CN111364969A - 一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法，该方法包括以下步骤：钻井过程分段，二维形状绘制，在计算机上绘制钻井过程的分段二维形状图，可视化图谱的输出。本发明的有益效果在于：本发明提供的一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法通过改进钻井性能数据可视化分析技术，建立了偏移井数据之间的关联；实现了协助地下井筒规划和钻井作业的目的，而且此方法的应用实现了多种钻井参数的可视化分析，方便了钻进作业，实现了钻井作业数据的可视化分析。
Description
技术领域
本发明属于对地下岩层井眼钻探研究技术领域，涉及一种确定地层钻井响应和钻井操作参数的方法，具体涉及一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法。
背景技术
钻井作业是利用机械设备，将地层钻成具有一定深度的圆柱形孔眼的工程。在地质工作中，利用钻探设备向地下钻成的直径较小、深度较大的柱状圆孔，即为钻井。钻井直径和深度大小，取决于钻井用途及矿产埋藏深度等。钻探石油、天然气以及地下水的钻井直径都较大。主要功用为：①获取地下实物资料，即从钻井中采取岩心、矿心、岩屑、液态样、气态样等。②作为地球物理测井通道，获取岩矿层各种地球物理场的资料。③作为人工通道观测地下水层水文地质动态情况。④用作探、采结合，开发地下水、油气、地热等。
为了提高钻井作业质量，有必要了解所使用的设备和工艺之间的关系，以及钻探产生的井眼的性能。这往往需要研究分析以往钻井过程中所获得的数据，这些数据统称为偏移井数据。在偏移分析中，必须对大量基于时间和深度的数据进行审查，以帮助分析人员了解地下环境、钻井设备与所使用的钻井操作参数选择与做法之间的关系，以及这些关系对整体钻井性能的影响。但是由于钻井过程非常复杂，将偏移井数据建立关联是非常困难的，所以现有技术无法通过偏移井数据分析实现协助地下井筒规划和钻井作业的目的。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法，该方法通过改进钻井性能数据可视化分析技术，实现了协助地下井筒规划和钻井作业的目的。
本发明提供了一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法，包括以下步骤：
(1)钻井过程分段：先钻取与钻柱相同长度的井眼，停止钻井；然后将一个支架连接到所述钻柱的末端，继续钻井，获得一号井筒段，停止钻井；然后更换支架，继续钻井，获得二号井筒段，停止钻井；如此往复，直到完成钻井作业；因此可以根据所用支架工作流程将钻井过程分成几个预定长度的井筒段；
(2)二维形状绘制：将每个所述预定长度的井筒段表示为一个二维形状，所述二维形状的一个维度对应于所述井筒段的预定长度，另一个维度对应于所述井筒段的不同钻井参数的多个值；所述钻井参数包括钻井作业参数；
(3)在计算机上绘制钻井过程的分段二维形状图：在计算机中，接收不同井筒段的钻井参数作为输入值；使用所述输入值，将所述井筒段的二维形状以视觉表示方式分段绘制到显示器中，得到分段的二维形状图；
(4)可视化图谱的输出：将所述分段的二维形状图，根据所选择的分段边界相对于坐标轴的坐标对齐，并在至少一个钻井操作期间，将所述分段的二维形状图图画在一起，输出可视化图谱，以显示钻井过程随着钻井进展而发生的变化。
进一步的，所述二维形状图为矩形。
进一步的，所述二维形状图为一个圆的弧段，其中弧段所遮挡的角度代表所述预定长度，弧段的半径代表所述井筒段的不同钻井参数的多个值。
进一步的，所述可视化图谱可以根据实际情况，确定一个钻井操作的响应以改进一个或多个钻井操作参数。
进一步的，所述一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法应用于绘制多个顺序钻井的预定井眼长度的二维形状图，其中每个二维形状图都参考一个公共的参数；且所述公共参数沿所述二维形状图中的一条线处理，可以沿时间-深度曲线布置或沿着井筒段的测地轨迹图布置。
