EA015308B1 - Моделирование и расчет системы бурения скважины с учетом вибраций - Google Patents
Моделирование и расчет системы бурения скважины с учетом вибраций Download PDFInfo
- Publication number
- EA015308B1 EA015308B1 EA200970728A EA200970728A EA015308B1 EA 015308 B1 EA015308 B1 EA 015308B1 EA 200970728 A EA200970728 A EA 200970728A EA 200970728 A EA200970728 A EA 200970728A EA 015308 B1 EA015308 B1 EA 015308B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- equipment
- vna
- design
- indicator
- bha
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 82
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 262
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 106
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 16
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 73
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 59
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 48
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 46
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 39
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 claims description 38
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 34
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 30
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 30
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 28
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 23
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 22
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 11
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 41
- 230000008569 process Effects 0.000 description 25
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 8
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 8
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 5
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 5
- 239000004606 Fillers/Extenders Substances 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 235000013601 eggs Nutrition 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008676 import Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 101100263484 Caenorhabditis elegans vha-8 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910000792 Monel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000037007 arousal Effects 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 210000003679 cervix uteri Anatomy 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- -1 oil and gas Chemical class 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000013179 statistical model Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
- Architecture (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Combined Devices Of Dampers And Springs (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
В изобретении раскрываются способ и устройство, ассоциированные с добычей углеводородов. Способ, который относится к моделированию бурового оборудования, включает в себя конструирование одной или нескольких проектных конфигураций по меньшей мере для части оборудования низа бурильной колонны (ВНА) и вычисление результатов из каждой одной или нескольких проектных конфигураций. Вычисленные результаты моделирования включают в себя один или несколько эксплуатационных показателей, которые характеризуют действие вибрации ВНА оборудования проектных конфигураций для рабочих параметров и граничных условий, которые являются, по существу, одинаковыми или могут быть различными. Затем эти результаты одновременно отображаются для пользователя, чтобы способствовать выбору проекта. Затем выбранная проектная конфигурация ВНА оборудования может быть использована в операции конструирования скважины и, таким образом, ассоциирована с добычей углеродов.
Description
Настоящее изобретение описывает способ моделирования и проектирования системы бурения, который учитывает вибрации, испытываемые оборудованием системы бурения. В частности, настоящее изобретение описывает моделирование оборудования низа бурильной колонны (ВНА) для улучшения механической скорости проходки, для снижения отказа оборудования бурильной колонны, для продления текущего срока службы инструмента и/или для улучшения общих показателей бурения. Моделирование ВНА оборудования может быть использовано для улучшения добычи углеводородов посредством более эффективного бурения скважин.
Уровень техники
Настоящий раздел предназначен для представления различных аспектов уровня техники, которые могут ассоциироваться с иллюстративными вариантами осуществления настоящей методики. Вероятно, подобное обсуждение должно быть полезно для способствования лучшего понимания конкретных аспектов настоящей методики. Соответственно, должно быть понятно, что данный раздел следует читать в указанном свете и совсем необязательно как признание уровня техники.
Добыча углеводородов, таких как нефть и газ, осуществляется много лет. Чтобы добыть упомянутые углеводороды, обычно одна или несколько скважин в месторождении бурятся в подземные местоположения, которые обычно называются подземными формациями или бассейнами. Для обеспечения путей движения флюидов из подземных местоположений к поверхности посредством операций бурения формируются буровые скважины. Операции бурения обычно включают в себя использование буровой установки, присоединенной к бурильной колонне и оборудованию низа бурильной колонны (ВНА), которое может включать в себя буровую коронку, воротники бура, стабилизаторы, приборы измерений во время бурения (ΜΑΌ), вращательные управляемые системы (К88), инструменты для проработки ствола и расширения ствола скважины, буровые коронки со смещенным центром, шарошечные расширители, амортизирующие переводники, переводники с обратным клапаном, наддолотные переводники, утяжеленную бурильную трубу и другие компоненты, известные специалистам. Добытые флюиды, такие как углеводороды, после завершения операций бурения обрабатываются и/или транспортируются в места доставки.
Во время операций бурения механическую скорость проходки (КОР) могут сдерживать различные ограничения. Например, вибрации во время операций бурения идентифицированы как один из факторов, которые ограничивают скорость КОР. Указанные вибрации могут быть поперечными, осевыми и крутильными. Осевые вибрации возникают как результат взаимодействий буровой коронки/скальной породы и динамики продольной бурильной колонны, и мода колебаний может распространяться к поверхности или может подавляться контактом с буровой скважиной. Аналогично, вибрации кручения могут включать в себя флуктуации крутящего момента буровой коронки и последующего распространения вверх по стволу скважины в виде возмущения вращательного движения бурильной колонны. Дополнительно, поперечные вибрации оборудования низа бурильной колонны включают в себя динамику моды отклонения луча вблизи буровой коронки и обычно не распространяются прямо к поверхности. Однако поперечные вибрации могут соединяться с осевыми и вибрациями кручения и, следовательно, должны проявляться на поверхности. Некоторые авторы идентифицируют поперечные вибрации как наиболее разрушительный режим для бурового оборудования. Идентификация различных типов и амплитуд вибраций может быть обеспечена скважинными датчиками в ΜΑΌ оборудовании, чтобы обеспечить либо поверхностное считывание скважинных вибраций, либо сохраненных данных, которые могут загружаться на поверхности после завершения отработки долота или интервала бурения.
Поскольку операции бурения являются дорогостоящими, могут быть выгодны процессы оптимизации операций бурения, основанные на удалении или снижении ограничителей, таких как вибрации. В качестве примера оборудование низа бурильной колонны, используемое в операциях бурения, базируется на проектах от специализированных обслуживающих фирм, локальных технологических режимах и/или более ранних предыдущих способах, которые часто приводят к случайным результатам показателей бурения. Вследствие того что вибрации могут затрагивать срок службы оборудования, отказ оборудования низа бурильной колонны скважины может быть дорогостоящим и значительно увеличит затраты бурения скважины. Действительно, затраты из-за отказов оборудования низа бурильной колонны могут включать в себя замену оборудования и дополнительное время на спускоподъемные операции бурильной колонны в случае вымывания (например, потеря давления бурильной колонны) без разделения бурильной колонны. Интервалы буровой скважины могут быть повреждены, наращивая упомянутые затраты, что может привести к разбуриванию боковых стволов из скважины вокруг поврежденных интервалов скважины.
Соответственно могут применяться средства проектирования (например, прикладное программное обеспечение и моделирующие программы) для проверки действия вибраций на бурение скважины. Например, моделирующие программы могут представлять взаимодействия статических сил в оборудовании низа бурильной колонны как функцию расположения стабилизатора. Хотя были предприняты многочисленные попытки моделировать динамику ВНА оборудования, существует необходимость в том, чтобы средства проектирования на основе модели конфигурировали проекты ВНА оборудования для оценки эффектов вибрации, как описано здесь.
- 1 015308
В многочисленных ссылках, цитируемых в настоящем описании, имеются модели как временного анализа, так и частотного анализа для бурового оборудования. Вследствие интереса в прямых вычислениях силы для проектирования буровой коронки и быстрого увеличения вычислительной мощности, активные недавние исследования были сфокусированы на использовании прямых имитаций временного анализа и способов конечных элементов, включающих как двухмерные, так и трехмерные подходы. Однако упомянутые модели по-прежнему требуют значительного времени вычисления и, следовательно, число случаев, которые могут практически рассматриваться, ограничено. Для моделей частотного анализа также используется способ конечных элементов, в котором базовый подход состоит в том, чтобы рассматривать задачу на собственные значения для решения для критических частот и форм колебаний. Только в паре ссылок используется подход принудительного частотного отклика, и авторы их выбрали построение модели, отличное от обсуждаемого здесь, включая различный выбор граничных условий. В одной ссылке использовалось подобное условие на буровой коронке в модели конечных элементов, но на верху оборудования низа бурильной колонны было задано другое граничное условие. Для разработки методик проектирования и способов, раскрытых здесь, указанная ссылка далее не используется.
Уровень техники не обеспечивает инструменты для поддержания процесса проектирования, описанного здесь (то есть непосредственное, сравнительное описание характеристик поведения вибраций бурения для бесчисленных комбинаций скорости вращения и нагрузки на буровую коронку), и нет ссылок на указатели промышленных образцов или показателей эксплуатационных характеристик для облегчения сравнения поведения различных проектов оборудования. Соответственно, имеется потребность в таких средствах программного обеспечения и количественных показателях проектирования для проектирования улучшенных конфигураций оборудования низа бурильной колонны для снижения вибраций бурения.
Другие имеющие отношение материалы можно найти в следующих публикациях: О. Нс1з1д с1 а1., Ьа1сга1 Оп11з1ппд У1Ьта11опз ίη Ех1спбсб-РсасН Ас11з, 8РЕ 59235, 2000; Р.С. Кпсзс1з е! а1., Соз! 8аушдз 111ГО1Щ11 ап 1п1сдга1сб Лрртоасй ίο Оп11з1ппд У1Ьта1юп Сопйо1, 8РЕ/1ЛОС 57555, 1999; Ό. ОазЬсузИу с! а1., Лррйсайоп оГ №ита1 ЫсЕуогкз Гог Ргсбкйус Соп1го1 ίη Ότί11ίη§ Оупаписз. 8РЕ 56442, 1999; Л.8. Υί§ίΐ с1 а1., Мобс ЕосаНхабоп Мау Ехр1аш 8ошс оГ ВНЛ Еабигсз, 8РЕ 39267, 1997; М.А. ЭукзЕа с! а1., Όη11зГппд Сошропсп! Мазз 1тЬа1апсс: Л Ма)ог 8оитсс оГ □о\уп1ю1с У1Ьтабопз, 8РЕ 29350, 1996; ί.Α. №с1ю1зоп, Лп ш1сдга1сб Лрртоасй 1о Ότί11ίη§ Оупаиисз Р1аппшд, Гбспбйсабоп, апб Соп1го1, 8РЕ/1ЛОС 27537, 1994; Р.Э. 8рапоз апб М.Ь Раупс, Лбуапссз ίη Оупатк Во11отНо1с ЛззстЫу Мобсйпд апб Оупапйс Рсзропзс ПсГсгтшайоп, 8РЕ/1ЛОС 23905, 1992; М.С. Лроз!а1 с1 а!., Л 8шбу 1о Ос1спшпс 111с ЕГГсс! оГ Эатршд оп Т1п11с-Е1стсп1-Ва8сб, Тогссб Егсциспсу-Рсзропзс Мобс1з Гог Во11от1ю1с ЛззстЫу УЛтайоп Лпа1уз1з, 8РЕ 20458, 1990; Е. С1аусг с1 а1., Т1с ЕГГсс! оГ 8шТасс апб Оо\\т11ю1с Воипбагу СопбШопз оп Ис У1Ьта1юп оГ ПтШзйшдз, 8РЕ 20447, 1990; Ό. Патсшд, Ότί11 Со11аг ЬспдЫ 1з а Ма)ог ЕасГот ίη У1Ьга1юп Соп1го1, 8РЕ 11228, 1984; Л.Л. Всза1зоте, с1 а1., Осус1ортсп1 оГ а 8итГасс ОтШзйшд У1Ьтабоп Мсазигстсп1 8уз1ст, 8РЕ 14327, 1985; М.Ь. Раупс, Ότί11ίη§ Во11от-Но1с ЛззстЬ1у Оупатюз, Р11.Э. Т1сз1з, КГсс Ишусгзйу, Мау, 1992; Л. Всза1зо\у апб М. Раупс, Л 8шбу оГ ЕхсНабоп Мссйашзшз апб Рсзопапссз 1пбисшд Войошйо1с-ЛззсшЬ1у УЛтайопз, 8РЕ 15560, 1988 и И8 Ра1сп1 Ыо. 6.785641.
Дополнительно как часть системы моделирования, разработанной компанией ЕххоиМоЬй, для обеспечения инструкций по отдельным проектам оборудования низа бурильной колонны использовался эксплуатационный показатель. Для анализа одного оборудования низа бурильной колонны в пакетном режиме из интерфейса командной строки была разработана статистическая модель динамики принудительного частотного отклика с использованием выходных текстовых файлов для графической постобработки с использованием внешнего средства программного обеспечения, такого как Мютозой Ехсс1™. Такой способ было трудно использовать, и ограничения интерфейса препятствовали его применению. Модель использовали в некоторых коммерческих применениях в США, начиная с 1992 года, для размещения стабилизаторов для снижения прогнозированных уровней вибрации как в общем смысле, так и конкретно в расчетных диапазонах скорости вращения. Упомянутая модель обеспечила показатель кривизны по конечным точкам для конфигурации одного оборудования низа бурильной колонны. Однако она не обеспечила результатов для двух или нескольких конфигураций оборудования низа бурильной колонны одновременно.
Соответственно существует потребность в инструменте проектирования оборудования низа бурильной колонны для описания характеристик действия вибрации альтернативных проектов оборудования низа бурильной колонны и для представления указанных результатов с целью сравнения проектов и выбора конкретной конфигурации проекта. Далее необходим способ для применения, по существу, подобных граничных условий возбуждения и рабочих параметров ко всем конфигурациям проекта оборудования низа бурильной колонны, для вычисления результатов модели и затем для отображения результатов на тех же графиках с идентичным масштабированием. Чтобы сравнивать конфигурации проекта оборудования низа бурильной колонны, необходимы количественные показатели и алгоритмы для содействия процессу сравнения и вместе с лежащими в основе динамической и статической моделями вибрации для обеспечения полезной диагностики для помощи в процессах перепроектирования и выбора.
- 2 015308
Сущность изобретения
В одном из вариантов осуществления описывается способ моделирования бурового оборудования. Способ включает в себя конструирование двух или нескольких проектных конфигураций, причем каждая из конфигураций представляет по меньшей мере часть оборудования низа бурильной колонны (ВНА); вычисление результатов из каждой из двух или нескольких проектных конфигураций; одновременное отображение вычисленных результатов каждой из двух или нескольких проектных конфигураций.
Во втором варианте осуществления описывается способ моделирования бурового оборудования. Способ включает в себя конструирование по меньшей мере одной проектной конфигурации, представляющей часть оборудования низа бурильной колонны (ВНА); вычисление одного или нескольких эксплуатационных показателей, которые характеризуют показатели вибрации ВНА оборудования по меньшей мере одной проектной конфигурации, причем один или несколько эксплуатационных показателей содержат показатель кривизны по конечным точкам, показатель энергии упругой деформации ВНА оборудования; средний показатель передаваемой энергии упругой деформации; показатель передаваемой энергии упругой деформации; среднеквадратичный показатель поперечного усилия ВНА оборудования, среднеквадратичный показатель крутящего момента ВНА оборудования, суммарный показатель поперечного усилия ВНА оборудования, суммарный показатель крутящего момента ВНА оборудования и любую их математическую комбинацию; и отображение вычисленных одного или нескольких эксплуатационных показателей по меньшей мере одной проектной конфигурации.
В третьем варианте осуществления описывается способ добычи углеводородов. Способ включает в себя обеспечение проектной конфигурации оборудования низа бурильной колонны, выбранной из одновременного моделирования двух или нескольких проектных конфигураций оборудования низа бурильной колонны; бурение скважины к подземной формации с помощью бурового оборудования, основанное на выбранной проектной конфигурации оборудования низа бурильной колонны, размещение заканчивания в скважине и добычу углеводородов из подземной формации.
В четвертом варианте осуществления описывается система моделирования. Система моделирования включает в себя процессор; запоминающее устройство, соединенное с процессором; и набор считываемых компьютером инструкций, доступных для процессора. Набор считываемых компьютером инструкций выполнен с возможностью конструирования по меньшей мере двух проектных конфигураций, причем каждая по меньшей мере из двух проектных конфигураций представляет часть оборудования низа бурильной колонны; вычисления результатов каждой по меньшей мере из двух проектных конфигураций; одновременного отображения вычисленных результатов каждой по меньшей мере из двух проектных конфигураций.
В пятом варианте осуществления описывается способ добычи углеводородов. Способ включает в себя обеспечение проектной конфигурации оборудования низа бурильной колонны, выбранной из одного или нескольких эксплуатационных показателей, которые характеризуют показатели вибрации ВНА оборудования проектной конфигурации оборудования низа бурильной колонны, причем один или несколько эксплуатационных показателей содержат показатель кривизны по конечным точкам, показатель энергии упругой деформации ВНА оборудования; средний показатель передаваемой энергии упругой деформации; показатель передаваемой энергии упругой деформации; среднеквадратичный показатель поперечного усилия ВНА оборудования, среднеквадратичный показатель крутящего момента ВНА оборудования, суммарный показатель поперечного усилия ВНА оборудования, суммарный показатель крутящего момента ВНА оборудования и любую их математическую комбинацию; бурение скважины к подземной формации пласта с помощью бурового оборудования, основанное на выбранной проектной конфигурации оборудования низа бурильной колонны; размещение закачивания в скважине и добычу углеводородов из подземной формации.
В одном или нескольких из вышеупомянутых вариантов осуществления могут использоваться дополнительные признаки. Например, способы или считываемые компьютером инструкции могут дополнительно включать в себя проверку двух или нескольких проектных конфигураций посредством графического отображения двух или нескольких проектных конфигураций одновременно, выбирая одну из двух или нескольких проектных конфигураций, основываясь на вычисленных результатах; идентификацию рабочих параметров и граничных условий и сравнение переменных значений состояния в результатах для двух или нескольких проектных конфигураций, причем две или несколько проектные конфигурации подвергаются, по существу, подобному активизации системы. Также конструирование двух или нескольких проектных конфигураций может включать в себя конструирование двух или нескольких проектных топологических схем; ассоциирование рабочих параметров и граничных условий с двумя или несколькими проектными топологическими схемами и ассоциирование параметров оборудования с каждой из двух или нескольких проектных топологических схем для создания двух или нескольких проектных конфигураций. Указанные рабочие параметры и граничные условия, применяемые к каждой из двух или нескольких проектных конфигураций, по существу, являются одинаковыми или различными.
Рабочие параметры и граничные условия могут включать в себя первый набор моделирования и второй набор моделирования, причем первый набор рабочих параметров и граничных условий используется для моделирования, по меньшей мере, статического изгибания, динамического поперечного изгиба
- 3 015308 ния и эксцентрикового завихрения, и второй набор рабочих параметров и граничных условий используется для моделирования другого одного из параметров статического изгибания, динамического поперечного изгибания и эксцентрикового завихрения.
Далее, вычисление результатов для двух или нескольких проектных конфигураций может включать в себя генерацию математической модели для каждой из двух или нескольких проектных конфигураций; вычисление результатов математической модели для заданных рабочих параметров и граничных условий; идентификацию смещений, угла наклона, изгибающего момента и усилия сдвига балки из результатов математической модели и определение векторов состояния и матриц из идентифицированных выходных данных математической модели. Результаты модели могут быть основаны на двухмерной или трехмерной модели конечных элементов, из которой идентифицируются векторы состояния и матрицы. Более того, вычисление результатов из каждой из двух или нескольких проектных конфигураций может включать в себя генерацию модели с сосредоточенными параметрами для каждой из двух или нескольких проектных конфигураций, причем модель с сосредоточенными параметрами имеет структуру откликов векторов состояния и передаточных функций матриц; определение передаточной функции массы элементов и передаточной функции элементов балки и определение граничных условий и активизации системы для генерации результатов. Вычисленные результаты могут отображаться как трехмерные отклики, где трехмерные отклики вращаются на основе движения одной или нескольких виртуальных скользящих указателей.
