CN114630952A - 在热图椭圆中显示带有不确定性的转向响应 - Google Patents

在热图椭圆中显示带有不确定性的转向响应 Download PDF

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CN114630952A CN202080076422.0A CN202080076422A CN114630952A CN 114630952 A CN114630952 A CN 114630952A CN 202080076422 A CN202080076422 A CN 202080076422A CN 114630952 A CN114630952 A CN 114630952A
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C.基奥克
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Abstract

一种计算机实现的方法，包括接收识别工具面方向的转向命令，其中转向命令预期产生预期钻井轨迹的预期转向响应。该方法还包括接收转向命令的实际转向响应结果，其中实际转向响应结果识别实际钻井轨迹。该方法还包括存储将实际转向响应结果与预期转向响应进行比较的数据集，基于所存储的数据集来确定工具面取向的不确定性水平，以及输出具有不确定性水平的转向响应的视觉表示。

Description

在热图椭圆中显示带有不确定性的转向响应
交叉引用段落
本申请要求2019年9月12日提交的题为“DISPLAYING STEERING RESPONSE WITHUNCERTAINTY IN A HEAT MAP ELLIPSE”的美国非临时申请号16/569,576的权益，其公开内容通过引用并入本文。
背景技术
在定向钻井项目中(例如，用于钻井眼)，定期调节钻井设备的取向(例如，“工具面”)，以便沿计划轨迹钻出具有地下路径的孔。计划的轨迹在初始部分可以是相对直的和垂直的，但是在较低深度可以是弯曲的和逐渐水平变直的。可以计划和设计轨迹以考虑各种地下属性、障碍物等，并最大化石油和天然气采收率。
发明内容
本公开的实施例可以提供一种计算机实现的方法，包括接收识别工具面取向的转向命令，其中转向命令被预期产生预期钻井轨迹的预期转向响应。该方法还包括接收转向命令的实际转向响应结果，其中实际转向响应结果识别实际钻井轨迹。该方法还包括存储将实际转向响应结果与预期转向响应进行比较的数据集，基于所存储的数据集确定工具面取向的不确定性水平，以及输出具有不确定性水平的转向响应的视觉表示。
本公开的实施例还可以提供一种计算系统，包括一个或多个处理器，以及包括一个或多个存储指令的非暂时性计算机可读介质的存储器系统，该指令在由一个或多个处理器中的至少一个执行时，使计算系统执行操作。操作可以包括接收识别计划的钻井轨迹的钻井轨迹计划，确定用于由钻井设备沿着计划的钻井轨迹的一部分钻井的工具面取向，基于储存在储存库中的转向响应不确定性数据识别与工具面取向相关联的不确定性水平，基于不确定性水平来确定用于沿着该部分钻井的钻井计划，以及输出用于通过钻井设备执行钻井计划的钻井计划。
本公开的实施例还可以提供一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令当由计算系统的一个或多个处理器执行时使计算系统执行操作。所述操作可包括基于预期钻井轨迹与实际钻井轨迹之间的偏差来确定相应工具面取向的相应多个不确定性水平，将相应多个不确定性水平存储在储存库中，以及输出相应多个不确定性水平的视觉表示。
应当理解，该概述仅旨在介绍本方法、系统和介质的一些方面，这些方面在下文中更全面地描述和/或要求保护。因此，该概述并非旨在限制。
附图说明
包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本教导的实施例，并与说明书一起用于解释本教导的原理。在附图中:
图1示出了根据一实施例的系统的示例，该系统包括用于管理地质环境的各个方面的各种管理组件。
图2示出了根据一实施例的示出与实际钻井轨迹相关的计划钻井轨迹的示例界面。
图3示出了根据一实施例的示例钻井控制环境。
图4示出了根据一实施例的示例转向响应椭圆，其中不确定性数据以热图表示。
图5示出了根据一实施例的转向响应椭圆的另一个示例，其中不确定性数据以热图表示。
图6示出了根据一实施例的具有变化的不确定性带的示例转向响应椭圆。
图7示出了根据一实施例的用于生成、更新和呈现转向响应图的过程的示例流程图，该转向响应图用于定向钻井项目的钻井操作的提前和/或实时计划。
图8示出了根据一实施例的使用不确定性数据最小化实际钻井轨迹和计划钻井轨迹之间的偏差的过程的示例流程图。
图9示出了根据一实施例的计算系统的示意图。
具体实施方式
有效的定向钻井包括调节钻井设备的工具面和/或其他操作参数，以使井(例如井筒的实际钻井轨迹与计划轨迹相匹配。然而，由于各种地质因素，实际轨迹可能不会遵循预定轨迹。因此，本公开的方面可以跟踪各种数据点和分析数据，以确定不同工具面取向和/或基于其他条件的转向响应和钻井设备轨迹的不确定性。如本文所述，“不确定性”可指至少部分基于工具面方向的实际钻井轨迹与预期或期望轨迹匹配的定量测量、置信度或可能性。在一些实施例中，不确定性可以基于在特定工具面取向跟踪转向响应的数据点的数量，以及实际和预期转向响应之间结果的一致性。例如，如果当工具面取向被设置为特定取向(例如，10度)时已经收集了大量数据点(例如，大于阈值数量)，并且实际与预期的转向响应具有一致的低偏差(例如，低于阈值水平)，则不确定性值可能相对较低，指示当工具面取向被设置为特定取向时转向响应具有低程度的不确定性(即，高程度的确定性)。
