導(dǎo)向鉆井方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種導(dǎo)向鉆油/氣井方法，其包括：?使裝配有鉆柱旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的頂驅(qū)調(diào)節(jié)鉆柱(1)的上端在其每圈轉(zhuǎn)動(dòng)期間的旋轉(zhuǎn)速度，以朝彎曲的操作方向引導(dǎo)具有傾斜刀具面的鉆頭(10)；?使隨鉆測量裝置(MWD)將井底鉆具組合(BHA)的鉆柱10下端的每圈轉(zhuǎn)動(dòng)分成多個(gè)角區(qū)間，將BHA轉(zhuǎn)過這些角區(qū)間所花費(fèi)的時(shí)間的平均百分比傳遞給調(diào)節(jié)系統(tǒng)，從而將關(guān)于彎曲的操作方向的角方位的實(shí)時(shí)信息提供給調(diào)節(jié)系統(tǒng)，消除了將校正模型、正保持的轉(zhuǎn)矩和/或鉆柱阻力測值提供給調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以估計(jì)鉆柱靜態(tài)和動(dòng)態(tài)扭曲量對(duì)鉆柱上端和鉆頭的角方位之差的影響的需要。
【專利說明】
導(dǎo)向鉆井方法和系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及用于在地層中鉆井筒的導(dǎo)向鉆井方法和系統(tǒng)。所述方法和系統(tǒng)可用于 定向鉆探地下井筒，所述地下井筒用作用于生產(chǎn)烴和/或用于將增產(chǎn)液注入含烴流體的儲(chǔ) 層中的井筒。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常使用具有旋轉(zhuǎn)鉆頭和鉆柱組件的旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)鉆探井筒，通過位于地面上的 旋轉(zhuǎn)頂驅(qū)系統(tǒng)使鉆柱組件旋轉(zhuǎn)。可選地或另外，井底鉆井馬達(dá)可設(shè)置在位于鉆頭附近的井 底鉆具組合(BHA)中，以使鉆頭相對(duì)于鉆柱旋轉(zhuǎn)。
[0003]通過將鉆頭的刀具面定位在井底的傾斜位置上來引導(dǎo)鉆頭;通過致動(dòng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器 和井底馬達(dá)，鉆頭將進(jìn)行兩種方式疊加的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，鉆探豎直或筆直部分，但是，如果旋轉(zhuǎn) 驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是暫時(shí)的，那么將以選定的角方位鉆探中斷的彎曲井筒部分。以這種方 式，對(duì)彎曲部分和筆直的豎直部分、傾斜和/或水平部分鉆出井筒軌跡。
[0004] 鉆柱可長達(dá)10千米，包括通過螺紋聯(lián)接件相互連接的10-15米長的鉆管部分。
[0005] 頂驅(qū)系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)矩給鉆柱以使鉆柱旋轉(zhuǎn)，鉆柱可扭轉(zhuǎn)，使得頂驅(qū)最多旋轉(zhuǎn)30轉(zhuǎn)，從 而，如果鉆柱長達(dá)10千米，可引起鉆頭的粘滑運(yùn)動(dòng)，那么鉆頭開始旋轉(zhuǎn)之前頂驅(qū)已經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)30 圈；從而，鉆柱扭轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩可在最小值和最大值之間以正弦曲線方式動(dòng)態(tài)循環(huán)。頂驅(qū)系統(tǒng)包 括頂驅(qū)轉(zhuǎn)體或轉(zhuǎn)盤。鉆柱將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給鉆頭。通常，鉆柱也將鉆井液傳遞給鉆頭以冷卻 鉆頭，將鉆肩輸送到地面，用作其他有益的用途。為了鉆探筆直部分之前或之后的彎曲井筒 部分，實(shí)際的做法是，聯(lián)合地面上的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，使用配置有井底馬達(dá)（其驅(qū)動(dòng)鉆頭）的鉆 柱，由于鉆頭具有傾斜的或斜刀具面，因此鉆頭相對(duì)于井筒中心軸線和井筒底部定位在傾 斜或斜的位置上。
[0006] 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)(RSS)適用于用于引導(dǎo)鉆頭沿計(jì)劃的軌跡鉆井的行業(yè)。大多數(shù)現(xiàn)有 的RSS定向鉆井系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)流經(jīng)泥漿栗的鉆井液流，或通過調(diào)節(jié)鉆頭噴嘴中的泥漿流，使 用一些井下機(jī)械致動(dòng)方式，如，選定的朝向井筒地層的定向力。這些機(jī)械致動(dòng)式定向鉆井系 統(tǒng)承受磨損，通常在高溫、高壓、高振動(dòng)的井底環(huán)境下出現(xiàn)故障。這導(dǎo)致要花費(fèi)高昂的代價(jià) 將整個(gè)鉆柱拉出，以在地面維修或更換出現(xiàn)故障的機(jī)械部件。
[0007] 美國專利第4485879號(hào)涉及一種用于通過鉆柱下端處的井底馬達(dá)在地下地層中定 向鉆井的方法。井底馬達(dá)使鉆頭旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將預(yù)定重量施加在鉆頭上，從而引起井底馬達(dá)的 通常直的軸線彎曲。同時(shí)，鉆柱在其不旋轉(zhuǎn)的選定時(shí)段之前或之后的時(shí)段內(nèi)旋轉(zhuǎn)。這種方法 的缺點(diǎn)涉及鉆柱和井壁之間的摩擦力，該摩擦力在鉆柱不旋轉(zhuǎn)的期間相對(duì)高。
[0008] 專利文獻(xiàn)第W0-2011130159-A2號(hào)公開了一種方法，該方法控制用于在地下地層中 形成孔眼的鉆頭的鉆井方向，所述方法包括:在旋轉(zhuǎn)鉆井期間改變鉆頭的速度，使得鉆頭在 旋轉(zhuǎn)周期的第一部分期間以第一速度運(yùn)行，在旋轉(zhuǎn)周期的第二部分期間以第二速度運(yùn)行， 其中，第一速度高于第二速度，其中，在旋轉(zhuǎn)周期的第二部分期間以第二速度運(yùn)行，將引起 鉆頭改變鉆井方向。該公開出版物還公開了，在地下地層中鉆井期間，在井內(nèi)更新 (downhole updates)之間評(píng)估井底鉆具組合的刀具面，其包括以下步驟:對(duì)鉆柱進(jìn)行編碼， 在地層中以校正模式運(yùn)行鉆柱，以構(gòu)建鉆柱在鉆井作業(yè)期間在地層中的扭曲模型，測量鉆 柱在地層表面處的旋轉(zhuǎn)位置，和，根據(jù)鉆柱在地面處的旋轉(zhuǎn)位置和鉆柱扭曲模型評(píng)估井底 鉆具組合。
