CN116601374A - 旋转可转向系统的定向钻井建议 - Google Patents

Abstract

一种用于控制井下工具的钻井轨迹的方法包括接收井下工具朝向地下地层中的目标钻井眼的钻井计划。该方法还包括在井下工具使用计划的钻井轨迹钻井眼的第一部分之后，接收井下工具的测量的钻井轨迹。该方法还包括至少部分地基于计划的钻井轨迹和测量的钻井轨迹来确定井下工具的状态。该状态包括计划的钻井轨迹和测量的钻井轨迹之间的差异、井下工具的转向能力的控制水平以及井眼的末端的位置。该方法还包括至少部分地基于井下工具的状态和钻井计划来生成工作计划轨迹。

Description

旋转可转向系统的定向钻井建议

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年10月1日提交的美国临时专利申请号63/198,175的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

背景技术

定向钻井是指井眼有意偏离其自然路径。这是通过使用造斜器、井底钻具组合(BHA)配置，测量三维空间中井眼路径的仪器，将井下进行的测量结果传送到地面的数据链路，泥浆马达、旋转可转向系统和钻头。定向司钻还利用钻井参数，例如钻压和旋转速度，以使钻头偏离现有井眼的轴线。

在某些情况下，例如在传统钻井作业中钻陡峭倾斜的地层或不可预测的偏差，可以采用定向钻井技术来确保垂直钻井。虽然许多技术可以做到这一点，但总的概念很简单：将钻头指向想要钻孔的方向。最常见的方法是在井下可转向泥浆马达的钻头附近使用弯曲。当整个钻柱不旋转时，弯曲使钻头指向不同于井眼轴线的方向。通过泥浆马达泵送泥浆，钻头在钻柱不旋转的情况下转动，允许钻头朝其指向的方向钻井。

当达到特定的井眼方向时，可以通过旋转整个钻柱(包括弯曲部分)来保持该方向，使得钻头不会偏离井眼轴线在单一方向上钻进，而是扫掠周围，并且其净方向与现有井眼一致。旋转可转向工具允许在旋转的同时进行转向，通常具有更高的钻进速率和最终更平滑的钻孔。定向钻井在页岩储层中很常见，因为它允许司钻将钻孔与最具生产力的储集岩接触。

发明内容

公开了一种用于控制井下工具的钻井轨迹的方法。该方法包括接收井下工具朝向地下地层中的目标钻井眼的钻井计划。钻井计划包括井下工具的计划的钻井轨迹、井下工具的转向能力模型、井下工具的狗腿严重度和地下地层的特性。该方法还包括在井下工具使用计划的钻井轨迹钻井眼的第一部分之后接收井下工具的测量的钻井轨迹。该方法还包括至少部分地基于计划的钻井轨迹、模型、狗腿严重度、地下地层的特性和测量的钻井轨迹来确定井下工具的状态。该状态包括计划的钻井轨迹和测量的钻井轨迹之间的差异、井下工具的转向能力的控制水平以及井眼的末端的位置。该方法还包括至少部分地基于井下工具的状态和钻井计划生成工作计划轨迹。井下工具被配置为从计划的钻井轨迹切换到工作计划轨迹，以朝向地下地层中的目标钻井眼的第二部分。

还公开了一种计算系统。该计算系统包括一个或多个处理器和存储器系统。该存储器系统包括存储指令的一个或多个非暂时性计算机可读介质，当由一个或多个处理器中的至少一个执行时，这些指令使得计算系统执行操作。这些操作包括接收井下工具朝向地下地层中的目标钻井眼的钻井计划。钻井计划包括井下工具的计划的钻井轨迹、井下工具的预测的转向模型、井下工具的狗腿严重度和地下地层的特性。所述操作还包括在井下工具使用计划的钻井轨迹钻井眼的第一部分之后接收井下工具的测量的钻井轨迹。这些操作还包括至少部分地基于计划的钻井轨迹、预测的转向模型、狗腿严重度、地下地层的特性和测量的钻井轨迹来确定井下工具的状态。该状态包括计划的钻井轨迹和测量的钻井轨迹之间的差异、井下工具的转向能力的控制水平以及井眼的末端的位置。井眼的末端的位置至少部分地基于井下工具上的传感器的位置、传感器和井下工具的钻头之间的距离、井下工具的形状和井下工具正在钻井的方向。该操作还包括至少部分地基于井下工具的状态生成工作计划轨迹。井下工具被配置为从计划的钻井轨迹切换到工作计划轨迹，以朝向地下地层中的目标钻井眼的第二部分。

