CN115298412A - 钻井钻机控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于控制钻井钻机的系统和方法，其中所述方法包括在第一网关处从监控系统接收第一基于消息的命令；使用第一网关基于第一基于消息的命令确定第一系统特定命令；以及将第一系统特定命令从第一网关传输到第一系统特定控制器。第一系统特定控制器被配置成通过控制第一钻机装备来执行第一系统特定命令，但未被配置成执行第一基于消息的命令。

Description

钻井钻机控制系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求序列号为62/985,477的美国临时专利申请的优先权，所述临时专利申请提交于2020年3月5日并且全文以引用的方式并入本文中。

背景技术

钻井钻机用于将井眼钻入地层，例如，以到达地表下的烃类储层。钻井钻机也可以用于各种完井作业，诸如对井进行套管、注水泥、处理等，以支持经由井从储层开采流体。钻机是大型复杂的机器，其可能需要几个人和几个系统来控制。

最近，该行业已经趋向于经由钻机控制系统的计算机控制使钻机过程更加自动化。然而，钻机是由各种不同的公司制造的，并且每个钻机可能都有自己的钻机控制系统。不同的钻机控制系统在实施方式方面可能有很大不同。因此，在没有对集中式系统进行大量定制的情况下，自动化系统难以与不同系统对接。

发明内容

本公开的实施方案包括一种用于控制钻井钻机的方法。所述方法包括在第一网关处从监控系统接收第一基于消息的命令；使用第一网关基于第一基于消息的命令确定第一系统特定命令；以及将第一系统特定命令从第一网关传输到第一系统特定控制器。第一系统特定控制器被配置成通过控制第一钻机装备来执行第一系统特定命令，但未被配置成执行第一基于消息的命令。

本公开的实施方案还包括用于钻井钻机的控制系统。所述系统包括监控系统和系统控制器，所述监控系统被配置成通过使用钻机装备产生基于消息的命令以供执行来实施井规划，所述系统控制器与监控系统通信。所述系统控制器包括与监控系统通信的网关，所述网关包括将基于消息的命令与系统特定命令相关联的数据库，以及耦接到网关和钻机装备的系统特定控制器，其中系统特定控制器被配置成通过调整钻机装备的操作来执行从网关接收的系统特定命令，并且其中系统特定控制器未被配置成执行基于消息的命令。

本公开的实施方案还包括存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在由计算系统的至少一个处理器执行时致使计算系统执行操作。这些操作包括在第一网关处从监控系统接收第一基于消息的命令；使用第一网关基于第一基于消息的命令确定第一系统特定命令；以及将第一系统特定命令从第一网关传输到第一系统特定控制器，其中第一系统特定控制器被配置成通过控制第一钻机装备来执行第一系统特定命令，但未被配置成执行第一基于信息的命令。

应当理解，此概述仅旨在介绍本发明的方法、系统和介质的一些方面，这些方面在下文进行更全面的描述和/或权利要求保护。因此，此概述并非旨在进行限制。

附图说明

通过参考以下结合附图的描述，可以更容易地理解所描述的实施方式的特征。

图1示出了根据实施方案的地质环境中的装备的示例。

图2示出了根据实施方案的系统的示例和井眼类型的示例。

图3示出了根据实施方案的钻井系统的示例。

图4示出了根据实施方案的用于控制钻机的系统的示意图。

图5示出了根据实施方案的系统的另一示意图。

图6示出了根据实施方案的用于控制钻井钻机的方法的流程图。

图7示出了根据实施方案的计算系统的示意图。

具体实施方式

以下描述包括目前设想用于实践所描述的实施方式的最佳模式的实施方案。该描述不是限制性的，而仅仅是为了描述实施方式的一般原理。应参考所发布的权利要求确定所描述的实施方式的范围。

井规划是一种过程，通过该过程可绘制井的路径以便到达储层，例如以从储层开采流体。作为示例，可以对井的设计施加约束，例如，井轨迹可以经由可以影响钻孔的可行性、钻井的容易程度等的一种或多种物理现象来约束。因此，例如，可以至少部分地基于地下域的已知地质或例如区域中其他井的存在(例如，避免冲突)来施加一个或多个约束。作为示例，可以施加一个或多个其他约束，例如，考虑与正在使用的工具的能力密切相关的一个或多个约束和/或与钻井时间和风险承受能力相关的一个或多个约束。

例如，可以至少部分地基于施加的约束和已知信息来生成井规划。作为示例，井规划可以被提供给井所有者、获批，并且然后由钻井服务提供方(例如，定向钻机或“DD”)实施。

例如，井设计系统可以考虑可以在井场使用的一个或多个钻井系统的一个或多个能力。作为示例，例如当创建各种设计和规范中的一种或多种时，可以要求钻井工程师考虑此类能力。

例如，井设计系统(可以是井规划系统)可以考虑自动化。例如，在井场包括可以例如经由本地和/或远程自动化命令进行自动化的井场装备的情况下，可以以数字形式生成井规划，该井规划可以在至少一些数量的自动化是可能的和期望的情况下在钻井系统中利用。例如，钻井系统可以访问数字井规划，其中可以经由钻井系统的一个或多个自动化机制来利用数字井规划中的信息，以使井场处的一个或多个操作自动化。

图1示出了地质环境120的示例。在图1中，地质环境120可以是包括多个层(例如，分层)的沉积盆地，所述多个层包括储层121并且可以例如与一个断层123(例如，或多个断层)相交。作为示例，地质环境120可以配备有各种传感器、检测器、致动器等中的任何一种。例如，装备122可以包括用于相对于一个或多个网络125接收和/或传输信息的通信电路。此类信息可以包括与井下装备124相关联的信息，所述井下装备可以是用于采集信息、协助资源采收等的装备。其他装备126可以位于远离井场的位置并且包括感测、检测、发射或其他电路。此类装备可以包括存储和通信电路以存储和传送数据、指令等。作为示例，一件或多件装备可以提供(例如，关于一个或多个开采的资源等的)数据的测量、收集、传送、存储、分析等。作为示例，可以提供一个或多个卫星以用于通信、数据采集、地理定位等目的。例如，图1示出了与可以被配置用于通信的网络125进行通信的卫星，需注意，所述卫星可以另外或替代地包括用于成像(例如，空间成像、光谱成像、时间成像、辐射成像等)的电路。

图1还将地质环境120示出为可选地包括与井相关联的装备127和128，所述井包括可以与一个或多个裂缝129相交的基本上水平的部分。例如，考虑可以包括天然裂缝、人工裂缝(例如，水力裂缝)或天然裂缝与人工裂缝的组合的页岩地层中的井。作为示例，可以对横向延伸的储层进行钻井。在此类示例中，可能存在属性、应力等的横向变化，其中对此类变化的评估可以帮助规划、操作等以(例如，经由压裂、注入、提取等)开发储层。作为示例，装备127和/或128可包括用于压裂、地震感测、地震数据分析、评估一个或多个裂缝、注入、产量等的部件、一个或多个系统等。作为示例，装备127和/或128可以提供(例如，关于一个或多个开采的资源的)例如产量数据等数据的测量、收集、传送、存储、分析等。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。

图1还示出了装备170的示例和装备180的示例。此类装备(其可以是部件的系统)可以适用于地质环境120。虽然装备170和180被示出为陆基的，但是各种部件可适用于海上系统。如图1所示，装备180可以是车辆承载的移动装备；需注意，装备170可以被组装、拆卸、运输和重新组装等。

装备170包括平台171、井架172、天车173、钢丝绳174、游车总成175、绞车176和装卸台177(例如，二层台)。作为示例，钢丝绳174可以至少部分地经由绞车176控制，使得游车总成175相对于平台171在竖直方向上行进。例如，通过绞入钢丝绳174，绞车176可以使钢丝绳174移动穿过天车173并远离平台171向上提升游车总成175；而通过放出钢丝绳174，绞车176可以使钢丝绳174移动穿过天车173并朝向平台171下放游车总成175。在游车总成175承载钻杆(例如，套管等)的情况下，跟踪游车总成175的移动可以提供关于已经部署了多少钻杆的指示。

