[发明专利]用于监视和控制地下钻探的系统和方法

摘要

一种用于监视地下钻探的系统和方法，其中，通过使用有限元技术或有限差技术来创建钻柱的模型来监视振动，并且（i）通过向模型中输入操作参数的实时值来预测振动，并随后调整模型以与测量的振动数据一致，（ii）预测将出现谐振以及将出现粘滑时的钻头及钻柱上的重量和泥浆马达速度，使得操作员能够避免将导致高振动的操作方式，（iii）基于一个或多个位置处的测量的振动和扭矩来确定沿着钻柱长度的振动和扭矩水平，（iv）基于部件已经受的振动的历史来确定钻柱的关键部件的剩余寿命，以及（v）确定将避免钻柱的过大振动的最佳钻探参数。

主权项

一种方法，所述方法用于监视使用钻头钻入土地岩层中从而形成井眼的钻柱的操作，所述方法包括步骤：（a）通过使所述钻头以第一转速旋转并在所述钻头上施加第一重量来在所述土地岩层中钻具有第一直径的井眼；（b）进行所述钻头旋转时的所述第一转速的值的确定；（c）进行所述钻头上的所述第一重量的值的确定；（d）进行所述井眼的所述第一直径的值的确定；（d）在使所述钻头以所述第一速度旋转并在所述钻头上施加所述第一重量的同时，测量在沿着所述钻柱的至少一个预定位置处所述钻柱中的振动；（e）基于所述钻头的所述第一转速、所述钻头上的所述第一重量和所述第一井眼直径的确定值，使用所述钻柱的有限元模型来预测所述至少一个预定位置处所述钻柱中的振动；（f）将所测量的振动与所预测的振动相比较，并确定它们之间的差异；（g）对所述有限元模型进行修订，以便减小所测量的振动与由所述模型预测的所述振动之间的所述差异；（h）通过使所述钻头以第二转速旋转并在所述钻头上施加第二重量来在所述土地岩层中钻具有第二直径的井眼；（i）进行所述钻头旋转时的所述第二转速的值的确定；（j）进行所述钻头上的所述第二重量的值的确定；（k）进行所述井眼的所述第二直径的值的确定；（l）基于所述钻头的所述第二转速、所述钻头上的所述第二重量和所述第二井眼直径的确定值，使用所述钻柱的所述修订的有限元模型来预测所述钻柱中的振动。