鉆探控制的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種優(yōu)化鉆柱的鉆探參數(shù)的系統(tǒng)包括鉆柱控制子系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括優(yōu)化控制器，以至少部分地通過(guò)以下步驟來(lái)協(xié)調(diào)鉆探過(guò)程期間鉆柱控制子系統(tǒng)的操作：基于鉆探參數(shù)模型和第一鉆探參數(shù)估值，來(lái)確定第一經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn)速度；基于第一經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn)速度將第一組命令提供至鉆柱控制子系統(tǒng)；至少部分地基于鉆探參數(shù)模型和對(duì)應(yīng)于鉆柱控制子系統(tǒng)的反饋，來(lái)確定在鉆探過(guò)程期間的第二鉆探參數(shù)估值；基于第二鉆探參數(shù)估值，確定鉆探過(guò)程期間的第二經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn)速度；以及基于第二經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn)速度，將第二組命令提供至鉆柱控制子系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】鉆探控制的系統(tǒng)和方法

【背景技術(shù)】
[0001] 本公開一般涉及地層鉆探操作并且更具體地涉及鉆探控制的系統(tǒng)和方法。
[0002] 在鉆探操作中，典型的鉆探過(guò)程相對(duì)復(fù)雜并且涉及相當(dāng)大的花費(fèi)。在該行業(yè)中存 在持續(xù)不斷的努力以發(fā)展安全、成本最小化以及效率中的改進(jìn)。盡管如此，仍然需要更有效 的、改進(jìn)的并且優(yōu)化的鉆探過(guò)程。
[0003] 附圖簡(jiǎn)述
[0004] 通過(guò)部分地參考以下描述和所附的附圖可理解本公開的某些具體的示例性實(shí)施 例。
[0005] 圖1A是根據(jù)本公開的特定實(shí)施例的系統(tǒng)的圖。
[0006] 圖1B是根據(jù)本公開的特定實(shí)施例的系統(tǒng)的圖。
[0007] 圖2是根據(jù)本公開的特定實(shí)施例的用于鉆探控制的優(yōu)化的示例圖。
[0008] 圖3是根據(jù)本公開的特定實(shí)施例的在利用概率強(qiáng)度進(jìn)行限定的各種巖石類型中 鉆探的不例圖。
[0009] 圖4描繪了根據(jù)本公開的特定實(shí)施例的利用RPM(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）相對(duì)WOB (鉆壓） 的鉆柱參數(shù)的曲線圖。
[0010] 圖5是根據(jù)本公開的特定實(shí)施例的用于鉆探控制的優(yōu)化的示例圖。
[0011] 圖6是根據(jù)本公開的特定實(shí)施例的磨損估計(jì)器的圖。
[0012] 圖7示出了根據(jù)本公開的特定實(shí)施例的用于鉆探控制的耦合控制子系統(tǒng)的圖。
[0013] 圖8是根據(jù)本公開的特定實(shí)施例的絞車（draw works)控制子系統(tǒng)的圖。
[0014] 圖9是根據(jù)本公開的特定實(shí)施例的頂部驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)的圖。
[0015] 圖10是根據(jù)本公開的特定實(shí)施例的泵控制子系統(tǒng)的圖。
[0016] 圖11示出了根據(jù)本公開的特定實(shí)施例的粘滑（stick-slip)補(bǔ)償。
[0017] 雖然已經(jīng)參考本公開的示例性實(shí)施例描繪、描述并限定了本公開內(nèi)容的實(shí)施例， 但這樣的參考不意味著對(duì)本公開的限制，且不推斷這樣的限制。所公開的主題在形式和功 能上存在相當(dāng)多的修改、變更和等價(jià)方案，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在獲知本公開的益處后 所能想到。所描繪和描述的本公開的諸實(shí)施例僅僅是示例，且不是對(duì)本公開范圍的窮舉。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 本公開一般涉及地層鉆探操作并且更具體地涉及鉆探控制的系統(tǒng)和方法。
