用于預(yù)測鉆孔的幾何形狀的系統(tǒng)、方法和計(jì)算機(jī)程序的制作方法
【專利摘要】本文提供了一種用于測量和預(yù)測復(fù)雜鉆孔幾何形狀的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。公開了一種用于確定由鉆柱產(chǎn)生的鉆孔軌跡的方法。所述方法包括：在至少兩個(gè)觀測點(diǎn)之間接收表示一個(gè)或多個(gè)鉆井參數(shù)的數(shù)據(jù)；在所述至少兩個(gè)觀測點(diǎn)之間以預(yù)定增量來平均化所接收到的數(shù)據(jù)；針對每個(gè)所述預(yù)定增量至少根據(jù)經(jīng)過平均化的數(shù)據(jù)來計(jì)算預(yù)測的鉆柱響應(yīng)；針對每個(gè)所述預(yù)定增量至少根據(jù)所述預(yù)測的鉆柱響應(yīng)來確定傾角和方位角的改變；至少根據(jù)所述傾角和方位角的改變來產(chǎn)生預(yù)測的井眼軌跡；比較所述預(yù)測的井眼軌跡和測量到的井眼軌跡；以及如果比較結(jié)果有利，則針對每個(gè)所述預(yù)定增量至少根據(jù)所述傾角和方位角的改變來確定可能的鉆孔位置。
【專利說明】用于預(yù)測鉆孔的幾何形狀的系統(tǒng)、方法和計(jì)算機(jī)程序
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體上涉及鉆孔的映射和鉆取，尤其涉及用于測量和預(yù)測復(fù)雜的鉆孔幾何形狀的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆孔，通常也被稱為“井眼”和“鉆眼”，鉆孔被建立用于各種用途，包括用于定位不同的天然資源的地下貯藏的勘探性鉆井、用于提取這樣的貯藏的采礦作業(yè)、以及用于安裝地下設(shè)施的施工項(xiàng)目。一個(gè)常見的誤解是，所有鉆孔均與鉆機(jī)豎直對齊，然而，很多應(yīng)用需要鉆取帶有豎直偏離及水平幾何形狀的鉆孔。用于鉆取水平的、豎直偏離的及其他復(fù)雜鉆孔的已知技術(shù)是定向鉆井。定向鉆井一般典型地為鑿出這樣的孔的過程，該孔的特征為在土地中鉆孔的路線在非豎直方向上，即，軸線與豎直平面成一角度(稱為“垂直偏差”)，并且定向在方位角平面上。
[0003]常規(guī)的定向鑿井技術(shù)傳統(tǒng)上由鑿井設(shè)備來操作，鑿井設(shè)備推動或操縱在其遠(yuǎn)端帶有可定向鉆頭的一連串相連接的鉆桿來獲得復(fù)雜的鉆孔幾何形狀。在勘探和采收諸如石油和天然氣等地下碳?xì)浠衔镔A藏中，通常用附接到底部鉆具組合或者“BHA”的一端的可旋轉(zhuǎn)鉆頭來鉆取定向鉆孔?？刹倏v的BHA可以包括，例如正位移馬達(dá)(positivedisplacement motor, PDM)或者“泥衆(zhòng)馬達(dá)”、鉆鋌、擴(kuò)孔器、沖擊鉆(shock),以及用以擴(kuò)大井眼的擴(kuò)孔工具。穩(wěn)定器可以附接到BHA以控制BHA的彎曲來在所需的方向(傾角和方位角)上定向鉆頭。BHA依次附接到管組件的底部，管組件常包括接合管或相對柔性的“可繞式(spoolable)”管，也稱為“連續(xù)管(coiled tubing)”。此定向鉆井系統(tǒng)，即操作性互連管道、鉆頭和BHA，通常被稱為“鉆柱”。當(dāng)在鉆柱中使用接合管時(shí)，可以通過從地表旋轉(zhuǎn)接合管來旋轉(zhuǎn)鉆頭，或者通過包含在BHA中的泥漿馬達(dá)的操作來旋轉(zhuǎn)鉆頭。與此相反，使用連續(xù)管的鉆柱通常經(jīng)由BHA中的泥漿馬達(dá)來旋轉(zhuǎn)鉆頭。
[0004]不論井型面如何，無論其為水平的、偏離的、豎直的或者其任何合邏輯的組合，都必須盡可能精確地映射鉆孔軌跡以優(yōu)化碳?xì)浠衔镔A藏的采集。從以往來看，井眼的路徑或其“軌跡”是通過收集沿井眼路徑的離散位置(“觀測點(diǎn)”)處的一系列方向和傾角(“D&I”)的測量值(諸如傾角和方位角)來確定。由這些角度測量值，連同鉆柱的已知長度，可以構(gòu)建井眼軌跡的理論模型。方位角和傾角可以通過沿鉆柱放置的觀測傳感器來測量。這些測量值可能受鉆柱或鉆井環(huán)境的意外改變的影響。例如，附接傳感器的鉆柱的一部分可能彎曲或者“凹陷(sag) ”，其可能導(dǎo)致鉆孔中心線不一定指向與帶有傳感器的工具的中心線相同的方向。
[0005]鉆井行業(yè)目前的做法是通過計(jì)算由井下觀測儀器測量到的計(jì)算觀測點(diǎn)(站)之間的曲率來確定鉆孔位置曲率。最常用于定義井軌跡的該方法稱為最小曲率法，描述在例如由 SJ.Sawaryn 和 J.L.Thorogood在“A Compendium of Directional Calculations Basedon the Minimum Curvature Method(基于最小曲率法定向計(jì)算的綱要)”，SPE AnnualTechnical Conference and Exhibition(SPE 年度技術(shù)會議及展覽)，Denver (丹佛),Colorado (科羅拉多)，10月5-8日(2003)中，其全文通過引用合并與此。使用這種方法，由被圓弧連接的一系列切向量來表示井眼軌跡。其他的點(diǎn)、線和面的集合可以用于表示諸如相鄰的井、租用線路(lease line)、地標(biāo)和故障的特征。這些對象之間的關(guān)系具有簡單的幾何演繹，使其服從數(shù)學(xué)處理。
[0006]準(zhǔn)確的鉆孔位置在與其他井的分離的確定、石油和天然氣田的劃分、以及油儲層中的石油的體積的計(jì)算中非常重要。在實(shí)際鉆井作業(yè)中，鉆井工具所取的路徑不沿單一恒定的曲線，而是由一系列不同程度的曲線構(gòu)成。在最小曲率法中當(dāng)計(jì)算井眼位置時(shí)不考慮觀測點(diǎn)之間的井眼軌跡的變化。這樣，通常用于定義井軌跡的目前的方法不能提供最準(zhǔn)確的鉆孔位置和曲率。此外，當(dāng)校正測量點(diǎn)處所取的測量值的偏差時(shí)，不考慮復(fù)雜的鉆孔形狀內(nèi)的鉆井工具的偏差。目前的做法通常是基于最小曲率鉆孔形狀校正鉆孔偏差。這種做法不能令人滿意地抵消鉆孔偏差。
[0007]因此，需要更好地確定觀測站之間的井眼路徑并且更加準(zhǔn)確地計(jì)算井眼位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本公開的方案，提供了一種用于確定鉆孔軌跡的方法。所述方法包括:在至少兩個(gè)觀測點(diǎn)之間接收表示一個(gè)或多個(gè)鉆井參數(shù)的數(shù)據(jù)；在所述至少兩個(gè)觀測點(diǎn)之間以預(yù)定增量來平均化所接收到的數(shù)據(jù)；針對每個(gè)所述預(yù)定增量至少根據(jù)經(jīng)過平均化的數(shù)據(jù)來計(jì)算預(yù)測的鉆柱響應(yīng)；針對每個(gè)所述預(yù)定增量至少根據(jù)所述預(yù)測的鉆柱響應(yīng)來確定傾角和方位角的改變；至少根據(jù)所述傾角和方位角的改變來產(chǎn)生預(yù)測的井眼軌跡；比較所述預(yù)測的井眼軌跡和測量到的井眼軌跡；以及如果比較結(jié)果有利，則針對每個(gè)所述預(yù)定增量至少根據(jù)所述傾角和方位角的改變來確定可能的鉆孔位置。