井架可以是用于支撑天车以及至少部分地经由钢丝绳操作性地耦接到天车的游车的结构。井架可以是金字塔形的并且提供合适的强度重量比。井架可以作为一个单元移动或逐件地移动(例如，将被组装和拆卸)。

作为示例，绞车可以包括线轴、制动器、电源和各种辅助装置。绞车可以受控地放出和卷入钢丝绳。钢丝绳可以卷绕在天车上并且耦接到游动滑车以获得“滑车组”或“滑轮”方式的机械优势。放出和卷入钢丝绳可致使游动滑车(例如，以及可能悬置在其下面的任何东西)被下放到钻孔中或从钻孔中起出。放出钢丝绳可以通过重力提供动力并且通过马达、发动机等(例如，电动马达、柴油机等)进行卷入。

作为示例，天车可包括一组滑轮(例如，槽轮)，该组滑轮可位于井架或钻塔的顶部处或附近，钢丝绳穿过该组滑轮。游动滑车可包括一组槽轮，这些槽轮可以经由穿过游动滑车的槽轮组和穿过天车的槽轮组中的钢丝绳在井架或钻塔中上下移动。天车、游动滑车和钢丝绳可以形成井架或钻塔的滑轮系统，这可以使得能够处置重负载(例如，钻柱、钻杆、套管、尾管等)使其提升离开或下放至钻孔。例如，钢丝绳的直径可以是约一厘米至约五厘米，例如钢缆。通过使用一组槽轮，此类钢丝绳可以承载比钢丝绳以单股可支撑的重量更重的负载。

作为示例，井架工可以是在附接到井架或钻塔的平台上工作的钻井队成员。井架可包括井架工可站立的装卸台。作为示例，此类装卸台可以在钻台上方约10米或更高处。在被称为起钻(TOH)的操作中，井架工可穿戴安全带，该安全带使得井架工能够从工作台(例如，二层台)向外倾斜以够到位于井架或钻塔中心处或附近的钻杆，并且将绳索缠绕在钻杆上并将钻杆拉回其储存位置(例如，指梁)，直到可能需要将钻杆重新下入钻孔中。作为示例，钻机可包括自动化钻杆处置装备，使得井架工控制机械而不是靠体力处置钻杆。

作为示例，起下钻可以指从钻孔中起出装备和/或将装备下入钻孔的动作。作为示例，装备可包括可从井眼中起出和/或下入或替换到井眼中的钻柱。作为示例，可以在钻头已经钝化或者已经以其他方式不再高效地钻入并且要被替换的情况下执行钻杆的起下。

图2示出了井场系统200的示例(例如，在可位于陆地或海上的井场处)。如图所示，井场系统200可包括：泥浆罐201，其用于贮存泥浆和其他材料(例如，其中泥浆可以是钻井液)；吸入管线203，其用作泥浆泵204的入口，所述泥浆泵用于从泥浆罐201泵送泥浆使得泥浆流到振动软管206；绞车207，其用于吊拉一根或多根钻井钢丝绳212；立管208，其用于从振动软管206接收泥浆；方钻杆软管209，其用于从立管208接收泥浆；一个或多个鹅颈管210；游车211；天车213(例如，参见图1的天车173)，其用于经由一根或多根钻井钢丝绳212承载游车211；井架214(例如，参见图1的井架172)；方钻杆218或顶驱240；方钻杆补心219；转盘220；钻台221；喇叭口短节222；一个或多个防喷器(BOP)223；钻柱225；钻头226；套管头227；以及流管228，其用于将泥浆和其他材料携带到例如泥浆罐201。

在图2的示例性系统中，通过旋转钻井在地下地层230中形成井眼232；需注意，各种示例性实施方案也可使用定向钻井。

如图2的示例所示，钻柱225悬置在井眼232内并且具有钻柱总成250，所述钻柱总成在其下端处包括钻头226。作为示例，钻柱总成250可以是底部钻具总成(BHA)。

井场系统200可以提供钻柱225的操作和其他操作。如图所示，井场系统200包括平台和定位在井眼232上方的井架214。如所提到的，井场系统200可以包括转盘220，其中钻柱225穿过转盘220中的开口。

如图2的示例所示，井场系统200可包括方钻杆218和相关联的部件等，或者顶驱240和相关联的部件。关于方钻杆的示例，方钻杆218可以是方形或六边形金属/合金杆，其中钻有用作泥浆流动路径的孔。方钻杆218可用于经由方钻杆补心219将旋转运动从转盘220传递到钻柱225，同时允许钻柱225在旋转期间下放或升高。方钻杆218可以穿过可由转盘220驱动的方钻杆补心219。作为示例，转盘220可包括主补心，该主补心操作性地耦接到方钻杆补心219，使得转盘220的旋转可转动方钻杆补心219并因此转动方钻杆218。方钻杆补心219可包括与方钻杆218的外部轮廓(例如，正方形、六边形等)匹配的内部轮廓；然而，其具有稍大的尺寸使得方钻杆218可以在方钻杆补心219内自由地上下移动。

关于顶驱的示例，顶驱240可提供由方钻杆和转盘执行的功能。顶驱240可以转动钻柱225。作为示例，顶驱240可包括一个或多个(例如，电动和/或液压)马达，所述马达利用适当的传动装置连接到称为空心轴的短管段，所述短管段又可旋入保护接头或钻柱225本身。顶驱240可以悬置在游动滑车211上，因此该旋转机构可以自由地沿着井架214上下移动。作为示例，顶驱240可以允许使用比方钻杆/转盘方式更多的单根立柱来执行钻井。

在图2的示例中，泥浆罐201可贮存泥浆，所述泥浆可以是一种或多种类型的钻井液。作为示例，可以钻取井筒以开采流体、注入流体或两者(例如，烃类、矿物质、水等)。

在图2的示例中，钻柱225(例如，包括一个或多个井下工具)可以由螺纹连接在一起以形成长管的一系列钻杆组成，其中钻头226在其下端。随着钻柱225进入井筒中用于钻井，在钻井之前或与钻井重合的某个时间点，可以通过泵204经由管线206、208和209将泥浆从泥浆罐201(例如，或其他来源)泵送至方钻杆218的端口，或者例如泵送至顶驱240的端口。泥浆然后可以经由钻柱225中的一个通道(例如，或多个通道)流动并且从位于钻头226上的端口流出(例如，参见方向箭头)。随着泥浆经由钻头226中的端口离开钻柱225，泥浆可以向上循环通过钻柱225的一个或多个外表面与一个或多个周围井壁(例如，裸井眼、套管等)之间的环空区域，如方向箭头所示。以这种方式，泥浆润滑钻头226并将热能(例如，摩擦或其他能量)和地层岩屑携带至地面，其中泥浆(例如，以及岩屑)可以返回到泥浆罐201例如用于再循环(例如，通过处理以去除岩屑等)。

由泵204泵送到钻柱225中的泥浆可在离开钻柱225之后形成衬在井眼内的泥饼，泥饼尤其可减少钻柱225与一个或多个周围井壁(例如，井眼、套管等)之间的摩擦。摩擦的减小可以促进钻柱225的前进或回缩。在钻井操作期间，整个钻柱225可以从井筒中起出并且可选地例如用新的或锋利的钻头、较小直径的钻柱等替换。如所提到的，将钻柱起出井眼或在井眼中替换钻柱的动作被称为起下钻。根据起下钻方向，起下钻可以被称为向上起钻或向外起钻或向下下钻或向内下钻。

作为示例，考虑向下下钻，其中在钻柱225的钻头226到达井筒底部时，泥浆的泵送开始润滑钻头226以用于钻井目的以扩大井筒。如所提到的，可以通过泵204将泥浆泵送到钻柱225的通道中，并且在填充通道时，泥浆可以用作传输能量(例如，可以像泥浆脉冲遥测那样编码信息的能量)的传输介质。

