專利名稱：當(dāng)鉆井時選擇最優(yōu)井眼軌跡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及井眼操作，并且更具體地涉及鉆井時改變井眼軌跡的方法和系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的井眼鉆井作法是試圖盡可能地鉆接近垂直的井。然而，在過去的25年，為 了接近位于不能建立鉆機(jī)的地面位置下面的油氣礦床，通常鉆定向井或斜井。定向鉆井是 沿著限定的軌跡將鉆頭導(dǎo)向到達(dá)預(yù)定靶心的過程。因?yàn)檫@些定向鉆井的能力，強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì) 和環(huán)境壓力已經(jīng)增加了對于定向鉆井使用的需要。由于這些壓力，在過去一直未普遍使用 定向鉆井的位置應(yīng)用定向鉆井。這些新的應(yīng)用使井眼軌跡變得越來越更加復(fù)雜。井眼軌跡的位置通過由在地球各種深度處的一組測點(diǎn)定義的一組曲線坐標(biāo)計(jì)算 得到的一組笛卡爾坐標(biāo)來確定。每一個測點(diǎn)包括距離地面的深度測量值、沿著井眼軌跡在 一定位置處的傾角和方位角。為了根據(jù)曲線坐標(biāo)將測點(diǎn)的信息轉(zhuǎn)換成井眼軌跡，實(shí)施對井 眼軌跡進(jìn)行一組假設(shè)的一些方法。這組假定與測點(diǎn)之間的井眼軌跡相關(guān)。關(guān)于處理井設(shè)計(jì) 的幾種方法已經(jīng)用于更新平均角、正切、平衡正切、Mercury、曲率半徑和最小曲率。僅曲率 半徑方法和最小曲率方法產(chǎn)生高定向井可以接受的軌跡。近幾年來，井設(shè)計(jì)由于技術(shù)限制的減少變得更加復(fù)雜，如果可能，這使得這樣的井 設(shè)計(jì)難以使用先前或傳統(tǒng)的技術(shù)開鉆井。這些設(shè)計(jì)井的復(fù)雜性迫使井設(shè)計(jì)者使用設(shè)計(jì)工 具，這反過來變得更加復(fù)雜。今天，井設(shè)計(jì)通常由繪制一系列曲線來完成并且利用每行表示井的單獨(dú)段的電子 表格來保持各個段。軌跡設(shè)計(jì)工作流程一般通過增加段、繪制段、在電子表格上編輯數(shù)目和 再次繪制段來執(zhí)行。這個程序重復(fù)實(shí)施直到井設(shè)計(jì)者得到滿意的軌跡。在井的三維(3D) 特性不斷增加并且必須避開已現(xiàn)有井的情況下，需要可以生成、處理和編輯井方案的新的 井設(shè)計(jì)方法。然而鉆井開始以后，經(jīng)常意識到的是預(yù)先設(shè)計(jì)的軌跡不能到達(dá)期望的靶區(qū)(一個 或多個)并且軌跡必須被校正。可以選地，可以確定的是要改變期望的靶區(qū)和改變軌跡以 到達(dá)新靶區(qū)。此外，可以確定的是具有用于到達(dá)期望靶區(qū)的改進(jìn)的軌跡。期望提供一種用于選擇并沿著最優(yōu)的校正軌跡進(jìn)行選擇和鉆進(jìn)的方法和系統(tǒng)?？?以根據(jù)各種鉆井和/或軌跡參數(shù)來分析和比較最優(yōu)軌跡，以確定與每個可能的軌跡相關(guān)聯(lián) 的成本函數(shù)。在一些實(shí)施例中，參數(shù)可以包括但不限于狗腿度、扭矩和阻力、以及鉆機(jī)需求 和/或限制。


當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，參照本發(fā)明具體實(shí)施例的下面的詳細(xì)描述，可以很好的理解 本發(fā)明的上述及其它的特征和方面，其中圖1示出了本發(fā)明鉆柱的鉆井系統(tǒng)的實(shí)施例；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可以獲取和處理數(shù)據(jù)的自動系統(tǒng)的圖表說明；圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的正在被鉆進(jìn)的井眼的概念性說明；和圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于當(dāng)鉆井時優(yōu)化井眼軌跡的一個方法的 方框圖。