关于转向响应和不确定性的信息可提供给钻井操作者和计划者，以帮助计划定向钻井项目，和/或实时调节钻井设备参数，以能使校正或减少实际钻井轨迹和计划轨迹之间的偏差。可以计划和/或调节的钻井设备参数的示例可以包括设备钻井速度、扭矩、功率、工具面或钻井方向，和/或用于钻井的任何其他种类的参数和/或操作。一般而言，当不确定性相对较低时，设备可以被设置为以较高的速度和扭矩钻井，而轨迹检查不太频繁，因为这些较高的速度和扭矩不太可能导致实际钻井轨迹偏离计划轨迹。类似地，当不确定性相对较高时，设备可被设置为以较低的速度和扭矩钻井，具有更频繁的轨迹检查，因为实际钻井轨迹更有可能偏离计划轨迹。
如本文所述的，相对于实际钻井轨迹与计划钻井轨迹，转向响应不确定性数据可采用易于查看、综合、理解和应用的格式呈现，以提高钻井操作的有效性和准确性。在一些实施例中，本公开的方面可以组合热图和椭圆，以在单个视图中图形化地呈现转向响应和不确定性，从而允许用户可视化在不同工具面取向的转向响应的不确定性。例如，椭圆图可以显示转向响应椭圆，其不确定性基于工具面取向和作为构建速率的函数的转弯速率。使用图形呈现，操作者和/或钻井计划者可以更好地可视化不确定性，并做出更智能和有效的决策，用于提前计划定向钻井项目，并用于实时调节钻井计划和操作。附加地或替代地，基于计算机的设备控制装置可以使用转向响应和不确定性数据自动调节设备操作。
作为说明性示例，本公开的各方面可确定并以图形方式呈现指示转向响应不确定性在特定工具面方向相对较低的信息，这意味着转向响应相对可预测，钻井设备可能遵循预期轨迹。基于较低的不确定性，钻探设备可以被设置为以相对较高的速度、较高的扭矩运行，具有较少的调节检查。可以相应地调节其他钻井操作参数。类似地，当转向响应相对较高时，这意味着转向响应可能是不可预测的，钻井设备可以被设置为以较低的速度、较低的扭矩和附加的调节检查运行。
如本文所述的，定向钻井项目的计划或预期钻井轨迹可在初始部分相对笔直和垂直，但可在较低深度水平弯曲和逐渐变直。计划轨迹可被分成多个区段)，并且每个区段处的转向响应不确定性可被确定(例如，基于该部分的轨迹和用于沿着该部分的轨迹钻井的相应工具面方向)。基于不确定性，可以计划每个部分的操作参数。此外，可以对照每个区段的计划轨迹实时跟踪钻井轨迹。如果实际轨迹在一区段内偏离计划轨迹超过阈值程度，则可以使用不确定性数据进行调节，以将钻井设备朝向计划轨迹向回重新定向。在一些实施例中，操作者和/或定向钻井计划者可以使用转向响应和不确定性的图形呈现来预先计划定向钻井项目，或者在现场定向钻井项目期间进行实时调节。附加地或替代地，基于计算机的设备控制装置可以使用转向响应和不确定性数据自动调节设备操作。
现在将详细参照实施例，其示例在附图中说明。在下面的详细描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员来说，显然可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、过程、组件、电路和网络，以免不必要地模糊实施例的各个方面。
还应理解，尽管术语第一、第二等可以在这里用来描述各种元件，但是这些元件不应该被这些术语所限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一对象或步骤可以被称为第二对象或步骤，并且类似地，第二对象或步骤可以被称为第一对象或步骤。第一对象或步骤和第二对象或步骤分别都是对象或步骤，但是它们不被认为是相同的对象或步骤。
本文描述中使用的术语旨在描述特定实施例，并非旨在是限制性的。如在本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应该理解，这里使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关列出项目的任何可能组合。还将理解，术语“包括(includes)”、“包括(including)”、“包含(compries)”和/或“包含(comprising)”在本说明书中使用时，指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。此外，如这里所使用的，根据上下文，术语“如果”可以被解释为表示“当...时”或“在...时”或“响应于确定”或“响应于检测”。
现在关注根据一些实施例的处理程序、方法、技术和工作流程。这里公开的处理过程、方法、技术和工作流程中的一些操作可以被组合和/或一些操作的顺序可以被改变。
图1示出了系统100的示例，该系统100包括用于管理地质环境150(例如，包括沉积盆地、储层151、一个或多个断层153-1、一个或多个地质体153-2等的环境)的各个方面的各种管理组件110。例如，管理组件110可以允许关于地质环境150的感测、钻探、注入、提取等的直接或间接管理。进而，关于地质环境150的进一步信息可以作为反馈160(例如，可选地作为对一个或多个管理组件110的输入)变得可用。
在图1的示例中，管理组件110包括地震数据组件112、附加信息组件114(例如，井/测井数据)、处理组件116、模拟组件120、属性组件130、分析/可视化组件142和工作流组件144。在操作中，每个组件112和114提供的地震数据和其他信息可以输入到模拟组件120。
在示例实施例中，模拟组件120可以依赖于实体122。实体122可以包括地球实体或地质对象，例如井、地表、主体、储层等。在系统100中，实体122可以包括为模拟目的而重建的实际物理实体的虚拟表示。实体122可以包括基于经由感测、观察等获取的数据(例如，地震数据112和其他信息114)的实体。实体可以由一个或多个属性来表征(例如，地球模型的几何柱网格实体可以由孔隙度属性来表征)。这样的属性可以表示一个或多个测量值(例如，获取的数据)、计算等。
在示例实施例中，模拟组件120可以结合诸如基于对象的框架之类的软件框架来操作。在这样的框架中，实体可以包括基于预定义类的实体，以便于建模和模拟。基于对象的框架的商业可用示例是
