CN102325963B - 钻井评分卡 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于评估在钻井眼方面的钻井准确度成绩的方法、系统、以及设备，可以包括：(1)通过监视指示实际工具面取向与工具面预报之间的差的钻井操作参数而监视工具(例如井下可操纵马达)的实际工具面取向(230)；(2)记录实际工具面取向与工具面预报之间的差(240)；以及(3)对实际工具面取向与工具面预报之间的差评分(250)。

Description

钻井评分卡
背景技术
地下钻井涉及使用被连接到钻柱的钻头而钻井眼穿过地球深处的岩层。在旋转钻井期间，通常由地面上的顶驱或其它旋转驱动器来使钻头旋转，其中，钻轴和/或其它机械装置在旋转驱动机构与钻柱之间连接并传递转矩。在钻井期间，由紧邻钻头安装在钻柱中的钻井马达来使钻头旋转，并且可以是由旋转驱动机构来使钻柱旋转，或可以不是。
可以垂直地、水平地或定向地执行钻进操作。垂直钻井通常指的是其中钻柱的轨道是垂直的、即相对于垂直方向以小于约10°倾斜的钻井。水平钻井通常指的是其中钻柱轨道水平地倾斜、即距垂直方向约90°的钻井。定向钻井通常指的是其中钻柱的轨道定向倾斜、在约10°与约90°之间的钻井。修正运行通常指井是计划垂直的但已非故意地偏离且必须被操纵或定向地钻回到垂直方向的井。
可以使用各种系统和技术来执行垂直、定向和水平钻井。例如，可操纵系统使用钻井马达，该钻井马达具有被结合到钻柱的钻具组合(BHA)中的弯支架。可以以其中钻柱不旋转且单独地由钻井马达使钻头旋转的滑动模式下操作可操纵系统。弯支架随着钻柱滑动通过井眼而在期望的方向上操纵钻头，从而实行定向钻井。可替换地，可以在旋转模式下操作可操纵系统，在旋转模式中，在钻井马达正在运行的同时使钻柱旋转。
还可以使用旋转可操纵工具来执行定向钻井。一个特定类型的旋转可操纵工具可以包括在钻头附近位于钻柱上并在钻柱的某些或全部回转期间以某个固定取向伸展或收缩的衬垫或臂。臂与井眼的表面之间的接触在钻头附近对钻柱施加横向力，其在期望的钻井方向上推动钻头或使钻头指向期望的钻井方向。
还可以使用旋转可操纵马达来实现定向钻井，该旋转可操纵马达包括构成BHA的一部分的钻井马达以及某种类型的操纵设备，诸如上文所讨论的可伸展收缩的臂。与可操纵系统相反，旋转可操纵马达允许在钻柱正在旋转的同时执行定向钻井。随着钻柱旋转，减少了摩擦力，并且更大的钻压通常可用于钻井。因此，旋转可操纵马达相对于可操纵系统或旋转可操纵工具而言通常能够在定向钻井期间实现更高的穿透速率，因为钻柱旋转和井内马达的组合转矩和功率被施加于钻头。
定向钻井要求钻柱的圆周上的固定参考点相对于井眼上的参考点的角取向的实时了解。参考点通常是垂直井中的磁北，或者是倾斜井中的井眼的高边。固定参考点的此取向通常被称为工具面。例如，用可操纵马达钻井要求了解工具面，使得衬垫在钻柱处于特定角位置时能够伸展和收缩，从而沿着期望的方向推进钻头。
当基于对应于磁北的参考点时，工具面通常被称为磁性工具面(MTF)。当基于与井眼的高边对应的参考点时，工具面通常被称为重力工具面(GTF)。通常基于局部重力场的横向分量、即与钻柱的轴垂直的局部重力场的分量的测量来确定GTF。通常使用加速度计和/或BHA所包括的其它传感设备来获取这些分量。通常基于地球的局部磁场的横向分量的测量来确定MTF，通常使用磁强计和/或BHA所包括的其它传感设备来获取地球的局部磁场的横向分量。
获得、监视并调整钻井方向传统地要求操作员必须在地面上手动地划一条线或者以某种方式对钻柱进行标记以监视其相对于井下工具取向的取向。也就是说，虽然能够以一定时间间隔确定GTF或MTF，但顶驱或转台取向不是自动已知的。因此，只能由操作员或通过使用诸如在Nabors Global Holdings公司的在2008年9月19日提交的共同待决申请号12/234,584中描述的专用钻井设备来估计工具面与钻轴位置之间的关系。已知的是，此关系基本上受到作用在钻柱和钻头上的反转矩的影响。
在本领域中应理解的是，定向钻井和/或水平钻井不是精密科学，并且存在将促使在或不在规定的过程中钻井的许多因素。BHA的成绩受到井下岩层、钻压(WOB)、钻井液泵速率、以及各种其它因素的影响。定向和/或水平井还受到工程、以及钻井计划的执行的影响。在钻井过程结束时，目前未太多地注意评估负责控制钻机的钻井者的表现，更不用说其有效方法。因此，长期以来需要更准确地评估钻井者将工具面保持在正确取向上的能力，并能够更准确地评估钻井者将井保持在靶上(诸如正确的倾斜角和方位角)的能力。
发明内容
本发明涵盖一种如下的方法：通过下述步骤评估井眼中的钻井成绩：监视井下可操纵马达的实际工具面取向和指示实际工具面取向与被称为工具面预报的推荐工具面取向之间的差的钻井操作参数、记录实际工具面取向与工具面预报之间的差、以及通过把表示钻井成绩且根据该差变化的值赋给所述差而对实际工具面取向与工具面预报之间的差进行评分。优选地，本发明还涵盖将所述值提供给评估者。
本发明涵盖一种如下的方法：监视井下可操纵马达的实际工具面取向与工具面预报(通过监视指示实际工具面取向之间的差的钻井操作参数)、记录实际工具面取向与工具面预报之间的差、并通过把表示钻井成绩且根据该差而变的值赋给所述差来对实际工具面取向与工具面预报之间的差评分，由此评估钻井者(例如钻机操作员)的钻井成绩和钻井眼方面的钻井者作业成绩。优选地，本发明还涵盖将所述值提供给评估者。在本发明的每方面的优选实施例中，评估者可以是钻井者或与钻井者同等的人或两者。