作为示例，泥浆脉冲遥测装备可以包括井下装置，该井下装置被配置为实现泥浆中的压力变化以产生可基于其来调制信息的一个或多个声波。在此类示例中，来自井下装备(例如，钻柱225的一个或多个模块)的信息可以向上传输到井口装置，井口装置可以将此类信息中继到其他装备以进行处理、控制等。

作为示例，遥测装备可以通过经由钻柱225本身传输能量来操作。例如，考虑将经编码的能量信号传递给钻柱225的信号发生器，以及可以接收这种能量并对其进行中继以进一步传输经编码的能量信号(例如，信息等)的中继器。

作为示例，钻柱225可装配有遥测装备252，所述遥测装备包括：可旋转的驱动轴；涡轮叶轮，其机械地耦接到驱动轴，使得泥浆可致使涡轮叶轮旋转；调制器转子，其机械地耦接到驱动轴，使得涡轮叶轮的旋转致使所述调制器转子旋转；调制器定子，其邻近或靠近调制器转子安装，使得调制器转子相对于调制器定子的旋转在泥浆中产生压力脉冲；以及可控制动器，其用于选择性地制动调制器转子的旋转以调制压力脉冲。在此类示例中，交流发电机可以耦接到上述驱动轴，其中交流发电机包括至少一个定子绕组，所述定子绕组电耦接到控制电路，以选择性地使至少一个定子绕组短路以电磁制动交流发电机，从而选择性地制动调制器转子的旋转以调制泥浆中的压力脉冲。

在图2的示例中，井口控制和/或数据采集系统262可包括用于感测由遥测装备252生成的压力脉冲并且例如传送感测到的压力脉冲或从其得出的信息以用于处理、控制等的电路。

所示示例的总成250包括随钻测井(LWD)模块254、随钻测量(MWD)模块256、可选模块258、旋转导向系统和马达260以及钻头226。

LWD模块254可以被容纳在合适类型的钻铤中，并且可以包含一个或多个所选类型的测井工具。还应该理解，可以采用多于一个的LWD和/或MWD模块，例如，如钻柱总成250的模块256所表示的。在提到LWD模块的位置的情况下，作为示例，其可以指LWD模块254、模块256等的位置处的模块。LWD模块可以包括用于测量、处理和存储信息的能力，以及与地面装备通信的能力。在所示示例中，LWD模块254可包括地震测量装置。

MWD模块256可以容纳在合适类型的钻铤中，并且可以包含用于测量钻柱225和钻头226的特性的一个或多个装置。作为示例，MWD模块256可以包括用于产生电力的装备，例如，以为钻柱225的各种部件供电。作为示例，MWD模块256可以包括遥测装备252，例如，其中涡轮叶轮可以通过泥浆的流动来产生电力；可以理解，可以采用其他电源和/或电池系统来为各种部件供电。作为示例，MWD模块256可以包括以下类型的测量装置中的一种或多种：钻压测量装置、扭矩测量装置、振动测量装置、冲击测量装置、黏滑测量装置、方向测量装置和倾斜度测量装置。

图2还示出了可钻取的井眼的类型的一些示例。例如，考虑斜直井眼272、S形井眼274、深倾斜井眼276和水平井眼278。

作为示例，钻井操作可包括定向钻井，其中，例如，井的至少一部分包括弯曲轴线。例如，考虑限定曲率的半径，其中相对于竖直方向的倾斜度可以变化，直到达到约30度和约60度之间的角度，或者例如，达到约90度或可能大于约90度的角度。

作为示例，定向井可包括多种形状，其中每种形状可旨在满足特定的操作要求。作为示例，在将信息传递给钻井工程师时可以基于该信息执行钻井过程。作为示例，可以基于在钻井过程期间接收的信息修改倾斜度和/或方向。

作为示例，钻孔的偏斜可部分地通过使用井下马达和/或涡轮来实现。关于马达，例如，钻柱可包括容积式马达(PDM)。

作为示例，系统可以是导向系统并且包括用于执行诸如地质导向的方法的装备。作为示例，导向系统可以包括位于钻柱下部的PDM或涡轮，所述PDM或涡轮恰好位于钻头上方，可以安装弯接头。作为示例，在PDM的上方，可以安装MWD装备和/或LWD装备，所述MWD装备提供感兴趣的实时或接近实时数据(例如，倾斜度、方向、压力、温度、钻头上的实际重量、扭矩应力等)。对于后者，LWD装备可以向地面发送各种类型的感兴趣数据，包括例如地质数据(例如，伽马射线测井、电阻率、密度和声波测井等)。

实时或接近实时地提供关于井轨迹的信息的传感器与例如从地质观点表征地层的一个或多个测井的耦接可以允许实施地质导向方法。这种方法可包括导航地下环境，例如，以遵循期望的路线到达期望的一个或多个目标。

作为示例，钻柱可包括：用于测量密度和孔隙度的方位密度中子(AND)工具；用于测量倾斜度、方位角和冲击的MWD工具；用于测量电阻率和伽马射线相关现象的补偿双电阻率(CDR)工具；一个或多个可变径稳定器；一个或多个弯曲接头；以及地质导向工具，其可包括马达和(可选地)用于测量倾斜度、电阻率和伽马射线相关现象中的一者或多者和/或对其作出响应的装备。

作为示例，地质导向可以包括基于井下地质测井测量结果，以旨在将定向井筒保持在期望区域、地带(例如，产油层)等内的方式进行井筒的有意定向控制。作为示例，地质导向可以包括对井筒进行定向以将井筒保持在储层的特定部段，例如，以最小化气体和/或水的突破，并且例如最大化包括井筒的井的经济产量。

再次参考图2，井场系统200可包括一个或多个传感器264，所述一个或多个传感器操作性地耦接到控制和/或数据采集系统262。作为示例，一个或多个传感器可以位于地面位置。作为示例，一个或多个传感器可以位于井下位置。作为示例，一个或多个传感器可以位于距离井场系统200大约一百米的距离内的一个或多个远程位置。作为示例，一个或多个传感器可位于补偿井场，其中井场系统200和补偿井场处于共同的油气田(例如，油田和/或气田)中。

作为示例，可提供一个或多个传感器264来跟踪钻杆、跟踪钻柱的至少一部分的移动等。

作为示例，系统200可包括一个或多个传感器266，所述一个或多个传感器可感测信号和/或将信号传输到流体导管，诸如钻井液导管(例如，钻井泥浆导管)。例如，在系统200中，一个或多个传感器266可以操作性地耦接到立管208的泥浆流过的部分。作为示例，井下工具可以产生脉冲，脉冲可以穿过泥浆并且由一个或多个传感器266中的一个或多个感测到。在此类示例中，井下工具可以包括相关联的电路，例如，可以编码信号例如以减少对传输的要求的编码电路。作为示例，位于地面的电路可包括解码电路，以解码至少部分地经由泥浆脉冲遥测传输的经编码信息。作为示例，位于地面的电路可包括编码器电路和/或解码器电路，并且井下电路可包括编码器电路和/或解码器电路。作为示例，系统200可包括传输器，该传输器可以生成可经由作为传输介质的泥浆(例如，钻井液)在井下传输的信号。

作为示例，钻柱的一个或多个部分可能会被卡住。术语“卡住”可以指无法从钻孔移动或移除钻柱的一种或多种不同程度的现象。作为示例，在卡住状况下，可能能够旋转钻杆或将其下放回钻孔中，或者例如在卡住状况下，可能无法在钻孔中轴向移动钻柱，但一定量的旋转是可能的。例如，在卡住状况下，可能无法轴向和旋转地移动钻柱的至少一部分。

关于术语“卡钻”，其可指钻柱的某一部分无法轴向旋转或移动。作为示例，被称为“压差卡钻”的状况可以是钻柱无法沿钻孔的轴线移动(例如，旋转或往复运动)的状况。当由低储层压力、高井筒压力或两者引起的高接触力施加在钻柱的足够大的面积上时，可能发生压差卡钻。压差卡钻可能具有时间和经济成本。

