BR112016008332B1 - Sistema e método de controle de perfuração semiautônomo - Google Patents
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Abstract
sistema e método de controle de perfuração semiautônomo. a presente invenção refere-se a um método para facilitar uma operação de perfuração que inclui: receber um ponto de ajuste atual para uma operação de perfuração, em que o ponto de ajuste atual indica um valor de um parâmetro operacional no qual a operação de perfuração está sendo realizada; receber um limite global que indica pelo menos um dentre um valor máximo e um mínimo do parâmetro operacional que se permite aplicar à operação de perfuração; definir um limite local para o parâmetro operacional, em que o limite local indica pelo menos um dentre um valor máximo local e um valor mínimo local do parâmetro operacional; receber um valor de alteração de parâmetro, em que o valor de alteração de parâmetro indica uma alteração proposta ao parâmetro operacional a partir do ponto de ajuste atual; e selecionar um nível de automação pelo qual o parâmetro operacional pode ser ajustado, sendo que o nível de automação é baseado em uma comparação entre o valor de alteração de parâmetro e o limite local.
Description
[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido no U.S. 14/061024, depositado em 23 de outubro de 2013, que está incorporado ao presente documento em sua totalidade a título de referência.
[0002] Algumas produções de hidrocarbonetos, tais como óleo e gás, envolvem a perfuração de um furo de sondagem por meio de uma coluna de perfuração, através da qual os hidrocarbonetos são extraídos. Os furos de sondagem são, geralmente, perfurados ao longo de trajetórias predeterminadas por um operador de sonda de perfuração humano, com o auxílio de um sistema de controle que possa guiar o operador e a perfuração de um furo de sondagem típico procede através de várias formações. Durante uma operação de perfuração típica, o operador ajusta vários parâmetros de perfuração em resposta à detecção de certas condições de fundo de poço. O sistema de controle pode auxiliar o operador através do monitoramento de condições de fundo de poço, fornecendo dados de medição e sugerindo ajustes de parâmetro de perfuração para otimizar a operação de perfuração. Por exemplo, alguns sistemas de controle recebem dados em relação a medições de condição de superfície e/ou de fundo de poço e emitem um conjunto de valores recomendados para os parâmetros de perfuração (por exemplo, bit de RPM) com base na análise de tais medições.
[0003] A otimização do processo de perfuração, em algumas instâncias, necessita da alteração de pontos de ajuste continuamente a fim de encontrar os parâmetros de perfuração ótimos. Tipicamente, o sistema de controle calcula e emite os pontos de ajuste para o operador, que ajusta os parâmetros de perfuração em conformidade. Os fatores que podem afetar o desempenho de perfuração incluem a carga de trabalho para o operador, isto é, o número e a frequência de ajustes manuais que precisam ser realizados pelo operador. Uma carga de trabalho pesada para o operador pode levar a eficiência reduzida e erros na realização de ajustes aos parâmetros de perfuração.
[0004] Um método para facilitar uma operação de perfuração inclui: receber um ponto de ajuste atual para uma operação de perfuração, em que o ponto de ajuste atual indica um valor de um parâmetro operacional no qual a operação de perfuração está sendo realizada; receber um limite global que indica pelo menos um dentre um valor máximo e um mínimo do parâmetro operacional que se permite aplicar à operação de perfuração; definir um limite local para o parâmetro operacional, em que o limite local indica pelo menos um dentre um valor máximo local e um valor mínimo local do parâmetro operacional; receber um valor de alteração de parâmetro, em que o valor de alteração de parâmetro indica uma alteração proposta ao parâmetro operacional a partir do ponto de ajuste atual; e selecionar um nível de automação pelo qual o parâmetro operacional pode ser ajustado, sendo que o nível de automação é baseado em uma comparação entre o valor de alteração de parâmetro e o limite local.
[0005] Um sistema para facilitar uma operação de perfuração inclui um transportador configurado para ser disposto em um furo de sondagem em uma formação terrestre, pelo menos um dentre um sensor de superfície e um sensor de fundo de poço configurado para medir os parâmetros associados à operação de perfuração, um processador de controle de perfuração e um processador de controle de automação. O processador de controle de perfuração é configurado para receber um ponto de ajuste atual para uma operação de perfuração, em que o ponto de ajuste atual indica um valor de um parâmetro operacional no qual a operação de perfuração está sendo realizada, sendo que o processador de controle de perfuração é configurado para gerar uma alteração proposta ao parâmetro operacional a partir do ponto de ajuste atual, o parâmetro operacional é submetido a um limite global que indica pelo menos um dentre um valor máximo e um mínimo do parâmetro operacional que se permite aplicar à operação de perfuração. O processador de controle de automação é configurado para: receber o ponto de ajuste atual, em que o limite global e um valor de alteração de parâmetro indicam a alteração proposta; definir um limite local para o parâmetro operacional, em que o limite local indica pelo menos um dentre um valor máximo local e um valor mínimo local do parâmetro operacional; e selecionar um nível de automação pelo qual o parâmetro operacional pode ser ajustado, o nível de automação baseado em uma comparação entre o valor de alteração de parâmetro e o limite local.
[0006] A matéria, que é considerada como a invenção, é particularmente apontada e reivindicada de modo distinto nas reivindicações na conclusão do relatório descritivo. O supracitado e outros recursos e vantagens da invenção são evidenciados pela descrição detalhada a seguir em conjunto com os desenhos em anexo, nos quais:
[0007] A Figura 1 é uma vista em corte transversal lateral de uma modalidade de um sistema de perfuração;
[0008] A Figura 2 ilustra um espaço de parâmetro para uma operação de perfuração;
[0009] A Figura 3 é um fluxograma que ilustra um método para executar uma operação de perfuração, calcular parâmetros operacionais e/ou determinar níveis de automação para o controle de uma operação de perfuração;
[00010] A Figura 4 ilustra um espaço de parâmetro exemplificador usado para executar o método da Figura 3.
[00011] A Figura 5 ilustra aspectos de um método exemplificador de controle de uma operação de perfuração e seleção de níveis de automação;
[00012] A Figura 6 ilustra aspectos de uma porção de uma modalidade de um método de otimização de perfuração de múltiplos estágios;
[00013] A Figura 7 ilustra aspectos de uma porção do método da Figura 6; e
[00014] A Figura 8 ilustra aspectos de uma porção do método da Figura 6.
[00015] Os sistemas e métodos são fornecidos para facilitar as operações de perfuração. Os sistemas e métodos são configurados para controlar o nível de automação que pode ser empregado durante uma operação de perfuração, e também podem ser configurados para controlar e/ou otimizar a operação de perfuração. As modalidades incluem um sistema de controle configurado para controlar parâmetros de perfuração e empregar um nível de automação selecionado com base em uma alteração proposta em um ponto de ajuste de parâmetro.
[00016] As modalidades facilitam um método de controle de perfuração semiautomatizado que realiza ajustes de parâmetro de perfuração através de um processador de controle e/ou um operador humano com base em níveis selecionados de automação. As modalidades permitem a realização de alterações relativamente pequenas de parâmetro e/ou ponto de ajuste de forma independente sem interromper um perfurador ou operador humano. Tais alterações podem incluir aquelas selecionadas ou propostas por um algoritmo de controle ou otimização, ou aquelas necessárias para a identificação de parâmetro de modelo. As modalidades permitem a automação seletiva para reduzir erros e a carga de trabalho de operador enquanto mantém a autoridade do operador para alterações relativamente amplas que são potencialmente cruciais para o equipamento de perfuração ou para o processo de perfuração.