[0019] 在本文中詳細(xì)地描述了本公開的說(shuō)明性實(shí)施例。為清楚起見，可能未在此說(shuō)明書 中描述實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式的所有特征。當(dāng)然將理解，在任一此類實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)中，必須作出 許多實(shí)現(xiàn)專屬的決定以實(shí)現(xiàn)特定的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，這些特定的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)將對(duì)于各實(shí)現(xiàn)而彼此不 同。此外，將理解，此類開發(fā)努力可能是復(fù)雜而且耗時(shí)的，但對(duì)于獲得本公開內(nèi)容的益處的 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言仍會(huì)是例行任務(wù)。為便于更好地理解本公開，給出了某些實(shí)施例 的以下示例。以下示例絕不應(yīng)理解為限制或限定本公開的范圍。
[0020] 本公開的特定實(shí)施例可至少部分地利用信息處理系統(tǒng)而被實(shí)施。為了本公開的 目的，一種信息處理系統(tǒng)可包括能操作用于計(jì)算、分類、處理、發(fā)送、接收、檢索、產(chǎn)生、切換、 存儲(chǔ)、顯示、操作、檢測(cè)、記錄、重現(xiàn)、處理、或利用任何形式的信息、智能數(shù)據(jù)以用于商業(yè)、科 學(xué)、控制或其他目的的任何工具或工具集合。例如，一種信息處理系統(tǒng)可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)、 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備或任何其它合適的設(shè)備，且可能在尺寸、形狀、性能、功能以及價(jià)格上有差別。 該信息處理系統(tǒng)可包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM)、諸如中央處理單元（CPU)或硬件或軟件控 制邏輯之類的一個(gè)或多個(gè)處理資源、ROM和/或其它類型的非易失性存儲(chǔ)器。該信息處理系 統(tǒng)的其它部件可包括一個(gè)或多個(gè)盤驅(qū)動(dòng)器、用于與外部設(shè)備通信的一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口、 以及諸如鍵盤、鼠標(biāo)以及視頻顯示器之類的各種輸入和輸出（I/O)設(shè)備。該信息處理系統(tǒng) 還可包括能操作用于在上述各種硬件部件之間傳輸通信的一個(gè)或多個(gè)總線。
[0021] 本公開的特定實(shí)施例可至少部分地利用非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)而被實(shí)施。為了 本公開的目的，非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可包括可保存數(shù)據(jù)和/或指令達(dá)一段時(shí)間的任何 工具或工具集合。非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可包括（作為示例而非限制）：存儲(chǔ)介質(zhì)，諸如 直接存取存儲(chǔ)設(shè)備（例如硬盤驅(qū)動(dòng)器或軟盤驅(qū)動(dòng)器）、順序存取存儲(chǔ)設(shè)備（例如帶盤驅(qū)動(dòng) 器）、致密盤、⑶-如1、0￥0、狀11、1?011、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器伍￡?1?01〇和/或快閃存儲(chǔ) 器；通信介質(zhì)，諸如導(dǎo)線、光纖、微波、無(wú)線電波和其它電磁和/或光學(xué)載體；和/或上述的 任何組合。
[0022] 本公開的特定實(shí)施例可提供自動(dòng)地控制鉆探過(guò)程。特定實(shí)施例可在鉆探過(guò)程期間 作出全部或一部分的決定并且可控制頂部驅(qū)動(dòng)、絞車和泵中的一個(gè)或多個(gè)。特定實(shí)施例可 優(yōu)化鉆探過(guò)程并且將命令輸入提供至一個(gè)或多個(gè)鉆柱控制子系統(tǒng)。由于鉆探參數(shù)模型隨著 時(shí)間改變，因而優(yōu)化可依賴于鉆探參數(shù)模型進(jìn)行更新，該鉆探參數(shù)模型可包括但不限于鉆 頭（bit)模型。特定實(shí)施例可克服鉆探過(guò)程中的非線性并且根據(jù)需要將其移除或最小化。
