[发明专利]钻井曲率的闭环控制

权利要求书

1.一种用于在钻进时控制地下井筒曲率的井下闭环方法，所述方法包括：

(a)将钻柱布置在所述地下井筒中，所述钻柱包括钻头和布置在其上的旋转导向定向钻具；

(b)旋转所述旋转导向定向钻具和所述钻头以钻取所述地下井筒；

(c)使用所述旋转导向定向钻具和所述钻头以一定的机械钻速钻取所述地下井筒；

(d)在(b)中钻进时控制所述旋转导向定向钻具，使得钻进姿态基本上等于设定点姿态；

(e)在测到变化点时，通过使用设定点机械钻速和设定点全角变化率来计算设定点姿态增量，所述设定点姿态增量包括用于将设定点姿态调整预定姿态增量的时间间隔；

(f)通过所述设定点姿态增量调整所述设定点姿态；并且

(g)连续地重复(d)和(f)，以在(b)中钻进时控制所述井筒的所述曲率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述设定点姿态增量包括单位时间姿态的变化速率。

3.根据权利要求1所述的方法，其中(c)包括：

当所述机械钻速在期望的机械钻速之外时，调整所述钻柱的旋转速率、钻井液流量和所述钻头上的钻压中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

(h)对照预定的机械钻速限值，监测(c)中的所述机械钻速；

(i)当在(h)中监测的所述机械钻速超出所述预定的机械钻速限值时，改变所述机械钻速；并且

(j)重复(e)以计算新的设定点姿态增量。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括：

(h)测量(c)中的滑车位置以计算所述机械钻速；

(i)评估(h)中计算得到的所述机械钻速的变化点；

(j)当在(i)中检测到变化点时改变所述设定点机械钻速；并且

(k)重复(e)以计算新的设定点姿态增量。

6.一种用于在钻进时控制地下井筒曲率的井下闭环方法，所述方法包括：

(a)将钻柱布置在所述地下井筒中，所述钻柱包括钻头和布置在其上的旋转导向定向钻具；

(b)旋转所述旋转导向定向钻具和所述钻头以钻取所述地下井筒；

(c)控制(b)中钻进的方向，使得钻进姿态基本上等于设定点姿态；

(d)测量在(b)中钻进时的钻进速度，包括：

(i)评估瞬时钻进速度的变化点；并且

(ii)当在(i)中检测到变化点时下传平均钻进速度至井下；

(e)处理(d)中测量的所述钻进速度和设定点全角变化率，以计算设定点姿态增量；

(f)通过所述设定点姿态增量调整所述设定点姿态；并且

(g)连续地重复(d)、(e)和(f)，以在(b)中钻进时将所述井筒的所述曲率控制为所述设定点全角变化率。

7.根据权利要求6所述的方法，其中(d)包括通过对滑车位置与时间的函数求导测量瞬时钻进速度。

8.根据权利要求7所述的方法，其中(d)还包括：

(i)通过对滑车位置与时间的函数求导测量瞬时钻进速度。

9.根据权利要求6所述的方法，其中(e)还包括在井下处理器处处理所述平均钻进速度和设定点全角变化率，以计算所述设定点姿态增量。

10.根据权利要求6所述的方法，其中(g)中的所述重复步骤包括：

(i)通过对滑车位置与时间的函数求导测量瞬时钻进速度；

(ii)评估所述瞬时钻进速度的变化点；

(iii)当在(g)(ii)中检测到变化点时下传平均钻进速度至井下；

(iv)处理所述平均钻进速度和所述设定点全角变化率，以计算新的设定点姿态增量；并且

(v)通过所述新的设定点姿态增量调整所述设定点姿态。

11.根据权利要求6所述的方法，其中所述设定点姿态增量包括单位时间姿态的变化速率。

12.一种用于在钻进时控制地下井筒曲率的方法，所述方法包括：

(a)将钻柱布置在所述地下井筒中，所述钻柱包括钻头和布置在其上的旋转导向定向钻具；

(b)旋转所述旋转导向定向钻具和所述钻头以钻取所述地下井筒；

(c)使地面控制器控制(b)中的钻进速度，使得所述钻进速度在设定点机械钻速的预定限值内；

(d)当检测到变化点时，在所述地面控制器处处理所述设定点机械钻速和设定点全角变化率，以计算设定点姿态增量，所计算的设定点姿态增量限定单位时间姿态的变化速率；

(e)将所述设定点姿态增量下传至井下控制器；

(f)使所述井下控制器在(b)中钻进时控制所述旋转导向定向钻具，使得钻进姿态基本上等于设定点姿态；

(g)通过在(e)中下传的所述设定点姿态增量调整所述设定点姿态；并且

(h)连续地重复(f)和(g)，以在(b)中钻进时控制所述井筒的所述曲率。