[发明专利]通过预测钻头游动和井筒螺旋来控制钻头轨迹的方法

权利要求书

1.一种控制地下地层中的钻头轨迹的方法，所述方法包括：

接收用于操作特定的井底钻具组件的钻井参数；

利用计算机处理器构造包括所述井底钻具组件和所述地下地层的计算机模型的定向钻进模拟器；

利用所述计算机处理器、使用至少一个地层参数和至少一个钻井参数来计算连接到所述井底钻具组件的底端的钻头的轴向运动和侧向运动；

利用所述计算机处理器、通过使用所述井底钻具组件的所述计算机模型考虑并计算所述井底钻具组件与所述地下地层中的钻孔的壁之间的接触力和摩擦力来预测所述钻头的钻头游动，其中，预测所述钻头的所述钻头游动包括至少部分地基于考虑并计算的所述摩擦力来更新转向计算机模型；

利用所述计算机处理器确定用于考虑所预测钻头游动的经调整钻头轨迹，确定所述经调整钻头轨迹包括在所述接触力的方向上应用所述钻头的所述侧向运动的计算结果并且使所述钻头上的所述接触力的方向旋转恒定角度，其中，通过以下中的至少一者来获得所述恒定角度：利用经验公式来计算所述恒定角度、从具有已知值的表获得所述恒定角度、或者使用等于所述钻头处的所述接触力与所述摩擦力之间的角度的值；

确定用于操作所述井底钻具组件以基本上遵循所述经调整钻头轨迹的经调整钻井参数；以及

根据所述经调整钻井参数来操作所述井底钻具组件。

2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：通过使用所述井底钻具组件的所述计算机模型考虑并计算所述接触力和所述摩擦力来预测井筒螺旋。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，接收钻井参数还包括接收用于在指定的地下地层中操作所述特定的井底钻具组件的岩性数据。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，根据所述经调整钻井参数来操作所述井底钻具组件包括至少部分地基于所述经调整钻头轨迹在所述指定的地下地层中钻取井筒。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，构造包括所述井底钻具组件的计算机模型的定向钻进模拟器包括：

构造所述井底钻具组件和所述地下地层的三维模型；

将所述井底钻具组件的计算机模型配置成深度域中的动态模型；

将所述井底钻具组件的计算机模型配置为在有限元分析的每个步骤中使用误差减小迭代至少部分地基于所述钻头的所预测钻头游动来预测造斜率；以及

将所述井底钻具组件的计算机模型配置为在钻井操作期间实时地操作。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中：

计算所述钻头的所述轴向运动和所述侧向运动包括至少部分地基于所述钻头的所述轴向运动来使用侧向运动钻头模型，所述钻头的所述轴向运动使用与所述侧向运动钻头模型和所述井底钻具组件的所述计算机模型分开的轴向运动钻头模型计算；并且

确定所述经调整钻头轨迹包括使用与所述侧向运动钻头模型和所述轴向运动钻头模型分开的所述转向计算机模型，其中，所述转向计算机模型被配置为应用来自所述侧向运动钻头模型的结果，所述侧向运动钻头模型的结果通过所述井底钻具组件的所述计算机模型的预测结果来调整。

7.根据权利要求6所述的方法，其中计算所述钻头的所述轴向运动和所述侧向运动包括使用所述侧向运动钻头计算机模型和所述轴向运动钻头计算机模型来计算所述侧向运动与所述轴向运动的比。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过考虑并计算所述井底钻具组件与所述钻孔的所述壁之间的所述接触力和所述摩擦力来预测所述钻头的所述钻头游动还包括考虑所述钻头的角位移。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，预测所述钻头的所述钻头游动包括计算所述井底钻具组件的至少一个部件与钻孔壁之间的所述摩擦力以及将所述摩擦力与所述接触力相加。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过考虑并计算所述井底钻具组件与所述钻孔的所述壁之间的所述接触力和所述摩擦力来预测所述钻头的所述钻头游动还包括计算所述井底钻具组件的至少一个部件与所述钻孔的所述壁之间的扭转摩擦力。