[发明专利]用于自动井规划、钻井和引导系统的钻井参数优化

说明书

一种用于钻机的自动化系统包括处理器和与处理器通信并且存储计算机可执行指令的计算机存储器，当由处理器实施时，所述计算机可执行指令使处理器执行功能，所述功能包括作为时间的函数接收a)至少一个表面操作参数和b)至少一个井下操作参数中的至少一个。处理器还可对所述至少一个表面操作参数和所述至少一个井下操作参数进行滤波和平滑中的至少一个，以生成处理数据。处理器可根据经处理的数据生成钻井能量的测量值，并确定钻井能量的测量值的最小值，以及计算至少一个表面操作参数和至少一个井下操作参数中的至少一个的目标值。

相关申请的交叉引用

本申请要求题为“用于自动井规划、钻井和引导系统的钻井参数优化”并且于2018年3月13日提交的美国临时专利申请62/642,041的权益和优先权，该专利申请的公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本申请涉及用于自动井规划、钻井和引导系统的钻井参数优化。更具体地，本申请涉及用于钻机的自动化系统、钻机和钻井方法。

背景技术

用于钻探油气井的过程的自动化是在过去几十年里已经广泛讨论的主题。已经提出了多种方法和理论，公开了许多科学文章，已经进行了若干成功和不成功的测试，但是钻井工作人员在钻井期间继续经历令人苦恼的非生产时间(NPT)。过多的NPT在经济上阻碍了油气运营商，因为即使在没有钻井进度发生时，劳动力成本和资本费用也继续增加。Basbar等人(SPE-180066-MS)进行的研究表明，总NPT通常占总钻井成本的10-15％，并且在某些情况下可高达30％。相同的研究还将针对取样的一组钻井和修井的NPT的主要原因确定为工作人员能力相关(42％)、机械装备故障(27.6％)和操作装备故障(12.7％)。因此，可以预期，在实时钻井期间使与决策制定相关的过程自动化可以显著地减少作为工作人员能力的函数的NPT，并且可以减少操作装备故障率，这一起导致钻井期间累积的总NPT的一半以上。

通常，井场处的决策过程可涉及若干人，这取决于所做出的具体决策。油/气田运营商雇佣储层工程师(“储层团队”)和地质学家(“地质团队”)来定义井眼目标。每个钻机具有指定的钻井工程师(DE)，其准备包括使得适合的井眼轨迹的钻井程序(DWP)，并完成由储层团队和地质团队设定的钻井目标。根据井眼目标的复杂性，DWP可以是很长的文档。运营商通常还在有钻具的现场具有井场管理者(WM或“公司人员”)，其可以与定向钻井工(DD)(通常来自第三方定向钻井服务供应商)、随钻测量(MWD)工程师、钻具监督者或管理者(也称为工具推进器(TP))和钻机操作员(钻井工)一起工作，以组装所需的工具、材料和人员，并且制定用于实施DWP的行动过程。

然后，钻机工开始钻井操作，在DD的指令下设定钻机的操作参数以实施选定的行动路线。钻井工负责控制钻具，而DD负责基于轨迹测量数据计算实时井眼位置和前瞻预测(例如，钻头和井眼将基于历史和实时井眼位置数据的预测)。DD还负责基于不断更新的计算和前瞻预测来决定是继续钻井还是对井眼定位应用校正。在大多数情况下，DD还负责基于所看到的趋势和本地钻井历史的知识的钻井参数选择和实时钻井优化(即，选择操作参数值的期望值或目标值)。

定向钻井涉及在钻探石油或天然气井眼时对其轨迹进行导向。定向钻井的最常见方法之一涉及利用可转向或“弯曲部”马达井底钻具组合(BHA)或在不断增长的情况下利用旋转的可转向系统(通常推动钻头或指向钻头系统)使井眼偏斜。在那些涉及可转向马达组件的BHA中，该方法涉及具有井下钻井马达的井底组件，该井下钻井马达(通常在其可调节的弯曲部壳体处)具有轻微的弯曲，这导致从钻杆的中心轴线远离的钻头的中心轴线中的钻头倾斜或不对准。这种类型的BHA在这里将被称为可转向马达BHA。