[发明专利]采用多个反馈回路的定向钻井方法和系统

权利要求书

1.一种定向钻井系统，其包括：

井底钻具组件，所述井底钻具组件具有钻头和转向工具，所述转向工具被配置来自适应地控制钻井方向；

第一反馈回路，所述第一反馈回路将第一控制信号提供给所述转向工具；

第二反馈回路，所述第二反馈回路将第二控制信号提供给所述转向工具；以及

一组传感器，所述一组传感器在钻井期间在沿着所述井底钻具组件的一个或多个点处测量应变和移动中的至少一者，其中所述第一控制信号和所述第二控制信号部分基于所述应变或所述移动测量值，

其中所述第二反馈回路包括部分基于所述应变或所述移动测量值来估计钻头位置以及钻头力和钻头力扰动中的至少一者的逻辑器，并且，

其中所述第二反馈回路包括基于所述估计的钻头力或所述钻头力扰动来估计钻头力扰动补偿的逻辑器。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述钻头力扰动补偿应用到PID控制器输出，并且其中所述PID控制器将期望的钻头位置与所述估计的钻头位置之间的差值作为输入接收。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述第一反馈回路包括部分基于所述应变或所述移动测量值来估计钻头力和钻头力扰动中的至少一者的逻辑器。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述第一反馈回路包括基于所述估计的钻头力或所述钻头力扰动来估计岩石力学和钻头磨损中的至少一者的逻辑器。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述第一反馈回路包括钻孔路径优化器，其部分基于所述估计的岩石力学或所述钻头磨损来确定期望的钻孔路径。

6.如权利要求1至5中任一项所述的系统，其中每当出现超过阈值的路径偏差时，所述第一控制信号被更新，并且其中所述第二控制信号以固定速率来更新。

7.如权利要求1至5中任一项所述的系统，其中所述第一反馈回路部分基于期望的钻孔路径与测量的钻孔路径之间的差值来确定所述第一控制信号。

8.如权利要求1至5中任一项所述的系统，其还包括更新由所述第一反馈回路和所述第二反馈回路使用的模型或模型参数的逻辑器。

9.一种定向钻井方法，其包括：

在钻井期间在沿着井底钻具组件的一个或多个点处测量应变和移动中的至少一者；

将第一控制信号从第一反馈回路应用到所述井底钻具组件的转向工具；

将第二控制信号从第二反馈回路应用到所述转向工具；

部分基于所述应变或所述移动测量值来随时间的推移调整所述第一控制信号和所述第二控制信号；

由所述第二反馈回路部分基于所述应变或所述移动测量值来估计钻头位置以及钻头力和钻头力扰动中的至少一者；以及

由所述第二反馈回路基于所述估计的钻头力或所述钻头力扰动来估计钻头力扰动补偿。

10.如权利要求9所述的方法，其还包括：

由所述第二反馈回路将所述钻头力扰动补偿应用到PID控制器输出；以及

由所述PID控制器将期望的钻头位置与所述估计的钻头位置之间的差值作为输入接收。

11.如权利要求9所述的方法，其还包括由所述第一反馈回路部分基于所述应变或所述移动测量值来估计钻头力和钻头力扰动中的至少一者。

12.如权利要求11所述的方法，其还包括由所述第一反馈回路基于所述估计的钻头力或所述钻头力扰动来估计岩石力学和钻头磨损中的至少一者。

13.如权利要求12所述的方法，其还包括由所述第一反馈回路基于所述估计的岩石力学或所述钻头磨损来确定期望的钻孔路径。