在一个实施例中，以井眼钻井的一部分期间的均等发生的时间间隔执行记录所述差。在另一实施例中，针对已操作钻机的多个钻井者中的每一个执行对所述差评分。在另一实施例中，以井眼中的均等发生的长度或深度间隔来执行记录所述差。
在优选实施例中，所述方法可替换地或进一步包括监视与井下可操纵马达相关联的实际钻压参数，监视在地面处测量的重量参数，记录实际钻压参数，记录在地面处测量的重量参数，记录实际钻压参数与期望钻压参数之间的差，并对实际钻压参数与期望钻压参数之间的差评分。可以将在地面处测量的重量参数与实际钻压参数相比较，以获得对地面重量与实际钻压之间的关系的理解。
在优选实施例中，所述方法进一步包括通过监视指示实际倾斜角与期望倾斜角之间的差的钻井操作参数而监视井下可操纵马达的实际倾斜角、记录实际倾斜角和期望倾斜角之间的差、以及对实际倾斜角与期望倾斜角之间的差评分。在另一不同的优选实施例中，所述方法进一步包括通过监视指示实际方位角与期望方位角之间的差的钻井操作参数而监视井下可操纵马达的实际方位角、记录实际方位角和期望方位角之间的差、以及对实际方位角与期望方位角之间的差评分。
本发明还涵盖用于评估钻井眼方面的钻井成绩的系统，其包括用于通过监视指示实际工作面取向与工作面预报之间的差的钻井操作参数而监视井下可操纵马达的实际工具面取向的装置、用于记录实际工具面取向与工具面预报之间的差的装置、用于通过把表示钻井准确度且随着所述差变化的值赋给所述差来对实际工具面取向与工具面预报之间的差评分的装置；以及可选地但优选地，用于将该值提供给评估者的装置。
在一个实施例中，所述用于记录差的装置适合于以井眼钻井的一部分期间的均等发生的时间间隔进行记录。在另一实施例中，针对已操作钻机的多个钻井者中的每一个执行所述用于对所述差评分的装置。在另一实施例中，所述用于记录差的装置适合于以井眼中的均等发生的长度或深度间隔进行记录。
在优选实施例中，所述系统进一步包括用于通过监视指示实际倾斜角与期望倾斜角之间的差的钻井操作参数而监视工具的实际倾斜角的装置、用于记录实际倾斜角与期望倾斜角之间的差的装置、以及用于对实际倾斜角与期望倾斜角之间的差评分的装置。在另一优选实施例中，所述系统进一步包括用于通过监视指示实际方位角与期望方位角之间的差的钻井操作参数而监视工具的实际方位角的装置、用于记录实际方位角与期望方位角之间的差的装置、以及用于对实际方位角与期望方位角之间的差评分的装置。
本发明还涵盖用于评估钻井眼方面的成绩的钻井准确度评分设备，该设备包括：被配置为检测指示井下可操纵马达的实际工具面取向与工具面预报之间的差的钻井操作参数的传感器；以及被配置为计算实际工具面取向与工具面预报之间的差且通过对把根据该差的大小而变并表示钻井准确度的值赋给所述差而对该差评分的控制器；以及可选地，但优选地，适合于将至少所计算的分值提供给评估者的显示。在一个实施例中，所述显示可以是包括计算的分值的打印输出。在另一实施例中，所述显示可以是在人机接口上显示的当前分值。可以实时地或以实时后面的短暂滞后显示此分值，从而向钻井者提供更即时的反馈。
在优选实施例中，所述设备进一步包括将记录实际工具面取向与工具面预报之间的差的记录器。在另一实施例中，所述设备进一步包括被配置为检测指示实际倾斜角与期望倾斜角之间的差的钻井操作参数的传感器、以及被配置为计算实际倾斜角与期望倾斜角之间的差并对其评分的控制器。在另一实施例中，所述设备进一步包括被配置为检测指示实际方位角与期望方位角之间的差的钻井操作参数的传感器；以及被配置为对实际方位角与期望方位角之间的差评分的控制器。在另一实施例中，所述评估者包括钻井者、钻井队、钻井监督者或其组合。
附图说明
当与附图一起阅读时，通过以下详细说明，将最好地理解本公开。应强调的是，依照行业中的标准惯例，各种部件不是按比例描绘。实际上，为了讨论的明了起见，可以任意地增大或减小各种部件的尺寸。其中
图1是根据本公开的一个或多个方面的显示的示意图；
图2是图1所示的显示的一部分的放大视图；
图3是根据本公开的一个或多个方面的钻井评分卡的示意图；
图4是根据本公开的一个或多个方面的钻井评分卡的示意图；
图5是根据本公开的一个或多个方面的钻井评分卡的示意图；以及
图6是根据本公开的一个或多个方面的钻井评分卡的示意图。
应理解的是，以下公开提供用于实现各种实施例的不同特征的许多不同实施例或示例。下文描述了组件和布置的具体实例以简化本公开。当然，这些仅仅是实例且并不意图是限制性的。另外，本公开可以在各种实例中重复附图标记和/或字符。此重复是出于简化和明了的目的，并且本身并不规定所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。
具体实施方式