[00017] Em uma modalidade, um dispositivo de processamento e um método definem um faixa de parâmetro de entrada ou espaço de parâmetro para um ou mais parâmetros. O espaço de parâmetro define limites globais para cada parâmetro, isto é, valores máximos e/ou mínimos gerais para os parâmetros que podem ser aplicados para a operação de perfuração. O método também define um limite local ou subespaço que é menor do que o limite global. O limite local define valores máximos e/ou mínimos locais para cada parâmetro. As alterações aos parâmetros a partir de um ponto de ajuste atual que permanecem dentre do limite local ou subespaço podem ser aplicadas de maneira independente (ou em um nível de automação selecionado). As alterações que vão para fora do limite local ou subespaço são aplicadas em um nível de automação mais baixo (por exemplo, um nível consultivo que necessita da autorização de um usuário, ou um nível manual).
[00018] Em referência à Figura 1, uma modalidade exemplificadora de um sistema de perfuração de fundo de poço 10 disposto em um furo de sondagem 12 é mostrada. Uma coluna de perfuração 14 é disposta no furo de sondagem 12, que penetra pelo menos uma formação terrestre 16. Embora o furo de sondagem 12 seja mostrado na Figura 1 como sendo de um diâmetro constante, o furo de sondagem não se limita a isso. Por exemplo, o furo de sondagem 12 pode ser de diâmetro e/ou direção variadas (por exemplo, azimute e inclinação). A coluna de perfuração 14 é feita de, por exemplo, um tubo ou múltiplas seções de tubo. O sistema 10 e/ou a coluna de perfuração 14 incluem uma montagem de perfuração 18. Várias ferramentas de medição também podem ser incorporadas ao sistema 10 influenciar os regimes de medição, tais como as aplicações de registro durante a perfuração (LWD).
[00019] A montagem de perfuração 18, que pode ser configurada como uma composição de fundo (BHA), inclui uma broca de perfuração 20 que é anexada à extremidade de fundo da coluna de perfuração 14 por meio de vários componentes de montagem de perfuração. A montagem de perfuração 18 é configurada para ser transportada para dentro do furo de sondagem 12 a partir de uma sonda de perfuração 22. Durante as operações de perfuração, um fluido de perfuração é bombeado através da coluna de perfuração 14 por um dispositivo de bombeamento 24 a partir de um armazenamento de fluido 26 (por exemplo, um tanque de lama ou uma vala de lama) e circula através do furo de sondagem 12. A montagem de perfuração 18 também inclui vários componentes para o suporte estrutural e operacional da broca de perfuração 20, tais como um motor de perfuração (também chamado de um motor de lama), e um estabilizador ou escareador.
[00020] O sistema 10 também pode incluir vários sensores, ferramentas ou outros dispositivos para a medição de parâmetros de superfície e fundo de poço relacionados a uma operação de perfuração. Por exemplo, um ou mais sensores ou montagens de sensor podem ser dispostos em locais de superfície e/ou fundo de poço para medir parâmetros do furo de sondagem, formação, coluna de perfuração e/ou para medir parâmetros operacionais. Sensores de superfície exemplificadores incluem um sensor de fluxo e/ou pressão de fluido 28 para medir o fluido de perfuração, um sensor de torque de superfície 30 para medir o torque aplicado à broca de perfuração 20 e um sensor de velocidade e aceleração rotacional 32 para medir a rotação da coluna de perfuração 14. Outros sensores de superfície podem ser incluídos para medir ou calcular os parâmetros operacionais, tais como peso na broca (WOB), posição e taxa de penetração (ROP).
[00021] Qualquer número de sensores pode ser incorporado ao fundo de poço. Por exemplo, uma ferramenta de fundo de poço 34 é incorporada em qualquer localização ao longo da coluna de perfuração -14 e inclui sensores 36 para medir o fluxo e/ou pressão de fluido no fundo de poço na coluna de perfuração -14 e/ou no espaço anular para medir o fluxo e/ou pressão de fluido de retorno. Outros sensores 36 podem ser incluídos para medir e/ou calcular os parâmetros de componente de fundo de poço, tais como vibração de fundo de poço, momento de flexão, aceleração, oscilações, redemoinhos e diferencial de deslizamento, assim como parâmetros operacionais tais como taxa de rotação, WOB, ROP, movimento axial, temperatura, tensão e deformação. As ferramentas e sensores de fundo de poço podem incluir uma única ferramenta ou múltiplas ferramentas dispostas no fundo de poço, e os sensores podem incluir múltiplos sensores, tais como sensores distribuídos ou sensores dispostos em matriz ao longo de uma coluna de furo de sondagem.
[00022] As configurações de sensores e de ferramenta de fundo de poço não se limitam aquelas descritas no presente documento. Os sensores e/ou ferramenta de fundo de poço 34 podem ser configurados para fornecer dados em relação a medições, comunicação com processadores de superfície ou de fundo de poço, assim como funções de controle. Tais sensores podem ser dispostos antes, durante ou após a perfuração, por exemplo, por meio de cabo de aço, componentes de medição durante a perfuração (“MWD”) ou registro durante a perfuração (“LWD”). Os parâmetros exemplificadores que podem ser medidos ou monitorados incluem resistividade, densidade, porosidade, permeabilidade, propriedades acústicas, propriedades de ressonância nuclear-magnética, pressões de formação, propriedades ou características dos fluidos no fundo de poço e outras propriedades desejadas da formação que circunda o furo de sondagem -12
[00023] Os componentes, que incluem os sensores de superfície e fundo de poço, transmitem sinais para um ou mais dispositivos de processamento na forma de, por exemplo, sinais de medição, dados, sinais de telemetria, etc. Os dispositivos de processamento exemplificadores incluem uma unidade de eletrônicos de fundo de poço 38, que pode receber sinais e dados e se comunicar com um dispositivo de processamento de superfície. Outros dispositivos de processamento exemplificadores incluem uma unidade de processamento de superfície 40. Os sinais e dados podem ser transmitidos através de qualquer dispositivo ou sistema de transmissão adequado, tal como um tubo com fio, conexões elétricas e/ou de fibra óptica, pulso de lama, telemetria eletromagnética ou acústica.
[00024] Em uma modalidade, a unidade de processamento de superfície 40 é conectada em comunicação operacional com a montagem de perfuração 18 e vários sensores, e pode estar localizada, por exemplo, em uma localização de superfície, uma localização submarina e/ou uma localização de superfície em uma plataforma de poço marinha ou uma embarcação marinha. A unidade de processamento 40 é configurada para executar funções, tais como controlar a montagem de perfuração 18 e componentes do sistema de perfuração 10, transmitir e receber dados e monitorar a montagem de perfuração 18 e a coluna de perfuração 14. A unidade de processamento 40, em uma modalidade, inclui um processador 42, um dispositivo de armazenamento de dados (ou um meio legível por computador) 44 para armazenar dados, modelos e/ou programas de computador ou software 46. A ferramenta de fundo de poço 34, BHA e/ou outros componentes do sistema 10 também podem incluir componentes conforme necessário para fornecer o armazenamento e/ou processamento de dados coletados a partir de vários sensores nos mesmos. Os componentes exemplificativos incluem, sem limitação, pelo menos um processador, armazenamento, memória, dispositivos de entrada, dispositivos de saída e semelhantes.
