CN116888343A - 钻井参数限制的动态调整 - Google Patents

Abstract

用于在钻井操作期间动态调整钻井参数的方法、计算系统和计算机可读介质。该方法包括在钻井操作期间实时接收钻井参数测量值和响应测量值。如果响应测量值低于窗口的下限或向下趋向，则该方法确定将增加响应测量值的新的钻井参数值。该方法将钻井参数值动态地调整到高于井段限制，同时仍然遵守硬性限制。当测量提高时，该方法将钻井参数的限制返回到井段限制。

Description

钻井参数限制的动态调整

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年12月17日提交的题为“Automatically MaintainingaDrilling Response”的美国专利申请序列号63/199,272的优先权，其内容通过引用结合于此。

背景技术

除非另有说明，本部分不描述权利要求的现有技术，也不被认为是现有技术。

钻机上的某些钻井参数可以直接控制，例如滑车(block)速度上升或下降、泵冲程速率、地面钻柱转速或每分钟转数(RPM)。增加或减少这些钻井参数会导致设备和油井的响应。作为示例，对RPM的响应包括钻柱扭矩；对滑车速度变化的反应是钩载荷和地面重量的变化；对泵冲程速率变化的响应包括立管压力的变化。

在诸如钻井的裂缝操作期间，可能希望将响应保持在由上限值和下限值界定的某个窗口或范围内。作为示例，将钻压保持在一窗口内有助于保持钻头完全啮合并减少磨损，还有助于控制井底组件(BHA)趋势，从而控制井眼轨迹。使用泥浆马达时控制压力差可有助于保持钻头完全啮合，并增强对定向井中轨迹的控制。

钻井参数通常需要保持在限制内。一些钻井参数限制是硬性限制。超过硬性限制可能会导致设备损坏，并带来健康、环境和安全风险。作为示例，钻柱扭矩硬性限制可能会设定一值，如果超过该值，可能会对顶部驱动器或钻杆造成损坏。其他钻井参数限制是井段(sectional)限制。井段限制可以是，基于经验、模拟、分析或上述因素的某种组合，所述团队认为将在该井眼井段钻井时提供最佳的平均性能的数值。

发明内容

钻井自动化和推荐系统通常试图在所有情况下都遵守硬性限制和井段限制。虽然这样做通常会产生良好的性能，但存在一些情况，其中超出某些限制可能会获得更好的结果。作为示例，存在一些情况，在钻井过程中，为了更好地应对特定事件或挑战，可能会暂时超出某些非硬性井段限制。作为示例，粘滑振动可能会损坏钻头和顶部驱动器。减轻粘滑可能涉及降低钻压和提高RPM。然而，在给定井段中，速度可能已经接近边界。作为示例，高于井段限制的20-25RPM的“过度驱动”的速度可能暂时可以接受，以减轻粘滑。这可以允许更快地减轻粘滑事件。一旦粘滑事件被成功缓解，RPM就可以降低回到井段限制以下。

该文献公开了一种用于在钻井操作期间动态调整钻井参数的方法、非暂时性、有形计算机可读存储介质和系统。在一个实施例中，该方法涉及实时接收钻井操作期间的钻井参数测量值和钻井操作期间的响应测量值。该方法可以包括确定响应测量值是否在响应窗口内，该响应窗口定义了响应测量值的期望下限和期望上限。

在某些实施例中，如果响应测量值低于响应窗口的期望下限或者向下趋向响应窗口的期望下限，则系统确定将增加响应测量值的新的钻井参数值。系统将新的钻井参数值与钻井参数的井段限制和硬性限制进行比较。如果钻井参数值高于井段限制并且低于硬性限制，则系统可以将钻井参数的钻井参数窗口的上限值增加到新的钻井参数值。该方法还可以包括用于将钻井参数自动增加到新的钻井参数值的指令，该新的钻井参数值将增加响应测量值。

该方法还可以包括在将钻井参数增加到新的钻井参数值之后监控响应测量值，确定响应测量值稳定在响应窗口内；以及将钻井参数窗口的上限值重置为钻井参数的井段限制。

在一个实施例中，该方法用于管理定向钻井操作中的压力差。该方法可以包括在定向钻井操作期间实时测量井底组件的马达两侧的压力差和井底组件的钻进速率。该方法可以包括确定压力差是否在预定压力差窗口内，该预定压力差窗口指定压力差的下限和压力差的上限。如果压力差低于预定压力差窗口的下限或向下趋向预定压力差窗口的下限，则系统可以确定将增加压力差的新的钻进速率值，将新的钻进速率值与钻进速率的硬性限制和井段限制进行比较，并且如果新的钻进速率值高于井段限制并且低于硬性限制，则将钻进速率窗口的上限值增加到新的钻进速率值。

该概述介绍了将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。其他概念和特征描述如下。权利要求可以包括本概述或说明书的其他部分中的概念。

附图说明

下图不一定是按比例绘制的；尺寸可能会有所变化，以帮助阐明或强调某些特征。

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示出了可用于钻井的钻井系统的示例。

图3示出了用于调整钻井参数的方法的流程图。

图4示出了用于调节钻进速率的方法的流程图。

图5A示出了钻井响应测量值和钻井参数测量值的一个实施例。

图5B示出了钻井响应测量值和钻井参数测量值以及钻井参数值的动态调整的一个实施例。

图6示出了根据一实施例的计算系统的示意图。

具体实施方式

介绍

以下详细描述参考了附图。只要方便，在附图和下面的描述中使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。虽然这里描述了本公开的几个实施例和特征，但是在不脱离本公开的精神和范围的情况下，修改、改编和其他实施方式是可能的。

尽管术语“第一”、“第二”等可以这里用于描述各种元件，这些术语用于将一个元件与另一个元件区分开来。作为示例，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”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。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/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/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”。