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖，其中描繪的元件未必按比例示出，并且在幾個視圖中相同或類似 的元件用相同的附圖標(biāo)記表示。如這里所用的術(shù)語“上”和“下”、“上部”和“下部”以及表示與給定點(diǎn)或元件的相 對位置的其它類似術(shù)語用來更清楚地描述本發(fā)明的實(shí)施例的一些元件。這些術(shù)語通常涉及 距離地面的參考位置，鉆井作業(yè)從作為頂部位置或地面位置的所述地面開始。圖1示出了可以采用本發(fā)明的井系統(tǒng)100。井系統(tǒng)100包括可以位于諸如陸上或 海上各種位置處的地面組件6。在此示例性系統(tǒng)中，井筒或井眼2以公知的方式通過旋轉(zhuǎn)鉆 井形成在總體由F表示的地下地層(一個或多個)內(nèi)。本發(fā)明的實(shí)施例還可以使用如隨后 所述的定向鉆井。鉆柱4懸掛在井眼2內(nèi)并具有底部鉆具組合10，所述底部鉆具組合包括在其底端 的鉆頭11。在圖1的實(shí)施例中，地面裝置6包括轉(zhuǎn)盤7、方鉆桿8、大鉤9和轉(zhuǎn)環(huán)5。鉆柱4 通過轉(zhuǎn)盤7旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)盤通過未示出的裝置通電，所述轉(zhuǎn)盤在鉆柱4的上端處與方鉆桿8 接合。鉆柱4由大鉤9懸掛，所述大鉤通過方鉆桿8和轉(zhuǎn)環(huán)5與游動滑車(未示出)連接。 轉(zhuǎn)環(huán)5可以允許鉆柱4相對大鉤9旋轉(zhuǎn)。眾所周知，頂部驅(qū)動系統(tǒng)(未示出)可以用來旋 轉(zhuǎn)鉆柱4。另外，井下馬達(dá)(未示出)可以用來旋轉(zhuǎn)鉆頭11。在本實(shí)施例的的示例中，鉆井液或泥漿12儲存在形成在井位處或所述井位附近 的槽或池13內(nèi)。泵14通過諸如轉(zhuǎn)環(huán)5內(nèi)的端口將鉆井液12輸送到鉆柱4的內(nèi)部。鉆井 液12由方向箭頭Ia所示向下流動通過鉆柱4。鉆井液12在鉆頭11處離開鉆柱4，然后如 方向箭頭Ib所示大致向上循環(huán)通過鉆柱4的外部與井眼2的壁之間的環(huán)空區(qū)域。以此公 知的方式，鉆井液12潤滑鉆頭11，并將巖屑與鉆井液12 —起帶到地面。在返回到池14用 于再循環(huán)之前，可以過濾、篩選或以其它方式處理攜帶巖屑的鉆井液12。所述實(shí)施例的底部鉆具組合(“BHA”)10可以包括隨鉆測井(“LWD”)模塊15、 隨鉆測量(“MWD”)模塊16、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)17( “SS”)、馬達(dá)21和鉆頭11。LWD模塊15和 MWD模塊16可以包括傳感器和測量裝置，所述測量裝置適于獲得關(guān)于地層、鉆井系統(tǒng)、井筒 流體、地層流體、傾角、方向角、位置和類似參數(shù)的井下數(shù)據(jù)。在本實(shí)施例中，LWD模塊15可 以測量和記錄地層性質(zhì)并且得到與所述地層特性相關(guān)的測量值，而MWD模塊16可以測量和 記錄與鉆井有關(guān)的測量值和方位測量特性。LWD模塊15可以以容納在如本領(lǐng)域所公知的專用鉆鋌內(nèi)，并且可以包括一個或多 個已知類型的測井儀。也可以理解的是可以使用不止一個LWD模塊和/或MWD模塊，例如 整體由15A表示。(在整個附圖中，在位置15處的模塊可以可以選地也表示在位置15A處 的模塊)。LWD模塊15包括用于測量、處理和存儲信息的能力，以及用于與地面設(shè)備進(jìn)行通 信的能力。在本實(shí)施例中，LWD模塊15可以包括一個或多個地層評價(FE)裝置。地層成 像裝置也可以包括在LWD模塊內(nèi)。