[0009]根據(jù)本公開的其他方案，公開了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括非暫存性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述非暫存性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有由其承載的指令集合，所述指令集合配置為在由一個(gè)或多個(gè)控制器執(zhí)行時(shí)引起下述動作:在至少兩個(gè)觀測點(diǎn)之間以預(yù)定增量來平均化測量到的數(shù)據(jù)集合，所述數(shù)據(jù)集合表示多個(gè)鉆井參數(shù)；針對每個(gè)所述預(yù)定增量至少根據(jù)經(jīng)過平均化的數(shù)據(jù)集合來計(jì)算預(yù)測的鉆柱響應(yīng)；針對每個(gè)所述預(yù)定增量至少根據(jù)所述預(yù)測的鉆柱響應(yīng)來確定傾角和方位角的改變；至少根據(jù)所述傾角和方位角的改變來產(chǎn)生預(yù)測的井眼軌跡；比較所述預(yù)測的井眼軌跡和測量到的井眼軌跡；如果比較結(jié)果不利，則通過應(yīng)用帶有統(tǒng)計(jì)偏差的校正因子來重新計(jì)算所述預(yù)測的鉆柱響應(yīng)，并且重復(fù)所述的確定、產(chǎn)生和比較的動作；以及如果所述比較結(jié)果有利，則針對每個(gè)預(yù)定增量根據(jù)所述傾角和方位角的改變來確定可能的鉆孔位置。
[0010]根據(jù)本公開的其他方案，特征為一種用于預(yù)測復(fù)雜鉆孔的路徑的系統(tǒng)。所述鉆孔可以由定向鉆井系統(tǒng)鉆取，所述定向鉆井系統(tǒng)具有至少一個(gè)感測設(shè)備，所述至少一個(gè)感測設(shè)備操作性連接到帶有底部鉆具組合(BHA)和鉆頭的鉆柱。所述系統(tǒng)包括:輸入設(shè)備，配置為從用戶接收(多個(gè))輸入；控制器；存儲設(shè)備，存儲多個(gè)指令。當(dāng)由所述控制器執(zhí)行所述多個(gè)指令時(shí)，這些指令使所述控制器:在第一觀測點(diǎn)與第二觀測點(diǎn)之間從所述至少一個(gè)感測設(shè)備接收表示多個(gè)鉆井參數(shù)的測量值；在所述第一觀測點(diǎn)與所述第二觀測點(diǎn)之間以多個(gè)用戶定義深度增量中的每個(gè)來平均化所接收到的測量值；針對每個(gè)所述深度增量至少根據(jù)經(jīng)過平均化的測量值來計(jì)算預(yù)測的BHA響應(yīng)和預(yù)測的鉆頭響應(yīng)；針對每個(gè)所述深度增量至少根據(jù)所述預(yù)測的BHA響應(yīng)和所述預(yù)測的鉆頭響應(yīng)來確定傾角和方位角的改變；至少根據(jù)所述傾角和方位角的改變在所述第一觀測點(diǎn)處產(chǎn)生預(yù)測的井眼軌跡；比較所述預(yù)測的井眼軌跡和在所述第二觀測點(diǎn)處測量到的井眼軌跡；以及如果所述比較結(jié)果有利，則針對每個(gè)所述深度增量根據(jù)所述傾角和方位角的改變來確定可能的鉆孔位置。
[0011]上面的概括無意表示本公開的每個(gè)實(shí)施例或每一個(gè)方案。相反，上面的概述僅僅提供一些新穎方案和本文所闡述的特征的示例。通過下面結(jié)合附圖和所附權(quán)利要求對用于實(shí)施本發(fā)明的示例性實(shí)施例和最佳模式的詳細(xì)描述，本公開的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是根據(jù)本公開的方案的示例性鉆井系統(tǒng)的示意圖。
[0013]圖2是根據(jù)本公開的方案的示例性底部鉆具組合(BHA)的示意圖。
[0014]圖3是根據(jù)本公開的方案，表示與可以由例如控制器或處理器執(zhí)行的指令對應(yīng)的方法或算法的流程圖。
[0015]圖4是示出在不同測量深度處示例性對于旋轉(zhuǎn)可操縱組件的計(jì)算建造速度和使用示例性近鉆頭傾角傳感器的計(jì)算建造速度的曲線圖。
[0016]易于對本公開做出各種修改及替代形式，同時(shí)已經(jīng)在附圖中以示例的方式示出具體實(shí)施例并將在本文中詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本公開無意限定于所公開的特定形式。相反，本公開意圖覆蓋落入由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等同方案和替代方案。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本公開易于以許多不同形式實(shí)施。在附圖中示出并將在本文中詳細(xì)描述本發(fā)明的代表性實(shí)施例，應(yīng)理解本公開應(yīng)視為本發(fā)明的原理的示例并且無意將本發(fā)明的寬泛方案限定于所示的實(shí)施例。
[0018]現(xiàn)在參照附圖，其中通篇幾個(gè)視圖中類似的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖1示出根據(jù)本公開的方案的示例性定向鉆井系統(tǒng)，一般性地標(biāo)示為10。許多公開的概念是參照用于勘探和采收諸如石油和天然氣等地下碳?xì)浠衔镔A藏的鉆井作業(yè)來討論的。然而，所公開的概念并不限于此，并且可以應(yīng)用到其他鉆井作業(yè)。為此，本發(fā)明的方案并不局限于圖1和圖2所呈現(xiàn)的布置和部件。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，附圖不一定按比例繪制，并且僅用于描述的目的；因此，附圖中所呈現(xiàn)的單獨(dú)和相對的尺寸和取向不應(yīng)視為限制。有關(guān)定向鉆井系統(tǒng)的附加信息，可以在例如來自Michael Strachan等、名稱為“Method andSystem for Predicting PerformanceOf a Drilling System Having Multiple CuttingStructures (用于預(yù)測具有多個(gè)切削結(jié)構(gòu)的鉆井系統(tǒng)的性能的方法和系統(tǒng))”的美國專利申請公開第2010/0259415A1號中找到，其全文通過引用合并于此。
