò)位于系統(tǒng)另一側(cè)的科里奧利流量計(jì)可測(cè)量系統(tǒng)移出固體的效率。通過(guò)跟蹤泥漿的基本密度與沿井向下返回的泥漿的密度的關(guān)系來(lái)評(píng)估系統(tǒng)移出鉆出固體的能力。在一些實(shí)施例中，確定留在井中的固體。根據(jù)從井和鉆井流體兩者中移出的總巖石質(zhì)量來(lái)確定總固體控制系統(tǒng)性能?？偣腆w控制系統(tǒng)性能可提供有關(guān)多少碎屑留在井中的指示。在一個(gè)實(shí)施例中，繪出所生成的巖石的理論質(zhì)量與巖石的測(cè)量質(zhì)量之間關(guān)系的圖表。可在圖表用戶界面中向操作人員顯示該結(jié)果。在某些實(shí)施例中，建立最大固體閾值界限?？勺詣?dòng)向鉆工顯示該界限，以便向鉆工提供井不夠清潔的可視化提示?？蓪⒃摻缦捩溄映杀蛔詣?dòng)鉆井控制系統(tǒng)監(jiān)視的設(shè)置點(diǎn)。如果系統(tǒng)確定井眼不夠清潔，則可在rpe和后聯(lián)合鉆井階段啟動(dòng)減輕子程序，諸如降低鉆進(jìn)速率、提高流速、增長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間和增大旋轉(zhuǎn)速度。在定向鉆井中遇到的一種挑戰(zhàn)是控制鉆頭或井底鉆具組合(“BHA”)工具面的取向。如本文所使用的，“BHA工具面”可以指鉆井組件的方向偏轉(zhuǎn)設(shè)備(諸如彎接頭)所指向的旋轉(zhuǎn)位置。在包括彎接頭的井底鉆具組合中，例如，BHA工具面總是定向成在鉆柱的端部處相對(duì)于鉆柱的方位偏離軸線。通常，當(dāng)以旋轉(zhuǎn)鉆井模式鉆出井段時(shí)，BHA工具面隨著鉆柱旋轉(zhuǎn)而連續(xù)變化。這種工具面連續(xù)變化的總體結(jié)果可能是井底鉆井的方向大致是直的。但是，在滑動(dòng)鉆井模式下，在滑動(dòng)期間，BHA工具面的取向?qū)Q定鉆井的方向(因?yàn)锽HA工具面在整個(gè)滑動(dòng)過(guò)程中通?？赡鼙３种赶蛞粋€(gè)方向)，因此必須控制在可接受的容許量?jī)?nèi)。另夕卜，當(dāng)從一個(gè)鉆井段變到另一個(gè)鉆井段或者從一種鉆井模式變到另一種鉆井模式時(shí)，重新設(shè)立BHA工具面可能需要操作人員的實(shí)質(zhì)性介入和/或可能需要使鉆頭停止，這兩者都可能使進(jìn)展速率變慢并且降低鉆井效率。
控制BHA工具面方面的挑戰(zhàn)可能因鉆柱扭轉(zhuǎn)而復(fù)雜化。在鉆井期間，鉆頭和鉆柱經(jīng)受各種轉(zhuǎn)矩負(fù)載。在典型的旋轉(zhuǎn)鉆井操作中，例如，操作諸如頂部驅(qū)動(dòng)器或轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，以便在地層地表處向鉆柱施加轉(zhuǎn)矩以使鉆柱旋轉(zhuǎn)，由于井底鉆具組合和鉆柱的下部部分與地層的側(cè)面和/或底部接觸，所以地層可能沿著與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器相反的方向(例如，如從上面看，逆時(shí)針)對(duì)鉆柱施加反作用抵抗轉(zhuǎn)矩。在地層內(nèi)，鉆柱頂部和底部上的這些反作用轉(zhuǎn)矩使鉆柱扭擰，或“扭轉(zhuǎn)”。扭轉(zhuǎn)的幅度隨施加在鉆柱上的外部負(fù)載變化而動(dòng)態(tài)地變化。另外，鉆頭和鉆柱也可能遇到與鉆井操作有關(guān)的轉(zhuǎn)矩(諸如抵抗鉆頭在開(kāi)孔中旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩)。在鉆頭的角取向用于控制鉆井方向(諸如在滑動(dòng)鉆井期間)的鉆井系統(tǒng)中，鉆柱扭轉(zhuǎn)可能限制操作人員控制和監(jiān)視鉆井過(guò)程的能力。一種測(cè)量工具面方向的方式是利用井下儀器(例如，井底鉆具組合上的MWD工具)。但是，與來(lái)自MWD工具的任何測(cè)量結(jié)果一樣，工具面測(cè)量結(jié)果不可能提供工具面的連續(xù)測(cè)量結(jié)果，而只是工具面的間斷的“快照”。此外，這些間斷讀數(shù)到達(dá)地表可花費(fèi)時(shí)間。這樣，當(dāng)鉆柱正在旋轉(zhuǎn)時(shí)，來(lái)自MWD工具的工具面的最近報(bào)告的旋轉(zhuǎn)位置可能滯后于工具面的實(shí)際旋轉(zhuǎn)位置。