[发明专利]使用井筒剖面能量和形状将井下钻孔自动化

说明书

背景

本公开涉及井下钻孔，且更具体地说，涉及基于正被钻孔的井筒 的剖面和能量将井下钻孔自动化。

井筒或井孔的品质大体上与井筒的“平滑度”有关。已经提出用于 对井筒进行钻孔的各种轨道模型，所述模型具有不同程度的最终井筒 平滑度。最简单的模型，也就是切向模型，由直线段组成。因此，该 模型的坡度在沿井筒长度的勘测点处是不连续的。另一常见模型为最 小曲率模型，其由圆弧组成。该模型具有连续的坡度但不连续的曲率。 到目前为止，用于轨道建模和钻柱分析的最常见方法为“转矩-拖拽” 模型，该模型计算下钻操作和起钻操作期间的额外载荷，在所述操作 期间转矩由于钻柱的旋转而产生，且拖拽为较之旋转的钻柱压力的多 余载荷，该多余载荷由于钻柱与井筒接触生成的摩擦力而产生。

井筒的平滑度可具有多种表现形式，所述多种表现形式均不利地 影响钻孔过程的效率且增加了钻孔和完井成本。目前，诸如井筒弯曲 度、曲率、扭力和各种钻孔指标的不同参数被用于量化井筒路径或估 计钻出平滑井筒的难度。另外，不存在用于定义井筒品质的明确标准。 举例来说，纳入考虑的钻孔指标一般更为主观地描述井孔品质，而不 是定性地量化井孔。在一些情况下，钻孔指标仅被用作钻井难易程度 的衡量标准，而不是用作钻孔平滑程度的衡量标准。

今天，自动化计算机控制式钻孔操作(也就是，“钻孔自动化”)正 在成为现实，因为其承诺节约钻机运转时间，并且通过自动地实施井 筒轨道模型为钻井操作人员提供经济效益。当实际井筒轨道偏离规划 井筒路径时，系统必须采取纠正措施。例如，现在钻井中使用的比例 -积分-微分(PID)控制可向旋转的操纵钻具提供负反馈，以便将偏离的 钻孔路径带回至规划轨迹。然而，PID控制中经常出现过冲和波动。

附图简述

以下附图被涵盖以便说明本公开的某些方面，且不应被视为排他 性实施方案。在不脱离本公开的范围的情况下，所公开的主题的形式 和功能可容许重大修改、变化、组合和等效形式。

图1说明可能采用本公开的一个或多个原理的示例性钻孔系统。

图2说明根据本公开的一个或多个实施方案的示例性井底组件。

图3绘示根据一个或多个实施方案的示例性井筒路径，该井筒路 径可通过实施本公开的原理形成。

图4说明根据一个或多个实施方案的系统的简化示意图，该系统 被配置以便执行本文所描述的方法。

图5为根据一个或多个实施方案的控制器模块的简化示意图。

图6为根据一个或多个实施方案的将钻孔操作自动化的方法的 示意性流程图。

详细描述

本公开涉及井下钻孔，且更具体地说，涉及基于正被钻孔的井筒 的剖面和能量将井下钻孔自动化。

本文公开基于钻井剖面能量将钻孔操作自动化以便钻出更为平 滑的井筒的系统和方法。所公开的系统包括控制器模块，该控制器模 块可通信地联接至测量系统和钻孔系统。测量系统可就较之规划井筒 路径的实际井筒路径位置对控制器模块进行实时更新。当实际井筒路 径已经偏离规划井筒路径时，控制器模块可被配置以便基于实际井筒 路径的最低能量确定返回路径，以及传送一个或多个纠正性命令信号 至操纵组件以便重新定向实际井筒路径的轨道，以使得其返回至规划 井筒路径。返回路径使用基于最低井筒能量标准的轨道模型进行计 算，以便将钻井轨道的过冲和波动最小化。如将了解的是，用于使实 际井筒路径返回至规划井筒路径的基于能量的方法可为将井下钻孔 系统自动化的可靠形式，以用于实现对钻孔设备的最佳利用。

参考图1，说明可采用本公开的一个或多个原理的示例性钻孔系 统100。可通过使用钻孔系统100钻至土层102中来创建井孔。钻孔 系统100可被配置以便驱动井底组件(BHA)104，该井底组件104定 位或以其它方式布置在钻柱106的底部处，该钻柱106从布置在表面 110处的起重机108延伸至土层102中。起重机108包括用于降下和 升起钻柱106的钻杆112。