Figure BDA0003623018040000051
框架(华盛顿州雷德蒙德)，它提供了一组可扩展的对象类。在
Figure BDA0003623018040000052
框架中，对象类封装了可重用代码模块和相关数据结构。对象类可用于实例化对象实例以供程序、脚本等使用。例如，钻孔类可定义用于基于井数据表示钻孔的对象。
在图1的示例中，模拟组件120可以处理信息以符合由属性组件130指定的一个或多个属性，其可以包括属性库。这种处理可以在输入到模拟组件120(例如，考虑处理组件116)之前发生。作为示例，模拟组件120可以基于由属性组件130指定的一个或多个属性对输入信息执行操作。在示例实施例中，模拟组件120可以构建地质环境150的一个或多个模型，其可以依赖于模拟地质环境150的行为(例如，响应一个或多个行为，无论是自然的还是人为的)。在图1的示例中，分析/可视化组件142可以允许与模型或基于模型的结果(例如，模拟结果等)交互。作为示例，来自模拟组件120的输出可以输入到一个或多个其他工作流，如工作流组件144所指示的。
作为示例，模拟组件120可以包括模拟器的一个或多个特征，例如ECLIPSETM储层模拟器(德克萨斯州休斯顿市的斯伦贝谢有限公司(Schlumberger Limited，HoustonTexas))、INTERSECTTM储层模拟器(Schlumberger Limited，Houston Texas)等。作为示例，模拟组件、模拟器等可以包括实现一种或多种无网格技术(例如，求解一个或多个方程等)的特征。作为示例，一个或多个储层可以针对一种或多种提高采收率技术(例如，考虑诸如SAGD等的热过程)来模拟。
在示例实施例中，管理组件110可以包括诸如
Figure BDA0003623018040000065
地震到模拟软件框架(Schlumberger Limited,Houston,Texas)的商业可用框架的特征。
Figure BDA0003623018040000066
框架提供了允许优化勘探和开发操作的组件。
Figure BDA0003623018040000067
框架包括地震到模拟软件组件，这些组件可以输出信息以用于提高储层性能，例如，通过提高资产团队的生产力。通过使用这样的框架，各种专业人员(例如，地球物理学家、地质学家和储层工程师)可以开发协作工作流程并整合操作以简化流程。这样的框架可以被认为是一个应用程序，并且可以被认为是数据驱动的应用程序(例如，为了建模、模拟等目的而输入数据)。
在示例实施例中，管理组件110的各个方面可以包括根据框架环境的规范操作的附加组件或插件。例如，作为
Figure BDA0003623018040000061
框架环境(Schlumberger Limited,Houston,Texas)销售的商用框架环境允许将附加组件(或插件)集成到
Figure BDA0003623018040000062
框架工作流程中。
Figure BDA0003623018040000063
框架环境利用
Figure BDA0003623018040000064
工具(Microsoft Corporation,Redmond,Washington)并为高效开发提供稳定、用户友好的界面。在示例实施例中，可以将各种组件实现为符合框架环境的规范并根据框架环境的规范(例如，根据应用编程接口(API)规范等)操作的附加组件(或插件)。
图1还示出了框架170的示例，框架170包括模型模拟层180以及框架服务层190、框架核心层195和模块层175。框架170可以包括可商购的
Figure BDA0003623018040000071
框架，其中模型模拟层180是可商购的
Figure BDA0003623018040000072
以模型为中心的软件包，它承载
Figure BDA0003623018040000073
框架应用程序。在示例实施例中，
Figure BDA0003623018040000074
软件可以被认为是数据驱动的应用程序。
Figure BDA0003623018040000075
软件可以包括用于模型构建和可视化的框架。
作为示例，框架可以包括用于实现一种或多种网格生成技术的特征。例如，框架可以包括用于接收来自地震数据解释的信息的输入组件、至少部分基于地震数据、测井数据、图像数据等的一个或多个属性。这样的框架可以包括网格生成组件，其处理输入信息，可选地结合其他信息，以生成网格。
在图1的示例中，模型模拟层180可以提供域对象182、充当数据源184、提供渲染186和提供各种用户界面188。渲染186可以提供图形环境，其中应用程序用户界面188可以显示他们的数据，而用户界面188可以为应用程序用户界面组件提供共同的外观和感觉。
作为示例，域对象182可以包括实体对象、属性对象和可选的其他对象。实体对象可用于几何表示井、表面、主体、储层等，而属性对象可用于提供属性值以及数据版本和显示参数。例如，实体对象可以表示井，其中属性对象提供日志信息以及版本信息和显示信息(例如，将井显示为模型的一部分)。
在图1的示例中，数据可以存储在一个或多个数据源(或数据存储，通常为物理数据存储设备)中，其可以位于相同或不同的物理站点并且可以通过一个或多个网络访问。模型模拟层180可以被配置为对项目进行建模。因此，可以存储特定项目，其中存储的项目信息可以包括输入、模型、结果和案例。因此，在完成建模会话后，用户可以存储项目。稍后，可以使用模型模拟层180访问和恢复项目，该模型模拟层180可以重新创建相关域对象的实例。