在一些實(shí)施例中，在地層地表處鉆柱的旋轉(zhuǎn)位置用于估計(jì)BAH工具面的旋轉(zhuǎn)位置。在一個(gè)實(shí)施例中，BHA的旋轉(zhuǎn)位置與在地層地表處使主軸旋轉(zhuǎn)的頂部驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)位置有關(guān)聯(lián)。例如，可確定在特定條件下，如果工具面朝上，則頂部驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)位置相對(duì)于給定基準(zhǔn)在25°處。將BHA工具面的旋轉(zhuǎn)位置與地層地表處的旋轉(zhuǎn)位置相關(guān)聯(lián)的過(guò)程在本文中被稱為“同步”。在一些實(shí)施例中，同步包括動(dòng)態(tài)地計(jì)算“頂側(cè)工具面”。給定時(shí)間的“頂側(cè)工具面”可以是工具面的估計(jì)旋轉(zhuǎn)位置，該工具面的估計(jì)旋轉(zhuǎn)位置通過(guò)與從MWD工具接收的有關(guān)BHA工具面的最近數(shù)據(jù)相結(jié)合而使用所測(cè)量的頂部驅(qū)動(dòng)器的實(shí)際旋轉(zhuǎn)位置來(lái)確定。由于頂部驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)位置可連續(xù)獲得，所以頂側(cè)工具面可以是BHA工具面的連續(xù)指示。這種連續(xù)指示可填補(bǔ)來(lái)自MWD工具的間斷的井下更新的時(shí)間空隙，以便達(dá)到比單獨(dú)利用MWD工具面更好的對(duì)工具面的控制(因此對(duì)軌跡進(jìn)行控制)。一旦同步，控制系統(tǒng)就可以使用頂側(cè)工具面使BHA工具面沿著希望的旋轉(zhuǎn)方向使鉆柱停止，例如，以便進(jìn)行滑動(dòng)鉆井。在一些實(shí)施例中，以指定RPM設(shè)置點(diǎn)和目標(biāo)馬達(dá)壓差利用鉆柱進(jìn)行工具面同步，而保持其他鉆井設(shè)置點(diǎn)和目標(biāo)不變。
在一些實(shí)施例中，同步基于來(lái)自MWD工具的BHA工具面數(shù)據(jù)。從MWD工具接收重力工具面(“GTF”)值。同步可包括使BHA工具面與地層地表處的旋轉(zhuǎn)位置同步。在某些實(shí)施例中，當(dāng)從MWD工具接收BHA工具面的數(shù)值時(shí)，頂側(cè)工具面用于推測(cè)BHA值將落入的地方。工具面的井下取樣與地表上的數(shù)據(jù)解碼之間的滯后時(shí)間可通過(guò)將滯后時(shí)間編程到PLC中或通過(guò)測(cè)量和計(jì)入基于RPM的偏移(例如，通過(guò)在該“偏移量”之前使頂側(cè)工具面停止)來(lái)計(jì)入。如上所述，一旦使工具面同步，可編程邏輯控制器就可使BHA工具面停止在希望的位置上，以便開(kāi)始滑動(dòng)鉆井。圖12示出了按照一個(gè)實(shí)施例使用MWD數(shù)據(jù)的工具面同步。在步驟300中，可以使地表轉(zhuǎn)子減慢到工具面運(yùn)轉(zhuǎn)的RPM。在步驟302中，可從MWD工具中讀取BHA工具面的讀數(shù)，直到已達(dá)到指定數(shù)量的樣本。在步驟304中，轉(zhuǎn)子位置上限和下限可確定為在BHA工具面設(shè)置點(diǎn)周圍。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)模型和/或最后工具面讀數(shù)的穩(wěn)定平均值來(lái)計(jì)算希望的工具面設(shè)置點(diǎn)之間的角偏移。希望的工具面設(shè)置點(diǎn)的上限和希望的工具面設(shè)置點(diǎn)的下限可根據(jù)希望的MWD工具面確定。頂側(cè)工具面(旋轉(zhuǎn)位置)可根據(jù)當(dāng)前旋轉(zhuǎn)位置和所計(jì)算的角偏移進(jìn)行計(jì)算。 在步驟306中，對(duì)頂側(cè)工具面是否在設(shè)定的容許量?jī)?nèi)作出評(píng)估。如果頂側(cè)工具面未在設(shè)定的容許量?jī)?nèi)，則轉(zhuǎn)子可以以運(yùn)轉(zhuǎn)RPM繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)?？