还公开了一种用于控制井下工具的钻井轨迹的系统。该系统包括位于地面处的计划平台。计划平台被配置为生成井下工具朝向地下地层中的目标钻井眼的钻井计划。钻井计划包括井下工具的计划的钻井轨迹、井下工具的预测的转向模型、井下工具的狗腿严重度、地下地层的特性和防冲突数据。该系统还包括也位于地面处并与计划平台通信的执行平台。执行平台被配置成在井下工具使用计划的钻井轨迹钻井眼的第一部分之后接收井下工具的测量的钻井轨迹。执行平台还被配置成至少部分地基于计划的钻井轨迹、预测的转向模型、狗腿严重度、地下地层的特性和测量的钻井轨迹来确定井下工具的状态。该状态包括计划的钻井轨迹和测量的钻井轨迹之间的差异、井下工具的转向能力的控制水平以及井眼的末端的位置。执行平台还被配置成至少部分地基于井下工具的状态和防冲突数据来生成工作计划轨迹。生成工作计划包括生成从井下工具的当前位置到地下地层中的目标的多个工作计划轨迹，对多个工作计划轨迹进行排序，以及基于排序选择多个工作计划轨迹中的一个。该系统还包括位于井下工具中的钻井平台。钻井平台与执行平台通信。钻井平台被配置成接收工作计划轨迹。井下工具被配置为从计划的钻井轨迹切换到工作计划轨迹，以朝向地下地层中的目标钻井眼的第二部分。钻井平台还被配置成在井下工具已经切换到工作计划轨迹之后测量一个或多个井下参数。一个或多个井下参数包括井下工具的井下钻井状态和井下工具的钻进速率。钻井计划还被配置成将一个或多个井下参数传输到执行平台。

应当理解，本概述仅旨在介绍本方法、系统和介质的一些方面，这些方面将在下面更全面地描述和/或要求保护。因此，该概述不旨在是限制性的。

附图说明

并入本说明书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井下工具的计划的钻井轨迹、测量的钻井轨迹和工作钻井轨迹的示意图。

图3示出了根据一实施例的用于监控和控制井下工具的钻井轨迹的系统。

图4示出了根据一实施例的用于控制井下工具的钻井轨迹的方法的流程图。

图5示出了根据一实施例的用于执行该方法的至少一部分的计算系统的示意图。

具体实施方式

现在将详细参考实施例，其示例在附图中示出。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。

还将理解，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素和另一个元素。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。

这里的描述中使用的术语是为了描述特定的实施例，而不是为了限制。如在本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一个”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非环境清楚地表明不是这样。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(comprises)”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，根据环境，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过程、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包括管理地质环境150的各个方面的各种管理组件110(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)。例如，管理组件110可以允许关于地质环境150的感测、钻井、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变得可用(例如，可选地作为对一个或多个管理组件110的输入)。

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，根据组件112和114提供的地震数据和其他信息可以被输入到模拟组件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、地面、主体、储层等。在系统100中，实体122可以包括为了模拟目的而重建的实际物理实体的虚拟表示。实体122可以包括基于通过感测、观察等获得的数据的实体(例如，地震数据112和其他信息114)。实体可以由一个或多个属性来表征(例如，地球模型的几何柱状网格实体可以由孔隙度特性来表征)。这样的特性可以表示一个或多个测量(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别的实体，以便于建模和模拟。基于对象的框架的商业示例是框架(华盛顿州雷蒙德市)，它提供了一组可扩展的对象类。在./>中，对象类封装了可重用代码和相关数据结构的模块。对象类可用于实例化对象实例，以供程序、脚本等使用。例如，钻孔类可以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，属性组件130可以包括属性库。这种处理可以在输入到模拟组件120之前发生(例如，考虑处理组件116)。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，可以依赖该模型来模拟地质环境150的行为(例如，响应一个或多个动作，无论是自然的还是人工的)。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)进行交互)。作为示例，来自模拟组件120的输出可以被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ECLIPSE^TM储层模拟器(德克萨斯州休斯顿的Schlumberger有限公司)、INTERSECT^TM储层模拟器(德克萨斯州休斯顿的Schlumberger有限公司)等。作为示例，模拟组件、模拟器等可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，可以针对一种或多种强化开采技术(例如，考虑诸如SAGD等的热力过程)来模拟一个或多个储层。

在一示例实施例中，管理组件110可以包括商业上可用的框架的特征，诸如地震模拟软件框架(德克萨斯州休斯顿的Schlumberger有限公司)。/>框架提供了允许优化勘探和开发操作的组件。/>框架包括地震模拟软件组件，其可以输出用于提高储层性能的信息，例如，通过提高资产团队的生产率。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并集成操作以简化过程。这种框架可以被认为是应用程序，并且可以被认为是数据驱动的应用程序(例如，其中数据是为了建模、模拟等目的而输入的)。

