JP6895997B2 - 掘削中のボアホール掘削装置のダウンホール速度およびダウンホールトルクを推定するための方法および装置、ボアホール装置、ならびに、コンピュータプログラム製品 - Google Patents
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Description
− 前記ボアホール掘削装置の2ポートスペクトル領域伝達行列計算モデル(two-port spectral domain transfer matrix computational model)の伝達行列成分を取得するステップであって、前記計算モデルは前記ボアホール掘削装置の減衰特性を含み、前記ダウンホール速度とダウンホールトルクは従属変数であり、前記回転上端駆動速度と前記上端駆動トルクは独立変数である、ステップと、
− 掘削中に、前記回転上端駆動速度および上端駆動トルクを取得するステップと、
− 前記得られた伝達行列成分から、前記ボアホール掘削装置の前記ダウンホール速度および前記ダウンホールトルクの少なくとも一方、前記上端駆動速度および前記上端駆動トルクを計算するステップと、
を備え、
前記計算するステップは、
− 前記計算のスペクトル帯域幅を減少させるステップであって、前記減少された帯域幅は、前記計算において限られた数の高次スペクトルモードを含むように選択される、ステップと、
− 前記スペクトル領域において、前記計算に時間遅延項を適用するステップであって、前記時間遅延項は、因果的時間領域解(causal time domain solution)を可能にするように選択される、ステップと、
− 前記減少された帯域幅および追加された時間遅延項を適用することから、前記ボアホール掘削装置の前記ダウンホール速度およびダウンホールトルクの少なくとも一方を計算するステップと、
を備える。
− 前記伝達行列成分のスペクトル帯域幅を減少させるステップであって、前記減少された帯域幅は、前記伝達行列成分に限られた数の高次スペクトルモードを含むように選択される、ステップと、
− 前記スペクトル領域において、前記伝達行列成分のそれぞれに時間遅延項を追加するステップであって、前記時間遅延は、因果的時間領域解を可能にするように選択される、ステップと、
− 前記修正された伝達行列成分を使用して、前記ボアホール掘削装置の前記ダウンホール速度およびダウンホールトルクの少なくとも一方を計算するステップと、
によって適用される。
ここで、M11(s)、M12(s)、M21(s)およびM22(s)は、帯域幅制限および時間遅延項修正スペクトル伝達行列伝達関数成分を表し、
ωdhは、ダウンホール速度を表し、
Tdhは、ダウンホールトルクを表し、
ωtdは、得られた上端駆動速度を表し、
Trefは、指令された上端駆動トルクを表し、
τdは、速度制御装置の時間遅延を表し、かつ、
sは、ラプラス変換演算子を表す。
− 前記ボアホール掘削装置の2ポートスペクトル領域伝達行列計算モデルの伝達行列成分を取得し、前記計算モデルは前記ボアホール掘削装置の減衰特性を含み、前記ダウンホール速度とダウンホールトルクは従属変数であり、前記回転上端駆動速度と前記上端駆動トルクは独立変数であり、
− 掘削中に、前記回転上端駆動速度および上端駆動トルクを取得し、
− 前記得られた伝達行列成分から、前記ボアホール掘削装置の前記ダウンホール速度および前記ダウンホールトルクの少なくとも一方、前記上端駆動速度および前記上端駆動トルクを計算する、
ように構成された、コンピュータ制御された掘削作業オブザーバシステムを備え、
前記計算することは、
− 前記計算のスペクトル帯域幅を減少させ、前記減少された帯域幅は、前記計算において限られた数の高次スペクトルモードを含むように選択され、
− 前記スペクトル領域において、前記計算に時間遅延項を適用し、前記時間遅延項は、因果的時間領域解を可能にするように選択され、
− 前記減少された帯域幅および追加された時間遅延項を適用することから、前記ボアホール掘削装置の前記ダウンホール速度およびダウンホールトルクの少なくとも一方を計算する、
ことを備える
γ=伝搬係数[1/m]
Y0=特性アドミタンス[Nms/rad]
Z0=1/Y0=特性インピーダンス[rad/Nms]
L=ドリルストリングの長さ[m]
cosh(γL)=(eγL+e−γL)/2
sinh(γL)=(eγL−e−γL)/2
ω1=ドリルストリングの上端の回転速度[rad/s]
T1=ドリルストリングの上端のトルク[Nm]
ωN=ドリルストリングの下端の回転速度[rad/s]
TN=ドリルストリングの下端のトルク[Nm]。
κ・IP・dx≡ドリルストリング部の壁の減衰または外部摩擦Ynext、
(G・IP)/(s・dx)≡ドリルストリング部のねじり剛性Kn,n+1、および、
δ・IP/dx≡ドリルストリング部の材料の減衰または内部摩擦Ynint。
Ybha=集中ボトムホールアセンブリの摩擦
ωbit=回転ビット速度