作为示例，卡钻力可以是井筒与储层之间的压差和压差作用的面积的乘积。这意味着在大的工作面积上施加相对低的压差(Δp)可与在小面积上施加高压差对卡钻一样有效。

作为示例，被称为“机械卡钻”的状态可以是发生通过除压差卡钻之外的机构来限制或阻止钻柱的运动的状态。例如，机械卡钻可以由井眼中的垃圾、井筒几何结构异常、水泥、键槽或环空中的岩屑堆积中的一者或多者造成。

图3示出了系统300的示例，所述系统包括用于评估310、规划320、工程设计330和操作340的各种装备。例如，可以实施钻井工作流框架301、地震到模拟框架302、技术数据框架303和钻井框架304以执行一个或多个过程，诸如评估地层314、评估过程318、生成轨迹324、验证轨迹328、制定约束334、至少部分地基于约束设计装备和/或过程338、执行钻井344并评估钻井和/或地层348。

在图3的示例中，地震到模拟框架302可以是例如

框架(德克萨斯州休斯顿市的斯伦贝谢有限公司)，并且技术数据框架303可以是例如

框架(德克萨斯州休斯顿市的斯伦贝谢有限公司)。

作为示例，框架可以包括实体，所述实体可以包括地球实体、地质对象或其他对象，诸如井、地面、储层等。实体可以包括出于评估、规划、工程设计、操作等中的一者或多者的目的而重构的实际物理实体的虚拟表示。

实体可以包括基于经由感测、观察等获得的数据(例如，地震数据和/或其他信息)的实体。实体可以由一个或多个属性表征(例如，地球模型的几何支柱网格实体可以由孔隙度属性表征)。这些属性可以表示一个或多个测量结果(例如，采集的数据)、计算结果等。

框架可以是基于对象的框架。在这种框架中，实体可以包括基于预定义类的实体，例如，以促进建模、分析、模拟等。基于对象的框架的商购示例是MICROSOFT^TM.NET^TM框架(华盛顿州雷德蒙德市)，其提供了一组可扩展的对象类。在.NET^TM框架中，对象类封装了可重用代码和相关联的数据结构的模块。对象类可用于实例化对象实例以供程序、脚本等使用。例如，钻孔类可基于井数据定义用于表示钻孔的对象。

作为示例，框架可以包括可以允许与模型或基于模型的结果(例如，模拟结果等)进行交互的分析部件。关于模拟，框架可以可操作地链接到模拟器或包括模拟器，诸如

储层模拟器(斯伦贝谢公司，休斯顿，德克萨斯州)、

储层模拟器(德克萨斯州休斯顿市的斯伦贝谢公司)等。

上文提及的

框架提供允许优化勘探和开发作业的部件。

框架包括地震到模拟软件部件，所述地震到模拟软件部件可以输出信息以用于例如通过提高资产团队生产力而提高储层性能。通过使用此类框架，各种专业人员(例如，地球物理学家、地质学家、井工程师、储层工程师等)可以开发协作型工作流并集成操作以简化流程。此类框架可被认为是应用程序并且可以被认为是数据驱动的应用程序(例如，在为了建模、模拟等目的而输入数据的情况下)。

作为示例，一个或多个框架可以是互操作的和/或在一个或另一个上运行。作为示例，考虑商品名为

框架环境(德克萨斯州休斯顿市的斯伦贝谢有限公司)的商购框架环境，其允许将附加组件(或插件)集成到

框架工作流中。

框架环境利用.NET^TM工具(华盛顿州雷德蒙德市的微软公司)，并且提供用于高效开发的稳定的用户友好型界面。在示例实施方案中，各种部件可以实现为符合框架环境的规范并且根据框架环境的规范(例如，根据应用程序编程接口(API)规范等)操作的后加件(或插件)。

作为示例，框架可包括模型模拟层以及框架服务层、框架核心层和模块层。框架可包括商购的

框架，其中模型模拟层可包括或操作性地链接到托管

框架应用程序的以商购的

模型为中心的软件包。在示例性实施方案中，

软件可以被认为是数据驱动的应用程序。

软件可以包括用于模型构建和可视化的框架。这种模型可以包括一个或多个网格。

作为示例，模型模拟层可以提供域对象、充当数据源、提供渲染并提供各种用户界面。渲染可以提供图形环境，其中应用程序可以显示其数据，同时用户界面可以为应用程序用户界面部件提供常见外观和感觉。

作为示例，域对象可以包括实体对象、属性对象以及可选地其他对象。实体对象可用于几何地表示井、地面、储层等，而属性对象可以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，其中属性对象提供测井信息以及版本信息并显示信息(例如，将井显示为模型的一部分)。

作为示例，数据可以存储在一个或多个数据源(或数据存储区，通常是物理数据存储装置)中，所述一个或多个数据源可以位于相同或不同物理站点处，并且可经由一个或多个网络访问。作为示例，模型模拟层可被配置为对项目进行建模。这样，可以存储特定项目，其中所存储的项目信息可包括输入、模型、结果和案例。因此，在完成建模会话时，用户可以存储项目。稍后，可使用模型模拟层访问和恢复项目，该模型模拟层可重新创建相关域对象的实例。

作为示例，系统300可以用于执行一个或多个工作流。工作流可以是包括若干个工作步骤的过程。工作步骤可以对数据进行操作，例如，创建新数据、更新现有数据等。作为示例，工作流可以例如基于一个或多个算法对一个或多个输入进行操作并创建一个或多个结果。作为示例，系统可以包括用于工作流的创建、编辑、执行等的工作流编辑器。在此类示例中，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，工作流可以是至少部分地可在

软件中实现的工作流，例如，该工作流对地震数据、一个或多个地震属性等进行操作。

作为示例，地震数据可以是经由地震勘测采集的数据，其中源和接收器位于地质环境中以发射和接收地震能量，其中这种能量的至少一部分可以从地下结构反射。作为示例，可以利用一个或多个地震数据分析框架(例如，考虑由德克萨斯州休斯顿的斯伦贝谢公司销售的

框架)来确定地下结构的深度、范围、属性等。作为示例，地震数据分析可以包括正演建模和/或反演，例如，以迭代地建立地质环境的地下区域的模型。作为示例，地震数据分析框架可以是地震到模拟框架(例如，

框架等)的一部分或可操作地耦接到地震到模拟框架。

作为示例，工作流可以是至少部分地可在

框架中实施的过程。作为示例，工作流可以包括访问诸如插件的模块(例如，外部可执行代码等)的一个或多个工作步骤。

作为示例，框架可提供对油气系统的建模。例如，商品名为

框架(德克萨斯州休斯顿市的斯伦贝谢有限公司)的商购建模框架包括用于输入各种类型的信息(例如，地震、井、地质等)以对沉积盆地的演化进行建模的特征。

框架经由输入诸如地震数据、井数据和其他地质数据等各种数据例如来对沉积盆地的演化进行建模而提供油气系统建模。

框架可以预测储层是否以及如何充满烃类，包括例如烃类生成的来源和时间、运移路线、量、孔隙压力以及地下或地面条件的烃类型。结合诸如

框架的框架，可以构建工作流以提供盆地-远景规模勘探解决方案。框架之间的数据交换可以促进模型构建、数据分析(例如，使用

框架能力分析的

框架数据)以及工作流的耦接。

如所提到的，钻柱可以包括可以进行测量的各种工具。作为示例，可以使用电缆工具或另一种类型的工具来进行测量。作为示例，工具可被配置为采集电井眼图像。例如，全井眼地层微成像仪(FMI)工具(斯伦贝谢公司，休斯顿，德克萨斯州)可以采集井眼图像数据。用于此类工具的数据采集序列可包括在采集垫关闭的情况下将工具下入井眼中，打开垫并将垫压靠在井眼壁上，在井眼中平移工具时将电流递送到限定井眼的材料，并且远程感测通过与材料的相互作用而改变的电流。