[0009] 美國專利第US-7766098號(hào)和第US-7588100號(hào)公開了一種用于控制通過旋轉(zhuǎn)鉆頭 的切削作用而被鉆進(jìn)的井筒方向的系統(tǒng)和方法，其中，通過改變馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度或通過改 變鉆柱旋轉(zhuǎn)速度而周期性地改變鉆頭旋轉(zhuǎn)速度，從而實(shí)現(xiàn)所述的切削作用。該公知系統(tǒng)的 缺點(diǎn)是，尤其對(duì)于較深的井筒而言，由于鉆頭的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和扭曲，鉆頭的速度變化響應(yīng)與地 面處的旋轉(zhuǎn)速度變化的差異通常十分大，從而導(dǎo)致不能控制鉆井方向。
[0010]國際專利申請(qǐng)第W02011/081673號(hào)公開了一種方法，用于在鉆頭軸線相對(duì)于鉆柱 軸線定位在合適的方位角方向上時(shí)，通過周期性地增加鉆頭旋轉(zhuǎn)速度而引導(dǎo)鉆頭。
[0011]美國專利申請(qǐng)第US2009/0057018號(hào)公開了另一種定向鉆井系統(tǒng)，其中，通過周期 性地改變鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度和/或BHA中的井底鉆井馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度，來引導(dǎo)傾斜鉆頭，BHA裝 配有隨鉆測量(MWD)BHA方位傳感器。
[0012] 美國專利申請(qǐng)第US2009/0065258號(hào)公開了一種定向鉆井方法，其中，在每圈轉(zhuǎn)動(dòng) 期間改變鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度，對(duì)于多圈轉(zhuǎn)動(dòng)的每圈而言，改變鉆柱旋轉(zhuǎn)速度的方式大致類似， 以引起鉆柱底部處的傾斜鉆頭來鉆探具有選定方位的斜井筒部分，通過使用隨鉆測量方位 傳感系統(tǒng)測量所述選定方位。
[0013] 公知的MWD系統(tǒng)包括測斜儀和/或磁場探測器，以提供BHA和鉆頭相對(duì)于地球重力 場和地磁場和/或相對(duì)于鉆柱軸線的三維方位，但是不表示BHA轉(zhuǎn)過角區(qū)間所花費(fèi)的時(shí)間的 平均百分比，所述時(shí)間平均百分比是鉆頭引導(dǎo)過程的相關(guān)特性。
[0014] 需要一種改進(jìn)的導(dǎo)向鉆井方法和系統(tǒng)，其能克服現(xiàn)有缺點(diǎn)，通過檢測BHA轉(zhuǎn)過角區(qū) 間所花費(fèi)的時(shí)間的百分比來避免構(gòu)建鉆柱扭曲模型的需要，所述時(shí)間百分比是鉆頭引導(dǎo)過 程的相關(guān)特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于在地層中鉆井筒的導(dǎo)向鉆井方法，所述方法包括以 下步驟：
[0016] -使鉆柱旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)鉆柱在其每圈轉(zhuǎn)動(dòng)期間的旋轉(zhuǎn)速度；
[0017]-使隨鉆測量裝置(MWD)將重復(fù)測得的、井底鉆具組合(BHA)在鉆柱和鉆頭之間的 方位值，傳遞給鉆柱旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以將具有傾斜刀具面的鉆頭朝傾斜的鉆井方向引導(dǎo)；
[0018] -其中，MWD將BHA的每圈轉(zhuǎn)動(dòng)分成多個(gè)角區(qū)間，將BHA轉(zhuǎn)過這些角區(qū)間所花費(fèi)的時(shí) 間的平均百分比傳遞給鉆柱旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以將關(guān)于傾斜鉆井方向的角方位的信息提供給 調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0019] 通過將BHA轉(zhuǎn)過這些角區(qū)間所花費(fèi)的時(shí)間的平均百分比傳遞給鉆柱旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系 統(tǒng)，以將關(guān)于傾斜鉆井方向的角方位的信息提供給調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可達(dá)到不再需要根據(jù)力矩和/ 或阻力測值以及校正模型來評(píng)估鉆柱的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)扭曲量的目的。但根據(jù)統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)確定扭 曲和振動(dòng)結(jié)果，即，地面上的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方位和BHA方位之間的相位偏差和噪聲，可用0-360 度范圍內(nèi)的數(shù)值表示靜態(tài)方位，用合適數(shù)值表示噪聲和焦距損失量或調(diào)節(jié)強(qiáng)度損失量。
[0020]在某實(shí)施例中，涉及BHA轉(zhuǎn)過選定角區(qū)間所花費(fèi)的時(shí)間的平均百分比測值的數(shù)據(jù) 暫時(shí)存儲(chǔ)在嵌入MWD中的計(jì)算機(jī)裝置中，MWD將以選定的時(shí)間間隔（如，1至10分鐘)傳遞表示 所測數(shù)據(jù)的信號(hào)。這可通過使用包含在BHA中的泥漿脈沖遙測系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。可選地，可使用 電磁或聲學(xué)遙測系統(tǒng)或有線鉆管。MWD可以每秒3至60次的速度測量BHA的方位。
