[发明专利]独立于传感器位置而估计钻井系统中的最大负荷振幅

说明书

本公开描述了用于减轻井下管柱中的振动的系统和方法。该方法包括：在钻井操作期间获得第一负荷和第二负荷的第一负荷测量结果和第二负荷测量结果；以及产生第一负荷测量数据和第二负荷测量数据，其中第一负荷传感器和第二负荷传感器被隔开传感器距离。从该第一负荷测量数据和该第二负荷测量数据以及该传感器距离确定该第一负荷和该第二负荷的第一代表性值和/或第二代表性值。将所确定的代表性值与相应负荷极限进行比较，并且响应于所确定的代表性值等于或超过该相应负荷极限而执行振动减轻操作。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年5月22日提交的美国申请序列号62/674,660的权益，该美国申请的全部公开内容以引用方式并入本文。

背景技术

1.技术领域

本发明整体涉及地下操作，并且更具体地涉及独立于传感器位置而估计在钻井操作期间的最大负荷振幅。

2.相关技术的描述

在地下深处钻出钻孔以用于许多应用，诸如二氧化碳封存、地热生产以及油气勘探和生产。在所有这些应用中，都会钻出钻孔，使得其穿过位于地表下方的地层中包含的能量或物质(例如，热、气体或流体)或允许触及该能量或物质。可将不同类型的工具和仪器设置在钻孔中以执行各种任务和测量。

在钻井操作期间，钻柱和井底钻具组合中的剧烈振动可能是由钻头处的切削力或井下工具诸如泥浆马达中的质量不平衡所致。此类振动可能造成钻进速率降低、测量质量降低，并且潜在地造成井下故障。因此，重要的是，使用减少和/或减轻振动的钻井参数(例如，管柱RPM、钻头RPM、WOB等)来确定和操作。

在钻井操作期间，可基于表示井下振动水平的客观标准来调整钻井参数。在地表处需要客观标准以帮助钻井者(例如，操作员)调整钻井参数。来自加速度计或其他井下传感器的测量结果通常用于这一目的。然而，由于若干原因，对此数据的解释是受限的。例如，各种井下测量结果取决于位于井下的传感器的位置。另外，当使用加速度计时，切向加速度和径向加速度与半径成比例，并且因此，如果现场人员知道互相关性和传感器位置，则从其解释数据可能会产生合理的结果。此外，传感器距钻头的距离可能会影响所获得的信息。例如，与激发的一个不同振动模态或多个不同振动模态相关联的振幅可基于传感器位置距钻头的距离，这继而又影响了测量结果。也就是说，测量结果强烈地取决于激发的一个振动模态振型或多个振动模态振型。例如，在模态振型的节点中，未测量到振幅(不可观察)，反之亦然。此外，滤波器特性和采样率可能会限制有助于总体振动振幅水平的频率。另外地，如本领域的技术人员将理解，传感器位置并非完全地对准和/或传感器的位置公差可能过高。因此，横向、径向和切向加速度(振动)的分离可能不准确。因此，用于确定和/或估计井下振动的改进的装置可为有利的。

发明内容

本文中公开了用于减轻井下管柱中的振动的系统和方法。该系统和方法包括：在钻井操作期间获得第一负荷和第二负荷的第一负荷测量结果和第二负荷测量结果；以及产生第一负荷测量数据和第二负荷测量数据，其中第一负荷传感器和第二负荷传感器被隔开传感器距离。从该第一负荷测量数据和该第二负荷测量数据以及该传感器距离确定该第一负荷和该第二负荷的第一代表性值和/或第二代表性值。将所确定的代表性值与相应负荷极限进行比较，并且响应于所确定的代表性值等于或超过该相应负荷极限而执行振动减轻操作。

附图说明

在本说明书结束时的权利要求书中特别指出并明确要求保护被视为本发明的主题。通过以下结合附图的详细描述，本发明的前述和其他特征和优点将变得显而易见，其中类似的元件具有类似的编号，附图中：

图1是可采用本公开的实施方案的用于执行地下操作的系统的示例；

图2A是井下系统的示意图，其示出了井下系统的形状随距钻头的距离的变化；

图2B示出了可在图2A的井下系统的操作期间激发的示例性对应扭转加速度模态振型；