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，作为框架环境(德克萨斯州休斯顿的Schlumberger有限公司)销售的商业可用框架环境允许将附加组件(或插件)集成到/>框架工作流中。/>框架环境利用了/>工具(微软公司，华盛顿州雷德蒙市)提供了稳定的、用户友好的界面，用于高效的开发。在示例实施例中，各种组件可被实现为符合框架环境的规范(例如，根据应用编程接口(API)规范等)并根据该规范操作的附加组件(或插件)。

图1还示出了框架170的示例，其包括模型模拟层180以及框架服务层190、框架核心层195和模块层175。框架170可以包括商业上可获得的框架，其中模型模拟层180是商业上可获得的以/>模型为中心的软件包，其托管/>框架应用。在示例实施例中，/>软件可以被认为是数据驱动的应用。/>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，框架可以包括用于从地震数据、至少部分地基于地震数据、测井数据、图像数据等的一个或多个属性的解释中接收信息的输入组件。这种框架可以包括网格生成组件，该组件可选地结合其他信息来处理输入信息，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，并提供各种用户界面188。渲染186可以提供图形环境，其中应用可以显示它们的数据，而用户界面188可以为应用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、特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，而特性对象可用于提供特性值以及数据版本和显示参数。例如，实体对象可以表示井，其中特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(或数据存储器，通常是物理数据存储设备)中，这些数据源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可以被配置成对项目建模。这样，可以存储特定的项目，其中存储的项目信息可以包括输入、模型、结果和案例。因此，在建模会话完成时，用户可以存储项目。稍后，可以使用模型模拟层180来访问和恢复项目，模型模拟层180可以重新创建相关领域对象的实例。

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。作为示例，地质环境150可以配备各种传感器、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。这种信息可以包括与井下设备154相关联的信息，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。这种设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，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示出了与网络155通信的卫星，该卫星可以被配置用于通信，注意，该卫星可以附加地或替代地包括用于成像(例如，空间、光谱、时间、辐射测量等)的电路。

图1还示出了地质环境150，其可选地包括与井相关联的设备157和158，该井包括可能与一个或多个裂缝159相交的基本水平的部分。例如，考虑页岩地层中的井，其可包括天然裂缝、人工裂缝(例如，水力裂缝)或天然和人工裂缝的组合。作为示例，可以为横向扩展的储层钻井。在这样的示例中，可能存在特性、应力等的横向变化，其中对这种变化的评估可以有助于计划、操作等，以开发横向扩展的储层(例如，通过压裂、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、一个或多个裂缝评估等的组件、系统、多个系统等

如上所述，系统100可以用于执行一个或多个工作流。工作流可以是包括许多工作步骤的过程。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，a可以对一个或多个输入进行操作，并且例如基于一个或多个算法来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，工作流可以是在软件中可实现的工作流，例如，其对地震数据、地震属性等进行操作。作为示例，工作流可以是在/>框架中可实现的过程。例如，工作流可以包括访问诸如插件(例如，外部可执行代码等)的模块的一个或多个工作步骤)。

本公开的实施例可以提供一种方法，用于当使用具有能够执行井下状态估计的固件的旋转可转向系统时，自动执行定向钻井操作和/或对定向钻井操作提出建议。当在现场或远程执行定向钻井作业时，可能会执行一系列任务。这些任务可以通过提供要遵循的详细的计划轨迹，以及在某些情况下，有效且无事故地钻井的计划操作参数，从井的计划开始。在钻井期间，任务可以包括获取输入(例如，感测当前轨迹的状态，包括与原始计划的偏差，感测操作状态以了解钻头是否在底部钻井，以及感测计划外事件的操作风险)。根据该输入，可以做出推断，例如钻井参数值(例如，钻进速率(ROP)、井下钻压(WOB)和井下扭矩)。基于输入和确定的参数，任务可以包括选择转向模式、选择钻井参数以及自动重置或调整旋转可转向系统的井下钻井命令。此外，可以相对于期望的结果评估(例如，连续地)钻井系统对参数的响应。可以基于结果更新约束，并且也可以更新不同事件发生的风险矩阵。该方法可以至少部分地在钻井现场或远离钻井现场进行。该方法可被执行以建议钻井操作者或部分或完全自动化钻井过程。

图2示出了根据一实施例的井下工具200的计划的钻井轨迹、测量的(例如，实际的)钻井轨迹和工作钻井轨迹的示意图。曲线210代表最初计划的钻井轨迹，框220代表地下地层中的钻井目标。

