MX2015000192A - Sistema y metodo para determinar el movimiento incremental entre puntos de levantamiento durante la perforacion. - Google Patents

Abstract

Se proporcionan un sistema y método para la perforación dirigible de superficie; en un ejemplo, el sistema recibe información de la cara de herramienta para un ensamble de fondo de pozo (BHA) e información de sensor que no es de levantamiento que corresponde a una ubicación del BHA en un agujero; el sistema calcula una cantidad de movimiento incremental hecho por el BHA con base en la información del sensor que no es de levantamiento, y calcula un estimado de la ubicación con base en la información de la cara de herramienta y la cantidad de movimiento incremental; el sistema repite los pasos de recibir información de cara de herramienta e información del sensor que no es de levantamiento, y calcular una cantidad de movimiento incremental para calcular un estimado de una pluralidad de ubicaciones que representan una trayectoria del BHA desde un primer punto de levantamiento hacia un segundo punto de levantamiento secuencial.

Description

SISTEMA Y MÉTODO PARA DETERMINAR EL MOVIMIENTO INCREMENTAL ENTRE PUNTOS DE LEVANTAMIENTO DURANTE LA PERFORACIÓN REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud es una solicitud del Tratado de cooperación de patentes de la Solicitud de patente de E.U.A. con no. de serie 13/530,298, presentada el 22 de junio, 2012 y titulada “SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING INCREMENTAL PROGRESSION BETWEEN SURVEY POINTS WHILE DRILLING,” cuya especificación se incorpora en la presente en su totalidad como referencia.

CAMPO TÉCNICO Esta solicitud está dirigida a la creación de pozos, tales como pozos de petróleo, y más en particular a la planificación y la perforación de tales pozos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La perforación de un agujero para la extracción de minerales se ha convertido en una operación cada vez más complicada debido a la mayor profundidad y complejidad de muchos agujeros, incluyendo la complejidad adicionada por la perforación direccional. La perforación es una operación costosa y los errores en la perforación aumentan el costo y, en algunos casos, los errores de perforación pueden reducir de forma permanente la producción de un pozo durante años en el futuro. Las teenologías y los metodos actuales no abordan adecuadamente la naturaleza complicada de la perforación. En consecuencia, lo que se necesita es un sistema y un método para mejorar las operaciones de perforación y minimizar los errores de perforación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para una comprensión más completa, ahora se hace referencia a la siguiente descripción tomada junto con los dibujos anexos, en los cuales: La figura 1A ilustra una modalidad de un entorno de perforación en el cual puede funcionar un sistema dirigible de superficie; La figura 1B ilustra una modalidad de una porción más detallada del entorno de perforación de la figura 1A; La figura 1C ilustra una modalidad de una porción más detallada del entorno de perforación de la figura 1B; La figura 2A ilustra una modalidad del sistema dirigible de superficie de la figura 1A y cómo la información puede fluir hacia y desde el sistema; La figura 2B ilustra una modalidad de un despliegue que se puede utilizar con el sistema dirigible de superficie de la figura 2A; La figura 3 ¡lustra una modalidad de un entorno de perforación que no tiene el beneficio del sistema dirigible de superficie de la figura 2A y posibles canales de comunicación dentro del entorno; La figura 4 ilustra una modalidad de un entorno de perforación que tiene el beneficio del sistema dirigible de superficie de la figura 2 A y posibles canales de comunicación dentro del entorno; La figura 5 ilustra una modalidad de flujo de datos que puede estar soportado por el sistema dirigible de superficie de la figura 2A; La figura 6 ilustra una modalidad de un método que puede ser ejecutado por el sistema dirigible de superficie de la figura 2A; La figura 7A ilustra una modalidad más detallada del método de la figura 6; La figura 7B ilustra una modalidad más detallada del método de la figura 6; La figura 7C ilustra una modalidad de un diagrama de plan de convergencia con múltiples trayectorias de convergencia; La figura 8A ilustra una modalidad más detallada de una porción del método de la figura 7B; La figura 8B ilustra una modalidad más detallada de una porción del método de la figura 6; La figura 8C ilustra una modalidad más detallada de una porción del metodo de la figura 6; La figura 8D ilustra una modalidad más detallada de una porción del método de la figura 6; La figura 9 ilustra una modalidad de una arquitectura de sistema que puede ser utilizada para el sistema dirigible de superficie de la figura 2A; La figura 10 ¡lustra una modalidad de una porción más detallada de la arquitectura de sistema de la figura 9; La figura 11 ilustra una modalidad de un bucle de control de orientación que puede ser utilizado dentro de la arquitectura de sistema de la figura 9; La figura 12 ilustra una modalidad de un bucle de control autónomo que puede ser utilizado dentro de la arquitectura de sistema de la figura 9; La figura 13 ilustra una modalidad de un sistema de computadora que puede ser utilizado dentro del sistema dirigible de superficie de la figura 2A; Las figuras 14A a 14D ilustran modalidades de una porción del ambiente de perforación de la figura 1B; La figura 14E ilustra las figuras 14B a 14D sobrepuestas una sobre la otra; La figura 15 ilustra una modalidad adicional de un espacio de pozo tridimensional.

La figura 16 ilustra una modalidad de un metodo que puede ser ejecutado por el sistema dirigible de superficie de la figura 2A para calcular la posición de la punta de la barrena entre puntos de levantamiento.

La figura 17 ilustra una modalidad de un método que representa una porción del método de la figura 16 con mayor detalle.

La figura 18 ¡lustra una modalidad de un espacio de pozo bidimensional.

La figura 19 ilustra otra modalidad de un espacio de pozo bidimensional.

La figura 20 ilustra otra modalidad del espacio de pozo bidimensional de la figura 19.