实施例

图1示出了系统100的示例，该系统100包括管理地质环境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。作为示例，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，由组件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。

在示例性实施例中，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物体，例如井、地面、物体、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特性来表征(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。

在示例性实施例中，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。基于对象的框架的一个商业示例是框架(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。作为示例，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。在示例性实施例中，模拟组件120可以构建地质环境150的一个或多个模型，其可以依赖该模型来模拟地质环境150的行为(例如，响应于一个或多个动作，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斯伦贝谢(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，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。

在示例性实施例中，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)。

在示例性实施例中，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件或插件。作为示例，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。在示例性实施例中，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/>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。在示例性实施例中，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。作为示例，框架可以包括用于从地震数据、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、地面、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。作为示例，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，将井示出为模型的一部分)。

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装置)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。作为示例，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，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。作为示例，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。作为示例，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，特性、应力等的横向变化可能存在，对这种变化的评估可能有助于计划、操作等，以开发横向扩展的储层(例如，通过压裂、注入、抽取等。作为示例，设备157和/或158可以包括组件、系统、多个系统等，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。

如所提到的，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，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。作为示例，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)。

图2示出了井场系统200的示例(例如，在可以是陆上或海上的井场)。如所示，井场系统200可以包括用于容纳泥浆和其他材料(例如，在泥浆可以是钻井液的情况下)的泥浆罐201、用作泥浆泵204的入口以从泥浆罐201泵送泥浆从而使泥浆流向振动软管206的吸入管线203、用于绞绕一根或多根钻井绳212的绞车207、从振动软管206接收泥浆的立管208，接收来自立管208的泥浆的方钻杆软管209、一个或多个鹅颈管210、游车211、用于经由一条或多条钻井绳212承载游车211的天车213(例如，参见图1的天车173)、井架214(例如，参见图1的井架172)、方钻杆218或顶部驱动器240、方钻杆驱动衬套219、转盘220、钻台221、钟形接头222、一个或多个防喷器(BOP)223、钻柱225、钻头226、套管头227和将泥浆和其他材料运送到例如泥浆罐201的流管228。

在图2的示例系统中，通过旋转钻井在地下地层230中形成钻孔232；注意，各种示例实施例也可以使用一种或多种定向钻井技术、设备等。

如图2的示例所示，钻柱225悬挂在钻孔232内，并且具有钻柱组件250，该钻柱组件250在其下端包括钻头226。作为示例，钻柱组件250可以是井底组件(BHA)。

井场系统200可以提供钻柱225的操作和其他操作。如所示，井场系统200包括位于钻孔232上方的游车211和井架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可以包括方钻杆218和相关组件等，或者顶部驱动器240和相关组件。关于方钻杆的示例，方钻杆218可以是正方形或六边形金属/合金棒，其中钻有用作泥浆流动路径的孔。方钻杆218可用于将旋转运动从转盘220经由方钻杆驱动衬套219传递到钻柱225，同时允许钻柱225在旋转期间被降低或升高。方钻杆218可以穿过方钻杆驱动衬套219，其可以由转盘220驱动。作为示例，转盘220可以包括主衬套，该主衬套可操作地联接到方钻杆驱动衬套219，使得转盘220的旋转可以转动方钻杆驱动衬套219并因此转动方钻杆218。方钻杆驱动衬套219可以包括与方钻杆218的外部轮廓(例如，方形、六边形等)匹配的内部轮廓；但是尺寸稍大，使得方钻杆218可以在方钻杆驱动衬套219内自由上下移动。

对于顶部驱动器的示例，顶部驱动器240可以提供由方钻杆和转盘执行的功能。顶部驱动器240可以转动钻柱225。作为示例，顶部驱动器240可以包括一个或多个马达(例如，电动和/或液压马达),该马达通过适当的传动装置连接到被称为套管轴的一小段管道上，该套管轴又可以被拧入保护短节(sub)或钻柱225本身中。顶部驱动器240可以悬挂在游车211上，因此旋转机构可以在井架214上自由上下移动。作为示例，顶部驱动器240可以允许利用比方钻杆/转盘方法更多的接头立柱(stand)进行钻井。

在图2的示例中，泥浆罐201可以容纳泥浆，泥浆可以是一种或多种类型的钻井液。作为示例，可以钻出井眼以生产流体、注入流体或两者(例如，烃、矿物、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)可以由一系列螺纹连接在一起的管道组成，以形成长管，钻头226在其下端。当钻柱225被推进到井眼中用于钻井时，在钻井之前或与钻井同时的某个时间点，泥浆可以通过泵204从泥浆罐201(例如，或其他源)经由管线206、208和209被泵送到方钻杆218的端口，或者例如被泵送到顶部驱动器240的端口。然后，泥浆可以经由钻柱225中的通道(例如，多个通道)流出位于钻头226上的端口(例如，参见方向箭头)。当泥浆经由钻头226中的端口离开钻柱225时，它然后可以向上循环通过钻柱225的外表面和周围壁(例如，裸眼钻孔、套管等)之间的环形区域，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)和地层切屑带到地面，在地面，泥浆(例如，和切屑)可以返回到泥浆罐201，例如，用于再循环(例如，进行处理以去除切屑等)。

由泵204泵送到钻柱225中的泥浆可以在离开钻柱225之后形成衬在井眼中的泥饼，除了其他功能之外，泥饼可以减少钻柱225和周围壁(例如，钻孔、套管等)之间的摩擦。摩擦的减小可以有助于推进或收回钻柱225。在钻井操作期间，整个钻柱225可以从井眼中拔出，并且可选地用例如新的或锋利的钻头、较小直径的钻柱等替换。如所提到的，将钻柱从孔中拉出或放回孔中的行为称为起下钻。根据起下钻方向，起下钻可以称为向上起下钻或向外起下钻，也可以称为向下起下钻或向内起下钻。