进一步的，所述一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法应用于在同一地块上为多个顺序钻井的预定长度绘制多个井筒的二维形状图。
进一步的，所述二维形状图可以被编码，所述编码对应于至少一个钻井参数；所述编码可以为钻井或环境参数的统计度量，也可以为钻井或环境参数的单一度量。
进一步的，所述坐标轴包括一个基于时间的坐标轴，用于描述与预定长度的钻井作业有关的时间。
进一步的，所述一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法可以利用输出的可视化图谱改进一项或多项钻井操作。
进一步的，所述一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法可以应用于观察时间破裂数据、钻井操作参数和环境参数，应用于同一地块上的多个钻井参数的可视化表示，应用于编码表面扭矩，应用于绘制三维空间中沿井测井的轨迹，应用于分析井筒剖面的钻头与深度数据的权重关系，应用于观察随钻井进度而来的参数统计量的变化。
本发明的有益效果在于：
①本发明提供的一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法建立了偏移井数据之间的关联；
②本发明提供的一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法通过改进钻井性能数据可视化分析技术，实现了协助地下井筒规划和钻井作业的目的。
③本发明提供的一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法的应用实现了多种钻井参数的可视化分析，方便了钻进作业，实现了钻井作业数据的可视化分析。
④本发明的一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法，可以应用于观察时间破裂数据、钻井操作参数和环境参数，应用于同一地块上的多个钻井参数的可视化表示，应用于编码表面扭矩，应用于绘制三维空间中沿井测井的轨迹，应用于分析井筒剖面的钻头与深度数据的权重关系，应用于观察随钻井进度而来的参数统计量的变化。
附图说明
图1是本发明实施例1中所述钻井过程及钻井过程所使用的钻井设备的结构示意图；
图2是实施例1中在轴向和时间二维范围内钻柱的单个“支架”的可视化表示示意图；
图3是对图2中所述钻井时间参数的阶段细化示意图；
图4是显示的是实施例1中钻井-孔段的时间击穿情况示意图，其中图4A中零点设置为每个支架的非钻井部分的开始，在图4B中零点设置为每个支架的钻井部分的开始；
图5展示的是图4B沿时间-深度曲线对齐变换后的可视化图谱示意图；
图6展示的是在同一地块上将三口井的分段二维形状图图画在一起，输出的可视化图谱的示意图；
图7展示的是将钻孔参数编码后获得的可视化图谱的示意图；
图8展示的是图4B在三维空间中沿井筒测井轨迹对齐变换后的可视化图谱的示意图；
图9展示是本发明的一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法应用于分析井筒剖面的钻头与深度数据的权重关系时输出的可视化图谱的示意图；
图10展示的是本发明的一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法应用于观察随钻井进度而来的参数统计量的变化时输出的可视化图谱的示意图；
图11展示的是图4B利用响应用于统计度量变换后的可视化图谱的示意图；
图12展示的是利用响应在相同的视觉表示中并排绘制的多个统计度量的可视化图谱的示意图；
图13展示的本发明的一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法中的二维形状图采用一个圆的弧段来表示的示意图。