La figura 21 ilustra una modalidad de un método que representa una porción del método de la figura 16 con mayor detalle.

La figura 22 ilustra una modalidad de un método que representa una porción del método de la figura 21 con mayor detalle.

La figura 23 ilustra una modalidad de un método que puede ser ejecutado por el sistema dirigible de superficie de la figura 2A.

La figura 24 ilustra otra modalidad del despliegue de la figura 2B; y La figura 25 ilustra una modalidad de una gráfica tridimensional que ilustra vectores que representan información que puede ser desplegada en el despliegue de la figura 24.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Haciendo referencia ahora a los dibujos, en donde los números de referencia similares se utilizan en la presente para designar elementos similares a lo largo de toda la descripción, se ilustran y se describen las diversas vistas y modalidades de un sistema y un metodo de perforación dirigible de superficie, y se describen otras posibles modalidades. Las figuras no están dibujadas necesariamente a escala, y en algunos casos los dibujos han sido ampliados y/o simplificados en lugares únicamente con propósitos ilustrativos. Una persona con conocimientos medios en la téenica apreciará las muchas posibles aplicaciones y variaciones con base en los siguientes ejemplos de posibles modalidades.

Haciendo referencia a la figura 1A, una modalidad de un entorno 100 se ilustra con múltiples pozos 102, 104, 106, 108, y un equipo de perforación 110. En el ejemplo que nos ocupa, los pozos 102 y 104 están ubicados en una región 112, el pozo 106 está ubicado en una región 114, el pozo 108 está ubicado en una región 116, y el equipo de perforación 110 está ubicado en una región 118. Cada una de las regiones 112, 114, 116, y 118 puede representar un área geográfica que tiene características de formación geológica similares. Por ejemplo, la región 112 puede incluir características de formación particulares identificadas por tipo de roca, porosidad, espesor, y otra información geológica. Estas características de formación afectan la perforación de los pozos 102 y 104. La región 114 puede tener características de formación que son lo bastante diferentes como para ser clasificadas como una región diferente con propósitos de perforación, y las características de formación diferentes afectan la perforación del pozo 106. Asimismo, las características de formación en las regiones 116 y 118 afectan el pozo 108 y el equipo de perforación 110, respectivamente.

Se entiende que las regiones 112, 114, 116 y 118 pueden variar en tamaño y forma dependiendo de las características mediante las cuales se identifican. Adicionalmente, las regiones 112, 114, 116 y 118 pueden ser sub regiones de una región más grande. En consecuencia, los criterios mediante los cuales se identifican las regiones 112, 114, 116 y 118 son menos importantes para los fines de la presente divulgación que la comprensión de que cada una de las regiones 112, 114, 116 y 118 incluye características geológicas que se pueden utilizar para distinguir cada región de las demás regiones desde una perspectiva de perforación. Tales características pueden ser relativamente muy importantes (por ejemplo, la presencia o la ausencia de una capa de roca completa en una región determinada) o pueden ser relativamente de poca importancia (por ejemplo, variaciones en el espesor de una capa de roca que se extiende a traves de múltiples regiones).

En consecuencia, la perforación de un pozo ubicado en la misma región que otros pozos, tal como la perforación de un nuevo pozo en la región 112 con los pozos ya existentes 102 y 104, significa que el proceso de perforación es probable que enfrente problemas de perforación similares a aquellos enfrentados cuando se perforan los pozos existentes en la misma región. Por razones similares, un proceso de perforación realizado en una de las regiones es probable que enfrente problemas diferentes de un proceso de perforación realizado en otra región. Sin embargo, incluso los procesos de perforación que crearon los pozos 102 y 104 pueden enfrentar diferentes problemas durante la perforación real debido a que es probable que se produzcan variaciones en la formación incluso en una sola región.

La perforación de un pozo implica típicamente una cantidad considerable de toma de decisiones humanas durante el proceso de perforación. Por ejemplo, los geólogos y los ingenieros de perforación utilizan sus conocimientos, experiencia y la información disponible para tomar decisiones en cuanto a cómo planificar la operación de perforación, cómo llevar a cabo el plan, y cómo manejar los problemas que surgen durante la perforación. Sin embargo, incluso los mejores geólogos e ingenieros de perforación realizan algunas conjeturas debido a la naturaleza única de cada agujero. Adicionalmente, un perforador de pozos direccional directamente responsable de la perforación puede haber perforado otros agujeros en la misma región y de esa forma puede tener alguna experiencia similar, pero es imposible para un humano rastrear mentalmente todas las posibles entradas y tener en cuenta esas entradas a la hora de tomar una decisión. Esto puede dar lugar a errores costosos, debido a que los errores en la perforación pueden aumentar el costo de perforación a cientos de miles o incluso millones de dólares y, en algunos casos, los errores de perforación pueden reducir de forma permanente la producción de un pozo, lo que resulta en perdidas considerables a largo plazo.

En el ejemplo que nos ocupa, para ayudar en el proceso de perforación, cada pozo 102, 104, 106, y 108 ha recopilado datos correspondientes 120, 122, 124, y 126, respectivamente. Los datos recopilados pueden incluir las características geológicas de una formación particular en la cual se formó el pozo correspondiente, los atributos de un equipo de perforación particular, incluyendo el arreglo de fondo de pozo (BHA), e información de perforación tal como el peso sobre la barrena (WOB), velocidad de perforación, y/u otra información pertinente para la formación de ese agujero particular. La información de perforación puede estar asociada a una profundidad particular u otro marcador identificable de manera que, por ejemplo, se registra que la perforación del pozo 102 de 304.8 metros a 365.76 metros (1000 pies a 1200 pies) se produjo a una primera ROP a través de una primera capa de roca con un primer WOB, mientras que la perforación de 365.76 metros a 457.20 metros (1200 pies a 1500 pies) se produjo a una segunda ROP a través de una segunda capa de roca con un segundo WOB. Los datos recopilados se pueden utilizar para recrear el proceso de perforación utilizado para crear el pozo correspondiente 102, 104, 106, o 108 en la formación particular. Se entiende que la precisión con la cual se puede recrear el proceso de perforación depende del nivel de detalle y exactitud de los datos recopilados.

