用于自動鉆壓傳感器校準和調(diào)節(jié)鉆柱的屈曲的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】公開了一種用于自動鉆壓傳感器校準和調(diào)節(jié)鉆柱的屈曲的系統(tǒng)和方法。一個方法包括在井眼中的第一深度處進行第一勘測記錄，第一勘測記錄提供在第一深度處的鉆柱的傾角和方位角、采用設置在井底組件上的傳感器短節(jié)來測量在第一深度處的鉆壓，井底組件形成鉆柱的一部分并且鉆頭部署于鉆柱的端部、計算在井眼中的第二深度處的預測的井眼曲率，預測的曲率包括在第二深度處的鉆柱的預測的傾角和預測的方位角、基于預測的井眼曲率來計算鉆壓校正值、以及采用該鉆壓校正值來校準傳感器短節(jié)。
【專利說明】用于自動鉆壓傳感器校準和調(diào)節(jié)鉆柱的屈曲的系統(tǒng)和方法
【背景技術(shù)】
[0001]本公開涉及隨鉆測量技術(shù)，以及更特定地，涉及一種用于自動鉆壓(weight onbit)傳感器校準和調(diào)節(jié)鉆柱的屈曲的系統(tǒng)和方法。
[0002]為了獲得諸如石油和天然氣之類的碳氫化合物，通過旋轉(zhuǎn)附接至鉆柱末端的鉆頭來鉆井眼。目前的鉆探活動的一大部分涉及定向鉆井，即，鉆斜和/或水平井眼，以增加從地下地層的油氣開采?，F(xiàn)代的定向鉆井系統(tǒng)一般使用具有井底組件(BHA)的鉆柱和位于鉆柱的末端的鉆頭，可通過利用設置在井下靠近鉆頭處的泥漿電機(即，井下電機)從地表旋轉(zhuǎn)，或利用泥漿電機和從地表的鉆柱的旋轉(zhuǎn)的組合旋轉(zhuǎn)鉆頭。通常被稱為“泥漿”或“鉆井泥漿”的加壓鉆井液被泵入到鉆管中以冷卻鉆頭并且將鉆屑和微粒沖洗回地表以供處理。泥漿還可被用于旋轉(zhuǎn)泥漿電機并且藉此旋轉(zhuǎn)鉆頭。
[0003]BHA—般包括非常接近于鉆頭放置并且配置成測量與鉆柱和鉆頭相關(guān)聯(lián)的特定井下操作參數(shù)的多個井下設備。這些設備通常包括用于測量井下溫度和壓力的傳感器、方位角和傾角測量裝置、和電阻率測量裝置以確定碳氫化合物和水的存在。被稱為隨鉆測井(“LWD”)和隨鉆勘測(“MWD”)的附加井下儀器經(jīng)常附接至鉆柱以在鉆井操作期間確定地層地質(zhì)和地層流體條件。
[0004]通常沿著預定的路徑來鉆井眼，并且通常井眼的鉆探行進通過多個地層。為了最優(yōu)化鉆井操作，在地表處的鉆井操作者控制地表控制的鉆井參數(shù)，諸如，鉆壓、流經(jīng)鉆管的鉆井流體、鉆柱旋轉(zhuǎn)速度、和鉆井流體的密度和粘度。井下操作條件不斷地變化，并且鉆井操作者必須能夠?qū)@些變化作出反應并且調(diào)節(jié)地表控制的參數(shù)以最優(yōu)化鉆井操作。
[0005]在鉆井操作期間，重力和井眼曲率直接影響與精確確定施加至鉆頭上的真實鉆壓相關(guān)的鉆井性能。在不知道通過重力和井眼曲率產(chǎn)生的掩蔽效應的情況下，確定鉆壓是否被正確地施加至井眼的底部可能會變得極度困難。遇到的至少一個問題是不知道實際井眼曲率、傾斜、和方位角直到在附接至BHA的勘測探頭在新的深度處測量井眼傾角和方位角之后。直到勘測探頭到達該深度為止，在僅精確地知道從勘測測量點到井眼的底部的井眼曲率是多少的情況下，存在數(shù)據(jù)中的深度滯后。目前，認為沒有方法知道在勘測探頭或儀器之下的實際井眼曲率、方位角、和傾角是多少。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]包括以下附圖以說明本公開的某些方面，并且不應當被示為排他實施例。所公開的主題能夠在形式和功能上進行相當多的修改、變更、組合和等價方案，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在獲知本公開的益處后所能想到。
[0007]圖1示出了根據(jù)本公開的實施例的鉆井系統(tǒng)。
[0008]圖2示出了根據(jù)本公開的一個或多個實施例的示例性井底組件。
[0009]圖3A-3D示出了顯示根據(jù)一個或多個實施例的用于利用實際和預測的計算來校正鉆壓的過程的井眼的演變的視圖(progressive)。
[0010]圖4示出了根據(jù)一個或多個實施例的用于基于井眼曲率來外推沿著鉆柱的鉆壓的方法的示意流程圖。
