[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

说明书

一种控制地下地层中的钻头轨迹的方法，包括：接收用于操作特定井底钻具组件(BHA)的钻井参数；利用计算机处理器构造包括所述BHA和所述地下地层的计算机模型的定向钻进模拟器；使用地层参数和钻井参数来计算连接到所述BHA的底端的钻头的轴向运动和侧向运动；通过使用所述BHA的所述计算机模型考虑并计算所述BHA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；以及确定要考虑所预测钻头游动的经调整钻头轨迹。所述方法包括：确定用于操作所述BHA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BHA。

优先权要求

本申请要求2016年7月20日提交的美国临时专利申请序列号62/364,833的题为“METHODS OF CONTROLLING DRILL BIT TRAJECTORY BY PREDICTING BIT WALK ANDWELLBORE SPIRALING”的申请日的权益。本申请还要求2016年11月10日提交的美国专利申请序列号15/348,003的申请日的权益，所述申请是2014年10月17日提交的标题为“DIRECTIONAL DRILL AHEAD SIMULATOR:DIRECTIONAL WELLBORE PREDICTION USING BHAAND BIT MODELS”的美国专利申请序列号14/517,433的部分继续申请，所述申请要求2013年10月18日提交的美国临时专利申请序列号61/892,959的权益，并且本申请还要求2016年7月20日提交的美国临时专利申请序列号62/364,833的权益，其中每一者的公开内容以引用的方式整体并入本文。

本申请的主题还涉及2014年10月17日提交的标题为“AXIAL MOTION DRILL BITMODEL”的美国专利申请序列号14/517,445的主题，所述申请要求2013年10月18日提交的美国临时专利申请序列号61/892,992的权益，并且本申请的主题还涉及2014年10月17日提交的标题为“LATERAL MOTION DRILL BIT MODEL”的美国专利申请序列号14/517,454的主题，所述申请要求2013年10月18日提交的美国临时专利申请序列号61/893,011的权益，其中每一者的公开内容也通过引用的方式整体并入。

技术领域

本公开的实施方案涉及通过考虑并预测钻头游动和井筒螺旋来控制地下地层中的钻头轨迹以改进钻井操作和钻井规划的方法。

背景技术

地质构造用于许多应用，诸如烃类开采、地热开采以及二氧化碳封存。通常，钻孔钻入地层中以提供进入地层的通道。无论是设置在陆面还是水面上的钻机都操作连接到钻头的钻柱来钻取钻孔。由于操作钻机非常昂贵，因此可通过精确地钻取钻孔来实现期望的几何形状和结束位置，从而实现效率。当在地层中钻孔时，可提供延伸到地层中的预定钻井路径供操作员遵循。钻井路径可弯曲、转弯或以其他方式呈非线性，从而需要操作员控制钻地工具进入地层的方向。包含在钻柱中的部件(诸如井底钻具组件(BHA)和一个或多个钻地工具(例如，钻地钻头、扩孔钻或被配置来在形成或扩大钻孔时移除土料的另一工具)可根据它们在非线性钻孔内执行和创建非线性钻孔的能力来进行选择。

定向钻井的过程由于钻头与地下地层的衬砌井钻孔的壁之间的力的复杂相互作用而变得复杂。在用旋转式钻头，特别是用固定切削刃型旋转式钻头进行钻井时，已知如果将侧向力(通常称为侧力或径向力)施加到钻头，则钻头可从平行于井钻孔的预期纵向轴线的直线路径“游动”或“漂移”。当钻头以方向角增大的方式游动时，可以说钻头向右游动或者表现出“向右游动”。类似地，当钻头以方向角减小的方式游动时，可以说钻头向左游动或表现出“向左游动”。当钻头没有在井钻孔的底部处从平行于井钻孔的纵向轴线的直线路径游动或漂移时，钻头可被称为“抗游动”钻头并且可以说表现出“中性游动”。以类似的方式，当钻头在使得倾斜角增大的方向上漂移时，可以说钻头表现出“构建”的倾向，而当钻头在使得倾斜角减小的方向上漂移时，可以说钻头表现出“下落”的倾向。