在图1的示例中，地质环境150可以包括层(例如，分层)，该层包括储层151和一个或多个其他特征，例如断层153-1、地质体153-2等。例如，地质环境150可以配备多种传感器、检测器、致动器等中的任何一种。例如，设备152可以包括通信电路以接收和发送关于一个或多个网络155的信息。这样的信息可以包括与井下设备154相关的信息，井下设备154可以是获取信息、帮助资源回收等的设备。其他设备156可以远离井场定位并且包括感测、检测、发射或其他电路。这样的设备可以包括存储和通信电路以存储和通信数据、指令等。作为示例，可以提供一个或多个卫星用于通信、数据采集等目的。例如，图1示出了通信中的卫星与可配置用于通信的网络155一起，注意卫星可附加地或替代地包括用于图像的(例如，空间的、光谱的、时间的、辐射测量的等)电路。
图1还将地质环境150示出为可选地包括与井相关的设备157和158，该井包括可以与一个或多个裂缝159相交的基本水平的部分。例如，考虑页岩地层中的井，该井可以包括天然裂缝、人工裂缝(例如水力裂缝)或天然裂缝和人工裂缝的组合。作为示例，可以为横向扩展的储层钻一口井。在这样的示例中，可能存在性质、应力等的横向变化，其中对此类变化的评估可能有助于计划、操作等以开发横向广泛的储层(例如，经由压裂、注入、提取等)。作为示例，设备157和/或158可以包括用于压裂、地震感测、地震数据分析、一个或多个裂缝的评估等的组件、系统等。
如上所述的，系统100可用于执行一个或多个工作流。工作流可以是包括多个工作步骤的过程。工作步骤可以对数据进行操作，例如，以创建新数据、更新现有数据等。作为示例，可以对一个或多个输入进行操作并创建一个或多个结果，例如，基于一种或多种算法。作为示例，系统可以包括用于创建、编辑、执行等工作流的工作流编辑器。在这样的示例中，工作流编辑器可以提供对一个或多个预定义工作步骤、一个或多个定制工作步骤等的选择。作为示例，工作流可以是在
Figure BDA0003623018040000081
软件中可实现的工作流，例如，对地震数据、地震属性等进行操作。作为示例，工作流可以是可在
Figure BDA0003623018040000082
框架中实现的过程。例如，工作流可以包括一个或多个访问诸如插件之类的模块(例如，外部可执行代码等)的工作步骤。
图2示出了示例界面200，其示出了与实际钻井轨迹相关的计划钻井轨迹。如图2所示，计划的轨迹在初始(例如，较浅的)部分可能是相对笔直和垂直的，但在更深处可能会弯曲并逐渐水平拉直。在钻井过程中，实际钻井轨迹可能会偏离计划轨迹。因此，本公开的方面可以通过考虑工具面不确定性来调节钻孔操作来最小化偏差。在一些实施例中，可以将计划的轨迹划分为区段，并且可以为每个区段确定钻井计划。可以确定应该设置以便在一区段的预期轨迹中钻孔的工具面取向，并且可以识别与工具面取向相关联的不确定性。基于不确定性水平，可以确定该区段的钻井计划。如本文所述，钻井计划可识别设备运行速度、运行扭矩水平、构建速率、转弯速率、轨迹监测速率等。作为说明性示例，对于具有相对低不确定性值的工具面取向，运行速度，操作扭矩水平、构建速率和/或转弯速率的工具面取向可以相对高于具有相对高的不确定性值的工具面取向。随着钻井的进行，可以监测实际轨迹并且考虑到不确定性对钻井计划进行调节。此外，具有不确定性数据的转向响应可以椭圆的形式(例如，热图椭圆)呈现，为操作者和计划者提供丰富的数据集，以帮助提前计划钻井项目或进行实时调节。
图3示出了根据本公开的方面的示例环境。如图3所示，环境300可以包括设备控制装置310、钻井轨迹跟踪装置320、转向响应和不确定性计划装置330以及网络340。
设备控制装置310可以包括一个或多个计算装置，其控制定向钻井项目中涉及的钻井设备的操作。例如，设备控制装置310可以接收命令以控制各种钻井设备操作，例如设备速度、扭矩、构建速率、转弯速度等。在一些实施例中，设备控制装置310可以接收来自转向响应和不确定性计划装置330的自动化命令和/或来自操作者的用户输入命令。
钻井轨迹跟踪装置320可以包括一个或多个传感器、加速度计、磁力计和/或收集与钻井轨迹有关的数据的数据采集装置。在一些实施例中，钻井轨迹跟踪装置320可以是随钻测量(MWD)系统中的组件。在一些实施例中，钻井轨迹跟踪装置320可以以钻井计划定义的周期性间隔收集轨迹数据并将其报告给转向响应和不确定性计划装置330。
转向响应和不确定性计划装置330可以包括一个或多个计算装置，其基于不同的工具面方向确定钻井设备的转向响应，并进一步确定在不同工具面方向的响应的不确定性。在一些实施例中，转向响应和不确定性计划装置330可以通过从一段时间内的实时钻井操作收集转向响应数据和/或从测试或受控环境中的钻井操作收集数据来确定转向响应和不确定性。转向响应和不确定性计划装置330可以椭圆和/或组合的热图和椭圆的形式呈现转向响应和不确定性数据，钻井计划者和/或操作者可以使用这些数据提前和/或实时计划/调节钻井操作。在一些实施例中，转向响应和不确定性计划装置330可以基于转向响应和不确定性数据自动确定或调节钻井计划。在一些实施例中，钻井轨迹跟踪装置320和/或转向响应和不确定性计划装置330可以在一个或多个应用中实施以帮助跟踪和/或钻井计划。
网络340可以包括网络节点，例如图3的网络节点10。另外或替代地，网络340可以包括一个或多个有线和/或无线网络。例如，网络340可以包括蜂窝网络(例如，第二代(3G)网络、第三代(3G)网络、第四代(4G)网络、第五代(3G)网络、长期演进(LTE)网络、全球移动系统(GSM)网络、码分多址(CDMA)网络、演进数据优化(EVDO)网络等)、公共陆地移动网络(PLMN)、和/或另一个网络。附加地或替代地，网络340可以包括局域网(LAN)、广域网(WAN)、城域网(MAN)、公共交换电话网(PSTN)、自组织网络、托管互联网协议(IP)网络、虚拟专用网络(VPN)、内联网、互联网、基于光纤的网络和/或这些或其他类型网络的组合。在实施例中，网络340可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。