Также в других вариантах осуществления вычисленные результаты могут включать в себя один или несколько эксплуатационных показателей, которые характеризуют показатели вибрации двух или нескольких проектных конфигураций. Например, один или несколько эксплуатационных показателей могут включать в себя один или несколько показателей кривизны по конечным точкам, показатель энергии упругой деформации ВНА оборудования; средний показатель передаваемой энергии упругой деформации; показатель передаваемой энергии упругой деформации; среднеквадратичный показатель поперечного усилия ВНА оборудования, среднеквадратичный показатель крутящего момента ВНА оборудования, суммарный показатель поперечного усилия ВНА оборудования, суммарный показатель крутящего момента ВНА оборудования и любую их математическую комбинацию. Далее описаны различные уравнения для этих показателей.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых представлены:
фиг. 1 - иллюстративная блок-схема процесса моделирования и работы системы бурения согласно некоторым аспектам настоящей методики;
фиг. 2 - иллюстративная блок-схема для моделирования двух или нескольких проектных конфигураций ВНА оборудования фиг. 1 согласно некоторым аспектам настоящей методики;
фиг. 3 - иллюстративный вариант осуществления системы моделирования согласно некоторым аспектам настоящей методики;
фиг. 4 - иллюстративный экранный вид, обеспечиваемый системой моделирования фиг. 3, используемой согласно некоторым аспектам настоящей методики;
фиг. 5А-5Г - иллюстративные экранные виды, обеспечиваемые системой моделирования фиг. 3, используемой в режиме проектирования для конструирования проектных конфигураций ВНА оборудования согласно некоторым аспектам настоящей методики;
фиг. 6А-6И - иллюстративные экранные виды, обеспечиваемые системой моделирования фиг. 3, используемой в режиме проектирования для одновременного отображения сконструированных проектных конфигураций ВНА оборудования согласно некоторым аспектам настоящей методики;
фиг. 7 А и 7Б - иллюстративные экранные виды, обеспечиваемые системой моделирования фиг. 3, используемой в режиме проектирования для отображения одной сконструированной проектной конфигурации ВНА оборудования согласно некоторым аспектам настоящей методики;
фиг. 8А-8Д - иллюстративные экранные виды, обеспечиваемые системой моделирования фиг. 3, используемой в режиме проектирования для отображения результатов показателя действия вибрации согласно некоторым аспектам настоящей методики, и фиг. 9А-9Г - иллюстративные экранные виды, обеспечиваемые системой моделирования фиг. 3, используемой в режиме каротажа согласно некоторым аспектам настоящей методики.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Специфические варианты осуществления настоящих методов описываются в следующем разделе подробного описания в связи с предпочтительными вариантами осуществления. Однако в пределах следующего описания, что касается конкретного варианта осуществления или конкретного использования настоящих методов, подразумевается, что они предназначены только для иллюстративных целей и просто обеспечивают краткое описание иллюстративных вариантов осуществления. Соответственно изобретение не ограничивается специфическими вариантами осуществления, описанными ниже, но включает в себя все альтернативы, модификации и эквиваленты, попадающие в истинный объем приложенной формулы изобретения.
- 4 015308
Настоящее изобретение направлено на способ управления и моделирования оборудованием низа бурильной колонны для оценки, анализа и помощи в добыче углеводородов из подземных пластов. Согласно настоящему изобретению такая система моделирования может включать в себя программное обеспечение или программы моделирования, которые характеризуют показатели вибраций двух или нескольких компоновок ВНА оборудования одновременно и/или графически в том, что называется режимом проектирования. ВНА оборудование, используемое в системе бурения, может быть выбрано, основываясь на относительных эксплуатационных показателях или показателях для различных проектных конфигураций ВНА оборудования. Указанные показатели могут включать в себя показатель кривизны по конечным точкам, показатель энергии упругой деформации ВНА оборудования; средний показатель передаваемой энергии упругой деформации; показатель передаваемой энергии упругой деформации; среднеквадратичный показатель поперечного усилия ВНА оборудования, среднеквадратичный (КМ5) показатель крутящего момента ВНА оборудования, суммарный показатель поперечного усилия ВНА оборудования, суммарный показатель крутящего момента ВНА оборудования, которые обсуждаются далее ниже, в дополнение к специфическим задачам статического проекта для соответствующего оборудования. Далее, настоящая методика также может включать в себя режим каротажа, который сравнивает прогнозированные характеристики вибрации с данными, измеряемыми в реальном масштабе времени при специфических рабочих условиях. Такие же показатели, которые используются в режиме проектирования, могут быть представлены в режиме каротажа для сравнения измеренных данных бурения в реальном масштабе времени с показателями для помощи в оценке действия вибрации ВНА оборудования и для увеличения понимания того, как оценивать количественные показатели различных рабочих характеристик путем сравнения с данными рабочих характеристик в полевых условиях (например, измеренных данных).
Вернемся сейчас к чертежам и сначала к фиг. 1, на которой описана иллюстративная процедурная блок-схема 100 процесса моделирования и работы системы бурения согласно некоторым аспектам настоящей методики. В данном процессе предполагаемые проектные конфигурации ВНА оборудования моделируют вместе, чтобы обеспечить очевидное сравнение между различными моделями. Каждая проектная конфигурация ВНА оборудования представляет собой представление модели, которая может быть использована как часть операций бурения для буровой скважины.
Процедурная блок-схема начинается в блоке 102. В блоке 104 получают данные для модели. Данные включают в себя рабочие параметры (например, диапазон нагрузки на буровую коронку (\УОВ). диапазон скорости вращения (например, число оборотов в минуту (КРМ)), номинальный диаметр ствола скважины, уширение ствола скважины, угол наклона скважины, плотность бурового раствора, глубину и т.п.) и проектные параметры ВНА оборудования (например, размеры и механические свойства воротника бура, размеры стабилизатора и местоположения в ВНА оборудовании, размеры бурильной трубы и т.п.). Также могут быть использованы некоторые параметры, связанные с моделью, такие как моды колебательного возбуждения, которые должны моделироваться (заданные как числа, кратные скорости вращения), длина элемента, граничные условия, а также число элементов конечной длины и значение приращения конечной длины. Затем моделируются проектные конфигурации ВНА оборудования, как показано в блоке 106. Моделирование проектных конфигураций ВНА оборудования может включать в себя рассмотрение статических решений, за которыми следует исследование динамических рабочих характеристик посредством проведения имитации и рецензирование результатов, что обсуждается далее ниже. На опыте конструктор ВНА оборудования может оценить гибкость проекта и, сравнивая результаты для различных проектов, разрабатывать проекты ВНА оборудования с улучшенными рабочими характеристиками. Пример итерационного процесса моделирования проекта описывается далее ниже на фиг. 2.
После моделирования выбирается одна из проектных конфигураций ВНА оборудования, как показано в блоке 108. Выбор основан на сравнении многочисленных проектных конфигураций ВНА оборудования. То есть моделирование проектных конфигураций ВНА оборудования включает в себя различные отображения векторов состояния (например, смещения, угла наклона, изгибающего момента, поперечного усилия сдвига балки и сил и моментов контакта ВНА/оборудования буровой скважины) как функцию рабочих параметров (например, КРМ число оборотов в минуту, \УОВ нагрузки на буровую коронку и т.п.), расстояния до буровой коронки и проектной конфигурации ВНА оборудования. Отображаемые результаты или решения включают в себя детальные графики трехмерного вектора состояния, которые предназначены для иллюстрации колебательных тенденций альтернативных проектных конфигураций ВНА оборудования. Выбор включает в себя осуществление выбора предпочтительной проектной конфигурации ВНА оборудования в дополнение к идентификации предпочтительного рабочего диапазона для предпочтительной проектной конфигурации. Выбор может быть основан на относительных рабочих характеристиках проектной конфигурации ВНА оборудования, которые можно оценить с использованием разнообразного множества показателей, включая показатель кривизны по конечным точкам, показатель энергии упругой деформации ВНА оборудования; средний показатель передаваемой энергии упругой деформации; показатель передаваемой энергии упругой деформации; среднеквадратичный показатель поперечного усилия ВНА оборудования, среднеквадратичный показатель крутящего момента ВНА оборудования, суммарный показатель поперечного усилия ВНА оборудования, суммарный
- 5 015308 показатель крутящего момента ВНА оборудования и любую их математическую комбинацию.
Процесс выбора также включает в себя рассмотрение статических результатов, обеспечиваемых системой моделирования. Рассмотрение статической модели включает в себя обеспечение статических значений угла наклона и поперечного усилия буровой коронки в дополнение к низким значениям статического контактного усилия в точках контакта с пониманием того, что оба и статическое, и динамическое поперечные усилия генерируют момент по мере того, как ВНА оборудование вращается, таким образом служа в качестве механизмов потери энергии бурения. Как статическое, так и динамическое рассмотрение рабочих характеристик может быть полезно при осуществлении выбора оптимальной проектной конфигурации ВНА оборудования.
В блоке 110 скважину бурят с помощью оборудования, спроектированного в выбранной проектной конфигурации ВНА оборудования. Бурение скважины включает в себя формирование скважины для доступа к подземной формации с помощью бурового оборудования. Затем измеренные данные сравниваются с вычисленными данными для выбранной проектной конфигурации ВНА оборудования, как показано в блоке 112. То есть, поскольку операции бурения должны выполняться в некоторый период времени вслед за операциями бурения, датчики могут быть использованы для сбора измеренных данных, ассоциированных с функционированием бурового оборудования. Например, измеренные данные могут включать в себя измерения аксиальных, поперечных и скачкообразных вибраций, рабочие характеристики бурения, определяемые механической удельной энергией (М8Е), или другие подходящие производные величины. Данные скважины могут либо передаваться на поверхность в реальном масштабе времени, либо могут сохраняться в скважинном оборудовании и приниматься, когда оборудование возвращается на поверхность. Измеренные данные сравниваются с вычисленными данными из системы моделирования для выбранной проектной конфигурации ВНА оборудования или модели ВНА оборудования, используемого в операциях бурения. Этот процесс с обратной связью содействует подтверждению правильности и проверке моделирования и позволяет инженерам-проектировщикам отслеживать значение проектирования и тем самым улучшению документов процесса бурения. Он также помогает определять, какое из значений показателя проекта гарантирует большую весомость в процессе выбора ВНА оборудования, таким образом обеспечивая вспомогательные средства изучения для продвижения развития процесса выбора проектной конфигурации ВНА оборудования. После того как скважина сформирована, углеводороды могут добываться из скважины, как показано в блоке 114. Добыча углеводородов может включать в себя заканчивание скважины, соединение труб между закачиванием скважины и наземными средствами и/или другие известные способы для извлечения углеводородов из скважины. В любом случае процесс заканчивается в блоке 116.
Выгодно то, что настоящие методы могут быть использованы для снижения ограничителей, которые могут затруднять операции бурения. Чтобы содействовать этим улучшениям, две или несколько проектных конфигураций ВНА оборудования сравниваются одновременно с сопутствующим вычислением и отображением результатов модели для двух или нескольких проектов. С помощью этого сравнения можно оценить достоинства альтернативных проектных конфигураций. Далее, с вычисленными данными и измеренными данными, ассоциированными с выбранной проектной конфигурацией, другие ограничители, которые могут присутствовать во время бурения буровой скважины, могут быть идентифицированы и исследованы своевременно для дополнительного улучшения операций бурения. Например, если первичным ограничителем оказываются скачкообразные вибрации и источники крутящего момента в ВНА оборудовании, обусловленные контактными усилиями, минимизированы, то имеется другое возможное средство смягчения, чтобы выбрать наименее грубую буровую коронку, которая генерирует более низкие крутящие моменты для заданной приложенной нагрузки на буровую коронку. Пример двух или нескольких проектных конфигураций ВНА оборудования подробно описывается ниже со ссылкой на фиг. 2.
Фиг. 2 - иллюстративная блок-схема 200 моделирования двух или нескольких проектных конфигураций ВНА оборудования в блоке 108 фиг. 1 согласно некоторым аспектам настоящей методики. Для целей иллюстрации в этой процедурной блок-схеме моделирование двух или нескольких проектных конфигураций описывается как выполняемое системой моделирования. Система моделирования включает в себя компьютерную систему, которая реализует моделирующую программу. Моделирующая программа включает в себя считываемые компьютером инструкции или код, который сравнивает две или несколько проектные конфигурации ВНА оборудования, что обсуждается здесь ниже.
Процедурная блок-схема начинается в блоке 202. Для начала получают топологические схемы и параметры ВНА оборудования для конструирования проектных конфигураций ВНА оборудования, как обсуждается в блоках 204-208. В блоке 204 получают рабочие параметры. Рабочие параметры, такие как ожидаемые диапазоны \УОВ. ИРМ и угол наклона буровой скважины, получают от пользователя, вводящего параметры в систему моделирования или посредством доступа к файлу, имеющему рабочие параметры. Для статической модели условие модели ВНА оборудования по конечным точкам (например, конец, удаленный от буровой коронки) может быть задано либо как центрированное условие (например, труба центрируется в буровой скважине), либо как условие смещения (например, труба лежит на нижней стороне буровой скважины). Затем получают проектные параметры ВНА оборудования, как показано в
- 6 015308 блоке 206. Как отмечается выше, проектные параметры ВНА оборудования могут включать в себя доступные размеры и механические свойства воротника бура, размеры доступных стабилизаторов, размеры бурильной трубы, длину и т.п., например если буровое оборудование представляет собой интервал труб или трубы, то проектные параметры ВНА оборудования могут включать в себя внутренний диаметр (ГО), внешний диаметр (00). длину и изгибающий момент инерции трубы и свойства материала трубы. Также система моделирования может моделировать буровое оборудование, сделанное из стали, немагнитных материалов, Монель металла, алюминия, титана, и т.п. Если буровое оборудование представляет собой стабилизатор или раздвижной буровой расширитель, то проектные параметры ВНА оборудования могут включать в себя внешний диаметр лезвия, длину лезвия и/или расстояние от лезвий до концов. В блоке 208 получают внутренние топологические схемы ВНА оборудования. Получение топологических схем ВНА оборудования может включать в себя доступ к сохраненной версии ранее моделированной и используемой проектной конфигурации ВНА оборудования или топологические схемы ВНА оборудования, взаимодействующей с системой моделирования, чтобы специфицировать или создавать топологическую схему ВНА оборудования из рабочих параметров ВНА оборудования, или ввод предложенной конфигурации в модель, которая была обеспечена инженером-буровиком или поставщиком услуг бурения. Топологические схемы ВНА оборудования задают расположение оборудования и типы оборудования в ВНА оборудовании, обычно определяемое как расстояние до буровой коронки каждого компонента.
После того как закончены различные проектные конфигурации ВНА оборудования, вычисляются результаты для выбранных проектных конфигураций ВНА оборудования, как показано в блоке 210. Вычисления могут включать в себя вычисление статических состояний для определения силы и угла наклона на буровой коронке и статических контактных усилий стабилизатора, вычисление динамических показателей рабочих характеристик, вычисление динамических значений состояния для специфических мод возбуждения как функции скорости вращения и расстояния до буровой коронки и т.п. Более конкретно, вычисления могут включать в себя динамическое поперечное изгибание (например, изгибная волна) и динамический отклик эксцентрикового завихрения в виде возмущений вблизи статического равновесия, которое может быть вычислено с использованием метода матрицы перехода состояний, описанного ниже или другого подходящего способа. Эта изгибная волна или динамическая поперечная изгибная мода могут называться как вихрь. Статические отклики могут включать в себя отклик вектора состояния (например, смещение, угол наклона, изгибающий момент, сдвигающее усилие и контактные усилия и крутящие моменты) как функцию расстояния от буровой коронки, \У0В нагрузки и угла наклона буровой скважины (например, угол или угол наклона). Для динамических значений отклика переменные состояния могут вычисляться как функция расстояния от буровой коронки, \У0В нагрузки, КРМ числа, моды возбуждения и конечных длин. Используемая здесь мода возбуждения является кратной скорости вращения, при которой возбуждается система (например, хорошо известно, что коническая шарошка буровой коронки обеспечивает трехкратное аксиальное возбуждение, которое может соединяться к поперечной моде). Конечная длина представляет собой длину трубы, добавляемой к вершине ВНА оборудования, часто в утяжеленной бурильной трубе, для оценки колебательной энергии, передаваемой вверх по стволу скважины. Из-за того что отклик может быть чувствительным к местоположению последней узловой точки, вычислительный подход состоит в том, чтобы оценивать число таких возможных местоположений для этой узловой точки для целей вычисления отклика. Когда эти различные результаты усредняются (среднеквадратично (КМ8)) для получения полного отклика системы для параметрического набора различных мод возбуждения и конечных длин для каждого числа КРМ, и также может быть представлено максимальное значение худшего случая, которое описывается здесь далее. Для поперечного изгибания и эксцентрикового завихрения состояния модели (например, смещение, угол наклона, изгибающий момент, поперечное усилие сдвига и контактные усилия или моменты) могут вычисляться и отображаться как функции расстояния от буровой коронки для заданных параметров КРМ, \У0В и моды возбуждения, и конечной длины.
После того как результаты вычислены и отображены одновременно, как показано в блоке 210, результаты проверяют, как показано в блоке 212. Процесс проверки вычислений включает в себя определение путем проверки, например, того, чтобы не случалось численных проблем при имитации и чтобы все моды возбуждения были адекватно имитированы по всему запрошенному диапазону скоростей вращения, нагрузок на буровую коронку и конечных длин. Затем выполняется определение того, должны ли модифицироваться проектные конфигурации ВНА оборудования, как показано в блоке 214. Если проектные конфигурации ВНА оборудования или специфические параметры должны модифицироваться, то проектные конфигурации ВНА оборудования могут модифицироваться в блоке 216. Модификации могут включать в себя изменение специфических аспектов в рабочих параметрах и/или добавление новой проектной конфигурации ВНА оборудования. В конкретном примере ^0В, КРМ и/или мода возбуждения могут изменяться, чтобы моделировать другой набор рабочих условий. Проектные конфигурации ВНА оборудования обычно регулируют путем изменения расстояния между точками стабилизации, путем изменения размеров или числа стабилизаторов и воротников бура, путем перемещения раздвижных буровых расширителей или П-образных колен в другое положение в проектной конфигурации ВНА оборудования и т. п. После того как были выполнены модификации, результаты могут быть вычислены в блоке
- 7 015308
210 и процесс может повторяться для дальнейшего улучшения рабочих характеристик.
Однако, если проектные конфигурации ВНА оборудования не должны модифицироваться, результаты обеспечиваются, как показано в блоке 218. Обеспечение результатов может включать в себя сохранение результатов в запоминающем устройстве, распечатку отчета результатов и/или отображение результатов на мониторе. Например, параллельное графическое сравнение выбранных проектных конфигураций ВНА оборудования может отображаться системой моделирования. Результаты некоторых вычисленных статических и динамических откликов для заданных ВРМ, ΑΘΒ, моды возбуждения и конечных длин и показателей вибрации также могут отображаться на двухмерных или трехмерных графиках. Далее, если результаты сравниваются с измеренными данными (например, система моделирования находится в режиме каротажа), то результаты могут отображаться в прямом сравнении с измеренными данными для некоторых проектных конфигураций ВНА оборудования. В этом режиме результаты могут вычисляться с использованием специфических полевых рабочих условий, таких как выполнение имитации проектной конфигурации ВНА оборудования с рабочими параметрами (скорость вращения и нагрузки на буровую коронку) на заданных интервалах для соответствующих времен работы буровой коронки или применяемых интервалов глубины бурения. Этот режим может способствовать одновременному сравнению результатов модели (например, вычисленных данных) с измеренными данными, такими как механическая скорость проходки (ВОР), механическая удельная энергия (М8Е), измеренные вибрации нисходящей скважины и другие прямые или производные измеренные в полевых условиях данные. В любом случае процесс заканчивается в блоке 220.
