[发明专利]使用随机最优控制实现的钻井自动化

权利要求书

1.一种用于钻井自动化的方法，所述方法包括：

至少部分基于第一组井下测量值来生成钻井系统的模型，所述模型接受所述钻井系统的钻井参数作为输入；

至少部分基于所述模型来确定所述钻井系统的机械钻速，其中确定所述钻井系统的所述机械钻速包括确定所述钻井系统的最大机械钻速；

使用所述钻井参数的第一组值来模拟所述模型，其中使用所述钻井参数的所述第一组值模拟所述模型包括生成与所述第一组值相对应的WOB、旋转速率和流速的第二组值；

至少部分基于所述机械钻速和所述模拟结果来计算所述钻井系统的控制策略，其中计算所述钻井系统的所述控制策略包括将所述第二组值与和所述最大机械钻速相对应的所述WOB、旋转速率和流速的所述值相比较；以及

至少部分基于所述控制策略来产生针对所述钻井系统的控制信号以改变所述钻井系统的一个或多个钻井操作。

2.如权利要求1所述的方法，其中生成所述钻井系统的所述模型包括生成所述钻井系统的空间状态模型。

3.如权利要求1所述的方法，其中

所述钻井系统的所述钻井参数包括

所述钻井系统的大钩的大钩载荷；

所述钻井系统的泵的泵速；以及

所述钻井系统的顶部驱动器的转矩值；并且

所述模型生成以下各项中的至少一者作为输出：

所述钻井系统的钻压(WOB)；

钻头的旋转速率；以及

钻井流体穿过所述钻井系统的流速。

4.如权利要求3所述的方法，其中生成针对所述钻井系统的所述控制信号包括生成与所述钻井参数中的至少一者相对应的控制信号。

5.如权利要求3所述的方法，其中确定所述钻井系统的所述最大机械钻速包括确定与所述最大机械钻速相对应的所述WOB、旋转速率和流速的值。

6.如权利要求1所述的方法，其中计算所述钻井系统的所述控制策略进一步包括

使用成本函数来跟踪所述第二组值与和所述最大机械钻速相对应的所述WOB、旋转速率和流速的所述值之间的差；

计算与所述成本函数的最低平均输出相对应的值函数；

使用所述值函数来计算所述钻井系统的状态中的每一者的控制输入；以及

生成查找表，所述查找表包含所述钻井系统的所述控制输入和所述状态。

7.如权利要求6所述的方法，其中至少部分基于所述控制策略生成针对所述钻井系统的所述控制信号包括

生成所述钻井系统的状态的实时估计值；

从所述查找表选择与所估计状态相对应的控制输入；

使用所述控制输入生成所述钻井系统的所述控制信号。

8.如权利要求1所述的方法，进一步包括

接收第二组井下测量值；

至少部分基于所述第二组井下测量值来生成所述钻井系统的第二模型；

至少部分基于所述第二模型来计算第二控制策略；以及

至少部分基于所述第二控制策略来生成针对所述钻井系统的第二控制信号。