[0023] 圖1A示出了根據(jù)本公開的特定實(shí)施例的一個(gè)非限制性的示例性的鉆探系統(tǒng)10。 鉆探系統(tǒng)10可包括設(shè)置在鉆孔14頂上的鉆機(jī)12。測(cè)井工具16可由被并入到鉆柱20中 并且被設(shè)置在鉆孔14內(nèi)的典型地為鉆鋌的子測(cè)井工具18承載。鉆頭22位于鉆柱20的下 端處并且通過(guò)地層24鑿出鉆孔14。鉆探泥漿26可從井口 30附近的存儲(chǔ)池28被泵送出， 沿著軸向通路（未示出）通過(guò)鉆柱20,離開鉆頭22中的開口并且通過(guò)環(huán)形區(qū)域32回到表 面。金屬外殼34可被置于鉆頭22上面的鉆孔14中以用于維持鉆孔14的上部的完整性。
[0024] 在鉆柱20、子測(cè)井工具18以及鉆孔14的側(cè)壁36之間的環(huán)形32形成了鉆探泥漿 的返回流路。泥漿可通過(guò)泵送系統(tǒng)38從井口 30附近的存儲(chǔ)池中被泵送出。泥漿可穿過(guò)被 耦合至在整個(gè)鉆柱20的長(zhǎng)度上延伸的中央通道的泥漿供給線40。以此方式，鉆探泥漿被迫 沿鉆柱20向下并通過(guò)鉆頭22中的開口離開進(jìn)入鉆孔以用于冷卻和潤(rùn)滑鉆頭并且將鉆探操 作期間所產(chǎn)生的巖肩運(yùn)送回表面。流體排放導(dǎo)管42可在井口處從環(huán)形通道32連接以用于 將返回泥漿流從鉆孔14引導(dǎo)至泥漿池28。
[0025] 測(cè)井工具或儀器16可以是任何常規(guī)的測(cè)井儀器，諸如聲學(xué)的（有時(shí)被稱為音速 的）、中子式、伽馬射線式、密度式、光電式、核磁共振式或任何其它的常規(guī)測(cè)井儀器或其組 合，該測(cè)井工具或儀器16可被用于測(cè)量圍繞地質(zhì)鉆孔的地層的巖性或孔隙度。測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)可 被存儲(chǔ)在常規(guī)的井下記錄儀（未示出）中，當(dāng)鉆柱20被重新取回時(shí)可在地表面訪問(wèn)該測(cè)井 數(shù)據(jù)，或該測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)可使用遙測(cè)（諸如常規(guī)的泥漿脈沖遙測(cè)系統(tǒng)）被傳送至地表面。來(lái)自 測(cè)井儀器16的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)可被傳遞至表面測(cè)量設(shè)備處理器44以允許該數(shù)據(jù)根據(jù)如本文中所 描述的本公開的實(shí)施例被處理以供使用。除了 MWD儀器之外，還可使用鋼纜測(cè)井儀器。鋼 纜儀器可包括可被用于測(cè)量圍繞地質(zhì)鉆孔的地層的巖性和/或孔隙度的任何常規(guī)的測(cè)井 儀器，例如，諸如聲學(xué)的、中子式、伽馬射線式、密度式、光電式、核磁共振式或任何其它的常 規(guī)測(cè)井儀器或其組合，該鋼纜儀器可被用于測(cè)量巖性。
[0026] 信息處理系統(tǒng)50可以任何適當(dāng)?shù)姆绞奖煌ㄐ诺伛詈现零@探系統(tǒng)10的一個(gè)或多個(gè) 部件。信息處理系統(tǒng)50可被配置成實(shí)現(xiàn)本文中所描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。信息處理系 統(tǒng)50可包括設(shè)備52,該設(shè)備52可包括進(jìn)一步被編程以用于執(zhí)行如本文中所進(jìn)一步描述的 方法和裝置的任何適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)、控制器或數(shù)據(jù)處理裝置。計(jì)算機(jī)/控制器52可包括用于 接收例如來(lái)自任何適當(dāng)?shù)妮斎朐O(shè)備58的輸入信息和/或命令的至少一個(gè)輸入。輸入設(shè)備 58可包括鍵盤、鍵板、定點(diǎn)設(shè)備等，進(jìn)一步包括用于接收來(lái)自遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)庫(kù)的輸入信 息的網(wǎng)絡(luò)接口或其它的通信接口。再進(jìn)一步，計(jì)算機(jī)/控制器52可包括用于輸出信息信 號(hào)和/或設(shè)備控制命令的至少一個(gè)輸出。輸出信號(hào)可經(jīng)由信號(hào)線54被輸出至顯示設(shè)備60 以用在生成包含在輸出信號(hào)中的信息的顯示中。輸出信號(hào)還可被輸出至打印機(jī)設(shè)備62以 用在生成包含在輸出信號(hào)中的信息的打印輸出64中。例如，信息和/或控制信號(hào)66還可 經(jīng)由任何適當(dāng)?shù)耐ㄐ叛b置被輸出至任何設(shè)備以用在控制鉆機(jī)12的一個(gè)或多個(gè)不同的鉆探 操作參數(shù)中，如本文中進(jìn)一步討論的那樣。