Los datos recopilados 120, 122, 124, y 126 se pueden almacenar en una base de datos centralizada 128 tal como se indica por las líneas 130, 132, 134, y 136, respectivamente, que pueden representar cualquier canal(es) de comunicación alámbrico(s) y/o inalámbrico(s). La base de datos 128 se puede ubicar en un cubo de perforación (no mostrado) o en otros lugares. De forma alternativa, los datos se pueden almacenar en un medio de almacenamiento extraíble que se acopla posteriormente a la base de datos 128 con el fin de almacenar los datos. Los datos recopilados 120, 122, 124, y 126 se pueden almacenar en la base de datos 128 como datos de formación 138, datos de accesorios 140, y datos de perforación 142, por ejemplo. Los datos de formación 138 pueden incluir cualquier información de formación, tales como tipo de roca, espesor de capa, ubicación de capa (por ejemplo, profundidad), porosidad, lecturas gamma, etc. Los datos de accesorios140 pueden incluir cualquier información de accesorios, tales como configuración de equipo de perforación (por ejemplo, mesa rotativa o unidad de mando superior), tipo de barrenas, composición de lodo, etc. Los datos de perforación 142 pueden incluir cualquier información de perforación, tales como velocidad de perforación, WOB, presión diferencial, orientación de la cara de herramienta (toolface), etc. Los datos recopilados tambien se pueden identificar por pozo, región y otros criterios, y se pueden ordenar para permitir que los datos sean buscados y analizados. Se entiende que muchos diferentes mecanismos de almacenamiento se pueden utilizar para almacenar los datos recopilados en la base de datos 128.

Con referencia adicional a la figura 1 B, un entorno 160 (no a escala) ilustra una modalidad más detallada de una porción de la región 118, con el equipo de perforación 110 ubicado en la superficie 162. Un plan de perforación se ha formulado con el fin de perforar un agujero 164 que se extiende en el suelo a una profundidad vertical verdadera (TVD) 166. El agujero 164 se extiende a traves de capas de estratos 168 y 170, deteniéndose en la capa 172, y no llegando a las capas subyacentes 174 y 176. El agujero 164 se puede dirigir a un área objetivo 180 situada en la capa 172. El objetivo 180 puede ser un punto o puntos del subsuelo definidos mediante coordenadas u otros marcadores que indican en dónde se va a terminar el agujero 164 o simplemente pueden definir un intervalo de profundidad dentro del cual va a permanecer el agujero 164 (por ejemplo, la propia capa 172). Se entiende que el objetivo 180 puede ser de cualquier forma y tamaño, y se puede definir de cualquier manera. En consecuencia, el objetivo 180 puede representar un punto final del agujero 164 o puede extenderse en la medida que se pueda perforar de forma realista. Por ejemplo, si la perforación incluye un componente horizontal y la meta es seguir la capa 172 en la medida de lo posible, el objetivo puede ser simplemente la propia capa 172 y la perforación puede continuar hasta que se alcanza un límite, tales como un límite de propiedad o una limitación física para la longitud de la sarta de perforación. Una falla 178 ha desplazado una porción de cada capa hacia abajo. En consecuencia, el agujero 164 se ubica en porciones de capa no desplazadas 168A-176A, mientras que las porciones 168B-176B representan las porciones de capa desplazadas.

Las teenicas de perforación actuales implican frecuentemente la perforación direccional para alcanzar un objetivo, tal como el objetivo 180. El uso de la perforación direccional generalmente aumenta la cantidad de reservas que se pueden obtener y también aumenta la tasa de producción, a veces considerablemente. Por ejemplo, la perforación direccional utilizada para proporcionar la porción horizontal mostrada en la figura 1B aumenta la longitud del agujero en la capa 172, que es la capa objetivo en el ejemplo que nos ocupa. La perforación direccional también se puede utilizar para modificar el ángulo del agujero para abordar las fallas, tal como la falla 178 que ha desplazado la porción de capa 172B. Otros usos de la perforación direccional incluyen la desviación de trayectoria de un pozo existente para llegar a un área objetivo diferente o un área objetivo perdida, accesorios de perforación abandonados cerca de la perforación, perforación en ubicaciones difíciles de llegar o de otro modo inaccesibles (por ejemplo, bajo áreas pobladas o cuerpos de agua), proporcionando un pozo de alivio para un pozo existente, y aumentando la capacidad de un pozo ramificando y teniendo múltiples agujeros que se extienden en diferentes direcciones o a diferentes posiciones verticales para el mismo pozo. La perforación direccional con frecuencia no se limita a un agujero horizontal recto, sino que puede implicar quedarse dentro de una capa de roca que varía en profundidad y espesor tal como se ilustra por la capa 172. Como tal, la perforación direccional puede implicar múltiples ajustes verticales que complican la trayectoria del agujero.