[0011]圖5示出了根據(jù)一個或多個實施例的可配置成執(zhí)行本文所描述的方法的系統(tǒng)的簡化示意圖。
[0012]圖6示出了根據(jù)一個或多個實施例的配置成執(zhí)行用于執(zhí)行操作的軟件的示意性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本公開涉及隨鉆測量的技術(shù)，且更特定地，涉及一種用于自動鉆壓傳感器校準和調(diào)節(jié)鉆柱的屈曲的系統(tǒng)和方法。
[0014]在一些實施例中，公開了一種用于在鉆井操作中最優(yōu)化鉆壓測量值的方法。該方法可包括在井眼中的第一深度處進行第一勘測記錄，第一勘測記錄提供在第一深度處的鉆柱的傾角和方位角、采用設置在井底組件上的傳感器短節(jié)(sensor sub)來測量在第一深度處的鉆壓，井底組件形成鉆柱的一部分并且鉆頭部署于鉆柱端部、計算在井眼中的第二深度處的預測的井眼曲率，預測的曲率包括在第二深度處的鉆柱的預測的傾角和預測的方位角、基于預測的井眼曲率來計算鉆壓校正值、以及采用鉆壓校正值來校準傳感器短節(jié)。
[0015]在其他實施例中，公開了一種用于在鉆井操作中最優(yōu)化鉆壓測量值的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括井底組件，井底組件耦合至延伸到井眼中的鉆柱、一個或多個勘測探頭，其設置在井底組件上并且配置成在井眼中的第一深度處進行第一勘測記錄，第一勘測記錄提供在第一深度處的鉆柱的傾角和方位角、傳感器短節(jié)，傳感器短節(jié)設置在井底組件上并且配置成勘測在第一深度處的鉆壓、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通信地耦合至一個或多個勘測探頭和傳感器短節(jié)并且能夠接收和處理第一勘測記錄和鉆壓、以及鉆壓和扭矩校正模塊，鉆壓和扭矩校正模塊通信地耦合至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)并且具有一個或多個處理器，該處理器配置成計算在井眼中的第二深度處的預測的井眼曲率，且基于預測的井眼曲率來計算鉆壓校正值，鉆壓校正值被用于校準傳感器短節(jié)。
[0016]通過閱讀以下優(yōu)選實施方式的描述，本公開的特征將對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。
[0017]詳細描述
[0018]本公開涉及隨鉆測量技術(shù)，且更特定地，涉及一種用于自動鉆壓傳感器校準和調(diào)節(jié)鉆柱的屈曲的系統(tǒng)和方法。
[0019]本文所公開的實施例提供基于估算的到鉆頭的投影計算來用于校正鉆壓測量值的方法，以估算對所施加的鉆壓的校正，直到知道實際的井眼曲率為止。一旦已知實際的井眼曲率，先前估算的值可被修改成實際值，因此修正或者以其他方式再評價僅基于預測模型的先前接受的數(shù)據(jù)。如將理解的，這可減少知道實際的鉆頭面接觸力的誤差。此外，通過按照本文所描述的示例性方法，人們可以根據(jù)穿行(fly through)預測技術(shù)來自動地校正傳感器鉆壓測量值，藉此減少停止并重新校準鉆壓測量值裝置所需的次數(shù)。如將理解的，這可證明由于不需要重新校準在節(jié)省鉆井時間和每英尺的成本方面是有利，而且還可通過更有效地管理實際施加到鉆頭面的鉆壓來改進鉆井效率和運行壽命。
[0020]通過校準和重新校準鉆壓傳感器(多個)來提供更精確的鉆壓(WOB)讀取，可更精確地評估鉆頭的機械效率，以查看鉆頭運行得如何。例如，高于實際WOB的WOB測量值可促使操作員推斷鉆頭變鈍或巖石比實際看上去更硬。這樣的結(jié)論可導致提早更換鉆頭。相反地，低于實際WOB的WOB測量值可導致操作員錯誤地推斷巖石比實際看上去軟。在其中操作員未知曉WOB的情況下，這樣的結(jié)論可導致包括鉆頭在內(nèi)的損壞或受損的井底組件、損壞或受損的軸承、和/或失速或損壞的泥漿電機。因此，更精確的WOB確定可改進可靠性并且允許操作員保持在操作極限內(nèi)并且做出更明智的決定，特別是在鉆定向井時。此外，更精確的WOB可用于增加導向性能和最優(yōu)化鉆井速度。