图中所述附图标记的含义为：210-井架，212-井筒，214-钻柱，216-钻头，218-旋转台，220-传动钻杆，222-钩子，224-旋转，226-钻井液或泥浆，228-泥浆坑，230-泵，232-流量箭头，234-流动箭头，236-井底组件，238-一号稳定器环，240-钻杆部分，242-一号稳定器项圈部分，244-一号钻杆部分，246-接收子系统，248-处理器，250-记录器，252-发射子系统。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1.对在地层中钻井的过程及钻井过程所使用的钻井设备简要介绍如下：
参考图1，钻井过程可以使用平台和井架210的系统，井架210位于可通过旋转钻孔形成的井筒212上。上端接有传动钻杆220的钻柱214可以悬挂在钻孔内或连接在旋转台218上，用于旋转钻头216。钻柱214通常挂在附有移动块的钩子222上，传动钻杆220可以通过旋转224连接到钩子222上，该旋转224允许相对于钩子222旋转钻柱214。钻柱214也可以和钻头216通过“顶驱”型钻机从表面旋转。钻柱214还可由连接在一起的管段(“接头”或“支架”)装配在一起。
钻井液或泥浆226在井架210附近的泥浆坑228中。泵230通过旋转224中的端口将钻井液或泥浆226泵到钻柱214，然后通过钻柱214的中心向下流动(如流量箭头232所示)，钻井液或泥浆226通过钻头216中的端口流出钻柱214；然后如流动箭头234所示，在钻柱214的外部和井筒212壁之间的环形空间向上循环，钻井液或泥浆226由此润滑钻头216，并将地层岩屑带到地球表面，之后钻井液或泥浆226流回到泥浆坑228进行再循环。如果需要，还可以使用定向钻井组件(未显示)。
井底组件(“BHA”)236可以安装在钻柱214内，但最好安装在钻头216附近。井底组件236可以有用于测量、处理和存储信息以及与地球表面通信。所述井底组件236通常位于钻头216的多个钻杆长度内，在图1给出的井底组件236中，展示了紧接钻头216上方设置的一号稳定器环238，该一号稳定器环238由钻杆部分240、一号稳定器项圈部分242和一号钻杆部分244沿着向上的方向排列(这种布置仅是一种情况，可以使用其他部件进行布置，是否需要使用一号稳定器环238取决于钻井条件)。
在图1所示的排列中，井底组件236还可以安装各种测量仪器，并且可以位于钻杆部分240中，如果需要，这些测量仪器可以位于更靠近钻头216或远离钻头216的位置，例如在一号稳定器环部分238或一号稳定器项圈部分242或一号钻杆部分244中；钻杆部分240可以包括一个或多个传感器(未示出)。
井底组件236还可以用于与地面进行数据传输和控制通信的遥测组件(未示出)。这种遥测组件可以是任何类型的，例如泥浆脉冲(压力或声学)遥测系统、有线钻杆等，它接收来自井底组件236中的随钻测量仪器(包括一个或多个辐射探测器)的输出信号，将代表这种输出的编码信号发送到探测信号的表面，并在接收子系统246中解码并应用于处理器248或记录器250。处理器248可以是经过编程的通用处理器或特殊用途的处理器，可提供表面发射子系统252，用于与井底组件236的向下通信。处理器248还可以用于生成某些类型的视觉表示用于下一步的解释。
井底组件236还可以安装常规的用于采集和处理信号的电子设备(未示出)，可以是微处理器系统(具有相关的存储器、时钟和定时电路以及接口电路)，用于对加速器和数据测量传感器的操作定时、测量传感器数据的存储、处理数据和存储结果，以及将数据的期望部分耦合到遥测部件以传输到地面；也可以将数据存储在井下，并在取下钻柱214时在地面检索。随钻设备的功率可由电池提供，在本实施例中，由设置在井底组件236中的汽轮发电机提供，并由钻井液或泥浆226的流动提供动力。
2.对在地层中钻井过程中形成的井筒段及其原理简要介绍如下：