芍匦略u(píng)估頂側(cè)工具面，直到頂側(cè)工具面落入設(shè)定的容許量?jī)?nèi)。當(dāng)頂側(cè)工具面在設(shè)定的容許量之內(nèi)時(shí)，在步驟308中，可通過(guò)進(jìn)入中立位置而使鉆柱停止。在一些實(shí)施例中，將諸如上述的BHA工具面同步用在旋轉(zhuǎn)鉆井到滑動(dòng)鉆井的過(guò)渡中。在其他實(shí)施例中，可將BHA工具面同步用在停止鉆井進(jìn)程中。在某些實(shí)施例中，當(dāng)鉆井系統(tǒng)被拉回到“停止”水平時(shí)使用工具面同步，以便每次都將MWD定位在相同旋轉(zhuǎn)位置上，這可以使與滾轉(zhuǎn)相關(guān)的方位角測(cè)量變化最小。在一些實(shí)施例中，以兩種模式進(jìn)行鉆井操作旋轉(zhuǎn)鉆井和滑動(dòng)鉆井。如上所述，旋轉(zhuǎn)鉆井可遵循相對(duì)直的路徑，而滑動(dòng)鉆井可遵循相對(duì)彎曲的路徑。兩種模式可結(jié)合使用以實(shí)現(xiàn)希望的軌跡。在一些實(shí)施例中，在從一種鉆井模式到另一種鉆井模式(諸如從旋轉(zhuǎn)到滑動(dòng)或者從滑動(dòng)到旋轉(zhuǎn))的自動(dòng)控制過(guò)渡期間，可以使鉆頭保持在井底并旋轉(zhuǎn)著(全速或減速)。在一些實(shí)施例中，在從一段到另一段(如從一個(gè)滑動(dòng)段到另一個(gè)滑動(dòng)段)的自動(dòng)控制過(guò)渡期間，可以使鉆頭保持在井底并旋轉(zhuǎn)著(全速或減速)。在過(guò)渡期間持續(xù)鉆井可提高鉆井效率和總進(jìn)展速率。在一個(gè)實(shí)施例中，鉆機(jī)的滑架驅(qū)動(dòng)器(諸如齒條和小齒輪驅(qū)動(dòng)器)提供作用力以將馬達(dá)壓差保持在目標(biāo)水平。在其他實(shí)施例中，在鉆機(jī)絞車使鉆柱下入井眼中時(shí)，井眼內(nèi)的鉆井管狀物的重量提供該作用力。在一些實(shí)施例中，控制滑動(dòng)鉆井操作包括動(dòng)態(tài)調(diào)整BHA工具面。在一些實(shí)施例中，在從旋轉(zhuǎn)鉆井模式到滑動(dòng)鉆井模式的過(guò)渡期間進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。例如，為了開(kāi)始到滑動(dòng)鉆井模式的過(guò)渡，可以使鉆柱的旋轉(zhuǎn)減慢到停止。隨著旋轉(zhuǎn)鉆井減慢到停止，可以使BHA工具面同步。一旦BHA工具面同步，使用地表旋轉(zhuǎn)間斷地上下調(diào)節(jié)保持轉(zhuǎn)矩以實(shí)現(xiàn)BHA工具面的改變，可調(diào)整BHA工具面(例如使用在地表處施加在鉆柱上的轉(zhuǎn)矩)以使BHA工具面在滑動(dòng)鉆井期間保持在希望的旋轉(zhuǎn)位置上。在一些實(shí)施例中，通過(guò)使BHA工具面和“頂側(cè)工具面”同步來(lái)使得鉆井系統(tǒng)為滑動(dòng)鉆井做好準(zhǔn)備，以便當(dāng)BHA工具面處于希望位置時(shí)使鉆柱旋轉(zhuǎn)停止。一旦BHA工具面停止在希望位置上，就可以使鉆柱解扭轉(zhuǎn)，以便將地表轉(zhuǎn)矩減小到希望的保持轉(zhuǎn)矩。一旦鉆柱解扭轉(zhuǎn)，就可以在地層地表處利用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)施加的保持轉(zhuǎn)矩來(lái)保持BHA工具面。圖13示出了鉆井系統(tǒng)從旋轉(zhuǎn)鉆井到滑動(dòng)鉆井的過(guò)渡。在這個(gè)實(shí)施例中，該過(guò)渡包括動(dòng)態(tài)調(diào)整BHA工具面。在步驟318中，使BHA工具面同步。在一個(gè)實(shí)施例中，該同步可如上面結(jié)合圖12所述。在一些實(shí)施例中，在同步期間或之后，使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器停止，以使得BHA工具面在希望的旋轉(zhuǎn)位置設(shè)置點(diǎn)的容許量?jī)?nèi)。在一些實(shí)施例中，在工具面同步期間，使操作鉆頭(可與TOB和/或WOB有關(guān)聯(lián))的泥漿馬達(dá)兩端壓差升高和/或保持在滑動(dòng)鉆井的目標(biāo)設(shè)置點(diǎn)上。