[0019]圖1中所示例的定向鉆井系統(tǒng)10包括由鉆臺12支持的塔架，或如在本領(lǐng)域中最常被稱之為的“井架”11。鉆臺12支撐在所需的轉(zhuǎn)速下被驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)臺14，例如通過原動機(jī)(未示出)的操作經(jīng)由鏈條驅(qū)動系統(tǒng)來驅(qū)動。旋轉(zhuǎn)臺14進(jìn)而向鉆柱20提供必要的旋轉(zhuǎn)力。包括鉆桿部24的鉆柱20從旋轉(zhuǎn)臺14向下延伸進(jìn)入定向鉆孔26。如在附圖中所示，鉆孔26可以沿多維路徑或“軌跡”行進(jìn)。圖1中的鉆孔26的底部54的三維方向由指示矢量52表示。
[0020]鉆頭50附接到鉆柱20的遠(yuǎn)側(cè)的井下端。當(dāng)例如經(jīng)由旋轉(zhuǎn)臺14旋轉(zhuǎn)時(shí)，鉆頭50操作以斷裂開并一般性地崩解地質(zhì)構(gòu)造46。鉆柱20例如通過滑輪系統(tǒng)(未示出)經(jīng)由方桿接頭21、轉(zhuǎn)頭28和管線29聯(lián)接到“絞車”起重設(shè)備30。絞車30可以包括各種組件，包括剎車鼓(drum)、一個(gè)或多個(gè)馬達(dá)、減速齒輪、主制動器和輔助制動器。在一些實(shí)施例中，在鉆井操作中，可以操作絞車30以控制鉆頭50的鉆壓和鉆柱20進(jìn)入鉆孔26的穿透速率。絞車30的操作是已知的，因而不在本文中詳細(xì)描述。
[0021]在鉆井作業(yè)中，可以通過鉆柱20由液壓“泥漿泵” 34在壓力下將合適的鉆井流體(本領(lǐng)域中通常稱為“泥漿”)31，從泥漿池32循環(huán)進(jìn)入鉆孔26。鉆井流體31可以包括:例如，通常包括“水和粘土”基組合物的水基泥漿(WBM)、基液是諸如柴油燃料等石油產(chǎn)品的油基泥漿(OBM)、基液是合成油的合成基泥漿(SBM)、以及氣態(tài)的鉆井液。鉆井流體31從泥漿泵34穿過經(jīng)由流體管道(通常稱為“泥線”)38和方桿接頭21進(jìn)入鉆柱20。鉆井流體31在鉆孔底部54處通過鉆頭50中的開口排出，并且通過在鉆柱20與鉆孔26的側(cè)部之間的環(huán)形空間27在“上井(uphole)”方向上朝向地表循環(huán)。在鉆井流體31靠近旋轉(zhuǎn)臺14時(shí)，其經(jīng)由返回管線35排到泥漿池32中。適當(dāng)?shù)夭渴鹪阢@孔26的地表上的各種地表傳感器48，單獨(dú)操作或與部署在鉆孔26內(nèi)的井下傳感器70、72 —同操作，以提供關(guān)于各種與鉆井相關(guān)的參數(shù)的信息，諸如流體流量、鉆壓、鉤載荷等，下面將進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]地表控制單元40可以經(jīng)由可放置在流體管線38上的傳感器或換能器43從地表和井下傳感器及設(shè)備接收信號。地表控制單元40可以是可操作的，以根據(jù)提供給地表控制單元40的編程指令來處理信號。地表控制單元40可以經(jīng)由諸如顯示器、計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、揚(yáng)聲器、燈等的一個(gè)或多個(gè)輸出設(shè)備42將所需的鉆井參數(shù)和其他信息呈現(xiàn)給操作員，操作員可以用其控制鉆井作業(yè)。地表控制單元40可以包含計(jì)算機(jī)、用于存儲數(shù)據(jù)的存儲器、數(shù)據(jù)記錄器以及其他已知的和此后開發(fā)的外圍設(shè)備。地表控制單元40還可以包括模型并可以根據(jù)編程指令處理數(shù)據(jù)，并響應(yīng)通過可以是鍵盤、觸摸屏、麥克風(fēng)、鼠標(biāo)、操縱桿等性質(zhì)的合適的輸入設(shè)備鍵入的用戶指令。
[0023]在本公開的一些實(shí)施例中，可旋轉(zhuǎn)鉆頭50附接在可操縱的鉆井底部鉆具組合(BHA) 22的遠(yuǎn)端。在所示的實(shí)施例中，BHA 22聯(lián)接在鉆頭50和鉆柱20的鉆桿部24之間。BHA 22可以包括帶有各種傳感器以提供關(guān)于巖層46和井下鉆井參數(shù)的隨鉆測量(MWD)系統(tǒng)，在圖1中一般性地標(biāo)不為58。BHA 22中的MWD傳感器可以包括但不限于:用于測量靠近鉆頭的巖層電阻率的設(shè)備、用于測量巖層伽馬射線強(qiáng)度的伽馬射線設(shè)備、用于確定鉆柱傾角和方位角的設(shè)備、以及用于測量井下鉆井流體壓力的壓力傳感器。MWD還可以包括用于測量沖擊、振動、轉(zhuǎn)矩、遙測等的附加的/替代的感測設(shè)備。上述設(shè)備可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到井下發(fā)射器33，發(fā)射器33轉(zhuǎn)而將井下數(shù)據(jù)發(fā)送到地表控制單元40。在一些實(shí)施例中，BHA22還可以包括隨鉆測井(LWD)系統(tǒng)。
[0024]在一些實(shí)施例中，泥漿脈沖遙測技術(shù)可以用于在鉆井作業(yè)中從井下傳感器和設(shè)備通信數(shù)據(jù)。在來自Christopher A.Golla等的美國專利第7106210 B2號中描述了泥漿脈沖遙測技術(shù)的示例性方法和裝置，其全文通過引用合并于此?？梢圆黄x本公開的預(yù)期范圍使用的其他已知的遙測方法包括電磁遙測、聲學(xué)遙測和有線鉆桿遙測等等。[0025]放置在泥漿供給線38中的換能器43檢測響應(yīng)于由井下發(fā)射器33發(fā)送的數(shù)據(jù)的泥漿脈沖。換能器43則進(jìn)而響應(yīng)于泥漿壓力變化而產(chǎn)生電信號并將這樣的信號發(fā)送到地表控制單元40?？商娲?，可以使用其他遙測技術(shù)，諸如電磁和/或聲學(xué)技術(shù)或任何其他已知的或此后開發(fā)的合適的技術(shù)。舉例而言，硬線連接的鉆桿可以用于在地表和井下設(shè)備之間通信。在另一個(gè)示例中，可以使用所描述的技術(shù)的組合。如圖1所示，地表發(fā)射接收器80使用例如任何所描述的發(fā)送技術(shù)，諸如泥漿脈沖遙測技術(shù)來與井下工具通信。這可以使得地表控制單元40能夠與如下所述的井下工具雙向通信。