ωN=ドリルストリングの下端の回転速度
Tbit=ドリルビットで働くトルク
TN=ドリルストリングの下端で働くトルク
s=ラプラス変換演算子。
τd=速度制御装置の時間遅延
ωtd=得られたドリルストリングの上端の回転ビット速度
ω1=ドリルストリングの上端の回転速度
Tref=指令された上端駆動トルク
T1=ドリルストリングの上端のトルク
s=ラプラス変換演算子。
ωdh=ダウンホールスピード、
Tdh=ダウンホールトルク、
ωtd=得られた上端駆動速度、
Tref=指令された上端駆動トルク、
τd=速度制御装置の時間遅延、および、
s=ラプラス変換演算子。
それはドリルストリングの長さの前後である。
伝搬係数γ=3.1404 10−4 [1/m]
特性アドミタンスY0=377.71 [Nms/rad]
特性インピーダンスZ0=0.0026476 [rad/Nms]
上端慣性Jtd=1060 [kgm2]
集中ボトムホール慣性Jbha=105.5 [kgm2]
集中摩擦力Ybha=4.03 [Nms/rad]
ドリルストリング長さL=3804 [m]
比外部摩擦κ=398.2 [Ns/m4]
比内部摩擦δ=2.757 10−8 [Ns/m2]
Claims (18)
- 地中構造にボアホールを掘削する間のボアホール掘削装置のダウンホール速度およびダウンホールトルクの少なくとも一方を推定する方法であって、前記ボアホール掘削装置は、回転駆動システムと、ドリルビットおよび前記回転駆動システムに結合された上端を含むボトムホールアセンブリを有するドリルストリングと、上端駆動トルクを指令することによって回転上端駆動速度を制御するように構成された速度制御装置とを備え、前記方法は、コンピュータで実行され、かつ、
− 前記ボアホール掘削装置の2ポートスペクトル領域伝達行列計算モデルの伝達行列成分を取得するステップであって、前記計算モデルは前記ボアホール掘削装置の減衰特性を含み、前記ダウンホール速度とダウンホールトルクは従属変数であり、前記回転上端駆動速度と上端駆動トルクは独立変数である、ステップと、
− 掘削中に、前記回転上端駆動速度および上端駆動トルクを取得するステップと、
− 前記得られた伝達行列成分から、前記上端駆動速度および前記上端駆動トルク、前記ボアホール掘削装置の前記ダウンホール速度およびダウンホールトルクの少なくとも一方を計算するステップと、
を備え、
前記計算するステップは、
− 前記計算のスペクトル帯域幅を減少させるステップであって、前記減少された帯域幅は、前記計算において限られた数の高次スペクトルモードを含むように選択される、ステップと、
− 前記スペクトル領域において、前記計算に時間遅延項を適用するステップであって、前記時間遅延項は、因果的時間領域解を可能にするように選択される、ステップと、
− 前記減少された帯域幅および追加された時間遅延項を適用することから、前記ボアホール掘削装置の前記ダウンホール速度およびダウンホールトルクの少なくとも一方を計算するステップと、
を備える方法。 - 前記スペクトル帯域幅減少および前記時間遅延項は、
− 前記伝達行列成分のスペクトル帯域幅を減少させるステップであって、前記減少された帯域幅は、前記伝達行列成分に限られた数の高次スペクトルモードを含むように選択される、ステップと、
− 前記スペクトル領域において、前記伝達行列成分のそれぞれに時間遅延項を追加するステップであって、前記時間遅延は、因果的時間領域解を可能にするように選択される、ステップと、
− 前記修正された伝達行列成分を使用して、前記ボアホール掘削装置の前記ダウンホール速度およびダウンホールトルクの少なくとも一方を計算するステップと、
によって、前記伝達行列成分を修正することによって適用される、請求項1に記載の方法。 - 前記ボアホール掘削装置の前記ダウンホール速度およびダウンホールトルクの少なくとも一方は、前記コンピュータにより、前記得られた回転上端駆動速度および上端駆動トルク、ならびに、前記ドリルストリングにおける1往復時間を含む期間、特に1往復時間よりも長い一部分である期間にわたる前記修正された伝達行列成分のインパルス応答関数を処理する因果的畳み込み演算において計算される、請求項2に記載の方法。
- 前記スペクトル帯域幅は、減衰特性および前記ドリルストリングの長さの少なくとも1つに基づいて、特にn次ローパスベッセルフィルタ演算を適用することによって、低減され、ここでn≧4、好ましくはn≧10またはより好ましくはn≧20、そして漸減である、請求項1から3のいずれかに記載の方法。
- 前記時間遅延項は、ドリルストリングの長さの3000m当たり少なくとも1秒に等しい、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
- 前記時間遅延項は、前記ベッセルフィルタ演算によって引き起こされる時間遅延を表す時間遅延部分をさらに備える、請求項4または5に記載の方法。