在其他實(shí)施例中，壓差可在除了用于滑動(dòng)鉆井的目標(biāo)壓差之外的水平上。在某些實(shí)施例中，根據(jù)BAH工具面控制泥漿馬達(dá)兩端壓差。在一個(gè)實(shí)施例中，如果BHA工具面在目標(biāo)設(shè)置點(diǎn)的范圍內(nèi)，則可將壓差設(shè)置成滑動(dòng)鉆井壓差設(shè)置點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，泥漿馬達(dá)兩端壓差可從降低的設(shè)置點(diǎn)(如滑動(dòng)鉆井目標(biāo)壓差的25%)開(kāi)始，然后根據(jù)相對(duì)于BAH工具面目標(biāo)的偏移量來(lái)使其增大(例如，以預(yù)定增量)。
在步驟320中，可以使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器停止，BHA工具面處于希望的設(shè)置點(diǎn)上。在步驟322中，可以使鉆柱解扭轉(zhuǎn)。該解扭轉(zhuǎn)可以與鉆井系統(tǒng)實(shí)際能力一樣快。在一些實(shí)施例中，該解扭轉(zhuǎn)可基于包括鉆柱扭轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩和曳力模型。在其他實(shí)施例中，該解扭轉(zhuǎn)可基于地表轉(zhuǎn)矩。在一些實(shí)施例中，使鉆柱解扭轉(zhuǎn)到中立的保持轉(zhuǎn)矩。在其他實(shí)施例中，使鉆柱解扭轉(zhuǎn)到左滾轉(zhuǎn)保持轉(zhuǎn)矩。如本文所使用的，“左滾轉(zhuǎn)保持轉(zhuǎn)矩”可以等于如從壓差中減去用戶定義的BHA “左滾轉(zhuǎn)保持轉(zhuǎn)矩”變量而計(jì)算出的鉆頭轉(zhuǎn)矩。例如，如果系統(tǒng)趨向于停止，而BHA工具面向右滾轉(zhuǎn)得太多，則左滾轉(zhuǎn)保持轉(zhuǎn)矩可能是合適的。對(duì)于從旋轉(zhuǎn)鉆井到滑動(dòng)鉆井的初始過(guò)渡，如果正在保持左滾轉(zhuǎn)保持轉(zhuǎn)矩，則可監(jiān)視BHA工具面滾轉(zhuǎn)。如果BHA工具面正在向右滾轉(zhuǎn)(向前)，則只要在地表上存在負(fù)轉(zhuǎn)矩，BHA工具面就會(huì)開(kāi)始向后滾轉(zhuǎn)。負(fù)轉(zhuǎn)矩越大，BHA工具面應(yīng)該停止和向后轉(zhuǎn)得越快。BHA工具面也可隨壓差變化而向后(“左”)或向前(“右”)旋轉(zhuǎn)。相對(duì)照地，如果BHA工具面正在左滾轉(zhuǎn)(向后)，則推測(cè)的BHA工具面一處于容許量?jī)?nèi)，就可以使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)到中性保持轉(zhuǎn)矩(鉆頭轉(zhuǎn)矩)。BHA工具面最初不可能是穩(wěn)定的。如果BHA工具面長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，則可能觸發(fā)故障報(bào)
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目ο在步驟324中，控制器可對(duì)穩(wěn)定的BHA工具面進(jìn)行監(jiān)視。在步驟326中，如果BHA工具面在容許量之外，則可調(diào)節(jié)地表處的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，以使BAH工具面回到容許量之內(nèi)。在某些實(shí)施例中，保持轉(zhuǎn)矩大約等于如使用壓差關(guān)系所計(jì)算的泥漿馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩。通過(guò)地表旋轉(zhuǎn)使地表保持轉(zhuǎn)矩增大/減小，以保持與泥漿馬達(dá)輸出等效的轉(zhuǎn)矩，除非需要井下工具面改變。在一個(gè)示例中，在測(cè)量200tflb的地表轉(zhuǎn)矩增量之前，200ftlb的馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)矩增加可能在地表處需要45°的向前旋轉(zhuǎn)。頂側(cè)工具面在調(diào)節(jié)保持轉(zhuǎn)矩期間可保持相同。