对地层信息的分析可揭示诸如例如溶洞、溶蚀平面(例如，沿着层面的溶蚀)、应力相关特征、下沉事件等特征。作为示例，工具可采集可能有助于表征储层(可选地，裂缝型储层)的信息，其中裂缝可以是自然的和/或人工的(例如，水力裂缝)。作为示例，可以使用诸如

框架的框架分析由一个或多个工具采集的信息。例如，

框架可以与一个或多个其他框架(例如，诸如

框架)互操作。

图4示意性地示出了根据实施方案的例如用于钻井钻机的控制系统400。控制系统400可以包括监控系统402和钻机控制系统406。监控系统402可以包括控制器404，例如计算系统，如下所述。监控系统402可以被设计成通过与多个不同的钻机系统(例如，顶驱、绞车、泥浆泵、自动钻机、深度管理器等)通信来实施井规划。井规划可以规定各种钻井动作、完井动作、干预动作等。井规划还可以指定钻机装备的参数，并且那些参数可以例如实时地更新，如传感器反馈、设备状态等可以指示的。监控系统402可以产生“基于消息”的命令来实施这种井规划动作。这些基于消息的动作可以是相对高级的，并且可以从标准化库中选择以在钻机系统级处实施。因此，更一般地说，监控系统402可以收集由单独钻机部件和钻井过程级处的自动化提供的传感器数据，从而自动地协调不同钻机部件的活动以促进规划过程(例如，井规划)。

在系统特定级处，钻机控制系统406可以包括网关408和一个或多个控制器410。控制器410可以连接到钻机装备或以其他方式与钻机装备通信，即，以上讨论的钻机装备的物理元件(机械)。控制器410可以被配置成与钻机装备通信，并且这种通信可以通过系统特定通信来完成，所述系统特定通信在不同的供应商、硬件类型等之间不是标准化的，而是为由单独系统特定控制器410实施而定制的。具体地讲，控制器410可以是或包括为单独致动器提供的一个或多个可编程逻辑控制器。控制器410因此可以被配置成接收传感器数据，向致动器提供相对低级命令(例如，开/关、位置、速度等)，以促进整个井规划和由监控系统402产生的高级命令。

为了从基于消息的高级命令中产生这种低级命令，网关408可以包括处理器和数据库，其中数据库存储由监控系统402产生的基于消息的命令与一个或多个(可能几个)系统特定命令之间的关联。因此，网关可以用于将来自监控系统402的标准化的、基于消息的命令“转换”成可以由控制器410实施的基于系统的命令。

基于消息的命令可以采取标准化函数调用的形式，例如作为应用程序接口(API)库。网关408可以被提供来将这些标准化函数调用(基于消息的命令)转换成控制器410被配置成执行的系统特定命令。此外，API函数调用可以指定返回参数，诸如错误代码、传感器反馈值等，这些参数可以为从系统特定控制器410返回到监控系统402的通信提供返回路径。可以提供特定现场总线412，用于在控制器410中执行系统特定命令。还可以包括监控系统402与网关408之间的标准化通信路径(例如，用于传递OPC-UA自动化消息)。

一个或多个防火墙420、422还可以设置在监控系统402与系统特定控制器406之间。防火墙420、422可以被配置成防止一个系统在任一方向上未经授权地访问另一个系统。因此，例如，防火墙420可以防止从网关408或控制器410发起的攻击经由监控系统402到达其他系统。同样，防火墙422可以防止来自监控系统402的虚假命令到达网关408和/或控制器410。提供两个防火墙420、422可以允许负责监控系统402的监控实体控制对其系统402的通信访问，同时还允许实施实体(例如，钻井操作员等)来控制对其系统406的通信访问，从而潜在地解决来自任一方向的攻击或其他未授权访问的问题。

此外，在监控系统402的控制器404与网关408之间建立连接的过程可以是安全的，例如，使用证书和通过手动地验证这种新连接(通过人为干预)。因此，虽然本公开可以减少对配置不同系统以与中央控制器通信的人为努力，但是可以允许一些人为干预，例如以确保安全性。

图5示出了根据实施方案的系统400的另一示意图。如图所示，监控系统402可以被配置成经由多个网关408-1、408-2、408-3与多个系统特定控制器410-1、410-2和410-3通信。继而，系统特定控制器410-1、410-2和410-3可以被配置成调整钻机装备(例如，致动器)500-1、500-2和500-3的操作。具体地讲，如图5所示，在监控系统402(例如其控制器404)与单独网关408-1、408-2、408-3之间形成标准化通信链路414。监控系统402因此可以被配置成例如经由通过API的函数调用来以单个“语言”传送消息。继而，网关408-1、408-2、408-3可以将这些函数中的至少一些映射到系统特定命令(可能是一系列命令、例程等)。这些系统特定命令然后可以经由特定现场总线412被传输到单独系统特定控制器410-1、410-2和410-3，并且然后由系统特定控制器410-1、410-2、410-3来实施。此外，状态/反馈，无论是作为心跳(间歇状态报告)的一部分还是对来自监控系统402的询问的轮询/响应，都可以从钻机装备500-1、500-2、500-3提供回监控系统402。

也就是说，系统特定信号可以被提供给网关408-1、408-2、408-3，所述网关可以将这些系统特定信号转换成发送给监控系统402的基于消息的信号(例如，函数调用的返回值)。因此，网关408-1、408-2、408-3提供将监控系统402与系统特定控制器410-1、410-2、410-3分离的“抽象”层，从而允许控制器410-1、410-2、410-3被配置成实施不同的命令或以其他方式无法在它们之间传送数据或执行相同类型的命令，同时避免为了建立系统400而重新配置监控系统402。因此，为单件钻机装备定制的供应商提供的控制系统可能不是标准化的，但可能保留其本机语言；然而，网关408-1、408-2、408-3可以被提供来伴随这种供应商提供的控制系统，潜在地也由供应商提供，其用于在监控系统402与系统特定控制器410-1、410-2、410-3之间进行转换，而不需要重新配置监控系统402。

图6示出了根据实施方案的用于控制钻井钻机的方法600的流程图。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，该方法的框可以以所示的顺序或以其他顺序执行，和/或各个框可以组合、分离、并行执行等。

方法600可以包括将基于消息的命令映射到网关408中的一个或多个系统特定命令，如在602处。如上所述，网关408可以是系统级部件，其被配置成在基于消息的命令与系统特定命令之间进行转换。可以为单独钻机系统提供网关408，并且因此钻井钻机作为一个整体可以包括几个这种网关408。关联可以在平面存储器中进行，并且可以与API交互，以便将标准化函数调用经由API转换成系统特定命令，所述系统特定命令被配置成使得特定钻机控制器执行相对低级任务。在一些实施方案中，单个系统特定命令可以被系统特定控制器410转换成几个低级命令。在至少一些实施方案中，映射过程可以在钻井钻机处安装钻机装备之前手动地进行。

方法600还可以包括将网关408连接到实施系统特定命令的系统特定控制器410和产生基于消息的命令的监控系统402，如在604处。如上所述，这种连接可以允许在系统特定控制器410与监控系统402之间进行命令和传感器反馈/装备状态的双向通信。

方法600还可以包括手动地验证网关408、系统特定控制器410与监控系统402之间的连接，如在606处。这可以在首次使用时信任(TOFU)的基础上进行，例如，使用经验证的证书来确保每个连接是可靠的。此外，可以实施一个或多个防火墙420、422，以便对单独系统进行分区，从而保护它们免受攻击。

方法600还可以包括在网关408处从监控系统402接收基于消息的命令，如在608处。网关408然后可以基于基于消息的命令来确定一个或多个(例如，一系列)系统特定命令，如在610处。这可以例如通过参考在602处完成的映射的结果来完成，例如通过参考可访问的或形成网关408的一部分的数据库来完成。

方法600然后可以包括将系统特定命令传输到系统特定控制器410，如在612处。系统特定控制器410可以通过潜在地多次调整致动器或与其连接的另一钻机部件或另一件钻机装备(例如，500-1、500-2、500-3)的操作来依次执行一个或多个命令。应当理解，系统特定控制器410可能无法被配置成或者以其他方式未被配置成执行特定于系统400的其他控制器410的命令。因此，基于消息的命令提供可由特定钻机系统中的每一者经由网关408访问的“通用”语言。

方法600可以包括在网关408处从钻机系统接收表示操作、钻机系统或两者的状态的返回参数，如在614处。如上所述，这可以是自动的，例如，作为提供关于系统状态、健康状况等的间歇签入的系统心跳的一部分。在其他情况下，可以响应于来自监控系统402的询问命令来提供这种返回参数。

监控系统402可以不被配置成识别在网关408处接收的用于不同系统的系统特定反馈参数。因此，网关408可以例如通过创建随后可以被传输到监控系统402的基于消息的反馈信号而再次转换，如在616处。

现在通过示例而非限制的方式呈现本公开的某些方面的特定实施。

I/O接口实施

I/O接口可以限定信号和行为，可编程逻辑控制器软件开发者可以遵循这些信号和行为来将他/她的致动器与系统集成。接口可以具有允许其将“基于消息的”命令转变成PLC使用的平面存储器映射结构的结构。其还可以具有允许进行本地和远程控制(例如，非波动设定值)之间的无缝过渡的结构。

因此，所提出的I/O接口具有使可编程逻辑控制器检测新输入命令而不会将它们与初始值混淆的机制。其具有在移交控制权之前检查授权和检查远程控制系统的健康状况的机制，以始终了解保持远程控制是否安全。

致动器命令

为了跟踪进入钻机控制系统的新命令，并且将它们与旧设定值或未初始化数据区分开，使用以下系统。命令被映射到OPC-UA方法，并且参数随调用一起发送。OPC-UA方法链接到可编程逻辑控制器(可编程逻辑控制器)功能块，所述可编程逻辑控制器功能块可以获取参数，对它们进行验证，并向客户端发送其开始执行命令的回复。这样，命令不会阻塞(例如，系统在发送下一个之前不必等待块移动完成)。

网关可以保持活动参数，并且可以将命令活动标志置于状态，因此客户端可以随时检查钻机控制系统的状态。如果在前一个动作正在执行时新命令到达，则前一个操作被取消，并且新命令和新参数一起生效。

命令可以具有一个返回参数。FaultCode可以包括按位限定的故障代码。低16位是为装备限定的通用代码。在不同的实施方式中，可以定制更高位。故障代码参数也可在每个致动器的输出部分获得。

故障代码参数可以被视为状态，并且在状况出现时实时更新。流经I/O接口的命令和状态可以在以固定周期时间运行的工业现场总线上发送。从远程系统接受命令(或输入)的最大速率可能比现场总线周期时间慢。比最大命令速率更快发送的命令可能会在I/O桥中被丢弃。

对于这些状态，应该预期I/O桥接近现场总线周期时间的性能。

设定最小/最大值指导原则。

如果接收到在由最小值和最大值强制的包络线之外的设定值，则钻机控制系统可以采取以下动作：如果设定值小于最小值，则可以使其等于最小值；如果设定值大于最大值，则可以使其等于最大值；如果设定值在操作范围内，则可以按原样处理。

单元处理

输入和输出的单元处理遵循OPC-UA标准：单元在附加到OPC-UA模型中节点的工程属性中指定。实际单元被指定为EngineeringUnits的Value.displayName的字符串。许可单元的列表可能由OPC-UA限定，可能带有一些附加的自定义测量。不具有EngineeringUnit属性的输入或输出可以被认为是无单元的。该信息可以是静态的，并且一旦服务器启动就保持不变。

通信健康状况检查

可以提供通信健康状况检查，并且可以使用双向心跳技术来实施通信健康状况检查，以确保钻机控制系统和远程控制系统都可以检测到其对方的通信故障或无响应，并且采取适当措施来确保系统安全。

钻机控制系统上的每个致动器可编程逻辑控制器可以实施对要发送到远程控制系统的整数递增。该心跳以网关网络接口上可用的最快周期时间被更新和发送。监控系统可以实施对要发送到钻机控制系统上的每个致动器可编程逻辑控制器的整数递增。该心跳可以例如以不低于5Hz的频率更新和/或发送。

每个系统都可以监视心跳以确定连接是否在每个周期都处于活动状态。如果错过了一定数量(例如三个)的周期，则连接可以被视为关闭。如果连接被视为关闭，则远程系统和钻机控制系统可以撤销远程控制权限。除了心跳之外，远程控制系统和每个可编程逻辑控制器致动器都可以将BooleanReady标志设置为真，从而表示其准备好控制远程控制系统，或者在致动器的情况下其数据是有效的并且准备好被控制。该标志的作用类似于心跳。这是为了检查系统在每一端都是健康的。但是其允许在出现通信问题时做出更快的响应，其中通常I/O在可编程逻辑控制器上默认为零。

回波功能

可以实施回波功能来测量远程控制系统与致动器可编程逻辑控制器之间的数据往返时间。该往返时间可以用于系统中实际数据时延的统计测量。其可以是控制系统工程师在设计远程控制应用程序时要考虑的输入。远程控制系统心跳可以用作可编程逻辑控制器的“回波输入”参数，并将作为“回波输出”从可编程逻辑控制器发回。

可编程逻辑控制器软件和接口版本

为了在集成时检查软件兼容性，标准I/O为每个可编程逻辑控制器定义输出，以发回它们正在运行的软件版本和支持的标准I/O接口版本。

授予和撤销权限

对于每个致动器，远程控制系统由钻机控制系统接口本身上的钻机动作被授予权限。钻机控制系统可以满足以下条件来授权控制：

1.远程控制器的通信状态(通常是现场总线状态)可能是健康的。

2.来自远程系统的通信心跳可能是健康的。

3.来自远程系统的就绪标志可能为真。

4.来自钻机控制系统致动器的就绪标志可能为真。

5.钻机控制系统致动器中可能不存在高优先级警报。

6.钻机控制系统中可能不会发生本地交互。

7.接收来自钻机的权限请求。

钻机控制系统致动器使用“授权状态”标志向远程控制系统发出信号，表明它已获得授权。对每个致动器都这样做。

对于权限撤销，可以有选择地采用全局和局部权限撤销。全局权限撤销(或“利用率”)是在同时撤销对致动器(绞车、泵、顶驱)的权限时。局部权限撤销是在每次撤销单个致动器的权限时。

如果满足以下任一条件，则可以随时撤销对一个致动器的本地授权：1。接收到钻机对该致动器的权限禁用请求。类似地，如果满足以下任一条件，则可以随时撤销全局权限：

1.远程控制器的通信状态(通常是现场总线状态)是不健康的。

2.来自远程系统的通信心跳是不健康的。

3.来自远程系统的就绪标志为假。

4.来自钻机控制系统致动器的就绪标志为假。

5.钻机控制系统致动器中存在高优先级警报。

6.钻机控制系统中发生本地交互

泥浆泵

IO接口可以提供变量以涵盖与泥浆泵控制和泥浆泵系统相关的方面。应注意，从远程系统的角度来看，无论泵的数量如何，泥浆泵都可以被统称为单个致动器。监控系统命令期望的总体流速，并且钻机控制系统处理对每个泵的控制。

过程控制系统对泥浆泵的控制可以包括快速地更新状态(可以在远程控制系统与钻机控制系统之间以最大允许循环速率进行交换)。这种状态可以提供控制是否被授权、故障状态、设定值、流速、传感器利用率、它们的组合等。在这种情况下，“利用率”是指与对钻机控制系统的控制的任何本地交互，其取消对监控系统的权限。

以下描述了在授予DrillOps权限之前的子系统状态，存在的任何使用条件都可能阻止授予权限。泥浆泵系统可能已启动并准备泵送，或已经泵送，以使权限授予给DrillOps。如果在授予DrillOps权限时泥浆泵系统正在泵送，则泵送可能会继续保持不变。泥浆泵的安全状态可以保持在最后状态(即以与安全状态前相同的速率泵送)。