Con referencia adicional a la figura 1 C, que ilustra una modalidad de una porción del agujero 164 de la figura 1 B, la perforación de pozos horizontales claramente introduce retos importantes para la perforación que no existen en pozos verticales. Por ejemplo, una porción sustancialmente horizontal 192 del pozo se puede empezar desde un agujero vertical 190 y una de las consideraciones de perforación es la transición de la porción vertical del pozo a la porción horizontal. Esta transición es en general una curva que define una sección de aumento194 que inicia en la porción vertical (llamada el punto de desvío (kick off point) y representada por la línea 196) y que termina en la porción horizontal (representada por la línea 198). El cambio en la inclinación por la longitud medida perforada normalmente se refiere a una tasa de aumento angular y a menudo se define en grados por cien pies perforados. Por ejemplo, la tasa de aumento angular puede ser de 6730 metros (6 7100 pies), lo que indica que hay un cambio de seis grados de inclinación por cada treinta metros perforados. La tasa de aumento angular para una sección de aumento particular puede permanecer relativamente constante o puede variar.

La tasa de aumento angular depende de factores tales como la formación a traves de la cual se va a perforar el agujero 164, la trayectoria del agujero 164, el tubo y las portamechas particulares/componentes BHA utilizados (por ejemplo, longitud, diámetro, flexibilidad, resistencia, ajuste de flexión de motor de lodo, y barrena de perforación), el tipo de lodo y el caudal, el desplazamiento horizontal, la estabilización, y la inclinación requeridos. Una tasa de aumento angular demasiado agresiva puede provocar problemas tal como patas de perro graves (por ejemplo, cambios bruscos en la dirección del agujero) que pueden hacer que sea difícil o imposible vaciar la tubería de revestimiento o realizar otras tareas necesarias en el agujero 164. Dependiendo de la gravedad del error, el agujero 164 puede requerir alargamiento o puede ser necesario retroceder la barrena y formar un nuevo conducto. Tales errores cuestan tiempo y dinero. Sin embargo, si la tasa de aumento angular es demasiado prudente, se puede aumentar tiempo adicional importante al proceso de perforación debido a que es generalmente más lento perforar una curva que perforar una recta. Adicionalmente, la perforación de una curva es más complicada y aumenta la posibilidad de errores de perforación (por ejemplo, alimentación superior y descarga inferior que pueden ocurrir tratando de mantener la barrena en la trayectoria planificada).

Dos modos de perforación, conocidos como por rotación y por deslizamiento, se utilizan comúnmente para formar el agujero 164. La perforación por rotación, tambien llamada rotativa, utiliza una unidad de mando superior o una mesa rotativa para hacer girar la sarta de perforación. La perforación por rotación se utiliza cuando la perforación se va a producir a lo largo de una trayectoria recta. La perforación por deslizamiento, también llamada dirigida, utiliza un motor de lodo de fondo de pozo con un alojamiento de flexión ajustable y no hace girar la sarta de perforación.. En su lugar, la perforación por deslizamiento utiliza potencia hidráulica para impulsar el motor de fondo del pozo y la barrena. La perforación por deslizamiento se utiliza para controlar la dirección del pozo.

Para llevar a cabo un deslizamiento, se detiene la rotación de la sarta de perforación. Con base en la retroalimentación de accesorios de medición como una herramienta MWD, se realizan ajustes a la sarta de perforación. Estos ajustes continúan hasta que la cara de herramienta de fondo del pozo, que indica la dirección de la flexión del motor, está orientada hacia la dirección de la desviación deseada del agujero. Una vez que se logra la orientación deseada, sea aplica presión a la barrena de perforación, lo cual hace que la barrena de perforación se mueva en la dirección de desviación. Una vez que se han aumentado suficientes distancia y ángulo, se consigue una transición de regreso al modo de rotación girando la sarta de perforación. Esta rotación de la sarta de perforación neutraliza la desviación direccional causada por la flexión en el motor a medida que gira continuamente alrededor de la línea central del agujero.

Haciendo referencia nuevamente a la figura 1A, la formulación de un plan de perforación para el equipo de perforación 110 puede incluir el procesamiento y el análisis de los datos recopilados en la base de datos 128 para crear un plan de perforación más eficaz. Además, una vez que la perforación ha comenzado, los datos recopilados se pueden utilizar junto con datos actuales del equipo de perforación 110 para mejorar las decisiones relativas a la perforación. En consecuencia, un controlador ¡n X??u LA está acoplado al equipo de perforación 110 y tambien se puede acoplar a la base de datos 128 a través de uno o más canal(es) de comunicación alámbnco(s) y/o inalámbrico(s) 146. Otras entradas 148 también se pueden proporcionar en el controlador in situ 144. En algunas modalidades, el controlador in situ 144 puede funcionar como un dispositivo independiente con el equipo de perforación 110. Por ejemplo, el controlador in situ 144 no se puede acoplar de forma comunicativa a la base de datos 128. Aunque se muestran estando colocados cerca o en el equipo de perforación 110 en el ejemplo que nos ocupa, se entiende que algunos o todos los componentes del controlador in situ 144 se pueden distribuir y ubicar en otros sitios en otras modalidades.

El controlador in situ 144 puede formar todo o parte de un sistema dirigible de superficie. La base de datos 128 también puede formar parte del sistema dirigible de superficie. Tal como se describirá con mayor detalle a continuación, el sistema dirigible de superficie se puede utilizar para planificar y controlar operaciones de perforación con base en información de entrada, incluyendo retroalimentación del propio proceso de perforación. El sistema dirigible de superficie se puede utilizar para realizar operaciones tales como recibir datos de perforación que representa una trayectoria de perforación y otros parámetros de perforación, calcular una solución de perforación para la trayectoria de perforación con base en los datos recibidos y otros datos disponibles (por ejemplo, características del equipo), implementación de la solución de perforación en el equipo de perforación 110, monitorear el proceso de perforación para evaluar si el proceso de perforación se encuentra dentro de un margen definido de error de la trayectoria de perforación y/o calcular correcciones para el proceso de perforación si el proceso de perforación está fuera del margen de error.