图4示出了示例转向响应椭圆，其中不确定性数据表示在热图中。如图4所示，椭圆400可以识别示出所使用的工具面(TF)的热图(例如，基于设备控制装置310接收的实际TF取向命令)。如本文所述的，TF取向命令可以对应于预期的钻探轨迹。热图可以包括不同的颜色和/或阴影，其表示特定工具面取向、构建速率和转弯速率下的不确定性水平。在一些实施例中，较深的阴影或红色可以表示较低水平的不确定性，尽管阴影和颜色之间的任何变化可能用于表示不同水平的不确定性。在一个说明性示例中，在工具面取向为00、构建和转弯速率从00-/100英尺到150/100英尺时，不确定性水平可能相对较低。
在一些实施例中，椭圆400可以识别不确定带和偏移响应。不确定性带可以表示给定工具面方向的不确定性范围，并且偏移响应可以识别相对于工具面方向的实际钻井轨迹。例如，10度的工具面取向可以具有1度的偏移，使得轨迹为9度。示例椭圆400可以说明特定类型设备(例如泥浆马达)的转向响应。在一些实施例中，椭圆400的显示可以在测量深度或真实垂直深度之间进行选择。使用椭圆400，操作者或计划者可以基于工具面取向容易地可视化钻井轨迹的不确定性。
图5示出了转向响应椭圆的另一个示例，其中不确定性数据表示在热图中。示例椭圆500可以说明特定类型设备的转向响应，例如旋转可转向系统(RSS)。椭圆500可以具有与图4中的椭圆400类似的格式，并且可以显示在不同工具面方向、构建速率和转弯速率下操作的RSS设备的不同不确定性水平。
图6说明了具有变化的不确定性带的示例转向响应椭圆。更具体地，椭圆600说明了在特定的一组需求条件下操作的设备的转向响应，如所示的。在一些实施例中，工具面取向命令(例如，由设备控制装置310接收的)可以沿着椭圆600绘制。此外，还可以示出预期的工具面方向。不同工具面取向的不确定性水平由工具面取向椭圆周围的阴影表示。如图6所示，不确定性带(例如，不确定性水平的范围)可能在工具面取向椭圆上有所不同。在一些实施例中，不确定性带在存在较少数据点的取向(例如，对应于工具面取向命令的数据点)处可能更宽。例如，数据点的数量越多，不确定性带越窄。此外，具有一致结果的数据点数量越多(例如，一致的实际轨迹与预期轨迹结果)，不确定性带就越窄。以这种方式，椭圆600可用于可视化在不同工具面取向和一组需求条件下的不确定性。
图7说明了用于生成、更新和呈现要在定向钻井项目的钻井操作的提前和/或实时计划中使用的转向响应图的过程的示例流程图。例如，图7的步骤可以在图3的环境中实现，并使用图3中描绘的元件的附图标记来描述。该流程图示出了根据本公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。
如图7所示，过程700可以包括接收识别工具面取向的转向命令(框710)。例如，转向响应和不确定性计划装置330可以从设备控制装置310接收识别工具面取向(例如转向角或工具面角度)的转向命令。在一些实施例中，转向命令可以由设备控制装置310从操作者和/或经由自动化系统接收，以控制工具面取向作为定向钻井项目的一部分(例如，基于工具面沿着计划的轨迹钻孔)。转向命令可以基于预期的转向响应。预期转向响应可以指基于工具面取向的预期钻井角和/或预期钻井轨迹。在一些实施例中，预期的转向响应可以匹配工具面取向，或者可以不同于工具面取向。例如，10度的工具面取向可以具有1度的偏移，使得当工具面取向被设置为10度时的预期转向响应是9度的钻井角/轨迹。在一些实施例中，转向命令可以识别除工具面取向之外的其他参数，例如构建速率和转弯速率。
过程700可以包括接收实际转向响应结果(框720)。例如，转向响应和不确定性计划装置330可以从钻井轨迹跟踪装置320接收识别实际转向响应结果的信息。在一些实施例中，实际转向响应结果可以识别由设备钻出的孔的角度和/或钻出的孔的轨迹。
过程700可以包括存储将实际转向响应与预期转向响应进行比较的数据集(框730)。例如，转向响应和不确定性计划装置330可以存储将实际转向响应与工具面取向处的预期转向响应进行比较的信息(例如，实际钻探轨迹或角度和预期钻探轨迹或角度)。在一些实施例中，信息可以存储在数据结构中。比较实际转向响应与预期转向响应的信息可以识别实际和预期响应之间的偏差水平。在一些实施例中，数据集可以是时间戳，并且可以包括附加的元数据，例如钻井发生的地理位置、钻井时的设备操作参数、用于钻井的设备类型、钻井项目的类型、钻井应用的类型等。
如图7所示，过程700可以返回到框710并且可以重复框710-730。在执行框710-730的每次迭代之后，可以存储附加数据集，其中该数据集可以包括比较在给定工具面取向/角度、构建速率和/或转弯速率下的实际与预期转向响应的信息。框710-730可以在无数次迭代中重复执行。以这种方式，可以存储多个不同的数据集，其中每个数据集包括比较在不同工具面取向、构建速率和转弯速率下的实际与预期转向响应的信息。在一些实施例中，框710-730可以在真实钻井操作中实施，其中存储实际与预期的转向响应数据集。另外或替代地，框710-730可以在受控或测试环境中实施。
过程700还可以包括确定工具面取向处的不确定性(框740)。例如，转向响应和不确定性计划装置330可以基于比较实际转向响应与预期转向响应的数据集(例如，在执行过程框710-730的多次迭代之后创建的数据集)来确定给定工具面取向的不确定性值)。在一些实施例中，不确定性可以基于特定工具面取向的数据集的数量，以及实际和预期转向响应之间的结果的一致性。例如，如果已经在10度的工具面取向处分析了大量数据集(例如，大于阈值数量)，并且实际与预期的转向响应具有一致的低偏差(例如，低于阈值水平)，不确定性值可能相对较低，说明当工具面取向设置为10度时，转向响应具有较低的不确定性(即高度的确定性)。作为另一个说明性示例，如果在八十度的工具面方向上分析了相对较少的数据集，并且实际与预期的转向响应具有一致的高偏差，则不确定性值可能相对较高，表明当工具面取向设置为八十度时，转向响应具有高度的不确定性度(即低度的确定性)。此外，除了在不同工具面取向确定不确定性之外，还可以基于构建速率和/或转弯速率来确定不确定性值。附加地或替代地，不确定性可以基于附加变量来确定，例如地形特性、设备类型、设备状况等。在一些实施例中，框740可以重复并且在不同工具面取向、构建速率、转弯速率等处的不确定性可以随着根据框710-730生成附加数据集而被更新。在一些实施例中，每个工具面取向的不确定性值可以存储在数据结构或储存库中。