[0026]根據(jù)本公開的方案，BHA 22為鉆頭50提供必要的力以斷裂巖層46(稱為“鉆壓”)，并且為鉆取鉆孔26提供必要的方向控制。在圖1和圖2所示的實(shí)施例中，BHA 22可以包括鉆井馬達(dá)90以及第一和第二縱向間隔的穩(wěn)定器60和62。穩(wěn)定器60、62中的至少一個(gè)可以是可調(diào)節(jié)的穩(wěn)定器，其是可操作的，以有助于控制鉆孔26的方向?？蛇x的，可以在可操縱的定向鉆進(jìn)系統(tǒng)10的BHA 22中使用徑向可調(diào)節(jié)穩(wěn)定器來調(diào)節(jié)BHA 22相對于鉆孔26的軸線的角度。徑向可調(diào)節(jié)穩(wěn)定器提供比常規(guī)的固定直徑穩(wěn)定器可用的范圍更寬范圍的定向可調(diào)節(jié)性。此可調(diào)節(jié)性通過允許在井下調(diào)節(jié)BHA 22而不是通過跳閘來改變從而節(jié)省了大量鉆機(jī)時(shí)間。然而，即使是徑向可調(diào)節(jié)穩(wěn)定器也僅提供有限的范圍的方向性調(diào)整。關(guān)于可調(diào)節(jié)穩(wěn)定器及其在定向鉆井系統(tǒng)中的使用的附加信息可以在來自Clive D.Menezes等、名稱為“Borehole Drilling Apparatus, Systems, and Methods (鉆孔鉆取裝置、系統(tǒng)和方法)”的美國專利申請公開第2011/0031023A1號中找到，其全文通過引用合并于此。
[0027]如圖2的實(shí)施例所示，鉆頭50和第一穩(wěn)定器60之間的距離(表示為L1)可以是確定BHA 22的彎曲特性的因素。同樣地，第一穩(wěn)定器60和第二穩(wěn)定器62之間的距離(表示為L2)可以是確定BHA 22的彎曲特性的另一因素?？紤]第一穩(wěn)定器60，在BHA22的鉆頭50處的偏轉(zhuǎn)是L1的非線性函數(shù)，使得L1相對較小的改變可以顯著地改變BHA 22的彎曲特性。用徑向可移動的穩(wěn)定器葉片，角度，例如A或B的下降或上升角度可以在鉆頭50處將鉆頭50隨穩(wěn)定器引導(dǎo)到位置P。通過從P到P'軸向移動穩(wěn)定器60，鉆頭50處的偏轉(zhuǎn)可以到從A增加到A'或從B增加到B'。根據(jù)本公開的概念的方案，具有軸向和徑向調(diào)節(jié)的穩(wěn)定器可以大致在定向調(diào)整的范圍上延伸，由此節(jié)省了將BHA 22改變?yōu)椴煌渲盟枰臅r(shí)間。在一些實(shí)施例中，穩(wěn)定器可以是軸向可移動的。第二穩(wěn)定器62的位置和調(diào)節(jié)增加了調(diào)節(jié)BHA 22的額外的靈活性以獲得BHA 22的所需的彎曲來獲得所需的鉆孔曲率和方向。這樣，第二穩(wěn)定器62可以具有與第一穩(wěn)定器60相同的功能。雖然示出了兩個(gè)維度，但是穩(wěn)定器葉片的適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)還可以提供BHA 22的三維轉(zhuǎn)動。
[0028]如本文所使用的，“軌跡”一般指井眼的路徑。如該術(shù)語在本文中所使用的，“位置”一般指沿井眼的路徑的位置，例如可以指一些豎直和/或水平數(shù)據(jù)(通常為井口位置和標(biāo)高參考值)，或使用慣性測量技術(shù)獲得的位置。如本文所使用的，術(shù)語“方位角”一般指在測量位置處相對于球形坐標(biāo)系中的參考方向(諸如北)的定向角朝向(或“角測量值”)。此夕卜，對本公開而言，術(shù)語“傾斜”可以視為井眼與豎直(通常參照重力方向)的角度偏離。如本文所使用的，“測量深度”一般指從參考位置到沿井眼的路徑的位置所測量的距離。通過非限制性示例的方式，測量深度可以包括鉆井器的深度，并且其還可以包括深度校正算法，其為鉆柱沿其長度的彈性伸展和壓縮。
[0029]現(xiàn)在參照圖3的流程圖，根據(jù)本發(fā)明的方案的用于確定井眼的軌跡的改進(jìn)的方法一般性地表示為100。在一些具體的實(shí)施例中，圖3的流程圖可以視為是在兩個(gè)觀測點(diǎn)之間動態(tài)建立所預(yù)測的復(fù)雜鉆孔的井眼路徑的代表性方法或算法。圖3可以附加地(或替代地)表示對應(yīng)于至少一些指令的算法，所述指令可以例如存儲在存儲設(shè)備中并且由控制器或處理器執(zhí)行以實(shí)施與所公開的概念相關(guān)的任何或者全部上述或下述動作。存儲設(shè)備可以包括計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其帶有具有由其承載的指令集合的非暫存性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述指令集合配置為在由一個(gè)或多個(gè)控制器的執(zhí)行時(shí)引起圖3中所呈現(xiàn)的任何或者全部動作。
[0030]一般而言，方法100由在第一或“初始”觀測站處創(chuàng)建復(fù)雜的鉆孔幾何形狀(在本文中也稱為“所預(yù)測的井眼軌跡”)的理論模型開始。例如，在方框101處，圖3的方法100包括接收指示至少兩個(gè)觀測點(diǎn)(本文也稱為“觀測站”)之間的一個(gè)或多個(gè)鉆井參數(shù)的數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，諸如圖1和圖2的傳感器48、70、72等地表傳感器和井下傳感器的組合用于測量和/或記錄兩個(gè)觀測站之間的各種鉆井參數(shù)?？梢詮臄?shù)個(gè)或者一“組”對齊的觀測點(diǎn)中選擇每個(gè)觀測站，例如，沿鉆孔軌跡彼此大致等距?？梢酝ㄟ^采取用于在井眼中的單個(gè)位置處估計(jì)位置和/或井眼取向的測量值來產(chǎn)生觀測站。在一些非限制性實(shí)施例中，這些鉆井參數(shù)可以單獨(dú)地和以任何合邏輯的組合而包括:測量深度、鉆柱旋轉(zhuǎn)速度、鉆壓、井下轉(zhuǎn)矩，地表轉(zhuǎn)矩、流進(jìn)流量(flow in)、地表壓力、鉆柱內(nèi)的井下壓力、流體密度、井下連續(xù)傾角測量值、鉆頭取向(工具面)、鉆頭偏轉(zhuǎn)、井眼尺寸、估計(jì)鉆頭磨損等。雖然一些參數(shù)在本領(lǐng)域中為已知的，但是下面為更加清楚和易于理解而討論一些參數(shù)；然而，應(yīng)理解的是，下面的說明決不是限制性的，因?yàn)楸竟_的方案不限于下面這些參數(shù)也不限于其對應(yīng)說明。
[0031]“流進(jìn)流量”包括測量到的流體流到鉆孔中的流量，其可以改變鉆井作業(yè)的效率。例如，井下工具可能由于流進(jìn)流量的改變而改變其性能。而且，可以通過改變流進(jìn)流量來改變鉆孔條件。與鉆孔路徑的改變相關(guān)聯(lián)的流量的改變可以使得能夠建立由模型描述的更準(zhǔn)確的鉆孔路徑。這可以包括確定正確的至少部分由測量到的流進(jìn)流量值約束的模型參數(shù)的迭代過程。