顶驱

以下变量可能涵盖与顶驱相关的方面。应注意，旋转方向是故意省略的，以便在远程控制系统发送的方向不正确的情况下，将扭断的风险降至最低。顶驱可以以顺时针模式或任何其他方向控制。给顶驱的命令可以包括旋转、扭矩和/或故障设定值。输出可以包括心跳、回波、就绪通知、命令状态、扭矩、速度、旋转方向、加速度、滑入等。

以下描述了在授予DrillOps权限之前的子系统状态，存在的任何使用条件都可能阻止授予权限。顶驱可能处于开启状态并准备在松开制动器的情况下沿顺时针方向旋转，或者已经在沿顺时针方向旋转，以向DrillOps授予权限。如果在授予DrillOps权限时顶驱正在旋转，则旋转可能保持不变。顶驱的安全状态可以是保持在最后状态(即：以与安全状态前相同的速度旋转)。

绞车和自动钻机

以下文件描述了远程控制系统与绞车致动器之间的接口。接口包括绝对移动接口和自动钻机接口。自动钻机移动方向总是降低滑车。没有提供相对移动接口来限制错误地发送重复命令的风险，这具有将滑车移动得比预期更远的效果。

可以向/从自动钻机发送各种命令，诸如WobReset，其使用作为参数传递的值来重置WOB参考。在接收到该命令时，钻机控制系统可以将其用于WOB测量，其中WOB＝HookloadReference–Hookload。在应用它时，钻机控制系统还可以在hookloadReferenceSetppoint OPC-UA输出中使用接收到的值进行更新。各种其他命令可以包括大钩载荷设定值、故障条件、滑车/绞车的移动、滑车位置、钻压(WOB)设定值、滑车/绞车状态等。

为了授予权限，绞车可以不移动，不停放，并且释放制动器以授予DrillOps控制权限。此外，自动钻机可以停止或运行以授予权限，如果自动钻机(AD)在授予权限时正在运行，则自动钻机可以停止移动。应注意：如果自动钻机配备有压差或td扭矩控制回路，则它们可能会在授予DrillOps权限之前关闭。绞车的安全状态可以是停止游动总成的移动。

深度管理

下面是可选的实施。这取决于钻机控制系统是否具有跟踪深度的能力/需要。需要以下变量来涵盖深度管理。实际上，钻机可以选择通过远程控制系统或直接通过钻机控制系统来管理钻头深度和井眼深度。这是对钻机控制系统本身的设置的设置。这可能不是权限方面的一部分，因为钻机与系统的交互可能不会将控制权恢复到本地钻机控制系统。如果在远程控制系统中管理深度，则滑车位置和大钩载荷可以以相对较高的频率(20Hz或更高)发送到远程控制系统。

网关可以接收与由钻机控制系统计算的钻头深度和/或来自钻机控制系统的井眼深度相关的输入。快速更新状态(可以在远程控制系统与钻机控制系统之间以最大允许循环速率交换)可以包括钻头深度、井眼深度、心跳、回波、远程深度管理的状态等。

深度管理的安全状态是恢复到本地钻机控制系统控制深度。如果远程系统心跳停止，或者如果检测到Presto与钻机控制系统之间的通信丢失，则会发生这种情况。如果钻机已经选择了远程深度并且发生了本地(钻机控制系统)使用，则远程深度可以保持被选择。如果钻机已经选择了远程深度并且来自Presto的就绪标志变为假，则远程深度可以保持保持被选择。

每个装备的配置变量

其命令具有整数或浮动参数的任何装备(泥浆泵、顶驱、井架等)具有变量的配置部分，其中对于装备的命令中的参数中的每一者，可以从钻机控制系统读取表示该参数的最小/最大值的一对变量。这由DrillOps根据需要而读取，并用于在DrillOps中添加警告条目。钻机控制系统仍然是在执行任何命令之前强制对超出范围的参数进行适当裁剪的系统。

远程监视测量

在钻机控制系统接口中，可以指定DrillOps可用的通用测量值以用于监视目的。这些测量值可以以较慢采集速率(例如，1Hz或更低)采集。这些测量值可以在钻机控制系统的RemoteMonitoring/Outputs部分中声明

钻机控制系统用户接口交互

在钻机的钻机控制系统人机接口(HMI)上，可能存在用于向监控系统(例如DrillOps)授予权限的机制。例如，HMI可以包括用于全局远程控制启用的按钮。如果远程系统就绪标志和心跳是不健康的，则此按钮显示为灰色。否则可以按下按钮。如果按下，其将被激活并启用下面的其他按钮。HMI还可以包括每个致动器(绞车、泥浆泵、顶驱)的一个或多个按钮。这些按钮保持显示为灰色，直到全局控制启用被激活。在激活时，可以按下这些按钮。如果按下，并且远程系统就绪标志和心跳是健康的，则它们将被激活，并激活对应致动器的授权标志。参考与装备供应商一起为特定集成项目开发的特定钻机控制系统功能描述。

HMI还可以包括与DrillOps相关的警报，这些警报可以被显示。该对话框可以包括可以阻止授予权限的条件、导致权限被撤销的条件、与通信相关的故障、与利用率相关的故障以及可以阻止DrillOps功能的互锁。

控制方法

这部分包含可以由DrillOps为每个单独方法命令的数据变量以及与每个控制方法的执行相关的钻机控制系统数据。另外，可以为每个设定最小/最大值提供显示，用于故障排除。方法的变量和组成可以根据各个钻机控制系统实施方式而变化。如果支持深度管理，则可以将深度管理控制添加到钻机控制系统HMI。选择器允许在本地深度或远程控制系统深度之间进行选择。

计算环境

在一个或多个实施方案中，所描述的功能可以在硬件、软件、固件、或它们的任何组合中实施。对于软件实施方式，本文所描述的技术可以利用执行本文所描述的功能的模块(例如，过程、功能、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、类等)实施。模块可通过传递和/或接收信息、数据、自变量、参数或存储器内容来耦接到另一个模块或硬件电路。信息、自变量、参数、数据等可使用包括存储器共享、消息传递、令牌传递、网络传输等的任何合适手段来传递、转发或传输。软件代码可存储在存储器单元中并由处理器执行。存储器单元可在处理器内或在处理器外部实施，在这种情况下，它可经由如本领域已知的各种手段通信地耦接到处理器。

在一些实施方案中，本公开的方法中的任一种可以由计算系统执行。图7示出了根据一些实施方案的此类计算系统700的示例。计算系统700可以包括计算机或计算机系统701A，其可以是单独计算机系统701A或分布式计算机系统的布置。计算机系统701A包括一个或多个分析模块702，所述一个或多个分析模块被配置为根据一些实施方案(诸如本文公开的一个或多个方法)执行各种任务。为了执行这些各种任务，分析模块702单独或与一个或多个处理器704协调执行，所述一个或多个处理器连接到一个或多个存储介质706。一个或多个处理器704还连接到网络接口707以允许计算机系统701A通过数据网络709与一个或多个另外的计算机系统和/或计算系统(诸如701B、701C和/或701D)通信(注意，计算机系统701B、701C和/或701D可以或可以不与计算机系统701A共享相同架构，并且可以位于不同物理位置中，例如，计算机系统701A和701B可以位于处理设施中，同时与一个或多个计算机系统(诸如位于一个或多个数据中心中和/或位于不同大陆的不同国家中的701C和/或701D)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个控制或计算装置。

存储介质706可以实施为一个或多个计算机可读或机器可读存储介质。应注意，虽然在图7的示例性实施方案中存储介质706被描绘为在计算机系统701A内，但是在一些实施方案中，存储介质706可以分布在计算系统701A和/或另外计算系统的多个内部和/或外部外壳内和/或跨所述多个外壳。存储介质706可包括一个或多个不同形式的存储器，包括半导体存储器装置，诸如动态或静态随机存取存储器(DRAM或SRAM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)和闪存存储器；磁盘，诸如固定磁盘、软盘和可移除磁盘；其他磁介质，包括磁带、光学介质(诸如光盘(CD)或数字视频光盘(DVD)、

