[发明专利]钻探系统及用于对地下钻探操作中的振动进行预测的方法

权利要求书

1.一种用于对用于具有钻柱的钻探系统的振动信息进行预测的方法，所述钻柱包括构造成在钻探操作期间在土壤地层中形成钻孔的钻头，所述方法由计算机执行并且包括下列步骤：

经由计算机处理器访问钻探系统部件信息，所述钻探系统部件信息包括所述钻柱的一个或多个特性；

经由所述计算机处理器访问用于所述钻探操作的预期操作信息，所述预期操作信息包括至少钻压(WOB)、所述钻头的旋转速度、钻孔直径、和振动阻尼系数；以及

经由所述计算机处理器对用于所述钻柱的振动信息进行预测，预测振动信息包括至少用于所述钻柱的轴向振动、横向振动、和扭转振动中的每一个的幅度，对所述振动信息进行的预测基于根据用于所述钻探操作的所述预期操作信息操作的所述钻柱的能量平衡和所述钻探系统部件信息进行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，对振动信息进行预测的步骤包括确定用于所述钻柱的所述横向振动、所述轴向振动、和所述扭转振动中的每一个的幅度，其中，供给至钻探操作的能量与在所述钻探操作期间由于所述钻探系统部件的振动而耗散的能量相等。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，对振动信息进行预测的步骤限定模型，所述模型是将所述能量平衡应用于所述钻柱的频域类型的有限元模型。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述预测振动信息包括用于轴向振动、横向振动和扭转振动中的至少一个的模式形状。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述钻柱的所述预期操作信息和所述预测振动信息确定用于所述钻柱的临界速度的步骤。

6.根据权利要求6所述的方法，其中，确定所述钻柱的所述临界速度的步骤包括基于钻压和旋转速度中的至少一个来确定所述临界速度。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述钻柱的所述一个或多个特性包括钻柱几何结构、所述钻柱的材料特性、所述钻柱上的稳定器的位置和数量、所述钻柱的倾斜角度、和钻头几何结构。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括经由通信系统接收所述钻探系统部件信息的步骤。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括经由通信系统接收用于所述钻探操作的所述预期操作信息的步骤。

10.一种钻探系统，所述钻探系统构造成在钻探操作期间在土壤地层中形成钻孔，所述钻探系统包括：

支承钻头的钻柱，所述钻头构造成限定所述钻孔；

至少一个计算装置，所述至少一个计算装置包括存储部分，所述存储部分上存储有钻探系统部件信息，所述钻探系统部件信息包括所述钻柱的一个或多个特性，所述存储部分还包括用于所述钻探操作的预期操作信息，所述预期操作信息包括至少钻压(WOB)、所述钻头的旋转速度、钻孔直径、和振动阻尼系数；以及

与所述存储部分通信的计算机处理器，所述计算机处理器构造成对用于所述钻柱的振动信息进行预测，预测振动信息包括至少用于所述钻柱的轴向振动、横向振动、和扭转振动中的每一个的幅度，其中，对所述振动信息进行的预测基于根据用于所述钻探操作的所述预期操作信息操作的所述钻柱的能量平衡和所述钻探系统部件信息进行。

11.根据权利要求10所述的钻探系统，其中，对振动信息进行的预测基于用于所述钻柱的所述横向振动、所述轴向振动、和所述扭转振动中的每一个的幅度进行，其中，供给至所述钻探操作的能量与在所述钻探操作期间由于作为施加至所述钻柱的一个或多个力的函数的所述钻探系统部件的振动而耗散的能量相等。

12.根据权利要求10所述的钻探系统，其中，所述预测振动信息通过将所述能量平衡作为施加至所述钻柱的一个或多个力的函数应用于所述钻柱而基于频域类型的有限元模型进行。

13.根据权利要求10所述的钻探系统，其中，所述预测振动是用于沿所述钻柱的轴向振动、横向振动和扭转振动中的至少一个的模式形状。

14.根据权利要求10所述的钻探系统，其中，所述钻柱中的所述一个或多个特性包括钻柱几何结构、所述钻柱的材料特性、所述钻柱上的稳定器的位置和数量、所述钻柱的倾斜角度、和钻头几何结构。