[0021]合適地，鉆柱上端部分的每圈轉(zhuǎn)動(dòng)也被分成多個(gè)角度部分或區(qū)間，其中，對(duì)旋轉(zhuǎn)速 度的調(diào)節(jié)的特征在于主函數(shù)，主函數(shù)表示鉆柱上端部分轉(zhuǎn)過這些角度部分或角區(qū)間所花費(fèi) 的時(shí)間的平均百分比，而第二函數(shù)可表示BHA轉(zhuǎn)過這些角區(qū)間所花費(fèi)的時(shí)間的平均百分比 (以及相關(guān)步驟）。所述主函數(shù)和第二函數(shù)可相互比較，可根據(jù)所述比較結(jié)果來調(diào)整對(duì)鉆柱 旋轉(zhuǎn)速度的調(diào)節(jié)。
[0022]主函數(shù)可用統(tǒng)計(jì)參數(shù)A、B和C合適表示，其中，參數(shù)A界定鉆柱上端部分在主函數(shù)為 最小時(shí)的旋轉(zhuǎn)位置，參數(shù)B界定主函數(shù)的所述最小值和最大值之差，參數(shù)C界定鉆柱上端部 分的某一旋轉(zhuǎn)角度范圍，主函數(shù)在該旋轉(zhuǎn)角度范圍內(nèi)的平均值小于在鉆柱上端部分的剩余 旋轉(zhuǎn)角度范圍內(nèi)的平均值。
[0023]此外，第二函數(shù)可用統(tǒng)計(jì)參數(shù)P、Q和R合適表示，其中，參數(shù)P界定BHA在第二函數(shù)最 小時(shí)的旋轉(zhuǎn)位置，參數(shù)Q界定第二函數(shù)的所述最小值和最大值之差，參數(shù)R界定BHA的某一旋 轉(zhuǎn)角度范圍，第二函數(shù)在該旋轉(zhuǎn)角度范圍內(nèi)的平均值小于在BHA的剩余旋轉(zhuǎn)角度范圍內(nèi)的 平均值。
[0024]這些參數(shù)有利地用于調(diào)整對(duì)鉆柱上端部分在每圈轉(zhuǎn)動(dòng)期間的旋轉(zhuǎn)速度的調(diào)節(jié)。例 如，可根據(jù)參數(shù)P調(diào)節(jié)參數(shù)A，可根據(jù)參數(shù)Q調(diào)節(jié)參數(shù)B，和/或可根據(jù)參數(shù)R調(diào)節(jié)參數(shù)C。
[0025] 對(duì)于18-180RPM(轉(zhuǎn)數(shù)/每分)范圍內(nèi)的合適的地面驅(qū)動(dòng)速度，可以大于每圈10次更 新的速度測量BHA方位，從而，每分鐘提供180至1800個(gè)樣本，即，每秒3至30次更新。在一個(gè) 實(shí)施例中，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(其可以是BHA中的專用MWD部分）以每秒30次更新的速度測量 和存儲(chǔ)刀具面相對(duì)于斜面和地磁場的瞬時(shí)方位。以低得多的速度運(yùn)算用參數(shù)P、Q和R表示的 統(tǒng)計(jì)摘要并將其傳遞給地面。
[0026] 為了準(zhǔn)確控制鉆井軌跡，可通過隨鉆測量裝置(MWD)，優(yōu)選用三維方式測量井底鉆 具組合的方位。在一個(gè)實(shí)施例中，MWD是一種改進(jìn)的現(xiàn)有裝置，其適于具有增加的采樣率和 執(zhí)行所需的統(tǒng)計(jì)計(jì)算。
[0027] 通過使用泥漿脈沖遙測系統(tǒng)，將表示統(tǒng)計(jì)參數(shù)P、Q和R的信號(hào)有利地傳遞到地面。
[0028] 在另一實(shí)施例中，鉆柱上端具有第一機(jī)械阻抗，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（即，頂驅(qū)或轉(zhuǎn)盤和相關(guān) 設(shè)備)具有與第一機(jī)械阻抗不同的第二機(jī)械阻抗，使得固定的扭矩波可存在于鉆柱中；該方 法包括，在扭轉(zhuǎn)波的高頻帶范圍內(nèi)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械阻抗，以最小化所述差異。以這種方 式，可實(shí)現(xiàn)下述目的：阻止扭轉(zhuǎn)波在地面處（即，與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)交界處)反射，使得防止出現(xiàn)不 適宜的粘滑現(xiàn)象，從而防止鉆頭交替循環(huán)地出現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)和完全停止的現(xiàn)象。
[0029] 歐洲專利申請(qǐng)第13179337.4號(hào)中描述了一種合適的方法，其調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械 阻抗以減小工具柱中的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，該方法在作必要修改的情況下可適用于根據(jù)本發(fā)明的方 法，包括以下步驟：
[0030] -指示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使鉆柱以設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度（Qr)旋轉(zhuǎn)；
[0031]-確定鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度（ωΓ);
[0032]-確定鉆柱和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)交界處或附近的轉(zhuǎn)矩(Τ);
[0033] -確定鉆柱在所述交界附近的部分的鉆柱阻抗(ζ);
[0034] -通過使用確定出的轉(zhuǎn)矩(Τ)乘以確定出的鉆柱阻抗(ζ)之積，來計(jì)算旋轉(zhuǎn)校正信 號(hào)；
[0035]-通過使用旋轉(zhuǎn)校正信號(hào)校正設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度（Ω r)，以提供已被校正的設(shè)定的旋 轉(zhuǎn)速度信號(hào)
[0036] -用已被校正的設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)減去所測的旋轉(zhuǎn)速度（ωτ)，以將被校正兩次 的設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)（Q r,2cot)提供給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
[0037] 校正所述的設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度的步驟可合適地包括，用預(yù)定因數(shù)乘以設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速 度，用已做倍數(shù)乘積處理的設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度(2* Ω r)減去旋轉(zhuǎn)校正信號(hào)，以提供被校正的設(shè) 定的旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)（〇1。。丄預(yù)定因數(shù)例如可以是2。