过程700还可以包括接收对转向响应图的请求(框750)。例如，转向响应和不确定性计划装置330可以接收对转向响应图的请求。在一些实施例中，该请求可以包括一个或多个参数，该参数识别可以从其生成转向响应图的数据子集。示例参数可以包括发生钻井的时间框架、发生钻井的地理位置、设备类型、钻孔应用的类型等。
过程700还可以包括生成和输出转向响应图(框760)。例如，转向响应和不确定性计划装置330可以以热图椭圆的形式生成和输出转向响应图，其中转向响应图可以基于请求中包括的参数。作为说明性示例，转向响应图可以呈现在特定时间框架内收集的数据的子集，或与特定地理位置、设备类型、钻井应用类型等相关联的数据。另外或替代地，转向图可以呈现在测量深度或真实垂直深度的定义窗口中。如本文所述的，转向响应图可以帮助定向钻井计划者和操作者提前更好地计划定向钻井项目，或实时调节钻井操作以最小化实际钻井轨迹和计划钻井轨迹之间的偏差。
图8说明了用于使用不确定性数据来最小化实际钻井轨迹和计划钻井轨迹之间的偏差的过程的示例流程图。例如，图8的框可以在图3的环境中实现，并且使用图3中描绘的元件的附图标记来描述。该流程图示出了根据本公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。
如图8所示，过程800可以包括钻井轨迹计划(框805)。例如，转向响应和不确定性计划装置330可以接收与定向钻井项目(例如，用于钻井筒)相关联的钻井轨迹计划。上文关于图2描述了钻井轨迹计划的示例。
过程800还可以包括将计划的轨迹划分为多个区段(框810)。例如，转向响应和不确定性计划装置330可以将计划的轨迹划分为多个区段。在一些实施例中，s330可以基于接收(例如，从操作者或计划者)用户输入和定义所述区段的选择将计划轨迹划分为多个区段。附加地或替代地，转向响应和不确定性计划装置330可以基于先前的类似钻井项目将计划的轨迹自动划分为多个区段。在一些实施例中，可以经由用户输入和选择来确认和/或手动调节自动生成的区段。在一些实施例中，每个区段可以包括钻井角或曲线。也就是说，随着钻井角或曲线沿计划轨迹变化，可以定义不同的区段。
过程800还可以包括识别工具面取向，以在一区段的预期轨迹中钻井(框815)。例如，转向响应和不确定性计划装置330可以识别应该设置的工具面取向以便在一区段的预期轨迹中钻井。如上所述的，工具面取向或角度可以匹配钻井轨迹角度，或者工具面取向可以基于预定偏移而不同。
过程800还可以包括识别与工具面取向相关联的不确定性(框820)。例如，转向响应和不确定性计划装置330可以基于存储在不同工具面取向处的不确定性的数据结构或储存库(例如，上文关于图7的过程框740描述的数据结构或储存库)来确定与工具面取向相关联的不确定性。另外或替代地，操作者可以使用转向响应图(例如，热图椭圆)来识别工具面取向的不确定性。
过程800还可以包括基于不确定性确定该区段的钻井计划(框825)。例如，转向响应和不确定性计划装置330可以基于不确定性确定该区段的钻井计划。在一些实施例中，转向响应和不确定性计划装置330可以基于一组标准自动确定钻井计划，该一组标准基于不确定性识别钻井计划。附加地或替代地，转向响应和不确定性计划装置330可以经由用户输入从操作者或计划者接收钻井计划，其中该计划可以使用不确定性数据来确定。在一些实施例中，钻井计划可以识别设备运行速度、运行扭矩水平、构建速率、转弯速率、轨迹监测速率等。作为说明性示例，对于具有相对低的不确定性值的工具面取向，运行速度，操作扭矩水平、构建速率和/或转弯速率可以相对高于具有相对高的不确定性值的工具面取向。
一般而言，当不确定性相对较低时，设备可以设置为以更高的速度和扭矩进行钻探，而轨迹检查的频率更低，因为这些更高的速度和扭矩不太可能导致实际的钻探轨迹偏离计划的轨迹。类似地，当不确定性相对较高时，可以将设备设置为以较低的速度和扭矩进行钻井，并进行更频繁的轨迹检查，因为实际钻井轨迹更有可能偏离计划轨迹。
过程800还可包括输出钻井计划以供执行(框860)。例如，转向响应和不确定性计划装置330可以输出钻井计划以供执行(例如，到设备控制装置310)。替代地，在一些实施例中，操作者可以在不涉及转向响应和不确定性计划装置330的情况下将用于执行的钻井计划输出到设备控制装置310。在任何情况下，设备控制装置310可以执行钻井计划以引起钻井设备按照钻井计划运行(例如，以计划的速度、扭矩、构建速率、转弯速度等)。
过程800还可以包括监测实时钻井轨迹(框835)。例如，转向响应和不确定性计划装置330可以基于从钻井轨迹跟踪装置320接收到的信息来监测实时钻井轨迹。更具体地，转向响应和不确定性计划装置330可以监测实时轨迹和计划轨迹之间的偏差。在一些实施例中，转向响应和不确定性计划装置330可以以特定频率或速率检查或监测钻井轨迹，其中监测速率可以由钻井计划定义(例如，当不确定性相对较高时，可以应用相对较高的监测速率)。
过程800还可以包括确定实时轨迹和计划轨迹之间的偏差是否在阈值水平内(框840)。例如，转向响应和不确定性计划装置330可以基于监测实时轨迹来确定实时轨迹和计划轨迹是否在阈值水平内。在一些实施例中，阈值水平可以是可配置的并且可以是最小化实时和计划轨迹之间的偏差与对钻井操作进行的调节次数之间的折衷。
例如，如果偏差不在阈值水平内(框840-否)，则过程800可进一步包括调节钻井计划(框845)。例如，转向响应和不确定性计划装置330可以通过修改工具面取向来调节钻井计划，以将实时轨迹改变为朝向计划的轨迹。此外，调节后的钻井计划可以调节(例如，降低)速度、扭矩、构建速率、转弯速度、监测速率等。过程800可以返回到框830，由此可以输出调节的钻井计划以供执行，并且监测实时钻井轨迹相对于计划轨迹的偏差(框835)。如果偏差不在阈值水平内，可以进行进一步的调节。