作为示例，考虑向下起下钻，其中在钻柱225的钻头226到达井眼底部时，泥浆的泵送开始润滑钻头226，以便钻井扩大井眼。如所提到的，泥浆可以由泵204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的传输介质，例如，可以像在泥浆脉冲遥测中那样编码信息的能量。

作为示例，泥浆脉冲遥测设备可以包括井下装置，该井下装置被配置成影响泥浆中的压力变化，以产生声波或可以调制信息的波。在这样的示例中，来自井下设备(例如，钻柱225的一个或多个模块)的信息可以向井上传输到井上装置，井上装置可以将这样的信息中继到其他设备用于处理、控制等。

作为示例，遥测设备可以通过经由钻柱225本身的能量传输来操作。例如，考虑将编码能量信号传递给钻柱225的信号发生器和可以接收这种能量并对其进行中继以进一步传输编码能量信号(例如，信息等)的中继器。

作为示例，钻柱225可以装配有遥测设备252，遥测设备252包括可旋转的驱动轴；涡轮叶轮，其机械地联接到驱动轴，使得泥浆可以引起涡轮叶轮旋转；调制器转子，其机械地联接到驱动轴，使得涡轮叶轮的旋转引起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；以及可控制制动器，用于选择性地制动调制器转子的旋转以调制压力脉冲。在这样的示例中，交流发电机可以联接到前述驱动轴，其中交流发电机包括至少一个定子绕组，该定子绕组电联接到控制电路，以选择性地短路该至少一个定子绕组，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，井上控制和/或数据采集系统262可包括电路，以感测由遥测设备252产生的压力脉冲，并且例如，传送感测的压力脉冲或从中导出的信息，用于处理、控制等。

所示示例的组件250包括随钻测井(LWD)模块254、随钻测量(MWD)模块256、可选模块258、旋转可导向系统(RSS)和/或马达260以及钻头226。这种组件或模块可以被称为工具，其中钻柱可以包括多个工具。

至于RSS，它涉及用于定向钻井的技术。定向钻井涉及钻入地球以形成偏斜的钻孔，使得钻孔的轨迹不是垂直的；相反，轨迹沿着钻孔的一个或多个部分偏离垂直方向。作为示例，考虑一目标，该目标位于离钻机可能驻扎的地面位置的横向距离处。在这样的示例中，钻井可以从垂直部分开始，然后偏离垂直方向，使得钻孔瞄准目标，并最终到达目标。在从地球表面的垂直位置无法接近目标的情况下，在地球内存在可能阻碍钻井或以其他方式是有害的情况下(例如，考虑盐丘等)，在地层是横向延伸的情况下(例如，考虑相对薄但横向延伸的储层)，在从单个地面钻孔钻多个钻孔的情况下，在需要减压井的情况下等，可以实施定向钻井。

定向钻井的一种方法涉及泥浆马达；然而，泥浆马达可能会面临一些挑战，这取决于诸如钻进速率(ROP)、由于摩擦而将重量转移到钻头(例如，钻压、WOB)等因素。泥浆马达可以是正排量马达(PDM),其操作以驱动钻头(例如，在定向钻井等过程中)。当钻井液被泵送通过PDM时，PDM进行操作，其中PDM将钻井液的液压动力转换成机械动力以使钻头旋转。

作为示例，PDM可以以组合旋转模式运行，其中地面设备用于通过旋转整个钻柱来旋转钻柱的钻头(例如，转盘、顶部驱动器等)，并且利用钻井液来旋转钻柱的钻头。在这样的示例中，地面RPM(SRPM)可以通过使用地面设备来确定，泥浆马达的井下RPM可以使用与钻井液的流动、泥浆马达类型等相关的各种因素来确定。作为示例，在组合旋转模式中，假设SRPM和泥浆马达RPM方向相同，钻头RPM可以确定或估计为SRPM和泥浆马达RPM之和。

作为示例，当钻柱不从地面旋转时，PDM泥浆马达可以以所谓的滑动模式运行。在这样的示例中，可以基于泥浆马达的RPM来确定或估计钻头RPM。

RSS可以在地面设备连续旋转的地方定向钻井，这可以减轻可导向马达(如PDM)的滑动。定向钻井(如斜井、水平井或大位移井)时，可部署RSS。RSS可以旨在将与井壁的相互作用降至最低，这有助于保持钻孔质量。RSS可以旨在施加相对一致的侧向力，类似于随着钻柱旋转的稳定器，或者将钻头取向在期望的方向，同时以与钻柱相同的每分钟转数连续旋转。

LWD模块254可以容纳在合适类型的钻铤中，并且可以包含一种或多种选定类型的测井工具。还应当理解，可以采用一个以上的LWD和/或MWD模块，例如，如钻柱组件250的模块256所示。在提到LWD模块的位置时，作为示例，它可以指位于LWD模块254、模块256等位置的模块。LWD模块可以包括用于测量、处理和存储信息的能力，以及与地面设备通信的能力。在所示的示例中，LWD模块254可以包括地震测量装置。

MWD模块256可以容纳在合适类型的钻铤中，并且可以包含一个或多个用于测量钻柱225和钻头226的特性的装置。作为示例，MWD工具254可以包括用于产生电力的设备，例如，为钻柱225的各种部件提供动力。作为示例，MWD工具254可以包括遥测设备252，例如，其中涡轮叶轮可以通过泥浆的流动发电；应当理解，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可以包括一个或多个以下类型的测量装置:钻压测量装置、扭矩测量装置、振动测量装置、冲击测量装置、粘滑测量装置、方向测量装置和倾斜测量装置。