一口井可以认为是由多个井筒段组成的，井筒段可以是某一特定名义直径的井筒的一部分，例如26英寸段，171/2英寸段，121/4英寸段等。每个井筒段通常会用一个或多个井底组件236或钻头216钻入，如图1所示。在每次井底组件236或钻头216运行期间，通过延长钻柱214而使井筒轴向加长(即更深)。钻柱214通常由一系列长度大致相等的钻杆组成，连接在一起，端到端。在钻井期间，这些钻杆通常以3组(有时用2组或4组来制作一个，有时一次只加一根钻杆，然而，通常的做法是使用3根管架，通常的站立长度大约是29米)的形式加入到钻柱214中，称为“支架”。
钻井的过程是分段进行的：先钻取与钻柱214相同长度的井眼，停止钻井；然后将一个支架连接到钻柱的末端，继续钻井，获得一号井筒段，停止钻井；然后更换支架，继续钻井，获得二号井筒段，停止钻井；如此往复，直到完成钻井作业；因此可以根据所用支架工作流程将钻井过程分成几个预定长度的井筒段。
3.一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法，包括以下步骤：
(1)钻井过程分段：根据钻井过程将钻井过程分成几个预定长度的井筒段。
(2)二维形状绘制：参考图2，将每个所述预定长度的井筒段表示为一个二维形状图，即一个矩形。每个矩形的长度对应于所述井筒段的不同钻井参数的多个值，这里表示为钻井所需的时间以及与其相关联的连接所需的时间；矩形的宽度对应于钻孔时孔长的增加。
(3)在计算机上绘制钻井过程的分段二维形状图：在计算机中，接收不同井筒段的钻井参数作为输入值；使用输入值，将井筒段的二维形状以视觉表示方式分段绘制到显示器中，得到分段的二维形状图。具体过程为将图2中的矩形着色、编码或填充，其中在图2中钻井所需的时间、与其相关联的连接所需的时间和各种操作所需的时间可以表示为如图3所示的各个时间阶段，即钻井时间、连接后时间、连接时间、准备钻井时间、未钻井时间。
(5)可视化图谱的输出：将所述分段的二维形状图，根据所选择的分段边界相对于坐标轴的坐标对齐，并在至少一个钻井操作期间，根据视觉表示确定至少一个钻井操作的响应以改进一个或多个钻井操作。
(4)可视化图谱的输出：将钻井过程经历的全部分段的二维形状图画在一起，输出可视化的图谱，以显示钻井过程随着钻井进展而发生的变化，图4显示了钻井一孔段的时间击穿情况。在图4A表示零时设置为每个支架的非钻井部分的开始；在图4B表示钻井时间(以深色表示))显示在x轴(时间轴)上的零点的右侧，而连接和非钻井相关时间(连接和非钻井相关时间是指连接后时间、连接时间、准备钻井时间、未钻井时间)则显示在零点的左侧。这样会让分析人员明显地看到，随着井筒的逐渐延长，井底钻井时间和非钻井时间是如何变化的，当然根据需要可以选择零时间轴与任何时间类别对齐，以便分析师更好地理解数据。
实施例2
实施例1所述的一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法，可以应用于以下几种情况：
1.应用于观察时间破裂数据、钻井操作参数，以及环境参数
一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示方法应用在钻井的时间-深度曲线上适当的位置绘制预定井眼长度的二维形状图(井筒段对应的矩形)，如图5所示。因此，图4B的x轴可以转换为一条以天为单位的时间和井筒轴向长度的曲线，以显示时间-深度曲线的进展情况，参照图4B解释的每个矩形的长度，乘以一个因子以保持相对时间，而不是使每个支架的变化对分析师来说是可见的。通过这种方法观察时间破裂数据，可以使分析人员快速识别哪些钻井操作效率高，哪里钻井操作效率低。由于可以很容易地识别每个支架，因此很容易回到数据来源，以便更详细地审查现有的钻井操作参数(例如钻头上的轴向力、钻井液流量、钻头的转速等)，以及环境参数(如岩性、钻井液静水压力、地层裂缝和孔隙压力、渗透率等)。
2.应用于同一地块上的多个钻井参数的可视化表示