[0038] 為了迫使鉆柱最終以合適的設(shè)定速度RPM旋轉(zhuǎn)，可通過在比預(yù)期的最長粘滑時(shí)段 更長的時(shí)間尺度(其可以大致在1至10秒范圍內(nèi)）內(nèi)，讓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出阻抗與鉆柱阻力不匹 配的方式，對(duì)已被校正兩次的設(shè)定轉(zhuǎn)速再進(jìn)行一次校正。鉆柱旋轉(zhuǎn)速度可被調(diào)節(jié)至所需合 適的設(shè)定速度，而不管需要通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供的靜轉(zhuǎn)矩如何。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的方法可用于將鉆頭向含烴流體的地層內(nèi)的鉆探目標(biāo)引導(dǎo)，鉆頭一到 達(dá)鉆探目標(biāo)，井筒可被轉(zhuǎn)變?yōu)閺钠渲猩a(chǎn)出烴流體的烴流體生產(chǎn)井。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，其包括：
[0041]-鉆柱旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其被配置成調(diào)節(jié)鉆柱在其每圈轉(zhuǎn)動(dòng)期間的旋轉(zhuǎn)速度；
[0042]-隨鉆測量裝置(MWD)，其被配置成將重復(fù)測得的、井底鉆具組合(BHA)在鉆柱下端 和具有傾斜刀具面方位的鉆頭之間的方位測值傳遞給調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以將鉆頭朝合適方向引 導(dǎo)；
[0043]-其中，MWD被配置成將BHA的每圈轉(zhuǎn)動(dòng)分成多個(gè)角區(qū)間，確定BHA轉(zhuǎn)過各角區(qū)間所 花費(fèi)的時(shí)間的平均百分比，以將關(guān)于鉆頭操作方向的信息傳遞給調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0044] 在所附的權(quán)利要求書、摘要和下面對(duì)非限制性實(shí)施例的詳細(xì)說明中，描述了根據(jù) 本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的這些和其他特征、實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)，非限制性實(shí)施例在附圖中示出，在 說明書中使用的參考數(shù)字標(biāo)記表示附圖中所示的相應(yīng)參考數(shù)字標(biāo)記。
[0045] 不同附圖中的類似的參考數(shù)字標(biāo)記表示相同或類似的客體。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可 以不同方式組合附圖中所示和/或說明書、摘要和/或權(quán)利要求書中所述的客體和其他特 征。
【附圖說明】
[0046] 下面將參照示意性的附圖，通過實(shí)例更詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖如下：
[0047] 圖1示出了用于使用在本發(fā)明的方法的實(shí)施例中的鉆井組件；
[0048] 圖2更詳細(xì)地示出了鉆柱的下端部分；
[0049] 圖3示出了表示鉆柱在表面處的旋轉(zhuǎn)速度與旋轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系的曲線圖；
[0050] 圖4示出了蜘蛛網(wǎng)圖，其表示鉆柱上的某點(diǎn)轉(zhuǎn)過一圈的各個(gè)角部分所花費(fèi)的時(shí)間 的百分比；
[0051] 圖5示出了柱狀圖，其表示鉆柱上端部分上的某點(diǎn)轉(zhuǎn)過一圈的各個(gè)角度部分所花 費(fèi)的時(shí)間的百分比；和
[0052] 圖6示出了柱狀圖，其表示BHA上的某點(diǎn)轉(zhuǎn)過一圈的各個(gè)角度部分所花費(fèi)的時(shí)間的 百分比。
【具體實(shí)施方式】
[0053] 在下面對(duì)所示的實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)描述和附圖中，類似的參照數(shù)字標(biāo)記與類似部 件相關(guān)。
[0054] 表述"刀具面方向"在被使用在說明書和權(quán)利要求書中時(shí)，表示垂直于鉆頭刀具面 的方向。當(dāng)鉆柱繞其中心縱軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，該方向通常與鉆柱的鉆探方向一致。
[0055] 圖1和2示出了鉆柱1，鉆柱1從位于地面4上的鉆機(jī)2延伸入正被鉆入地下地層7中 的地下井筒6。鉆柱1包括一系列相互連接的鉆管，鉆柱1的下端連接到包括鉆頭10的井底鉆 具組合(BHA)8上。BHA可包括下列部件中的一個(gè)或多個(gè):相對(duì)重的鉆鋌12、隨鉆測量(MWD)單 元14、嵌入式計(jì)算機(jī)裝置15、泥漿脈沖遙測裝置16、彎接頭18和用于使鉆頭10相對(duì)于鉆柱1 旋轉(zhuǎn)的井底馬達(dá)20。井底馬達(dá)20可以是渦輪馬達(dá)或容積式馬達(dá)。井底馬達(dá)20可以是基礎(chǔ)設(shè) 計(jì)，可以常速運(yùn)行。
[0056] 鉆柱1的上端連接到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上，通常連接到頂驅(qū)22上，頂驅(qū)22被設(shè)置成使鉆柱繞 其縱軸線旋轉(zhuǎn)。頂驅(qū)22通過連接件23連接到計(jì)算機(jī)控制裝置24上，計(jì)算機(jī)控制裝置24適于 調(diào)節(jié)頂驅(qū)在每圈轉(zhuǎn)動(dòng)期間的速度。可不使用頂驅(qū)22,而使用任何合適的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(例如，方 鉆桿滾子補(bǔ)心或轉(zhuǎn)盤系統(tǒng))來使鉆柱1旋轉(zhuǎn)。泥漿栗26通過管道28連接到鉆柱1上，以將鉆井 液栗送到鉆柱1中，從而驅(qū)動(dòng)井底馬達(dá)20。控制系統(tǒng)30設(shè)置在鉆機(jī)2處，用于控制泥漿栗26的 操作。另外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)31被設(shè)置成根據(jù)被裝入計(jì)算機(jī)中的合適的鉆井軌跡以及下文所述 的井底測量數(shù)據(jù)控制鉆井方向。