Выгодно, что моделирование проектных конфигураций ВНА оборудования может улучшить операции бурения посредством обеспечения ВНА оборудования более подходящего для бурового оборудования. Например, если одна из проектных конфигураций ВНА оборудования основана на буровом оборудовании, используемом в некотором поле, то могут моделироваться другие проекты и сравниваться непосредственно с ранее используемой проектной конфигурацией ВНА оборудования. То есть одна из проектных конфигураций ВНА оборудования может быть использована в качестве эталона для сравнения тенденций вибрации других проектных конфигураций ВНА оборудования. Таким образом, проектные конфигурации ВНА оборудования могут одновременно сравниваться для определения проектной конфигурации ВНА оборудования, которая снижает действие ограничителей, таких как вибрации. Например, одна из выбранных проектных конфигураций может быть базисной и результаты вычисляются или отображаются одновременно или параллельно для базисной и других выбранных проектных конфигураций ВНА оборудования, чтобы обеспечить возможность прямого и мгновенного сравнения результатов. Если система моделирования может сравнивать шесть различных проектных конфигураций ВНА оборудования, то пять предложенных проектных конфигураций ВНА оборудования могут одновременно сравниваться с эталонной проектной конфигурацией ВНА оборудования. Этот подход является более практичным, чем попытка оптимизировать систему в классическом смысле, как, например, повторение настроек и имитаций до тех пор, пока по меньшей мере один из параметров рабочих характеристик бурения не будет определен как оптимальное значение. Важный вопрос, на который следует ответить для инженеров-буровиков, относится к тому, какая конфигурация компонентов ВНА оборудования работает с самыми низкими вибрациями при рабочих условиях для конкретной операции бурения. Предпочтительный подход в исследовании этого проектного вопроса заключается в том, чтобы моделировать несколько альтернативных конфигураций и затем выбрать одну, которая выполняет задачу оптимально по ожидаемому рабочему диапазону.
Иллюстративная динамическая модель вибрации ВНА оборудования
В качестве примера ниже описан иллюстративный вариант осуществления динамической модели вибрации ВНА оборудования. Однако следует отметить, что другие модели ВНА оборудования, например использование одного или нескольких способов вычисления, описанных выше, также могут использоваться, чтобы сформировать сравнительный показатель производительности подобным образом. Перечисленные способы могут включать в себя способы двухмерного или трехмерного моделирования конечных элементов, но не ограничиваются ими. Например, вычисление результатов для одной или нескольких проектных конфигураций может включать в себя генерацию математической модели для каждой проектной конфигурации; вычисление результатов математической модели для заданных рабочих параметров и граничных условий; идентификацию смещений, угла наклона (первая пространственная производная смещения), изгибающего момента (вычисленного из второй пространственной производной смещения) и усилия сдвига балки (вычисленного из третьей пространственной производной смещения) из результатов математической модели; и определение векторов и матриц состояния из идентифицированных выходных данных математической модели. В более сложных моделях эти векторы состояния могут быть заданы в специфических узлах отсчета, например на нейтральной оси поперечного сечения ВНА оборудования, распределенных на поперечном сечении, и вдоль длины ВНА оборудования, или в других удобных опорных местоположениях. Затем данные отклика вектора состояния, вычисленные из результатов модели конечных элементов, могут как таковые использоваться для вычисления показателей производительности для оценки проектов ВНА оборудования и для сравнения с альтернативными конфигурациями ВНА оборудования, как здесь описано.
- 8 015308
Описанная здесь модель ВНА оборудования представляет собой модель с сосредоточенными параметрами, которая является одним из вариантов осуществления математической модели, выполненной в структуре векторов состояния и матриц передаточных функций. Векторы состояния представляют полное описание отклика ВНА системы в любом заданном положении в ВНА модели, которое обычно задается относительно местоположения буровой коронки. Матрица передаточных функций соотносит значение вектора состояния в одном местоположении со значением вектора состояния в другом местоположении. Полное состояние системы включает в себя статическое решение плюс динамическое возмущение вблизи статического состояния. Линейный характер модели для малых динамических возмущений содействует разложению системы статической модели в зависимости от динамической. Динамическая модель является одной из множества в классе моделей вынужденного частотного отклика, со специфическими матрицами граничными условиями, описанными ниже.
Матрицы передаточных функций могут умножаться для определения отклика по ряду элементов в модели. Таким образом, одна передаточная функция может быть использована для описания динамического отклика между двумя точками. Модель с сосредоточенными параметрами дает приближение к отклику непрерывной системы.
Массы дискретных точек в ВНА модели соединяются безмассовыми струнами с другими элементами масс ВНА модели и в одной вариации к буровой скважине в точках контакта струнами и, оптимально, демпфирующими элементами. Массы могут свободно двигаться в сторону в пределах ограничений при ложенных нагрузок, включая силу тяжести.
Формулировка матрицы и вектора состояния
Для поперечного движения в плоскости вектор состояния включает в себя поперечное и угловое отклонение, а также изгибающий момент и усилие сдвига балки. Вектор состояния и доопределяется посредством единичной константы, чтобы позволить матричным уравнениям включить постоянный член в каждом уравнении, которое представлено. Затем вектор состояния может быть записан в виде уравнения (1) следующим образом:
где γ - поперечное отклонение балки от центральной линии оборудования;
θ - угловое отклонение или первая пространственная производная смещения;
М - изгибающий момент, который вычисляется из второй пространственной производной смещения и
V - усилие сдвига балки, которое вычисляется из третьей пространственной производной смещения.
Для трехмерной модели вектор состояния, заданный уравнением (1), может быть пополнен дополнительными состояниями для представления смещений и производных в дополнительных узлах. Взаимодействие между движениями в каждом узле может в общем случае включать в себя связанные члены.
За счет линейности полный отклик можно разложить на статическую составляющую и8 и динамическую составляющую и4 (например, и=и’+и').
В способе вынужденного частотного отклика предполагается, что система осциллирует на частоте ω вынужденного входного сигнала, который является характеристикой линейных систем. Затем время и пространство, разделенные в динамическом отклике и с использованием суперпозиции полного смещения балки в любой аксиальной точке χ для любого времени I. могут быть выражены уравнением (2) и(х,1~) = и*(х) + и ^)5111(^10 (2)
Векторы состояния и1 (для индекса элемента ί, лежащего в диапазоне от 1 до Ν) могут быть использованы для представления каждого элемента массы, и вектор состояния и0 используется для обозначения состояния буровой коронки. Матрицы передаточной функции используются, чтобы соотносить вектор состояния и1 одного элемента массы с состоянием и1-1 предшествующего элемента массы. Если в модели не имеется затухания, то векторы состояния являются действительно значимыми. Однако может быть введено затухание и тогда векторы состояния могут быть комплексными без потери общности.
Из-за того что векторы используются для представления масс, предполагается, что каждая масса имеет ассоциированную пружину, соединяющую ее с предшествующей массой в модели. С обозначением М,, обозначающим матрицу массопереноса, и с матрицей переноса элементов изгибания балки, обозначенной В,, комбинированная передаточная функция Т, показана следующим уравнением (3):
Т.,= М,В; ('3)
Численные нижние индексы используются, чтобы задавать каждую пару элементов массы/элементов изгибания балки. Например, вектор состояния и1 может быть вычислен из состояния и0, представленного уравнением (4) ил = МАВ}и0 = Т}иа и таким образом и1=^и^ (4)
- 9 015308
Эти матрицы могут быть каскадными, чтобы направлять ВНА оборудование в последующие местоположения. Например, вектор состояния и2 может быть представлен уравнением (5) мг = (5) тогда как продленный до точки контакта вектор состояния и· может быть представлен уравнением (6) αΝ =^РиР-1 ~ (6)
Соответственно в пределах интервала между точками контакта состояние и, на любом элементе массы может быть записано в терминах любого состояния ниже того элемента и1 с использованием каскадной матрицы 8Р раз подходящего вектора состояния уравнением (7) и}~8(ги1 где для (7)
Рассмотрение решения вектора состояния в точках контакта будет обсуждаться ниже.
Формулировка матриц масс
Матрица передаточной функции масс для статической задачи выводится из баланса сил, действующих на элемент массы т. В основном каждый компонент ВНА оборудования подразделяется на маленькие элементы, и этот элемент сосредоточенной массы подвергается усилиям сдвига балки, гравитационной нагрузке (при условии зенитного угла наклона φ), контакту буровой скважины с жесткостью к и демпфирующей силе Ь. Основной баланс сил для элемента может быть записан в виде уравнения (8) с использованием индексации точкой и двойной точкой для представления первой и второй производной по времени или скорости и ускорения соответственно.
ту = У1-У1_]-тзз\пф-ку-Ьу = 0 (8)
Матрица передаточной функции элементов сосредоточенной массы при статической нагрузке включает в себя поперечную составляющую гравитации и либо контактное усилие сжатия пружины, либо, альтернативно, ограничение, накладываемое в процессе решения, в случае чего значение к равно нулю. В статическом случае производные по времени равны нулю и таким образом силы инерции и демпфирующие силы отсутствуют. Матрица статических масс может быть записана в виде следующего уравнения (9):
| Ί | 0 | 0 | 0 | 0 ) | |
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | |
| Л/5 = | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| к | 0 | 0 | 1 | (Ш£81П^) | |
| 0 | 0 | 0 | 1 , |
(9)
В поперечном динамическом изгибании силы, приложенные к массе, состоят из усилий сдвига балки, контакта буровой скважины и демпфирующих нагрузок. Снова контакт буровой скважины может быть либо результатом силы сжатия пружины, либо зависимостью наложенного ограничения. Однако изза того что ищется динамическое возмущение вблизи статического состояния (с использованием принципа линейной суперпозиции), гравитационная сила отсутствует в матрице динамических масс.
В динамическом примере приложенные нагрузки могут быть разбалансированы, приводя к ускорению элемента массы. Произведение массы на поперечное ускорение равно балансу сил результирующего усилия сдвига, упругого контакта и демпфирующих сил, приводя к уравнению (10) ту = Ц - - Ау - бу (10)
При условии комплексного гармонического вынужденного отклика
где _) представляет мнимое число, равное к-1, решение уравнения (10) может быть найдено в уравнении (11)
Е = + (А + βω - ιηω1 )уа (11)
Затем матрица передаточной функции элементов сосредоточенной массы для динамического возмущения поперечной изгибной моды записывается в виде следующего уравнения (12):
Матрица масс в динамической модели завихрения воротника бура включает в себя постоянную силу, которая имеет сходство с гравитационной силой в статической матрице масс.
- 10 015308
Предполагается, что каждый воротник бура имеет незначительно разбалансированную массу, генерируя центробежную силу, пропорциональную произведению этой разбалансированной массы на квадрат частоты вращения. Для малого значения ε, которое представляет собой безразмерное расстояние, смещенное от оси разбалансированной массы, уравнение движения для вынужденного отклика дается уравнением (13) ту = К, — И,., + ετηω2 - ку — Ъу (13)
Радиальное смещение не изменяется со временем для этого упрощенного примера моды завихрения и таким образом ускорение и скорость могут быть приравнены нулю. Это представляет равномерное вращательное движение, не отличающееся от вращательной гравитационной нагрузки, в противоположность поперечной изгибной моде, в которой смещение осциллирует через нулевое значение. Результирующая матрица завихрения представлена уравнением (14)
| Ί | 0 | 0 | 0 | 0 Ί | ||
| 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | ||
| = | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | (.14) |
| к | 0 | 0 | 1 | (ет<ог) | ||
| .0 | 0 | 0 | 0 | I , |
Значение ε может принимать либо положительный, либо отрицательный знаки, чтобы представлять форму моделируемого отклика завихрения. Первая мода завихрения в основном представляется чередующимися знаками на следующих друг за другом интервалах воротников бура по мере передвижения вверх по стволу скважины.
Масса сосредоточенных параметров т задается как масса части элемента соответствующего компонента ВНА оборудования. В дополнение масса воротника бура или трубы эффективно увеличивается за счет бурового раствора, содержащегося в воротнике, и которая увлекается элементом ВНА оборудования по мере его вибрации. Для аппроксимации этого явления используется метод присоединенной массы. С этой целью грубая аппроксимация должна увеличивать динамическую массу воротника бура на 10%, приводя к незначительному снижению собственной частоты. Следует отметить, что не стоит применять метод присоединенной массы к статическому решению. Как отмечалось выше, в зависимости от способа решения жесткость пружины может опускаться, если решение должно применяться к ограничительной зависимости, так что модель ВНА оборудования не должна выходить за пределы буровой скважины более чем на очень маленькую величину.
Если не используется модель ограничений, то контактная жесткость к в вышеупомянутых зависимостях однозначно должна включаться. В этом примере фактор, который должен рассматриваться в выборе контактной жесткости буровой скважины к при моделировании динамического возбуждения, заключается в том, что значение к должно выбираться значительно выше для массы т так, чтобы собственная частота к/т была больше, чем максимальная частота возбуждения ω, которая должна оцениваться, так чтобы избегать резонанса, обусловленного этим контактным представлением. Таким образом, для возбуждения моды п, кратной скорости вращения, контактная жесткость может быть больше чем т(ηω)2 (например, к>т(ηω)2).
Альтернативно и в предпочтительном варианте осуществления, соответствием в точках контакта между ВНА оборудованием и буровой скважиной можно пренебречь и применять в способе решения фиксированные ограничительные зависимости с к=0 в вышеупомянутых матрицах. Этот подход описы вается здесь далее.
Формулировка матрицы жесткости
Уравнение изгибания балки Эйлера-Бернулли для балки постоянного сечения с постоянным модулем упругости Е, изгибающим моментом инерции I и осевой нагрузкой Р может быть записано в виде дифференциального уравнения в частных производных четвертого порядка (15)
Характеристическое уравнение для общего решения представляется уравнением (16)
- 11 015308
Это уравнение выражает боковое смещение как экспоненциальную степень произведения параметра β на расстояние х от точки отсчета, в котором термин должен быть найден путем замены этого решения в уравнении (15) и решения с помощью нижеследующих уравнений (17) и (18):
β\βΎ ~) = 0 (17)
(18)
Заметим, что β является либо действительным (балка растянутая), либо мнимым (балка сжатая), либо 0 (нет осевой нагрузки). Соответствующее частное решение представляет собой некую константу плюс линейный член от х. Таким образом, смещение балки с осевой нагрузкой может быть представлено уравнением (19) у^а + Ьх + се'* (19) где константы а, Ь, с и б должны находиться посредством удовлетворения граничных условий.
Остальные составляющие вектора состояния определяются посредством следующих уравнений в частных производных бокового смещения с координатой по оси х (20):
Результирующая матрица В передаточной функции изгибной жесткости балки может быть представлена в виде следующих уравнений (21):
Граничные условия и активизация системы
С заданными передаточными функциями массы и элементов балки, граничные условия и активизация системы определяются, чтобы генерировать прогнозы системы. Отдельные граничные условия используются, чтобы моделировать задачи статического изгибания, динамического поперечного изгибания и эксцентрикового завихрения.
В каждом из трех примеров решение переходит от буровой коронки к первому стабилизатору, затем от первого стабилизатора ко второму стабилизатору и так далее, продвигаясь вверх по стволу скважины на один интервал за раз (например, от буровой коронки в качестве начального интервала). Наконец, решается интервал от верхнего стабилизатора до конечной точки. Конечной точкой является верхний узел модели ВНА оборудования, и она может варьироваться, чтобы рассматривать возможные различные узловые точки на конечной длине. Соответствующее боковое смещение для этой конечной точки предполагается в статической модели, основываясь на величине зазора между трубой и буровой коронкой скважины.
В этом способе состояния в каждом интервале решения определяются тремя кандидатами на нижнем элементе (буровой коронке или нижнем стабилизаторе в интервале) и одним кандидатом на верхнем элементе (конечная точка или верхний стабилизатор в интервале). С этими четырьмя кандидатами и передаточной функцией полной матрицы от верхнего к нижнему элементу можно вычислить остальные неизвестные состояния на нижнем элементе.
Начиная на буровой коронке, смещение первого стабилизатора используется для определения состояния буровой коронки и таким образом, все состояния вплоть до первого стабилизатора определяются с использованием соответствующих матриц передаточной функции. За счет непрерывности смещение, угол наклона и момент теперь определяются в точке контакта первого стабилизатора. Усилие сдвига балки не определяется, поскольку это состояние не имеет ограничения непрерывности потому, что есть неизвестное поперечное усилие, действующее между стабилизатором и буровой скважиной. Смещение следующего стабилизатора используется, чтобы обеспечить четвертого кандидата, необходимого, чтобы получить решение на следующем интервале, и таким образом определяется полное состояние на стабилизаторе. Контактное усилие между стабилизатором и буровой скважиной может быть вычислено как разность между значением этого состояния и прежним вычислением усилия сдвига из предыдущего сег- 12 015308 мента ВНА оборудования с использованием формулировки каскадной матрицы в уравнении (22):
| μϊ | ||
| г | У | |
| 1 1 | 111 |
при условии /т/ \
И, неизвестное
У1-0 , (22)
Затем неизвестное усилие сдвига на нижнем стабилизаторе вычисляется с использованием уравнения (23) для получения нулевого смещения в верхнем положении:
= 5]^; + 8г2&1 + ^3^ + Г
Усилие сдвига балки является прерывистым на контактных точках, и поперечное усилие на таком узле может быть вычислено как разность между значением, полученным посредством распространения состояний снизу, V,-. и значением, вычисленным, чтобы удовлетворить зависимости ограничения для следующего сегмента, νι +. Следовательно, контактное поперечное усилие может быть представлена уравнением (24)
Для статического примера угол наклона и поперечное усилие неизвестны на буровой коронке. Для генерации отклика используется угол наклона пробной буровой коронки и векторы состояния распространяются вверх по стволу скважины от одной контактной точки до следующей, наконец, достигая конечной точки. Окончательное значение для угла наклона буровой коронки и поперечного усилия определяется путем итерации до тех пор, пока не будет достигнуто соответствующее условие на концах на вершине модели, например условие касания между трубой и стеной ствола скважины.