MWD模塊16可以如本領(lǐng)域所公知的容納在專用鉆鋌內(nèi)，并且可以包括一個或多個 用于測量鉆柱和鉆頭的特征的裝置或傳感器。BHAlO可以包括用于向井下系統(tǒng)供電的設(shè)備 (未示出)。例如，泥漿渦輪機(jī)可以通過鉆井液的流動產(chǎn)生電力，然而，應(yīng)該理解的是可以使 用其它電力和/或電池系統(tǒng)。此外，電力可以從地面或地面附近的接頭提供。在本實(shí)施例 中，MWD模塊16包括下面類型測量裝置中的一個或多個鉆壓測量裝置、扭矩測量裝置、振 動測量裝置、震動測量裝置、粘滑測量裝置、方向測量裝置和傾角測量裝置。在實(shí)施例中，BHAlO包括地面/本地通信模塊或程序包18。通信模塊18可以提 供控制器19、井下工具、傳感器和類似裝置之間的通信連接。在示出的實(shí)施例中，控制器19 可以從地面發(fā)送或以其它方式傳輸數(shù)據(jù)和信號至鉆柱4和/或BHAlO?？刂破?9還可以 從鉆柱4和/或BHAlO接收數(shù)據(jù)和信號。此外，控制器19可以分析或處理來自鉆柱4和/ 或BHAlO的數(shù)據(jù)和信號。例如，控制器19可以從BHAlO接收原始數(shù)據(jù)和信號，分析和處理 所述數(shù)據(jù)和信號并給BHAlO發(fā)射指令?？刂破?9可以與鉆柱4和/或BHAlO無線通信、通 過有線連接通信或通過有線和無線組合的方式進(jìn)行通信。參考圖2，在本實(shí)施例中，控制系統(tǒng)19可以是具有中央處理單元(CPU) 20的基于計(jì) 算機(jī)的系統(tǒng)。例如，CPU20可以是用于處理從LWD模塊15、MWD模塊16、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、用戶 輸入和/或從與控制器19通信的其它位置接收的數(shù)據(jù)和/或信號的基于微處理器的CPU。 數(shù)據(jù)和信號可以例如通過存儲在數(shù)據(jù)庫中的指令、存儲在數(shù)據(jù)庫中的軟件或操作者或類似 個人來處理。此外，CPU20可以與存儲器22、輸入裝置24和輸出裝置26操作地連接并與所 述存儲器、所述輸入裝置和所述輸出裝置通信。輸入裝置24可以包括各種裝置，例如鍵盤、 鼠標(biāo)、聲音識別裝置、觸摸屏、其它輸入裝置或這些裝置的組合。輸出裝置26可以包括視頻 和/或音頻輸出裝置，例如具有圖形化用戶界面的監(jiān)控器。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解 控制系統(tǒng)19可以包括通信中的單臺設(shè)備或多臺設(shè)備。本方法和系統(tǒng)在此的一個具體優(yōu)點(diǎn)是與“地質(zhì)導(dǎo)向”共同使用，所述地質(zhì)導(dǎo)向是根 據(jù)地層的地質(zhì)特性鉆井，而不是根據(jù)預(yù)定幾何設(shè)計(jì)鉆井。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理 解所描述的方法和系統(tǒng)可以用于預(yù)定設(shè)計(jì)，例如將鉆頭11返回到預(yù)定設(shè)計(jì)。此外，本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員應(yīng)理解所描述的方法和系統(tǒng)可以用于在鉆井眼前確定最優(yōu)的幾何設(shè)計(jì)。其 它的用處對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。地質(zhì)導(dǎo)向包括控制導(dǎo)向或“定向鉆井”。在這樣一個實(shí)施例中，提供旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向子系 統(tǒng)17。定向鉆井是井眼與所述井眼本身發(fā)生的軌跡的有意偏斜。換句話說，定向鉆井是對 鉆柱4進(jìn)行導(dǎo)向，使得鉆柱4沿期望的方向移動。因?yàn)槎ㄏ蜚@井能夠從單個平臺鉆多口井， 因此定向鉆井的優(yōu)勢在于海上鉆井。定向鉆井還能夠通過儲層進(jìn)行水平鉆井。水平鉆井能 夠使更長的井筒穿過儲層，這增加了井的開采率。定向鉆井系統(tǒng)同樣也可以用于垂直鉆井 操作中。通常，鉆頭11由于被穿過的地層的不可預(yù)測的特性或鉆頭受到的變化力而離開設(shè) 計(jì)好的鉆井軌跡。當(dāng)這種井斜發(fā)生時，定向鉆井系統(tǒng)可以用于將鉆頭放回在規(guī)定的軌跡上。定向鉆井公知的方法包括使用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)(“RSS”) 17。