已经确定用于评估钻井准确度的技术在自反馈机制中令人惊奇地有用。例如，如果负责控制钻机的钻井者的能力是已知的，则能够进行更好的判定，以确定钻机是否要求更多或更少的监督。知道自己准确度的钻井者致力于在将来的钻井中增加准确度。一般假设钻井者不精于适当地保持工具面取向并且因此使得井偏离靶地。因此，向作业提供定向钻井人以监督钻机的钻井者。根据本发明的各方面的系统、设备或方法能够有利地帮助确定钻井者是否有错误，或者未预期的岩层或设备故障或急迫的故障是否可能是不准确钻井的原因。参考图1，所示的是根据本公开的一个或多个方面的人机接口(HMI)100的一部分的示意图。HMI 100可以被操作员在定向和/或其它钻井操作中用来监视工具面取向与钻轴位置之间的关系。在示例性实施例中，HMI 100是可由用户在钻井操作中选择的多个显示屏中的一个，并且可以被包括为在授予给Richarson等人、题为“Drilling Method and Apparatus”的美国专利号6,050,348；或2008年9月19日提交的共同待决美国专利申请号12/234,584、或要求其优先权的任何申请或专利中的一个或多个中描述的人机接口、钻井操作和/或钻井设备，或者与之相关联。这些参考中的每一个的整个公开内容被整体地通过其明确引用而被整体地并入本文中。还可以将HMI 100实现为记录在计算机可读介质上的一系列指令，诸如在这些参考中的一个或多个中所描述的。
定向钻井人在钻井时可使用HMI 100在三维空间中监视BHA。可以将在钻井操作中驱动一个或多个其它人机接口的控制系统或计算机配置为也显示HMI 100。可替换地，可以由单独的控制系统或计算机来驱动或显示HMI 100，并且可以在除了在其上面显示其余钻井操作屏幕的显示器之外的计算机显示器(监视器)上显示。在一个实施例中，控制系统是一旦向HMI输入了钻井计划、能够自动地操作的闭环控制系统。
驱动HMI 100的控制系统或计算机能够包括“综述(survey)””或其它数据通道，或者能够包括适合于接收和/或读取从BHA中继的传感器数据的设备、或替换地用于接收和/或读取该传感器数据的装置、随钻测量(MWD)组件和/或其它钻井参数测量装置，其中，此类中继可以例如经由井场信息传输标准(WITS)、WITS标记语言(WITSML)和/或另一数据传输协议。其中，此类电子数据可以包括基于重力的工具面取向数据、基于磁性的工具面取向数据、方位角工具面取向数据和/或倾斜角工具面取向数据。在示例性实施例中，当工具面取向相对于垂直方向小于约7°时，电子数据包括基于磁性的工具面取向数据，并且替换地，当工具面取向相对于垂直方向大于约7°时，包括基于重力的工具面取向数据。然而，在其它实施例中，电子数据可以包括基于重力和磁性两者的工具面取向数据。工具面取向数据可以涉及钻柱的远端相对于磁北、井眼高边和/或另一预定取向的方位角方向。倾斜角工具面取向数据可以涉及钻柱的远端相对于垂直方向的倾斜角。
如图1所示，可以将HMI 100描述为基本上类似于具有多个同心嵌套圆环的标度盘或靶形状。在本实施例中，在HMI 100中用符号110来表示基于磁性的工具面取向数据，并且用符号115来表示基于重力的工具面取向数据。HMI 100还包括表示钻轴位置的符号120。在图1所示的示例性实施例中，磁性工具面数据符号110是圆形的，重力工具面数据符号115是矩形的，并且钻轴位置数据符号120是三角形的，因此将不同类型的数据相互区别开。当然，在本公开的范围内可以利用其它形状或可视化工具。还可以或替换地经由色彩、大小、闪烁、闪烁速率和/或其它图形手段将符号110、115、120相互区别开。
符号110、115、120可以仅指示最新的工具面(110、115)和钻轴位置(120)测量。然而，如图1所示的示例性实施例，HMI 100可以包括工具面和钻轴位置测量的历史表示，使得显示最新的测量和多个直接邻近先前测量。因此，例如，HMI 100中的每个圆环105可以表示测量迭代或计数，或预定时间间隔，或者指示最新测量与在先测量之间的历史关系。在图1所示的示例性实施例中，在标度盘中存在五个此类圆环105(最外面的圆环是为其它数据标记预留的)，每个圆环105表示数据测量和中继迭代或计数。工具面符号110、115每个可以包括指示每个测量的相对经时(age)的数字。在其它实施例中，色彩、形状和/或其它标记可按图形方式描绘测量的相对经时。虽然在图1中未这样描绘，但可以采用此概念来历史地描绘钻轴位置数据。
HMI 100还可以包括将数据符号110、115、120的形状、色彩、和/或其它参数联系到该符号所表示的相应数据的数据图例125。HMI100还可以包括当前工具面模式设置的文本和/或其它类型的指示符130。例如，可以将工具面模式设置为显示仅重力工具面数据、仅磁性工具面数据或其组合(可能基于当前工具面和/或钻柱末端倾斜角)。指示符130还可以指示当前系统时间。指示符130还可以识别由HMI100监视或显示的辅助通道或参数。例如，在图1所示的示例性实施例中，指示符130指示用户当前选择了组合(“Combo”)工具面模式，在辅助通道上正在监视钻头深度，并且当前系统时间是13:09:04。
HMI 100还可以包括显示当前或最新工具面取向的文本和/或其它类型的指示符135。指示符135还可以显示当前工具面测量模式(例如重力vs.磁性)。指示符135还可以显示执行或接收最新工具面测量的时间，以及当时正在通过第二通道监视的任何参数的值。例如，在图1所示的示例性实施例中，最新工具面测量是由重力工具面传感器测量的，其指示工具面取向为-75°，并且此测量是在相对于系统时钟的时间13:00:13进行的，在该时间，最新测量了达到1830英尺的钻头深度。