[0021]而且，更精確的WOB讀數(shù)也可用于以多種其他方式最優(yōu)化鉆井。例如，操作者可得出關(guān)于井下條件的更精確的結(jié)論，以保持最佳鉆井參數(shù)。而且，更精確的WOB讀數(shù)可用于在有或者沒有操作者的干預的情況下，推薦自動化牽引和鉆井系統(tǒng)中的鉆井參數(shù)或?qū)ψ詣踊癄恳豌@井系統(tǒng)中的鉆井參數(shù)進行改變。
[0022]使用本文所描述的示例性方法的系統(tǒng)可在鉆井應用成為釣魚或固井作業(yè)之前積極前瞻感測或預測鉆井問題。此外，采用本文所描述的示例性方法可更容易地檢測鉆頭偏斜，藉此最小化或者以其他方式完全消除全部昂貴的或者更糟糕的側(cè)鉆(side tracks)。所公開的方法還可演化成自動化鉆井平臺的基礎。通過承擔將鉆井參數(shù)保持在鉆機和定向鉆機的適當范圍內(nèi)的負擔，剩下更多的時間給人分析數(shù)據(jù)并且基于更好的數(shù)據(jù)的更好的判斷。
[0023]參照圖1，所示的為示例性鉆井系統(tǒng)100，示例性鉆井系統(tǒng)100可與本公開的一個或多個實施例配合使用。可通過使用鉆井系統(tǒng)100鉆入地面102中來創(chuàng)建井眼。鉆井系統(tǒng)100可被配置成驅(qū)動井底組件(BHA) 104，井底組件(BHA) 104定位或者以其他方式設置在鉆柱106的底部，鉆柱106從設置在地表110處的鉆塔108延伸到地面102中。鉆塔108包括用于降低和提升鉆柱的傳動鉆桿(kelly) 112。
[0024]BHA104可包括鉆頭114和工具鉆桿116，當附接至鉆柱106時，工具鉆桿116可在經(jīng)鉆掘的井眼118中軸向地移動。在操作期間，可從地表110給鉆頭114提供足夠的鉆壓(WOB)和鉆頭扭矩(TOB)，以穿透地面102并且藉此創(chuàng)建井眼118。當它前進到地面102內(nèi)時，BHA104還可提供鉆頭114的定向控制。工具鉆桿116可半永久地安裝有多種測量工具(未示出)，諸如，但不限于，可被配置成獲得鉆井條件的井下測量值的隨鉆測量(MWD)和隨鉆測井(LWD)工具。在其他實施例中，如圖1所示，測量工具可自包含在工具鉆桿116中。
[0025]可利用泥漿泵122向井下泵送來自泥漿罐120的流體或“泥漿”，泥漿泵122可通過鄰近的電源(諸如，原動機或電動機124)供電?？赏ㄟ^立管126從泥漿罐120泵送泥漿，立管126將泥漿饋入鉆柱106中并且將泥漿傳送至鉆頭114。泥漿離開設置在鉆頭114中的一個或多個噴嘴并且在此過程中冷卻鉆頭114。在從鉆頭114離開后，泥漿經(jīng)由限定在井眼118和鉆柱106之間的環(huán)形部分循環(huán)回地表110，并且在此過程中使鉆屑和碎屑(諸如，沙和頁巖)返回到地表。鉆屑和泥漿混合物通過管路128并且進入到振動器和可任選的離心機(未示出)中，振動器和可任選的離心機從泥漿分離出大部分的固體(諸如，鉆屑和粉末)，并且再次將清潔的泥漿通過立管126返回至井下。在該過程中，可觀察、分析并且考慮各鉆探參數(shù)的變化，諸如到地面102的鉆進速度(ROP)的變化。
[0026]雖然針對圖1中的旋轉(zhuǎn)鉆機系統(tǒng)示出和描述了鉆孔系統(tǒng)100，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，在執(zhí)行本公開的實施例過程中可使用多種類型的鉆孔系統(tǒng)。例如，本公開的實施例中使用的鉆頭和鉆井設備可在陸地上(如圖1所示)或海上使用(未示出)?？筛鶕?jù)本公開的實施例使用的海上石油鉆井設備可包括，例如，浮子、固定平臺、基于重力的結(jié)構(gòu)、鉆井船、半潛式平臺、自升式鉆井設備、張力腿平臺等等。將理解，本公開的實施例可應用于從尺寸小且便攜式的到體積大且永久的任何范圍的鉆探設備。
[0027]并且，雖然本文中針對石油鉆井描述，但本公開的多個實施例可用于許多其他應用。例如，所公開的方法可用于用于礦產(chǎn)勘查、環(huán)境調(diào)查、天然氣開采、地下安裝、采礦作業(yè)、水井、地熱井等等的鉆井中。此外，本公開的實施例可用于封隔器壓力(weight-on-packer)組件中、用于運行襯管懸掛器、用于運行完井管柱等，而不背離本公開的范圍。
