公开了用于控制井孔钻探的方法和系统。该方法采用可以使用用于局部区域的线性方程模拟非线性问题的假定。通用的滤波器可用于确定线性方程的系数。计算产生的结果可用于修改井孔的钻探路径。虽然该计算／修改处理可以连续地进行，但是最好是在沿着井孔的离散间隔处执行该处理，以便最大化钻探效率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于从地表下地层中开采碳氢化合物的井孔钻探(boreholedrilling)领域。本专利技术尤其涉及基于在钻探过程期间收集的信息而修改钻探过程的系统。
技术介绍
随着油井钻探变得越来越复杂，对尽可能多的钻探设备保持控制的重要性日益增加。因此，在本领域中存在对于从由现有系统所进行的测量中推断出实际的井孔轨道的需求。在本领域中，还存在对于作为控制参数的函数规划超过最大测量深度的井孔轨道的需求。附图说明通过结合附图参考以下描述，可以获取对当前公开及其优点的更完整理解，在附图中图1a是根据本专利技术的教义的井底钻具组合(bottom hole assembly)的图示。图1b是根据本专利技术的教义的在沿着井孔的两个点处的井底钻具组合的图示。图1c是说明在井孔中遇到弯曲之后、井底钻具组合的空间方位角的改变的图示。图2是根据本专利技术方法的流程图。图3示出了用于井下数据的地表实时处理的系统。图4示出了用于井下数据的地表实时处理的系统的逻辑表示。图5示出了用于井下数据的地表实时处理的系统的数据流程图。图6示出了传感器模块的框图。图7示出了可控制元件模块的框图。虽然本专利技术容易受到各种修改和替换形式的影响，但是附图中已经通过示例示出了其特定的示范实施例，并且在此处对这些实施例进行了详细的描述。但是应当理解，此处对特定实施例的描述不意欲将本专利技术限于所公开的特殊形式，相反，其意图在于涵盖属于由所附权利要求所定义的本专利技术的精神和范围的全部修改、等效和替换。具体实施例方式结合以下的术语，可对随后的描述获得更好的理解，这些术语包括在变量矩阵之后的()包括与特定状态或者矩阵相对应的样本号的索引。α为在方程(9)和(10)中的对称指数滤波器中使用的加权因子。A为状态向量公式中的矩阵，其管理底层物理成分(underlyingphysics)。bx是近处磁力计x轴偏差，其包括磁干扰。by是近处磁力计y轴偏差，其包括磁干扰。bz是近处磁力计z轴偏差，其包括磁干扰。B为状态向量公式中的矩阵，其管理在控制变量和系统状态之间的关系。c是控制参数的数目。C为状态向量公式中的矩阵，其管理在观测量y和系统状态x之间的关系。 是C的增广(augmented)版本，其使得有可能包括传感器偏差，而不用显著地重新公式化(reformulating)问题(参见方程 以及与之相关的论述)。CF是矩阵C的子矩阵，其包括那些与远处倾角计/磁力计(“inc/mag”)组合件相关的矩阵元素。 是矩阵 的子矩阵，其包括那些与近处inc/mag组合件相关的矩阵元素。D是状态向量公式中的矩阵，其管理在系统噪声w和状态向量x之间的关系。为了简单起见，已经将D设置为单位矩阵。E()用于表示“预期值”。F作为下标表示远处倾角计/磁力计组合件。H(Ω，α，ζ)是用于方程(9)和(10)中的对称指数滤波器的空间频域传递函数。空间频率Ω根据空间采样频率表示。i是任意的样本索引。I作为下标表示倾角计组合件。Ik×k为k×k单位矩阵。K是卡尔曼(Kalman)增益，通过方程(15)-(17)(见下文)递归定义。m是任意的样本索引。M是重新取样中使用的整数偏移。这样执行重新取样以便远处传感器比近处传感器滞后M个样本。M作为下标表示磁力计组合件。n是用于指定最新可用样本的索引。N作为下标表示近处倾角计/磁力计组合件。P是在经由方程(16)和(17)(见下文)递归定义的卡尔曼预测方程中的变量。Rv是用于噪声处理v的互相关矩阵。Rw是用于噪声处理w的互相关矩阵。ξ是在方程(9)和(10)(见下文)中的对称指数滤波器的中心样本任一侧的样本数目。sx是近处磁力计x轴比例因子。sy是近处磁力计y轴比例因子。sz是近处磁力计z轴比例因子(传统上将z轴视作工具轴)。