Haciendo referencia a la figura 2A, un diagrama 200 ilustra una modalidad del flujo de información para un sistema dirigible de superficie 201 desde la perspectiva del controlador in situ 144 de la figura 1A. En el ejemplo que nos ocupa, el equipo de perforación 110 de la figura 1A incluye 216 accesorios de perforación utilizados para realizar la perforación de un agujero, tales como unidad de mando superior o accesorios de accionamiento giratorio que se acopla a la sarta de perforación y BHA y está configurado para hacer girar la sarta de perforación y aplicar presión a la barrena. El equipo de perforación 110 puede incluir sistemas de control tales como un sistema de control de WOB/presión diferencial 208, un sistema de control de posición/giratorio 210, y un sistema de control de circulación de fluido 212. Los sistemas de control 208, 210, y 212 se pueden utilizar para monitorear y cambiar configuraciones del equipo de perforación, tales como WOB y/o presión diferencial para alterar la ROP o la orientación radial de la cara de herramienta, cambiar el caudal de lodo de perforación, y realizar otras operaciones.

El equipo de perforación 110 también puede incluir un sistema de sensores 214 para obtener datos de sensor acerca de la operación de perforación y el equipo de perforación 110, incluyendo los accesorios de fondo del pozo. Por ejemplo, el sistema de sensores 214 puede incluir adquisición de mediciones durante la perforación (MWD) y/o adquisición de registros durante la perforación (LWD) componentes para la obtención de información, tales como cara de herramienta y/o formación de información de registro, que pueden ser guardadas para su posterior recuperación, transmitidas con un retraso o en tiempo real utilizando cualesquiera de los diversos medios de comunicación (por ejemplo, inalámbricos, alámbricos, o telemetría de pulso de lodo), o de otra manera transferidas al controlador in situ 144. Tal información puede incluir información relacionada con profundidad de hoyo, profundidad de barrena, inclinación, azimut, profundidad vertical verdadera, conteo gamma, presión de tubería de subida, caudal de lodo, rotaciones por minuto (RPM), velocidad de barrena, ROP, WOB, y/u otro tipo de información. Se entiende que la totalidad o parte del sistema de sensores 214 se puede incorporar en uno o más de los sistemas de control 208, 210, y 212, y/o en los accesorios de perforación 216. Debido a que el equipo de perforación 110 se puede configurar de muchas maneras diferentes, se entiende que estos sistemas de control pueden ser diferentes en algunas modalidades, y se pueden combinar o dividir adicionalmente en varios subsistemas.

El controlador in situ 144 recibe información de entrada 202. La información de entrada 202 puede incluir información que se precarga, recibe y/o actualiza en tiempo real. La información de entrada 202 puede incluir un plan del pozo, historia de formación regional, uno o más parámetros del ingeniero de perforación, cara de herramienta MWD/información de inclinación, gamma LWD/información de resistividad, parámetros económicos, parámetros de confiabilidad y/u otros parámetros orientadores de decisión. Algunas de las entradas, tal como la historia de formación regional, pueden estar disponibles en un cubo de perforación 216, que puede incluir la base de datos 128 de la figura 1A y uno o más procesadores (no mostrados), mientras que se puede tener acceso o cargar otras entradas desde otras fuentes. Por ejemplo, una interfaz web se puede utilizar para interactuar directamente con el controlador in situ 144 para cargar el plan del pozo y/o los parámetros del ingeniero de perforación. La información de entrada 202 se alimenta en el controlador in situ 144 y, despues el procesamiento mediante el controlador in situ 144, da como resultado información de control 204 que se saca al equipo de perforación 110 (por ejemplo, a los sistemas de control 208, 210, y 212). El equipo de perforación 110 (por ejemplo, a través de los sistemas 208, 210, 212, y 214) proporciona información de retroalimentación 206 al controlador in situ 144. La información de retroalimentación 206 posteriormente sirve como entrada para el controlador in situ 144, habilitando al controlador in situ 144 para verificar que la información de control actual está produciendo los resultados deseados o para producir nueva información de control del equipo de perforación 110.

El controlador in situ 144 también proporciona información de salida 203. Tal como se describirá más adelante con mayor detalle, la información de salida 203 se puede almacenar en el controlador in situ 144 y/o enviar a otro lugar fuera de la empresa (por ejemplo, a la base de datos 128). La información de salida 203 se puede utilizar para proporcionar actualizaciones a la base de datos 128, así como proporcionar alertas, decisiones de peticiones, y transmitir otros datos relacionados con el proceso de perforación.

Haciendo referencia a la figura 2B, se ilustra una modalidad de una presentación 250 que se puede proporcionar por el controlador in situ 144. La presentación 250 proporciona muchos diferentes tipos de información en un formato de fácil acceso. Por ejemplo, la presentación 250 puede ser una pantalla de visualización (por ejemplo, un monitor) que se acopla a o forma parte del controlador in situ 144.

La presentación 250 proporciona indicadores visuales tales como un indicador de profundidad de hoyo 252, un indicador de profundidad de barrena 254, un indicador GAMMA 256, un indicador de inclinación 258, un indicador de azimut 260, y un indicador de TVD. También se pueden proporcionar otros indicadores, incluyendo un indicador de ROP 264, un indicador de energía mecánica específica (MSE) 266, un indicador de presión diferencial 268, un indicador de presión de tubería de subida 270, un indicador de caudal 272, un indicador giratorio de RPM 274, un indicador de velocidad de barrena 276, y un indicador de WOB 278.

Todos o algunos de los indicadores 264, 266, 268, 270, 272, 274, 276 y/o 278 pueden incluir un marcador que representa un valor objetivo.