換言之，提供適當(dāng)?shù)脑O(shè)備或裝置，以用于在利用 根據(jù)本文中所描述的特定實(shí)施例的鉆探系統(tǒng)實(shí)際鉆井眼（或井段）的過(guò)程中控制參數(shù)。例 如，鉆探系統(tǒng)可包括設(shè)備，諸如選自井下電機(jī)70、頂部驅(qū)動(dòng)電機(jī)72或旋轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)74的以下 類型的可控電機(jī)中的一個(gè)，進(jìn)一步其中各個(gè)電機(jī)的給定rpm可被遠(yuǎn)程地控制。此參數(shù)還可 包括本文中所描述的任何其它適當(dāng)?shù)你@探系統(tǒng)控制參數(shù)。
[0027] 計(jì)算機(jī)/控制器52可提供用于根據(jù)規(guī)定的地質(zhì)學(xué)模型生成每單位深度地層的地 質(zhì)學(xué)特征的方法。計(jì)算機(jī)/控制器52可提供代表地質(zhì)學(xué)特征的信號(hào)線54、56上的輸出信 號(hào)。計(jì)算機(jī)/控制器52可利用本領(lǐng)域已知的編程技術(shù)進(jìn)行編程以用于執(zhí)行如本文中所描 述的功能。在一個(gè)實(shí)施例中，可包括非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該介質(zhì)具有存儲(chǔ)在其上的計(jì) 算機(jī)程序。供由計(jì)算機(jī)/控制器52執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序可被用于根據(jù)本文中所描述的實(shí)施 例優(yōu)化鉆柱的鉆探參數(shù)。供由計(jì)算機(jī)/控制器52執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序的編程可利用已知的 編程技術(shù)來(lái)進(jìn)一步被完成以用于實(shí)施如本文中所描述和討論的實(shí)施例。
[0028] 圖1B是根據(jù)本公開的特定實(shí)施例的系統(tǒng)100的圖。在特定實(shí)施例中，系統(tǒng)100可 提供自動(dòng)地控制鉆探過(guò)程的全部或部分。因此，特定實(shí)施例可作出涉及鉆探過(guò)程的全部或 部分的所有決定。在特定實(shí)施例中，系統(tǒng)1〇〇可以最小化成本和最大化效率的目的來(lái)控制 鉆探設(shè)備。
[0029] 系統(tǒng)100可包括優(yōu)化控制器102。優(yōu)化控制器102可被通信地耦合至絞車控制子 系統(tǒng)108、頂部驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)110和泵控制子系統(tǒng)112中的一個(gè)或多個(gè)。絞車控制子系統(tǒng) 108、頂部驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)110和/或泵控制子系統(tǒng)112可被通信地耦合至可包括鉆頭116 的鉆柱114。絞車控制子系統(tǒng)108、頂部驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)110和/或泵控制子系統(tǒng)112中的 一個(gè)或多個(gè)可被通信地耦合至運(yùn)動(dòng)模型118。鉆探參數(shù)模型120可被通信地耦合至絞車控 制子系統(tǒng)108、頂部驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)110、泵控制子系統(tǒng)112、鉆柱114和優(yōu)化控制器102中 的一個(gè)或多個(gè)。
[0030] 在特定實(shí)施例中，優(yōu)化控制器102可包括優(yōu)化函數(shù)104和ROP (鉆進(jìn)速度）控制器 106中的一者或兩者。優(yōu)化控制器102可被通信地耦合至ROP控制器106。ROP控制器106 可以是虛擬的R0P控制器并且可被配置成使多個(gè)子系統(tǒng)保持一致地工作。