w是代表系统噪声的向量。通常，w的维数可以不同于x的维数，但是由于我们对该系统的忽略，已经将其设置为x的维数。xx(i)表示对应于系统中的第i个样本的状态向量。对于给定样本，x在该问题的初始公式表示中具有6个分量。这六个分量对应于如果理想的倾角计/磁力计组合件在空间方面遵循井孔轨道时、其将具有的输出。利用在第6和第7页论述的重新映射，对于给定样本，x具有12个元素。在指定x时必须假定特定的工具面(tool face)方位角。 是6个分量状态向量x的增广版本，其使得有可能包括传感器偏差而不用显著地重新公式化问题(参见方程 以及与之相关的论述)。 具有7个元素而不是6个；额外的元素被设置为1。 是x的已滤波版本，在第5页相对于方程(9)和(10)(见下文)对其进行了更充分的论述。 是状态向量x的卡尔曼预测器。要注意到，在对近和远处变量进行重新编号以便将它们引入到空间中的共同点时，这个向量在每个样本处具有12个元素。y是与测量相对应的向量。y具有12个分量。前六个分量来自近处inc/mag组合件；接下来的六个分量来自远处inc/mag组合件。yN包含y中的近处元素，即y中的前六个元素。yF包含y中的远处元素，即，y中的后六个元素。 是向量yF的增广版本(参见方程(6)以及与之相关的论述)。为了获得诸如油和气之类的碳氢化合物，通过旋转附于钻柱末尾的钻头来钻探井孔。钻探活动的一大部分涉及定向钻探，即钻探偏斜和/或水平的井孔，以便增加来自地下地层的碳氢化合物产量。现代的定向钻探系统通常采用具有井底钻具组合(“BHA”)的钻柱以及在其末尾的钻头，该钻头由钻探马达(泥浆马达)和/或钻柱旋转。多个邻近钻头放置的井下设备测量与该钻柱相关联的某些井下操作参数。这样的设备通常包括用于测量井下温度和压力的传感器、方位角和倾角测量设备以及阻力测量设备，以确定碳氢化合物和水的存在。另外的井下仪器，其被称为随钻测井(logging-while-drilling)(“LWD”)工具，经常附于钻柱，以便在钻探操作期间确定地层地质和地层流体状态。加压钻探的流体(通常称为“泥浆”或者“钻探泥浆”)被注入到钻管中，以旋转钻探马达并且向包括钻头在内的钻柱的各种构件提供润滑。钻管由诸如马达之类的原动机旋转，以便于定向钻探以及钻探垂直的井孔。钻头通常耦接到具有驱动轴的轴承组合件，该驱动轴随后旋转附于那里的钻头。轴承组合件中的径向和轴向轴承向钻头的径向和轴向力提供支持。通常沿着预定路径对井孔进行钻探，而且典型井孔的钻探通过各种地层进行。钻探操作者通常控制诸如钻压、流过钻管的钻探流体、钻柱转速(与钻管耦接的地表马达的r.p.m.)以及钻探流体的密度和粘度之类的地表控制的钻探参数，以优化钻探操作。井下操作状态不断地改变，而且操作者必须对这样的改变作出反应，并且调整地表控制的参数以优化钻探操作。为了在未开采区域中钻探井孔，操作者通常具有提供地下地层的宏观画面以及预先计划的井孔路径的地震勘探曲线图。为了在相同地层中钻探多个井孔，操作者还具有有关先前在同一地层钻探的井孔的信息。另外，部署在BHA中的各种井下传感器以及相关联的电子线路不断地向操作者提供有关某些井下操作状态、钻柱中的各种元件的状态的信息以及有关正在钻探的井孔所通过的地层的信息。Houston，Texas的Halliburton Energy Services已经开发了一种称为“ANACONDATM”的系统来帮助钻探本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钻探井孔的方法，包括：提供模型；基于该模型钻探井孔的离散间隔；以及基于在钻探期间获得的数据而修改该模型。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：保罗F罗德尼，罗纳德L斯普罗斯，
申请(专利权)人：哈利伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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