Con propósitos a manera de ejemplo, los marcadores se ajustan como los siguientes valores, pero se entiende que se puede representar cualquier valor objetivo deseado. Por ejemplo, el indicador de ROP 264 puede incluir un marcador 265 que indica que el valor objetivo es 0.0042 metros/segundo (cincuenta pies/hora). El indicador de MSE 266 puede incluir un marcador 267 que indica que el valor objetivo es 5.36 MPa (treinta y siete ksi). El indicador de presión diferencial 268 puede incluir un marcador 269 que indica que el valor objetivo es 1.38 MPa (doscientas psi). El indicador de ROP 264 puede incluir un marcador 265 que indica que el valor objetivo es 0.0042 metros/segundo (cincuenta pies/hora). El indicador de presión de tubería de subida 270 puede no tener ningún marcador en el ejemplo que nos ocupa. El indicador de caudal 272 puede incluir un marcador 273 que indica que el valor objetivo es 1.89 metros cúbicos por minuto (quinientos gpm). El indicador giratorio de RPM 274 puede incluir un marcador 275 que indica que el valor objetivo es cero RPM (debido al deslizamiento). El indicador de velocidad de barrena 276 puede incluir un marcador 277 que indica que el valor objetivo es 2.5 Hz (ciento cincuenta RPM). El indicador de WOB 278 puede incluir un marcador 279 que indica que el valor objetivo es diez klbs. A pesar de que solamente se marca con respecto al indicador 264, cada uno de los indicadores puede incluir una banda de color 263 u otra marca para indicar, por ejemplo, si el valor de medición respectivo se encuentra dentro de un intervalo seguro (por ejemplo, indicado por el color verde), dentro de un intervalo de precaución (por ejemplo, indicado por el color amarillo), o dentro de un intervalo de peligro (por ejemplo, indicado por el color rojo). Aunque no se muestra, en algunas modalidades, múltiples marcadores pueden estar presentes en un solo indicador. Los marcadores pueden variar en color y/o tamaño.

Un diagrama gráfico 280 pueden indicar visualmente la profundidad versus una o más mediciones (por ejemplo, puede representar entradas de registro con respecto a un diagrama de profundidad de procesamiento). Por ejemplo, el diagrama gráfico 280 puede tener un eje y que representa la profundidad y un eje x que representa una medición tales como conteo GAMMA 281 (tal como se muestra), ROP 283 (por ejemplo, ROP empírica y ROP normalizada), o resistividad. Un botón de piloto automático 282 y un botón de oscilación 284 se pueden utilizar para controlar la actividad.

Por ejemplo, el botón de piloto automático 282 se puede utilizar para conectar o desconectar un piloto automático, mientras que el botón de oscilación 284 se puede utilizar para controlar directamente la oscilación de la sarta de perforación o conectar/desconectar un dispositivo de hardware externo o controlador a través de un software y/o hardware.

Un diagrama circular 286 puede proporcionar información de la cara de herramienta actual e histórica (por ejemplo, de que forma se señala la flexión). Con propósitos de ilustración, el diagrama circular 286 representa trescientos sesenta grados. Una serie de círculos dentro del diagrama circular 286 puede representar una línea de tiempo de las orientaciones de la herramienta, con los tamaños de los círculos indicando la posición temporal de cada círculo. Por ejemplo, los círculos más grandes pueden ser más recientes que los círculos más pequeños, de manera que el círculo más grande 288 puede ser la lectura más reciente y el círculo más pequeño 289 puede ser la lectura más antigua. En otras modalidades, los círculos pueden representar la energía y/o el movimiento realizados por medio del tamaño, el color, la forma, un número dentro de un círculo, etc. Por ejemplo, el tamaño de un determinado círculo puede representar una acumulación de la orientación y el movimiento para el período representado por el círculo. En otras modalidades, los círculos concéntricos que representan el tiempo (por ejemplo, con la parte exterior del diagrama circular 286 siendo el tiempo más reciente y el punto central siendo el tiempo más antiguo) se pueden utilizar para indicar la energía y/o el movimiento (por ejemplo por medio de color y/o dibujos tales como guiones o puntos, en lugar de una línea sólida).

El diagrama circular 286 también puede ser cifrado con color, con la codificación de color existente en una banda 290 alrededor del diagrama circular 286 o colocado o representado de otras maneras. La codificación de color puede utilizar colores para indicar la actividad en una dirección determinada. Por ejemplo, el color rojo puede indicar que el nivel de actividad más alto, mientras que el color azul puede indicar el nivel de actividad más bajo. Además, la gama del arco en grados de un color puede indicar la cantidad de desviación. En consecuencia, un arco de rojo relativamente estrecho (por ejemplo, treinta grados) con un arco de azul relativamente amplio (por ejemplo, trescientos grados) puede indicar que la mayoría de la actividad está ocurriendo en una determinada cara de herramienta con poca desviación. Con propósitos de ilustración, el color azul se extiende desde aproximadamente 22-337 grados, el color verde se extiende desde aproximadamente 15-22 grados y 337-345 grados, el color amarillo se extiende a unos pocos grados alrededor de las marcas de 13 y 345 grados y el color rojo se extiende desde aproximadamente 347-10 grados. Se pueden utilizar colores de transición o sombras, por ejemplo, el color naranja marcando la transición entre el rojo y el amarillo y/o una luz azul marcando la transición entre el azul y el verde.

Esta codificación de color permite que la presentación 250 proporcione un resumen intuitivo de qué tan reducida es la desviación estándar y cuánta intensidad energética se está gastando en la dirección apropiada. Adicionalmente, el centro de energía se puede visualizar con respecto al objetivo. Por ejemplo, la presentación 250 puede mostrar claramente que el objetivo está a noventa grados, pero el centro de la energía está a cuarenta y cinco grados.