盘或其他类型的光学存储介质)；或其他类型的存储装置。应注意，以上讨论的指令可设置在一个计算机可读或机器可读存储介质上，或者可替代地，可设置在分布在可能具有多个节点的较大系统中的多个计算机可读或机器可读存储介质上。此类一个或多个计算机可读或机器可读存储介质被认为是物品(或制品)的一部分。物品或制品可指任何所制造的单一部件或多个部件。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位于可以通过网络下载机器可读指令以用于执行的远程位点处。

在一些实施方案中，计算系统700包含一个或多个过程控制模块708。在计算系统700的示例中，计算机系统701A包括过程控制模块708。在一些实施方案中，单个过程控制模块可以用于执行方法的一个或多个实施方案的一些或所有方面。在替代实施方案中，多个过程控制模块可以用于执行方法的一些或所有方面。

应了解，计算系统700是计算系统的仅一个示例，并且计算系统700可以比所示具有更多或更少部件，可以结合图7的示例性实施方案中未描绘的另外的部件，和/或计算系统700可以具有图7中描绘的部件的不同配置或布置。图7中所示的各种部件可以在硬件、软件或硬件和软件两者的组合(包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路)中实施。

此外，本文描述的处理方法中的步骤可通过运行信息处理设备(诸如通用处理器或专用芯片(诸如ASIC、FPGA、PLD或其他适当装置))中的一个或多个功能模块来实施。这些模块、这些模块的组合和/或它们与基本硬件的组合全部包括在本发明的保护范围内。

虽然上面只详细描述了几个示例，但是本领域技术人员应当容易理解，在示例中可以进行许多修改。因此，所有此类修改意图包括在如所附权利要求中所限定的本公开的范围内。在权利要求中，装置加功能的条款旨在覆盖本文描述为执行所列举功能的结构，不仅包括结构上的等同物，还包括等同的结构。因此，尽管钉子和螺钉可能不是结构等效物，因为钉子采用圆柱形表面来将木制零件固定在一起，而螺钉采用螺旋形表面，但是在紧固木制零件的环境下，钉子和螺钉可能是等效结构。申请人的明确意图是不援引35 U.S.C.§112(f)来对本文的任何权利要求做任何限制，除非权利要求中明确使用“用于……的装置”的词语和相关联的功能。

Claims (20)

1.一种用于控制钻井钻机的方法，所述方法包括：

在第一网关处从监控系统接收第一基于消息的命令；

使用所述第一网关基于所述第一基于消息的命令确定第一系统特定命令；以及

将所述第一系统特定命令从所述第一网关传输到第一系统特定控制器，其中所述第一系统特定控制器被配置成通过控制第一钻机装备来执行所述第一系统特定命令，但未被配置成执行所述第一基于信息的命令。

2.如权利要求1所述的方法，其还包括：

在第二网关处从所述监控系统接收第二基于消息的命令；

使用所述第二网关基于所述第二基于消息的命令确定第二系统特定命令；以及

将所述第二系统特定命令传输到第二系统特定控制器，其中所述第二系统特定控制器被配置成控制与所述第一系统特定控制器被配置成控制的装备不同的装备，其中所述第二系统特定控制器被配置成执行所述第二系统特定命令，并且其中所述第二系统特定控制器未被配置成执行所述第一系统特定命令并且未被配置成执行所述第二基于消息的命令。

3.如权利要求1所述的方法，其还包括：

在所述第一网关处从所述第一系统特定控制器接收反馈信息；

使用所述第一网关基于所述反馈信息确定响应消息；以及

将所述响应消息传输到所述监控系统。

4.如权利要求1所述的方法，其还包括使用所述监控系统实施井规划，其中所述第一基于消息的命令被配置成使得所述井规划的动作被执行。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一钻机装备包括顶驱、绞车、泥浆泵、自动钻机或深度管理器中的至少一者。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述第一基于消息的命令包括用于报告所述第一钻机装备的状态或来自所述第一钻机装备的反馈的命令。

7.如权利要求1所述的方法，其还包括使用一个或多个证书手动地验证所述监控系统、所述第一网关与所述第一系统特定控制器之间的预期连接。

8.如权利要求1所述的方法，其还包括确定在所述第一网关中实施多个不同的基于消息的命令的多个系统特定命令，使得所述第一系统特定命令与所述第一基于消息的命令相关联，而不与所述多个不同的基于消息的命令中的其他命令相关联。

9.一种用于钻井钻机的控制系统，所述控制系统包括：

监控系统，所述监控系统被配置成通过使用钻机装备产生基于消息的命令以供执行来实施井规划；以及

系统控制器，所述系统控制器与所述监控系统通信并且包括：

网关，所述网关与所述监控系统通信，所述网关包括将所述基于消息的命令与系统特定命令相关联的数据库；以及

系统特定控制器，所述系统特定控制器耦接到所述网关和所述钻机装备，其中所述系统特定控制器被配置成通过调整所述钻机装备的操作来执行从所述网关接收的所述系统特定命令，并且其中所述系统特定控制器未被配置成执行所述基于消息的命令。

10.如权利要求9所述的控制系统，其中所述基于消息的命令是标准化的，并且能够由多个其他网关读取，并且其中所述系统特定命令未被标准化以供不同的系统特定控制器使用。

11.如权利要求9所述的控制系统，其还包括多个系统特定控制器，所述多个系统特定控制器包括所述系统特定控制器，其中所述多个系统特定控制器中的每一者包括将基于消息的命令与系统特定命令相关联的网关。

12.如权利要求9所述的控制系统，其中所述网关被配置成将表示来自所述钻机装备的反馈或所述钻机装备的状态的基于消息的信号传送到所述监控系统。

13.如权利要求9所述的控制系统，其中所述钻机装备选自由顶驱、绞车、泥浆泵、自动钻机和深度管理器组成的组。

14.一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在由计算系统的至少一个处理器执行时致使所述计算系统执行操作，所述操作包括：

在第一网关处从监控系统接收第一基于消息的命令；

使用所述第一网关基于所述第一基于消息的命令确定第一系统特定命令；以及

将所述第一系统特定命令从所述第一网关传输到第一系统特定控制器，其中所述第一系统特定控制器被配置成通过控制第一钻机装备来执行所述第一系统特定命令，但未被配置成执行所述第一基于信息的命令。

15.如权利要求14所述的介质，其中所述操作还包括：

在第二网关处从所述监控系统接收第二基于消息的命令；

使用所述第二网关基于所述第二基于消息的命令确定第二系统特定命令；以及

将所述第二系统特定命令传输到第二系统特定控制器，其中所述第二系统特定控制器被配置成控制与所述第一系统特定控制器被配置成控制的装备不同的装备，其中所述第二系统特定控制器被配置成执行所述第二系统特定命令，并且其中所述第二系统特定控制器未被配置成执行所述第一系统特定命令并且未被配置成执行所述第二基于消息的命令。

16.如权利要求14所述的介质，其中所述操作还包括：

在所述第一网关处从所述第一系统特定控制器接收反馈信息；

使用所述第一网关基于所述反馈信息确定响应消息；以及

将所述响应消息传输到所述监控系统。

17.如权利要求14所述的介质，其中所述操作还包括使用所述监控系统实施井规划，其中所述第一基于消息的命令被配置成执行所述井规划的动作。

18.如权利要求14所述的介质，其中所述第一钻机装备包括顶驱、绞车、泥浆泵、自动钻机或深度管理器中的至少一者。

19.如权利要求14所述的介质，其中所述第一基于消息的命令包括用于报告所述第一钻机装备的状态或来自所述第一钻机装备的反馈的命令。

20.如权利要求14所述的介质，其中所述操作还包括确定使用所述网关实施多个不同的基于消息的命令的多个系统特定命令。

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