另一方面，如果偏差在阈值水平内(框840-是)，则过程800可以包括确定是否所有区段都已完成(框850)。例如，转向响应和不确定性计划装置330可以基于从钻井轨迹跟踪装置320接收的钻井分析和状态信息来确定钻井项目的所有区段是否已经完成。
例如，如果尚未完成所有区段，并且要钻出附加的区段(框850-否)，则过程800可以返回到框815，由此可以基于工具面方向和不确定性来确定和执行下一个区段的钻井计划。另一方面，如果所有区段都已完成(框850-是)，则可以不采取进一步的动作并且过程800可以结束。
根据过程700和800，当提前计划钻井项目和/或实时调节钻井操作时，可以考虑转向响应不确定性数据，从而最小化计划钻井轨迹和实际钻井轨迹之间的偏差。此外，在定向钻井项目结束时，转向响应不确定性数据可用于分析井设计的不同特征以及对转向响应的影响，例如对转向工具类型(例如，马达、RSS、等)、钻头、BHA、稳定器和钻铤位置、不同地层区域响应、使用的钻井参数、倾角和轨迹、不同工具的磨损率、冲击和振动的影响和/或其他影响。
如本文所述的，本公开的各方面可用于以图形方式呈现在不同工具面方向的转向响应的不确定性。在一些实施例中，不确定性数据可用于改进定向钻井计划和实时钻井操作，使得实际钻井轨迹更接近地匹配计划或预期钻井轨迹。此外，在定向钻井项目结束时，本公开的各个方面可用于分析井设计的不同特征以及这些特征如何影响转向响应(例如，对转向工具和马达、钻头、稳定器和钻铤位置、地层区响应、使用的钻井参数、倾角和轨迹、磨损率、冲击和振动等)。
在一些实施例中，本公开的方法可以由计算系统执行。图9说明了根据一些实施例的这种计算系统900的示例。计算系统900可以包括计算机或计算机系统901A，其可以是单独的计算机系统901A或分布式计算机系统的布置。计算机系统901A包括一个或多个分析模块902，其被配置为根据一些实施例执行各种任务，例如本文公开的一种或多种方法。为了执行这些不同的任务，分析模块902独立地或与一个或多个处理器904协调地执行，处理器904连接到一个或多个存储介质906。处理器904还连接到网络接口907，以允许计算机系统901A通过数据网络909与一个或多个附加的计算机系统和/或计算系统通信，例如901B、901C和/或901D(注意，计算机系统901B、901C和/或901D可以共享或不共享与计算机系统901A相同的架构，并且可以位于不同的物理位置，例如，计算机系统901A和901B可以位于处理设施中，同时与位于一个或多个数据中心和/或位于不同大陆的不同国家的一个或多个计算机系统如901C和/或901D通信。
处理器可以包括微处理器、微控制器、处理器模块或子系统、可编程集成电路、可编程门阵列或另一控制或计算装置。
存储介质906可以实现为一个或多个计算机可读或机器可读存储介质。注意，虽然在图9的示例实施例中存储介质906被描绘为在计算机系统901A内，但在一些实施例中，存储介质906可以分布在计算系统901A和/或附加计算系统的多个内部和/或外部机箱内和/或跨其分布。存储介质906可以包括一种或多种不同形式的存储器，包括半导体存储设备，例如动态或静态随机存取存储器(DRAM或SRAM)、可擦除和可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除和可编程只读存储器(EEPROM)和闪存、磁盘(如固定磁盘、软盘和可移动磁盘)、其他磁性介质(包括磁带)、诸如光盘(CD)或数字视频磁盘(DVD)等光学介质、
Figure BDA0003623018040000171
磁盘或其他类型的光学存储，或其他类型的存储设备。注意，上面讨论的指令可以提供在一个计算机可读或机器可读存储介质上，或者可以提供在分布在可能具有多个节点的大型系统中的多个计算机可读或机器可读存储介质上。这种计算机可读或机器可读存储介质或介质被认为是物品(或制造物品)的一部分。物品或制造物品可以指任何制造的单个组件或多个组件。一个或多个存储介质可以位于运行机器可读指令的机器中，或者位于可以通过网络从其下载机器可读指令以供执行的远程站点。
在一些实施例中，计算系统900包含一个或多个转向响应不确定性确定模块908。在计算系统900的示例中，计算机系统901A包括转向响应不确定性确定模块908。在一些实施例中，单个转向响应不确定性确定模块908可用于执行本文公开的方法的一个或多个实施例的一些方面。在其他实施例中，可以使用多个转向响应不确定性确定模块908来执行本文方法的一些方面。
应当理解，计算系统900仅仅是计算系统的一个示例，并且计算系统900可以具有比所示更多或更少的组件，可以组合未在图9的示例实施例中描绘的附加组件，和/或计算系统900可以具有图9中描绘的组件的不同配置或布置。图9中所示的各种组件可以用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现，包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路。
此外，本文描述的处理方法中的步骤可以通过在诸如通用处理器或诸如ASIC、FPGA、PLD或其他适当装置的专用芯片的信息处理设备中运行一个或多个功能模块来实现。这些模块、这些模块的组合和/或它们与通用硬件的组合包括在本公开的范围内。
计算解释、模型和/或其他解释辅助可以以迭代方式被细化；这个概念适用于这里讨论的方法。这可以包括使用基于算法执行的反馈循环，例如在计算装置(例如，计算系统900，图9)处，和/或通过用户的手动控制，用户可以确定关于给定的步骤、动作、模板、模型或一组曲线是否已经变得足够精确以评估所考虑的地下三维地质构造。