Для динамических моделей (гибкое изгибание, завихрение и кручение) применяется эталонное поперечное усилие активизации буровой коронки, например ν,^οοηκΐ. Поперечное положение первого стабилизатора предполагается ограниченным до нуля условием замыкания. Для однозначного решения уравнений от буровой коронки до первого стабилизатора задаются еще два условия. Один выбор для граничных условий состоит в предположении того, что для малого поперечного движения угол наклона и момент на буровой коронке равны нулю. Первый набор граничных условий может быть записан в виде следующего уравнения (25):
Ут = &Ы, = Мы, = 0 Уы. = С0П51 (25)
Альтернативный набор граничных условий может рассматриваться в предположении, что угол наклона первого стабилизатора равен нулю, что эквивалентно консольному условию, и что на буровой коронке нет момента. Этот альтернативный набор граничных условий может быть записан, как показано в уравнении (26)
Ут = От = = 0 = сота (26)
Решение продвигается вверх по стволу скважины на один стабилизатор за раз, заканчиваясь в последнем узле, который произвольно выбирается, но располагается на различных конечных длинах в динамическом случае. Выбирая различные конечные длины и среднеквадратичное значение результатов, можно сформировать эксплуатационные показатели, которые являются надежными. Чтобы защититься от сильного резонанса в отдельной узловой точке, также проверяется максимальный результат. Эти методы требуются для ранней модели, которая использовала показатель кривизны по конечным точкам, описанный ниже, поскольку эти результаты оказались чувствительными к выбору местоположения узловой точки. Следует отметить, что новые эксплуатационные показатели ВНА оборудования менее чувствительны к условию на концах ВНА оборудования и таким образом могут быть предпочтительными. Еще следует отметить, что контакт ВНА оборудования со стволом скважины в местоположениях между стабилизаторами может оптимально трактоваться как узловая точка в этом способе анализа и соответственно модифицируется распространение решения.
Эксплуатационные показатели ВНА оборудования
Вышеупомянутые переменные векторов состояния могут использоваться, чтобы обеспечивать различные показатели, которые применяются, чтобы характеризовать действия вибраций различных проектных конфигураций ВНА оборудования. Хотя должно быть понятно, что также могут быть использованы другие комбинации переменных состояния, и величины, выведенные из фундаментальных переменных состояния, показатель кривизны по конечным точкам, показатель энергии упругой деформации ВНА оборудования, средний показатель передаваемой энергии упругой деформации, показатель передаваемой энергии упругой деформации, среднеквадратичный показатель поперечного усилия ВНА оборудования, среднеквадратичный показатель крутящего момента ВНА оборудования, суммарный показатель поперечного усилия ВНА оборудования и суммарный показатель крутящего момента ВНА оборудования, обсуждаются здесь ниже.
- 13 015308
Проектные конфигурации ВНА оборудования включают в себя компоненты из нижних сегментов на буровой коронке на протяжении большинства или всех воротников бура и верхнего сегмента, который является последним компонентом в проектной конфигурации ВНА оборудования и в основном представляет собой утяжеленную бурильную трубу. Различные узлы N могут быть использованы в модели проектных конфигураций ВНА оборудования с узлом 1, находящимся на буровой коронке. Первый элемент в верхнем сегменте имеет индекс И, и последний элемент в нижнем сегменте имеет индекс Ь, то есть и=Ь+1. Кроме того, имеется С точек контакта с контактными усилиями Е,, где индекс распространяется на элементы ВНА оборудования, которые находятся в контакте с буровой скважиной. Из этих динамических состояний могут быть вычислены различные показатели. Например, показатель кривизны по конечным точкам может быть представлен уравнением (27), которое приводится ниже Р1=аТ^Г (И)ж (27) где Р1 - эксплуатационный показатель;
ΜΝ - изгибающий момент на последнем элементе в модели; (ΕΙ)Ν - изгибная жесткость этого элемента и α - некая константа.
Должно быть понятно, что α может быть равна 7,33х 105 или другой подходящей константе.
Аналогично, показатель энергии упругой деформации ВНА оборудования может быть представлен уравнением (28), которое приводится ниже
где суммирование берется по Ь элементам в нижней части ВНА оборудования и индекс ί относится к каждому из этих элементов.
Средний показатель передаваемой энергии упругой деформации может быть представлен уравнением (29), которое приводится ниже
где N - полное число элементов и и - первый элемент верхней части ВНА оборудования (обычно утяжеленная бурильная труба), и суммирование берется по этой верхней части ВНА оборудования.
Имея наблюдение того, что передаваемые крутящие моменты проявляют синусоидальную форму и до некоторой степени, независимо от конечной длины в этом однородном интервале трубы (например, М ~ М0 4п кх), показатель передаваемой энергии упругой деформации может быть выражен более просто в уравнении (30) следующим образом:
где максимальный и минимальный крутящие моменты в верхней части ВНА оборудования усредняются и затем используются как приближение для амплитуды возмущения. Этот показатель передаваемой энергии упругой деформации варьируется меньше с изменением конечной длины и таким образом, с точки зрения вычисления, является более эффективным, чем показатель кривизны по конечным точкам, даваемый уравнением (27), хотя оба этих показателя измеряют величину энергии, передаваемую бурильной колонне сверх надлежащей для ВНА оборудования.
Далее среднеквадратичный показатель поперечного усилия ВНА оборудования и суммарный показатель поперечного усилия ВНА оборудования могут быть представлены уравнениями (31) и (32) соответственно, которые обеспечиваются ниже
где контактное усилие Е, вычисляется для каждой из точек контакта из ограничений и распространения решения, как обсуждалось выше, и где суммирование берется по контактным усилиям в этих местоположениях с использованием индекса точек контакта _).
Динамические значения поперечного усилия могут быть преобразованы в соответствующие динамические значения крутящего момента с использованием приложенного рычага передачи момента (ра
- 14 015308 диус до точки контакта η) и соответствующего коэффициента трения в каждой соответствующей точке μ,. Снова суммируя элементы в контакте со стволом скважины, можно представить среднеквадратичный показатель крутящего момента ВНА оборудования и суммарный показатель крутящего момента ВНА оборудования задается уравнениями (33) и (34) соответственно, которые обеспечиваются ниже <33>
с ΡΙ·Σ\νΛ\ <«)
7=1
Этот модифицированный показатель учитывает динамические эффекты кручения потенциально больших динамических поперечных усилий, обеспечивая более низкие значения показателя для улучшения, как, например, сниженные коэффициенты трения и использование шарошечных расширителей, которые, как известно, обеспечивают более низкие вибрации на месте.
Среднеквадратичные значения показателя поперечного усилия и крутящего момента представляют среднее значение этого источника динамического сопротивления, тогда как суммарные значения поперечного усилия и крутящего момента представляют суммирование этого сопротивления по каждой из точек контакта ВНА оборудования. Оба подхода могут обеспечить полезную диагностическую информацию. В предпочтительном варианте осуществления среднеквадратичный показатель поперечного усилия ВНА оборудования обеспечивает среднюю силу противодействия стабилизатора и суммарный показатель крутящего момента ВНА оборудования показывает объединенное вращательное сопротивление всех точек контакта, учитывая диаметр частей, находящихся в контакте с буровой скважиной, и соответствующий коэффициент трения. Этот показатель обеспечивает важную информацию для содействия ослаблению скачкообразных крутильных колебаний.
В предпочтительном варианте осуществления способа эксплуатационные показатели или индексы вычисляются несколько раз для каждой скорости вращения и массы буровой коронки для каждой проектной конфигурации. Различные моды возбуждения в изгибной моде представлены различными частотами приложенной силы на буровую коронку. Из-за того что узловая точка наверху ВНА оборудования не известна, динамические результаты вычисляются для разнообразного множества конечных длин узловых точек как для изгибной моды, так и для моды завихрения. Эти итерации дают многочисленные значения эксплуатационных показателей для каждой скорости вращения и массы буровой коронки, и они подходят для снижения этих различных значений до среднеквадратичного значения и максимального значения, чтобы упростить анализ и отображение этих результатов.
Среднеквадратичное значение эксплуатационного показателя задается уравнением (35)
где ΡΙ' - среднеквадратичное значение желательного эксплуатационного показателя и (ΡΙ)ίί - один из показателей, задаваемых в уравнениях (27), (28), (29), (30), (31), (32), (33) или (34) для ί-й из т мод и _)-й из п конечных длин ВНА оборудования в модели.
Максимальное значение эксплуатационного показателя задается уравнением (36)
РГ = тах{тах(Р2)Л (36) «=1 где ΡΙ' - максимальное значение желательного эксплуатационного показателя и (ΡΙ),, - один из показателей, задаваемых в уравнениях (27), (28), (29), (30), (31), (32), (33) или (34) для ί-й из т мод и _)-й из п конечных длин ВНА оборудования в модели.
Иллюстративный вариант осуществления
В качестве иллюстративного варианта осуществления вышеописанные способы могут быть воплощены в системе моделирования, показанной на фиг. 3. Фиг. 3 - иллюстративный вариант осуществления системы 300 моделирования, имеющей различные элементы и компоненты, которые используются для модели, вычисляют и отображают результаты вычислений (например, имитированных результатов вычисленных данных в графической и текстовой форме) проектных конфигураций ВНА оборудования. Система 300 моделирования включает в себя компьютерную систему 302, которая имеет процессор 304, модуль 306 передачи данных, модуль монитора или дисплея 308 и одну или несколько моделирующих программ 310 (например, подпрограмм, прикладных программ или набора считываемых компьютером инструкций) и данные 312, хранимые в памяти 314 в файлах или других запоминающих структурах. Компьютерная система 302 может быть известной системой, которая также включает в себя клавиатуру, мышь или другие пользовательские интерфейсы для взаимодействия с пользователем. Моделирующие программы 310 включает в себя код, конфигурированный для выполнения вышеописанных способов, тогда как данные 312 включает в себя измеренные данные, результаты, вычисленные данные, рабочие параметры, проектные параметры ВНА оборудования и/или другую информацию, используемую в вы
- 15 015308 шеописанных способах. Конечно, запоминающее устройство 314 может быть любого известного типа считываемого компьютером носителя данных, используемого для хранения прикладных программ, которое включает в себя накопители на жестком диске, гибкие магнитные диски, СЭ-ВОМ (постоянное запоминающее устройство на компакт-диске) и другие оптические носители, магнитную ленту и т.п.
Из-за того что компьютерная система 302 может быть связана с другими устройствами, такими как клиентские устройства 316а-316п, модуль 306 передачи данных может быть конфигурирован, чтобы взаимодействовать с другими устройствами по сети 318. Например, клиентские устройства 316а-316п могут включать в себя компьютерные системы или другие основанные на процессорах устройства, которые передают данные, такие как моделирующие программы 310 и данные 312, с компьютерной системой 302. В частности, клиентские устройства 316а-316п могут быть ассоциированы с буровым оборудованием в местоположении скважины или могут быть расположены внутри административного здания и могут использоваться для моделирования проектных конфигураций ВНА оборудования. Поскольку эти устройства могут быть расположены в различных географических местоположениях, таких как различные офисы, здания, города или страны, сеть 318 может использоваться для обеспечения связи между различными географическими местоположениями. Сеть 318, которая может включать в себя различные сетевые устройства, такие как маршрутизаторы, коммутаторы, мосты, например, может включать в себя одну или несколько локальных сетей, глобальных сетей, серверных сетей, сетей мегаполиса или комбинации различных типов. Специалистам должны быть понятны возможность соединения и использование сети 318 устройствами в системе 300 моделирования.
Чтобы использовать систему моделирования, пользователь может взаимодействовать с моделирующей программой 310 через графические пользовательские интерфейсы (СШ), которые описываются на различных экранных видах на фиг. 4, 5А-5Г, 6А-6И, 7А и 7Б, 8А-8Д и 9А-9Г. Через экранные виды или через прямое взаимодействие пользователь может запускать моделирующую программу для выполнения вышеописанных способов. Например, результаты модели могут генерироваться для различных проектных конфигураций ВНА оборудования и специфических рабочих условий, как, например, выходные иллюстративные экранные виды на этих чертежах. Результаты могут графически табулироваться или отображаться одновременно для прямого сравнения различных проектных конфигураций ВНА оборудования. Соответственно фиг. 4, 5А-5Г, 6А-6И, 7А и 7Б, 8А-8Д и 9А-9Г представляют собой иллюстративные экранные виды моделирующей программы согласно некоторым аспектам настоящего изобретения. Поскольку экранные виды ассоциируются с системой 300 моделирования, фиг. 4, 5А-5Г, 6А-6И, 7А и 7Б, 8А-8Д и 9А-9Г можно лучше понять, параллельно рассматривая фиг. 3 и другие фиг. 4, 5А-5Г, 6А-6И, 7А и 7Б, 8А-8Д и 9А-9Г. Далее, должно быть понятно, что другие панели меню, виртуальные кнопки и виртуальные движки, которые могут действовать подобным образом, могут использовать одинаковые номера позиций в различных экранных видах для простоты нижеследующего обсуждения.
На фиг. 4 показан экранный вид 400 установочного изображения для моделирующей программы. На этом экранном виде 400 первая виртуальная кнопка 402 и вторая виртуальная кнопка 404 представлены наряду с опциями меню в панели меню 406. Первая виртуальная кнопка 402, которая помечена как режим проектирования, выбирается, чтобы пользователь мог работать с моделирующей программой 310, чтобы моделировать различные проектные конфигурации ВНА оборудования. В типичных приложениях режим проектирования используется, чтобы сравнивать альтернативные проектные конфигурации ВНА оборудования так, чтобы для процессов бурения могли использоваться оптимальные проектные конфигурации ВНА оборудования. Экранные виды, ассоциированные с режимом проектирования, представлены на фиг. 4, 5А-5Г, 6А-6И, 7А и 7Б и 8А-8Д. Вторая виртуальная кнопка 404, которая помечена как режим каротажа, выбирается, чтобы работать с моделирующей программой 310 в режиме каротажа, который сравнивает измеренные данные из некоторой проектной конфигурации ВНА оборудования с различными моделированными проектными конфигурациями ВНА оборудования, которые могут работать при подобных рабочих условиях (например, рабочих параметрах). В режиме каротажа результаты измеренных данных из одного или нескольких интервалов бурения представлены параллельно с прогнозами модели, чтобы оценивать показатели относительно фактических данных. Экранные виды, характерные для режима каротажа, представлены на фиг. 9А-9Г. Опции меню в панели меню 406 могут включать в себя опцию открыть/изменить проект для выбора существующей проектной конфигурации ВНА оборудования или новую опцию новый проект, которая может инициализировать новую проектную конфигурацию ВНА оборудования, которая может быть в английских или метрических единицах, как показано в подменю.
Если выбирается режим проектирования, то представляется экранный вид 500 пустой панели, как показано на фиг. 5А. Ярлыки меню в панели меню 502 представляют собой обычный ярлык меню файл для обеспечения возможности печати, настройки параметров печати и команд выхода и ярлык меню конфигурации, помеченный конфиг. Ярлык меню конфигурации запускает панель конфигурации, показанную на фиг. 5Б. Панель меню 502 также может включать в себя один или несколько процессов режима проектирования, например ВНА, статические состояния, двухмерный показатель, трехмерный показатель, гибкая динамика, динамика завихрения и помощь. Эти различные пункты меню процессов поясняются более подробно ниже, но концепция обработки заключается в том, чтобы применять
- 16 015308 каждый из этих способов к выбранным проектам ВНА оборудования, для которых выбираются флаговые кнопки 507а-507£. Каждый процесс обеспечивает возможность управления экраном и отображения данных как требуется для осуществления процесса, в этом смысле экран можно рассматривать как чувствительный к контексту.
Также виртуальные кнопки 506а-506£ могут быть использованы для доступа и модификации различных проектных конфигураций ВНА оборудования. В этом примере две проектные конфигурации ВНА оборудования, которые А ассоциированы с виртуальной кнопкой 506а и В ассоциированы с виртуальной кнопкой 506Ь, конфигурируются, тогда как виртуальные кнопки 506с-506£ не имеют проектных конфигураций ВНА оборудования, ассоциированных с ними. Далее, виртуальные флаговые кнопки 507а-507£ возле названий проектных конфигураций ВНА оборудования могут быть использованы, чтобы включать в себя специфические проектные конфигурации ВНА оборудования как часть вычислений для сравнения с проектными конфигурациями ВНА оборудования. Как показано в этом примере, проектная конфигурация ВНА оборудования, А, которая может называться как конфигурация ВНА оборудования А, и проектная конфигурация ВНА оборудования, В, которая может называться как конфигурация ВНА оборудования В, должны сравниваться в различных экранных видах, обеспечиваемых ниже.
Как показано на фиг. 5Б, если из панели меню 502 выбирается ярлык меню конфиг, то экранный вид 510 может быть представлен, чтобы задавать соответствующие рабочие параметры для процесса моделирования, как описано ниже. В экранном виде 510 ярлыки меню в панели меню 512 могут применяться для регулировки по умолчанию свойств трубы, стабилизатора и материалов для вставки новых компонентов ВНА оборудования в проектную панель ВНА оборудования. Панель меню 512 может включать в себя ярлык меню файл (помеченный файл), ярлык меню обновление (помеченный обновление) и ярлык меню по умолчанию (помеченный по умолчанию), которая может включать в себя различные подменю для различных типов труб, стабилизаторов и материалов. В частности, для этого иллюстративного экранного вида 510 представлены различные значения проекта оборудования и могут быть модифицированы в текстовых окнах 514. Текстовые окна 514 включают в себя номинальный диаметр ствола скважины в дюймах (ίη); угол наклона скважины в градусах (бед); плотность флюида в фунтах на галлон (ррд); диапазон \УОВ (нагрузок на буровую коронку) в килофунтах (к1Ь); диапазон скорости вращения в КРМ (число оборотов в минуту); диапазон моды возбуждения; статическое граничное условие по конечным точкам (например, смещенные или центрированы); граничное условие на буровой коронке для динамического изгибания; модель стабилизатора (шарнирный или фиксированный); число конечных длин и приращение конечной длины в футах (й). Для проектов, которые заданы в метрических единицах, могут быть использованы соответствующие метрические единицы.
В альтернативном варианте осуществления конфигурационный файл может добавлять зенитный угол наклона вместе со скоростью изменения зенитного угла наклона для искривленных буровых скважин. В общем случае также может включать скорость изменения азимутального угла. Более того, файл геологоразведки буровой скважины может идентифицироваться и считывать программой, чтобы обеспечить входные данные модели в конкретной прикладной задаче бурения.
Описание для каждой из проектных конфигураций ВНА оборудования может быть представлено из ярлыков 506а-506£ проекта ВНА оборудования на фиг. 5А. В одном примере фиг. 5В изображает иллюстративный экранный вид 520 панели конфигурации для описания проектной конфигурации ВНА оборудования А, к которой обращаются, выбирая ярлык 506а проекта ВНА оборудования. Экранный вид 520 включает в себя различные экранные кнопки управления 521 для специфической проектной конфигурации ВНА оборудования, как, например, название проектной конфигурации ВНА оборудования А, назначенный цвет темно-серый, тип линии сплошной и ширина линии как 2. Кроме того, дополнительное текстовое окно 522 может быть использовано для дополнительной информации, как, например, построение ВНА. Панель меню 512 проекта ВНА оборудования имеет опцию меню Ьйа ί/ο для содействия импортирования и экспортирования описаний Ьйа модели, меню регулировки по умолчанию для локального выбора свойств трубы, стабилизатора и материалов, меню абб.сотр для присоединения многочисленных элементов сверху описания модели и опцию меню вид для обеспечения возможности прокрутки отображения для доступа к ВНА компонентам, не видных в текущем окне.
