[发明专利]用于功率损失故障表征的方法、系统和装置

说明书

本发明涉及用于通过测量与井筒中的钻柱相关联的信号传播的功率损失来实时确定钻探作业故障的方法、系统和装置。本发明包括从与井筒中的钻柱相关联的柱中钻探子传感器采集第一时间序列，以及从与所述钻柱相关联的传感器采集第二时间序列，其中所述传感器是在大地表面上的钻机上或附近。所述方法还包括确定所述井筒的几何形状以及使用所述第一时间序列、所述第二时间序列和所述井筒的几何形状通过推导出信号传播的功率损失来确定用于表征井筒的模型参数阿尔法和贝塔。所述模型参数然后可以用于钻探后续的井，使用表面传感器采集的数据来确定钻探故障。

关于联邦资助的研究或开发的声明

无。

技术领域

本发明总体涉及检测和减轻钻探中的故障。更具体但非限制性地，本发明的实施例包括通过对井筒环境建模来预测在钻柱的任何位置处的实时故障，从而使得能够从处于工作状况下的钻柱回收信号能量，这允许检测和减轻井下钻探故障，故障由地表上的传感器检测。

背景技术

使用与从地表旋转的钻柱相关联的钻头或使用井下马达、或同时使用井下马达并且从地表旋转钻柱通过钻探作业来开发烃储量。在钻柱末端的井底钻具组合(BHA)可以包括诸如钻铤、扶正器、钻井马达和记录工具、以及测量工具的部件。BHA还能够将各种钻井和地质参数遥测发送到地表设施。

在钻井过程中钻柱在井筒中遇到的阻力导致钻柱的显著磨损，特别常见钻头和BHA的显著磨损。对于增强钻井效率并且使成本最小化而言重要的是，理解井筒的几何形状如何影响钻柱和BHA上的阻力，以及管理潜在导致井下设备失效的动态状况。称为钻探故障的、可能导致部件失效的各种状况包括扭矩过大、冲击、钻头跳动、引入的振动、钻头涡动(whirl)、粘-滑等等。这些状况必须被快速检测到，从而尽可能快地努力将其减轻，因为某些故障可能迅速导致工具失效。

快速汇聚和分析来自与井筒钻探作业相关的多个来源的数据，通过对钻探故障的及时响应而有助于高效的钻井作业。井下传感器采集的井眼或钻柱时间序列数据的准确定时信息对于汇聚来自地表和井下传感器的信息而言是重要的。然而，每个传感器可能具有其自身的内部时钟，或者来自许多传感器的数据可能是相对于未同步的多个时钟而采集和记录的。定时信息的这种非同步性在合并和处理来自不同传感器的数据时产生了问题。此外，已知传感器定时有时受到各种环境因素的影响，所述环境因素造成了可能不同地影响各种传感器的可变定时漂移。许多因素都可能使独立传感器的定时不准确，所述传感器于是需要被校正或调整以使数据可以在所有传感器信息在时间上一致的情况下被正确地同化，以便将正在钻的井的动态状态准确地通知钻井作业中心。

井下钻探故障可以造成难以检测或预测的严重作业问题。越快越高效地辨识出钻探故障，就可以越快地减轻故障。因而需要高效的方法、系统和装置来快速辨识和减轻在钻井作业过程中的故障。

发明内容

应理解的是，虽然下文中提供了一个或多个实施例的展示性实现方式，但各种具体实施例可以使用任何数目的本领域普通技术人员已知的技术来实现。本披露绝不应以任何方式受限于展示性实施例、附图、和/或下文展示的技术，包括在本文中展示和描述的示例性设计和实现方式。此外，本披露可以在所附权利要求书的范围及其全部等效物范围内进行修改。

本发明更具体地在非限制性实施例中包括一种用于通过测量与井筒中的钻柱相关联的信号传播的功率损失来实时确定钻探作业故障的方法，所述方法包括从与第一井中的井筒中的钻柱相关联的柱中钻探子传感器采集第一时间序列，并且从与所述钻柱相关联的传感器采集第二时间序列，其中所述传感器是在大地表面上的钻机上或附近。所述方法还包括确定所述井筒的几何形状以及使用所述第一时间序列、所述第二时间序列和所述井筒的几何形状通过推导出信号传播的功率损失来确定用于表征井筒的模型参数阿尔法和贝塔。