[发明专利]钻井工具面的闭环控制

说明书

一种用于控制钻井工具面的井下闭环方法包括在相应的第一及第二上部及下部勘测站测量地下钻孔的第一及第二姿态。所述第一及第二姿态在井下随钻被处理为计算地下钻孔在上部及下部勘测站间的角度变化量。将计算得到的角度变化量与预定的阈值相比较。当所述角度变化量小于该阈值时，可以不断重复该过程。当所述地下钻孔的角度变化量大于或等于该阈值时，所述第一及第二姿态在井下被进一步处理为计算工具面角。所述工具面角然后可以被进一步处理为控制所述地下钻孔的钻井方向。

技术领域

所公开的实施例总体涉及用于在井下定向钻井作业期间维持定向控制的方法，并且更特别地涉及用于确定随钻井下工具面偏移的方法。

背景技术

在钻地下井眼时，使用自动钻井方法已变得越来越常见。这些方法可以基于多种井下反馈测量被用来例如控制钻井方向，这些测量例如随钻进行的倾角和方位角测量，或随钻测井测量。

自动钻井方法(和一般定向钻井方法)的一个困难在于，定向钻井工具呈现为向着偏离设定点方向的方向钻井(或转向)的趋势。例如，当设定为直线向前钻一个水平井时，某些钻井工具可能具有下降倾斜(向下转向)和/或向左或向右转向的趋势。更加困难的是，这些趋势可以受多个因素的影响，并可在钻井作业期间不可预期地变化。影响该定向趋势的因素可以包括，例如，地下岩层的属性、井底钻具组合(BHA)的结构、钻头磨损、钻头/稳定器侧移，意外触点(例如，由于BHA的压缩和弯曲)、稳定器与岩层的相互作用、导向工具使用的导向机构、以及多种钻井参数。

在当前的钻井作业中，钻井操作者通常通过评估发送到地面的井眼勘测数据来校准所述定向趋势。通常在30至100英尺间隔上(例如，在静态勘测站)对井眼的重力工具面执行地面计算。尽管这些技术是可用的，但是有进一步改进的需求，特别是对于井下随钻自动适应(或校准)这些趋势时。

发明内容

公开了一种用于控制地下钻孔的钻井工具面的井下闭环方法。该方法包括随钻接收地下钻孔的参考及测量姿态，其中在上部勘测站测量所述参考姿态，在下部勘测站测量所述测量姿态。在井下随钻处理(使用井下处理器)所述参考姿态和所述测量姿态，以计算地下钻孔在上部与下部勘测站间的角度变化量。将所述计算得到的角度变化量与预定阈值相比较。当所述角度变化量小于该阈值时，可以不断重复该过程。当所述地下钻孔的角度变化量大于或等于该阈值时，所述参考姿态及所述测量姿态在井下被进一步处理为计算工具面角。所述工具面角然后可以被进一步处理为控制所述地下钻孔的钻井方向。

所公开的实施例可以提供多种技术优势。例如，所公开的实施例为所述钻井工具面提供了实时闭环控制。如此，所公开的方法可以提供改善的井位和减少井眼弯曲。此外，通过提供闭环控制，所公开的方法易于改善钻井效率和一致性。

提供本发明内容是为了引入一系列概念，其在下面的详细描述中进一步描述。本发明内容不旨在标志所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用于辅助限制所要求保护的主题。

附图说明

为了更加完全地理解所公开的主题及其优点，后面的描述与附图相结合作为参照，其中；

图1描绘了可以利用所公开的实施例的一个示例性钻机。

图2描绘了图1所示的钻柱的BHA的下部。

图3在全局坐标参考系中描绘了导向参数和姿态图。

图4在全局坐标参考系中描绘了重力工具面和磁力工具面的图像。

图5描绘了一个所公开的用于获得钻井工具面的闭环方法实施例的流程图。

图6描绘了一个控制器的实施例，其中通过图5所描绘的方法获得的工具面角可以被该控制器处理为控制钻井方向。

图7描绘了一个级联控制器，其可以处理通过图5所描绘的方法获得的工具面角，以驱动所述钻井工具至目标方位角。