[0032]“鉆壓” (Weight-on-bit，W0B)包括施加在鉆頭上的向下的力的大小并且通常以千磅計(jì)量，WOB也可以改變鉆井作業(yè)的效率。井下工具可能由于WOB的改變而改變其定向性能。與流進(jìn)流量類似，與鉆孔路徑改變相關(guān)聯(lián)的WOB的改變使得能夠建立由模型描述的更準(zhǔn)確的鉆孔路徑。這也可以包括確定正確的至少部分由測量到的WOB值約束的模型參數(shù)的迭代過程。
[0033]工具面設(shè)置(tool face setting, TF)包括描述彎曲所面對的方向以及彎曲的程度(“可變彎曲”)的井下工具的方向設(shè)定。因此，TF直接關(guān)系到鉆孔路徑并且于是將在TF的方向上改變井眼路徑。
[0034]井下(離散)傾角和方位角測量值是井下工具的設(shè)置，其描述井眼的傾角和方位角。與TF類似，井下傾角測量值是鉆孔路徑的測量值并且因此對鉆孔路徑有很大影響。
[0035]井下轉(zhuǎn)矩包括在鉆柱的靠近鉆頭的遠(yuǎn)端處的轉(zhuǎn)矩，其可以改變鉆井作業(yè)的效率。與其類似地，地表轉(zhuǎn)矩包括在鉆柱的鄰近旋轉(zhuǎn)臺14的井上端處的轉(zhuǎn)矩，其也改變鉆井作業(yè)的效率。與流進(jìn)流量和WOB的改變類似地，井下工具可以由于井下轉(zhuǎn)矩和/或井上轉(zhuǎn)矩的改變而改變其定向性能。與鉆孔路徑的改變相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)矩的改變使得能夠建立由模型描述的更準(zhǔn)確的鉆孔路徑。這可以包括，例如確定至少部分由測量到的井下轉(zhuǎn)矩值和/或測量到的井上轉(zhuǎn)矩值約束的正確的模型參數(shù)的迭代過程。[0036]因?yàn)榫鹿ぞ呖梢杂捎诰聣毫Φ淖兓淖兤涠ㄏ蛐阅?，所以鉆柱的井下壓力也可以改變鉆井作業(yè)的效率。在一些實(shí)施例中，在鉆井工具處測量井下壓力，例如在泥漿馬達(dá)、鉆頭處測量或在其兩處均測量?！澳酀{”的流體密度是可以通過潛在地改變井下工具的定向性能而改變鉆井作業(yè)的效率的另一鉆井參數(shù)。可以通過與鉆孔路徑改變相關(guān)聯(lián)的井下壓力和/或流體密度的改變描述的更準(zhǔn)確的鉆孔路徑。這可以包括，例如確定至少部分由測量到的井下壓力值約束的正確的模型參數(shù)的迭代過程。井眼尺寸和直接關(guān)系到井眼尺寸的估計(jì)鉆頭磨損也可以影響定向工具性能，尤其影響B(tài)HA的凹陷(或者彎曲)量的測量值。
[0037]繼續(xù)參照圖3的方法100，方框101還包括相對于兩個(gè)觀測點(diǎn)之間的預(yù)定增量來平均化接收到的數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)可以包括鉆井參數(shù)的基于時(shí)間的測量值，其相對于預(yù)定深度增量而取值。在一些實(shí)施例中，每個(gè)預(yù)定增量被設(shè)定為用戶定義的深度增量。為此，則可以相對于用戶定義的深度增量平均所述數(shù)據(jù)，用戶定義的深度增量可以例如經(jīng)由輸入設(shè)備44鍵入或選擇，并且通常包括預(yù)定的可選項(xiàng)，諸如30m、15m以及10m(大約)，但可以減少到用于高度彎折間隔的小至Im的深度。當(dāng)然可以設(shè)想出其他深度增量而不偏離本公開的預(yù)期精神和范圍。通過說明而非限制的方式，可以在逐秒基礎(chǔ)上相對于兩個(gè)觀測站之間的較小的深度增量(例如每六英寸或每英尺或每米)來測量和記錄與鉆井參數(shù)相關(guān)的信息。對應(yīng)時(shí)間和深度間隔可以取決于鉆柱20鉆井有多快，例如以60英尺每小時(shí)(fp -hr)的速度，為六英寸深度增量取30秒的數(shù)據(jù)，隨后平均化所述數(shù)據(jù)。相比之下，如果鉆柱20以IOfp -hr的速度鉆井，則時(shí)間間隔可以更大和/或深度間隔可以更小，這將導(dǎo)致大得多的數(shù)據(jù)集合，隨后平均化所述數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，鉆柱鉆井越快，數(shù)據(jù)集合越小；相反，鉆柱鉆井越慢，數(shù)據(jù)集合越大。有利的是，還可以取最大可用數(shù)據(jù)密度；然而，這可能會受到限制，例如，由于實(shí)際的限制，諸如存儲器的限制。此外，在平均化之前可以對數(shù)據(jù)集合濾值。例如，在一些應(yīng)用中，僅偏差落在一西格瑪(或二西格瑪、三西格瑪?shù)?內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)被包括在數(shù)據(jù)集合中。方框101的最終結(jié)果可以包括相對于用戶定義的深度增量識別每個(gè)鉆井參數(shù)的可測量值。
[0038]在圖2的方框103處，根據(jù)方框101處累加的平均鉆井參數(shù)數(shù)據(jù)為預(yù)定增量中的每個(gè)計(jì)算預(yù)測的鉆柱響應(yīng)?？梢葬槍γ總€(gè)單獨(dú)的鉆井參數(shù)計(jì)算預(yù)測的鉆柱響應(yīng)。在一些實(shí)施例中，預(yù)測的鉆柱響應(yīng)包括預(yù)測的BHA響應(yīng)和預(yù)測的鉆頭響應(yīng)。本公開的方案包括使用合適的方法來為測量到的參數(shù)計(jì)算鉆井系統(tǒng)和鉆頭響應(yīng)以確定傾角和方位角相對于每個(gè)增量的改變，所述方法諸如Sperry (斯佩里)鉆井MaxBHA?鉆井優(yōu)化軟件、由Design?軟件提供的鉆頭與服務(wù)指導(dǎo)、或者Landmark(蘭德馬克)Wellplan? BHA軟件，所有這些都可從哈里伯頓能源服務(wù)公司獲得。由D.C.Chen和M.Wu的“State-of-the_ArtBHA Program Produces Unprecedented Results (現(xiàn)有技術(shù)BHA程序產(chǎn)生前所未有的結(jié)果)”IPTC11945 (2008)提供關(guān)于可以用于計(jì)算鉆柱響應(yīng)的MaxBHA?建模軟件的附加信息，其全文通過引用合并于此。通過預(yù)測的鉆柱響應(yīng)，可以針對每個(gè)用戶定義深度增量計(jì)算軌跡的傾角和方位角的改變。