[0031] 優(yōu)化控制器102可被配置成向絞車控制子系統(tǒng)108、頂部驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)110和/ 或泵控制子系統(tǒng)112中的一個(gè)或多個(gè)提供命令。優(yōu)化控制器102可被配置成協(xié)調(diào)絞車控制 子系統(tǒng)108、頂部驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)110和/或泵控制子系統(tǒng)112的操作。提供命令可包括 優(yōu)化控制器102指示一個(gè)或多個(gè)控制器設(shè)定點(diǎn)。作為非限制性示例，優(yōu)化控制器102可將 涉及鉆壓（W0B)的設(shè)定點(diǎn)（由圖1B中的信號(hào)W0B*表示）提供至絞車控制子系統(tǒng)108。優(yōu) 化控制器102可將涉及鉆頭速度（諸如鉆頭116處的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）的設(shè)定點(diǎn)（由圖1B中 的信號(hào)"RPM atBit* (鉆頭處的RPM*)"表示）提供至頂部驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)110。優(yōu)化控制 器102可將涉及泵速率的設(shè)定點(diǎn)（由圖1B中的信號(hào)"Rate* (速率*) "表示）提供至泵控 制子系統(tǒng)112。
[0032] 絞車控制子系統(tǒng)108可包括被配置成基于W0B*信號(hào)接收一輸入的PID (比例積分 微分）控制器122。例如，PID控制器122可被配置成接收在W0B*信號(hào)和來(lái)自運(yùn)動(dòng)模型118 的信號(hào)之間的差值。絞車控制子系統(tǒng)108可包括可被配置成提供慣性和/或物理狀態(tài)反饋 解耦的解耦函數(shù)124。例如，如所描繪的，解耦函數(shù)124可具有前饋配置并且可接收W0B*信 號(hào)。絞車控制子系統(tǒng)108可包括本地控制126。本地控制126可從PID控制器122和/或 解耦函數(shù)124接收涉及負(fù)載的信號(hào)（Load* (負(fù)載*))。如所描述的，本地控制126可具有調(diào) 節(jié)基于信號(hào)"Load*"所接收的輸入的負(fù)反饋配置。本地控制126可直接地或間接地將控制 信號(hào)提供至絞車128,該絞車128反過(guò)來(lái)可被可操作地耦合至鉆柱114。絞車128可包括但 不限于任何合適的絞車或其它負(fù)載承載系統(tǒng)以用于鉆探操作。因此，絞車控制子系統(tǒng)108 可被配置成控制任何合適的絞車或其它負(fù)載承載系統(tǒng)以用于鉆探操作。此處術(shù)語(yǔ)"絞車"、 "絞車控制子系統(tǒng)"等的使用不應(yīng)當(dāng)被理解為將本公開的實(shí)施例限制到絞車。
[0033] 頂部驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)110可包括被配置成基于"RPM at Bit*"信號(hào)接收輸入的 PID控制器130。例如，PID控制器130可被配置成接收"RPM at Bit*"信號(hào)和來(lái)自運(yùn)動(dòng)模 型118的信號(hào)之間的差值。頂部驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)110可包括可被配置成提供慣性和/或物 理狀態(tài)反饋解耦的解耦函數(shù)132。例如，如所描繪的，解耦函數(shù)132可具有前饋配置并且可 接收信號(hào)"RPM at Bit*"。頂部驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)110可包括本地控制134。本地控制134可 從PID控制器130和/或解耦函數(shù)132接收涉及扭矩的信號(hào)（Torque* (扭矩*))。如所描 繪的，本地控制134可具有調(diào)節(jié)基于信號(hào)"RPM at Bit*"所接收的輸入的負(fù)反饋配置。本 地控制134可直接地或間接地將控制信號(hào)提供至頂部驅(qū)動(dòng)136,該頂部驅(qū)動(dòng)136反過(guò)來(lái)可被 可操作地耦合至鉆柱114。
[0034] 泵控制子系統(tǒng)112可包括被配置成基于信號(hào)"Rate*"接收輸入的PID控制器138。 例如，如所描繪的，PID控制器138可具有調(diào)節(jié)基于信號(hào)"Rate*"所接收的輸入的負(fù)反饋配 置。泵控制子系統(tǒng)112可包括本地控制140。本地控制140可從PID控制器138接收信號(hào) "Rate**"。本地控制140可直接地或間接地將控制信號(hào)提供至一個(gè)或多個(gè)泵142,該一個(gè)或 多個(gè)泵142反過(guò)來(lái)可被可操作地耦合至鉆柱114。
