[发明专利]控制用于在地下地层中形成开孔的钻柱的钻井方向的方法

说明书

一种控制用于在地下地层中形成开孔的钻柱的钻井方向的方法，所述方法包括：在旋转钻井期间改变钻柱的速度，使得钻柱在旋转循环的第一部分期间处于第一速度，而在旋转循环的第二部分期间处于第二速度，其中第一速度高于第二速度，以及其中在旋转循环的第二部分中以第二速度工作使钻柱改变钻井方向。

本申请是申请日为2011年4月11日、申请号为201180023526.6、发明名称为“钻井方法和系统”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总体涉及在各种地下地层（诸如含烃地层）中钻井的方法和系统。

背景技术

从地下地层中获得的烃往往用作能源、原料和消费产品。对可用烃资源枯竭的担忧以及对所生产出的烃的总体质量下降的担忧引起人们去开发对可用烃资源进行更有效开采、处理和/或使用的方法。

在钻井操作中，通常将各种监视和控制功能分配给钻井人员。例如，钻井人员可控制或监视钻井装置（诸如旋转驱动器或滑架驱动器）的位置、收集钻井流体的样本以及监视振动筛。作为另一个示例，钻井人员根据实际情况调节钻井系统（“摇动”钻柱），以便调节或校正钻井速率、轨迹或稳定性。钻工可使用操纵杆、手动开关或其他手动操作设备来控制钻井参数，并使用计量仪、仪表、刻度盘、流体样本、或听得见的警报来监视钻井状况。对手动控制和监视的需要可能增加对地层进行钻进的成本。另外，钻工所进行的一些操作可基于来自钻井系统的细小提示（诸如钻柱的意外振动）。因为不同钻井人员拥有不同的经验、知识、技能和天赋，所以，依靠这样的手动过程的钻井性能从一个地层到另一个地层或者从一套钻井装备到另一套钻井装备不可能是可重复的。另外，一些钻井操作（无论是手动的还是自动的）可能要求：例如，当从旋转钻井模式变成滑动钻井模式时，使钻头停止或拉离井底。在这样的操作期间中止钻井可降低总进展速率和钻井效率。

钻井系统中的井底钻具组合往往包括诸如随钻测量（MWD）工具的仪器。来自井下仪器的数据可用于监视和控制钻井操作。提供、操作和维护这些井下测量工具可能显著增加钻井系统的成本。另外，由于必须将来自井下仪器的数据传送到地面（诸如通过泥浆脉冲或周期性电磁传输），井下仪器在钻井过程中以周期性的间隔可能仅提供有限“快照”。例如，钻工在来自MWD工具的更新之间可能不得不等待20秒钟或更长时间。在更新之间的间隙期间，来自井下仪器的信息可能变得过时，失去其控制钻井的价值。

发明内容

本文所述的实施例总体涉及在地下地层中自动钻井的系统和方法。

一种针对特定泥浆马达评估马达输出转矩与泥浆马达两端压差之间的关系的评估方法包括：在地层地表处向钻柱施加转矩，以使钻柱以指定钻柱转速（rpm）在地层中旋转；以指定流速将钻井流体泵入泥浆马达中；以指定压差操作泥浆马达以使钻头转动，从而钻入地层中；在以指定压差持续操作泥浆马达的同时，减小施加在钻柱上的转矩，从而将钻柱的旋转速度降低到目标钻柱速度；在泥浆马达处于指定压差（因此钻头持续钻井）的同时，测量使钻柱保持目标钻柱速度所需的在地层地表处的钻柱转矩；以及根据所测量的保持转矩和指定压差来模拟钻头转矩与泥浆马达两端压差之间的关系。

一种评估用于在地下地层中形成开孔的钻头钻压的方法包括：根据至少一种分析模型来评估钻头钻压与泥浆马达两端压差之间的关系；测量泥浆马达两端压差；使用地层地表处的钻柱转矩的至少一个测量结果来评估用于形成开孔的钻头转矩与用于操作钻头的马达的两端压差之间的关系；使用分析模型、钻头转矩与马达两端压差之间的评估关系、和钻压与钻头转矩之间的评估关系来评估钻头钻压。

一种评估用于在地下地层中形成开孔的钻头钻压的方法包括：测量至少一个压力以确定泥浆马达两端压差；根据所测量的压差确定马达输出转矩；测量钻柱转矩；测量离开井底的旋转转矩；以及根据测量结果中的至少一个测量结果来确定产生由钻压引起的侧向加载转矩所需的钻压。