在图2中，井下工具200已经沿着测量的钻井轨迹230朝向目标220钻出了井眼的第一部分。测量的钻井轨迹230可以由一个或多个传感器测量，传感器可以是井下工具200的一部分。传感器可以在预定的公差内操作。如可以看出的，井下工具200包括MWD模块240和位于钻头250上方的钻头250。MWD模块240可包括测量当前位置和/或测量的钻井轨迹230的传感器。

如可以看出的，测量的钻井轨迹230不与计划的钻井轨迹210重叠。结果，可以确定工作钻井轨迹260，以使井下工具200从其当前位置向目标220钻井眼的第二部分。如下所讨论的，确定工作钻井轨迹260可以是一迭代过程，该过程在钻井眼时在多个深度发生多次。

图3示出了根据一实施例的用于监控和控制井下工具200的钻井轨迹的系统300。系统300可以通过自动化定向钻井过程的至少一部分来减少或消除用户交互。系统300可以包括自动化定向钻井平台，该平台可以包括三个部分：计划平台310、执行平台320和井下平台330。

计划平台310

计划平台310可以位于地面(即，地下地层上方)。计划平台310可被配置成生成钻井计划，该钻井计划向执行平台320提供信息和环境以执行(例如，定向的)钻井操作。计划平台310也可以监控钻井操作的进度。这种监控可以在现场或远程进行。此外，计划模块310可确定对原始钻井计划(例如，计划的钻井轨迹210和/或目标220)的修订是否被批准。

计划平台310可以包括轨迹模块312、工具(或井底钻具组合(BHA))模块314和建模模块316，它们可以一起生成钻井计划。轨迹模块312可被配置成生成具有环境和参考点的计划的钻井轨迹210(见图2)。计划的钻井轨迹210还可以包括地下地层中的一个或多个区域的特性(例如，压力、温度、电阻率、孔隙度、声速、伽马射线等)，用于预测对井下工具200的不同地层反应、不同ROP、不同风险水平、不同钻井性能或转向性能参数或其组合。轨迹模块312还可以包括用于避免冲突目的(即，避免与附近的井冲突)的附近井的轨迹。计划平台310还可以实现与特定客户或现场操作相关的约束。

工具/BHA模块314可以收集与井下工具200的转向能力相关的数据，包括狗腿严重度(DLS)能力和估计、中性转向趋势、区域的预期偏移、每个区域的可转向性变化或其组合。如这里所用的，中性转向趋势是指当没有向井下工具200提供特定命令方向时，井下工具200的默认转向趋势(例如，BHA)。

建模模块316可以实现模型选择、初始化和重新初始化。建模模块316可以采用的模型可以包括用于钻井参数选择的预测的可转向(PS)模型、用于实时区域识别的多阶段地下运输(STOMP)、偏移井预测模型或其组合。例如，模型可以基于在钻一口或多口附近的偏移井时收集的数据。

执行平台320

执行平台320也可以位于地面处。在一个实施例中，计划平台310和执行平台320可以是同一计算系统的一部分。在另一个实施例中，计划平台310可以是第一计算系统的一部分，而执行平台320可以是第二计算系统的一部分。

执行平台320可以从计划平台310接收钻井计划(例如，计划的钻井轨迹210、钻井参数和偏移井信息)，以及用于防冲突目的的附近井轨迹。在一个实施例中，执行平台320还可以被配置成与用户通信。例如，在执行平台320和用户之间传递的数据可包括计划的钻井轨迹210、测量的钻井轨迹230、它们之间的差异、工作钻井轨迹260、目标220的位置、模式选择(例如，环境、位置等)、钻井命令(例如，工具面(TF)、DLS、ROP等)、偏移井数据、用于预测不同地层反应的区域、不同风险水平或其组合。TF是指在垂直于钻柱轴线的平面内测量的角度，该角度位于钻柱上的参考方向和固定参考之间。

执行平台320可以具有边缘部分和云部分。执行平台320还可以包括钻机控制系统324。执行平台320(例如，钻机控制系统324)可以跟踪井下工具200的性能，并且可以监控和/或控制与计划平台310的交互，包括是否修改钻井计划、与用户的交互、与钻机控制系统324的交互以及与井下工具200的交互。钻机控制系统324还可以从井下平台330接收通道数据，例如地下测量值(例如，位置、方向和倾斜度、压力、温度、电阻率、孔隙度、声速、伽马射线等)、井下钻井状态(DHDS)或其组合。钻机控制系统324还可以生成特定信息并将其传输到一些井下平台工具，例如转向命令(例如，TF、DLS、ROP等)、操作模式(如钻井、起下钻、停钻修理等)，或者它们的组合。