[0039]MaxBHA?提供二維靜態(tài)模型。一般而言，不直接計(jì)算BHA的3維響應(yīng)。相反，MaxBHA?通常僅在豎直平面中對BHA的響應(yīng)建模。通過其結(jié)果，可以推斷出BHA在三個(gè)維度上的響應(yīng)。MaxBHA?考慮直鉆孔或恒定曲線的BHA部件，并且包含預(yù)測旋轉(zhuǎn)可操縱工具的響應(yīng)的模型。相比較而言，Wellplan? BHA DrillAhead軟件具有兩個(gè)部件:第一，用于解決密閉BHA的結(jié)構(gòu)問題的非線性3D有限元分析(FEA)技術(shù)；以及第二，用于判定組件的鉆井趨勢的分析方法和規(guī)則的組合。該途徑一般可以認(rèn)為是用于解決復(fù)雜鉆孔中的BHA響應(yīng)的更好的系統(tǒng)。然而，目前Wellplan? BHA軟件不包含用于示例中所使用旋轉(zhuǎn)可操縱工具的模型并且在FEA模型上具有距離限制。
[0040]傾角和方位角的改變用于產(chǎn)生預(yù)測的井眼軌跡，如在方框105中所示。在一些實(shí)施例中，起始觀測值是測量到的深度、傾角和方位角的靜止觀測值(例如，在單個(gè)點(diǎn)處取值)。例如，可以將傾角和方位角中的增量改變的總和疊加到起始觀測值以建立第一觀測站處的預(yù)測井眼軌跡。在迭代方法中，可以隨后系統(tǒng)地或隨意地通過附加傾角、方位角、測量深度以及其任何合邏輯組合的改變來更新所述預(yù)測井眼軌跡。
[0041]在這個(gè)階段，圖3的方法100確定預(yù)測的井眼軌跡是否令人滿意。例如，在方框107處，將預(yù)測的井眼軌跡與測量到的井眼軌跡比較，在一些實(shí)施例中，是在第二觀測站處確定所述測量到的井眼軌跡。根據(jù)本公開的方案，此比較是用以確定預(yù)測的井眼軌跡與測量到的井眼軌跡之間的差異是否在預(yù)定誤差帶內(nèi)。預(yù)定誤差帶取決于，例如用來確定什么是“在數(shù)學(xué)上可接受”的數(shù)學(xué)誤差模型的類型。在非限制性示例中，可以采用的一個(gè)可接受的誤差模型公開在 H.S.Williamsom 的 “Accuracy Prediction for Directional MeasurementWhile Dri I ling (用于定向隨鉆測量的精度預(yù)測)”SPE Drill & Completion (鉆井及完井)第4期第15卷(2000年12月)中，其全文通過引用合并于此。如果比較結(jié)果有利(即，方框107 =是)，則針對每個(gè)預(yù)定增量而根據(jù)傾角和方位角的改變來確定或者識別可能的鉆孔位置，如方框109所示。目前的做法是建立單一的曲線以對兩個(gè)觀測點(diǎn)之間的鉆孔軌跡建模。與此相反，在一些實(shí)施例中，預(yù)測的鉆孔軌跡是較短距離上的離散變化的總和，因此包括一系列曲線。通過非限制性示例的方式，如果典型的觀測距離為19英尺并且每六英寸取測量值，則建立180個(gè)小曲線以產(chǎn)生井眼位置。換而言之，本公開的方法包括在兩個(gè)觀測站之間建立井眼幾何形狀的復(fù)雜模型而非簡單的單一曲線模型。
[0042]如果在方框105中識別的預(yù)測值顯著有別于在第二觀測站處的測量值，則如在方框107處所確定的，可以應(yīng)用校正因子并且重新計(jì)算預(yù)測值。例如，在方框111中，如果比較結(jié)果不利(即，方框107=否)，則可以將統(tǒng)計(jì)偏差應(yīng)用到校正因子。同時(shí)通過施加帶有統(tǒng)計(jì)偏差的校正因子來重新計(jì)算預(yù)測的鉆柱響應(yīng)。在某些情況下，例如，在轉(zhuǎn)向以增加傾角時(shí)底部鉆具組合周圍的軟質(zhì)巖層將比基礎(chǔ)模型估計(jì)更緩慢地增加傾角(并且將在相反的設(shè)置上傾角更快地緩和)?？梢源_定統(tǒng)計(jì)偏差(例如，使用概率算法)并且可以將統(tǒng)計(jì)偏差用于產(chǎn)生校正因子以抵消這種情形。可選地，可以將校正應(yīng)用到觀測儀器與鉆頭之間的井部分以更好地預(yù)測鉆頭處的井眼位置。在一些實(shí)施例中，重復(fù)上述步驟，即重復(fù)在方框103、105,107和111中闡述的步驟，直到預(yù)測的傾角和方位角與測量值的偏移在可接受的誤差范圍內(nèi)。
[0043]接著，參照圖4，示出曲線圖200，其示出在不同測量深度處的示例性旋轉(zhuǎn)可操作組件的預(yù)測建造速度和使用示例性近鉆頭傾角傳感器計(jì)算出的建造速度。可以使用MaxBHA?鉆井優(yōu)化軟件來確定建造速度的示例性預(yù)測值，如201所示。203示出，使用來自旋轉(zhuǎn)工具中的傳感器的信息產(chǎn)生計(jì)算出的建造速度。認(rèn)識到孔的直徑影響B(tài)HA響應(yīng)，線205表示參考孔直徑(在圖4中為8.5英寸)，并且線207表示由井下傳感器測量到的孔直徑。線209示出由主觀測儀器測量到的傾角。從圖4可以看出，201處所示的預(yù)測的建造速度與203處所示的計(jì)算出的(測量到的)建造速度相似。然而，計(jì)算出的建造速度203中的建造速度的變化顯著地大于預(yù)測(測量到的)的建造速度201的變化，如圖4所示。因此，采用預(yù)測(測量到的)的建造速度201的優(yōu)點(diǎn)是較不易受到例如在鉆井中產(chǎn)生的振動所造成的干擾。當(dāng)試圖準(zhǔn)確地測量軌跡的改變時(shí)，鉆井振動影響傳感器的實(shí)際位置(由于振動而移動)，其反過來影響測量的準(zhǔn)確度。
[0044]本公開的進(jìn)一步的實(shí)施例包括在第一和第二觀測站均計(jì)算鉆孔內(nèi)的定向觀測工具的偏差。在鉆取鉆孔的過程中，可以沿鉆孔深度測量鉆孔的方位角和傾角以便確定鉆孔軌跡和將鉆孔定向引導(dǎo)至地表下的目標(biāo)。觀測工具可以位于BHA的鉆鋌內(nèi)，觀測工具測量局部重力場和磁場的方向和幅值。土地磁場和重力場的測量可以用于估計(jì)特定點(diǎn)處或測量點(diǎn)處的鉆孔的傾角和方位角。每次中斷鉆井作業(yè)以將新的一段或多段鉆桿增加到鉆柱時(shí)，可以進(jìn)行靜態(tài)觀測。方位角和傾角數(shù)據(jù)可以使用常規(guī)的測量儀器來獲得，并且使用已知的遙測方法發(fā)送到地表。
[0045]可以通過如上述處理(例如，圖3)在復(fù)雜的鉆孔內(nèi)對BHA姿態(tài)建模來計(jì)算偏差。例如，一旦產(chǎn)生復(fù)雜鉆孔的3-D數(shù)學(xué)模型，則所述方法可以進(jìn)一步包括確定鉆柱組件如何配合該復(fù)雜的井眼，接觸點(diǎn)在哪兒，以及觀測儀器與井眼之間的偏差是多少。觀測偏差稱為“凹陷”。一般而言，長的管狀鉆柱組件可能由于重力而變形。如果觀測儀器在鉆柱組件的“凹陷”段內(nèi)，則觀測儀器由于管形的凹陷而相對于井眼偏差。因此，考慮此偏差并且將其用于校正實(shí)際的觀測。在一些實(shí)施例中，可以用GPS導(dǎo)航系統(tǒng)測量到的井眼軌跡來計(jì)算此校正。