Otros indicadores pueden estar presentes, tal como un indicador de deslizamiento 292 para indicar cuánto tiempo queda hasta que se produce un deslizamiento y/o cuánto tiempo queda para un deslizamiento actual. Por ejemplo, el indicador de deslizamiento puede representar un tiempo, un porcentaje (por ejemplo, el deslizamiento actual es cincuenta y seis por ciento), una distancia recorrida, y/o a distancia restante. El indicador de deslizamiento 292 puede mostrar gráficamente información utilizando, por ejemplo, una barra de color 293 que aumenta o disminuye con el movimiento del deslizamiento. En algunas modalidades, el indicador de deslizamiento puede estar incorporado en el diagrama circular 286 (por ejemplo, alrededor del borde externo con una banda de aumento/disminución), mientras que en otras modalidades el indicador de deslizamiento puede ser un indicador independiente tal como un medidor, una barra, un calibre u otro tipo de indicador.

Un indicador de error 294 puede estar presente para indicar una magnitud y/o una dirección de error. Por ejemplo, el indicador de error 294 puede indicar que la posición de la barrena de perforación estimada está a una cierta distancia de la trayectoria planificada, con una ubicación del indicador de error 294 alrededor del diagrama circular 286 representando la dirección. Por ejemplo, la figura 2B ilustra una magnitud de error de 4.57 metros (quince pies) y una dirección de error de quince grados. El indicador de error 294 puede ser de cualquier color, pero es de color rojo, para efectos del ejemplo. Se entiende que el indicador de error 294 puede representar cero si no hay ningún error y/o puede representar que la barrena está en la trayectoria de otras formas, tal como siendo el color verde. Los colores de transición, como el amarillo, se pueden utilizar para indicar cantidades variables de error. En algunas modalidades, el indicador de error 294 no puede aparecer a menos que se produzca un error en la magnitud y/o de dirección. Un marcador 296 puede indicar una dirección de deslizamiento ideal. Aunque no se muestran, pueden estar presentes otros indicadores, tal como un indicador de tiempo de vida de una barrena para indicar un tiempo de vida útil estimado para la barrena actual con base en un valor tal como el tiempo y/o la distancia.

Se entiende que la presentación 250 se puede disponer de muchas maneras diferentes. Por ejemplo, se pueden utilizar colores para indicar operación normal, advertencias, y problemas. En tales casos, los indicadores numéricos pueden mostrar números de un color (por ejemplo., verde) para la operación normal, pueden utilizar otro color (por ejemplo, amarillo) para las advertencias, y pueden utilizar aún otro color (por ejemplo, rojo) si se produce un problema grave. Los indicadores también pueden parpadear o de otro modo indicar una alerta. Los indicadores de calibre pueden incluir colores (por ejemplo, verde, amarillo, y rojo) para indicar las condiciones operacionales y también pueden indicar el valor objetivo (por ejemplo, una ROP de 0.0084 metros/segundo (100 pies/hora)). Por ejemplo, el indicador de ROP 264 puede tener una barra de color verde para indicar un nivel de operación normal (por ejemplo, de 0.00084-0.0254 metros/segundo (10-300 pies/hora)), una barra de color amarillo para indicar un nivel de advertencia de operación (por ejemplo, de 0.0254-0.0304 metros/segundo (300-360 pies/hora)), y una barra de color rojo para indicar un nivel de operación peligroso o de otro modo fuera del parámetro (por ejemplo, de 0.0304-0.033 metros/segundo (360-390 pies/hora)). El indicador de ROP 264 también puede mostrar un marcador en 0.0084 metros/segundo (100 pies/hora) para indicar la ROP objetivo deseada.

Además, el uso de indicadores numericos, calibres, e indicadores de presentación visual similares se puede variar con base en factores tales como la información que se va trasmitir y la preferencia personal del observador. En consecuencia, la presentación 250 puede proporcionar una vista que se puede personalizar de diversos procesos de perforación e información de un determinado individuo implicado en el proceso de perforación. Por ejemplo, el sistema dirigible de superficie 201 puede permitir a un usuario personalizar la presentación 250 según se desee, aunque ciertas características (por ejemplo, la presión de tubería de subida) se pueden bloquear para evitar su eliminación. Este bloqueo puede impedir que un usuario elimine de manera intencional o accidental información de perforación importante de la presentación. Otras características se pueden configurar de acuerdo a preferencias. En consecuencia, el nivel de personalización y la información mostrada en la presentación 250 se puede controlar con base en quién está viendo la presentación y su papel en el proceso de perforación.

Haciendo referencia nuevamente a la figura 2A, se entiende que el nivel de integración entre el controlador in situ 144 y el equipo de perforación 110 puede depender de factores tales como la configuración del equipo de perforación 110 y si el controlador in situ 144 es capaz de soportar completamente esa configuración. Uno o más de los sistemas de control 208, 210, y 212 pueden ser parte del controlador in situ 144, pueden ser sistemas de terceros, y/o pueden ser parte del equipo de perforación 110. Por ejemplo, un equipo de perforación más antiguo 110 puede tener relativamente pocas interfaces con las cuales el controlador in situ 144 es capaz de interactuar. Con propósitos de ilustración, si una perilla se debe girar físicamente para ajustar el WOB en el equipo de perforación 110, el controlador in situ 144 no será capaz de manipular directamente la perilla sin un accionador mecánico. Si tal accionador no está presente, el controlador in situ 144 puede sacar la configuración de la perilla a una pantalla, y un operador puede girar posteriormente la perilla con base en la configuración. De forma alternativa, el controlador in situ 144 se puede acoplar directamente al cableado eléctrico de la perilla.