井下平台330

井下平台330可以包括井下工具200或者是井下工具200的一部分。在一个实施例中，井下平台330可以包括旋转可转向系统(RSS)工具、随钻测量(MWD)工具和随钻测井(LWD)工具的组合。例如，井下平台330可以包括旋转可转向系统(RSS)322。RSS 322可被配置成生成工作钻井计划260、模式选择(例如，环境、位置等)、钻井命令(例如，TF、DLS、ROP等)、下行链路模式或其组合并将其传输到钻机控制系统324。

井下平台330可以包括井下状态估计器，其被配置为自动检测钻头250是在底部还是离开底部。井下平台330可以至少部分地基于来自计划平台310的数据用计划的轨迹特性编程。井下平台330可以知道系统的状态(例如，当前是否正在钻井)。井下平台330也可以被配置成估计ROP。

在钻井期间或之后，井下平台330可以与计划平台310和/或执行平台320通信，以确认其遵循计划的钻井轨迹210或调整转向参数。更具体地，井下平台330可以被配置成从钻机控制系统324接收数据(即，下行链路数据)。该数据可以包括用于井下工具200的转向命令、曲率环境(例如，最大DLS)、饱和度(例如，DLS、风险等)，或者它们的组合。

井下平台310还可以被配置成向钻机控制系统324传输数据(即，上行链路数据)。数据可包括勘测点(例如，实际工具面(TFa)、期望工具面(TFd)、实际转向比(SRa)、连续方向和倾斜度(cD&I))、DHDS、ROP或其组合。SRa可以是或包括井下工具200跟随特定方向的时间百分比。例如，100％意味着井下工具200始终遵循一个特定方向，而0％意味着没有特定工具面被特许的中性条件。DHDS可包括钻头250是否在底部、转向能力的控制水平、重置井下工具的一些参数的选择(与否)(即自动重置)、旋转检测、流量检测或其组合。

图4示出了根据一实施例的用于监控和控制井下工具200的钻井轨迹的方法400的流程图。下面提供了方法400的说明性顺序；然而，方法400的一个或多个部分可以以不同的顺序执行、组合、分成子步骤、重复或省略。方法400的至少一部分可以由计算系统执行(下面参考图5描述)。例如，方法400的至少一部分可以由执行平台320(例如，钻机控制系统324)执行。在一个实施例中，方法400可以在没有用户干预或输入的情况下执行。

方法400可包括接收井下工具200的钻井计划，如在402处。钻井计划可以从计划平台310接收。如上所述，在一个示例中，钻井计划可包括计划的钻井轨迹210、目标220、PS模型、井下工具200的DLS、地下地层中的可能区域、防冲突数据或其组合。

方法400还可包括接收井下工具200的测量的钻井轨迹230，如在404处。测量的钻井轨迹230可以由MWD模块240和/或井下平台330测量，然后被传输(即，上行链路)到执行平台220。当井下工具200在地下地层中钻井眼的第一部分时，可以一次或多次测量测量的钻井轨迹230。

方法400还可包括确定井下工具200的状态，如在406处。井下工具200的状态可以至少部分地基于来自计划平台310的钻井计划、来自钻井平台330的井下参数或两者来确定(例如，估计)。如下所述的，井下参数可包括测量的钻井轨迹230、DHDS、ROP、模式、TF、转向比(SR)、测量的DLS或其组合。

井下工具200的状态可以包括井下工具200在地下地层中的位置。井下工具200的状态还可以包括井下工具200的位置与井下工具200应该所在的位置(根据钻井计划)之间的差异(即比较)。

井下工具200的状态还可以包括井下工具200在地下地层中的测量的钻井轨迹230。井下工具200的状态还可以包括计划的钻井轨迹210和测量的钻井轨迹230之间的差异。

井下工具200的状态还可以包括在钻井期间井下工具200在一个或多个时间/深度钻井(例如，转向)的方向。井下工具200的状态还可以包括在钻井期间在一个或多个时间/深度对转向能力的控制水平。例如，这可以包括在钻井期间转向方向在一个或多个时间/深度偏离计划的钻井轨迹210的度数。

井下工具200的状态还可以包括井眼末端(例如底部)的位置。如图2所看到的，MWD模块240可以位于钻头250的后面(例如上面)。因此，可以基于MWD模块240的位置、MWD模块240和钻头250之间的距离、井下工具200的形状(例如，BHA)、井下工具200正在钻井的方向(例如，转向)或其组合来确定井眼的末端的位置。