在RSS17中，井下裝 置使鉆頭11沿期望或預(yù)定的方向鉆進(jìn)。RSS17還可以用于在地球中鉆斜井。示例型RSS17 包括“面向鉆頭”系統(tǒng)和“推進(jìn)鉆頭”系統(tǒng)。在面向鉆頭系統(tǒng)中，鉆頭11的旋轉(zhuǎn)軸線沿新井的 大致方向偏離BHA的局部軸線。根據(jù)由上下穩(wěn)定器接觸點(diǎn)和鉆頭限定的常規(guī)三點(diǎn)幾何尺寸 擴(kuò)展井筒2。鉆頭11的軸線的偏斜角與鉆頭和下穩(wěn)定器之間的有限距離相關(guān)聯(lián)，并且可以產(chǎn)生將被生成的彎曲所需的非共線條件。有許多方法可以實(shí)現(xiàn)此，包括在BHA中靠近下穩(wěn) 定器的點(diǎn)處的固定彎曲或在上穩(wěn)定器與下穩(wěn)定器之間分布的鉆頭驅(qū)動軸的撓曲。美國專利 No. 6，401，842,No. 6，394，193,No. 6，364，034，No. 6，244，36UNo. 6，158，529,No. 6，092，666 和No. 5，113,953中說明了面向鉆頭型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的示例和所述面向鉆頭型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系 統(tǒng)是如何操作的，所有這些申請通過弓I用在此并入。在推進(jìn)鉆頭旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)中，通常沒有具體識別機(jī)構(gòu)來使鉆頭11的軸線偏離局 部底部鉆具組合軸線；相反，通過使上穩(wěn)定器或下穩(wěn)定器或所述上穩(wěn)定器和下穩(wěn)定器在相 對于井?dāng)U展的方向被優(yōu)選定向的方向上施加偏心力或位移來實(shí)現(xiàn)所需的非共線條件。此 外，有許多方法可以實(shí)現(xiàn)此，包括但不限于不旋轉(zhuǎn)(相對于井)偏心穩(wěn)定器(基于位移的方 法)和沿期望的導(dǎo)向方向?qū)⒘κ┘拥姐@頭的偏心致動器。此外，通過在鉆頭11與至少兩 個其它接觸點(diǎn)之間產(chǎn)生非線性對應(yīng)來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向。美國專利No. 5，265，682 ；No. 5，553，678 ； No. 5，803，185 ；No. 6，089，332 ；No. 5，695，015 ；No. 5，685，379 ；No. 5，706，905 ； No. 5，553，679 ；No. 5，673，763 ；No. 5，520，255 ；No. 5，603，385 ；No. 5，582，259 ； No. 5，778，992 ；No. 5，971，085中說明了推進(jìn)鉆頭型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的示例和所述推進(jìn)鉆頭 型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)是如何操作的，這些申請通過弓I用在此并入。以下參考圖3，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示出了井眼2的總體說明。在本例中，井眼2 延伸進(jìn)入地層并終止在地層Fl內(nèi)的深度和位置“A”處。目的層或靶心用點(diǎn)“T”表示。在 本示例中，靶心T位于地層F2中。要注意的是如圖3中所示，位置A和靶心T可以在相同 的地質(zhì)地層內(nèi)或在不同地層內(nèi)。靶心T可以是井眼2的終點(diǎn)，或者是井眼2的現(xiàn)有位置A 和終點(diǎn)之間的一個靶心。在實(shí)施例中，靶心T可以改變或移動。例如，靶心T可以設(shè)定在鉆 頭11前的預(yù)定的距離處。靶心T可以是井眼2的預(yù)定幾何設(shè)計(jì)上的一個位置。靶心T也 可以通過例如操作者、地質(zhì)師、工程師或類似的與井眼系統(tǒng)100有關(guān)的個體人工選擇。靶心 T可以是地質(zhì)師選擇的最終靶心，例如，這里描述的方法和系統(tǒng)可以運(yùn)用多個中間靶心(例 如，鉆頭11前預(yù)定距離處的靶心)，以到達(dá)最終靶心T。