[00025] Durante uma operação de perfuração, um processador de controle de perfuração ou dispositivo de processamento (por exemplo, a unidade de processamento 40) e/ou um operador de sonda de perfuração humano, com base em várias informações de sensor, podem ajustar os parâmetros da operação de perfuração (“parâmetros operacionais” ou “parâmetros de perfuração”). Tais parâmetros incluem, sem limitação, o WOB aplicado a uma broca de perfuração, carga no gancho, o torque aplicado a uma coluna de perfuração e a uma broca de perfuração (por meio de acionamento de superfície e/ou motor de lama), a velocidade rotacional (por exemplo, revoluções por minuto ou RPM) e aceleração, a posição axial, velocidade e aceleração, fluido de perfuração (por exemplo, lama) as propriedades e a taxa de fluxo e de pressão de fluido de perfuração. Os parâmetros também podem incluir um ou mais parâmetros de fundo de poço que podem ser ajustados, por exemplo, por telemetria de pulso de lama ou telemetria de tubo com fio. Exemplos de tais parâmetros de fundo de poço incluem taxa de amortecimento, rigidez de amortecedor de vibração de fundo de poço passivo, e a parametrização de um dispositivo de amortecimento ativo. Em uma modalidade, a unidade de processamento 40 executa um algoritmo ou programa que determina um ou mais pontos de ajuste-alvo nos quais a operação deve ser mantida ou para os quais a operação deve ser ajustada. O algoritmo ou programa também pode ser configurado para excitar o sistema de perfuração a fim de coletar as informações para construir ou atualizar um modelo de perfuração.
[00026] Um “ponto de ajuste”, conforme descrito no presente documento, refere-se a um valor de um ou mais parâmetros de perfuração. Um “ponto de ajuste atual” se refere a um ou mais parâmetros nos quais a operação de perfuração está operando. Um “ponto de ajuste-alvo” se refere ao valor de um ou mais parâmetros para os quais um algoritmo de controle ou otimização indica que a operação de perfuração deve ser ajustada.
[00027] Os algoritmos exemplificadores incluem algoritmos de otimização que determinam um ponto de ajuste preferencial ou ótimo (ou uma faixa de pontos de ajuste) no qual a operação de perfuração deve ser realizada para satisfazer certos critérios de operação de perfuração (por exemplo, trajetória de perfuração, condições de desgaste de ferramenta, condições de vibração, ROP, integridade de furo de poço, etc.). O ponto de ajuste-alvo pode, portanto, ser um ou mais valores de parâmetro determinados como preferenciais ou ótimos para a realização da operação de perfuração.
[00028] Em uma modalidade, o ponto de ajuste-alvo se refere a uma alteração ou alterações em parâmetros que são exigidas pelo algoritmo para calcular parâmetros de modelo. Por exemplo, um dispositivo de processamento pode aplicar alterações de parâmetro relativamente pequenas em torno de um ponto de ajuste atual, a fim de excitar o sistema e coletar informações em relação à reação do sistema às alterações de parâmetro, que são usadas para atualizar um modelo de sistema. Para a identificação ou o cálculo de parâmetros de modelo, as informações podem ser coletadas e/ou cálculos podem ser realizados na superfície (por exemplo, na unidade de processamento 40) e/ou no fundo de poço (por exemplo, na ferramenta de fundo de poço 34). Uma vantagem da identificação de fundo de poço é que algumas medições de fundo de poço estão disponíveis com uma taxa de amostragem relativamente alta.
[00029] O sistema 10 também inclui um dispositivo de processamento, tal como a unidade de processamento de superfície 40 ou um componente da mesma, que executa um algoritmo para determinar um nível de automação que é empregado no controle da operação de perfuração, isto é, no controle ou ajuste dos parâmetros operacionais. O dispositivo de processamento, que, nessa modalidade, é descrito como um “processador de controle de automação”, é configurado para se comunicar com um operador de sonda de perfuração. O processador de controle de automação também pode executar funções de controle de operação de perfuração, ou se comunicar com um dispositivo ou sistema de controle de perfuração. O processamento de controle de automação pode fazer parte de um dispositivo de processamento que controla os parâmetros operacionais e/ou se comunica com um operador, ou pode ser um dispositivo ou componente separado em comunicação com o dispositivo de processamento e/ou o operador.
[00030] Portanto, em uma modalidade, os métodos e sistemas descritos no presente documento utilizam pelo menos dois tipos de algoritmos ou métodos. Os algoritmos podem ser separados ou usados em conjunto ou podem fazer parte de um único algoritmo ou programa. Um primeiro algoritmo é um algoritmo de “controle de perfuração” ou “otimização de perfuração” que calcula os pontos de ajuste nos quais uma operação de perfuração deve ser executada. Os parâmetros operacionais podem ser ajustados por um processador que executa o algoritmo de otimização de perfuração ou em conjunto com outro processador, ou os parâmetros operacionais podem ser ajustados por um operador com base nas informações emitidas pelo algoritmo de controle de perfuração. Um segundo algoritmo é um algoritmo de “controle de automação” que determina o nível de automação usado pelo sistema para controlar os parâmetros operacionais. Por exemplo, o algoritmo de controle de automação pode determinar que os parâmetros operacionais podem ser ajustados para o ponto de ajuste automaticamente por um processador, ou manualmente por um operador.
[00031] Em uma modalidade, um algoritmo de otimização executa um método de otimização automatizada que usa uma função de qualidade para selecionar os pontos de ajuste que são preferenciais ou ótimos com base em medições. A função de qualidade considera, por exemplo, diferentes níveis de vibração, distâncias aos limites de ponto de ajuste, ROP e/ou outros parâmetros.
[00032] Um exemplo de um método de otimização automatizada utiliza otimização online (por exemplo, um algoritmo simplex de descida). Esse método não precisa de um modelo. Várias combinações de ponto de ajuste são aplicadas e para cada combinação a função de qualidade é determinada durante a perfuração. Com base nos resultados, é proposto um ponto de ajuste- alvo que está mais próximo do ótimo ou do “ponto ideal”. Encontrar o ponto ideal é um processo iterativo que envolve múltiplas alterações de ponto de ajuste.
[00033] Outro exemplo é a otimização offline, que determina o ponto ideal com base em um modelo do processo de perfuração. Esse modelo pode, por exemplo, ser um modelo estatístico ou um modelo físico. Visto que o processo de perfuração e o ambiente de perfuração são alterados ao longo do tempo, o modelo é continuamente adaptado. Os parâmetros de modelo são calculados e atualizados excitando-se o sistema de perfuração. Isso significa que os pontos de ajuste são variados continuamente. Por exemplo, os parâmetros são atualizados usando-se algoritmos de estimação de parâmetro (por exemplo, Filtro de Kalman, método de mínimos quadrados, etc.) ou observadores. Esses algoritmos necessitam de medições que contenham uma quantidade suficiente de informações. A fim de se coletar informações suficientes, em uma modalidade, o sistema de perfuração é excitado com ruído (por exemplo, PRBS) ou funções de teste. A excitação pode ser realizada por qualquer método ou técnica adequados, tal como função impulso ou degrau, ruído, PRBS, sinal contínuo arbitrário, excitação de padrão fixo, chilro, varredura, etc.
[00034] Durante a operação de perfuração, com base em medições de fundo de poço e/ou de superfície, são calculados os pontos de ajuste-alvo que representam um valor desejado ou ótimo por um ou mais parâmetros operacionais. Um ponto de ajuste-alvo pode ser um valor para um único parâmetro, ou pode ser uma combinação de parâmetros. Os parâmetros de perfuração controlados tipicamente durante as operações de perfuração incluem o peso na broca (WOB), fluxo de fluido de perfuração através do tubo de perfuração (taxa de fluxo e pressão), a velocidade rotacional de coluna de perfuração, posição axial da coluna de perfuração e da broca de perfuração dentro do furo de sondagem, e a densidade e viscosidade do fluido de perfuração.