[0028]現(xiàn)在參照圖2，并且繼續(xù)參照圖1，示出的是可與本公開的一個或多個實施例配合使用的示例性井底組件(BHA) 104。雖然通篇針對BHA描述，但本文所描述的實施例可替代地或附加地應用在整個鉆柱的多個位置處，并因此不限于常規(guī)BHA的廣義位置(S卩，鉆柱的底部)。如所示的，BHA104可包括鉆頭114、旋轉(zhuǎn)導向工具202、MWD/LWD工具204、和鉆環(huán)206。
[0029]MWD/LWD工具204可包括MWD傳感器封裝件，MWD傳感器封裝件可包括配置成收集并傳輸定向信息、機械信息、地層信息等等的一個或多個勘測探頭207。具體而言，一個或多個勘測探頭207可包括一個或多個外部或內(nèi)部傳感器，諸如，但不限于，傾斜計、一個或多個磁強計(即，指南針單元)、一個或多個加速度計、軸位置傳感器、它們的組合等等。勘測探頭207和鉆頭114之間的距離可以是特定井眼應用所需的任何軸向長度。在一些實施例中，例如，勘測探頭207和鉆頭114之間的距離范圍可從大約5英尺到大約100英尺?？墒褂每睖y探頭207實時地獲得地面102 (圖1)中的BHA104的定向信息(即，三維空間中的井眼軌跡)，諸如，傾角和方位角。
[0030]MWD/LWD工具204可進一步包括LWD傳感器封裝件，LffD傳感器封裝件可包括一個或多個傳感器，該傳感器被配置成測量諸如電阻率、孔隙度、聲波傳播速度、或Y射線傳輸率之類的地層參數(shù)。在一些實施例中，MWD和LWD工具以及它們的相關(guān)的傳感器封裝件可彼此通信以在它們之間共享所收集的數(shù)據(jù)。如本領(lǐng)域已知的，MWD/LWD工具204可以電池驅(qū)動或發(fā)電機驅(qū)動，并且從MWD/LWD工具204獲得的任何測量值可在地表110 (圖1)處和/或井下位置處處理。
[0031]鉆環(huán)206可配置成將鉆壓添加至鉆頭114上的BHA104，使得在鉆頭114上有足夠的鉆壓以鉆穿必要的地質(zhì)地層。在其他實施例中，可通過從地表110延伸的鉆柱106將鉆壓施加至鉆頭114。在操作期間，鉆壓可添加至鉆頭114或從鉆頭114移除鉆壓，以最優(yōu)化鉆井性能和效率。例如，如以下更詳細描述的，可預測井眼的曲率并且可最優(yōu)化施加至鉆頭114的鉆壓以考慮由曲率引起的曳力或摩擦力。如將理解的，在其中井眼曲率更急劇處將存在增加量的曳力。
[0032]BHA104可進一步包括傳感器短節(jié)(sensor sub) 208,傳感器短節(jié)208稱合至BHA104或以其他方式形成BHA104的一部分。傳感器短節(jié)208可配置成監(jiān)測關(guān)于BHA104的井底環(huán)境中的各操作參數(shù)。例如，傳感器短節(jié)208可配置成監(jiān)測鉆頭114的操作參數(shù)，諸如，但不限于，鉆壓(WOB)、鉆頭扭矩(TOB)、鉆頭114的每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)、鉆柱106的彎矩、潛在影響鉆頭114的振動等等。如所示的，傳感器短節(jié)208可沿井孔向上設置在MWD/LWD工具204和鉆環(huán)206上方。然而，在其他實施例中，傳感器短節(jié)208可設置在沿著BHA104的任何位置處，而不背離本公開的范圍。[0033]在一些實施例中，傳感器短節(jié)208可以是可從美國德克薩斯州的休斯頓斯佩里鉆井(SperryDrillingofHouston)購買的DRILLDOC?工具。DRILLDOC?工具，或另一類似類型的傳感器短節(jié)208可配置成提供對相鄰的切削工具(即，鉆頭114)和/或鉆柱106上的鉆壓、扭矩、和彎曲的實時測量以表征從地表到切削工具和/或鉆柱106的能量轉(zhuǎn)移。如將理解的，這些測量有助于最優(yōu)化鉆井參數(shù)，以最大化性能和最小化浪費的能量轉(zhuǎn)移和振動。
[0034]BHA104可進一步包括雙向通信模塊210，雙向通信模塊210耦合至鉆柱106或以其他方式形成鉆柱106的一部分。通信模塊210可經(jīng)由一個或多個通信線路212通信地耦合至傳感器短節(jié)208和MWD/LWD工具204 (例如，它的勘測探針207 (多個))的每一個，使得通信模塊210可配置成實時地向傳感器短節(jié)208和MWD/LWD工具204發(fā)送數(shù)據(jù)和從傳感器短節(jié)208和MWD/LWD工具204接收數(shù)據(jù)。