图2还示出了可以钻的孔的类型的一些示例。例如，考虑斜孔272、S形孔274、深斜孔276和水平孔278。

作为示例，钻井操作可以包括定向钻井，其中，例如，至少一部分井包括弯曲轴线。例如，考虑定义曲率的半径，其中相对于垂直方向的倾斜度可以变化，直到达到大约30度和大约60度之间的角度，或者例如达到大约90度或者可能大于大约90度的角度。

作为示例，定向井可以包括几种形状，其中每种形状都旨在满足特定的操作需求。作为示例，基于信息并且当信息被传递给钻井工程师时，可以执行钻井过程。作为示例，可以基于在钻井过程中接收的信息来修改倾斜和/或方向。

作为示例，钻孔的偏斜可以部分地通过使用井下马达和/或涡轮来实现。例如，对于马达，钻柱可以包括正排量马达(PDM)。

作为示例，系统可以是可导向系统，并包括执行诸如地质导向方法的设备。如所提到的，可导向系统可以是或包括RSS。作为示例，可导向系统可以包括位于钻柱下部的PDM或涡轮机的PDM，在钻柱的正上方可以安装弯曲短节。作为示例，在PDM、MWD设备上方，其提供感兴趣的实时或接近实时的数据(例如，倾斜度、方向、压力、温度、钻头上的实际重量、扭矩应力等)和/或LWD设备可以安装。对于后者，LWD设备可以将各种类型的感兴趣的数据发送到地面，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眼轨迹路线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联接，可以允许实施地质导向方法。这种方法可以包括导航地下环境，例如，沿着期望的路线到达期望的一个或多个目标。

作为示例，钻柱可以包括用于测量密度和孔隙度的方位密度中子(ADN)工具；用于测量倾角、方位角和震动的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；一个或多个可变保径器(gauge)稳定器；一个或多个弯曲接头；以及地质导向工具，其可以包括马达和可选的设备，用于测量和/或响应倾斜、电阻率和伽马射线相关现象中的一个或多个。

作为示例，地质导向可以包括基于井下地质测井测量的结果，以目的是将定向井眼保持在期望的区域、地带(例如，产油层)等内的方式对井眼进行有意的方向控制。作为示例，地质导向可以包括引导井眼以将井眼保持在储层的特定部分，例如，以最小化气和/或水突破，并且例如，最大化包括井眼的井的经济产量。

再次参考图2，井场系统200可以包括一个或多个传感器264，其可操作地联接到控制和/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不在距离井场系统200的大约100米的量级的距离内的一个或多个远程位置处。作为示例，一个或多个传感器可以位于分支井场，其中井场系统200和分支井场位于共同的油田(例如，油田和/或气田)。

作为示例，可以提供一个或多个传感器264来跟踪管道、跟踪钻柱的至少一部分的运动等。

作为示例，系统200可以包括一个或多个传感器266，传感器266可以感测和/或传输信号到流体导管，例如钻井液导管(例如，钻井泥浆导管)。例如，在系统200中，一个或多个传感器266可以可操作地联接到泥浆流过的立管208的部分。作为示例，井下工具可以产生脉冲，该脉冲可以穿过泥浆并被一个或多个传感器266中的一个或多个感测到。在这样的示例中，井下工具可以包括相关电路，例如编码电路，该编码电路可以编码信号，例如，以减少对传输的需求。作为示例，地面电路可以包括解码电路，以解码至少部分通过泥浆脉冲遥测传输的编码信息。作为示例，地面电路可以包括编码器电路和/或解码器电路，井下电路可以包括编码器电路和/或解码器电路。作为示例，系统200可以包括能够产生信号的发射器，该信号可以经由作为传输介质的泥浆(例如，钻井液)向井下传输。

作为示例，钻柱的一个或多个部分可能被卡住。术语“卡住”可以指一种或多种不同程度的不能从钻孔中移动或移除钻柱。作为示例，在卡住情况下，可能会旋转钻杆或将其下放到钻孔中，或者，例如，在卡住情况下，可能无法在钻孔中轴向移动钻柱，尽管可能会有一定程度的旋转。作为示例，在卡住的情况下，可能无法轴向和旋转移动钻柱的至少一部分。

至于术语“卡管”，这可以指钻柱的一部分不能旋转或轴向移动。作为示例，被称为“压力差卡住”的情况可以是钻柱不能沿钻孔的轴线移动(例如，旋转或往复运动)的情况。当由低储层压力、高井眼压力或两者引起的高接触力施加在足够大的钻柱面积上时，就会发生压力差卡住。压力差卡住会耗费时间和资金。

作为示例，粘附力可以是井眼和储层之间的压力差以及压力差作用的面积的乘积。这意味着在大工作面积上施加相对较低的压力差(δp)在卡管方面可以与可在小面积上施加较高的压力差一样有效。

作为示例，被称为“机械卡住”的情况可以是通过除压力差卡住之外的机制限制或阻止钻柱运动的情况。机械卡住可能由例如井眼中的一种或多种垃圾、井眼几何形状异常、水泥、键槽或环空中的钻屑堆积引起。

图3示出了用于在钻井操作期间动态调整钻井参数的方法的一个实施例。在一个实施例中，该方法包括在钻井操作期间实时接收302钻井参数测量值。如这里所用，钻井参数是指可以直接或间接变化并且产生可测量响应的参数。钻井参数可用于地面设备、井下工具或两者。被测量的钻井参数可以是钻进速率、地面钻柱转速、滑车速度、泵冲程速率等，或者被测量的不同钻井参数的组合。

该方法还可以包括在钻井操作期间接收304响应测量值。如所提到的，响应是由钻井参数变化引起的数值变化。如所注意的，示例包括响应RPM变化的钻柱扭矩变化。另一个示例是响应于钻进速率(ROP)的变化而变化马达两侧的压力差。响应测量值可以是例如钻柱扭矩、钩载荷、钻压、压力差或其组合。