在一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)在從旋轉(zhuǎn)鉆井到滑動(dòng)鉆井的過(guò)渡期間自動(dòng)降低目標(biāo)壓差。一旦設(shè)置為滑動(dòng)鉆井，控制系統(tǒng)就可自動(dòng)恢復(fù)到原始目標(biāo)壓差。BHA工具面的監(jiān)視可基于來(lái)自井下儀器、地表儀器或它們的組合的測(cè)量結(jié)果。在一個(gè)實(shí)施例中，BHA工具面的監(jiān)視基于井下MWD工具。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)視Λ (delta) MWD工具面(“DTF”)速率。如果BHA工具面移動(dòng)到容許量范圍之外，則可在步驟328中調(diào)節(jié)地表轉(zhuǎn)子。對(duì)于給定鉆進(jìn)速率，DTF對(duì)于給定右滾轉(zhuǎn)保持轉(zhuǎn)矩來(lái)說(shuō)可能是相當(dāng)穩(wěn)定的。隨著BHA響應(yīng)于左滾轉(zhuǎn)矩而滾轉(zhuǎn)，地表轉(zhuǎn)矩將下降。隨著旋轉(zhuǎn)，可保持地表轉(zhuǎn)矩以保持左滾轉(zhuǎn)保持轉(zhuǎn)矩和DTF速率。左滾轉(zhuǎn)保持轉(zhuǎn)矩是動(dòng)態(tài)的(基于鉆頭轉(zhuǎn)矩)，因此，如果馬達(dá)轉(zhuǎn)矩因地層變化而增大，則PLC中的左滾轉(zhuǎn)保持轉(zhuǎn)矩目標(biāo)可能需要地表順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(這種地表順時(shí)針旋轉(zhuǎn)將抵抗BHA工具面左滾轉(zhuǎn)的趨勢(shì))。BHA工具面一滾轉(zhuǎn)到容許量范圍內(nèi)(基于推測(cè)最后測(cè)量的DTF向前與時(shí)間的關(guān)系)，就可以通過(guò)使地表處旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)來(lái)使地表轉(zhuǎn)矩返回到中性保持轉(zhuǎn)矩(其可以與如根據(jù)壓差計(jì)算出的鉆頭轉(zhuǎn)矩相同)。在步驟330中，可進(jìn)行滑動(dòng)鉆井?？刂破骺蓪?duì)穩(wěn)定的BHA工具面進(jìn)行監(jiān)視，并且可調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器以使BHA工具面保持在希望的旋轉(zhuǎn)位置上。如上所論述的，在一些實(shí)施例中，在從旋轉(zhuǎn)鉆井模式到滑動(dòng)鉆井模式過(guò)渡的整個(gè)過(guò)程中鉆井可持續(xù)進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，一旦隨著地表轉(zhuǎn)矩等于中性保持轉(zhuǎn)矩BHA工具面落在范圍中(基于DTF)，則可選地可以使鉆柱自動(dòng)搖動(dòng)、擺動(dòng)或晃動(dòng)以減小曳力。BHA工具面的微調(diào)可通過(guò)下述方式來(lái)實(shí)現(xiàn)在地表處旋轉(zhuǎn)所需增量，保持位置，和使地表處的轉(zhuǎn)矩自然地返回到 保持轉(zhuǎn)矩。表I是用于調(diào)整的用戶設(shè)置點(diǎn)的示例。
I實(shí)例設(shè)置 工具面同步RPM5
最大的初始滑動(dòng)鉆井DiffP% 60 DiffP恢復(fù)速率I分鐘
工具面容許量+10
工具面容許量-10
LRTl500ftlb
LRT2750ftlb
LRT3IOOOftlb
WU500ftlb
RRT2750ftlb
RRT3IOOOftlb
權(quán)利要求