Виртуальные кнопки 526, 527 и 528, наряду с окном 529 редактирования, обеспечивают механизмы для модификации топологической схемы ВНА оборудования для специфической проектной конфигурации ВНА оборудования. Компоненты и оборудование могут вставляться в выбранную топологическую схему ВНА оборудования и удаляться из нее путем нажатия соответствующих виртуальных кнопок, а именно виртуальная кнопка вставки 526, помеченная как ίηδ, и виртуальная кнопка удаления 526, помеченная как бе1. Виртуальные кнопки 528 показывают порядковый номер элемента и то, является ли элемент трубой или элементом стабилизатора, что может быть указано цветами (например, светло- или темно-серый) или текстом (например, стаб. или труба). Нажатие одной из виртуальных кнопок 528 переключает элемент от трубы к стабилизатору, и наоборот. Выбранный по умолчанию в настоящий момент тип трубы или стабилизатора устанавливается для нового переключенного элемента. Окна 529 редактирования инициализируются на метку соответствующей таблицы входных данных, которая считывается
- 17 015308 из файла, как, например, файл М1сго§ой Ехсе1™, или может модифицироваться путем ввода данных непосредственно в текстовое окно. Распечатывая окна 529 редактирования, можно изготавливать списки по заказу пользователя. Щелчок правой кнопкой мыши на одно из окон 529 редактирования дает всплывающее меню для выбора любого из ранее существующих элементов этого типа, после чего могут быть предварительно заполнены значения для внешнего диаметра ΟΌ, внутреннего диаметра ГО и другие параметры. Затем любое из окон 529 редактирования модифицируется после инициализации таким образом, чтобы обеспечить полное обеспечение соответствия требованиям заказчика изготовления компонентов ВНА оборудования.
В дополнение к спецификации топологической схемы проектной конфигурации ВНА оборудования экранный вид 520 включает в себя информацию о материале для каждого компонента в проектной конфигурации ВНА оборудования, как показано в текстовых окнах 524. В этом конкретном примере текстовые окна 524 включают в себя внешний диаметр (ΟΌ), внутренний диаметр (ГО), длину (1еп), полную длину (1оЙеп), момент инерции (тотлпег), вес в воздухе полный вес в воздухе (1оЫ), длину шейки (песк.1еп), длину лопасти (Ь1а6е.1еп), длину штыря (рт.1епд1й), зазор под измерителем лопасти стабилизатора (Ыабе/ид), выработанное пространство лопасти в процентах (орепагеа), коэффициент трения лопасти для вычисления момента из контактного поперечного усилия (ЫабеГпс) и материал (тай). Полная длина, полный вес и момент инерции вычисляются посредством моделирующей программы, а не пользователя, тогда как другие текстовые окна 524 могут редактироваться пользователем. Далее, чтобы моделировать необычные компоненты, можно переписывать вычисленное значение веса для заданного компонента. Например, если полный вес компонента известен, то его можно вводить в соответствующее текстовое окно 524 непосредственно, чтобы заменять значение в проектной конфигурации ВНА оборудования. Моделирующая программа может регулировать плотность материала, чтобы согласовать ее со значением, вводимым пользователем, основываясь на ΟΌ, ГО и суммарной длине компонента. Этот аспект полезен при согласовании значений жесткости и массы для компонентов, которые могут быть только приблизительными из-за некоторых геометрических факторов (например, шарошечный расширитель с вооружением долота, расположенным над торцом бурового долота). То есть оба значения, момент инерции и жесткость, могут согласовываться даже несмотря на то, что геометрия может быть не хорошо представлена посредством простого цилиндрического объекта. Таким образом, может генерироваться эквивалентный цилиндрический сегмент для аппроксимации динамических характеристик реального компонента бурового оборудования.
Моделирующая программа может включать в себя различные ограничения на позиционирование специфических компонентов в топологической схеме ВНА оборудования. Например, ВНА оборудование может начинаться с элемента буровой коронки и заканчиваться сегментом трубы. Аналогично, стабилизаторы могут не быть верхними компонентами топологической схемы ВНА оборудования.
В другом примере фиг. 5Г представляет иллюстративный экранный вид 530 панели конфигурации для описания проектной конфигурации ВНА оборудования В, к которому обращаются, выбирая ярлык 506Ь проекта ВНА оборудования. Экранный вид 530 включает в себя различные экранные кнопки управления 531 для специфической проектной конфигурации ВНА оборудования, как, например, название проектной конфигурации ВНА оборудования В, назначенный цвет светло-серый, тип линии пунктир и ширина линии как 3. Кроме того, описательный комментарий может быть обеспечен в текстовом окне 532. Экранный вид 530 включает в себя такие же виртуальные кнопки 526 и 527, как на фиг. 5Г, в дополнение к виртуальным окнам 538 и текстовым окнам 534 и 539, которые являются специфическими для задания проектных конфигураций ВНА оборудования В. В этом специфическом примере разница между А и В состоит в наддолотном стабилизаторе бурильной колонны в проектной конфигурации ВНА оборудования А. Этот компонент имеет тенденцию повышать зенитный угол наклона скважины для проектной конфигурации ВНА оборудования А, тогда как отсутствие этого компонента имеет тенденцию понижать угол наклона для проектной конфигурации ВНА оборудования В, как описано подробно ниже. Как только параметры и топологическая схема заданы для проектных конфигураций ВНА оборудования, проектные конфигурации ВНА оборудования могут проверяться пользователем путем просмотра графических и текстовых отображений проектной конфигурации ВНА оборудования, как видно на фиг. 6А и 6Б.
Фиг. 6А представляет собой экранный вид 600 графических отображений 602 и 604 различных проектных конфигураций ВНА оборудования, которые получаются путем выбора меню ВНЛ-Эгает 503. На этом экранном виде 600 проектная конфигурация ВНА оборудования А и проектная конфигурация ВНА оборудования В, к которым обращаются путем выбора ярлыков 506а-506Ь проекта ВНА оборудования, показываются как графически отображаемые индикациями в виртуальных флаговых кнопках 507а и 507Ь. В частности, графическое отображение 602 ассоциируется с проектной конфигурацией ВНА оборудования А и графическое отображение 604 ассоциируется с проектной конфигурацией ВНА оборудования В. Эти графические отображения 602 и 604 представляют топологические схемы компонентов соответствующих проектов.
На фиг. 6А виртуальные скользящие указатели 605-607 могут быть использованы для регулировки вдоль различных длин проектных конфигураций ВНА оборудования. В настоящем варианте осущест
- 18 015308 вления виртуальные скользящие указатели показаны как три отдельных элемента ползунка, один, чтобы управлять левым или верхним краем окна, один, чтобы управлять правым или нижним краем окна, и центральный элемент ползунка, чтобы позволить перемещать текущее окно фиксированного размера вдоль соответствующих осей набора данных. Возможны другие скользящие указатели без отклонения от этих функциональных возможностей обработки данных.
Чтобы перейти к статическим вычислениям, выбирается ярлык меню §1а11с §1а1е8-Огает (черчение статических состояний) 504 из панели меню 5-2. На фиг. 6Б экранный вид включает в себя графические отображения 612 и 614 различных проектных конфигураций ВНА оборудования. Графические отображения 612 и 614 представляют прогибы от статической нагрузки, испытываемые проектными конфигурациями ВНА оборудования из-за осевого нагружения и силы тяжести. На этом экранном виде 610 графическое отображение 612 ассоциируется с проектной конфигурацией ВНА оборудования А и графическое отображение 614 ассоциируется с проектной конфигурацией ВНА оборудования В. Эти графические отображения 612 и 614 иллюстрируют ВНА оборудование, лежащее на левом конце ствола скважины, с буровой коронкой, находящейся на левом конце оборудования. Виртуальные скользящие указатели 605-607 и ярлыки 506а-506Ь проекта ВНА оборудования наряду с виртуальными флаговыми кнопками 507а и 507Ь могут действовать, как обсуждалось выше на фиг. 6А. Кроме того, виртуальные скользящие указатели 616 и 618 могут быть использованы для регулировки АОВ нагрузки и зенитного угла наклона. В настоящем варианте осуществления, когда виртуальные скользящие указатели 616, 618 и другие подобные компоненты регулируются, соответствующие значения, отображаемые на панели СопПд фиг. 5Б, обновляются, чтобы синхронизировать различные компоненты моделирующей программы, которая использует такие же значения набора данных. После вычисления, при других вычислениях результатов и изображений используются обновленные значения, которые были выбраны.
Из ярлыка меню статических состояний можно выбрать опцию меню, помеченную состояния из панели меню 504, чтобы обеспечить экранный вид 620 фиг. 6В. На фиг. 6В экранный вид 620 представляет значения состояния, соответствующие результатам статической модели проектных конфигураций ВНА оборудования А и В, соответствующих прогибам, показанным на фиг. 6Б. В частности, графические отображения представляют отображение 622 смещения, отображение 623 угла наклона, отображение 624 изгибающего момента и отображение 625 усилия сдвига балки. Отображения 622-625 представляют проектную конфигурацию ВНА оборудования А как сплошную линию, тогда как проектная конфигурация ВНА оборудования В представлена как более жирная пунктирная линия. Проектные конфигурации ВНА оборудования в отображениях 622-625 измеряются в дюймах (ίη) для смещения, в градусах (бед) для угла наклона, в футофунтах (й-1Ь) для изгибающего момента и в фунтах (1Ь) для усилия сдвига балки, и эти значения изображаются в виде графика как функция расстояния от буровой коронки в футах (й). Если единицы моделирующей программы задаются в метрических или других единицах, то эти значения отображаются в соответствующих единицах. Три вертикальные скользящие указатели 626, 627 и 628 используются, чтобы давать изображение крупным планом заданного диапазона вдоль вертикальных осей графиков, причем все четыре графика обновляются одновременно по мере регулировки ползунков.
В этом примере полезными значениями являются статические значения поперечного усилия на буровую коронку (расстояния до буровой коронки равны нулю). Например, проектная конфигурация ВНА оборудования В имеет небольшое отрицательное поперечное усилие на буровую коронку, которое имеет тенденцию снижать зенитный угол наклона, и проектная конфигурация ВНА оборудования А имеет большее положительное значение, которое имеет тенденцию повышать зенитный угол наклона. По мере того как АОВ нагрузка и зенитный угол наклона варьируются, представляются обновленные значения и это можно повторять, заново выбирая требуемое действие. Из-за того что вычисления могут занимать определенное количество времени для обработки и может быть необходимым изменять несколько параметров перед запросом обновления, вариация входных параметров в моделирующей программе может не приводить к повторному вычислению результатов, представленных на экране без запроса пользователя. Это обеспечивает пользователя большей степенью управления по представленным данным. Однако вариации от этого протокола предполагаются в объеме изобретения.
Как можно понять, вышеописанные статические результаты полезны при определении, если проектные конфигурации ВНА оборудования имеют подходящие статические значения до перехода к динамическому анализу. Например, статические результаты могут показывать, что поперечное усилие на буровой коронке имеет отрицательное значение, что является полезной информацией для вертикальных скважин. Если приемлемым значением является отрицательное значение поперечного усилия (например, от несколько тысяч до тысячи фунтов для воротников бура большего размера), то операции бурения, применяющие проектную конфигурацию ВНА оборудования, могут иметь тенденцию снижать или увеличивать ствол скважины или угол наклона ствола скважины. Это обеспечивает стабильное ВНА оборудование с возвращающей силой для сохранения вертикального угла ствола скважины. Однако если значение поперечного усилия в возрастающей степени положительно для больших зенитных углов наклона, то ВНА оборудование может иметь тенденцию к увеличению угла. В общем случае в промышленности выведены соотношения между тенденцией ВНА оборудования повышать или снижать угол наклона и состояниями буровой коронки, а именно поперечного усилия и угла наклона относительно
- 19 015308 центральной линии ствола скважины.
В дополнение к статическим вычислениям и анализу также могут выполняться динамические вычисления. Например, два типа динамических вычислений могут упоминаться как мода Йех (изгибание) для динамического изгибания в поперечной плоскости и мода 1\νίιΤ' (завихрение) для движения завихрения, происходящего в результате эксцентриковых эффектов массы, что обсуждалось более подробно выше. Эти различные динамические вычисления могут быть опциями, обеспечиваемыми на панели меню 502, которые могут вызываться с помощью ярлыков меню Иех Оупатюк (динамика изгибания) и Т\уй1 Оупатюк (динамика завихрения).
Для примера фиг. 6Г представляет иллюстративный экранный вид 630 графических отображений 631-634, основанных на вычислениях моды поперечного изгибания в режиме динамики изгибания. Экранный вид 630 получают путем выбора Иех Иупатюк-Иех 8!а!е§ из меню 502. Эти графические отображения представляют собой отображение 631 смещения, отображение 632 угла наклона, отображение 633 изгибающего момента и отображение 634 усилия сдвига балки. Эти отображения 631-634 представляют проектную конфигурацию ВНА оборудования А как сплошную линию, тогда как проектная конфигурация ВНА оборудования В представлена как более жирная пунктирная линия. Проектные конфигурации ВНА оборудования в отображениях 631-634 вычисляют в дюймах (ίη) для смещения, в градусах (бед) для угла наклона, в футофунтах (й-1Ь) для изгибающего момента и в фунтах (1Ь) для усилия сдвига балки в зависимости от расстояния от буровой коронки в футах (й). Однако единицы не отображаются потому, что эти значения вычисляют для произвольного опорного ввода активизации и являются в этом смысле относительными значениями.
В общем случае абсолютные значения и соответствующие единицы в динамических режимах не имеют значения, так как цель этих вычислений - определить относительные количественные значения, сравнивающие два или несколько ВНА проектов. Таким образом, для одного и того же ввода активизации относительный отклик должен определяться для каждой проектной конфигурации ВНА оборудования. На фиг. 6Д пунктирные линии соответствуют более высоким амплитудам, чем сплошные линии, и таким образом для указанных условий (например, угол 12°, \У0В нагрузка 20 килофунтов, 100 об/мин и мода возбуждения однократной скорости вращения), проектная конфигурация ВНА оборудования В имеет тенденцию вибрировать больше, чем проектная конфигурация ВНА оборудования А.
Для настройки отображений 631-634 виртуальные скользящие указатели, такие как указатели наклона ствола скважины 616, указатель \У0В нагрузки 618, указатель числа оборотов в минуту 636 и указатель моды возбуждения 637 могут применяться для регулировки рабочих параметров для вычислений динамического состояния моды изгибания. Например, как показано на фиг. 6Г, значения параметров для указателей 616, 618, 636 и 637 указываются значениями, ассоциированными с соответствующими указателями 616, 618, 636 и 637 (например, угол 12°, \У0В нагрузка 20 килофунтов, число оборотов в минуту 100 и мода 1). Отклики векторов состояния (например, линии на графических отображениях 631-634) вычисляются для этого набора рабочих параметров. Соответственно, если требуется сравнительный анализ для отличного набора значений параметров, то указатели 616, 618, 636 и 637 используются для регулировки параметров для другого набора значений, которые должны моделироваться. Отклики векторов состояния могут заново вычисляться и отображаться для всех выбранных проектных конфигураций ВНА оборудования.
В дополнение к 2-мерным (2Ό) изображениям соответствующие значения параметров могут быть использованы для генерации 3-мерных (3Ό) изображений. Например, фиг. 6Д представляет иллюстративный экранный вид 640 3-мерного представления вычислений динамической моды изгибания, то есть полученное путем проверки опции Ρΐοΐ 3Ό на панели меню 502. На этом экранном виде 640 графическое отображение 641 является таковым проектной конфигурации ВНА оборудования А и графическое отображение 642 является таковым проектной конфигурации ВНА оборудования В. Каждое из таких отображений 641 и 642 показывает 3-мерное представление диапазонов КРМ, заданных от минимального до максимального значений параметров (например, угол 12°, \У0В нагрузка 20 килофунтов, 100 об/мин и мода возбуждения 1). Для каждого из этих вариантов выбора нанесенные на график статические значения выбираются из списка смещения, угла наклона, изгибающего момента и усилия сдвига балки, выбранных из меню, которое появляется, когда выбирается Иех Оупатюк-Иех Ьу 81а1е (а11 ВНЛ8) ((динамика изгибания - изгибание по состояниям (все ВНА)). Переменные состояния графически изображаются как функция расстояния от буровой коронки при заданной \У0В нагрузке и с варьируемым числом оборотов в минуту. Оси отображений 641 и 642 могут вращаться одинаковым или идентичным образом для надлежащей проекции. Далее, виртуальные скользящие указатели, такие как горизонтальный и виртуальный скользящий указатель 643 и вертикальный и виртуальный скользящий указатель 644, могут быть использованы для вращения изображений для альтернативных проекций. Это полезно для визуализации областей нулевого отклика, для которых вибрации прогнозируются как низкие в пределах диапазона числа оборотов в минуту вдоль всей длины ВНА оборудования.
Фиг. 6Е представляет иллюстративный экранный вид 645 3-мерного контурного графического представления проектных конфигураций ВНА оборудования в режиме динамики изгибания, полученно
- 20 015308 го путем проверки опции СопФшъ из опции меню динамики изгибания, и затем выбора соответствующей переменной состояния для отображения. На этом экранном виде 645 графическое отображение 646 является таковым проектной конфигурации ВНА оборудования А и графическое отображение 647 является таковым проектной конфигурации ВНА оборудования В. Данные, используемые для обеспечения этих отображений 646 и 647, такие же, как данные, используемые в отображениях 641 и 642 фиг. 6Д. На этом экранном виде 645 контурное затенение для каждого из отображений 646 и 647 может устанавливаться идентичным так, что самые высокие значения легко видны при визуальном наблюдении. Контурные отображения 646 и 647 представляют амплитуды отклика переменных состояния как функцию расстояния от буровой коронки в футах на оси х в зависимости от скорости вращения в КРМ на оси у для проектных конфигураций ВНА оборудования А и В при соответствующих параметрах. Альтернативно, оси по желанию могут меняться местами.
В дополнение к вычислениям режима динамики изгибания также могут быть обеспечены вычисления моды завихрения для оценки чувствительности проектной конфигурации ВНА оборудования к эксцентриковым эффектам массы, как показано на фиг. 6Ж-6И. Из-за того что вычисления завихрения применяются к условиям эксцентриковой нагрузки от собственной массы, которая синхронна со скоростью вращения (то есть возникает только разом со скоростью вращения), фиг. 6Ж-6И не включают в себя параметры моды возбуждения (то есть полоска прокрутки 637). Как один специфический пример вычислений завихрения, фиг. 6Ж представляет иллюстративный экранный вид 650 графических отображений 651-654, основанных на режиме динамики завихрения, полученный путем выбора ярлыка меню Р1ех Оупат1С5-Р1сх 81а1е5 из полоски меню 502. На этом экранном виде 650 графические отображения представляют собой отображение 651 смещения, отображение 652 угла наклона, отображение 653 изгибающего момента и отображение 654 усилия сдвига балки. Эти отображения 651-654 представляют проектную конфигурацию ВНА оборудования А как сплошную линию, тогда как проектная конфигурация ВНА оборудования В представлена как более жирная пунктирная линия. Обсуждение, касающееся единиц измерения для фиг. 6Г подобно обсуждению фиг. 6Ж (например, численные значения являются важными в относительной сравнительной основе).