[0046]從以往來看，鉆孔形狀中的工具的凹陷校正的計(jì)算是基于最小曲率模型。然而，在本實(shí)施例中，建模可以考慮在最小曲率模型中未考慮的各種因素，包括下列中的一個(gè)或多個(gè):復(fù)雜的幾何形狀和底部鉆具組合的剛度；如圖3實(shí)施例中的預(yù)測傾角和方位角所描述的鉆孔復(fù)雜幾何形狀；以及鉆孔尺寸(例如直徑)和形狀(例如，由井徑測井(caliperlog)所描述的)
[0047]可選地，然后可以基于新的經(jīng)過凹陷校正的觀測站在第一和第二觀測站之間重新計(jì)算預(yù)測的傾角和方位角。作為另一種可選方案，實(shí)施例可以包括計(jì)算鉆孔內(nèi)的定向觀測工具的偏差同時(shí)使用隨鉆取值的連續(xù)觀測測量值來描述鉆孔幾何形狀。另一種可選方案包括使用上述用于計(jì)算鉆孔內(nèi)的定向觀測工具的偏差的方法來校正隨鉆取值的連續(xù)的傾角和方位角測量值。
[0048]本公開的方案還可以用作歷史地考察之前所鉆取的無連續(xù)觀測數(shù)據(jù)的井，并且以增大的準(zhǔn)確度來重新計(jì)算井眼位置。這對于在將水平井定位于正確目標(biāo)的過程中TVD不確定性已經(jīng)成為問題的領(lǐng)域可以潛在地具有重要的商業(yè)應(yīng)用。校正附近的偏斜井可以減少定位新井的不確定性并且可以潛在地改善油儲層體積計(jì)算。
[0049]在一些實(shí)施例中，可以通過諸如程序模塊等指令的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序(通常稱為由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的軟件應(yīng)用或應(yīng)用程序)來實(shí)現(xiàn)本公開的各種方案。在非限制性示例中，軟件可以包括實(shí)施特定任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定抽象數(shù)據(jù)類型的例程、程序、對象、組件和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。軟件形成允許計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入源作出反應(yīng)的接口。軟件還可以與其他代碼段協(xié)作以響應(yīng)于與所接收的數(shù)據(jù)的源一同接收的數(shù)據(jù)而發(fā)起各種任務(wù)。軟件可以存儲在任何各種存儲介質(zhì)上，諸如CD-ROM、磁盤、磁泡存儲器和半導(dǎo)體存儲器(例如，各種類型的RAM或ROM)。此夕卜，軟件及其結(jié)果可以經(jīng)各種載體介質(zhì)傳送，包括電線、光纖、WiF1、互聯(lián)網(wǎng)、自由空間及其組合。
[0050]此外，本公開的許多方案可以用包括手持式設(shè)備、多處理器系統(tǒng)、基于微處理器的電子產(chǎn)品或可編程的消費(fèi)者電子產(chǎn)品、小型計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)等各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)配置來實(shí)施。此外，本公開的方案可以實(shí)施在分布式計(jì)算環(huán)境中，其中任務(wù)由通過通信網(wǎng)絡(luò)鏈接的遠(yuǎn)程處理設(shè)備來實(shí)施。在分布式計(jì)算環(huán)境中，在包括存儲器存儲設(shè)備的本地和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)存儲介質(zhì)中均可以放置程序模塊。因此，本公開的方案可以在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或其他處理系統(tǒng)中與各種硬件、軟件或其組合相關(guān)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。
[0051]盡管已經(jīng)示出和描述了本公開的特定實(shí)施例和應(yīng)用，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本公開并不局限于本文所公開的具體的構(gòu)造和組成，并且通過上述描述，各種修改、改變和變型可以是顯而易見的，而不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定由鉆柱產(chǎn)生的鉆孔軌跡的方法，所述方法包括: 在至少兩個(gè)觀測點(diǎn)之間接收表示一個(gè)或多個(gè)鉆井參數(shù)的數(shù)據(jù)； 在所述至少兩個(gè)觀測點(diǎn)之間以預(yù)定增量來平均化所接收到的數(shù)據(jù)； 針對每個(gè)所述預(yù)定增量至少根據(jù)經(jīng)過平均化的數(shù)據(jù)來計(jì)算預(yù)測的鉆柱響應(yīng)； 針對每個(gè)所述預(yù)定增量至少根據(jù)所述預(yù)測的鉆柱響應(yīng)來確定傾角和方位角的改變； 至少根據(jù)所述傾角和方位角的改變來產(chǎn)生預(yù)測的井眼軌跡； 比較所述預(yù)測的井眼軌跡和測量到的井眼軌跡；以及 如果比較結(jié)果有利，則針對每個(gè)所述預(yù)定增量至少根據(jù)所述傾角和方位角的改變來確定可能的鉆孔位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述比較結(jié)果有利包括所述預(yù)測的井眼軌跡與所述測量到的井眼軌跡之間的差異處于預(yù)定誤差帶內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 如果所述比較結(jié)果不利，則通過應(yīng)用帶有統(tǒng)計(jì)偏差的校正因子來重新計(jì)算所述預(yù)測的鉆柱響應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中重復(fù)所述重新計(jì)算、所述確定、所述產(chǎn)生以及所述比較直到所述比較結(jié)果有利。