根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例，提供一種可以用于校正或提供從位置A到靶心 T的軌跡的方法。傳統(tǒng)地，校正的軌跡運(yùn)用最直接逼近的方法(具體地實(shí)際位置和靶心T之 間的最小距離)被校正以趨向靶心T。設(shè)計(jì)井眼軌跡的方向和傾角的方法的示例在美國專 利No. 6，757，613給出，該申請通過引用在此并入。在本發(fā)明中，軌跡可以根據(jù)一種或多種 因素或考慮因素而被確定或校正。在優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種通過考慮一種或 多種因素而對軌跡(或井設(shè)計(jì))進(jìn)行校正的方法。例如，在一些實(shí)施例中，通過給定每一個 可能的軌跡的成本并且基于成本函數(shù)分析，從大量可能的軌跡中選擇校正軌跡。因從位置A到靶心T有接近無窮多個路徑，所述因素或考慮因素允許選擇路徑中 的一個，所述路徑中的一個是根據(jù)所述因素或考慮因素優(yōu)選地為最優(yōu)路徑。圖3運(yùn)用剖面 線示出了從位置A延伸到靶心T的兩個最優(yōu)的軌跡28和30的示例。最優(yōu)軌跡(或井設(shè) 計(jì))可以通過控制器19、鉆柱4中的接頭、通信模塊18或井下BHAlO中的其它接頭或模塊 進(jìn)行選擇。可選地，最優(yōu)軌跡可以在遠(yuǎn)離井眼2和控制器19的位置處被選擇。例如，軌跡 或井設(shè)計(jì)可以在鉆機(jī)上或遠(yuǎn)離鉆機(jī)的遠(yuǎn)位置處被選取。在這樣的實(shí)施例中，控制器19可以 用于將最優(yōu)軌跡(或井設(shè)計(jì))通信給井下BHA10。控制器19可以將指令通信給井下BHAlO，例如，沿著校正的最優(yōu)軌跡弓丨導(dǎo)BHAlO和井眼2的鉆進(jìn)。計(jì)算機(jī)可以讀介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)軟件程序例如可以用于分析與最優(yōu)軌跡相關(guān) 的因素或考慮因素并且選擇最優(yōu)軌跡。為此目的，最優(yōu)軌跡(或井設(shè)計(jì))可以在無人干預(yù) 的情況下自動選擇。用于選擇最優(yōu)軌跡的因素或考慮因素可以基于接收和/或儲存的與當(dāng) 前鉆井條件和地層特征、歷史鉆井條件和地層特征、預(yù)測的鉆井條件和地層特征、操作或鉆 進(jìn)限制和/或生產(chǎn)考慮因素有關(guān)的數(shù)據(jù)。鉆井條件和地層特征可以包括與地層評價特性和鉆井測量值(例如，深度、溫度、 鉆井液壓力、鉆井液密度和鉆井液流量、鉆進(jìn)速度、鉆頭和/或管柱的位置、扭矩或阻力相 關(guān)信息或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它鉆井和地層測量值)相關(guān)的數(shù)據(jù)。來自過去鉆井條件 獲得的數(shù)據(jù)可以包括來自其它井眼(例如，井位處或所述井位附近的井眼、通過諸如BHAlO 的部件的大致類似的工具鉆的井眼和需要進(jìn)行類似軌跡校正的井眼)的數(shù)據(jù)。預(yù)測的鉆井 條件和地層特征可以包括例如用于后續(xù)鉆進(jìn)的扭矩和阻力計(jì)算。例如，可能的軌跡不僅要 進(jìn)行扭矩和阻力分析以達(dá)到靶心T，而且從靶心T將井眼3鉆到井眼2的終點(diǎn)或到下一個靶 心的扭矩和阻力也應(yīng)被分析。操作或鉆井限制的示例包括鉆頭11、RRS17、或井眼系統(tǒng)100任何其它部件的限 制。操作或鉆進(jìn)限制的其它示例包括與最大狗腿度或可以使用的鉆井液流量有關(guān)的限制。 例如，由于一些約束或必需，最大或最小流量可以排除最優(yōu)軌跡。操作限制的其它示例包括 鉆柱轉(zhuǎn)彎半徑和已知的造斜率限制。例如，根據(jù)歷史鉆井?dāng)?shù)據(jù)，可以知道難以在給定的地層 井眼中鉆超過2° /100’的井眼。因此，可能的軌跡限于造斜率小于或等于2° /100’的軌 跡。操作或鉆井限制可以被鉆進(jìn)的實(shí)際軌跡，并因此影響最優(yōu)軌跡。