Например, фиг. 6З представляет иллюстративный экранный вид 660 3-мерного представления проектных конфигураций ВНА оборудования в режиме завихрения путем проверки опции Ρ1οΐ 3Ό из ярлыка меню динамики завихрения и затем выбирая это отображение. В этом экранном виде 660 графическое отображение 661 является таковым проектной конфигурации ВНА оборудования А и графическое отображение 662 является таковым проектной конфигурации ВНА оборудования В. Каждое из таких отображений 661 и 662 показывает 3-мерное представление диапазонов КРМ, заданных от минимального до максимального значений (например, от 40 до 100 об/мин) для отклика ВНА оборудования вдоль длины оборудования для иллюстрируемых параметрических значений (угол наклона 12°, ΑΘΒ нагрузка 20 килофунтов). Как в примере фиг. 6Д, нанесенные на график статические значения выбираются из списка смещения, угла наклона, изгибающего момента и усилия сдвига балки, когда выбирается вариант меню Τ\νίιΊ Эупат1С5-Т^1г1 Ьу 81а1е5 (а11 ВНА8) ((динамика завихрения - завихрение по состояниям (все ВНА)). Оси отображений 661 и 662 могут вращаться одинаковым или идентичным образом для надлежащей проекции. Далее, виртуальные скользящие указатели, такие как горизонтальный виртуальный скользящий указатель 643 и вертикальный виртуальный скользящий указатель 644, могут быть использованы для вращения изображений в отображениях 661 и 662 для альтернативных проекций способом, подобным обсуждаемому выше для фиг. 6Д.
Фиг. 6И представляет иллюстративный экранный вид 670 3-мерного представления проектных конфигураций ВНА оборудования в режиме динамики завихрения, получаемый путем проверки опции меню СоШоига из ярлыка меню динамики завихрения, выбирая отображение Τ\νίιΊ Эупат1С5-Т^1г1 Ьу 81а1е5 (а11 ВНА8) ((динамика завихрения - завихрение по состояниям (все ВНА)), и выбирая состояние для экранного вида. На этом экранном виде 670 графическое отображение 671 является таковым проектной конфигурации ВНА оборудования А и графическое отображение 672 является таковым проектной конфигурации ВНА оборудования В. Данные, используемые для обеспечения этих отображений 671 и 672 такие же, как данные, используемые в отображениях 661 и 662 фиг. 6З. На этом экранном виде 670 контурное затенение снова устанавливается идентичным так, чтобы самые высокие значения были легко видны при визуальном наблюдении. Контурные отображения 671 и 672 представляют амплитуды отклика переменных состояния как функцию расстояния от буровой коронки в футах на оси х в зависимости от скорости вращения в КРМ на оси у для проектных конфигураций ВНА оборудования А и В при соответствующих параметрах. Альтернативно, оси по желанию могут меняться местами.
Для отображения всех состояний для одной выбранной проектной конфигурации ВНА оборудования опции меню Р1ех Эупат1С5-Пех Ьу ВНА (а11 81а1е8) ((динамика изгибания изгибание по ВНА (все состояния)) могут выбираться из полоски меню 502 с последующим выбором специфического ВНА оборудования из списка меню. С выбранной опцией Р1о1 3Ό для режима изгибания генерируется экранный вид 700 фиг. 7А. Проверка опции меню СоШошъ и выбор этого выхода будет генерировать экранный вид фиг. 7Б. Подобным способом можно также получить соответствующие 3-мерные представления для режима завихрения.
- 21 015308
Более подробно фиг. 7 А представляет иллюстративный экранный вид 700 3-мерного представления проектной конфигурации ВНА оборудования А для моды динамики изгибания. На этом экранном виде 700 3-мерные графические отображения представляют собой отображение 701 смещения, отображение 702 угла наклона, отображение 703 изгибающего момента и отображение 704 усилия сдвига балки. Каждое из таких отображений 701-704 показывает 3-мерное представление состояний и функций КРМ и расстояния от буровой коронки для соответствующих значений параметров (угол наклона ствола скважины, \νϋΒ нагрузка и мода возбуждения). Заметим, что эта мода не применима к случаю завихрения. Соответственно отображения 701-704 могут использоваться для размещения выгодных рабочих областей (например, установки рабочих параметров, которые уменьшают вибрации) для искомых проектных конфигураций ВНА оборудования и для проверки соотношений между переменными состояниями для заданной проектной конфигурации ВНА оборудования. Далее, виртуальные скользящие указатели, такие как горизонтальный виртуальный скользящий указатель 643 и вертикальный виртуальный скользящий указатель 644, могут быть использованы для вращения изображений для альтернативных проекций, как описано выше.
Фиг. 7Б представляет иллюстративный экранный вид 710 представления контурной карты для выбранной проектной конфигурации ВНА оборудования в режиме динамики изгибания или завихрения по выбору. Это отображение получается путем проверки опции меню СоШошь в панели прокрутки 502 меню и затем выбирая подходящий пункт меню для режимов изгибания завихрения. На этом экранном виде 710 3-мерные графические отображения представляют собой отображение 711 смещения, отображение 712 угла наклона, отображение 713 изгибающего момента и отображение 714 усилия сдвига балки. Каждое из таких отображений 711-714 основано на таких же данных, какие используются в отображениях 701-704 фиг. 7А.
Выбор ярлыка меню 1п6ех 2Ό (индекс двухмерный) на панели меню 502 обеспечивает дополнительные опции меню Р1ех 2Ό, Τ^ίτΐ 2Ό и ВНагех Р1о1 (изгибание, завихрение, построение графика ВНА оборудования), как иллюстрируется на экранном виде 800 фиг. 8А. Выбор одной из этих опций меню может вызвать отображение информационной панели 810, иллюстрируемой на фиг. 8Б, когда выполняются вычисления индекса (обычно не более нескольких минут). Вычисления или имитации выполняются для указанных зенитного угла наклона и нагрузки на буровую коронку для заданного диапазона КРМ чисел и запрошенного диапазона моды возбуждения, для каждой из выбранных проектных конфигураций ВНА оборудования. После выполнения каждой имитации для заданного набора параметров результаты сохраняются в памяти и могут быть использованы для вычисления динамического действия вибрации или эксплуатационных показателей, как описано выше. Когда вычисления выполнены, фиг. 8Б закрывается и результаты эксплуатационных показателей для выхода поперечного изгибания для режима изгибания обеспечивается по умолчанию, как видно на отображении 820 фиг. 8. Опции меню Р1ех 2Ό и Τ\νίιΊ 2Ό впоследствии могут быть использованы для отображения этих результатов, и опция меню ВРаге/ Р1о1 может быть использована для отображения только значения показателя кривизны по конечным точкам для совместимости с предыдущей моделирующей программой.
После того как вычисления выполнены, результаты показателя вибрации или отклики как функции скорости вращения представляются на экранном виде 820 фиг. 8В. На этом экранном виде 820 фиг. 8В четыре эксплуатационных показателя вибрации 822-825 показаны в зависимости от значений КРМ числа для фиксированной нагрузки на буровую коронку (20 килофунтов) и используя режимы до 6. Возвращаясь к обсуждаемым выше вычислениям эксплуатационных показателей, отклик 822 показателя вибрации соответствует среднеквадратичным значениям показателя передаваемой энергии упругой деформации; отклик 823 показателя вибрации представляет результаты для значений показателя энергии упругой деформации ВНА оборудования; отклик 824 показателя вибрации соответствует среднеквадратичным значениям показателя кривизны по конечным точкам и, наконец, отклик 825 показателя вибрации представляет значения показателя поперечного усилия стабилизатора ВНА оборудования или, альтернативно, одно из значений динамического показателя крутящего момента ВНА оборудования. На этих отображениях линии 822а, 822Ь, 823а, 823Ь, 824а, 824Ь, 825а и 825Ь соответствуют результатам для проектной конфигурации ВНА оборудования А и линии 822с, 8226, 823с, 8236, 824с, 8246, 825с и 8256 соответствуют результатам для проектной конфигурации ВНА оборудования В. Кроме того, жирные линии (а и с) представляют среднеквадратичные значения, усредненные по различным модам возбуждения и вычислениям конечных длин для моды изгибания (напомним, что мода завихрения вычисляется только для моды возбуждения однократной скорости вращения), и тонкие линии (Ь и 6) показывают результаты максимального показателя худшего случая. Если возбуждение самоподдерживается при условии худшего случая, то это значение является мерой того, насколько вредным это условие может быть для ВНА оборудования. В этих диаграммах 822-825 можно отметить, что результаты для проектной конфигурации ВНА оборудования А в основном ниже, чем результаты для проектной конфигурации ВНА оборудования В. Таким образом ожидается, что проектная конфигурация ВНА оборудования А должна проявлять более низкий вибрационный отклик, чем проектная конфигурация ВНА оборудования В, потому что отклик для ВНА А ниже, чем отклик для ВНА В для подобных условий активизации буровой коронки (то есть некоторые приложенные динамические нагрузки на буровую коронку и моды возбуждения).
- 22 015308
Набор горизонтальных панелей 828 на фиг. 8В представляет собой диагностический критерий для проверки того, встречались ли трудности численной сходимости для любой из мод возбуждения. Ярлык, который может быть окрашен, слева от панелей 828 показывает, какое из ВНА оборудований представляет соответствующая панель 828. Если панель вся белая (как показано в этом примере), то все из запрошенных режимов обрабатываются до завершения успешно. Если затененный светло-серый, то один режим не сходится, и не сходящийся режим (в основном наивысший уровень моды возбуждения) опускается из результатов. Если затененный темно-серый, то один или два режима были опущены и пользователь тем самым оказывается предупрежденным о том, что для модификации параметров с целью восстановления сходимости необходимо некоторое исследование.
Для вычислений режима динамики изгибания среднеквадратичное и максимальное значения основаны на различных комбинациях режимов и конечных длин, но для вычислений динамики завихрения среднеквадратичное и максимальное значения основаны только на различных конечных длинах. Результирующие значения показателей для некоторого диапазона скоростей вращения графических отображений 822-825 показывают рабочие условия, хотя визуальное наблюдение обеспечивает специфический эффективный рабочий диапазон или зону наилучшего восприятия проектных конфигураций ВНА оборудования. Этот эффективный рабочий диапазон может быть найден как интервал 5-10 об/мин (или больше), для которого отклик близок к минимуму. Некоторые примеры представляют более сильные тенденции минимального отклика, чем другие. В этом примере проектная конфигурация ВНА оборудования А предпочитается проектной конфигурации ВНА оборудования В по всему диапазону чисел оборотов в минуту. Если используется проектная конфигурация ВНА оборудования В, то может быть предпочтительная область вблизи 80 об/мин, кривая 822 среднеквадратичного показателя передаваемой энергии упругой деформации имеет незначительное углубление.
Результаты вычислений режима завихрения отображаются на экранном виде 830 фиг. 8Г, для которых показаны соответствующие значения показателей. На экранном виде 830 отклик 832 соответствует среднеквадратичным значениям показателя передаваемой энергии упругой деформации; отклик 833 иллюстрирует значения показателя энергии упругой деформации ВНА оборудования; отклик 834 соответствует среднеквадратичным значениям показателя кривизны по конечным точкам и, наконец, отклик 835 представляет значения показателя поперечного усилия ВНА оборудования или, альтернативно, одно из значений динамического показателя крутящего момента ВНА оборудования. Фиг. 8Г показывает, какой квадратичной может быть эта форма отклика модели. Матричный элемент эксцентриковой массы включает в себя скорость вращения в квадрате в качестве прямого входного усилия, как обсуждается выше.
Результаты для специфических отдельных конфигураций ВНА оборудования могут быть увеличены, чтобы заполнить доступную площадь экрана, как показано на экранном виде 840 на фиг. 8Д. На экранном виде 840 показатель кривизны по конечным точкам отображается для проектной конфигурации ВНА оборудования А. Он получается путем выбора опции меню ВНагсх Р1о1 (построение графика ВНА оборудования) из полоски меню 502.
Среднеквадратичные значения показателя режима изгибания графически изображаются как отклик 842, максимальные значения показателя режима изгибания представляются откликом 844 и среднеквадратичные значения режима завихрения обеспечиваются в отклике 846.
В дополнение к отображениям показателя поперечных колебаний также могут быть обеспечены сопоставимые значения показателя для других мод, таких как осевые вибрации и вибрации кручения. Соответственно следует понимать, что сравнимые отображения показателей вибрации могут быть обеспечены, чтобы содействовать сравнению тенденций вибрации среди различных проектных конфигураций ВНА оборудовании, а также для сравнения откликов на различных частотах других вибрационных мод. Например, эта моделирующая программа может быть использована, чтобы обеспечить проектные конфигурации ВНА оборудования, имеющие эффективные рабочие диапазоны с низкими уровнями отклика вибрации на всех модах, включая изгибание, завихрение, кручение, осевые и крутящие отклики. Комбинация настоящих методов с другими моделями, известными в уровне техники, вероятно, является полезным расширением этого метода и таким образом включается в более широкий способ, обсуждаемый здесь.
Ко второму способу заявки, режиму каротажа, можно обратиться с экранного вида 400 путем выбора второй виртуальной кнопки 404 фиг. 4. Если выбирается режим каротажа, то представляется экранный вид 900 пустой панели, как показано на фиг. 9А. Ярлыки меню в панели меню 902 представляют собой ярлык меню файлов, который помечен файл для печати, настройки параметров печати и команд выхода. Ярлык меню конфигурации, помеченный конфиг., запускает панель 510 конфигурации, иллюстрируемую на фиг. 5Б. Как обсуждалось выше, в альтернативном варианте осуществления информация конфигурации включает в себя скорость изменения зенитного угла наклона и азимутального угла и, в общем случае, также может включать данные геологоразведки буровой скважины для оценки динамического отклика для варьируемой геометрии буровой скважины. Меню 902 включает в себя опцию меню для установки входного набора данных из входных рабочих данных, собранных в полевых условиях, таких как иллюстрируются на фиг. 9Б и обсуждаются ниже; ярлык меню, помеченный время работы буровой коронки для запуска панели, задающей глубину погружения в скважину и глубину подъема из
- 23 015308 скважины, как показано на фиг. 9В; и ярлык меню вычисления, который помечен вычисление.
Также показанные на этом экранном виде 900 виртуальные кнопки 906а-906£ могут быть использованы для доступа и модификации различных проектных конфигураций ВНА оборудования, которые подобны обсуждаемым выше. В этом примере две проектные конфигурации ВНА оборудования, которые А ассоциированы с виртуальной кнопкой 906а, и В ассоциированы с виртуальной кнопкой 506Ь, конфигурируются, тогда как виртуальные кнопки 906с-906£ не имеют проектных конфигураций ВНА оборудования, ассоциированных с ними. Эти кнопки выполняют функции, идентичные кнопкам 506а-£ фиг. 5А.
Чтобы импортировать данные каротажа, выбирается входной файл с использованием ярлыка меню файла каротажа, чтобы получить данные в заданном формате. Как показано на фиг. 9Б, экранный вид 910 представляет данные каротажа, рассортированные в различные столбцы текстовых окон 912. В частности, для этого примера данные каротажа сортируются на столбцы текстовых окон глубины, нагрузки на буровую коронку \νϋΒ. числа оборотов в минуту ВРМ, механической скорости проходки ВОР и механической удельной энергии М8Е. Данные этих различных окон могут быть организованы в специфическом формате файлов, таком как М1сго8ой Ехсе1™. Данные каротажа могут включать в себя порядковый индекс (глубины или времени), νΟΒ нагрузку и число ВРМ в предпочтительных вариантах осуществления. Кроме того, в этом экранном виде 910 также обеспечиваются дополнительные данные, такие как механическая скорость проходки (ВОР) и механическая удельная энергия (М8Е). После того как моделирующая программа получила данные в заданном формате, переменные (например, νΟΒ, ВРМ, ВОР, М8Е и т.п.) могут графически изображаться в зависимости от глубины. Однако следует отметить, что в различных вариантах осуществления различные наборы данных каротажа могут быть доступны для сравнения с прогнозируемыми значениями. Например, другие наборы данных могут включать в себя скважинные или поверхностные измерения вибраций, данные свойств пласта или скальной породы, данные каротажа скважины, данные результатов исследования бурового раствора, а также любой другой параметр, который обеспечивается как функция глубины и/или времени. В предпочтительном варианте осуществления ярлыки меню могут включать в себя опции, которые дают доступ к процессам для прямого преобразования необработанных данных, измеренных в полевых условиях, из какого-нибудь одного формата, определяемого фирмой-поставщиком, в совместимый формат, вычислять данные М8Е энергии из необработанных входных данных и сравнивать с данными М8Е энергии, генерированными в полевых условиях, и импортировать набор данных, который был преобразован из данных, измеренных в полевых условиях, в формат, подобный 910 для ввода в представленную моделирующую программу.
Затем ярлык меню Вйгипк (время работы буровой коронки) меню 902 может выбираться, чтобы связывать импортированные данные каротажа с проектной конфигурацией ВНА оборудования для каждого интервала глубины, как показано на фиг. 9В. На фиг. 9В обеспечивается экранный вид 920 панели данных Βίίπιπδ. Экранный вид 920 может включать в себя панель меню 921 наряду с виртуальными кнопками 906а-906£, которые открывают панели описания ВНА оборудования, подобные обсуждаемым выше на фиг. 5В и 5Г. Соответственно, используя эти виртуальные кнопки, каждую из проектных конфигураций можно просматривать, обновлять или создавать.
Экранный вид 920 включает в себя виртуальные кнопки, чтобы добавлять или удалять линейные вводы времени работы буровой коронки, такие как виртуальные кнопки 922 вставки, помеченные ίηδ, и виртуальные кнопки 923 удаления, помеченные бе1. Виртуальные кнопки 922 и 923 обеспечивают механизм для модификации интервалов глубины по времени работы буровой коронки, присваивания топологических конфигураций ВНА оборудования специфическим интервалам глубины и другого управления вычислений, которые будут проводиться на следующем этапе обработки. Например, текстовые окна диапазонов глубины, как, например, текстовые окна 924 глубины погружения, помеченные Оер111 Ιη и текстовые окна 925 глубины подъема, помеченные Оер(11 Ои1, могут вводиться для каждой из проектных конфигураций ВНА оборудования, которые прогонялись в полевых условиях, так что соответствующий проект ассоциируется с соответствующими измерениями рабочих данных в полевых условиях. Далее, экранный вид 920 включает в себя кнопки 926 для выбора специфической проектной конфигурации ВНА оборудования для каждого линейного ввода, иллюстрирует назначенный цвет (например, светло-серый или темно-серый), как показано в цветных текстовых окнах 927. Кроме того, экранный вид 920 включает в себя область для отображения ассоциированных текстовых окон 928 комментариев.
После выполнения конфигурирования ярлык меню Са1си1а1е (вычисления) может быть выбран из полоски меню 902. Когда выбирается ярлык меню вычисления, прогнозы модели запускаются посредством рабочих параметров из импортированных данных каротажа с использованием соответствующей проектной конфигурации ВНА оборудования для каждого интервала. Результирующие динамические показатели действия вибрации могут отображаться, когда вычисления выполнены или по мере того, как они генерируются. Пример этого графического отображения обеспечивается на фиг. 9Г. На фиг. 9Г экранный вид 930 представляет прогнозированные результаты модели, графически изображенные рядом с другими значениями в полевых условиях, причем жирная окрашенная панель 936 иллюстрирует проектную конфигурацию ВНА оборудования, выбранную для каждого интервала глубины. То есть основанная на каротаже обработка обеспечивает диагностические отображения 932-935 характеристических рабочих и
- 24 015308 измеренных параметров (например, приложенная АОВ нагрузка 932 килофунта, скорость вращения 933 об/мин, отклик КОР скорости 934 фут/ч и отклик М8Е энергии в единицах нагрузки). Эти значения графически строятся в зависимости от глубины, что отображается вдоль вертикальной оси 931. Различные показатели действия вибрации для вычислений моды поперечного изгибания показаны справа от полоски выбора ВНА оборудования 936, как, например, показатель передаваемой энергии упругой деформации 937; показатель энергии упругой деформации ВНА оборудования 938; показатель поперечного усилия ВНА оборудования 939 и показатель кривизны по конечным точкам (то есть ВНагсх) 940. Четыре соответствующих значения для моды завихрения отображаются с номерами позиций 941 и 942. Виртуальные скользящие указатели 952-954 позволяют регулировать интервал глубины в отображениях.