[0057] MWD單元14以傳統(tǒng)方式包括三個(gè)垂直的磁強(qiáng)計(jì)（未示出）和三個(gè)垂直的加速計(jì)（未 示出），以測量重力矢量和地磁場矢量的三個(gè)分量。但是，可使用其他合適的傳感器(如，陀 螺儀)。
[0058] 可與MWD裝置14 一體形成的嵌入式計(jì)算機(jī)裝置15適于對(duì)MWD裝置14所測的數(shù)據(jù)執(zhí) 行一些統(tǒng)計(jì)計(jì)算，后面將對(duì)此進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
[0059]泥漿脈沖遙測裝置16設(shè)置有可調(diào)節(jié)鉆井液在鉆柱1內(nèi)部的流量的閥，以在鉆柱中 產(chǎn)生壓力脈沖，壓力脈沖沿鉆柱內(nèi)的流體柱向上傳播。壓力脈沖由地面處的傳感器檢測。
[0060] 彎接頭18具有上端管狀部分32和下端管狀部分34,下端管狀部分34相對(duì)于上端管 狀部分以傾斜角α傾斜地延伸（圖2)。具有鉆頭10的井底馬達(dá)20連接到彎接頭的下端管狀部 分34上并與其對(duì)準(zhǔn)。因此，鉆頭10的傾斜的刀具面方向相對(duì)于上端管狀部分32和鉆鋌12的 中心縱軸線以角度α傾斜。不使用彎接頭和筆直的井底馬達(dá)，可使用具有彎曲殼體的井底馬 達(dá)。
[0061] 圖3示出了鉆柱1的上端部分36(圖1)的旋轉(zhuǎn)速度與鉆柱上端部分36的旋轉(zhuǎn)角度之 間的關(guān)系曲線圖，旋轉(zhuǎn)速度用轉(zhuǎn)數(shù)/每分(rpm)表達(dá)。在頂驅(qū)22的每圈轉(zhuǎn)動(dòng)期間，頂驅(qū)22的速 度通過計(jì)算機(jī)控制裝置24調(diào)節(jié)，使得鉆柱上端部分36在該圈轉(zhuǎn)動(dòng)的第一角區(qū)間0:以第一速 度38旋轉(zhuǎn)，在該圈轉(zhuǎn)動(dòng)的第二角區(qū)間θ 2以第二速度40旋轉(zhuǎn)，其中，第一速度小于第二速度。 請(qǐng)注意，在圖3中，兩次示出角區(qū)間Θ:，但事實(shí)上，區(qū)間0 1每36〇度重復(fù)一次，僅由區(qū)間θ2中斷， 區(qū)間θ2可以或不可以與從360度過渡至0度的過渡區(qū)間重疊。
[0062] 圖4示出了蜘蛛網(wǎng)圖，其表示鉆柱上端部分36的一圈轉(zhuǎn)動(dòng)，該圈轉(zhuǎn)動(dòng)被分成均勻的 角度部分，這些部分用數(shù)字0-15表示。在每個(gè)部分0-15中，鉆柱上端部分36轉(zhuǎn)過所述角度部 分所花費(fèi)的時(shí)間的平均百分比用虛線區(qū)域41表示。虛線區(qū)域41的徑向尺寸表示所述的時(shí)間 平均百分比。在當(dāng)前的實(shí)例中，每個(gè)部分以22.5°的角度延伸，從而鉆柱上端部分大約用轉(zhuǎn) 一圈的時(shí)間的80 %轉(zhuǎn)過部分0-5和10-15，大約用轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間的20 %轉(zhuǎn)過部分6-9。
[0063] 圖5示出了具有水平軸和豎直軸的曲線圖，水平軸表示鉆柱上端部分36的旋轉(zhuǎn)角 度(Θ )，其用上述角度部分0-15表達(dá)，豎直軸表示鉆柱上端部分36轉(zhuǎn)過每個(gè)角度部分所花費(fèi) 的時(shí)間的平均百分比（％時(shí)間）。％時(shí)間和Θ之間的函數(shù)關(guān)系的特征為參數(shù)A、B和C，其中，參 數(shù)A界定主函數(shù)最小時(shí)上端鉆柱部分的旋轉(zhuǎn)位置，參數(shù)B界定所述最小值和主函數(shù)的最大值 之差，參數(shù)C界定鉆柱上端部分的旋轉(zhuǎn)角度范圍，主函數(shù)在該范圍內(nèi)的平均值小于在鉆柱上 端部分的剩余旋轉(zhuǎn)角度范圍內(nèi)的平均值。
[0064] 圖6示出了具有水平軸和豎直軸的曲線圖，水平軸表示井底鉆具組合8的旋轉(zhuǎn)角度 (φ ),其用BHA的一圈轉(zhuǎn)動(dòng)的均勻角區(qū)間0-15表示，豎直軸表示BHA轉(zhuǎn)過每個(gè)角區(qū)間所花費(fèi) 的時(shí)間的平均百分比（％時(shí)間）。％時(shí)間和Φ之間的函數(shù)關(guān)系的特征為參數(shù)P、Q和R。在此，參 數(shù)P可界定在第二函數(shù)最小時(shí)BHA的旋轉(zhuǎn)位置，參數(shù)Q界定第二函數(shù)的最小值和第二函數(shù)的 最大值之差，參數(shù)R界定BHA的旋轉(zhuǎn)角度，第二函數(shù)在該旋轉(zhuǎn)角度范圍內(nèi)的平均值小于在BHA 的剩余旋轉(zhuǎn)角度范圍內(nèi)的平均值。在本實(shí)例中，BHA轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的角區(qū)間0-15的編號(hào)與鉆柱上 端部分36轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的角部分0-15的編號(hào)相同。但是，可合適地選擇角間隔的數(shù)字不同于角 部分的數(shù)字。
[0065] 操作期間，當(dāng)泥漿栗26由控制系統(tǒng)30操作以通過管道28將鉆井液栗送到鉆柱1中 時(shí)，鉆柱1可被降低到井筒6中。泥漿可驅(qū)動(dòng)井底馬達(dá)20。鉆頭10從而可繞其中央縱軸線旋 轉(zhuǎn)，中央縱軸線與刀具面方向一致，刀具面方向相對(duì)于彎接頭18上方的鉆柱1的縱軸線以傾 斜角α傾斜。鉆柱10從而傾向于在傾斜的刀具面方向上鉆探，如果頂驅(qū)是靜止的，將導(dǎo)致鉆 探彎曲的井筒部分。
[0066]在井底馬達(dá)20操作的同時(shí)，鉆柱1可通過頂驅(qū)22繞其縱軸線旋轉(zhuǎn)。井底馬達(dá)20的平 均速度和頂驅(qū)22的平均速度大致相同。鉆頭10的速度可受井底馬達(dá)20的速度和表面處的頂 驅(qū)22的速度之和控制，例如在30至200RPM之間。應(yīng)該注意的是，鉆柱的直徑尺寸相對(duì)于其長 度十分小，因此，鉆柱在井筒6中起到細(xì)長主體的作用。據(jù)此，鉆柱1的縱軸線1可以是彎曲形 狀。