1.一種使用于在地下地層中形成開(kāi)孔的鉆頭轉(zhuǎn)向的方法，所述方法包括 a)確定相對(duì)于井設(shè)計(jì)的距離； b)確定相對(duì)于井設(shè)計(jì)的角偏移量，其中相對(duì)于設(shè)計(jì)的角偏移量是孔的傾角和方位角與規(guī)劃的傾角和方位角之間的差值， c)其中，相對(duì)于設(shè)計(jì)的至少一個(gè)距離和相對(duì)于設(shè)計(jì)的至少一個(gè)角偏移量是至少部分地根據(jù)最后一次勘測(cè)中孔的位置、鉆頭的推測(cè)當(dāng)前地點(diǎn)的位置、和鉆頭的推測(cè)位置而實(shí)時(shí)確定的。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括 至少部分地根據(jù)所確定的相對(duì)于井設(shè)計(jì)的距離和所確定的相對(duì)于井設(shè)計(jì)的角偏移量來(lái)自動(dòng)確定一條或多條轉(zhuǎn)向指令；以及 至少部分地根據(jù)所述轉(zhuǎn)向指令中的至少一條使鉆頭自動(dòng)轉(zhuǎn)向。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括確立超前距離，其中所述一條或多條轉(zhuǎn)向指令中的至少一條至少部分地基于所確立的超前距離。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中超前距離由用戶指定。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中自動(dòng)確定至少一條轉(zhuǎn)向指令包括確定所確立的超前距離處的規(guī)劃方位。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括指定會(huì)聚角，其中該會(huì)聚角隨鉆頭的地點(diǎn)離設(shè)計(jì)有多遠(yuǎn)而改變，其中鉆頭的地點(diǎn)離設(shè)計(jì)的距離越大，則會(huì)聚角就越大。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，自動(dòng)確定所述會(huì)聚角，其中所述會(huì)聚角是基于滑動(dòng)尺度的。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述轉(zhuǎn)向指令中的至少一條基于為超前距離處的規(guī)劃確定的角度加上指定的會(huì)聚角。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括為轉(zhuǎn)向指令確立最小滑動(dòng)距離和最大滑動(dòng)距離中的至少一個(gè)。
10.如權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步確立至少一個(gè)徑向調(diào)整參數(shù)。
11.如權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步確立至少一個(gè)長(zhǎng)方形調(diào)整參數(shù)。
12.如權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括 接收來(lái)自用戶的至少一個(gè)輸入；以及 使用來(lái)自用戶的輸入來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)至少一條轉(zhuǎn)向指令。
13.如權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括 接收來(lái)自用戶的至少一個(gè)設(shè)置點(diǎn)；以及 使用所述設(shè)置點(diǎn)來(lái)自動(dòng)確定至少一條轉(zhuǎn)向指令。
全文摘要
一種使用于在地下地層中形成開(kāi)孔的鉆頭轉(zhuǎn)向的方法，所述方法包括a)確定相對(duì)于井設(shè)計(jì)的距離；b)確定相對(duì)于井設(shè)計(jì)的角偏移量，其中相對(duì)于設(shè)計(jì)的角偏移量是孔的傾角和方位角與規(guī)劃的傾角和方位角之間的差值；c)其中，相對(duì)于設(shè)計(jì)的至少一個(gè)距離和相對(duì)于設(shè)計(jì)的至少一個(gè)角偏移量是至少部分地根據(jù)最后一次勘測(cè)中孔的位置、鉆頭的推測(cè)當(dāng)前地點(diǎn)的位置、和鉆頭的推測(cè)位置而實(shí)時(shí)確定的。
文檔編號(hào)E21B47/00GK102943623SQ20121053086
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月12日
發(fā)明者D·A·埃德伯里, J·V·格雷羅, D·C·麥克唐納德, J·B·諾曼, J·B·羅格斯, D·R·斯特昂 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司