Графическое построение прогнозированных результатов в формате каротажа обеспечивает способность проникновения в суть статуса вибрации сборок бурового оборудования и содействует пониманию результатов модели по сравнению с измеренными данными каротажа. Соответственно оно моделирует условия, испытываемые в буровой скважине, для увеличения или уменьшения вибраций. В дополнение настоящие методы обеспечивают графические отображения уровней вибрации, которые отражаются в изменениях в параметрах, таких как КОР, М8Е и любые измерения вибрации, собранные в полевых условиях. Дополнительные обеспеченные данные могут включать в себя данные каротажа, свойства пласта, времена прохождения звука, литологию, любые производные параметры, такие как жесткость пласта или значения напряжения, вычисленные из диаграмм дипольного акустического каротажа и т.п. Дополнительные прогнозы показателей вибрации также могут включать в себя осевые, крутильные и/или скачкообразные вибрационные моды, которые могут быть обеспечены любыми известными моделями, известными в отрасли.
Выгодно то, что моделирующая программа в режиме каротажа и вышеописанных способах может быть использована, чтобы обеспечивать большее проникновение в суть работы сборок ВНА оборудования в буровой скважине. Действительно опыт, полученный с применением инструментов моделирования проектов, описанных здесь, обеспечит информацию и понимание относительно способов управления вибрацией, полученных посредством модификации практики ВНА оборудования. Эти знания будут в форме лучшего понимания предпочтительных конфигураций, чтобы избежать генерации вибраций, а также практики, касающейся использования специализированного бурового оборудования, такого как раздвижные буровые расширители, шарошечные расширители, вращательные управляемые системы, буровые коронки со смещенным центром и другие типы новых буровых коронок, новые стабилизаторы, различные составы материалов и другое улучшенное буровое оборудование. Применение этих количественных методов проектирования позволит промышленности двигаться дальше известных приблизительных оценок динамических эксплуатационных показателей ВНА оборудования, чтобы развивать практику с использованием сравнительного анализа альтернативных проектов ВНА оборудования.
В одном из вариантов осуществления этот процесс может быть использован с процедурной схемой 100 фиг. 1. В специфическом примере в блоке 112 фиг. 1 измеренные данные сравниваются с вычисленными данными для выбранной проектной конфигурации ВНА оборудования. Затем переконструирование проектной конфигурации ВНА оборудования может выполняться с одной или несколькими дополнительными проектными конфигурациями ВНА оборудования. Эти дополнительные конфигурации могут включать в себя различные улучшения, которые приспосабливаются для решения проблем некоторых ограничителей, показанных из измеренных данных. Затем одна из конфигураций ВНА оборудования может быть выбрана для использования при бурении скважины. Таким образом, ограничитель может быть удален или уменьшен, чтобы повысить КОР скорость операций бурения.
В то время как методика настоящего изобретения может быть чувствительна к различным модификациям и альтернативным формам, обсуждаемые выше иллюстративные варианты осуществления показаны путем примера. Однако должно быть понятно, что изобретение не должно ограничиваться раскрытыми здесь конкретными вариантами осуществления. Действительно, методика настоящего изобретения должна охватывать все модификации, эквиваленты и альтернативы, находящиеся в пределах объема и сущности изобретения, которые определяются следующей приложенной формулой изобретения.
Claims (22)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Способ бурения скважины, заключающийся в том, что конструируют одну или более проектных конфигураций, причем каждая из конфигураций представляет по меньшей мере часть бурового оборудования, включающую в себя оборудование низа бурильной колонны (ВНА) и бурильную колонну;вычисляют по меньшей мере одну из (а) вибраций, передаваемых из нижнего сегмента ВНА оборудования в верхний сегмент ВНА оборудования, и (Ь) энергию вибрационной упругой деформации ВНА оборудования для определения одного или более эксплуатационных показателей, которые характеризуют показатели вибрации одной или нескольких проектных конфигураций;используют определенные эксплуатационные показатели одной или более проектных конфигураций для выбора по меньшей мере одной или более проектных конфигураций;- 25 015308 бурят по меньшей мере часть ствола скважины с использованием выбора по меньшей мере одной или более проектных конфигураций.
- 2. Способ по п.1, в котором выбирают две или более проектные конфигурации с вычисленными эксплуатационными показателями.
- 3. Способ по п.1, в котором вычисление одного или нескольких эксплуатационных показателей для одной или нескольких проектных конфигураций заключается в том, что строят математическую модель для каждой одной или нескольких проектных конфигураций;вычисляют результаты математической модели для заданных рабочих параметров и граничных условий;идентифицируют один или более из следующих параметров: смещение, угол наклона, изгибающий момента и усилие сдвига балки из результатов математической модели;определяют векторы состояния и матрицы из идентифицированных выходных данных математической модели и используют один или более векторов состояния и матриц для определения по меньшей мере одного показателя действия вибрации.
- 4. Способ по п.3, в котором для вычисления результатов модели используют двумерную или трехмерную модель конечных элементов, из которой идентифицируют векторы состояния и матрицы.
- 5. Способ по п.1, в котором вычисление одного или нескольких эксплуатационных показателей для одной или нескольких проектных конфигураций заключается в том, что строят модель с сосредоточенными параметрами одной или нескольких проектных конфигураций, причем модель с сосредоточенными параметрами имеет структуру откликов векторов состояния и передаточных функций матриц;определяют передаточную функцию массы элементов и передаточную функцию элементов балки для использования в модели;определяют граничные условия и активизацию системы для использования в модели и используют модель с сосредоточенными параметрами для генерации одного или нескольких эксплуатационных показателей.
- 6. Способ по п.5, в котором один или более эксплуатационных показателей содержит любую скалярную величину, выведенную из откликов вектора состояния, полученных для каждого набора граничных условий и активизации системы.
- 7. Способ по п.3, в котором рабочие параметры и граничные условия содержат первый набор моделирования и второй набор моделирования, причем первый набор рабочих параметров и граничных условий используется для моделирования по меньшей мере одного из параметров: статического изгибания, динамического поперечного изгибания и эксцентрикового завихрения, и второй набор рабочих параметров и граничных условий используется для моделирования другого одного из параметров: статического изгибания, динамического поперечного изгибания и эксцентрикового завихрения.
- 8. Способ по п.2, дополнительно заключающийся в том, что идентифицируют рабочие параметры и граничные условия и сравнивают переменные значения состояния в результатах для двух или нескольких проектных конфигураций, причем две или более проектные конфигурации подвергаются, по существу, подобному активизации системы.
- 9. Способ по п.1, в котором один или более эксплуатационных показателей содержат один или более из следующих параметров: показатель энергии упругой деформации ВНА оборудования, средний показатель передаваемой энергии упругой деформации, показатель передаваемой энергии упругой деформации, среднеквадратичный показатель поперечного усилия ВНА оборудования, среднеквадратичный показатель крутящего момента ВНА оборудования, суммарный показатель поперечного усилия ВНА оборудования, суммарный показатель крутящего момента ВНА оборудования и любую их математическую комбинацию.
- 10. Способ по п.9, в котором показатель энергии упругой деформации ВНА оборудования задается уравнением где ΡΙ - показатель энергии упругой деформации ВНА оборудования;Ь - индекс последнего элемента в нижнем сегменте каждой из проектных конфигураций;ί - индекс элемента в каждой из проектных конфигураций;М1 - изгибающий момент ί-го элемента в каждой из проектных конфигураций и (Е1)1 - изгибная жесткость ί-го элемента.
- 11. Способ по п.9, в котором средний показатель передаваемой энергии упругой деформации зада ется уравнением- 26 015308ΡΙ =1 Μ* (Ν-υ+ΐ&ΧΕΓ), где ΡΙ - средний показатель передаваемой энергии упругой деформации;ί - индекс элемента в каждой из проектных конфигураций;М1 - изгибающий момент ί-го элемента в каждой из проектных конфигураций;(Е1)1 - изгибная жесткость ί-го элемента;N - полное число элементов и и - первый элемент верхней части каждой из проектных конфигураций.
- 12. Способ по п.9, в котором показатель передаваемой энергии упругой деформации задается уравнениемN N- тт(тИ(.) /=и ы/16(^4 где ΡΙ - показатель передаваемой энергии упругой деформации;ί - индекс элемента в каждой из проектных конфигураций;М1 - изгибающий момент ί-го элемента в каждой из проектных конфигураций;(ΕΙ)ν - изгибная жесткость каждого элемента в верхней части в каждой из проектных конфигураций;N - полное число элементов и и - первый элемент верхней части каждой из проектных конфигураций.
- 13. Способ по п.9, в котором среднеквадратичный показатель поперечного усилия ВНА оборудования задается уравнением где ΡΙ - среднеквадратичный показатель поперечного усилия ВНА оборудования;_) - индекс элемента точек контакта между каждой из проектных конфигураций и моделированной буровой скважиной;С - число таких точек контакта;Е; - контактное усилие.
- 14. Способ по п.9, в котором суммарный показатель поперечного усилия ВНА оборудования зада- ется уравнениемС I | «=ΣΚΙ >1 где ΡΙ - суммарный показатель поперечного усилия ВНА оборудования;_) - индекс элемента точек контакта между каждой из проектных конфигураций и моделированной буровой скважиной;С - число таких точек контакта;Е| - контактное усилие.
- 15. Способ по п.9, в котором среднеквадратичный показатель крутящего момента ВНА оборудова- ния задается уравнением где ΡΙ - среднеквадратичный показатель крутящего момента ВНА оборудования;_) - индекс элемента точек контакта между каждой из проектных конфигураций и моделированной буровой скважиной;С - число таких точек контакта;Е| - контактное усилие;г, - радиус до точки контакта для приложенного рычага передачи момента и μ - соответствующий коэффициент трения в каждой соответствующей точке контакта.
- 16. Способ по п.9, в котором суммарный показатель крутящего момента ВНА оборудования задает ся уравнением с>1 где ΡΙ - суммарный показатель крутящего момента ВНА оборудования;_) - индекс элемента точек контакта между каждой из проектных конфигураций и моделированной буровой скважиной;С - число таких точек контакта;- 27 015308Ρ, - контактное усилие;г, - радиус до точки контакта для приложенного рычага передачи момента и μ - соответствующий коэффициент трения в каждой соответствующей точке контакта.
- 17. Способ по п.9, в котором среднеквадратичное значение (КМ8) значение одного или нескольких эксплуатационных показателей задается уравнением где ΡΙ' - среднеквадратичное значение выбранного эксплуатационного показателя;_) - индекс элемента;ΐ - индекс элемента;т - число мод возбуждения;η - число конечных длин ВНА оборудования и (ΡΙ),, - один из одного или нескольких эксплуатационных показателей для ί-го индекса т мод и )-го индекса η конечных длин в проектной конфигурации ВНА оборудования.
- 18. Способ по п.9, в котором максимальное значение одного или нескольких эксплуатационных показателей задается уравнениемРГ=шах{тах(77) } где ΡΙ' - максимальное значение выбранного эксплуатационного показателя;_) - индекс элемента;ΐ - индекс элемента;т - число мод возбуждения;η - число конечных длин ВНА оборудования и (ΡΙ),, - один из одного или нескольких эксплуатационных показателей для ί-го индекса т мод и )-го индекса η конечных длин в проектной конфигурации ВНА оборудования.
- 19. Способ добычи углеводородов, заключающийся в том, что обеспечивают проектную конфигурацию оборудования низа бурильной колонны, выбранную из способов по любому из пп.1-18;бурят буровую скважину к подземной формации с помощью бурового оборудования, основываясь на выбранной проектной конфигурации оборудования низа бурильной колонны;заканчивают скважину с помощью оборудования заканчивания и добывают углеводороды из подземной фракции.
- 20. Система моделирования бурения скважины, содержащая процессор; запоминающее устройство, соединенное с процессором; и набор считываемых компьютером инструкций, доступных для процессора, причем набор считываемых компьютером инструкций конфигурируют для конструирования по меньшей мере одной проектной конфигурации, причем каждая по меньшей мере из одной проектной конфигурации представляет по меньшей мере часть бурового оборудования, включающую в себя оборудование низа бурильной колонны (ВНА) и бурильную колонну;для вычисления одного или нескольких эксплуатационных показателей, которые характеризуют показатели вибрации по меньшей мере одной проектной конфигурации, причем показатели вибрации измеряются посредством по меньшей мере одной из (а) вибраций, передаваемых из нижнего сегмента ВНА оборудования в верхний сегмент ВНА оборудования, и (Ь) энергии вибрационной упругой деформации ВНА оборудования; и для отображения одного или нескольких эксплуатационных показателей по меньшей мере одной проектной конфигурации.
- 21. Система моделирования по п.20, в которой набор считываемых компьютером инструкций дополнительно конфигурируется для конструирования по меньшей мере одной проектной топологической схемы;ассоциирования общих рабочих параметров и граничных условий с каждой по меньшей мере из одной проектной топологической схемы;ассоциирования параметров оборудования с каждой по меньшей мере из одной проектной топологической схемы для создания по меньшей мере одной проектной конфигурации и одновременного отображения одного или нескольких вычисленных эксплуатационных показателей по меньшей мере одной проектной конфигурации.
