[发明专利]使用平滑法对钻探路径的控制

说明书

设计一种钻探组合件控制系统以控制钻头定向，使得遵循最小化振荡和偏离的井路径。当检测到与预期井路径的偏离时，预测模块对偏离的路径建模。使用所述建模的路径，优化模型利用成本函数和各种约束来分析替代校正路径以便确定哪一校正路径提供至所述预期井路径的最不弯曲的返回。

公开领域

本公开一般来说涉及烃类储层中的地质导向，且更具体地说涉及钻探组合件导向系统，其被设计用来控制钻头定向，使得遵循最小化弯曲度的路径。

背景

烃类化石燃料因为其相关联的生产成本而为有限的资源。由于使用易于获得的资源，因此新技术是必要的以最小化生产成本并增加可用性。北美页岩繁荣的主要驱动因素中的一者是定向钻探。使用此技术来钻探可能被水力压裂的长的水平井已使新资源可用并驱使天气热的价格在过去五年期间下降。

简单地说，定向钻探是使用对钻头定向提供控制或在钻头处施加侧向力的系统来钻探井筒的实践。此系统允许在几乎任何方向上沿着受控路径钻探。除了钻探长的水平井孔之外，定向钻探还可使用一个钻机建立多个井，从而延伸可到达位置，以降低的损耗将自喷井减压，并避免难以钻探的地层。为了实现对钻头的控制，井底钻具组合件(“BHA”)配备有将力施加至井孔的壁或改变钻头与BHA相关时所指向的方向的机构。这些系统称作“推靠钻头”或“指向钻头”，这取决于机构操作的方式。

尽管定向钻探已实践一些时间，但其仍有一些挑战。与定向钻探相关的主要挑战是在严密地遵循所设计的路径时产生平滑的井筒。非平滑的或弯曲的井筒可损害完井并导致卡住的和疲劳的管。而且，与所设计的路径的大的偏离可导致与附近的井相撞，从而失去目标位置，或损害钻探效率。

也存在其它挑战，尤其是与钻探自动化相关的挑战(即，需要操作者的极少干预或不需要干预的自主钻探系统的研发)。钻探自动化的难度来自于包括钻探系统与井孔和流体(泥浆)流的交互的过程的复杂性。复杂的井下振动(诸如钻头跳动、钻头涡动和粘滑)的存在使得更难以使过程自动化。此外，仅有限数目的传感器可放置在受限的空间中或经受得住严苛的井下条件。而且，测量通常受到高噪声电平污染，且仅可以低速率以长的传输延迟传输。

因此，本领域中需要一种用于钻探组合件的自主地质导向系统，其利用对钻头-井筒交互的理解来产生平滑的井筒。

附图简述

图1说明根据本公开的说明性实施方案的井路径平滑系统的框图；

图2说明根据本公开的某些说明性实施方案的钻探组合件；

图3是根据本公开的某些说明性实施方案的划分为七个子系统的钻探组合件的示意性模型；

图4和图5是表示使用本公开的说明性实施方案产生的钻探组合件的预测模型的结果的图表；

图6说明根据本公开的某些说明性实施方案的沿着预定井路径钻探井筒的钻探组合件；以及

图7是根据本公开的某些说明性实施方案应用的说明性路径平滑方法的流程图。

说明性实施方案的描述

下文将本公开的说明性实施方案和相关方法描述为可用于钻探组合件导向系统，其被设计用来控制钻头定向，使得遵循最小化弯曲度的路径。为了清楚起见，在本说明书中并不描述实际实现方式或方法的所有特征。当然，应了解，在开发任何此类实际实施方案时，必须做出众多实现方式特定的决定以实现开发者的特定目标，诸如符合系统相关和商业相关约束，一个实现方式与另一实现方式的目标将不同。此外，应了解，此开发努力可能是复杂的且耗时的，但尽管如此，这对于受益于本公开的本领域技术人员来说将为例行任务。鉴于以下描述和附图，本公开的各种实施方案和相关方法的进一步方面和优点将变得显而易见。