[00035] O processador de controle de automação é configurado para selecionar e/ou receber as informações de ponto de ajuste. Com base nas informações de ponto de ajuste, o processador de controle de automação determinar uma alteração em um ou mais parâmetros operacionais a partir de um parâmetro ou ponto de ajuste atual que é necessária para se alcançar o ponto de ajuste-alvo.
[00036] O processador de controle de automação é configurado para selecionar um nível de automação para ajustar os parâmetros de perfuração com base no valor da alteração de parâmetro. Em uma modalidade, o processador de controle de automação ajusta ou recebe um limite ou faixa de parâmetro local em torno do ponto de ajuste atual. Se a alteração de ponto de ajuste em relação ao ponto de ajuste atual estiver dentro do limite local, um processador, tal como o processador de controle de perfuração, é permitido alterar o(s) parâmetro(s) para o próximo ponto de ajuste com o uso de um primeiro nível de automação selecionado pelo algoritmo de controle de automação. Portanto, a alteração de parâmetro pode ser completamente automatizada ou executada em um nível de automação selecionado. Por exemplo, se a alteração de parâmetro estiver dentro do limite local, a alteração de parâmetro pode ser realizada por um controlador de perfuração sem necessitar de entrada de usuário ou operador, tal como notificação, aprovação ou controle de usuário.
[00037] Se a alteração estiver fora do limite local, um segundo nível de automação para a alteração do(s) parâmetro(s) é selecionado, que é mais baixo que o primeiro nível de automação (por exemplo, automação completa). Por exemplo, se a alteração de parâmetro estiver fora do limite local, o controlador ou processador de otimização precisa ter a permissão de um operador, notificar um operador e/ou fornecer as informações de alteração de parâmetro e de ponto de ajuste ao operador para que o operador altere manualmente o(s) parâmetro(s). Algumas modalidades descritas no presente documento discutem dois níveis de automação para um limite local, por exemplo, um primeiro nível de automação para uma alteração de parâmetro dentro de um limite local e um segundo nível de automação para uma alteração de parâmetro fora do limite local. No entanto, o número de níveis de automação que podem ser selecionados não se limita a dois, e pode ser qualquer número de níveis de automação, isto é, três ou mais. Por exemplo, os limites locais podem ser definidos para corresponder a três ou mais níveis de automação, por exemplo, definindo-se múltiplos limites locais ou subespaços em torno de um ponto de ajuste ou dentro de limites globais. Cada um dos múltiplos limites locais ou subespaços pode ser associado a um nível de automação diferente. Além disso, mais de um nível de automação pode ser selecionado para uma alteração de parâmetro que esteja dentro de um limite local ou fora de um limite local. Por exemplo, uma alteração de parâmetro que esteja fora de um limite local pode ser associada a múltiplos níveis de automação a partir dos quais um nível de automação é selecionado por um processador ou operador.
[00038] Em uma modalidade, o limite local é selecionado para estar dentro de um limite global que restringe os parâmetros de perfuração para dentro de uma faixa selecionada. Esse limite global representa o valor máximo e/ou mínimo valor para um parâmetro de perfuração ou parâmetro. O limite local estabelece uma faixa que valores que está dentro do limite global ou é menor do que o limite global.
[00039] Conforme discutido acima, o processador de controle de automação seleciona um ou mais níveis de automação que são associados a cada limite local. Em uma modalidade, um perfurador ou operador define o nível ou os níveis de automação associados com cada limite local antes do processador executar o controle de automação.
[00040] Por exemplo, conforme mostrado na Figura 2, um processador de controle de perfuração designa um espaço de parâmetro 50 que representa um ou mais parâmetros de perfuração. Nesse exemplo, o espaço de parâmetro 50 é definido por um parâmetro de WOB (o eixo geométrico vertical) e um parâmetro de revoluções por minuto (RPM) (o eixo geométrico horizontal), mas pode ser definido por qualquer número e/ou tipo de parâmetro. Os parâmetros mostrados na Figura 2 são exemplificadores; quaisquer parâmetros relacionados a uma operação de perfuração podem ser usados.
[00041] O espaço de parâmetro 50 é limitado de acordo com um limite ou limites globais (por exemplo, WOB máximo e mínimo, e RPM máximo e mínimo). O processador de controle de automação designa o limite local com um subespaço 52 em torno de um ponto de ajuste que está dentro do espaço de parâmetro 50. Quaisquer alterações de parâmetro que mantêm os parâmetros de perfuração dentro do subespaço podem ser aplicadas de maneira independente ou pelo menos aplicadas de acordo com um nível de automação mais alto do que é aplicado se os parâmetros de perfuração estiverem fora do subespaço. Conforme mostrado, o subespaço é retangular, mas não se limita a isso. O subespaço pode ser de qualquer formato ou tamanho adequado (por exemplo, redondo, oval, não simétrico, etc.). O subespaço pode ser posicionado em relação a um ponto de ajuste atual, um ponto de ajuste-alvo ou outro parâmetro ou combinação de parâmetros. Além disso, o tamanho ou a faixa de subespaço ou de limite local pode ser absoluto, ou baseado em um ponto de ajuste ou valor de parâmetro. Por exemplo, o limite local pode ser definido como uma porcentagem (por exemplo, 2 a 5%) de um valor de parâmetro.
[00042] Além de (ou em vez de) definir o subespaço para uma combinação de parâmetros, um ou mais subespaços podem ser definidos para cada um dos parâmetros. Um limite local (por exemplo, uma faixa de valores ou um valor de parâmetro específico) ou múltiplos limites locais podem ser definidos para cada parâmetro. Cada limite local é associado a um respectivo nível ou níveis de automação. Por exemplo, um nível de automação pode ser designado para cada um dentre os um ou mais níveis ou faixas do parâmetro de WOB, e outro nível de automação pode ser designado para cada um dentre os um ou mais níveis ou faixas do parâmetro de RPM. Conforme é evidente, o subespaço pode definir múltiplos limites ou subespaços para diferentes tipos de parâmetro e valores de parâmetro.
[00043] Por exemplo, o subespaço é definido em torno de um ponto de ajuste 54, tal como um ponto de ajuste-alvo selecionado pelo algoritmo de otimização. Se o ponto de ajuste atual no qual o sistema de perfuração está sendo atualmente operado estiver dentro do subespaço 52, os parâmetros podem ser alterados para se alinhar com o ponto de ajuste-alvo em um nível de automação mais alto, por exemplo, o processador de controle de perfuração pode alterar os parâmetros de maneira independente. Se o ponto de ajuste atual estiver fora do subespaço 52, um nível de automação mais baixo é utilizado na alteração dos parâmetros.
[00044] O subespaço também pode ser definido em torno de um ponto de ajuste atual. Por exemplo, se o ponto de ajuste 54 estiver em um ponto de ajuste atual, o nível de automação é determinado com base em se a alteração de parâmetro desejada pelo sistema e/ou algoritmo de otimização move os parâmetros para uma localização de espaço de parâmetro dentro do subespaço 52 ou fora do subespaço 52.
[00045] Vários níveis de automação podem ser utilizados na realização da operação de perfuração e no ajuste dos parâmetros de operação alinhados com um algoritmo de otimização ou controle. A “automação completa” se refere a um estado em que o controle de parâmetros de perfuração é completamente automatizado e um controlador de perfuração altera, de maneira independente, os parâmetros de perfuração. Um nível de automação mais baixo exige alguma foram de entrada de operador. Por exemplo, um processador de controle de perfuração pode agir como um sistema consultivo que propõe pontos de ajuste ótimos e deixa o operador alterar os parâmetros.