根据上述“1”中的一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示方法的应用原理，也可以将所述方法应用于在同一地块上为多个顺序钻井的预定长度绘制多个井筒的二维形状图。图6示出了将三口井的分段二维形状图图画在一起，输出的可视化图谱，从中图谱可以很容易的将三口井的时间破裂数据与深度建立起联系来。
3.应用于编码表面扭矩
上述绘图技术可用于显示除每个支架的时间故障以外的其他信息。例如，分析师通常想了解钻井参数如何随时间和深度的变化而变化，可以通过表示钻削参数信息实现，而不是将时间信息编码到每个矩形中。如图7显示了以这种方式编码的表面扭矩，当每个支架在钻时，表面扭矩会随时间而变化，这种变化可以表示为颜色编码或沿每支架的矩形的其他编码。图7可以让分析人员识别地表扭矩在整个井筒或井筒剖面上随时间和深度的变化，这样的可以很容易理解，并使分析员能够随时确定可能需要进一步研究的领域。由于钻井过程的每一个单元都有明确的定义，分析人员可以将钻井参数的测量与钻井实践联系起来。另外，与图4A到图6的时间击穿数据一样，图7的表示类型可以沿时间-深度曲线绘制，也可以在多个井之间绘制。
4.应用于绘制三维空间中沿井测井轨迹的矩形
在提供更多描述的情况下，类似于图2到图7的变换，可以绘制三维空间中沿井测井轨迹的矩形，如图8所示，其中两个钻井参数被绘制(表面扭矩以及粘滑)。在此，分析人员可以将钻井参数与深度、过程中的顺序以及沿轨迹在三维空间中的位置联系起来。如果地下的地球模型表示可以显示岩性、应力或其他相关信息，那么也可以在3D空间中绘制。具有不同大地轨迹的多个井可在同一张图中绘制，使分析员能够在单一、紧凑的可视化图中看到各种各样的信息。
5.应用于分析井筒剖面的钻头与深度数据的权重关系
参照图2到图8描述的支架矩形的变换可以处理这个问题。当观察基于深度的数据时，感兴趣的参数通常只在钻头位于底部(见图1)且深度在增加时才能绘制。正如参照图2所解释的，人们可以将每个支架表示为一个矩形，其中沿矩形长度的位置表示平台上方移动块的高度，如图9所示。
正如在上面解释的其他例子中，分析师感兴趣的参数可以被颜色编码或以其他方式被编码到每个矩形上，并且连续支架的矩形可以被堆叠，以产生如图9所示的图表。在图9中，钻头上的轴向力(重量)显示为每个支架块位置的函数。分析人员可以一目了然地识别整个井筒剖面的钻头与深度数据的权重，并可以将参数的值(BIT的权重)与操作的深度、位置和顺序联系起来。与上述基于时间的支架表示一样，参照图9的解释可以根据时间-深度曲线绘制，考图8解释可以在井筒轨迹的三维窗口中绘制。
6.应用于观察随钻井进度而来的参数统计量的变化
分析师可能对一个支架期间参数如何变化的细节不感兴趣，但对每个支架参数变化的统计度量很感兴趣。参照图3解释的支架表示可以适用于使用一个或多个标准统计视图，如方差、标准差、斜度等。例如，考虑图10中显示的常见的显示器。如图3所示，矩形的宽度可能对应于在支架期间钻出的深度。矩形的长度可以对应于感兴趣参数的最小值和最大值之间的差值。显示了第一个和第三个四分位数以及中间值。相同类型的绘图可以很容易地显示平均值和标准差，堆叠与连续支架相关联的矩形如图11所示。
在图11中，可以很容易地观察到随钻井进度而来的参数统计量的变化。参照图5的解释可以沿时间-深度曲线绘制这些变化，参考图8的解释可以沿轨迹在三维视图上绘制，参考图6的解释可以在二维或三维视图中的多个井之间绘制这些变化。同一井的多个统计参数也可以并排绘制，如图12所示，以便分析员更好地描述整体钻井性能。
上面解释的矩形表示可以将每个支架绘制成一个圆的段来修改，其中弧段所遮挡的角度代表所述预定长度，弧段的半径代表所述井筒段的不同钻井参数的多个值。弧形的径向范围可以与时间、块位置或任何其他缩放参数成正比，就像上面描述的矩形表示一样。该圆弧(圆圈段)可以着色或以其他方式编码以表示各种参数，如图13，显示了与在一个孔段中钻过的支架有关的弧线。时间分解可以像以前那样进行颜色编码。深度沿圆周顺时针方向增加。在此示例中，可以将时间故障、钻井参数等编码到表示每个支架的每个弧段上。