井下工具200的状态还可以包括井下工具200是在底部还是离开底部。井下工具200的状态还可包括钻井期间井下工具200在一个或多个时间/深度的ROP。井下工具200的状态还可包括转向效率因子(SEF)、钻井参数(DP)或其组合。SEF可以是在定向钻井作业期间试图转向时工具面保持得有多好的量度。井下工具200的状态还可以包括下行链路检测(即，检测到向/从井下工具200传输的命令)。

方法400还可包括生成工作计划，如在408处。工作计划可包括工作钻井轨迹260、实现工作钻井轨迹260的一组转向命令、环境信息和约束、违反或其组合。工作计划可以至少部分地基于钻井计划(例如，来自计划平台310)、井下工具200的状态或两者。在一个示例中，工作计划可以至少部分地基于来自钻井计划的防冲突数据来生成。工作计划也可以或替代地至少部分地基于如由执行平台320确定的约束、违反、环境来生成。如这里所使用的，防冲突数据指的是在执行定向井施工时要避开的附近井的位置。如这里所用的，约束指的是与原始钻井计划(例如，计划的钻井轨迹210)的最大容许偏差、最大狗腿严重度、由客户定义的最大弯曲度租赁线限制、最大碳排放或其组合。如这里所用的，违反指的是工作计划中超出先前定义的一个或多个约束的部分。违反可以包括空间违反、角度违反(例如，倾斜度和方位角违反)、狗腿严重度违反、弯曲度违反或其组合。如此处所使用的，环境指的是当前正在执行的曲率的类型(例如，垂直、曲线、水平、着陆、微移等)以及特定的地层行为。

在一个实施例中，可以生成多个不同的工作钻井轨迹。每个工作钻井轨迹可以是不同的，因为它们可以使用不同的参数生成。例如，它们可能具有不同的轨迹长度、不同的转向能力、与原始计划不同的空间或角度偏差、不同的弯曲度、不同的终点目标、不同的曲率数、不同的转向风险、不同的狗腿能力、不同的交付轨迹的置信水平、不同的井眼质量指数、不同的地质力学要求、不同的违反、不同的预计碳排放或其组合。可以基于上面列出的一个或多个参数对工作钻井轨迹进行排序。然后可以选择一个或多个工作钻井轨迹(例如，具有最高排序)。在一个实施例中，一个或多个选择的工作钻井轨迹260可以显示给用户以供确认(例如，取决于系统的自动化水平)。

方法400还可包括将工作计划传输至井下工具200，如在410处。更具体地，这可以包括使用执行平台220中的下行链路顾问将一个或多个下行链路命令传输到井下工具200中的井下平台330，以实施和实现工作计划。井下工具200可以响应于工作计划保持或修改其轨迹。换句话说，井下工具200可以从计划的钻井轨迹210切换到工作钻井轨迹260，以朝向目标220转向，从而钻井眼的第二部分。

方法400还可包括从井下工具200接收一个或多个井下参数，如在412处。井下参数可以在井下工具200已经实施工作计划的同时和/或之后由井下工具200的MWD 250和/或井下平台330测量。井下参数可以是或包括DHDS、ROP、方向和倾斜度(cD&I)、冲击和振动、粘滑、转向响应、转向效率因子(SEF)、实际转向命令(TFa、SRa)、期望转向命令(TFd、SRd)、井下流量、井下RPM、一个或多个井下工具的井下功率输出、井下地下测量(例如，压力、温度、电阻率、孔隙度、声速、伽马射线等)、井下事件记录、井下工具配置、井下工具校准、井下连续勘测记录、井下工具问题或其组合。

方法400然后可以循环回到步骤404，并重复步骤404-412。该循环可以发生一次或多次，以继续重新确定井下工具200的状态和/或修改(例如，重新生成)工作计划，以在钻井时使井下工具200转向。

在一些实施例中，本公开的方法可以由计算系统执行。图5示出了根据一些实施例的这种计算系统500的示例。计算系统500可以包括计算机或计算机系统501A，其可以是单独的计算机系统501A或分布式计算机系统的布置。计算机系统501A包括一个或多个分析模块502，分析模块502被配置成根据一些实施例执行各种任务，例如这里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602独立地或与一个或多个处理器504协调地执行，处理器504连接到一个或多个存储介质506。处理器504还连接到网络接口507，以允许计算机系统501A通过数据网络509与一个或多个附加的计算机系统和/或计算系统通信，例如501B、501C和/或501D(注意，计算机系统501B、501C和/或501D可以或可以不共享与计算机系统501A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501A和501B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501C和/或501D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、可编程门阵列或其他控制或计算设备。

存储介质506可以被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5的示例实施例中，存储介质506被描绘为在计算机系统501A内，但是在一些实施例中，存储介质506可以分布在计算系统501A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506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，诸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、诸如固定、软盘和可移动盘的磁盘、包括磁带在内的其他磁介质、诸如压缩盘(CD)或数字视频盘(DVD)、光盘或其他类型的光存储或其他类型的存储设备。注意，上面讨论的指令可以在一个计算机可读或机器可读存储介质上提供，或者可以在分布在可能具有可能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提供。这种计算机可读或机器可读存储介质被认为是物品(或制造物品)的一部分。物品或制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500包含一个或多个钻井控制模块508。在计算系统500的示例中，计算机系统501A包括钻井控制模块508。在一些实施例中，单个钻井控制模块508可用于执行这里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，多个钻井控制模块508可用于执行这里方法的一些方面。

应当理解，计算系统500仅仅是计算系统的一个示例，并且计算系统500可以具有比所示出的更多或更少的组件，可以组合图5的示例实施例中未描绘的附加组件，和/或计算系统500可以具有图5所示组件的不同配置或布置。图5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，这里描述的处理方法中的步骤可以通过运行信息处理装置中的一个或多个功能模块来实现，所述信息处理装置为例如通用处理器或专用芯片，例如ASIC、FPGA、PLD或其他适当的设备。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/或其他解释辅助工具可以以迭代的方式进行改进；这个概念适用于这里讨论的方法。这可以包括使用在算法基础上执行的反馈回路，例如在计算设备(例如，计算系统500，图5)，和/或通过用户的手动控制，用户可以确定给定的步骤、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。

出于解释的目的，已经参照具体实施例描述了前面的描述。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，许多修改和变化是可能的。此外，在此描述的方法的元素被说明和描述的顺序可以被重新安排，和/或两个或更多个元素可以同时出现。选择和描述这些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)

1.一种用于控制井下工具的钻井轨迹的方法，该方法包括：

接收井下工具朝向地下地层中的目标钻井眼的钻井计划，其中钻井计划包括井下工具的计划的钻井轨迹、井下工具的转向能力的模型、井下工具的狗腿严重度和地下地层的特性；

在井下工具使用计划的钻井轨迹钻井眼的第一部分之后，接收井下工具的测量的钻井轨迹；

至少部分地基于计划的钻井轨迹、模型、狗腿严重度、地下地层的特性和测量的钻井轨迹来确定井下工具的状态，其中该状态包括计划的钻井轨迹和测量的钻井轨迹之间的差异、井下工具的转向能力的控制水平和井眼的末端的位置；和

至少部分地基于钻井计划和井下工具的状态生成工作计划轨迹，其中井下工具被配置为从计划的钻井轨迹切换到工作计划轨迹，以朝向地下地层中的目标钻井眼的第二部分。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述状态还至少部分地基于所述井下工具的工具面和所述井下工具的转向比来确定，并且其中所述状态还包括转向效率因子和一个或多个钻井参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其中井下工具自动重置一个或多个钻井参数，以实现工作计划轨迹。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述井眼的末端的位置至少部分地基于井下工具上传感器的位置、传感器和井下工具钻头之间的距离、井下工具的形状和井下工具在钻井的方向。

5.根据权利要求1所述的方法，其中钻井计划还包括防冲突数据，并且其中工作计划轨迹至少部分地基于防冲突数据而生成。

6.根据权利要求1所述的方法，其中生成工作计划轨迹包括：

生成多个工作计划轨迹；

对多个工作计划轨迹进行排序；和

基于该排序来选择工作计划轨迹之一。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述工作计划轨迹传输至所述井下工具，以使所述井下工具转向以朝向所述地下地层中的目标钻所述井眼的第二部分。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括从井下工具接收一个或多个井下参数，其中一个或多个井下参数是在井下工具切换到工作计划轨迹之后测量的。

9.根据权利要求8所述的方法，其中一个或多个井下参数包括井下工具的井下钻井状态和井下工具的钻进速率。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

至少部分地基于计划的钻井轨迹、测量的钻井轨迹和一个或多个井下参数来确定井下工具的新状态；和

至少部分地基于井下工具的新状态来生成新的工作计划轨迹。

11.一种计算系统，包括：

一个或多个处理器；和

存储器系统，该存储器系统包括存储指令的一个或多个非暂时性计算机可读介质，当所述指令被一个或多个处理器中的至少一个执行时，使得所述计算系统执行操作，该操作包括：

接收井下工具朝向地下地层中的目标钻井眼的钻井计划，其中钻井计划包括井下工具的计划的钻井轨迹、井下工具的预测的转向模型、井下工具的狗腿严重度和地下地层的特性；

在井下工具使用计划的钻井轨迹钻井眼的第一部分之后，接收井下工具的测量的钻井轨迹；

至少部分地基于计划的钻井轨迹、预测的转向模型、狗腿严重度、地下地层的特性和测量的钻井轨迹来确定井下工具的状态，其中该状态包括计划的钻井轨迹和测量的钻井轨迹之间的差异、井下工具的转向能力的控制水平和井眼的末端的位置，并且其中井眼的末端的位置至少部分地基于井下工具上的传感器的位置、传感器和井下工具的钻头之间的距离、井下工具的形状和井下工具正在钻进的方向；和