- 22. Система моделирования по п.20, в которой один или более эксплуатационных показателей содержат один или более из следующих перечисленных параметров: показатель энергии упругой деформации ВНА оборудования, средний показатель передаваемой энергии упругой деформации, показатель передаваемой энергии упругой деформации, среднеквадратичный показатель поперечного усилия ВНА оборудования, среднеквадратичный показатель крутящего момента ВНА оборудования, суммарный показатель поперечного усилия ВНА оборудования, суммарный показатель крутящего момента ВНА обо-
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US89930507P | 2007-02-02 | 2007-02-02 | |
| PCT/US2007/025017 WO2008097303A2 (en) | 2007-02-02 | 2007-12-06 | Modeling and designing of well drilling system that accounts for vibrations |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200970728A1 EA200970728A1 (ru) | 2010-02-26 |
| EA015308B1 true EA015308B1 (ru) | 2011-06-30 |
Family
ID=38007323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200970728A EA015308B1 (ru) | 2007-02-02 | 2007-12-06 | Моделирование и расчет системы бурения скважины с учетом вибраций |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US8504342B2 (ru) |
| EP (1) | EP2108166B1 (ru) |
| AU (1) | AU2007346691B2 (ru) |
| BR (1) | BRPI0720903B8 (ru) |
| CA (1) | CA2674233C (ru) |
| DK (1) | DK2108166T3 (ru) |
| EA (1) | EA015308B1 (ru) |
| NO (1) | NO335170B1 (ru) |
| WO (1) | WO2008097303A2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2624494C2 (ru) * | 2012-12-28 | 2017-07-04 | Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. | Системы и способы корректировки нагрузки на долото и балансировки фаз |
| RU2663653C1 (ru) * | 2015-02-26 | 2018-08-08 | Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. | Улучшенная оценка искривления ствола скважины, основанная на результатах измерений изгибающего момента инструмента |
Families Citing this family (64)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8417495B2 (en) * | 2007-11-07 | 2013-04-09 | Baker Hughes Incorporated | Method of training neural network models and using same for drilling wellbores |
| US8589136B2 (en) * | 2008-06-17 | 2013-11-19 | Exxonmobil Upstream Research Company | Methods and systems for mitigating drilling vibrations |
| EP2359306B1 (en) * | 2008-11-21 | 2017-08-02 | Exxonmobil Upstream Research Company | Methods and systems for modeling, designing, and conducting drilling operations that consider vibrations |
| AU2014274573B2 (en) * | 2008-11-21 | 2015-12-10 | Exxonmobilupstream Research Company | Methods and systems for modeling, designing, and conducting drilling operations that consider vibrations |
| WO2011017626A1 (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-10 | Exxonmobil Upstream Research Company | Methods to estimate downhole drilling vibration amplitude from surface measurement |
| MY158575A (en) * | 2009-08-07 | 2016-10-14 | Exxonmobil Upstream Res Co | Methods to estimate downhole drilling vibration indices from surface measurement |
| US8453764B2 (en) | 2010-02-01 | 2013-06-04 | Aps Technology, Inc. | System and method for monitoring and controlling underground drilling |
| JP6193759B2 (ja) | 2010-08-06 | 2017-09-06 | エクソンモービル アップストリーム リサーチ カンパニー | 化学量論的燃焼の最適化システム及び方法 |
| WO2012018458A1 (en) | 2010-08-06 | 2012-02-09 | Exxonmobil Upstream Research Company | System and method for exhaust gas extraction |
| US8854373B2 (en) | 2011-03-10 | 2014-10-07 | Baker Hughes Incorporated | Graph to analyze drilling parameters |
| US9095886B2 (en) * | 2011-06-27 | 2015-08-04 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | Mill control system and method for control of metal strip rolling |
| US8688382B2 (en) * | 2011-07-25 | 2014-04-01 | Baker Hughes Incorporated | Detection of downhole vibrations using surface data from drilling rigs |
| US9574433B2 (en) | 2011-08-05 | 2017-02-21 | Petrohawk Properties, Lp | System and method for quantifying stimulated rock quality in a wellbore |
| US9181792B2 (en) * | 2011-10-05 | 2015-11-10 | Schlumberger Technology Corporation | Method for detecting and mitigating drilling inefficiencies |
| US9359881B2 (en) | 2011-12-08 | 2016-06-07 | Marathon Oil Company | Processes and systems for drilling a borehole |
| WO2013148362A1 (en) * | 2012-03-27 | 2013-10-03 | Exxonmobil Upstream Research Company | Designing a drillstring |
| CA2878468C (en) * | 2012-07-06 | 2020-06-23 | Technological Resources Pty Ltd | A method of, and a system for, drilling to a position relative to a geological boundary |
| US9262713B2 (en) * | 2012-09-05 | 2016-02-16 | Carbo Ceramics Inc. | Wellbore completion and hydraulic fracturing optimization methods and associated systems |
| CN102896557B (zh) * | 2012-09-17 | 2014-06-04 | 东北大学 | 一种车铣复合加工切削力测量方法 |
| CN103061736B (zh) * | 2012-12-26 | 2015-08-12 | 三一重工股份有限公司 | 旋挖钻机施工管理系统及旋挖钻机 |
| CN103061735B (zh) * | 2012-12-26 | 2015-08-12 | 三一重工股份有限公司 | 旋挖钻机动态显示控制系统及旋挖钻机 |
| US9000941B2 (en) * | 2013-02-20 | 2015-04-07 | Baker Hughes Incorporated | Alternating frequency time domain approach to calculate the forced response of drill strings |
| BR112015017950A2 (pt) * | 2013-02-27 | 2017-07-11 | Landmark Graphics Corp | método e sistema para prever eventos de perfuração, e, meio legível por computador não transitório |
| US9657523B2 (en) | 2013-05-17 | 2017-05-23 | Baker Hughes Incorporated | Bottomhole assembly design method to reduce rotational loads |
| US10385656B2 (en) | 2013-06-21 | 2019-08-20 | Landmark Graphics Corporation | Methods and systems for determining manufacturing and operating parameters for a deviated downhole well component |
| USD843381S1 (en) | 2013-07-15 | 2019-03-19 | Aps Technology, Inc. | Display screen or portion thereof with a graphical user interface for analyzing and presenting drilling data |
| US20150060150A1 (en) * | 2013-09-03 | 2015-03-05 | Halliburton Energy Services, Inc. | Mass balancing drill bit design methods and manufacturing |
| US9435187B2 (en) | 2013-09-20 | 2016-09-06 | Baker Hughes Incorporated | Method to predict, illustrate, and select drilling parameters to avoid severe lateral vibrations |
| US20150083493A1 (en) * | 2013-09-25 | 2015-03-26 | Mark Ellsworth Wassell | Drilling System and Associated System and Method for Monitoring, Controlling, and Predicting Vibration in an Underground Drilling Operation |
| US10472944B2 (en) | 2013-09-25 | 2019-11-12 | Aps Technology, Inc. | Drilling system and associated system and method for monitoring, controlling, and predicting vibration in an underground drilling operation |
| US9857271B2 (en) | 2013-10-10 | 2018-01-02 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Life-time management of downhole tools and components |
| US9976405B2 (en) | 2013-11-01 | 2018-05-22 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Method to mitigate bit induced vibrations by intentionally modifying mode shapes of drill strings by mass or stiffness changes |
| CN105849363B (zh) * | 2013-12-06 | 2019-10-18 | 哈利伯顿能源服务公司 | 控制井底组合件的计算机实施方法和井筒系统 |
| US20150185363A1 (en) * | 2013-12-26 | 2015-07-02 | Baker Hughes Incorporated | Data visualization in borehole systems |
| US11634979B2 (en) * | 2014-07-18 | 2023-04-25 | Nextier Completion Solutions Inc. | Determining one or more parameters of a well completion design based on drilling data corresponding to variables of mechanical specific energy |
| US10053913B2 (en) | 2014-09-11 | 2018-08-21 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Method of determining when tool string parameters should be altered to avoid undesirable effects that would likely occur if the tool string were employed to drill a borehole and method of designing a tool string |
| US10443202B2 (en) * | 2014-10-21 | 2019-10-15 | Terracon | Pile design optimization |
| CA2978553C (en) | 2015-03-02 | 2022-06-21 | C&J Energy Services, Inc. | Well completion system and method |
| WO2016160013A1 (en) * | 2015-04-01 | 2016-10-06 | Halliburton Energy Services, Inc. | Determining the optimal radius of a thrust bearing in a well tool |
| WO2017034550A1 (en) | 2015-08-25 | 2017-03-02 | Halliburton Energy Services, Inc. | Torque transmission joint with shape-memory alloy cladding for a bottom-hole assembly |
| US10337295B2 (en) | 2015-12-28 | 2019-07-02 | Exxonmobil Upstream Research Company | Methods to determine composite vibration indices of a drilling assembly |
| US10878145B2 (en) | 2015-12-29 | 2020-12-29 | Halliburton Energy Services, Inc. | Bottomhole assembly design and component selection |
| US20170218733A1 (en) * | 2016-01-29 | 2017-08-03 | Baker Hughes Incorporated | Model based testing of rotating borehole components |
| WO2017138220A1 (ja) * | 2016-02-12 | 2017-08-17 | ソニー株式会社 | 情報処理方法および情報処理装置 |
| WO2017160272A1 (en) | 2016-03-14 | 2017-09-21 | Halliburton Energy Services, Inc. | Downhole vibration characterization |
| WO2018106248A1 (en) * | 2016-12-08 | 2018-06-14 | Halliburton Energy Services, Inc. | Bottomhole assembly (bha) stabilizer or reamer position adjustment methods and systems employing a cost function |
| EP3601727A1 (en) | 2017-03-31 | 2020-02-05 | ExxonMobil Upstream Research Company | Method for drilling wellbores utilizing a drill string assembly optimized for stick-slip vibration conditions |
| US11536128B2 (en) | 2017-03-31 | 2022-12-27 | Exxonmobil Upstream Research Company | Method for drilling wellbores utilizing drilling parameters optimized for stick-slip vibration conditions |
| CN108694258B (zh) * | 2017-04-10 | 2021-09-07 | 中国石油化工股份有限公司 | 用于施工方案预演优化的钻井井下虚拟仿真方法及系统 |
| WO2019000418A1 (zh) * | 2017-06-30 | 2019-01-03 | 上海联影医疗科技有限公司 | 组织密度分析方法及系统 |
| US11215033B2 (en) * | 2018-05-16 | 2022-01-04 | Saudi Arabian Oil Company | Drilling trouble prediction using stand-pipe-pressure real-time estimation |
| CN109145392A (zh) * | 2018-07-27 | 2019-01-04 | 中国石油天然气集团有限公司 | 钻具组合结构优化配置方法及装置 |
| NO20210101A1 (en) * | 2018-08-30 | 2021-01-26 | Landmark Graphics Corp | Automated production history matching using bayesian optimization |
| US11704453B2 (en) * | 2019-06-06 | 2023-07-18 | Halliburton Energy Services, Inc. | Drill bit design selection and use |
| GB2599554B (en) * | 2019-07-30 | 2023-01-18 | Landmark Graphics Corp | Predictive torque and drag estimation for real-time drilling |
| CN110424950B (zh) * | 2019-08-05 | 2022-06-24 | 西南石油大学 | 一种随钻测量装置的应变片布置方式及电桥接桥方法 |
| NO20220337A1 (en) | 2019-09-12 | 2022-03-21 | Baker Hughes Oilfield Operations Llc | Vibration isolating coupler for reducing vibrations in a drill string |
| US11531790B2 (en) | 2020-01-03 | 2022-12-20 | Halliburton Energy Services, Inc. | Tool string design using machine learning |
| US11748531B2 (en) | 2020-10-19 | 2023-09-05 | Halliburton Energy Services, Inc. | Mitigation of high frequency coupled vibrations in PDC bits using in-cone depth of cut controllers |
| US11687690B2 (en) | 2020-10-19 | 2023-06-27 | Halliburton Energy Services, Inc. | Mitigation of cutting-induced stick-slip vibration during drilling with drill bits having depth of cut controllers |
| US11694415B2 (en) * | 2020-10-28 | 2023-07-04 | Autodesk, Inc. | Techniques for training a machine learning model to modify portions of shapes when generating designs for three-dimensional objects |
| US20230131106A1 (en) * | 2021-10-27 | 2023-04-27 | Halliburton Energy Services, Inc. | Design of service improvements using adaptive models derived from classified vibration mechanisms |
| WO2024030598A1 (en) * | 2022-08-04 | 2024-02-08 | Baker Hughes Oilfield Operations Llc | Optimal bottom hole assembly configuration |
| WO2024085888A1 (en) * | 2022-10-19 | 2024-04-25 | Halliburton Energy Services, Inc. | Bottomhole assembly modeling |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6603472B2 (en) * | 1993-01-11 | 2003-08-05 | Sun Microsystems, Inc. | Visualization system including data navigator for use with digital computer system |
| US20040221985A1 (en) * | 2003-04-23 | 2004-11-11 | T H Hill Associates, Inc. | Drill string design methodology for mitigating fatigue failure |
| US7082371B2 (en) * | 2003-05-29 | 2006-07-25 | Carnegie Mellon University | Fundamental mistuning model for determining system properties and predicting vibratory response of bladed disks |
| US7139689B2 (en) * | 2000-10-11 | 2006-11-21 | Smith International, Inc. | Simulating the dynamic response of a drilling tool assembly and its application to drilling tool assembly design optimization and drilling performance optimization |
| US20070021857A1 (en) * | 2000-10-11 | 2007-01-25 | Smith International, Inc. | Methods for selecting bits and drilling tool assemblies |
Family Cites Families (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4903245A (en) | 1988-03-11 | 1990-02-20 | Exploration Logging, Inc. | Downhole vibration monitoring of a drillstring |
| US5159577A (en) | 1990-10-09 | 1992-10-27 | Baroid Technology, Inc. | Technique for reducing whirling of a drill string |
| US5313829A (en) | 1992-01-03 | 1994-05-24 | Atlantic Richfield Company | Method of determining drillstring bottom hole assembly vibrations |
| US5321981A (en) | 1993-02-01 | 1994-06-21 | Baker Hughes Incorporated | Methods for analysis of drillstring vibration using torsionally induced frequency modulation |
| US5358059A (en) | 1993-09-27 | 1994-10-25 | Ho Hwa Shan | Apparatus and method for the dynamic measurement of a drill string employed in drilling |
| US5842149A (en) | 1996-10-22 | 1998-11-24 | Baker Hughes Incorporated | Closed loop drilling system |
| US6206108B1 (en) * | 1995-01-12 | 2001-03-27 | Baker Hughes Incorporated | Drilling system with integrated bottom hole assembly |
| US5560439A (en) | 1995-04-17 | 1996-10-01 | Delwiche; Robert A. | Method and apparatus for reducing the vibration and whirling of drill bits and the bottom hole assembly in drilling used to drill oil and gas wells |
| DE69636054T2 (de) | 1995-10-23 | 2006-10-26 | Baker Hugues Inc., Houston | Drehbohrsystem in geschlossener schleife |
| FR2750159B1 (fr) | 1996-06-24 | 1998-08-07 | Inst Francais Du Petrole | Methode et systeme d'estimation en temps reel d'au moins un parametre lie au comportement d'un outil de fond de puits |
| US7413032B2 (en) | 1998-11-10 | 2008-08-19 | Baker Hughes Incorporated | Self-controlled directional drilling systems and methods |
| US6467557B1 (en) | 1998-12-18 | 2002-10-22 | Western Well Tool, Inc. | Long reach rotary drilling assembly |
| US7020597B2 (en) | 2000-10-11 | 2006-03-28 | Smith International, Inc. | Methods for evaluating and improving drilling operations |
| US20050273304A1 (en) | 2000-03-13 | 2005-12-08 | Smith International, Inc. | Methods for evaluating and improving drilling operations |
| US7251590B2 (en) * | 2000-03-13 | 2007-07-31 | Smith International, Inc. | Dynamic vibrational control |
| US7693695B2 (en) | 2000-03-13 | 2010-04-06 | Smith International, Inc. | Methods for modeling, displaying, designing, and optimizing fixed cutter bits |
| US7464013B2 (en) | 2000-03-13 | 2008-12-09 | Smith International, Inc. | Dynamically balanced cutting tool system |
| US9482055B2 (en) | 2000-10-11 | 2016-11-01 | Smith International, Inc. | Methods for modeling, designing, and optimizing the performance of drilling tool assemblies |
| US6438495B1 (en) | 2000-05-26 | 2002-08-20 | Schlumberger Technology Corporation | Method for predicting the directional tendency of a drilling assembly in real-time |
| US6443242B1 (en) | 2000-09-29 | 2002-09-03 | Ctes, L.C. | Method for wellbore operations using calculated wellbore parameters in real time |
| NO325151B1 (no) | 2000-09-29 | 2008-02-11 | Baker Hughes Inc | Fremgangsmate og apparat for dynamisk prediksjonsstyring ved boring ved bruk av neurale nettverk |
| US6817425B2 (en) | 2000-11-07 | 2004-11-16 | Halliburton Energy Serv Inc | Mean strain ratio analysis method and system for detecting drill bit failure and signaling surface operator |
| US7357197B2 (en) | 2000-11-07 | 2008-04-15 | Halliburton Energy Services, Inc. | Method and apparatus for monitoring the condition of a downhole drill bit, and communicating the condition to the surface |
| US6481501B2 (en) * | 2000-12-19 | 2002-11-19 | Intevep, S.A. | Method and apparatus for drilling and completing a well |
| US6654691B2 (en) * | 2002-02-08 | 2003-11-25 | Schlumberger Technology Corporation | Well-log presentation, software and method thereof |
| US6968909B2 (en) | 2002-03-06 | 2005-11-29 | Schlumberger Technology Corporation | Realtime control of a drilling system using the output from combination of an earth model and a drilling process model |
| FR2843202B1 (fr) * | 2002-08-05 | 2004-09-10 | Inst Francais Du Petrole | Methode pour former un modele representatif de la distribution d'une grandeur physique dans une zone souterraine, affranchi de l'effet de bruits correles entachant des donnees d'exploration |
| US6662110B1 (en) | 2003-01-14 | 2003-12-09 | Schlumberger Technology Corporation | Drilling rig closed loop controls |
| WO2004090285A1 (en) | 2003-03-31 | 2004-10-21 | Baker Hughes Incorporated | Real-time drilling optimization based on mwd dynamic measurements |
| US7962319B2 (en) | 2004-03-04 | 2011-06-14 | Halliburton Energy Services, Inc. | Method and system for updating reliability prediction models for downhole devices |
| US7054750B2 (en) | 2004-03-04 | 2006-05-30 | Halliburton Energy Services, Inc. | Method and system to model, measure, recalibrate, and optimize control of the drilling of a borehole |
| US7219747B2 (en) * | 2004-03-04 | 2007-05-22 | Halliburton Energy Services, Inc. | Providing a local response to a local condition in an oil well |
| US7730967B2 (en) | 2004-06-22 | 2010-06-08 | Baker Hughes Incorporated | Drilling wellbores with optimal physical drill string conditions |
| GB2417966A (en) * | 2004-08-16 | 2006-03-15 | Halliburton Energy Serv Inc | Roller cone drill bits with optimized bearing structure |
| US7954559B2 (en) | 2005-04-06 | 2011-06-07 | Smith International, Inc. | Method for optimizing the location of a secondary cutting structure component in a drill string |
| EP1929117A1 (en) * | 2005-08-08 | 2008-06-11 | Halliburton Energy Services, Inc. | Methods and systems for designing and/or selecting drilling equipment with desired drill bit steerability |
| US7748474B2 (en) | 2006-06-20 | 2010-07-06 | Baker Hughes Incorporated | Active vibration control for subterranean drilling operations |
| CN101600851A (zh) | 2007-01-08 | 2009-12-09 | 贝克休斯公司 | 动态控制钻进故障的钻进组件和系统及利用该钻进组件和系统进行钻井的方法 |
-
2007
- 2007-12-06 EP EP07867653.3A patent/EP2108166B1/en not_active Not-in-force
- 2007-12-06 CA CA2674233A patent/CA2674233C/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-12-06 DK DK07867653.3T patent/DK2108166T3/da active
- 2007-12-06 US US12/517,526 patent/US8504342B2/en active Active
- 2007-12-06 EA EA200970728A patent/EA015308B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2007-12-06 WO PCT/US2007/025017 patent/WO2008097303A2/en active Search and Examination
- 2007-12-06 BR BRPI0720903A patent/BRPI0720903B8/pt not_active IP Right Cessation
- 2007-12-06 AU AU2007346691A patent/AU2007346691B2/en not_active Ceased
-
2009
- 2009-08-28 NO NO20092903A patent/NO335170B1/no not_active IP Right Cessation
-
2013
- 2013-06-24 US US13/925,466 patent/US9483586B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6603472B2 (en) * | 1993-01-11 | 2003-08-05 | Sun Microsystems, Inc. | Visualization system including data navigator for use with digital computer system |
| US7139689B2 (en) * | 2000-10-11 | 2006-11-21 | Smith International, Inc. | Simulating the dynamic response of a drilling tool assembly and its application to drilling tool assembly design optimization and drilling performance optimization |
| US20070021857A1 (en) * | 2000-10-11 | 2007-01-25 | Smith International, Inc. | Methods for selecting bits and drilling tool assemblies |
| US20040221985A1 (en) * | 2003-04-23 | 2004-11-11 | T H Hill Associates, Inc. | Drill string design methodology for mitigating fatigue failure |
| US7082371B2 (en) * | 2003-05-29 | 2006-07-25 | Carnegie Mellon University | Fundamental mistuning model for determining system properties and predicting vibratory response of bladed disks |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2624494C2 (ru) * | 2012-12-28 | 2017-07-04 | Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. | Системы и способы корректировки нагрузки на долото и балансировки фаз |
| RU2663653C1 (ru) * | 2015-02-26 | 2018-08-08 | Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. | Улучшенная оценка искривления ствола скважины, основанная на результатах измерений изгибающего момента инструмента |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2674233A1 (en) | 2008-08-14 |
| US9483586B2 (en) | 2016-11-01 |
| EP2108166B1 (en) | 2013-06-19 |
| EP2108166A4 (en) | 2011-05-18 |
| DK2108166T3 (da) | 2013-09-23 |
| AU2007346691B2 (en) | 2013-01-31 |
| NO20092903L (no) | 2009-10-30 |
| CA2674233C (en) | 2016-02-09 |
| AU2007346691A1 (en) | 2008-08-14 |
| US20130282342A1 (en) | 2013-10-24 |
| BRPI0720903B1 (pt) | 2019-06-04 |
| EA200970728A1 (ru) | 2010-02-26 |
| EP2108166A2 (en) | 2009-10-14 |
| WO2008097303A3 (en) | 2008-10-02 |
| US8504342B2 (en) | 2013-08-06 |
| WO2008097303A2 (en) | 2008-08-14 |
| BRPI0720903A2 (pt) | 2014-03-25 |
| BRPI0720903B8 (pt) | 2019-10-15 |
| NO335170B1 (no) | 2014-10-06 |
| US20100032165A1 (en) | 2010-02-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA015308B1 (ru) | Моделирование и расчет системы бурения скважины с учетом вибраций | |
| US8214188B2 (en) | Methods and systems for modeling, designing, and conducting drilling operations that consider vibrations | |
| US11125070B2 (en) | Real time drilling monitoring | |
| Bailey et al. | Managing drilling vibrations through BHA design optimization | |
| US8489374B2 (en) | Three dimensional well block radius determiner machine and related computer implemented methods and program products | |
| Hutchinson et al. | Optimizing drilling by simulation and automation with big data | |
| AlBahrani et al. | Building an Integrated Drilling Geomechanics Model Using a Machine-Learning-Assisted Poro-Elasto-Plastic Finite Element Method | |
| Shor et al. | Progress Toward an Open-Source Drilling Community: Contributing and Curating Models | |
| US20170138157A1 (en) | Methods for analyzing and optimizing drilling tool assemblies | |
| Field et al. | Techniques for successful application of dynamic analysis in the prevention of field-induced vibration damage in MWD tools | |
| Hohl et al. | Development of an efficient Vibration Modeling Technique for Design-Related Optimization of Tools in the Global Drilling Environment | |
| Hutchinson et al. | Simulation Validation, Calibration and Fidelity of a Dynamic Downhole Drilling Phenomenon | |
| AU2014274573B2 (en) | Methods and systems for modeling, designing, and conducting drilling operations that consider vibrations | |
| AlBahrani et al. | Quantifying the Effect of Stress Hysteresis on the Drilling Window: How Mud Weight Variations Can Affect Wellbore Strength | |
| Reichert et al. | Coiled Tubing Vibration and Premature Failure | |
| Albahrani | An Automated Drilling Geomechanics Simulator Using Machine-Learning Assisted Elasto-Plastic Finite Element Model | |
| Liyanarachchi et al. | Improved stiff string torque and drag prediction using a computationally efficient contact algorithm |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KG MD TJ |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): KZ TM RU |