- 前記ダウンホール速度およびダウンホールトルクは、それぞれ回転ビット速度およびビットトルクである、請求項1から6のいずれかに記載の方法。
- 前記ボアホール掘削装置の前記2ポートスペクトル領域伝達行列計算モデルは、ドリルストリングの慣性、前記ボアホール内の前記ドリルストリングの剛性および減衰特性、ボトムホールアセンブリの慣性および上端駆動慣性を含む単一または複合の対称スペクトル領域伝送線路等価ドリルストリング計算モデルからなる2ポートスペクトル領域伝達行列を備える、請求項1から7のいずれかに記載の方法。
- 前記ダウンホール速度およびダウンホールトルクの少なくとも一方は、前記ドリルストリングの長さまたはボアホールに沿った複数の異なる位置に関して、各位置について前記修正伝達行列伝達関数成分のインパルス応答関数を計算することによって、および、それぞれの位置に関する前記計算されたインパルス応答関数のそれぞれ、前記得られた回転上端駆動速度および上端駆動トルク、それぞれの位置のダウンホール速度およびダウンホールトルクのうちの少なくとも一方からの因果的畳み込み演算における処理によって、コンピュータにより提供される、請求項1から9のいずれかに記載の方法。
- 前記複数の位置に関して提供される前記ダウンホール速度およびダウンホールトルクのうちの前記少なくとも1つは、掘削中に、時間および位置の関数として空間図形で、特に速度波形パターンまたはトルク波形パターンの図で、表示装置にグラフィカルに表示される、請求項10に記載の方法。
- 前記ボアホール掘削装置とは別のコンピュータで実行される、請求項1から11のいずれかに記載の方法。
- 地中構造にボアホールを掘削するボアホール掘削装置のダウンホール速度および掘削トルクの少なくとも一方を推定するための装置であって、前記ボアホール掘削装置は、回転駆動システムと、ドリルビットおよび前記回転駆動システムに結合された上端を含むボトムホールアセンブリを有するドリルストリングと、上端駆動トルクを指令することによって回転上端駆動速度を制御するように構成された速度制御装置とを備え、前記装置は、
− 前記ボアホール掘削装置の2ポートスペクトル領域伝達行列計算モデルの伝達行列成分を取得し、前記計算モデルは前記ボアホール掘削装置の減衰特性を含み、前記ダウンホール速度とダウンホールトルクは従属変数であり、前記回転上端駆動速度と前記上端駆動トルクは独立変数であり、
− 掘削中に、前記回転上端駆動速度および上端駆動トルクを取得し、
− 前記得られた伝達行列成分から、前記ボアホール掘削装置の前記ダウンホール速度および前記ダウンホールトルクの少なくとも一方、前記上端駆動速度および前記上端駆動トルクを計算する、
ように構成された、コンピュータ制御された掘削作業オブザーバシステムを備え、
前記計算することは、
− 前記計算のスペクトル帯域幅を減少させ、前記減少された帯域幅は、前記計算において限られた数の高次スペクトルモードを含むように選択され、
− 前記スペクトル領域において、前記計算に時間遅延項を適用し、前記時間遅延項は、因果的時間領域解を可能にするように選択され、
− 前記減少された帯域幅および追加された時間遅延項を適用することから、前記ボアホール掘削装置の前記ダウンホール速度およびダウンホールトルクの少なくとも一方を計算する、
ことを備える装置。 - 前記コンピュータ制御された掘削作業オブザーバシステムは、請求項2から11のいずれかに記載の方法に従って前記ダウンホール速度およびダウンホールトルクの少なくとも一方を提供するように構成されている、請求項13に記載の装置。
- 前記上端駆動速度および上端駆動トルクを得るために前記速度制御装置に動作可能に接続されているか、または、組み込まれている、請求項13または14に記載の装置。
- 地中構造にボアホールを掘削するためのボアホール掘削装置であって、前記ボアホール掘削装置は、回転駆動システムと、ドリルビットおよび前記回転駆動システムに結合された上端を含むボトムホールアセンブリを有するドリルストリングと、指令されたトルクおよび前記上端の回転駆動速度を制御するように構成された速度制御装置と、請求項13から15のいずれかに記載の前記ボアホール掘削装置のダウンホール速度およびダウンホールトルクの少なくとも一方を推定するための装置と、を備えるボアホール掘削装置。
- コンピュータによって読み取ることができる媒体にコンピュータプログラムコードを格納しているコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラムコードは、前記コンピュータがボアホール掘削装置に動作可能に接続され、かつ、前記プログラムコードが前記コンピュータによって実行されるとき、請求項1から12のいずれかに記載の方法を実行するように構成されている、コンピュータプログラム製品。
- 前記コンピュータコードは非一時的媒体に格納される、請求項17に記載のコンピュータプログラム製品。
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