生產(chǎn)考慮因素可以涉及選擇最大化在油藏生命期采出的油氣產(chǎn)量的軌跡。有利的 生產(chǎn)考慮因素可以提供鉆柱4沿具體地層區(qū)(例如，薄儲層)的最長部分。在用于注入流 體以保持儲層內(nèi)的壓力的水平井中，例如，生產(chǎn)考慮因素可以最大化沿著允許保持地層壓 力的具體路徑所鉆的井的最大長度?？赡艿能壽E可以通過獲取或輸入以下鉆井考慮因素或本領(lǐng)域技術(shù)人員了解的與 鉆井相關(guān)的其它考慮因素來選擇，例如，最小化狗腿度、最小化扭矩和阻力以達(dá)到靶心T，最 小化超過靶心T(例如到達(dá)井眼的終點(diǎn)或到達(dá)下一個點(diǎn)或靶心)進(jìn)行鉆進(jìn)的預(yù)測的扭矩和 阻力，最大化鉆進(jìn)速度，最小化所需的鉆井液流量。通過根據(jù)生產(chǎn)考慮因素和/或鉆井考慮 因素分析數(shù)據(jù)可以從可能的軌跡中選擇最優(yōu)軌跡。當(dāng)生產(chǎn)和鉆井考慮因素可以被確定時， 一個或多個鉆井或生產(chǎn)考慮因素可以被排序或作為數(shù)據(jù)輸入體系。為了選擇最優(yōu)軌跡，可 能需要分析與井眼相關(guān)的數(shù)據(jù)，例如，鉆井條件和地層特征數(shù)據(jù)、歷史鉆井條件和地層特征 數(shù)據(jù)、與預(yù)測的鉆井條件和地層特征相關(guān)的數(shù)據(jù)?？赡艿能壽E可以通過鉆井限制并且進(jìn)一 步通過生產(chǎn)和鉆井考慮因素被排除。當(dāng)最大化生產(chǎn)和鉆井考慮因素時，最優(yōu)的路徑或軌跡 可以是符合鉆井限制的軌跡。在實(shí)施例中，最優(yōu)軌跡可以是符合鉆井限制并最好地滿足體 系排序的生產(chǎn)或鉆井考慮因素的軌跡。在示例中，如圖3所示，軌跡28和30可以是基于鉆井、地層考慮因素和生產(chǎn)考慮 因素的最優(yōu)軌跡。軌跡28和30可以根據(jù)操作和鉆井限制(例如，狗腿度和扭矩和阻力) 被檢查。在此示例中，可以根據(jù)操作和鉆井限制以及地層限制確定軌跡28和軌跡30在可 能最大的狗腿度范圍內(nèi)。軌跡28相對于軌跡30提供了最小的狗腿度和并且最小化了用于 向前移動鉆柱4的摩擦力或阻力。因此，如果達(dá)到靶心T的阻力是主要考慮因素，則可以選擇軌跡28?？梢愿鶕?jù)諸如造斜率的第二個操作和鉆井限制檢查軌跡28、30。從鉆進(jìn)到位置A 記錄的數(shù)據(jù)可以表明僅實(shí)現(xiàn)了在到達(dá)位置A時的最小造斜率。因此，根據(jù)獲得和分析的鉆 井?dāng)?shù)據(jù)，可以確定的是軌跡30提供了到在鉆井限制內(nèi)所遇到的靶心T的路徑。因此，在此 示例中，軌跡30可以被選擇為用于趨向靶心T的最優(yōu)軌跡。如本示例所述，軌跡28已經(jīng)是 被以傳統(tǒng)的方式選擇和設(shè)計(jì)的路徑，并且由于具體裝置的鉆井限制可能已經(jīng)產(chǎn)生不能到達(dá) 靶心T的井眼2。要注意的是主要關(guān)于從位置A延伸到靶區(qū)T的路徑主要說明了提出并優(yōu) 化的軌跡。然而，要認(rèn)識的是雖然靶心T可以是最終目標(biāo)，但是所述靶心也可以被描述為短 程靶心。可選地，要認(rèn)識的是在多段中可以分析并選擇靶心以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的整個軌跡。以下參考圖4，其中框圖示出了一種根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的當(dāng)鉆井時用于優(yōu)化井 眼軌跡的方法。參照圖1-4說明所述方法。在步驟40中，控制器19利用從BHAlO獲得的地層評價數(shù)據(jù)以更新地層F 1 (圖3) 的幾何尺寸。在步驟42中，選擇在圖3中用“B”示出的短程靶心。在本示例中，選擇短程 靶心以并入彎曲段或轉(zhuǎn)向以朝著靶心T定向軌跡?？梢岳酶鞣N參數(shù)選擇短程靶心，并且 在一些實(shí)施例中，可以不使用短程或階段靶心(term target)。在步驟44中，從A到B的 設(shè)計(jì)軌跡段的開始位置A、方向和狗腿度(DLS)被確定和選擇用于分析。