HMI 100还可以包括显示钻柱的远端的当前或最新倾斜角的文本和/或其它类型的指示符140。指示符140还可以显示执行或接收最新倾斜角测量的时间，以及当时正在通过第二通道监视的任何参数的值。例如，在图1所示的示例性实施例中，最新钻柱末端倾斜角是8°，并且此测量是在相对于系统时钟的时间13:00:04进行的，在该时间，最新测量了达到1830英尺的钻头深度。HMI 100还可以包括显示当前或最新倾斜角的另外的图形或其它类型的指示符140a。因此，例如，HMI100可以用文本指示符(例如指示符140)和图形指示符(例如指示符140a)两者来描绘当前或最新倾斜角。在图1所示的实施例中，图形倾斜角指示符140a将当前或最新倾斜角表示为拱形条，其中，该条的长度指示倾斜角与垂直方向不同的程度。
HMI 100还可以包括显示钻柱的远端的当前或最新方位角取向的文本和/或其它类型的指示符145。指示符145还可以显示执行或接收最新方位角测量的时间，以及当时正在通过第二通道监视的任何参数的值。例如，在图1所示的示例性实施例中，最新钻柱末端方位角是67°，并且此测量是在相对于系统时钟的时间12:59:55进行的，在该时间，最新测量了达到1830英尺的钻头深度。HMI 100还可以包括显示当前或最新倾斜角的另外的图形或其它类型的指示符145a。因此，例如，HMI 100可以用文本指示符(例如指示符145)和图形指示符(例如指示符145a)两者来描绘当前或最新倾斜角。在图1所示的实施例中，图形方位角指示符145a将当前或最新方位角测量结果表示为拱形条，其中，条的长度指示方位角取向不同于真北或某个其它预定位置的程度。
如图1所示，显示了工具面预报扇区的示例，示出250度的示例性工具面预报。在本示例中，这是优选的角区域，其中，钻井者或定向钻井者或自动化钻井程序应努力保持他或它的工具面读数在该角区域内。
参考图2，示出了图1所示的HMI 100的一部分的放大视图。在其中HMI 100被描绘为标度盘或靶形状的实施例中，最新工具面和钻轴位置测量结果可以最接近于标度盘的边缘，使得较旧的读数可以向标度盘中间步进。例如，在图2所示的示例性实施例中，最后一个读数在当前描绘的系统时间8分钟之前，下一个读数是在当前描绘的系统时间之前第8分钟内接收到的，并且最旧的读数是在当前描绘的系统时间之前第9分钟内接收到的。时间为几小时或几秒的读数可以以用于小时的“h”或诸如用于当前描绘的系统时间二十五秒之前的“:25”的格式来指示时间的长度/单位。
同样如图2所示，将用户的鼠标指针或其它图形用户输入装置定位于工具面或钻轴位置符号110、115、120中的一个上可以在弹出窗口150中显示符号的时间戳以及辅助指示符(如果有的话)。时间戳可以取决于记录该测量的实际时间时的设备设置。工具面符号110、115可以显示从传感设备记录测量时起所经历的时间(例如相对于当前系统时间)。被设置为显示时间戳的辅助通道可以根据记录测量的设备来显示时间戳。
在图1和2所示的实施例中，HMI 100示出参考真北、井眼高边、或某个其它预定取向的绝对钻轴位置。HMI 100还显示从井下工具(例如MWD)接收到的当前和历史工具面数据。HMI 100、在本公开范围内的其它人机接口、和/或在本公开范围内的其它工具可以通过准确地监视并同时向用户显示工具面和钻轴位置测量，而具有、使能和/或展示出在反转矩对工具面测量的影响上的简化理解。
鉴于上述内容、附图和并入其中的附图标记，本领域的技术人员应容易地理解的是，本公开介绍了一种可视地演示工具面取向与钻轴位置之间的关系的方法，该方法包括：(1)优选地在运行中接收电子数据，其中，电子数据包括钻轴位置数据及基于重力的工具面取向数据和基于磁性的工具面取向数据中的至少一个；以及(2)以描绘从最新测量和多个直接邻近的先前测量得到的数据的历史格式在用户可观察显示器上显示电子数据。钻头与收集电子数据的传感器之间的距离优选地尽可能地小，同时仍至少充分地或完全地获得准确的读数，并且在没有钻头干扰的情况下获得准确读数所需的最小距离将是已知的，或者由本领域的技术人员容易地确定。电子数据可以进一步包括工具面方位角数据，涉及在钻头附近钻柱的方位角取向。电子数据可以进一步包括工具面倾斜角数据，涉及在钻头附近钻柱的倾斜角。钻轴位置数据可以涉及钻轴、顶驱、凯氏方钻杆和/或其它旋转驱动装置或机构对钻头和/或工具面的取向。可以从MWD和/或其它井下传感器/测量设备或装置接收电子数据。
所述方法可以进一步包括基于执行提供该电子数据的测量时的特定时间而使电子数据与时间标记相关联。在示例性实施例中，可以以文本方式来显示最新数据，并且可以以图形方式来显示较旧的数据，诸如优选地标度盘或靶状表示。在其它实施例中，可以使用不同的图形形状，诸如椭圆形、正方形、三角形、或基本上类似但具有视觉差别的形状，例如圆角、波形线等。不同信息的嵌套是优选的。
图形显示可以包括时间相关或时间特定符号或其它图标，其每个可以是用户可访问的以临时显示与该时间相关联的数据(例如，弹出数据)。图标可以具有相对于其它图标的经时的数字、文本、色彩、或其它指示。可以优选地按时间对图标进行定向，在标度盘边缘处最新，在标度盘中心处最旧。在替换实施例中，可以以相反的方式对图标进行定向，在标度盘边缘处最旧且朝着标度盘中心是较新的信息。该图标可描述从(1)由相应的传感器设备记录测量至(2)当前计算机系统时间的在时间上的变化。显示器还可以显示当前系统时间。