[0035]通信模塊210可進一步經(jīng)由一個或多個通信線路214通信地耦合至地表(未示出)，使得通信模塊210可以能夠在操作期間實時地向地表110(圖1)發(fā)送數(shù)據(jù)和從地表110接收數(shù)據(jù)。例如，通信模塊210可配置成經(jīng)由傳感器短節(jié)208和MWD/LWD工具204按需向地表110通信各井下操作參數(shù)數(shù)據(jù)。然而，在其他實施例中，通信模塊210可與計算機化系統(tǒng)(未示出)等通信，該計算機化等配置成通過傳感器短節(jié)208和MWD/LWD工具204按需接收各井下操作參數(shù)數(shù)據(jù)。如將理解的，這種計算機化系統(tǒng)可設置在井下或在地表110處。
[0036]通信線路212、214可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何類型的電信設備或設備，諸如，但不限于，電線或線路，光纖線路等等。例如，在一些實施例中，有線鉆管(未示出)可用于在地表Iio和通信模塊210之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸。使用有線鉆管，BHA104和鉆柱106可具有安裝在它們的一個或多個部件中的電線，使得來自MWD/LWD工具204和傳感器短節(jié)208的測量值和信號可以高數(shù)據(jù)傳輸速率直接被攜載至地表110。如將理解的，如本領(lǐng)域已知地，信號線可被包含到測井電纜(wireline)、連續(xù)油管、或平直管線(slickline)中，從而將信號直接傳輸至地表110以供考慮。替代地或附加地，通信模塊210可包括或者可以是用于將測量值無線地傳輸至地表110的遙測模塊，如果期望，使用包括但不限于，泥漿脈沖、聲波、電磁頻率、它們的組合等等的一個或多個井下遙測技術(shù)。
[0037]由于傳感器短節(jié)208不設置在BHA104的底部，或軸向地毗鄰鉆頭114，如果傳感器短節(jié)208沒有被適當校準，則井眼曲率的變化(例如，傾角和方位角)可使WOB測量值偏斜。此外，如果它沒有被校準，則浮力，曳力、和泥漿流速均可影響傳感器短節(jié)208的測量值。根據(jù)本公開，可基于例如質(zhì)量、井眼曲率、摩擦力(例如，由井眼曲率等引起的曳力影響)、浮力、管壓力、和泥漿流來自動地更新或以其他方式補償由子傳感器208測量的W0B，藉此產(chǎn)生在多個井眼曲率下更精確施加的WOB測量?？赏ㄟ^移除掩蔽被施加到鉆頭114的軸向面的實際力的一些影響來觀察這種測量。
[0038]當沒有被適當?shù)匦蕰r，由傳感器短節(jié)208檢測的WOB可未考慮井眼曲率，并因此可能是不精確的。為了減少來自未被校準的傳感器短節(jié)208的不精確的讀數(shù)的嚴重程度，當井眼曲率變化或預測將改變時，可進行頻繁的偏置校正測量。本公開的實施例通過基于預測的井眼曲率及其產(chǎn)生的曳力影響自動地補償傳感器短節(jié)208測量值，來避免這種必要性。因此，可大大減小皮重測量(tare measurement)的頻率并且當引入新的皮重值時將觀察到數(shù)據(jù)值中更少的“凹凸(bumping)”。在鉆探或移動鉆柱106的同時，可使用本公開的實施例在“即時(on the fly)”進行常數(shù)皮重勘測。此類實施例的應用通過減少在鉆井進行(drill run)時校準傳感器短節(jié)208所花費的時間來最終節(jié)約鉆井時間和成本，因此最優(yōu)化鉆井操作。
[0039]根據(jù)本文中所公開的示例性方法，可在鉆井的同時通過分解出源自預測的井眼曲率的重力的影響(例如，曳力影響或摩擦力)來自動地處理并且以其他方式修改WOB測量數(shù)據(jù)，來維持施加至鉆柱106并作用在鉆頭114上的實際鉆壓。雖然兩種影響有助于傳感器短節(jié)208測量，可減去它們的影響，以確定多少實際負載被施加至鉆頭114自身的面。通過知道被施加至鉆頭的實際鉆壓，操作者可能能夠明智地確定是否需要將更多或更少的鉆壓施加至鉆柱106，以將鉆井力保持在最佳范圍中并且藉此最大化鉆進速度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，即時測量此類校正值可證明在評估整個鉆井條件和鉆井性能方面提供有價值的診斷數(shù)據(jù)是有利的。
[0040]此外，通過校正傳感器短節(jié)208來提供更精確的WOB讀數(shù)，可更精確地評估鉆頭114的機械效率以查看它運行的如何。更精確的WOB確定可改進可靠性并且允許操作員保持在操作極限內(nèi)并且做出更明智的決定，特別是在鉆定向井時。此外，更精確的WOB測量值可用于增加導向性能、最優(yōu)化鉆井速度、和最小化每英尺的成本。更精確的WOB讀數(shù)還可用于以各種其他方式最優(yōu)化鉆井。例如，操作者可得出關(guān)于井下條件的更精確的結(jié)論，以維持最佳鉆井參數(shù)。而且，更精確的WOB讀數(shù)可用于在有或者沒有操作者的干預的情況下，推薦自動化牽引和鉆井系統(tǒng)中的鉆井參數(shù)或?qū)ψ詣踊癄恳豌@井系統(tǒng)中的鉆井參數(shù)進行改變。
[0041]本方法和系統(tǒng)結(jié)合預測模型，以試圖減小WOB誤差。該方法被設計成與定向鉆機協(xié)作而不是針對它，并且旨在提供直觀的最壞情況、最好情況、和可能的結(jié)果，因此定向鉆機始終能意識到在作出導向決定時面臨的可能的變化。通過了解可能的變化，可預先預測臨界導向偏差的大小，并且在可能的情況下，在導向變得失敗之前作出決定以降低風險，藉此潛在地導致并且需要高成本的補救措施。
[0042]現(xiàn)參照圖3A-3D，并且繼續(xù)參照圖2，示出的為顯示根據(jù)一個或多個實施例的用于使用實際和預測計算來校正WOB的過程的示例性井眼300的演變視圖。在井眼300中的點P1上的間隔或區(qū)域為其中已經(jīng)基于由WMD/LWD工具204的一個或多個勘測探針207測井的明確的勘測結(jié)果校正的鉆壓測量值的區(qū)域。在圖3A中，點P1和點P2之間的間隔為已鉆探的軌跡(course)長度并且點P1和P2表示分別在該軌跡長度的開始和結(jié)束處提供井眼數(shù)據(jù)的勘測點?？墒褂每睖y探針207進行在點P1和P2中的每一個處進行井眼300的勘測。因此，井眼的點P1和P2之間的勘測信息表示可被在地表110 (圖1)處的操作者考慮的井眼300的實際測量值。
[0043]點P2和P3之間的間隔可表示其中根據(jù)本文所討論的實施例的模型用于預測井眼曲率及其對由傳感器短節(jié)208測量的WOB的影響的區(qū)域。從勘測探頭到BHA104的底部的距離本質(zhì)上為P3 - P2,并且這表示操作者必須移動鉆柱106的最小距離，以等于從勘測探頭207到鉆頭114的底部的BHA104的長度。
[0044]可通過計算點P2和P3之間的軌跡長度的預測的井眼曲率來確定點P3。這可使用多種到鉆頭的投影的勘測技術(shù)完成，多種到鉆頭的投影的勘測技術(shù)提供或者以其他方式計算預測的井眼位置。在一些實施例中，此類計算可通過使用一個或多個鉆壓和扭矩校正模型(諸如，可通過美國德克薩斯州休斯頓斯佩里鉆井服務購買的軟件程序MAXBHA?)來處理。MAXBHA?可存儲在包含配置成由計算機系統(tǒng)的一個或多個處理器執(zhí)行的程序指令的非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)上并且可幫助操作者通過對井眼300的臨界旋轉(zhuǎn)速度的實時建模和垂度校正來改進井布置、鉆井性能、和工具可靠性。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認識到，可使用任何其他已知的鉆壓和扭矩校正模型，而不背離本公開的范圍。所公開的方法可使用這種模型程序作為預測方法如何起作用以預測和以其他方式來校正WOB (在一些應用中，和Τ0Β)的示例。
[0045]雖然存在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知和認識的可用于計算井眼300的位置或井眼300的預測曲率的若干方法，但是本文中所使用的用于計算井眼位置的方法和/或方程式僅用于展示目的，并且理解可由本領(lǐng)域技術(shù)人員等同地實現(xiàn)其他方法和方程式的使用。由最小曲率方法中導出本領(lǐng)域技術(shù)人員普遍接受并且表明在計算井眼位置和曲率中的最小量誤差的一組方程式。在 S.J.Sawaryn 和 J.L.Thorogood 的 “A Compendium of DirectionalCalculation Based on the Minimum Curvature Method(基于最小曲率方法的定向計算的綱要)”(SPE Drilling and Completion, 2005 年 3 月，第 24-36 頁(SPE84246))中全面詳細描述了最小曲率方法，其內(nèi)容通過引用整體結(jié)合于此。
[0046]在該勘測計算方法中，井眼300的預測的曲率被視為在勘測點(station)之間的測得的深度的距離(即，軌跡長度)上的常量弧或曲率。然而，通常兩個勘測點之間的井眼偏差不是平滑的弧，而是由變化曲率的段組成。因此，最小曲率計算可用于將間隔表示為允許在深度間隔上匹配2個不同勘測的2個最小曲線的平均。普遍接受的用于井眼300的最小曲率的基本方程式如下:
[0047]
【權(quán)利要求】
1.一種用于在鉆井操作中最優(yōu)化鉆壓測量值的方法，包括: 在井眼中的第一深度處進行第一勘測記錄，所述第一勘測記錄提供在第一深度處的鉆柱的傾角和方位角； 采用設置在井底組件上的傳感器短節(jié)來測量第一深度處的鉆壓，所述井底組件形成鉆柱的一部分并且所述鉆頭部署于所述鉆柱的端部； 計算在井眼中的第二深度處的預測的井眼曲率，所述預測的井眼曲率包括在第二深度處的鉆柱的預測的傾角和預測的方位角； 基于預測的井眼曲率來計算鉆壓校正值；以及 采用所述鉆壓校正值來校準所述傳感器短節(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括: 鉆掘從第一深度到第二深度的間隔； 在所述鉆柱沿著間隔移動時實時地測量鉆壓； 在所述鉆柱沿著間隔移動時基于預測的井眼曲率來重新處理鉆壓校正值；以及在所述鉆柱沿著間隔移動時采用經(jīng)重新處理的鉆壓校正值來實時地重新校準所述傳感器短節(jié)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，進一步包括: 在第二深度處進行第二勘測記錄，所述第二勘測記錄提供在第二深度處的鉆柱的傾角和方位角； 利用第一深度和第二深度之間的傾角和方位角的變化來計算真實的井眼曲率；以及 基于真實井眼曲率來重新處理所述鉆壓校正值。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，進一步包括: 采用所述傳感器短節(jié)來測量所述井底組件的彎曲；以及 當鉆柱的彎曲違背真實井眼曲率時，檢測所述鉆柱的屈曲。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括: 采用所述傳感器短節(jié)來測量所述井底組件的彎矩；以及 當所述彎矩超出預定的極限時，檢測所述鉆柱的屈曲。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括: 采用所述傳感器短節(jié)來測量在第一深度處的鉆頭上的扭矩； 基于預測的井眼曲率來計算扭矩校正值；以及 采用所述扭矩校正值來校準所述傳感器短節(jié)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，進一步包括: 鉆掘從第一深度到第二深度的間隔； 在所述鉆柱沿著間隔移動時實時地測量鉆頭上的扭矩； 在所述鉆柱沿著間隔移動時基于預測的井眼曲率來重新處理扭矩校正值；以及在所述鉆柱沿著間隔移動時采用經(jīng)重新處理的扭矩校正值來實時地重新校準所述傳感器短節(jié)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，進一步包括: 在第二深度處進行第二勘測記錄，所述第二勘測記錄提供在第二深度處的鉆柱的傾角和方位角；利用第一深度和第二深度之間的傾角和方位角的變化來計算真實的井眼曲率；以及 基于真實井眼曲率來重新處理所述扭矩校正值。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用作用在鉆柱上的重力和曳力影響中的至少一個來確定所述鉆壓校正值。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，隨著預測的井眼曲率增加，對鉆柱的曳力影響增加。
11.一種采用其中用于執(zhí)行權(quán)利要求1的方法的計算機可執(zhí)行指令編程的非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)。
12.一種用于在鉆井操作中最優(yōu)化鉆壓測量值的系統(tǒng)，包括: 井底組件，所述井底組件耦合至延伸到井眼中的鉆柱； 一個或多個勘測探頭，所述一個或多個勘測探頭設置在所述井底組件上并且配置成在井眼中的第一深度處進行第一勘測記錄，所述第一勘測記錄提供在第一深度處的鉆柱的傾角和方位角； 傳感器短節(jié)，所述傳感器短節(jié)設置在所述井底組件上并且配置成測量第一深度處的鉆壓； 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通信地耦合至一個或多個勘測探頭和傳感器短節(jié)并且能夠接收和處理第一勘測記錄和鉆壓；以及 鉆壓和扭矩校正模型，所述鉆壓和扭矩校正模型通信地耦合至所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)且具有一個或多個處理器，所述一個或多個處理器被配置成計算在井眼中的第二深度處的預測的井眼曲率且基于所述預測井眼曲率來計算鉆壓校正值，所述鉆壓校正值被用于校準所述傳感器短節(jié)。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，在鉆掘從第一深度到第二深度的間隔時采用實時鉆壓測量值來實時更新所述鉆壓和扭矩校正模型，且進一步配置成在鉆柱沿著間隔移動時重新處理鉆壓校正值，藉此采用經(jīng)重新處理的鉆壓校正值來重新校準所述傳感器短節(jié)。
14.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，利用作用在鉆柱上的重力和曳力影響中的至少一個來確定所述鉆壓校正值。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，隨著預測的井眼曲率增加，對鉆柱的曳力影響增加。
16.如權(quán)利要求12所示的系統(tǒng)，其特征在于，所述鉆壓和扭矩校正模型從導向模型接收數(shù)據(jù)，所述導向模型配置成預測所述井底組件的鉆壓的變化。
17.如權(quán)利要求12所示的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器短節(jié)被配置成測量所述井底組件的彎曲以檢測所述鉆柱的屈曲。
18.如權(quán)利要求12所示的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器短節(jié)被配置成測量所述井底組件的彎矩以當所述彎矩超出預定極限時檢測所述鉆柱的屈曲。
19.如權(quán)利要求12所示的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器短節(jié)被配置成測量在第一深度處的鉆頭上的扭矩，并且所述鉆壓和扭矩校正模型被配置成基于預測的井眼曲率來計算扭矩校正值，所述扭矩校正值被用于校準所述傳感器短節(jié)。
20.如權(quán)利要求19所示的系統(tǒng)，其特征在于，所述鉆壓和扭矩校正模型被配置成一旦在第二深度處進行第二勘測記錄并且計算真實井眼曲率，就重新處理鉆壓和扭矩校正數(shù)據(jù)。
21.如權(quán)利要求12所示的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設置在井眼的外部。
22.如權(quán)利要求 12所示的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設置在井眼內(nèi)。
【文檔編號】E21B47/00GK103998713SQ201280060567
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月28日
【發(fā)明者】R·T·海, R·塞繆爾 申請人:哈里伯頓能源服務公司