至少部分地基于井下工具的状态来生成工作计划轨迹，其中井下工具被配置为从计划的钻井轨迹切换到工作计划轨迹，以朝向地下地层中的目标钻井眼的第二部分。

12.根据权利要求11所述的计算系统，其中钻井计划还包括防冲突数据，并且其中工作计划轨迹至少部分地基于该防冲突数据而生成。

13.根据权利要求11所述的计算系统，其中所述操作还包括从井下工具接收一个或多个井下参数，其中该一个或多个井下参数是在井下工具切换到工作计划轨迹之后由井下工具测量的，并且其中所述一个或多个井下参数包括井下工具的井下钻井状态和井下工具的钻进速率。

14.根据权利要求13所述的计算系统，其中所述操作还包括：

至少部分地基于计划的钻井轨迹、预测的转向模型、狗腿严重度、地下地层的特性、测量的钻井轨迹和一个或多个井下参数来确定井下工具的新状态；和

至少部分地基于井下工具的新状态来生成新的工作计划轨迹。

15.根据权利要求11所述的计算系统，其中生成工作计划包括：

生成从井下工具的当前位置到地下地层中的目标的多个工作计划轨迹；

对多个工作计划轨迹进行排序；

基于该排序来选择多个工作计划轨迹中的一个；和

将所选择的工作计划轨迹传输到井下工具，以使井下工具朝向目标转向。

16.一种用于控制井下工具的钻井轨迹的系统，该系统包括：

位于地面处的计划平台，其中该计划平台被配置为生成井下工具朝向地下地层中的目标钻井眼的钻井计划，其中所述钻井计划包括所述井下工具的计划钻井轨迹、所述井下工具的预测的转向模型、所述井下工具的狗腿严重度、所述地下地层的特性和防冲突数据；

执行平台，该执行平台也位于地面处并与计划平台通信，其中所述执行平台被配置为：

在井下工具使用计划的钻井轨迹钻井眼的第一部分之后，接收井下工具的测量的钻井轨迹；

至少部分地基于计划的钻井轨迹、预测的转向模型、狗腿严重度、地下地层的特性和测量的钻井轨迹来确定井下工具的状态，其中该状态包括计划的钻井轨迹和测量的钻井轨迹之间的差异、井下工具的转向能力的控制水平和井眼的末端的位置；和

至少部分地基于井下工具的状态和防冲突数据来生成工作计划轨迹，其中生成工作计划包括：

生成从井下工具的当前位置到地下地层中的目标的多个工作计划轨迹；

对多个工作计划轨迹进行排序；和

基于该排序来选择多个工作计划轨迹中的一个；和

位于井下工具中的钻井平台，其中钻井平台与所述执行平台通信，并且其中钻井平台被配置为：

接收工作计划轨迹，其中井下工具被配置成从计划的钻井轨迹切换到工作计划轨迹，以朝向地下地层中的目标钻井眼的第二部分；

在井下工具已经切换到工作计划轨迹之后，测量一个或多个井下参数，其中一个或多个井下参数包括井下工具的井下钻井状态和井下工具的钻进速率；和

将一个或多个井下参数传输到所述执行平台。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述执行平台还被配置成至少部分地基于计划的钻井轨迹、预测的转向模型、狗腿严重度、地下地层的特性、测量的钻井轨迹和一个或多个井下参数来确定所述井下工具的新状态。

18.根据权利要求16所述的系统，其中所述执行平台还被配置为至少部分地基于所述井下工具的新状态来生成新的工作计划轨迹。

19.根据权利要求16所述的系统，其中所述执行平台还被配置成至少部分地基于分析期望的转向命令和实际的转向命令之间的差异来生成新的工作计划轨迹。

20.根据权利要求19所述的系统，其中钻井计划中的狗腿严重度包括估计的狗腿严重度，其中一个或多个井下参数还包括由井下工具测量的测量的狗腿严重度，并且其中至少部分地基于估计的狗腿严重度和测量的狗腿严重度来确定状态。