例如，對于圖3中 的示例提出的軌跡28和30選擇步驟44的特征以用于分析。在步驟46中，根據(jù)鉆井作業(yè) 限制和考慮因素來分析提出的軌跡段的可行性。參考上述圖3的描述，沒有排除鉆井系統(tǒng)， 從而實(shí)現(xiàn)除狗腿段A-B。在步驟48中，可以選擇具有最小DLS的軌跡。在圖3的示例中， 基于A-B段選擇軌跡28。在這個示例中，步驟48也可以包括或進(jìn)行到選擇下一個軌跡段 (例如，圖3中的B-T段)的步驟。步驟48的另一個步驟還可以包括根據(jù)其它鉆井或地層 參數(shù)分析A-B段。在步驟50，對選擇的軌跡28分析B-T段。如參照圖3所述，從BHAlO接 收的鉆井?dāng)?shù)據(jù)表示鉆井系統(tǒng)不可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向鉆頭11所需的造斜率，并且因此不可以實(shí)現(xiàn) 沿著軌跡28的B-T段的井眼2。在這個示例中，分析軌跡30并且確定所述軌跡是可實(shí)現(xiàn)的 (以上參照圖3所述)。因此，在選擇從A延伸到靶心T的最優(yōu)軌跡時，選擇軌跡30作為跟 隨的實(shí)時軌跡。步驟52可以表示在本方法中各種結(jié)構(gòu)中實(shí)施的步驟。例如，在最初評價和 選擇最優(yōu)軌跡時，步驟52包括隨后的選擇段的選擇和分析。在鉆井期間，步驟52可以表示 軌跡的連續(xù)評價以及當(dāng)需要時對所述軌跡的校正。如所述，這里從時間到時間的軌跡被稱作為實(shí)時軌跡。在這里使用的術(shù)語實(shí)時軌 跡通常說明根據(jù)所述方法的軌跡的動態(tài)特性。例如，以傳統(tǒng)的方式設(shè)計(jì)并提供預(yù)定軌跡。然 而，由于各種原因，井眼不可能沿著所述軌跡被鉆進(jìn)。本方法提供了對當(dāng)正在鉆井時被實(shí)時 選擇使得以最優(yōu)方式到達(dá)所選擇的靶心的軌跡的選擇。因此，這里被稱作為實(shí)時軌跡的軌 跡可以根據(jù)定位鉆頭和井眼的實(shí)際能力和/或期望靶心的變化而連續(xù)改變。還應(yīng)注意的是 實(shí)時軌跡和相關(guān)術(shù)語用于表示將要被鉆進(jìn)的井眼的提出并期望的路徑，并且在事后不用于 參考已經(jīng)鉆完的井眼。從本發(fā)明的具體實(shí)施例的上述詳細(xì)說明中，應(yīng)該認(rèn)識的是已經(jīng)公開了一種用于實(shí) 時優(yōu)化井眼的軌跡的、具有新穎性的系統(tǒng)。雖然在一些細(xì)節(jié)中已經(jīng)公開了本發(fā)明的具體實(shí) 施例，但是進(jìn)行這些詳細(xì)說明僅僅是為了說明本發(fā)明的各種特征和方面，并且不旨在相對 于本發(fā)明的保護(hù)范圍限制本發(fā)明。要認(rèn)識的是在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下，可以實(shí)現(xiàn)包括但不限于這里已經(jīng)建議的這些實(shí)施例的變形例的各 種替代、改變、和/或修改。
權(quán)利要求
一種用于在鉆井眼時選擇所述井眼的軌跡的方法，包括以下步驟獲得與所述井眼有關(guān)的數(shù)據(jù)；獲得與一個或多個鉆井限制或生產(chǎn)考慮因素有關(guān)的數(shù)據(jù)；在所述井眼內(nèi)選擇靶心；根據(jù)所述鉆井限制或所述生產(chǎn)考慮因素檢查可能的軌跡；以及根據(jù)所述鉆井限制或所述生產(chǎn)考慮因素選擇到所述靶心的最優(yōu)軌跡。
2.如權(quán)利要求1中的方法，其中，所述生產(chǎn)考慮因素包括最大化能夠由所述井眼產(chǎn)生 的油氣的量。
3.如權(quán)利要求1中的方法，其中，所述鉆井限制包括造斜率。
4.如權(quán)利要求1中的方法，其中，所述最優(yōu)軌跡基于所述鉆井限制和所述生產(chǎn)考慮因素。
5.如權(quán)利要求1中的方法，其中，所述最優(yōu)軌跡進(jìn)行自動選擇，而無需人工干預(yù)。
6.如權(quán)利要求1中的方法，其中，所述最優(yōu)軌跡具有所述可能的軌跡中的任一個的最 小扭矩和阻力。
7.如權(quán)利要求1中的方法，其中，所述最優(yōu)軌跡最小化用于超過所述靶心鉆所述井眼 的預(yù)測的扭矩和阻力。
8.如權(quán)利要求1中的方法，其中，所述生產(chǎn)考慮因素包括最大化位于目的地層內(nèi)的井 眼的長度。
9.如權(quán)利要求1中的方法，其中，所述鉆井限制包括最大軌跡，且所述最優(yōu)軌跡最小化 狗腿度。
10.一種在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中用于優(yōu)化井眼軌跡的計(jì)算機(jī)程序，包括用于獲得在鉆所述井眼時獲得的井下數(shù)據(jù)的指令；用于選擇靶心的指令；用于優(yōu)化鉆井考慮因素或生產(chǎn)考慮因素的指令；用于根據(jù)鉆井限制分析一個或多個可能的軌跡的指令；和用于根據(jù)所述鉆井考慮因素或所述生產(chǎn)考慮因素選擇最優(yōu)軌跡的指令，其中所述最優(yōu) 軌跡在所述鉆井限制內(nèi)。
11.如權(quán)利要求10中的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述鉆井限制包括最大狗腿度、最大造斜率 和鉆井液流量中的至少一個。
12.如權(quán)利要求11中的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述生產(chǎn)考慮因素包括最大化能夠由所述 井眼產(chǎn)生的油氣的量。
13.如權(quán)利要求12中的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述鉆井考慮因素包括最小化用于超出所 述靶心鉆所述井眼的扭矩和阻力和最小化狗腿度中的一個。
14.如權(quán)利要求13中的計(jì)算機(jī)程序，其中，所述計(jì)算機(jī)程序分析所述可能的軌跡，并且 自動選擇所述最優(yōu)軌跡。
15.如權(quán)利要求14中的計(jì)算機(jī)程序，其中，通過對所述鉆井考慮因素和所述生產(chǎn)考慮 因素中的一個優(yōu)先排序來自動選擇所述最優(yōu)軌跡。
16.一種用于當(dāng)鉆井眼時選擇所述井眼的軌跡的方法，包括以下步驟獲得與所述井眼有關(guān)的實(shí)時數(shù)據(jù)；獲得與鉆井限制有關(guān)的數(shù)據(jù)；獲得與生產(chǎn)考慮因素和鉆井考慮因素有關(guān)的數(shù)據(jù)；在所述井眼內(nèi)選擇靶心；從到達(dá)所述靶心的可能的軌跡中選擇最優(yōu)軌跡，其中，所述最優(yōu)軌跡符合所述鉆井考 慮因素，并且滿足所述生產(chǎn)考慮因素和所述鉆井考慮因素中的一個或多個。
17.如權(quán)利要求16中的方法，其中，所述鉆井考慮因素包括最小化超出所述靶心的預(yù) 測的扭矩和阻力。
18.如權(quán)利要求17中的方法，其中，所述鉆井考慮因素包括最小化狗腿度。
19.如權(quán)利要求17中的方法，其中，所述鉆井考慮因素包括最大造斜率。
20.如權(quán)利要求19中的方法，其中，所述生產(chǎn)考慮因素和所述鉆井考慮因素被優(yōu)先排
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于當(dāng)鉆井時選擇最優(yōu)井眼軌跡的方法和一種具有用于優(yōu)化井眼軌跡的指令的計(jì)算機(jī)程序。所述方法和程序可以包括獲得與井眼有關(guān)的諸如實(shí)時數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，以及獲得與鉆井限制有關(guān)的數(shù)據(jù)。所述方法和程序還包括獲得與生產(chǎn)考慮因素或鉆井考慮因素有關(guān)的數(shù)據(jù)。從到達(dá)靶心的可能軌跡中選擇靶心和最優(yōu)軌跡。理想地，最優(yōu)軌跡符合鉆井限制，并且滿足生產(chǎn)考慮因素或鉆井考慮因素中的一個或多個。
文檔編號E21B7/04GK101936134SQ20101013551
公開日2011年1月5日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者吉恩-米克爾·德內(nèi)徹歐, 迪米特瑞歐斯·皮瑞夫洛烏 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司