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述`的方法，其中在所述至少兩個(gè)觀測點(diǎn)中的第一觀測點(diǎn)處確定所述預(yù)測的井眼軌跡，并且在所述至少兩個(gè)觀測點(diǎn)中的第二觀測點(diǎn)處確定所述測量到的井眼軌跡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鉆柱包括底部鉆具組合(BHA)以及鉆頭，并且其中所述預(yù)測的鉆柱響應(yīng)包括預(yù)測的BHA響應(yīng)和預(yù)測的鉆頭響應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述接收到的數(shù)據(jù)包括依深度取值的所述一個(gè)或多個(gè)鉆井參數(shù)的基于時(shí)間的測量值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 接收用戶定義深度增量，其中每個(gè)所述預(yù)定增量實(shí)質(zhì)上等于所述用戶定義深度增量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 針對每個(gè)所述鉆井參數(shù)計(jì)算所述預(yù)測的鉆柱響應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 在所述至少兩個(gè)觀測點(diǎn)處均計(jì)算所述鉆孔內(nèi)的定向觀測工具的偏差。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中計(jì)算所述偏差至少部分基于BHA的復(fù)雜幾何形狀和剛度、所述鉆孔的復(fù)雜幾何形狀、以及鉆孔尺寸和形狀中的至少一個(gè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括: 至少部分基于所述定向觀測工具的所述偏差，針對每個(gè)所述預(yù)定增量來重新計(jì)算所述傾角和方位角的改變。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中計(jì)算所述偏差至少部分基于鉆桿鉆井時(shí)所取的連續(xù)的觀測測量值。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)鉆井參數(shù)包括測量到的深度、鉆柱轉(zhuǎn)速、鉆壓、井下轉(zhuǎn)矩、地表轉(zhuǎn)矩、流進(jìn)流量、地表壓力、井下壓力、流體密度、井下連續(xù)傾角測量值、鉆頭取向、鉆頭偏轉(zhuǎn)、井眼尺寸、或估計(jì)鉆頭磨損、或者它們的組合。
15.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括非暫存性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述非暫存性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有由其承載的指令集合，所述指令集合配置為在由一個(gè)或多個(gè)控制器執(zhí)行時(shí)引起下述動作: 在至少兩個(gè)觀測點(diǎn)之間以預(yù)定增量來平均化測量到的數(shù)據(jù)集合，所述數(shù)據(jù)集合表示多個(gè)鉆井參數(shù)； 針對每個(gè)所述預(yù)定增量至少根據(jù)經(jīng)過平均化的數(shù)據(jù)集合來計(jì)算預(yù)測的鉆柱響應(yīng)； 針對每個(gè)所述預(yù)定增量至少根據(jù)所述預(yù)測的鉆柱響應(yīng)來確定傾角和方位角的改變； 至少根據(jù)所述傾角和方位角的改變來產(chǎn)生預(yù)測的井眼軌跡； 比較所述預(yù)測的井眼軌跡和測量到的井眼軌跡； 如果比較結(jié)果不利，則通過應(yīng)用帶有統(tǒng)計(jì)偏差的校正因子來重新計(jì)算所述預(yù)測的鉆柱響應(yīng)，并且重復(fù)所述的確定、產(chǎn)生和比較的動作；以及 如果所述比較結(jié)果有利，則針對每個(gè)預(yù)定增量根據(jù)所述傾角和方位角的改變來確定可能的鉆孔位置。
16.一種用于預(yù)測復(fù)雜鉆孔的路徑的系統(tǒng)，所述鉆孔由定向鉆井系統(tǒng)鉆取，所述定向鉆井系統(tǒng)具有至少一個(gè)感測設(shè)備，所述至少一個(gè)感測設(shè)備操作性連接到帶有底部鉆具組合(BHA)和鉆頭的鉆柱，所述系統(tǒng)包括: 輸入設(shè)備，配置為從用戶接收輸入； 控制器；
存儲設(shè)備，存儲多個(gè)指令，所述多個(gè)指令在由所述控制器執(zhí)行時(shí)使所述控制器: 在第一觀測點(diǎn)與第二觀測點(diǎn)之間從所述至少一個(gè)感測設(shè)備接收表示多個(gè)鉆井參數(shù)的測量值； 在所述第一觀測點(diǎn)與所述第二觀測點(diǎn)之間以多個(gè)用戶定義深度增量中的每個(gè)來平均化所接收到的測量值； 針對每個(gè)所述深度增量至少根據(jù)經(jīng)過平均化的測量值來計(jì)算預(yù)測的BHA響應(yīng)和預(yù)測的鉆頭響應(yīng)； 針對每個(gè)所述深度增量至少根據(jù)所述預(yù)測的BHA響應(yīng)和所述預(yù)測的鉆頭響應(yīng)來確定傾角和方位角的改變； 至少根據(jù)所述傾角和方位角的改變在所述第一觀測點(diǎn)處產(chǎn)生預(yù)測的井眼軌跡； 比較所述預(yù)測的井眼軌跡和在所述第二觀測點(diǎn)處測量到的井眼軌跡；以及如果所述比較的結(jié)果有利，則針對每個(gè)所述深度增量根據(jù)所述傾角和方位角的改變來確定可能的鉆孔位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述存儲器設(shè)備還存儲指令以: 如果所述比較的結(jié)果不利，則通過應(yīng)用帶有統(tǒng)計(jì)偏差的校正因子來重新計(jì)算所述預(yù)測的鉆柱響應(yīng)；以及 重復(fù)所述指令以確定、產(chǎn)生和比較，直到所述比較的結(jié)果有利。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述比較結(jié)果有利包括所述預(yù)測的井眼軌跡與所述測量到的井眼軌跡之間的差異處于預(yù)定誤差帶內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述測量值包括依深度取值的所述多個(gè)鉆井參數(shù)的基于時(shí)間的測量值。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述存儲器設(shè)備還存儲指令以: 針對所述多個(gè)鉆井參數(shù)中的每個(gè)參數(shù)計(jì)算所述預(yù)測的BHA響應(yīng)和所述預(yù)測的鉆頭響應(yīng)。`
【文檔編號】E21B47/022GK103608545SQ201180071648
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月14日
【發(fā)明者】伊恩·戴維·坎貝爾·米切爾, 邁克爾·約翰·麥克勞德·斯特羅恩 申請人:哈利伯頓能源服務(wù)公司