[0067]計(jì)算機(jī)控制裝置24在鉆柱的每圈轉(zhuǎn)動(dòng)期間調(diào)節(jié)頂驅(qū)22的速度，使得鉆柱上端部分 36在每圈轉(zhuǎn)動(dòng)的第一角區(qū)間Θ沒月間以第一速度38 (圖3)旋轉(zhuǎn)，在每圈轉(zhuǎn)動(dòng)的第二角區(qū)間02期 間以第二速度40旋轉(zhuǎn)，第一速度小于第二速度。因此在每圈轉(zhuǎn)動(dòng)期間，ΒΗΑ的旋轉(zhuǎn)速度也受 調(diào)節(jié)，從而在每圈轉(zhuǎn)動(dòng)的第一角區(qū)間Φ?期間的旋轉(zhuǎn)速度小于在每圈轉(zhuǎn)動(dòng)的第二角區(qū)間Ψ2 期間的旋轉(zhuǎn)速度。因此，鉆頭10在第一角區(qū)間<1>1期間進(jìn)行鉆井所花費(fèi)的時(shí)間多于其在該圈 轉(zhuǎn)動(dòng)的第二角區(qū)間％進(jìn)行鉆井所花費(fèi)的時(shí)間。因此，鉆頭10在第一角區(qū)間φι期間鉆探的彎 曲井筒部分朝平均刀具面方向偏離。但是，由于鉆柱1在井筒6中的摩擦損失、鉆頭切削阻 力、鉆柱機(jī)械阻抗和鉆柱扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，ΒΗΑ的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)速度與鉆柱上端部分36的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)速度 明顯不同。從而，ΒΗΑ的角區(qū)間φι、φ 2的大小和相位與鉆柱上端部分36的角區(qū)間9:、9〗明顯 不同。為了能充分控制鉆井方向，下面將對(duì)該過程進(jìn)行解釋。
[0068] 當(dāng)鉆柱1通過頂驅(qū)22旋轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)31確定出鉆柱上端部分36轉(zhuǎn)過圖5中所示 的各個(gè)角部分0-15所花費(fèi)的時(shí)間的平均百分比（％時(shí)間），計(jì)算出％時(shí)間和Θ之間的函數(shù)關(guān) 系中的參數(shù)A、B和C。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)31可從驅(qū)動(dòng)頂驅(qū)的計(jì)算機(jī)控制裝置24直接接收用于這些計(jì) 算所需的輸入信息。
[0069] 在高速下，如每隔16毫秒，運(yùn)行MWD單元14,以測量BHA的方位。嵌入式計(jì)算機(jī)裝置 15針對(duì)BHA的各個(gè)角區(qū)間0-15,確定出相應(yīng)角區(qū)間中的測定方位的平均值。根據(jù)這些平均 值，嵌入式計(jì)算機(jī)裝置15確定出BHA轉(zhuǎn)過圖6中所示的每個(gè)角區(qū)間0-15所花費(fèi)的時(shí)間的平均 百分比時(shí)間），計(jì)算出％時(shí)間與φ之間的函數(shù)關(guān)系、以及相應(yīng)的參數(shù)P、Q和R。泥漿脈沖遙 測裝置16將表示參數(shù)P、Q和R的泥漿脈沖信號(hào)傳遞給表面處的壓力傳感器(未示出），壓力傳 感器檢測這些信號(hào)，將電壓信號(hào)傳遞給對(duì)這些信號(hào)數(shù)碼化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)31。如果需要，當(dāng)使 用0-255的比例和足夠大的冗余度（用于傳輸誤差核查和校正)時(shí)，例如可將所測數(shù)據(jù)壓縮 成5字節(jié)數(shù)據(jù)。
[0070] 計(jì)算出的參數(shù)P、Q和R用于測量BHA的平均刀具面方向。參數(shù)P是用于鉆頭10的刀具 面方向和鉆柱上端部分的旋轉(zhuǎn)位置A所表示的方向之間的相位偏差的測值，在旋轉(zhuǎn)位置A上 主函數(shù)最?。▓D5)。參數(shù)Q是用于已達(dá)到的BHA調(diào)制強(qiáng)度的測值，參數(shù)R是用于刀具面方向焦 距(focus)的測值。隨著時(shí)間的推移，通過使用由MWD單元14傳輸?shù)降孛娴臄?shù)據(jù)，計(jì)算出所達(dá) 到的鉆井軌跡，然后將該鉆井軌跡與計(jì)劃的井眼軌跡作比較。如果已達(dá)到的軌跡偏離計(jì)劃 的軌跡，那么，可通過調(diào)節(jié)參數(shù)A、B和C中的至少一個(gè)參數(shù)來改變鉆井方向。可調(diào)節(jié)參數(shù)A來 調(diào)節(jié)鉆頭10的平均刀具面方向。在定向鉆井期間可調(diào)節(jié)參數(shù)B和C來調(diào)節(jié)井眼曲率(也稱之 為造斜率）。已經(jīng)進(jìn)行了一種或多種調(diào)節(jié)之后，繼續(xù)進(jìn)行鉆井，隨后以上述方式再次確定參 數(shù)P、Q和R。如果要求，可對(duì)參數(shù)A、B和C中的至少一個(gè)參數(shù)進(jìn)行另外的調(diào)節(jié)，以遵循計(jì)劃的井 眼軌跡。
[0071] 在有益的實(shí)施例中，首先以圖3所示的模式調(diào)節(jié)鉆具的設(shè)定轉(zhuǎn)速RPM，但是不改變 許多圈轉(zhuǎn)動(dòng)期間的長期的平均轉(zhuǎn)速值。之后，進(jìn)一步調(diào)節(jié)設(shè)定值，以在地面處達(dá)到匹配的鉆 管阻力。因此，最終的實(shí)際頂驅(qū)(或轉(zhuǎn)盤)速度根據(jù)傳統(tǒng)鉆具的設(shè)定值、和能實(shí)現(xiàn)前述定向鉆 井的調(diào)節(jié)而變化，最終根據(jù)可用于消除沿鉆柱向上傳播的扭轉(zhuǎn)波在地面處的反射的其他調(diào) 節(jié)而變化，使得鉆柱的持續(xù)的扭轉(zhuǎn)波不會(huì)得以實(shí)現(xiàn)，從而減弱鉆柱的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。
[0072] 因此，本發(fā)明的鉆井方法涉及一種測量和控制過程，其消除例如根據(jù)扭矩和阻力 測值、加模型估測鉆柱扭曲量的需要。但是，使用來自于MWD的測量數(shù)據(jù)來確定這種扭曲結(jié) 果，即，鉆柱上端部分的方位與BHA的方位之間的相位偏差，其用0-360度范圍內(nèi)的數(shù)值表 不。
[0073] 本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是，與所謂的滑動(dòng)鉆井相比，降低了鉆柱和井筒壁之間的摩擦。 在后面的方法中，鉆柱在斜度鉆井期間不旋轉(zhuǎn)，鉆頭僅通過井底馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的方法 中，鉆柱總是在旋轉(zhuǎn)，從而大大降低了鉆柱和井筒壁之間的摩擦力。