一种根据本公开的各个方面直观地表示钻井性能的方法，可以更快速地识别提高或阻碍钻井性能的条件，并且能够更容易地分析与各种钻井操作参数和环境参数有关的钻井性能。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)钻井过程分段：先钻取与钻柱相同长度的井眼，停止钻井；然后将一个支架连接到所述钻柱的末端，继续钻井，获得一号井筒段，停止钻井；然后更换支架，继续钻井，获得二号井筒段，停止钻井；如此往复，直到完成钻井作业；因此可以根据所用支架工作流程将钻井过程分成几个预定长度的井筒段；
(2)二维形状绘制：将每个所述预定长度的井筒段表示为一个二维形状，所述二维形状的一个维度对应于所述井筒段的预定长度，另一个维度对应于所述井筒段的不同钻井参数的多个值；所述钻井参数包括钻井作业参数；
(3)在计算机上绘制钻井过程的分段二维形状图：在计算机中，接收不同井筒段的钻井参数作为输入值；使用所述输入值，将所述井筒段的二维形状以视觉表示方式分段绘制到显示器中，得到分段的二维形状图；
(4)可视化图谱的输出：将所述分段的二维形状图，根据所选择的分段边界相对于坐标轴的坐标对齐，并在至少一个钻井操作期间，将所述分段的二维形状图图画在一起，输出可视化图谱，以显示钻井过程随着钻井进展而发生的变化。
2.根据权利要求1所述一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法，其特征在于：所述二维形状图为矩形。
3.根据权利要求1所述一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法，其特征在于：所述二维形状图为一个圆的弧段，其中弧段所遮挡的角度代表所述预定长度，弧段的半径代表所述井筒段的不同钻井参数的多个值。
4.根据权利要求1所述一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法，其特征在于：所述可视化图谱可以根据实际情况，确定一个钻井操作的响应以改进一个或多个钻井操作参数。
5.根据权利要求1所述一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法，其特征在于：所述方法应用于绘制多个顺序钻井的预定井眼长度的二维形状图，其中每个二维形状图都参考一个公共的参数；且所述公共参数沿所述二维形状图中的一条线处理，可以沿时间-深度曲线布置或沿着井筒段的测地轨迹图布置。
6.根据权利要求1所述一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法，其特征在于：所述方法应用于在同一地块上为多个顺序钻井的预定长度绘制多个井筒的二维形状图。
7.根据权利要求1所述一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法，其特征在于：所述二维形状图可以被编码，所述编码对应于至少一个钻井参数；所述编码可以为钻井或环境参数的统计度量，也可以为钻井或环境参数的单一度量。
8.根据权利要求1所述一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法，其特征在于：所述坐标轴包括一个基于时间的坐标轴，用于描述与预定长度的钻井作业有关的时间。
9.根据权利要求1所述一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法，其特征在于：所述方法可以利用输出的可视化图谱改进一项或多项钻井操作。
10.根据权利要求1所述一种用于生成井筒钻井参数的可视化表示的方法，其特征在于：所述方法可以应用于观察时间破裂数据、钻井操作参数和环境参数，应用于同一地块上的多个钻井参数的可视化表示，应用于编码表面扭矩，应用于绘制三维空间中沿井测井的轨迹，应用于分析井筒剖面的钻头与深度数据的权重关系，应用于观察随钻井进度而来的参数统计量的变化。
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