本公开还介绍了一种设备，包括：(1)适合于在运行中或可替换地再现地接收电子数据的设备或用于以同样的方式接收该电子数据的装置，其中，所述电子数据包括钻轴位置数据即基于重力的工具面取向数据和基于磁性的工具面取向数据中的至少一个；以及(2)适合于以描绘从最新测量和多个紧邻的在先测量得到的数据的历史格式在用户可观察显示器上显示电子数据的装置。
本公开的范围内的实施例可以提供相对于现有技术的某些优点。例如，当工具面和钻轴位置数据在单个视觉显示上被组合时，其可以帮助操作员或其他人员了解工具面与钻轴位置之间的关系。在单个显示上将工具面和钻轴位置数据组合还可以或可替换地帮助理解反转矩与工具面和/或钻轴位置具有的关系。在垂直钻井、水平钻井、定向钻井和/或修正运行期间可以认识到这些优点。例如，可以使钻轴来回旋转或“摇摆”，在每个方向上通过期望的工具面位置约1/8至约8转，优选地通过约1/2至约4转，以减少钻井期间的井中的摩擦。在一个实施例中，钻轴能够在每个方向上振荡5转。此摇摆能够有利地通过对钻轴位置的了解来实现，特别是当与工具面位置数据相结合地进行时。
在本实施例中，能够将井下工具与地面上的顶驱可操作地关联，使得促进工具面的定向。可以增大或减小WOB，并产生转矩以转动管道，并因此根据期望将工具面拉到新的方向。在优选实施例中，来回摇摆可以是自动化的，并被用来帮助通过将靶设置为例如当前位置以北1000ft并使HMI朝着该靶指引钻头来帮助操纵钻井。当实际钻井是手动的时，可以跟踪本文所讨论的评分并用来使得改进的钻井成为有挑战性的游戏而不仅仅是作业任务。根据本发明的实施例，振荡可以是不对称的，这能够有利地促进转动工具面并向不同的方向钻井。例如，可以使管道顺时针方向旋转4转且随后逆时针方向旋转6转，或者顺时针方向7次且随后逆时针方向3次，并且然后通常根据需要随机地或以一种模式移动钻井轴承更接近于靶的方向。此摇摆完全可以在不改变WOB的情况下实现。振荡的不对称程度可以随着工具面和钻进开始接近朝向靶的期望预置进向而减小。因此，例如，摇摆可以从顺时针方向4次和逆时针方向6次开始，然后变成和然后一旦实现期望航向则变成对称的。可以以1/8或1/4转增量(或更大，例如1/2或1)选择之间的附加点以更精确地操纵到目标航向的钻井。
参考图3，在示例性实施例中，可以使用评分卡200来更准确地评估钻井者将工具面保持在正确取向上的能力。可以将评分卡200实现为记录在计算机可读介质上的一系列指令。在替换实施例中，可以在硬拷贝中实现评分卡，诸如在纸质笔记本、画架中或者在墙壁上的白板或张贴板上。可以确定期望的或工具面预报TFD 210以向靶或沿着钻井计划操纵井。可以从井场或远程地、例如通过因特网连接来将TFD 210输入到评分卡200中。TFD 210还可以具有可接受最小和最大公差TFT 200，可以从井场或远程地将其输入到评分卡200中。可以从BHA、MWD、和/或其它钻井参数测量装置接收测量的工具面角TFM230。TFM 230可以包括基于重力的工具面取向、基于磁性的工具面取向数据、和/或陀螺仪工具面取向数据。这些测量可以在井下被进行，被存储在固态存储器中一段时间，并被从地面上的仪器下载和/或传送到地面。数据传输方法可以包括本领域的技术人员已知的任何可用方法，例如，以数字方式将数据编码并将已编码数据传送到地面，作为钻井液或泥浆体系中的压力脉冲、通过钻柱的声学传输、通过线路或有线管道以电子方式传送和/或作为电磁脉冲来传送。数据中继可以是经由WITS、WITSML、和/或另一数据传输协议。可以一次、连续地、周期性地和/或以随机的间隔执行上述由传感器执行的测量。该测量可以由访问人机接口(HMI)的操作员或其他人手动地触发，或者由例如满足预定条件的触发特性或参数(例如，时间段的截止、通过达到预定深度或钻头长度测量的钻井进展、到达预定量的钻头使用等)来自动地触发。在示例性实施例中，每两个小时进行测量，并且针对每次测量显示时间235。可以显示TFD 210与TFM 230之间的差240，或者替换地，或除此之外，可以显示TFD与TFM之间的百分比差。另一实施例将是对作为在工具面预报扇区内部或外部获取的任何工具面读数评分，其可以优选地被评分，以基于与接收到的工具面结果的总数相比在工具面预报扇区内部的接收到的工具面结果的数目，而提供评分，被表示为百分比或分值。在示例性实施例中，差240可以得到用于每个时间235的分值250。可以计算分值250以提供用于更接近于TFD 210的TFM 230的更大量的点。例如，可以将10个点判定为在靶上，5个点偏离靶5度，0个点偏离靶10度或以上。0-5和5-10度内的变化可以是线性的，或者可以布置为以非线性方式更陡峭地下降，更远地偏离结果目标。例如，可以将10个点判定为在靶上，8个点偏离靶1度，5个点偏离靶2度，1个点偏离靶3度，并且没有点用于更不准确的钻井。评分能够随着时间的推移改变，从而基于给定一天的钻井时间长度将分值归一化。作为另一个替换，可以将每个时间的评分布置为使得在工具面公差TFM 230内惩罚是最小的，例如，在差240小于TFM230的情况下，分值是可能的最大值，或者分值以比在差240大于TFM230时慢的速率减小。例如，对于公差内的每1度，可以从最大分值扣除1个点，对比对于在公差外的每1度，从最大值扣除2个点。使用这些实施例作为指导，过多替换评分方法中的任何也在本公开的范围内。在示例性实施例中，可以在执行钻井操作时在HMI 100上显示当前分值250。
参考图4，在示例性实施例中，可以为可能占有钻机的控制的各钻井者保持评分卡200，例如白天班钻井者260和夜班钻井者270可以进行竞争以查看谁累积最多的点。可替换地或除此之外，可以为自动化钻井程序，例如可从Nabors Industries获得的RockitTM Pilot保持评分卡200，以比较钻井者的记录，从而评估钻井者是否能够实现、超过由完成钻井计划的此类自动化钻井设备实现的分值，或者使与该分值的差最小化。通过个人识别、财务奖赏(例如向上或向下调整)或两者，评分卡200可以用作奖励计划的一部分以奖赏准确的钻井成绩。
参考图5，在示例性实施例中，可以使用评分卡300来更准确地评估钻井者将BHA保持在正确倾斜角的能力。可以确定期望或目标倾斜角IAD 310以向靶或沿着钻井计划操纵井。可以从井场或远程地、例如通过因特网连接将IAD 310输入到评分卡300中。IAD 310还可以具有可接受的最小和最大公差IAT 320，可以从井场或远程地将其输入到评分卡300中。可以从BHA、MWD、和/或其它钻井参数测量装置接收测量的倾斜角IAM 330。在示例性实施例中，每两个小时进行测量，并且针对每次测量显示时间335。可以显示IAD 310与IAM 330之间的差340，或者替换地，或除此之外，可以显示TFD与TFM之间的百分比差。在示例性实施例中，差340可以得到用于每个时间335的分值350。可以计算分值350以提供用于更接近于IAD 310的IAM 330的更大量的点。例如，可以将10个点判定为在靶上，5个点偏离靶5度，0个点偏离靶10度或以上。替换评分方法也在本公开的范围内，包括但不限于上述那些中的任何。可以为可以占有钻机的控制的各种钻井者保持评分卡300，例如，如本文所述。
可替换地，或除此之外，可以为自动化钻井程序，例如可从NaborsIndustries获得的RockitTM Pilot保持评分卡300。如本文所述，评分卡300可以用作奖励计划的一部分以奖赏准确的钻井成绩。可替换地，或另外，可以在HMI 100上显示分值350。可以针对自动化钻井系统本身、或者替换地在各种钻井条件下自动化钻井系统本身、基于特定类型的地质岩层等对自动化钻井系统进行评分。在一个实施例中，还可以针对同一钻机上的钻井者来比较自动化钻井系统。
参考图6，在示例性实施例中，可以使用评分卡400来更准确地评估钻井者将BHA保持在正确方位角的能力。可以确定期望或目标方位角AAD 410以向靶或沿着钻井计划操纵井。可以从井场或远程地、例如通过因特网连接将AAD 410输入到评分卡400中。AAD 410还可以具有可接受的最小和最大公差AAT 420，可以从井场或远程地将其输入到评分卡400中。可以从BHA、MWD和/或其它钻井参数测量装置接收测量的方位角AAM 430。在示例性实施例中，每两个小时进行测量，并且针对每次测量显示时间435。可以显示AAD 410与AAM 430之间的差440，或者替换地，或除此之外，可以显示AAD与AAM之间的百分比差。在示例性实施例中，差440可以得到用于每个时间435的分值450。可以根据本文所讨论的任何方法来计算分值450以提供用于更接近于AAD 410的AAM 430的更大量的点。可替换的评分方法也在本公开的范围内。如本文所讨论的，可以针对各钻井者保持评分卡400。可替换地，或除此之外，可以为自动化钻井程序，诸如，例如可从Nabors Industries获得的RockitTM Pilot保持评分卡400。如本文所讨论的，评分卡400可以用作奖励计划的一部分以奖赏准确的钻井成绩。可替换地，可以使用评分来帮助确定对培训的需要。在另一实施例中，评分能够帮助确定钻井错误的原因，例如设备故障或不准确、钻井计划、钻井者和人为钻井错误、或未预期的地下岩层、或这些原因的一些组合。可替换地，或另外，可以在HMI 100上显示分值350。
在示例性实施例中，评分卡可以以任何适当的布置包括一个或多个评分卡200、300和/或400或来自这些评分卡中的一个或多个的信息，以跟踪钻井准确度方面的进展。可替换地，或另外，可以在HMI 100上显示分值250、350、或450。此进展可以包括随着时间的推移针对单个钻井者、针对在同一钻机上或在按照同一钻井计划工作的两个或更多钻井者、或者针对钻井队而言，例如在类似地下岩层中钻井的那些。在本公开范围内的其它实施例可以使用附加或替换测量参数，例如深度、与靶的水平距离、与靶的垂直距离、到达靶的时间、振动、目标储层中的管道的长度以及在目标储层之外的管道的长度。在示例性实施例中，所述方法可以包括或者可以进一步包括监视与井下可操纵马达相关联的实际重量参数(例如，在马达附近测量，诸如在约100英尺内)、监视在地面处测量的重量参数、记录实际钻压参数、记录在地面处测量的重量参数、记录实际钻压参数与期望钻压参数之间的差、以及对实际钻压参数与期望钻压参数之间的差评分。可以将在地面处测量的重量参数与实际钻压参数相比较以获得对地面重量与实际钻压之间的关系的了解。此关系将提供使用井下数据来向前钻进以管理自动钻机或钻井者的给进的能力。
此外，评分还可能受到钻井事件的影响，诸如泥浆马达停顿或非计划设备转轨或撤回整个钻柱的需要，这通常意味着严重的罚分。
鉴于上述内容、附图、以及并入其中的附图标记，本领域的技术人员应容易地理解的是，本公开介绍了一种评估在钻井眼方面的成绩的方法，该方法包括：(1)通过监视指示实际工具面取向和工具面预报之间的差的钻井操作参数而监视井下可操纵马达的实际工具面取向；(2)记录实际工具面取向与工具面预报之间的差；以及(3)对实际工具面取向与工具面预报之间的差评分。可以以均等发生的时间间隔和/或以均等发生的长度间隔执行记录实际工具面取向与工具面预报之间的差。可以针对可以占有钻机的控制的各钻井者执行对实际工具面取向与工具面预报之间的差评分。
所述方法可以进一步或可替换地包括：(1)通过监视指示实际倾斜角与期望倾斜角之间的差的钻井操作参数而监视井下可操纵马达的实际倾斜角；(2)记录实际倾斜角和期望倾斜角之间的差；以及(3)对实际倾斜角与期望倾斜角之间的差评分。所述方法可以进一步或可替换地包括：(1)通过监视指示实际方位角与期望方位角之间的差的钻井操作参数而监视井下可操纵马达的实际方位角；(2)记录实际方位角和期望方位角之间的差；(3)以及对实际方位角与期望方位角之间的差评分。
本公开还介绍了一种用于评估钻井眼方面的成绩的设备，该设备包括：(1)传感器，其被配置为检测指示井下可操纵马达的实际工具面取向与工具面预报之间的差的钻井操作参数；以及(2)控制器，其被配置为对实际工具面取向与工具面预报之间的差评分。所述设备可以进一步包括：记录器，其记录实际工具面取向与工具面预报之间的差。所述设备可以进一步包括：(1)传感器，其被配置为检测指示实际倾斜角与期望倾斜角之间的差的钻井操作参数；以及(2)控制器，其被配置为对实际倾斜角与期望倾斜角之间的差评分。所述设备可以进一步包括：(1)传感器，其被配置为检测指示实际方位角与期望方位角之间的差的钻井操作参数；以及(2)控制器，其被配置为对实际方位角与期望方位角之间的差评分。
本公开还介绍了一种用于评估钻井成绩的系统，该系统包括用于通过监视指示实际工具面取向和工具面预报之间的差的钻井操作参数而监视井下可操纵马达的实际工具面取向的装置、用于记录实际工具面取向与工具面预报之间的差的装置、用于通过对所述差赋予表示钻井准确度并根据所述差而变的值来对实际工具面取向与工具面预报之间的差评分的装置；以及可选地但优选地，用于将所述值提供给评估者的装置。所述用于提供值的装置可以包括打印输出、电子显示等，并且所述值可以简单地是分值，或者其可以是或包括基于进一步计算的比较，该计算使用被与来自同一钻井者、另一钻井者、或在同一天、在同一井场处的自动化钻井程序的值相比较的值或者其中期望比较钻井准确度的另一变量进行。
在一个实施例中，本发明还可以包括一种如下的方法，该方法通过监视工具(诸如井下可操纵马达组件)的实际工具面取向(通过监视指示实际工具面取向与工具面预报之间的差的钻井操作参数)、记录实际工具面取向与工具面预报之间的差、以及通过对所述差赋予表示钻井成绩且根据所述差而变的值来对实际工具面取向与工具面预报之间的差评分，来评估控制确立并保持工具面的自动化钻井系统、以及钻井者在井眼中的作业成绩。可选地，但优选地，可以将自动化钻井系统与钻井者作业成绩之间的值相比较以提供差。优选地，本发明还涵盖将所述值提供给评估者。
本文所使用的术语“钻轴位置”可以指的是钻轴相对于旋转驱动器、磁北和/或某个其它预定参考的静态旋转取向。“钻轴位置”可以替换地或另外地指的是钻轴的动态旋转取向，诸如钻轴绕着基本上在最大顺时针方向旋转与最大逆时针方向旋转的中间的中立取向沿顺时针方向和逆时针方向振荡的地方，在这种情况下，“钻轴位置”可以指的是中立取向或振荡中点与磁北或某个其它预定参考之间的关系。此外，“钻轴位置”在本文中可以指的是除按照惯例被顶驱利用的钻轴之外的旋转驱动元件的旋转取向。例如，钻轴位置可以指的是被用来对钻柱赋予旋转运动或力的转台或其它存在于地面的组件的旋转取向。另外，虽然本公开经常可以参考集成了钻轴位置和工具面取向的显示，但此类参考意图进一步包括参考将地面上的钻柱位置或取向与井下工具面取向集成地显示。
本文所使用的术语“约”通常应理解为指的是一定数字范围内的数字。此外，应将本文中的所有数值范围理解为包括该范围内的每个整数。
前文概述了多个实施例的特征，使得本领域的技术人员可以更好地理解本公开的方面。本领域的技术人员应认识到其可以容易地使用本公开作为用于设计或修改其它过程和结构以便执行相同目的和/或实现本文介绍的实施例的相同优点的基础。本领域的技术人员还应认识到此类等价构造未脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，其可以在其中进行各种修改、替换和变更。此外，应理解的是，权利要求意图覆盖在本发明的精神和范围内的所有此类有利的修改和实施例，包括本领域的技术人员通过本文阐述的公开可容易地获得的那些。

Claims (13)

1.一种用于评估井眼中的钻井成绩的方法，包括：
在井眼钻井期间，通过监视指示实际工具面取向与工具面预报之间的差的钻井操作参数来监视井下可操纵马达的实际工具面取向；
在井眼钻井期间的多个时间，记录所述的实际工具面取向与工具面预报之间的差；