[0035] 運(yùn)動(dòng)模型118可包括軸向運(yùn)動(dòng)模型144和/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模型146。軸向運(yùn)動(dòng)模型 144可接收來(lái)自絞車控制子系統(tǒng)108的反饋。例如，此輸入可對(duì)應(yīng)于來(lái)自感測(cè)與絞車128相 關(guān)聯(lián)的軸向運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)傳感器（未示出）的信號(hào)。在特定實(shí)施例中，軸向運(yùn)動(dòng)模型 144可位于絞車控制子系統(tǒng)108內(nèi)。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模型146可接收來(lái)自頂部驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)110 的反饋。例如，此輸入可對(duì)應(yīng)于來(lái)自感測(cè)與頂部驅(qū)動(dòng)136相關(guān)聯(lián)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè) 傳感器（未示出）的信號(hào)。軸向運(yùn)動(dòng)模型144和/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模型146可包括集總質(zhì)量模 型，該集總質(zhì)量模型可包括被配置成提供動(dòng)態(tài)模型的彈簧。如所描繪的，軸向運(yùn)動(dòng)模型144 和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模型146可向絞車控制子系統(tǒng)108和頂部驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)110以及鉆探參數(shù)模 型120提供反饋。鉆探參數(shù)模型120可給任何合適的鉆探參數(shù)建模，包括但不限于如本文 中進(jìn)一步描述的鉆頭、鉆頭磨損和/或ROP。在特定實(shí)施例中，鉆探參數(shù)模型120可模擬巖 石-鉆頭相互作用和井底組件的動(dòng)力學(xué)。
[0036] 為了向頂部驅(qū)動(dòng)136、絞車128和泵142提供命令輸入，可使用優(yōu)化。根據(jù)本公開 的特定實(shí)施例，優(yōu)化控制器102可被配置成執(zhí)行優(yōu)化。此優(yōu)化可考慮WOB (鉆壓）、TOB (鉆 頭扭矩）、鉆頭116的RPM (每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）、由一個(gè)或多個(gè)泵142產(chǎn)生的流速（〇、鉆頭116 上的磨損以及鉆頭116可鉆通的巖石類型中的一個(gè)或多個(gè)可如何影響性能。此優(yōu)化可提供 ROP(鉆進(jìn)速度）的優(yōu)化。使ROP為包括磨損的輸入?yún)?shù)的函數(shù)，此優(yōu)化可以是隨機(jī)非線性 問(wèn)題。
[0037] ROP可由以下函數(shù)進(jìn)行表征。

【權(quán)利要求】
1. 一種優(yōu)化鉆柱的鉆探參數(shù)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 鉆柱控制子系統(tǒng)；以及 優(yōu)化控制器，所述優(yōu)化控制器至少部分地通過(guò)以下步驟來(lái)協(xié)調(diào)鉆探過(guò)程期間所述鉆柱 控制子系統(tǒng)的操作： 至少部分地基于鉆探參數(shù)模型和第一鉆探參數(shù)估值，確定第一經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn)速度； 至少部分地基于所述第一經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn)速度，將第一組命令提供至所述鉆柱控制子系 統(tǒng)； 至少部分地基于所述鉆探參數(shù)模型和對(duì)應(yīng)于所述鉆柱控制子系統(tǒng)的反饋，確定在所述 鉆探過(guò)程期間的第二鉆探參數(shù)估值； 至少部分地基于所述第二鉆探參數(shù)估值，確定所述鉆探過(guò)程期間的第二經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn) 速度；以及 至少部分地基于所述第二經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn)速度，將第二組命令提供至所述鉆柱控制子系 統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn)速度和所述第二經(jīng) 優(yōu)化的鉆進(jìn)速度中的一者或兩者是至少部分地基于巖石特性、鉆頭類型、目標(biāo)時(shí)間、深度和 成本確定中的一個(gè)或多個(gè)。