Sin embargo, un equipo de perforación más nuevo y más sofisticado 110, tal como un equipo que tiene sistemas de control electrónicos, puede tener interfaces con las cuales el controlador in situ 144 puede interactuar para un control directo. Por ejemplo, un sistema de control electrónico puede tener una interfaz definida y el controlador in situ 144 se puede configurar para interactuar con la interfaz definida. Se entiende que, en algunas modalidades, el control directo no puede ser permitido, incluso si es posible. Por ejemplo, el controlador in situ 144 se puede configurar para mostrar la configuración en una pantalla para su aprobación, y puede enviar posteriormente la configuración al sistema de control apropiado solamente cuando se ha aprobado la configuración.

Haciendo referencia a la figura 3, una modalidad de un entorno 300 ¡lustra múltiples canales de comunicación (indicados por flechas) que se utilizan comúnmente en las operaciones de perforación direccional existentes que no tienen el beneficio del sistema dirigible de superficie 201 de la figura 2A. Los canales de comunicación asocian varios individuos involucrados en el proceso de perforación. Los canales de comunicación pueden soportar llamadas telefónicas, correos electrónicos, mensajes de texto, facsímiles, transferencias de datos (por ejemplo, transferencias de archivos a través de redes), y otros tipos de comunicaciones.

Los individuos involucrados en el proceso de perforación puede incluir un ingeniero de perforación 302, un geólogo 304, un perforador de pozos direccional 306, un encargado de turno 308, un perforador de pozos 310, y una cuadrilla de piso de perforación 312. Uno o más representantes de empresa (por ejemplo, representante de la compañía) 314 también pueden estar involucrados. Los individuos pueden ser empleados por diferentes organizaciones, que pueden complicar aún más el proceso de comunicación. Por ejemplo, el ingeniero de perforación 302, el geólogo 304, y el representante de la compañía 314 pueden trabajar para un operador, el perforador de pozos direccional 306 puede trabajar para un proveedor de servicios de perforación direccional, y el encargado de turno 308, el perforador de pozos 310, y la cuadrilla de piso de perforación 312 pueden trabajar para un proveedor de servicios de equipo.

El ingeniero de perforación 302 y el geólogo 304 están a menudo situados en una ubicación remota del equipo de perforación (por ejemplo, en una oficina central/cubo de perforación). El ingeniero de perforación 302 puede desarrollar un plan del pozo 318 y puede tomar decisiones de perforación con base en información del equipo de perforación. El geólogo 304 puede realizar tareas tal como análisis de formación con base en datos sísmicos, gamma, y otros. El perforador de pozos direccional 306 se ubica en general en el equipo de perforación y da instrucciones al perforador de pozos 310 con base en el plan del pozo actual y retroalimentación del ingeniero de perforación 302. El perforador de pozos 310 maneja las operaciones de perforación reales y puede depender de la cuadrilla de piso de perforación 312 para determinadas tareas. El encargado de turno 308 puede estar a cargo de gestionar todo el equipo de perforación y su operación.

El siguiente es un posible ejemplo de un proceso de comunicación dentro del entorno 300, aunque se entiende que se pueden utilizar muchos procesos de comunicación. El uso de un proceso de comunicación particular puede depender de factores tales como el nivel de control mantenido por los diversos grupos dentro del proceso, qué tanto se hacen cumplir estrictamente los canales de comunicación, y factores similares. En el ejemplo que nos ocupa, el perforador de pozos direccional 306 utiliza el plan del pozo 318 para dar instrucciones de perforación al perforador de pozos 310. El perforador de pozos 310 controla la perforación utilizando sistemas de control tales como los sistemas de control 208, 210, y 212 de la figura 2A. Durante la perforación, la información proveniente de un equipo sensor tal como un equipo MWD de fondo de pozo 316 y/o sensores de equipo 320 puede indicar que se ha llegado a una capa de formación 6.096 metros (veinte pies) mayor de lo esperado por el geólogo 304. Esta información se transmite de regreso al ingeniero de perforación 302 y/o geólogo 304 a traves del representante de la compañía 314, y puede transmitirse a través del perforador de pozos direccional 306 antes de llegar al representante de la compañía 314.

El ingeniero de perforación 302/planificador de pozos (no mostrado), ya sea solo o junto con el geólogo 306, puede modificar el plan del pozo 318 o tomar otras decisiones con base en la información recibida. El plan del pozo modificado y/u otras decisiones pueden ser o no transmitidas a través del representante de la compañía 314 al perforador de pozos direccional 306, quien posteriormente le dice al perforador de pozos 310 cómo perforar. El perforador de pozos 310 puede modificar configuraciones de los accesorios (por ejemplo, cara de herramienta) y, si es necesario, transmitir órdenes a la cuadrilla de piso de perforación 312. Por ejemplo, un cambio en el WOB puede ser realizado por el perforador de pozos 310 cambiando una configuración, mientras que una maniobra con la barrena puede requerir la participación de la cuadrilla de piso de perforación 312. En consecuencia, el nivel de participación de los diferentes individuos puede variar dependiendo de la naturaleza de la decisión que se va a realizar y de la tarea que se va a realizar. El ejemplo siguiente puede ser más complejo que el descrito. Varios individuos intermediarios pueden estar involucrados y, dependiendo de la cadena de comunicación, algunas de las instrucciones pueden ser transmitidas a través del encargado de turno 308.

El entorno 300 presenta muchas oportunidades para interrupciones en la comunicación debido a que la información se transmite a traves de los diversos canales de comunicación, en particular, debido a los tipos variables de comunicación que se pueden utilizar. Por ejemplo, las comunicaciones verbales vía telefónica puedes ser mal interpretadas y, a menos que se graben, no hay constancia de lo que se dijo. