[发明专利]井控制系统及相关方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及结合地下井使用的设备和执行的操作，在这里描述的实施例中，特别提供井控制系统及相关方法。

背景技术

欠平衡钻挖(drilling)是一种钻挖技术，在钻挖期间，井眼(wellbore)中的钻挖液的流体静压加上任何施加的压力小于在被穿透的地岩层(formation)区中的孔隙(pore)压力。有时，孔隙压力可等于或小于流体静压和施加的压力的组合，但一般目的是为了防止钻挖液进入地岩层，这会限制地岩层未来的生产率。

在欠平衡钻挖操作期间，气体、流体和/或固体的各种组合被注入井眼中并环流(circulated)至表层。当孔隙压力大于流体静压和施加的压力的组合时，来自穿透区域的流体进入井眼，并沿着注入的流体被引至表层。从穿透区域产生的流体可包括气体、水和油的任何组合。

为了控制穿透区域处的流体静压，钻挖操作员通常改变被注入到井眼的气体、流体、凝胶、泡沫和/或固体的混合物。为了控制施加到井眼的压力，钻挖操作员通常调整表层的阻塞门(choke)，从而调节流体通过井眼环流中的反压力。通过控制流体静压和施加的压力，在钻挖期间，可以从表层控制来自穿透区域的流体的生成。

遗憾的是，这些技术无法使操作员预测到钻挖状态的重大变化例如气体反弹从而据此来调整表层控制。这些技术还无法使操作员预测到应如何调整表层控制来解决钻挖动作中的变化，例如实际钻挖的临时中断以连接钻挖管的另一接合点等。

因此，需要了解的是，井控制系统和方法需要进行改进。这些改进对欠平衡钻挖以及其它操作尤其有利，例如管理压力钻挖。

发明内容

在实现本发明的原理时，提供一种能解决本领域中至少一个问题的井控制系统和方法。下文将描述一个例子，其中井控制方法使得在发生流量变化之前就预测到井眼和储油层(reservoir)之间的流量变化。下文还将描述另一个例子，其中对合并有多个适应性模型的系统提供不同的钻挖状态。

在本发明的一个方案中，提供一种井控制系统及相关的井控制方法，其中在发生变化之前可容易地预测到钻挖操作变量(例如井眼和储油层之间的流量变化)。在钻挖操作期间进行预测，从而可便利地预测到在钻挖操作期间发生的变化。在做出预测之后，可发生井眼和储油层之间的流量变化。

流量变化可以是例如流体从储油层流入井眼的增长速率。可选择地，流量变化可以是从井眼流到储油层的增长速率。流量变化可由井底孔压力的变化产生。

可由预测装置执行预测步骤。预测装置可包括神经网络、人工智能装置、浮点处理装置、自适应模型、用于归纳实际系统的非线性函数和/或遗传算法。预测装置可执行回归分析，对非线性函数执行回归，并可使用粒度计算。将初始原理模型的输出输入到自适应模型，和/或初始原理模型可包括在自适应模型中。

预测装置中的项目(term)或“权重”可基于项目所述预测装置针对项目所输出的导数而进行调整。这些导数通常用于最优化过程，其中成本函数被最小化或最大化。

可通过将在钻挖操作期间获得的数据输入到预测装置来训练预测装置。另外或代替的，可通过将在钻挖至少一个先期(prior)井眼时获得的数据输入到预测装置来训练预测装置。该训练可包括将指示由预测装置产生的预测中的早前(past)误差的数据输入到预测装置。

在井眼中的欠平衡状态下执行钻挖操作。可选择地或另外，平衡状态和/或过平衡状态可存在于井眼中。

在流体从储油层流入井眼时执行钻挖操作。钻挖操作可包括将流体从储油层环流到表面位置的操作。

在本发明的另一个方面中，井控制方法可包括以下步骤：在钻挖井眼时感测钻挖操作变量，从而产生感测变量；间歇地传送感测变量；以及利用感测变量来训练预测装置，以预测在所述感测变量的传送之间出现的钻挖操作变量的值。

在本发明的另一个方面中，井控制方法可包括以下步骤：在钻挖井眼时感测至少一个第一钻挖操作变量，从而产生第一组感测变量；在钻挖所述井眼时感测至少一个第二钻挖操作变量，从而产生第二组感测变量；以及利用所述第一组感测变量和所述第二组感测变量来训练预测装置，以预测在选定时间的第二钻挖操作变量。

在本发明的又一个方面中，根据本发明原理实现的井控制方法还可包括以下步骤：在钻挖一个井眼时感测至少一个第一钻挖操作变量，从而产生第一组感测变量；在钻挖另一个井眼时感测至少一个第二钻挖操作变量，从而产生第二组感测变量；以及利用所述第一组感测变量和所述第二组感测变量来训练预测装置，以预测在选定时间的第二钻挖操作变量。