[00046] Níveis exemplificadores de automação são descritos a baixo e classificados como 1 a 10, sendo que “1” é o nível de automação mais baixo (controle manual completo) e “10” é o nível de automação mais alto (completamente automatizado). Os níveis também podem ser agrupados em três camadas:
[00047] A Figura 3 ilustra um método 60 de realizar uma operação de perfuração, calcular parâmetros operacionais e determinar níveis de automação no controle de uma operação de perfuração. O método 60 é usado em conjunto com o sistema 10 e/ou a unidade de processamento de superfície 40, embora o método 60 possa ser utiliza em conjunto com qualquer combinação adequada de dispositivos e processadores de detecção. O método 60 inclui um ou mais estágios 61 a 66. Em uma modalidade, o método 60 inclui a execução de todos os estágios 61 a 66 na ordem descrita. No entanto, determinados estágios podem ser omitidos, estágios podem ser adicionados ou a ordem dos estágios alterada.
[00048] No primeiro estágio 61, uma operação de perfuração é iniciada com o uso, por exemplo, do sistema 10 e da coluna de perfuração 14. Durante a operação, os parâmetros de superfície e/ou de fundo de poço, tais como pressão de fluido, temperatura e parâmetros de perfuração são estimados por meio de dispositivos de detecção (por exemplo, os sensores de superfície 28, 30 e 32 e os sensores de fundo de poço 36).
[00049] Em uma modalidade, a operação é realizada por um controlador de acordo com um algoritmo de controle e/ou de otimização selecionado. Por exemplo, um modelo ou plano de perfuração é fornecido, baseado no qual um algoritmo de controle ou otimização é usado para calcular os pontos de ajuste de parâmetro durante a operação de perfuração. Esses pontos de ajuste são calculados com base em dados de medição em relação a condições operacionais e de ambiente para manter a operação dentro dos planos de perfuração e evitar condições subótimas e potencialmente danosas ou perigosas.
[00050] No segundo estágio 62, durante a operação de perfuração, um ponto de ajuste de parâmetro ou de combinação de parâmetros é selecionado, no qual a operação é realizada. O controlador e/ou um operador humano aplica ou ajusta os parâmetros de perfuração para alinhar a operação com o ponto de ajuste, chamado de ponto de ajuste atual.
[00051] No terceiro estágio 63, um dispositivo de processamento, tal como um processador de controle de perfuração, define um espaço de parâmetro que indica os limites de valores de parâmetro que podem ser aplicados durante a operação. O espaço de parâmetro de entrada define os limites globais, isto é, os limites gerais para os possíveis parâmetros que podem ser aplicados. Os limites podem ser aplicados por um processador que implanta um modelo ou plano de perfuração, ou inseridos por um operador ou outro usuário. Um ou mais limites locais são definidos, que especificam um valor de parâmetro ou uma faixa de valor de parâmetro que é menor ou se encontra dentro dos limites globais. O limite local (ou limites) pode ser definido por um processador ou um operador humano. Por exemplo, os limites locais podem ser ajustados ou selecionados por um perfurador, ajustados ou selecionados por um processador ou podem ser calculados por um algoritmo baseado em parâmetros ajustados pelo perfurador (por exemplo, o perfurador define +-10%).
[00052] Um processador de controle de automação (que pode ser o mesmo que o processador de controle de perfuração ou um componente separado) define um limite local ou subespaço que é menor do que o limite global ou espaço de parâmetro. Os valores de parâmetro que permanecem dentro do limite local ou subespaço podem ser aplicados de maneira independente (ou em um nível de automação selecionado). As alterações que fazem com que os valores de parâmetro vão para fora do limite ou subespaço são aplicadas em um nível de automação mais baixo (por exemplo, um nível consultivo que necessita da autorização de um usuário ou um nível manual).
[00053] Em uma modalidade, o limite local ou subespaço (por exemplo, o tamanho, posição de formato) é ajustado pelo processador de controle de automação. Em outra modalidade, o limite local ou subespaço é ajustado por um usuário ou operador. Por exemplo, o operador pode definir o tamanho e o formato do subespaço. Isso permite um controle de qualidade adicional, já que o operador ainda é responsável visto que o operador pode ajustar um subespaço dentro do qual todos os pontos de ajuste não danificam a sonda ou a operação de perfuração.
[00054] Um espaço de parâmetro exemplificador 70 é mostrado na Figura 4. O espaço de parâmetro 70 nesse exemplo é um espaço bidimensional que tem dois parâmetros, por exemplo, WOB e RPM. Nesse exemplo, os limites globais 72 e 74 são selecionados para o espaço de parâmetro, que define o WOB e RPM geral máximo e mínimo que pode ser aplicado durante a operação de perfuração. Os limites globais 72 podem ser selecionados com base em fatores, tais como limitações de sonda e considerações de segurança. O limite global 74 pode ser selecionado com base em fatores tais como litologia e características de formação. Os limites globais podem ser selecionados em tempo real em resposta a condições de perfuração e medições. Por exemplo, o limite global 74 mostrado na Figura 4 é selecionado com base em combinações de parâmetros que poderia resulta em disfunções dinâmicas (por exemplo, diferencial de deslizamento, redemoinhos). O limite global 74 (ou outros limites globais com base em condições de perfuração ou características de formação) pode ser atualizado periodicamente, quase continuamente ou em tempo real com base em condições alterantes. Em um exemplo, o limite global é continuamente ou quase continuamente atualizado com base em um modelo de sistema que é ajustado com dados de fundo de poço e/ou de superfície.
[00055] Um subespaço 76 é definido para um ponto de ajuste-alvo 78, no qual o sistema de perfuração é permitido agir de maneira independente ou pode pelo menos estar em um nível de automação mais alto em comparação ao espaço de parâmetro total. Por exemplo, um subespaço em torno do ponto de ajuste-alvo é definido como ±20 RPM / ± 5kN WOB. Se um ponto de ajuste atual 80 estiver dentro do subespaço 76, e o sistema desejada alterar os parâmetros para outro ponto de ajuste dentro do subespaço 76, o sistema é permitido alterar de maneira independente os parâmetros de perfuração sem interferir com o perfurador. Se alterações mais amplas foram necessárias, o sistema opera em um nível de automação mais baixo, por exemplo, fornecendo-se uma recomendação para o operador que, então, tem que aplicar as alterações.
[00056] No quarto estágio 64, o processador de controle de perfuração propõe ou seleciona uma alteração de parâmetro com base, por exemplo, nos dados de medição, e seleciona um novo ponto de ajuste. Em um exemplo, um algoritmo de otimização é usado para calcular um ponto de ajuste-alvo para o qual é sugerido que os parâmetros de perfuração sejam ajustados. Em outro exemplo, a alteração de parâmetro (por exemplo, um ou mais pontos de teste) é selecionada pelo processador de controle de perfuração a fim de excitar o sistema para atualizar um modelo ou função de qualidade.
[00057] No quinto estágio 65, o processador determina se o novo ponto de ajuste ou o novo ponto de ajuste-alvo está fora do subespaço. O processador de controle de automação seleciona um nível de automação com base na posição do novo ponto de ajuste em relação ao subespaço ou em relação a um limite local.
[00058] No sexto estágio 66, os parâmetros são ajustados por um processador e/ou um operador com base no nível de automação selecionado. Por exemplo, um algoritmo de otimização (por exemplo, simplex de descida) aplica uma alteração proposta (por exemplo, um ponto de ajuste-alvo ou ponto de teste) que mantém o parâmetro de perfuração ou os parâmetros dentro do subespaço. Se a alteração proposta resultar em um parâmetro estando fora do subespaço, a alteração proposta é aplicada pelo operador ou é aplicada pelo com envolvimento do operador (por exemplo, notificação ao operador ou permissão pelo operador).
[00059] Embora os exemplos descritos no presente documento descrevam selecionar um primeiro e um segundo nível de automação, os mesmos não são limitados a isso. O algoritmo de controle de automação pode selecionar dentre qualquer número de níveis de automação (por exemplo, níveis 1 a 10 descritos acima ou grupos dos níveis) com base em várias considerações. Além disso, o número e a magnitude de limites locais ou subespaços não são limitados aqueles descritos no presente documento.
[00060] Em adição a ajustar os limites locais ou subespaços em torno de pontos de ajuste-alvo ou atuais, o processador pode determinar o nível de automação com base em outras considerações. Por exemplo, alguns algoritmos de otimização fornece uma sequência predefinida de alterações de ponto de ajuste. Além disso, alguns algoritmos ou métodos incluem adicionar ruído ou fluxo de bits pseudoaleatório (PRBS) aos pontos de ajuste. Tais alterações pré- selecionadas podem ser identificadas e permitidas serem aplicadas em um nível de automação mais alto independentemente do limite local ou subespaço.
[00061] Um exemplo do método 60 é mostrado na Figura 5, que mostra um parâmetro de entrada (por exemplo, WOB) selecionado ou calculado por um algoritmo de otimização. Uma linha ou curva 82 mostra a progressão do WOB conforme aplicado por um sistema de perfuração (o operador ou o processador de controle) sobre uma porção da operação de perfuração.
[00062] O algoritmo de otimização e/ou um operador define os limites globais 84 para o parâmetro de entrada. Durante uma primeira porção da operação de perfuração, o algoritmo de otimização fornece um ponto de ajuste-alvo 86 para o parâmetro, e os limites locais 88 (um limite superior e inferior) são selecionados para o ponto de ajuste- alvo. Conforme o ponto de ajuste atual ou real é alterado, um processador de controle de automação determina o nível de automação que pode ser utilizado para cada ponto de ajuste ou alteração de parâmetro. Por exemplo, uma alteração de ponto de ajuste ao ponto de ajuste 90 pode ser realizada em um nível de automação mais alto, por exemplo, automaticamente sem intervenção ou envolvimento do operador.
[00063] Se o algoritmo de otimização selecionar um novo ponto de ajuste-alvo 92 que esteja fora dos limites locais 88 (ou a alteração de parâmetro de outro modo vai para fora dos limites locais), o ponto de ajuste é alterado com o uso de um nível de automação mais baixo, por exemplo, manualmente pelo operador, ou necessitando de notificação e/ou aprovação do operador. Por exemplo, a fim de se aplicar o parâmetro ao novo ponto de ajuste-alvo 92, o novo ponto de ajuste é proposto ao operador ou perfurador, e o operador tem que confirmar o novo ponto de ajuste antes que um controlador possa alterar o parâmetro. O processador de controle de automação ajusta, então, os novos limites locais 94 para o novo ponto de ajuste-alvo. Conforme mostrado na Figura 5, independentemente das fronteiras de um limite local (por exemplo, limites locais 96), não será permitido que o parâmetro exceda o limite global 84.
[00064] Nota-se que, embora o formato e o tamanho do subespaço seja o mesmo para todos os pontos de ajuste-alvo, o mesmo não é limitado a isso. O subespaço pode ser definido de modo a ter um tamanho e/ou formato diferente dependendo das características do ponto de ajuste (por exemplo, valores de parâmetro, profundidades, tempo durante a operação de perfuração). Além disso, o subespaço pode não apenas ser definido em torno de um ponto de ajuste-alvo, mas também pode ser definido em torno de qualquer ponto de ajuste atual ou ponto de ajuste no qual o sistema esteja operando na prática.
[00065] Conforme discutido acima, a otimização e/ou o controle de perfuração podem ser realizados por qualquer técnica ou método adequados. De modo geral, um método de otimização de perfuração inclui receber dados de medição (por exemplo, superfície e/ou fundo de poço) que indicam as condições e os parâmetros relacionados à operação de perfuração, e emitir os parâmetros de perfuração propostos. Um processador que realiza a otimização pode controlar a operação de perfuração para se alinhar com os parâmetros de perfuração propostos, ou se comunicar com outro processador ou algoritmo e/ou com um operador. Em uma modalidade, um método de otimização de perfuração é realizado usando-se uma abordagem de identificação online (por exemplo, algoritmo simplex de descida), ou ajustando-se um modelo de processo com dados de fundo de poço e/ou de superfície (otimização offline).
[00066] Em uma modalidade, uma otimização de múltiplos estágios é realizada. O processo de múltiplos estágios alivia a necessidade de se definir uma função de qualidade geral, que pode ser muito difícil e não é sempre possível. Uma razão para essa dificuldade é que o problema de otimização pode não ser exclusivo. Por exemplo, é possível ter ou um diferencial de deslizamento ou um estado de perfuração estável para a mesma combinação de RPM e WOB. Se o sistema de perfuração é estável para uma determinada combinação de RPM-WOB depende, dentre outras coisas, no histórico de entradas aplicadas. Outra razão para a dificuldade na definição de uma função de qualidade geral é que há, geralmente, múltiplas metas de otimização com diferentes prioridades. No caso de uma meta de prioridade alta (por exemplo, impedir o dano de BHA) e uma meta de prioridade baixa (por exemplo, otimizar o desempenho) uma função de qualidade resultante calculada pesando-se as funções de qualidade individuais geralmente leva a um desempenho de otimização insatisfatório.
[00067] Essa modalidade inclui realizar a otimização em relação a uma meta de otimização que é de prioridade mais alta (por exemplo, impedir dados de BHA) para pode reagir rapidamente. Após essa otimização ser realizada, uma otimização adicional em relação a outras metas é realizada. Eventos ou condições (por exemplo, níveis de vibração) são continuamente ou periodicamente monitorados a fim de decidir se deve retornar à realização da otimização de prioridade mais alta.
[00068] As Figuras 6 a 8 ilustram partes de um método de otimização de múltiplos estágios exemplificador que pode fornecer os parâmetros de perfuração selecionados ou propostos (por exemplo, pontos de ajuste-alvo) e/ou controlar uma operação de perfuração. Nesse exemplo, a meta de prioridade mais alta é impedir as condições de diferencial de deslizamento. Uma meta de prioridade mais baixa é de aumentar a ROP. As metas de prioridade mais baixa adicionais são aplicadas conforme desejado.
[00069] No primeiro estágio, o método fornece parâmetros de otimização para impedir o diferencial de deslizamento (otimização de prioridade alta). Se um nível de diferencial de deslizamento for identificado ou estimado, a otimização de prioridade alta acionada. O diferencial de deslizamento pode ser identificado e/ou estimado com base em dados de medição adequados. Por exemplo, os dados de RPM tomados no fundo de poço podem ser usados para determinar se as RPM da montagem de perfuração ou ferramenta de fundo de poço diminuem significativamente ao longo de um período de tempo selecionado. O nível de tal diferencial de deslizamento (SS) pode ser estimado com base em fatores tais como a quantidade de diminuição e/ou a taxa de diminuição.
[00070] A Figura 6 mostra um exemplo da otimização de prioridade alta, que define um espaço de parâmetro de WOB-RPM e um conjunto de regras. O espaço de parâmetro inclui uma zona de “diferencial de deslizamento” 100, uma zona de “transição” 102 e uma zona “sem diferencial de deslizamento” 104. Se os parâmetros de perfuração atuais estiverem na zona de diferencial de deslizamento 100 e o sistema tiver um nível de SS baixo, os parâmetros são selecionados para estarem na zona de transição 102. Se os parâmetros de perfuração atuais estiverem na zona de diferencial de deslizamento 100 ou na zona de transição 102 e o sistema tiver um nível de SS alto, os parâmetros são selecionados para estarem na zona sem diferencial de deslizamento estável 104. Se os parâmetros de perfuração atuais estiveram na zona sem diferencial de deslizamento 104 ou estiverem na zona de transição 102 e o sistema tiver um nível de SS baixo, o método procede para a ROP ou outra otimização de prioridade mais baixa.
[00071] No segundo estágio, uma vez que os parâmetros tenham sido otimizados para impedir o diferencial de deslizamento, o método procede para uma otimização de prioridade mais baixa, tal como uma otimização de ROP. Nesse exemplo, a otimização de prioridade mais baixa é a otimização de ROP com o uso de uma função de qualidade “J” com base, por exemplo, em ROP e em uma margem de segurança. Essa otimização pode ser uma otimização online (por exemplo, um algoritmo simplex de descida, uma abordagem baseada em regra, controle difuso, etc.). A otimização pode ser uma otimização offline. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 7, um modelo de ROP com base em WOB, RPM e outros parâmetros é selecionado. Exemplos do modelo de ROP (“RoP1” até RoP4”) são mostrados em um espaço de parâmetro. O espaço de parâmetro no qual o WOB e as RPM podem ser aplicados pode ser submetido a limites globais 106 e os limites, tais como o limite 108, com base em uma zona diferencial de deslizamento estimada. Os pontos de ajuste ótimos são calculados com o uso do modelo e dos parâmetros medidos durante uma operação de perfuração.
[00072] No terceiro estágio, os níveis de diferencial de deslizamento (SS) são monitorados para se determinar se o método deve retornar à prioridade alta. Uma porção exemplificadora 110 do método é mostrada na Figura 8. No bloco 111, as medições de RPM de superfície e de fundo de poço (RPMsurf e RPMdh) e as medições de WOB são tomadas. No bloco 112, o nível de SS é calculado com base nessas medições, e no bloco 113, WOBtrans (o valor de WOB no início da zona de transição 102) e WOBSS (o valor de WOB valor no início da zona de diferencial de deslizamento 100) são calculados. No bloco 114, o WOB medido é comparado ao WOBtrans e WOBSS. Se WOB>WOBSS, os parâmetros de WOB e RPM são calculados nos blocos 115 e 116 de acordo com a otimização de prioridade alta baseado em se o nível de SS é alto ou baixo. Por exemplo, a otimização é realizada com base em, pelo menos, se o nível de SS excede um limiar selecionado (por exemplo, >limiar de SS, tal como 2) ou se o nível de SS é menor ou igual ao limiar selecionado (por exemplo, <limiar de SS tal como 2), conforme descrito acima com referência à Figura 6. Se o WOB estiver entre WOBtrans e WOBSS, a otimização de prioridade alta é realizada no bloco 117 se o nível de SS for alto, e a otimização de ROP é continuada no bloco 118 se o nível de SS for baixo. Se WOB<WOBSS, a otimização de ROP é continuada no bloco 119. Desse modo, os pontos de ajuste ótimos ou selecionados são emitidos ao sistema no bloco.
[00073] Outra modalidade de um processo de otimização inclui usar uma combinação de otimização offline e online. No início, é realizada uma otimização online que inclui aplicar vários pontos de ajuste e avaliar uma função de qualidade. As informações reunidas nos pontos de ajuste recentes são usadas para identificar um ou mais modelos (por exemplo, modelo de ROP, modelo de vibração, etc.) que são usados para uma otimização offline. Uma vez que os parâmetros necessários para o(s) modelo(s) tenham sido estimados, um algoritmo de otimização offline é usado para calcular um ponto de ajuste ótimo ou preferencial com base no(s) modelo(s). Os parâmetros de operação são ajustados para o ponto de ajuste ótimo ou preferencial. Esse processo é continuado durante a operação de perfuração, com o uso da função de qualidade e do(s) modelo(s) para selecionar pontos de ajuste, e rastrear o sistema de perfuração em alteração. Se o sistema tiver sido alterado significativamente (por exemplo, devido a perfuração em uma formação diferente), o processo permuta de volta para a otimização online apenas até que medições suficientes estejam disponíveis para atualizar os modelos que são necessários para a otimização offline.
[00074] Os sistemas e métodos descritos no presente documento fornecem várias vantagens sobre as tecnologias da técnica anterior. Os sistemas e métodos permitem a automação de algumas alterações de parâmetro durante uma operação de perfuração, o que alivia um operador humano da realização de todas as alterações de parâmetro. Em uma modalidade, os sistemas e métodos preservam o controle de operador enquanto reduzem a carga de trabalho, por exemplo, permitindo-se que o operador selecione limites locais e garantem o envolvimento do operador em alterações de parâmetro significativas.
[00075] Por exemplo, as alterações de parâmetro relativamente pequenas que são realizadas continuamente para se encontrar os parâmetros ótimos ou modelos de atualização (por exemplo, realizas a cada trinta minutos) podem ser assumidas por um controlador automatizado. Isso aliviar o operador de ter que realizar essas tarefas, enquanto que continua a envolver o operador em alterações de parâmetro mais amplas.
[00076] Com auxílio dos ensinamentos no presente documento, várias análises e/ou componentes analíticos podem ser usados, que inclui sistemas análogos e/ou digitais. O sistema pode ter componentes tais como um processador, meio de armazenamento, memória, entrada, saída, enlace de comunicações (com fio, sem fio, lama pulsada, óptico ou outro), interfaces de usuário, programas de software, processadores de sinal (digital ou analógico) e outros tais componentes (como resistores, capacitores, indutores e outros) para fornecer operação e análises do aparelho e métodos revelados no presente documento em qualquer uma dentre diversas maneiras bem avaliadas na técnica. Considerou-se que esses ensinamentos podem ser, mas não necessitam ser, implantados em conjunto com um conjunto de instruções executáveis por computador armazenadas em um meio legível por computador, que inclui memória (ROMs, RAMs), óptica (CD-ROMs) ou magnética (discos, discos rígidos), ou qualquer outro tipo que quando executado faz com que um computador implante o método da presente invenção. Essas instruções podem fornecer operação de equipamento, controle, coleção de dados e análise e outras funções consideradas relevantes por um planejador de sistema, proprietário, usuário ou tal outro pessoal, em adição às funções descritas nesta revelação.
[00077] Um indivíduo versado na técnica irá reconhecer que os diversos componentes ou tecnologias podem fornecer funcionalidades ou características necessárias ou benéficas. Consequentemente, essas funções e características, conforme possam ser necessárias em suporte às reivindicações anexas e variações das mesmas, são reconhecidas como incluídas inerentemente como uma parte dos ensinamentos no presente documento e uma parte da invenção revelada.
[00078] Embora a invenção tenha sido descrita com referência às realizações exemplificativas, será entendido pelos versados na técnica que várias mudanças podem ser feitas e que equivalentes podem ser substituídos por elementos das mesmas sem se afastar do escopo da invenção. Adicionalmente, muitas modificações serão evidentes àqueles versados na técnica para adaptar uma situação particular ou um material aos ensinamentos da invenção sem se afastar do escopo essencial da mesma. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada à realização particular revelada como o melhor modo contemplado para realizar essa invenção, mas que a invenção inclua todas as realizações que estejam sob o escopo das reivindicações anexas.
Claims (20)
1. Método para facilitar uma operação de perfuração caracterizado pelo fato de que compreende: receber um ponto de ajuste atual (80, 90) para uma operação de perfuração, em que o ponto de ajuste atual (80, 90) indicar um valor de um parâmetro operacional no qual a operação de perfuração está sendo realizada; receber um limite global (72, 84, 94) que indica pelo menos um dentre um valor máximo e um mínimo do parâmetro operacional que se permite aplicar à operação de perfuração; definir um limite local (88) para o parâmetro operacional, em que o limite local (88) indica pelo menos um dentre um valor máximo local e um valor mínimo local do parâmetro operacional, o limite local (88) é um subconjunto do limite global (72, 74, 84); receber um valor de alteração de parâmetro proposto, em que o valor de alteração de parâmetro proposto indica uma alteração proposta para o parâmetro operacional a partir do ponto de ajuste atual (80, 90); e selecionar o ajuste do parâmetro operacional com base no valor de alteração do parâmetro proposto de acordo com um nível de automação, sendo que o nível de automação é baseado em uma comparação entre o valor de alteração de parâmetro proposto e o limite local (88), o nível de automação ser um primeiro nível de automação com base no valor de alteração do parâmetro, fazendo com que o parâmetro operacional esteja dentro do limite local (88), o nível de automação sendo um segundo nível com base no valor de alteração do parâmetro, fazendo com que o parâmetro operacional seja fora do limite local (88) e dentro do limite global (72, 74, 84).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor de alteração de parâmetro proposto é fornecido por um algoritmo de otimização de perfuração.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor de alteração de parâmetro proposto inclui um ponto de ajuste-alvo (78, 86, 92) que indica um valor-alvo do parâmetro operacional.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o limite local (88) é selecionado independentemente de pelo menos um dentre o ponto de ajuste atual (80, 90) e o ponto de ajuste-alvo, ou é relativo a pelo menos um dentre o ponto de ajuste atual e o ponto de ajuste-alvo (78, 86, 92).
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor de alteração de parâmetro proposto inclui uma ou mais alterações de parâmetro selecionadas para excitar um sistema de perfuração (10) para fornecer informações de modelo de sistema de perfuração.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro nível e o segundo nível representam diferentes níveis de envolvimento humano no ajuste do parâmetro operacional, e em que indicar o nível de automação inclui: indicar o primeiro nível de automação com base em um valor do parâmetro operacional que está dentro do limite local (88), se a alteração proposta for aplicada à operação de perfuração; e indicar o segundo nível de automação com base no valor do parâmetro operacional que está fora do limite local (88), se a alteração proposta for aplicada à operação de perfuração.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro nível de automação é de automação completa em que um processador (40) pode ajustar de maneira autônoma a operação de perfuração, e o segundo nível de automação necessita de envolvimento por um operador humano.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente ajustar o parâmetro operacional durante a operação de perfuração através de pelo menos um dentre um processador (40) e um operador humano.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o parâmetro operacional inclui uma pluralidade de parâmetros que definem um espaço de parâmetro (70), e o limite local (88) define um subespaço (76) dentro do espaço de parâmetro (70).
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o subespaço (76) é definido para cada um dentre a pluralidade de parâmetros, e o limite local (88) inclui um respectivo limite local para cada um dentre a pluralidade de parâmetros, sendo que cada limite local é associado a um nível de automação selecionado.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a definição do limite local (88) é realizada por pelo menos um dentre um processador (40) e um operador humano.
12. Sistema para facilitar uma operação de perfuração compreendendo: um transportador (14) configurado para ser disposto em um furo de sondagem (12) em uma formação terrestre (16); pelo menos um dentre um sensor de superfície (28, 30, 32) e um sensor de fundo de poço (36) configurado para medir os parâmetros associados à operação de perfuração; o sistema caracterizado por: um processador de controle de perfuração (40) configurado para receber um ponto de ajuste atual (80, 90) para uma operação de perfuração, em que o ponto de ajuste atual (80, 90) indica um valor de um parâmetro operacional no qual a operação de perfuração está sendo realizada, sendo que o processador de controle de perfuração (40) é configurado para gerar uma alteração proposta ao parâmetro operacional a partir do ponto de ajuste atual (80, 90), o parâmetro operacional é submetido a um limite global (72, 74, 84) que indica pelo menos um dentre um valor máximo e um mínimo do parâmetro operacional que se permite aplicar à operação de perfuração; e um processador de controle de automação (40) configurado para executar instruções que permitem ao processador: receber o ponto de ajuste atual (80, 90), em que o limite global (72, 74, 84) e um valor de alteração de parâmetro proposto indicam a alteração proposta; definir um limite local (88) para o parâmetro operacional, em que o limite local (88) indica pelo menos um dentre um valor máximo local e um valor mínimo local do parâmetro operacional, o limite local (88) é um subconjunto do limite global (72, 74, 84); e ajustar o parâmetro operacional com base no valor de alteração proposto, de acordo com um nível de automação, sendo que o nível de automação é baseado em uma comparação entre o valor de alteração de parâmetro proposto e o limite local (88), o nível de automação sendo um primeiro nível de automação com base no valor de alteração do parâmetro, fazendo com que o parâmetro operacional esteja dentro do limite local (88), o nível de automação sendo um segundo nível com base no valor de alteração do parâmetro, fazendo com que o parâmetro operacional seja fora do limite local (88) e dentro do limite global (72, 74, 84).
13. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o processador de controle de perfuração (40) executa um algoritmo de otimização de perfuração para gerar a alteração proposta.
14. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, carac- terizado pelo fato de que o valor de alteração de parâmetro proposto inclui um ponto de ajuste-alvo (78, 86, 92) que indica um valor-alvo do parâmetro operacional.
15. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o valor de alteração de parâmetro proposto inclui uma ou mais alterações de parâmetro selecionadas para excitar um sistema de perfuração (10) para fornecer informações de modelo de sistema de perfuração.
16. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o limite local (88) é selecionado independentemente de pelo menos um dentre o ponto de ajuste atual (80, 90) e o ponto de ajuste-alvo (78, 86, 92), ou é relativo a pelo menos um dentre o ponto de ajuste atual (80, 90) e o ponto de ajuste- alvo (78, 86, 92).
17. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o primeiro nível e o segundo nível representam diferentes níveis de envolvimento humano no ajuste do parâmetro operacional, em que o primeiro nível é mais alto do que o segundo nível, e o processador de controle de automação (40) é configurado para, em execução: indicar o primeiro nível de automação com base em um valor do parâmetro operacional que está dentro do limite local (88), se a alteração proposta for aplicada à operação de perfuração; e indicar o segundo nível de automação com base no valor do parâmetro operacional que está fora do limite local (88), se a alteração proposta for aplicada à operação de perfuração.
18. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o primeiro nível de automação é de automação completa, em que o processador de controle de perfuração (40) pode ajustar de maneira autônoma a operação de perfuração, e o segundo nível de automação necessita de envolvimento por um operador humano.
19. Sistema, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o parâmetro operacional inclui uma pluralidade de parâmetros que define um espaço de parâmetro (70), e o limite local (88) define um subespaço (76) dentro do espaço de parâmetro (70) que circunda pelo menos um dentre o ponto de ajuste atual (80, 90) e o ponto de ajuste-alvo (78, 86, 92).
20. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o algoritmo de otimização de perfuração fornece um método de otimização que inclui: mizar a operação de perfuração em relação a uma meta de alta prioridade; otimizar a operação de perfuração em relação uma meta de baixa prioridade após a operação de perfuração ser otimizada em relação à meta de alta prioridade; e monitorar a operação de perfuração para determinar se a operação de perfuração permanece otimizada em relação à meta de alta prioridade.
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