通过把相应的值赋给所述差来对所述的实际工具面取向与工具面预报之间的每个所述差评分，每个所述值表示在记录对应差的对应时间时的钻井成绩，每个所述值根据对应差变化；
产生总分值，该总分值基于所述值的总和，该总分值指示在井眼钻井期间的多个时间上该实际工作面取向保持在正确取向的程度；以及
将至少所述总分值提供给评估者。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，以井眼钻井的一部分期间的均等发生的时间间隔、或以井眼中均等发生的长度或深度间隔、或以这两者来执行所述的记录所述差的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，针对已操作钻机的多个钻井者中的每一个执行所述的对所述差评分的步骤。
4.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：
通过监视指示实际倾斜角或方位角或两者与期望倾斜角或方位角或两者之间的差的钻井操作参数来监视井下可操纵马达的实际倾斜角或方位角或两者；
记录所述的实际倾斜角或方位角或两者与期望倾斜角或方位角或两者之间的差；以及
对所述的实际倾斜角或方位角或两者与期望倾斜角或方位角或两者之间的差评分。
5.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：
通过监视指示实际钻压与期望钻压之间的差的钻井操作参数来监视与井下可操纵马达相关联的实际钻压参数；
记录所述的实际钻压与期望钻压之间的差；以及
对所述的实际钻压与期望钻压之间的差评分。
6.一种用于评估在钻井眼方面的成绩的钻井准确度评分设备，所述设备包括：
传感器，所述传感器被配置为在井眼钻井期间检测指示井下可操纵马达的实际工具面取向与工具面预报之间的差的钻井操作参数；
记录器，所述记录器被配置为在井眼钻井期间的多个时间，记录所述的实际工具面取向与工具面预报之间的差；
控制器，所述控制器被配置为计算实际工具面取向与工具面预报之间的每个所述差，并通过把相应的值赋给所述差来对每个所述差评分，每个所述值表示在记录对应差的对应时间时的钻井成绩，每个所述值根据对应差的大小变化；
总分值产生装置，所述总分值产生装置被配置为产生总分值，该总分值基于所述值的总和，该总分值指示在井眼钻井期间的多个时间上该实际工作面取向保持在正确取向的程度；以及
显示器，所述显示器适合于至少提供所述总分值给评估者。
7.根据权利要求6所述的设备，进一步包括：
传感器，所述传感器被配置为检测指示实际倾斜角或方位角或两者与期望倾斜角或方位角或两者之间的差的钻井操作参数；
记录器，所述记录器被配置为记录所述的实际倾斜角或方位角或两者与期望倾斜角或方位角或两者之间的差；以及
控制器，所述控制器被配置为计算所述的实际倾斜角或方位角或两者与期望倾斜角或方位角或两者之间的差并对该差评分。
8.根据权利要求6所述的设备，进一步包括：
传感器，所述传感器被配置为检测指示在实际钻压与期望钻压之间的差的实际钻压参数；
记录器，所述记录器被配置为记录所述的实际钻压与期望钻压之间的差；以及
控制器，所述控制器被配置为对所述的实际钻压与期望钻压之间的差评分。
9.根据权利要求6所述的设备，其中，所述评估者包括钻井者、钻井队、钻井监督者或其组合。
10.一种用于评估在钻井眼方面的钻井成绩的系统，包括：
用于在井眼钻井期间通过监视指示实际工具面取向与工具面预报之间的差的钻井操作参数而监视井下可操纵马达的实际工具面取向的装置；
用于在井眼钻井期间的多个时间记录所述的实际工具面取向与工具面预报之间的差的装置；
用于通过把相应的值赋给所述差来对所述的实际工具面取向与工具面预报之间的每个所述差评分的装置，每个所述值表示在记录对应差的对应时间时的钻井准确度，每个所述值根据对应差变化；
用于产生总分值的装置，该总分值基于所述值的总和，该总分值指示在井眼钻井期间的多个时间上该实际工作面取向保持在正确取向的程度；以及
用于将至少所述总分值提供给评估者的装置。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述用于记录所述差的装置适合于以井眼钻井期间的均等发生的时间间隔进行记录，适合于以井眼中的均等发生的长度或深度间隔进行记录，或适合于这两者；或者，针对已操作钻机的多个钻井者中的每一个执行用于对所述差评分的装置；或上述的组合。
12.根据权利要求10或11所述的系统，进一步包括：
用于通过监视指示实际倾斜角或方位角或两者与期望倾斜角或方位角或两者之间的差的钻井操作参数来监视工具的实际倾斜角或方位角或两者的装置；
用于记录所述的实际倾斜角或方位角或两者与期望倾斜角或方位角或两者之间的差的装置；以及
用于对所述的实际倾斜角或方位角或两者与期望倾斜角或方位角或两者之间的差评分的装置。
13.根据权利要求10或11所述的系统，进一步包括：
用于通过监视指示实际钻压与期望钻压之间的差的钻井操作参数而监视与井下可操纵马达相关联的实际钻压参数的装置；
用于记录所述的实际钻压与期望钻压之间的差的装置；以及
用于对所述的实际钻压与期望钻压之间的差评分的装置。
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