[0074]此外，通過本發(fā)明的方法，鉆柱鉆井的速度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)鉆井方法的鉆井速度，原因 在于，鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度受頂驅(qū)的旋轉(zhuǎn)速度和井底馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度之和控制。以這種方式，鉆 柱的旋轉(zhuǎn)速度例如可達(dá)到50至200rmp，或者甚至更高。
[0075]從而，根據(jù)本發(fā)明的方法通過穩(wěn)健的井底系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)定向鉆井，還能實(shí)現(xiàn)彎曲度 小的垂直鉆井，這種井底系統(tǒng)不具有現(xiàn)有的系統(tǒng)和方法中所需的易出現(xiàn)故障的機(jī)械致動(dòng) 器。因此，將能實(shí)現(xiàn)持續(xù)使用的時(shí)間更長、對(duì)于每個(gè)已被鉆探的井部分而言要求的行程更短 的鉆井系統(tǒng)。除了泥漿遙測系統(tǒng)（其可由固態(tài)井下通訊方法取代）、電源(其可由電池取代） 和井底馬達(dá)以外，實(shí)現(xiàn)了一種全固態(tài)系統(tǒng)。井底馬達(dá)規(guī)格可大大放寬。作為能量動(dòng)力的頂驅(qū) 和井底馬達(dá)之間的動(dòng)力平衡可朝適宜的操作條件轉(zhuǎn)變，可能導(dǎo)致頂驅(qū)動(dòng)力更大和井底馬達(dá) 動(dòng)力更小。
[0076]導(dǎo)向鉆油和/氣井方法的一些特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下：
[0077]-鉆柱旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)周期性地調(diào)節(jié)鉆柱1在其每圈轉(zhuǎn)動(dòng)期間的旋轉(zhuǎn)速度，以沿彎曲 軌跡操縱具有傾斜刀具面的鉆頭10,所述彎曲軌跡被確定為偏斜的操作方向。
[0078] -隨鉆測量裝置(MWD)將井底鉆具組合(BHA)的鉆柱10下端的每圈轉(zhuǎn)動(dòng)分成多個(gè)角 區(qū)間，將BHA轉(zhuǎn)過這些角區(qū)間所花費(fèi)的時(shí)間的平均百分比傳遞給調(diào)節(jié)系統(tǒng)，從而將關(guān)于彎曲 的偏斜操作方向的角方位的實(shí)時(shí)信息提供給調(diào)節(jié)系統(tǒng)，消除了將校正模型、正保持的轉(zhuǎn)矩 和/或鉆柱阻力測值提供給調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以估計(jì)鉆柱靜態(tài)和動(dòng)態(tài)扭曲量對(duì)鉆柱上端和鉆頭的 角方位之差的影響的需要。
[0079] 本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，其中，在所附的權(quán)利要求書和摘要的范圍內(nèi)，可構(gòu)想出 各種改進(jìn)。本說明書、權(quán)利要求書和摘要中所述的各實(shí)施例的特征例如可以各種方式組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于在地層中導(dǎo)向鉆井的方法，所述方法包括： -使鉆柱旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)鉆柱在其每圈轉(zhuǎn)動(dòng)期間的旋轉(zhuǎn)速度； -使隨鉆測量裝置(MWD)將重復(fù)測得的、井底鉆具組合(BHA)在鉆柱和鉆頭之間的方位 值，傳遞給鉆柱旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以將具有傾斜刀具面的鉆頭朝偏斜的鉆井方向引導(dǎo)； -其特征在于，MWD將BHA的每圈轉(zhuǎn)動(dòng)分成多個(gè)角區(qū)間，將BHA轉(zhuǎn)過這些角區(qū)間所花費(fèi)的 時(shí)間的平均百分比傳遞給鉆柱旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以將關(guān)于偏斜的鉆井方向的角方位的信息提 供給調(diào)節(jié)系統(tǒng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，BHA包括使鉆頭繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的井底馬達(dá)，所述 旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于鉆柱旋轉(zhuǎn)軸線以銳角定位，以使鉆頭的刀具面在井筒內(nèi)的方位傾斜;MWD以 選定的時(shí)間間隔將表示檢測到的BHA轉(zhuǎn)過各角區(qū)間所花費(fèi)的時(shí)間的平均百分比的信號(hào)傳遞 給位于地面上的鉆柱旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，將檢測到的、BHA轉(zhuǎn)過各角間距所花費(fèi)的時(shí)間的平 均百分比暫時(shí)存儲(chǔ)在MWD的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，麗D以1至10分鐘的時(shí)間間隔將信號(hào)傳遞到地 面。5. 根據(jù)權(quán)利要求2-4中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中，通過使用設(shè)置在BHA中的泥 漿脈沖遙測系統(tǒng)，MWD將信號(hào)傳遞到地面。6. 根據(jù)權(quán)利要求1 _5中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中，MWD檢測BHA以每秒3至60次 的速度轉(zhuǎn)過各角區(qū)間所花費(fèi)的時(shí)間的平均百分比。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中，鉆柱上端部分的每圈轉(zhuǎn)動(dòng)被 分成多個(gè)角部分，旋轉(zhuǎn)速度的調(diào)節(jié)界定主函數(shù)，主函數(shù)表示鉆柱上端部分轉(zhuǎn)過各角部分所 花費(fèi)的時(shí)間的平均百分比。