该方法可以包括确定306响应测量值是否在响应窗口内，该响应窗口定义了响应测量值的期望下限和期望上限。当响应测量值在响应窗口内时，该方法可以包括连续监控钻井参数和响应。响应于确定响应测量值低于期望的下限，该方法可以包括采取校正动作以将响应测量值返回到窗口。在某些实施例中，如果该方法确定响应测量值朝着响应窗口的期望下限向下发展，则即使当响应测量值仍然在响应窗口内，该方法也可以触发校正动作。

在一个实施例中，该方法包括确定响应测量值的变化率，并估计钻井参数的变化影响响应测量值所需的时间量。在这样的实施例中，该方法可以触发钻井参数的变化，同时有足够的时间来影响响应测量值并将其保持在响应窗口内。

在一个实施例中，该方法包括在一段时间内对响应测量值进行平均，以平滑响应测量值并从响应测量值中去除噪声。也可以使用从响应测量值中减少或消除噪声的其他方法。在本文中，使用测量做出的决策可以指使用原始测量本身或平滑、处理或净化的测量数据做出的决策。

该方法可以包括，响应于确定响应测量值低于响应窗口的期望下限或趋势向下，确定308将增加响应测量值的新的钻井参数值。该方法还可以包括将新的钻井参数值与井段限制进行比较310，以及将新的钻井参数值与硬性限制进行比较312。

如果新的钻井参数值低于井段限制和硬性限制，则该方法可以包括不采取附加的行动。在一个实施例中，它可以包括考虑其他钻井参数值。在另一个实施例中，它可以包括继续监控钻井参数和响应测量值。在一个实施例中，它可以包括将钻井参数变化为新值，或者向司钻提供指令以变化钻井参数，而不对钻井参数的限制进行调整。在这样的实施例中，钻井操作可以以新的钻井参数继续，同时仍然在井段限制和硬性限制内起作用。

在另一种情况下，钻井参数值可能高于硬性限制。在这样的实施例中，该方法可以包括搜索可能影响响应的不同钻井参数。该方法可以包括将钻井参数窗口的上限值增加到新的钻井参数值，但是仅增加到硬性限制的水平。例如，系统可以确定新的RPM值‘a’将有助于减轻粘滑状况，其中RPM的井段限制是‘b’，硬性限制是‘c’，并且a>c和a>b。在这种情况下，系统可以将高于井段限制‘b’的RPM限制增加到硬性限制‘c’，而不是较大的RPM值‘a’。

钻井参数值可能高于井段限制并低于硬性限制。在这种情况下，该方法可以包括将钻井参数的钻井参数窗口的上限值增加316到新的钻井参数值。在一些情况下，该方法可以包括自动将钻井参数增加到新的钻井参数值，这将增加响应测量值。例如，自主钻井系统可以增加钻井参数值。在另一个实施例中，该方法包括增加钻井参数窗口的上限值，并向司钻提供上限变化的通知。该方法还可以向司钻提供使用新的钻井参数值的建议。

该方法还可以向司钻提供建议的解释。例如，系统可以向司钻提供消息，指示响应测量值在响应窗口之外或者有下降趋势，并且使用新的钻井参数值可以减轻下降趋势或者将响应测量值返回到窗口。

该方法还可以包括在将钻井参数增加到新的钻井参数值之后监控响应测量值。该方法可以包括确定响应测量值是否稳定在响应窗口内，并且作为响应，将钻井参数窗口的上限值重置为钻井参数的井段限制。在这样的实施例中，井段限制仍然可以被认为是钻井参数的优选限制，并且一旦响应测量值返回到可接受的范围，该方法可以默认回到井段限制。一旦响应测量值返回到响应窗口，图3的方法可以再次开始，系统监控钻井参数测量值和响应测量值，如上所述。

在某些实施例中，该方法可以包括将钻井参数窗口的上限逐渐增加到新的钻井参数值。例如，可能希望在一段时间内平滑地增加钻井参数。在这样的实施例中，该方法可以为钻井参数窗口生成过渡值，该过渡值逐渐将钻井参数窗口的上限过渡到新的钻井参数值。类似地，当响应测量值恢复并稳定在响应窗口内时，该方法可以为钻井参数窗口生成过渡值，以将钻井参数窗口逐渐过渡回钻井参数的井段限制。

虽然上面的示例结合一个钻井参数描述了该方法，但是应当理解，该方法可以扩展到多个钻井参数。在这样的实施例中，该方法可以包括为多个钻井参数确定新的钻井参数值，这些钻井参数值组合起来将增加响应测量值。该方法可以包括将这组钻井参数中的一个或多个的钻井参数值与它们各自的井段限制和硬性限制进行比较。如所述的，对于高于井段限制且低于硬性限制的钻井参数值，该方法可以包括用它们各自的钻井参数值增加钻井参数窗口的上限值。

在这样的实施例中，系统可以优先考虑那些高于井段限制且低于硬性限制的钻井参数值。例如，如果特定的钻井参数值高于井段限制和硬性限制，该方法可以寻找不同的参数来调整。在另一个实施例中，该方法包括对与响应测量值相关联的所有钻井参数值进行调整，同时遵守如上所述的硬性限制。

在一个实施例中，该方法包括最小化与井段限制的偏差。例如，多个钻井参数可能对响应测量值有影响。在这样的实施例中，可以为影响响应测量值的每个钻井参数确定新的钻井参数值。系统可以确定新的钻井参数值，该新的钻井参数值将响应测量值返回到响应窗口，同时最小化与井段限制的偏差。例如，该方法可以包括应用成本函数来找到最小化新的钻井参数值和井段限制之间的差异的钻井参数值。这种方法可以便于选择新的钻井参数值，该新的钻井参数值将使响应测量值返回到响应窗口，同时尽可能地保持遵守或保持接近井段限制的益处。

如上所注意到的，该方法还可以包括通过计算系统显示使用新的钻井参数值创建的钻井参数窗口。计算系统可以是控制系统的一部分，并允许司钻在钻井参数窗口内调整钻井参数。在另一个实施例中，处于自主模式的控制系统调整钻机操作，以在使用新的钻井参数值创建的钻井参数窗口内执行钻井操作。

如上所讨论的，图3中描述的方法可以成功地应用于一系列场景，其中特定的钻井参数可以用于调整响应测量值。图4示出了这种方法对特定响应测量值的一个特定实施方式。图4以示例的方式提供，并且不限制更广泛的方法对具有不同钻井参数和不同钻井响应的不同问题的适用性。

在图4的特定示例中，该方法包括在定向钻井操作期间实时测量402钻进速率(ROP)。该方法还可以包括在定向钻井操作期间实时测量404作为井底组件(BHA)一部分的马达两侧的压力差。该方法可以包括确定406压力差是否在预定压力差窗口内，该预定压力差窗口指定压力差的下限和压力差的上限。响应于确定压力差低于预定压力差窗口的下限或朝着预定压力差窗口向下的趋势，该方法可以包括确定408将增加压力差的新ROP值。该方法还可以包括将新ROP值与ROP的井段限制进行比较410，以及将新ROP值与ROP的硬性限制进行比较412。

该方法可包括确定414新ROP是否高于井段限制并低于硬性限制。响应于新的ROP值高于井段限制并低于硬性限制，该方法可以包括将ROP窗口的上限值增加416到新的ROP值。

如所讨论的，如果新的ROP值高于井段限制并且高于硬性限制，则该方法可以包括将新的ROP值设置为硬性限制并且将ROP窗口的上限值增加到硬性限制。在一个实施例中，如果新的ROP值等于或低于井段限制和硬性限制，则该方法可以包括增加ROP而不变化ROP窗口的上限值。

在某些实施例中，该方法包括将ROP自动增加到将增加压力差的新ROP值。该方法还可以包括向司钻提供ROP增加的通知以及对该增加的解释。在另一个实施例中，该方法可以包括向司钻提供增加ROP的指令，并向司钻提供更新的ROP窗口。

虽然上述示例描述了更新ROP窗口的上限，但是可以使用类似的过程来更新ROP窗口的下限。例如，该方法可以包括确定不同于井段限制的最小ROP，并且也为ROP窗口提供更新的下限。在一些实施例中，ROP窗口(或者更一般地，钻井参数)可以仅包括上限。如这里所用的，ROP窗口(或钻井参数窗口)包括仅提供上限和下限之一的情况。

在某些实施例中，在ROP增加并且ROP窗口用新的限制更新之后，该方法包括在ROP增加到新的ROP值之后监控压力差，并且确定压力差是否稳定在预定的压力差窗口内。响应于压力差稳定，该方法可以包括将ROP窗口的上限值重置为ROP的井段限制。

如结合图3更一般地讨论的，其他参数可以与压力差相关联。在某些实施例中，该方法包括识别除了ROP之外的将增加压力差的钻井参数的新值，并且对于这些附加的钻井参数，将新值与它们的井段限制和硬性限制进行比较。如上结合ROP所述，这些附加钻井参数的窗口的上限值也可以增加到附加钻井参数的相应新值。

图5A示出了如上所述的压力差和ROP关系的一个实施例。图5A和5B示出了显示在时间和深度图表上的示例测量值，其中时间值(例如18:37:30)和深度值(例如12237)沿着y轴。x轴示出了沿时间-深度值示出的多组值。从左到右，图5A示出了压力差测量值502和ROP测量值504。

最右边示出了ROP测量值504。在所示实施例中，这包括示出为黑色实线的ROP限制522。如所示，ROP限制522可以仅仅是最大值。在其他实施例中，还可以指定ROP下限522来定义ROP窗口。如图5A和5B所示，ROP限制522可以变化。

所示实施例将原始ROP 520示出为粗虚线。所示的实施例示出了司钻紧紧跟随ROP限制522。如所示，根据由原始ROP 520指定的ROP参数继续钻井导致压力差测量值502中所示的原始压力差510。在示出的实施例中，尽管使用原始ROP 520参数导致紧密遵守ROP限制522，但是原始压力差510经常在由压力差限制512指定的压力差窗口之外。

图5B示出了相同的示例，但是增加了如这里所述的ROP钻井参数的动态调整。触发器505代表一种确定响应测量值是在响应窗口内还是向下趋势的方法。如图5B所示，触发505可以是例如-0.1和1.1之间的值。在所示的实施例中，当ROP值高时，触发器505导致对ROP值的调整，当ROP值低时，触发器505导致系统回复到井段限制。

图5B示出了触发器505对新压力差514的测量的响应。在这个示例中，压力差限制512代表压力差的响应窗口。在图5B中，压力差限制512代表特定井段内压力差的下限和上限。虽然所示的实施例将压力差限制152示出为静态值，但是压力差限制512可以在不同的井中或者同一井的不同井段中变化。

如图5B所示，当新的压力差514稳定地低于压力差限制512，或者朝着压力差限制512的下限降低时，触发器505具有高值，触发对ROP值和ROP限制522的调整。当新的压力差514测量值稳定或趋于向上时，系统可以停用触发器505，并且ROP限制522和推荐的ROP参数恢复到井段限制。触发器505对变化的灵敏度可以被调整，以降低触发器505响应于处于或接近压力差限制512的噪声或波动而被激活的可能性。

ROP测量值504示出了新的ROP 524值和原始ROP限制522。与图5A中所示的实施例相比，新的ROP 524值没有紧密地遵循ROP限制522。然而，图5B示出了ROP限制522的动态调整如何导致新的压力差514值，该新的压力差514值比图5A所示的情况更多地位于由压力差限制512限定的窗口内。

在所示的实施例中，司钻或系统频繁地变化该井段中的新ROP 524，以控制新的压力差514。当触发器505激活(高)时，系统可以放松ROP限制522。在一个实施例中，系统将ROP限制522放松每小时50英尺。

为了清楚起见，图5B中没有示出新的ROP限制；然而，在所示的实施例中，新的ROP限制动态地增加到高于ROP的井段限制(由ROP限制522表示)但低于ROP的硬性限制，高于该硬性限制操作ROP将导致对安全、设备或井的风险。该方法在保护安全和设备(通过遵守硬性限制)、使用团队的专业知识(通过默认使用井段限制)之间取得平衡，同时仍然保持对事件(例如差压514落在差压限制514之外)做出适当响应的灵活性，以提供更一致地提供在指定窗口内的响应测量值的结果。

这里描述的方法可以被实现为保存在存储器中并由处理器执行的一组指令。计算机系统可以是钻井系统的一部分。在某些实施例中，计算机系统可以是如图2所示的钻井系统的一部分。钻井系统可以包括与钻机设备通信的钻机控制系统。在一个实施例中，计算机系统可以是钻机控制系统的一部分。在另一个实施例中，计算机系统可以与钻机控制系统分离，并且使用软件接口与钻机控制系统通信。

如所讨论的，计算机系统可以在钻井操作期间实时接收钻井参数测量值和响应测量值。计算机系统可以确定响应测量值是否在定义响应测量值的期望下限和期望上限的响应窗口内。响应于确定响应测量值低于期望的下限，或者向下趋向于期望的下限，计算机系统可以确定将增加响应测量值的新的钻井参数值。

计算机系统可以将新的钻井参数值与钻井参数值的井段限制和硬性限制进行比较。如果钻井参数值高于井段限制并且低于硬性限制，则计算机系统可以将钻井参数窗口的上限值增加到新的钻井参数。计算机系统也可以增加钻井参数本身(或指示司钻这样做)到等于或低于更新的上限值的值。这种方法可用于动态调整限定钻井参数可接受值窗口的钻井参数值，也可用于更新钻井参数本身。

在一些实施例中，本公开的方法可以由计算系统执行。图6示出了根据一些实施例的这种计算系统600的示例。计算系统600可以包括计算机或计算机系统601A，其可以是单独的计算机系统601A或分布式计算机系统的布置。计算机系统601A包括一个或多个分析模块602，分析模块602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604协调地执行，处理器604连接到一个或多个存储介质606。处理器604还连接到网络接口607，以允许计算机系统601A通过数据网络609与一个或多个附加的计算机系统和/或计算系统通信，例如601B、601C和/或601D(注意，计算机系统601B、601C和/或601D可以共享或不共享与计算机系统601A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601A和601B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601C和/或601D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装置。

存储介质606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，尽管在图6的示例实施例中，存储介质606被描绘为在计算机系统601A内，但是在一些实施例中，存储介质606可以分布在计算系统601A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606可以包括一种或多种不同形式的存储器，包括半导体存储装置，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装置。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600包含一个或多个钻井控制模块608。在计算系统600的示例中，计算机系统601A包括钻井控制模块608。在一些实施例中，单个钻井控制模块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，多个钻井控制模块可用于执行这里方法的一些方面。

应当理解，计算系统600仅仅是计算系统的一个示例，并且计算系统600可以具有比所示更多或更少的组件，可以组合图6的示例实施例中未示出的附件，和/或计算系统600可以具有图6中所示组件的不同配置或布置。图6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，所述信息处理装置例如通用处理器或专用芯片，例如ASIC、FPGA、PLD或其他适当的装置。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细化；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，例如在计算装置(例如，图6的计算系统600)，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。

结论

本公开中公开的实施例有助于解释这里描述的概念。该描述不是详尽的，并且不将权利要求限制于所公开的精确实施例。对本公开中的确切实施例的修改和变化仍然在权利要求的范围内。

同样，所描述的步骤不需要以所讨论的相同顺序或以相同的分离程度来执行。可以适当地省略、重复、组合或分割各种步骤。因此，本公开不限于上述实施例，而是由所附权利要求根据其等同物的全部范围来定义。在上面的描述和下面的权利要求中，除非另有说明，否则术语“执行”及其变体将被解释为与装置上的程序代码或指令的任何操作有关，无论是使用其他技术编译、解释还是运行。

除非短语“用于…的装置”明确地与相关联的功能一起使用，否则随后的权利要求不援引第112(f)节。

Claims (20)

1.一种用于在钻井操作期间动态调整钻井参数的方法，包括:

在定向钻井操作期间，实时测量井底组件的马达两侧的压力差；

在定向钻井操作期间，实时测量井底组件的钻进速率；

确定压力差是否在指定压力差下限和压力差上限的预定压力差窗口内；

响应于确定压力差低于预定压力差窗口的下限或向下趋向所述预定压力差窗口的下限:

确定将增加压力差的新的钻进速率值；

将新的钻进速率值与钻进速率的井段限制进行比较；

将新的钻进速率值与钻进速率的硬性限制进行比较；和

响应于新的钻进速率值高于所述井段限制并低于所述硬性限制，将钻进速率窗口的上限值增加到新的钻进速率值。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将钻进速率自动地增加到将增加压力差的新的钻进速率值。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括:

在将钻进速率增加到新的钻进速率值后监控压力差；

确定压力差是否稳定在预定压力差窗口内；和

响应于压力差稳定在预定压力窗口内，将钻进速率窗口的上限值重置为钻进速率的井段限制。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括，响应于确定所述压力差低于所述预定压力差窗口的下限或向下趋向于所述预定压力差窗口的下限:

识别将增加压力差的一个或多个附加钻井参数的新值；

将一个或多个附加钻井参数的新值与一个或多个附加钻井参数的井段限制进行比较；

将一个或多个附加钻井参数的新值与一个或多个附加钻井参数的硬性限制进行比较；和

响应于一个或多个附加钻井参数的新值高于一个或多个附加钻井参数的井段限制并且低于一个或多个附加钻井参数的硬性限制，将一个或多个附加钻井参数的窗口的上限值增加到一个或多个附加钻井参数的新值。

5.一种非暂时性、有形计算机可读存储介质，包括用于在钻井操作期间动态调整钻井参数的指令，所述指令包括:

在钻井操作期间实时接收钻井参数测量值；

在钻井操作期间实时接收响应测量值；

确定响应测量值是否在响应窗口内，该响应窗口定义了响应测量值的期望下限和期望上限；

响应于确定响应测量值低于响应窗口的期望下限或向下趋向于响应窗口的期望下限:

确定将增加响应测量值的新的钻井参数值；

将新的钻井参数值与钻井参数的井段限制进行比较；

将新的钻井参数值与钻井参数值的硬性限制进行比较；和

响应于所述钻井参数值高于所述井段限制且低于所述硬性限制，将所述钻井参数的钻井参数窗口的上限值增加到新的钻井参数值。

6.根据权利要求5所述的非暂时性、有形计算机可读存储介质，进一步包括用于将钻井参数自动增加到将增加响应测量值的新的钻井参数值的指令。

7.根据权利要求5所述的非暂时性、有形计算机可读存储介质，进一步包括用于以下的指令:

在将钻井参数增加到新的钻井参数值之后，监控响应测量值；

确定响应测量值是否稳定在响应窗口内；和

响应于响应测量值稳定在响应窗口内，将钻井参数窗口的上限值重置为钻井参数的井段限制。

8.根据权利要求7所述的非暂时性、有形计算机可读存储介质，进一步包括用于为钻井参数窗口生成一个或多个过渡值以将钻井参数窗口逐渐过渡回钻井参数的井段限制的指令。

9.根据权利要求5所述的非暂时性、有形计算机可读存储介质，进一步包括用于响应于确定所述响应测量值低于所述响应窗口的期望下限或向下趋向于所述响应窗口的期望下限的指令:

为将增加响应测量值的多个钻井参数确定多个新的钻井参数值；

对于多个钻井参数中的一个或多个，将多个新的钻井参数值与多个钻井参数的井段限制进行比较；

对于多个钻井参数中的一个或多个，将多个新的钻井参数值与多个钻井参数的硬性限制进行比较；

响应于所述多个钻井参数值高于所述多个钻井参数的井段限制并且低于所述多个钻井参数的硬性限制，将所述多个钻井参数的钻井参数窗口的上限值增加到新的钻井参数值。

10.根据权利要求9所述的非暂时性、有形计算机可读存储介质，其中所述响应测量值包括钻柱扭矩、钩载荷、钻压和压力差中的一个或多个。

11.根据权利要求9所述的非暂时性、有形计算机可读存储介质，其中所述钻井参数是钻进速率、地面钻柱转速、滑车速度和泵冲程速率中的一个或多个。

12.根据权利要求9所述的非暂时性、有形计算机可读存储介质，其中确定多个新的钻井参数值包括为新的钻井参数值选择使该新的钻井参数值与多个钻井参数的井段限制之间的差异最小化的值。

13.根据权利要求9所述的非暂时性、有形计算机可读存储介质，其中控制系统在显示器上为司钻显示使用新的钻井参数值创建的钻井参数窗口，并允许司钻在钻井参数窗口内调整多个钻井参数。

14.根据权利要求5所述的非暂时性、有形计算机可读存储介质，其中处于自主模式的控制系统调整钻机操作，以在使用新的钻井参数值创建的钻井参数窗口内执行钻井操作。

15.一种用于在钻井操作期间动态调整钻井参数的系统，该系统包括:

井底组件；

钻机控制系统；

包括一个或多个处理器和存储装置的计算机系统，该计算机系统包括用于以下的指令:

在钻井操作期间实时接收钻井参数测量值；

在钻井操作期间实时接收响应测量值；

确定响应测量值是否在响应窗口内，该响应窗口定义了响应测量值的期望下限和期望上限；

响应于确定响应测量值低于响应窗口的期望下限或向下趋向于响应窗口的期望下限:

确定将增加响应测量值的新的钻井参数值；

将新的钻井参数值与钻井参数的井段限制进行比较；

将新的钻井参数值与钻井参数值的硬性限制进行比较；和

响应于所述钻井参数值高于所述井段限制且低于所述硬性限制，将所述钻井参数的钻井参数窗口的上限值增加到新的钻井参数值。

16.根据权利要求15所述的系统，其中计算机系统是钻机控制系统的组件。

17.根据权利要求15所述的系统，其中所述计算机系统与所述钻机控制系统分离，并通过接口通信连接至所述钻机控制系统。

18.根据权利要求15所述的系统，进一步包括用于将钻井参数自动增加到将增加响应测量值的新的钻井参数值的指令。

19.根据权利要求15所述的系统，进一步包括用于以下的指令:

在将钻井参数增加到新的钻井参数值之后，监控响应测量值；

确定响应测量值是否稳定在响应窗口内；和

响应于响应测量值稳定在响应窗口内，将钻井参数窗口的上限值重置为钻井参数的井段限制。

20.根据权利要求19所述的系统，进一步包括用于为钻井参数窗口生成一个或多个过渡值以将钻井参数窗口逐渐过渡回钻井参数的井段限制的指令。