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 接收對(duì)應(yīng)于絞車的反饋的軸向運(yùn)動(dòng)模型； 其中，所述第二鉆探參數(shù)估值是至少部分地基于所述軸向運(yùn)動(dòng)模型。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 接收對(duì)應(yīng)于頂部驅(qū)動(dòng)的反饋的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模型； 其中，所述第二鉆探參數(shù)估值是至少部分地基于所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模型。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述鉆探參數(shù)模型是至少部分地基于對(duì)應(yīng) 于泵的反饋。
6. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述優(yōu)化控制器進(jìn)一步至少部分地通過(guò)以 下步驟來(lái)協(xié)調(diào)鉆探過(guò)程期間所述鉆柱控制子系統(tǒng)的操作： 至少部分地基于對(duì)應(yīng)于鉆探時(shí)間、行程時(shí)間和鉆頭成本中的一個(gè)或多個(gè)的成本的最小 化來(lái)作出成本確定，其中所述鉆頭成本是至少部分地基于鉆頭類型和鉆頭數(shù)量中的一個(gè)或 多個(gè)。
7. 如權(quán)利要求1所述的鉆探控制系統(tǒng)，其特征在于，所述鉆柱控制子系統(tǒng)包括控制絞 車的絞車控制子系統(tǒng)、控制頂部驅(qū)動(dòng)的頂部驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)和控制泵的泵控制子系統(tǒng)中的 一個(gè)或多個(gè)。
8. -種非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序以優(yōu)化鉆柱的鉆探參數(shù)，所 述計(jì)算機(jī)程序包括可執(zhí)行指令，所述可執(zhí)行指令使計(jì)算機(jī)： 至少部分地基于鉆探參數(shù)模型和第一鉆探參數(shù)估值，確定第一經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn)速度； 至少部分地基于所述第一經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn)速度，為鉆柱控制子系統(tǒng)提供第一組命令； 至少部分地基于所述鉆探參數(shù)模型和對(duì)應(yīng)于所述鉆柱控制子系統(tǒng)的反饋，確定在鉆探 過(guò)程期間的第二鉆探參數(shù)估值； 至少部分地基于所述第二鉆探參數(shù)估值，確定所述鉆探過(guò)程期間的第二經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn) 速度；以及 至少部分地基于所述第二經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn)速度，為所述鉆柱控制子系統(tǒng)提供第二組命 令。
9. 如權(quán)利要求8所述的非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，所述第一經(jīng)優(yōu)化的鉆 進(jìn)速度和所述第二經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn)速度中的一者或兩者是至少部分地基于巖石特性、鉆頭類 型、目標(biāo)時(shí)間、深度和成本確定中的一個(gè)或多個(gè)。
10. 如權(quán)利要求8所述的非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，所述第二鉆探參數(shù)估 值是至少部分地基于軸向運(yùn)動(dòng)模型和對(duì)應(yīng)于絞車的反饋。
11. 如權(quán)利要求8所述的非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，所述第二鉆探參數(shù)估 值是至少部分地基于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模型和對(duì)應(yīng)于頂部驅(qū)動(dòng)的反饋。
12. 如權(quán)利要求8所述的非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，所述鉆探參數(shù)模型是 至少部分地基于對(duì)應(yīng)于泵的反饋。