为了解释的目的，以上描述已经参照特定实施例进行了描述。然而，上述说明性讨论并不旨在穷举或限制所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化都是可能的。此外，这里描述的方法的元件被说明和描述的顺序可以重新排列，和/或两个或更多个元件可以同时出现。选择和描述实施例是为了最好地解释本公开的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够最好地利用所公开的实施例以及具有各种修改的各种实施例，以适合于预期的特定用途。

Claims (20)

1.一种计算机实现的方法，包括：
接收识别工具面取向的转向命令，其中预期该转向命令产生预期钻井轨迹的预期转向响应；
接收转向命令的实际转向响应结果，其中实际转向响应结果识别实际钻井轨迹；
存储将实际转向响应结果与预期转向响应进行比较的数据集；
基于所存储的数据集来确定工具面取向的不确定性水平；和
输出具有不确定性水平的转向响应的视觉表示。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述视觉表示包括以下中的至少一个：
具有热图的转向响应椭圆；和
带有不确定带的转向响应椭圆。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述不确定性水平表示所述实际转向响应结果与所述预期转向响应相匹配的置信度水平。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述转向响应命令进一步识别构建速率和转弯速率，其中所述不确定性水平进一步基于所述构建速率和所述转弯速率。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括存储多个数据集，该多个数据集的每个与相应的工具面取向相关联，并且将多个相应的实际转向响应结果与相应的多个预期转向响应进行比较。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定不确定性水平包括基于与所述工具面取向相关联的多个数据集的数量以及多个相应的实际转向响应结果和与所述工具面取向相关联的多个数据集内的相应的多个预期转向响应之间的偏差一致性，来确定不确定性水平。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括经由用户输入接收或基于所述不确定性水平自动地生成钻井计划。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括提前计划设备操作或基于不确定性水平实时调节设备操作。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述设备操作包括以下中的至少一个：
操作速度；
操作扭矩；
构建速率；
转弯速率；和
轨迹监测速率。
10.一种计算系统，包括：
一个或多个处理器；和
存储器系统，该存储器系统包括一个或多个存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令当由一个或多个处理器中的至少一个执行时使计算系统执行操作，该操作包括：
接收识别计划的钻井轨迹的钻井轨迹计划；
确定用于通过钻井设备沿计划的钻井轨迹的一部分进行钻井的工具面取向；
基于存储在储存库中的转向响应不确定性数据，识别与工具面取向相关的不确定性水平；
基于不确定性水平来确定沿该部分进行钻井的钻井计划；和
输出钻井计划以供钻井设备执行钻井计划。
11.根据权利要求10所述的计算系统，其中，所述钻井计划包括以下中的至少一个：
操作速度；
操作扭矩；
构建速率；
转弯速率；和
轨迹监测速率。
12.根据权利要求10所述的计算系统，还包括：
在输出用于执行的钻井计划之后，监测实时轨迹；
确定实时轨迹和计划的钻井轨迹之间的偏差超过阈值；
基于确定偏差超过该阈值来调节钻井计划，其中调节钻井计划包括识别更新的工具面取向和识别与更新的工具面取向相关联的不确定性水平；和
输出调节后的钻井计划以供执行。
13.根据权利要求10所述的计算系统，还包括输出不确定性水平的视觉表示。
14.根据权利要求13所述的计算系统，其中，所述视觉表示包括以下中的至少一个:
具有热图的转向响应椭圆；和
带有不确定性带的转向响应椭圆。
15.根据权利要求13所述的计算系统，其中，所述不确定性水平表示实际转向响应与预期转向响应相匹配的置信度水平。
16.一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令当由计算系统的一个或多个处理器执行时使得计算系统执行操作，所述操作包括:
基于预期钻井轨迹和实际钻井轨迹之间的偏差，确定相应工具面取向的相应多个不确定性水平；
将相应的多个不确定性水平存储在储存库中；和
输出相应的多个不确定性水平的视觉表示。
17.根据权利要求16所述的计算机可读介质，其中，所述视觉表示包括以下中的至少一个:
具有热图的转向响应椭圆；和
带有不确定性带的转向响应椭圆。
18.根据权利要求16所述的计算机可读介质，其中，所述操作还包括:
接收识别计划的钻井轨迹的钻井轨迹计划；
确定用于沿着计划的钻井轨迹的一部分进行钻井的工具面取向；
识别所存储的相应多个不确定性水平中与工具面取向相关联的特定不确定性水平；
基于特定不确定性水平来确定用于沿着该部分进行钻井的钻井计划；和
输出钻井计划，用于执行该钻井计划。
19.根据权利要求18所述的计算机可读介质，其中，钻井计划包括以下中的至少一个:
操作速度；
操作扭矩；
构建速率；
转弯速率；和
轨迹监测速率。
20.根据权利要求16所述的计算机可读介质，其中，多个相应的不确定性水平中的每个表示实际转向响应与预期转向响应匹配的置信度水平。
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