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，由MWD檢測的、BHA轉(zhuǎn)過各角區(qū)間所花費(fèi)的時(shí)間的 平均百分比界定第二函數(shù)，所述方法還包括以下步驟:將所述主函數(shù)和第二函數(shù)相互比較， 根據(jù)所述比較結(jié)果調(diào)整對(duì)鉆柱旋轉(zhuǎn)速度的調(diào)節(jié)。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，主函數(shù)用參數(shù)A、B和C表示，其中，參數(shù)A界定鉆柱 上端部分在主函數(shù)最小時(shí)的旋轉(zhuǎn)位置，參數(shù)B界定主函數(shù)的所述最小值和最大值之差，參數(shù) C界定鉆柱上端部分的某一旋轉(zhuǎn)角范圍，主函數(shù)在所述旋轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的平均值小于在鉆柱 上端部分的剩余旋轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的平均值。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，第二函數(shù)用參數(shù)P、Q和R表示，其中，參數(shù)P界定 BHA在第二函數(shù)最小時(shí)的旋轉(zhuǎn)位置，參數(shù)Q界定第二函數(shù)的所述最小值和最大值之差，參數(shù)R 界定BHA的某一旋轉(zhuǎn)角范圍，第二函數(shù)在所述旋轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的平均值小于在BHA的剩余旋轉(zhuǎn) 角范圍內(nèi)的平均值。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，使用至少一個(gè)統(tǒng)計(jì)特性來調(diào)整對(duì)鉆柱旋轉(zhuǎn)速度 的調(diào)節(jié)的步驟包括:根據(jù)參數(shù)P調(diào)節(jié)參數(shù)A和/或根據(jù)參數(shù)Q調(diào)節(jié)參數(shù)B和/或根據(jù)參數(shù)R調(diào)節(jié) 參數(shù)C。12. 根據(jù)權(quán)利要求1 -11中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中，MWD用三維方式測量BHA的 方位和鉆柱操作方向。13. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中的任一權(quán)利要求所述的方法，其中，鉆柱上端具有第一機(jī)械阻 抗，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有不同于第一機(jī)械阻抗的第二機(jī)械阻抗，使得鉆柱中能夠存在固定的扭轉(zhuǎn) 波;所述方法還包括以下步驟，在扭轉(zhuǎn)波的高頻帶范圍內(nèi)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械阻抗，以通過 下述方式來最小化所述差異： -指示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使鉆柱以設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度（Ω r)旋轉(zhuǎn)； -確定鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度（《r); -確定鉆柱和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)交界處或附近的轉(zhuǎn)矩(T); -確定鉆柱在所述交界附近的部分的鉆柱阻抗(ζ); -通過使用確定出的轉(zhuǎn)矩(Τ)乘以確定出的鉆柱阻抗(ζ)之積，來計(jì)算旋轉(zhuǎn)校正信號(hào)； -通過使用旋轉(zhuǎn)校正信號(hào)校正設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度（Ω r)，以提供已被校正的設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速 度信號(hào)（Qr>COT); -用已被校正的設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)（Qr,CQr)減去所測的旋轉(zhuǎn)速度（COr)，以將被校正 兩次的設(shè)定的旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)（Qr,2cot)提供給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。14. 根據(jù)權(quán)利要求1-13中的任一權(quán)利要求或根據(jù)權(quán)利要求1-13的任意組合的方法，其 中，使用所述方法將鉆頭向含烴流體的地層內(nèi)的鉆探目標(biāo)引導(dǎo)，鉆頭一到達(dá)鉆探目標(biāo)，井筒 就轉(zhuǎn)變成從之中生產(chǎn)出烴流體的烴流體生產(chǎn)井。15. -種用于將井筒鉆入地層中的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，其包括： -鉆柱旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其被配置成調(diào)節(jié)鉆柱在其每圈轉(zhuǎn)動(dòng)期間的旋轉(zhuǎn)速度； -隨鉆測量裝置(MWD)，其被配置成將重復(fù)測得的、井底鉆具組合(BHA)在鉆柱下端和具 有傾斜刀具面方位的鉆頭之間的方位的測值傳遞給調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以將鉆頭朝合適方向引導(dǎo)； -其特征在于，MWD被配置成將BHA的每圈轉(zhuǎn)動(dòng)分成多個(gè)角區(qū)間，確定BHA轉(zhuǎn)過各角區(qū)間 所花費(fèi)的時(shí)間的平均百分比，以將關(guān)于鉆頭操作方向的信息傳遞給調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】E21B7/06GK105874145SQ201480071990
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2014年12月19日
【發(fā)明人】S·德瓦斯
【申請(qǐng)人】國際殼牌研究有限公司