13. 如權(quán)利要求8所述的非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序進(jìn)一 步包括使計(jì)算機(jī)執(zhí)行下列操作的可執(zhí)行指令： 至少部分地基于對(duì)應(yīng)于鉆探時(shí)間、行程時(shí)間和鉆頭成本中的一個(gè)或多個(gè)的成本的最小 化來(lái)作出成本確定，其中所述鉆頭成本是至少部分地基于鉆頭類型和鉆頭數(shù)量中的一個(gè)或 多個(gè)。
14. 如權(quán)利要求8所述的非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其特征在于，所述鉆柱控制子系統(tǒng) 包括控制絞車的絞車控制子系統(tǒng)、控制頂部驅(qū)動(dòng)的頂部驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)和控制泵的泵控制 子系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)。
15. -種優(yōu)化鉆柱的鉆探參數(shù)的方法，所述方法包括： 提供鉆柱控制子系統(tǒng)；以及 提供優(yōu)化控制器以至少部分地通過(guò)以下步驟來(lái)協(xié)調(diào)鉆探過(guò)程期間所述鉆柱控制子系 統(tǒng)的操作： 至少部分地基于鉆探參數(shù)模型和第一鉆探參數(shù)估值，確定第一經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn)速度； 至少部分地基于所述第一經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn)速度，將第一組命令提供至所述鉆柱控制子系 統(tǒng)； 至少部分地基于所述鉆探參數(shù)模型和對(duì)應(yīng)于所述鉆柱控制子系統(tǒng)的反饋，確定在所述 鉆探過(guò)程期間的第二鉆探參數(shù)估值； 至少部分地基于所述第二鉆探參數(shù)估值，確定所述鉆探過(guò)程期間的第二經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn) 速度；以及 至少部分地基于所述第二經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn)速度，將第二組命令提供至所述鉆柱控制子系 統(tǒng)。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn)速度和所述第二 經(jīng)優(yōu)化的鉆進(jìn)速度中的一者或兩者是至少部分地基于巖石特性、鉆頭類型、目標(biāo)時(shí)間、深度 和成本確定中的一個(gè)或多個(gè)。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括： 提供軸向運(yùn)動(dòng)模型以接收對(duì)應(yīng)于絞車的反饋； 其中，所述第二鉆探參數(shù)估值是至少部分地基于所述軸向運(yùn)動(dòng)模型。
18. 如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括： 提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模型以接收對(duì)應(yīng)于頂部驅(qū)動(dòng)的反饋； 其中，所述第二鉆探參數(shù)估值是至少部分地基于所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模型。
19. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述優(yōu)化控制器進(jìn)一步至少部分地通過(guò) 以下步驟來(lái)協(xié)調(diào)鉆探過(guò)程期間所述鉆柱控制子系統(tǒng)的操作： 至少部分地基于對(duì)應(yīng)于鉆探時(shí)間、行程時(shí)間和鉆頭成本中的一個(gè)或多個(gè)的成本的最小 化來(lái)作出成本確定，其中所述鉆頭成本是至少部分地基于鉆頭類型和鉆頭數(shù)量的一個(gè)或多 個(gè)。
20. 如權(quán)利要求15所述方法，其特征在于，所述鉆柱控制子系統(tǒng)包括控制絞車的絞車 控制子系統(tǒng)、控制頂部驅(qū)動(dòng)的頂部驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)和控制泵的泵控制子系統(tǒng)中的一個(gè)或多 個(gè)。
【文檔編號(hào)】E21B45/00GK104520533SQ201280074657
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月12日
【發(fā)明者】J·D·戴克斯特拉 申請(qǐng)人:哈里伯頓能源服務(wù)公司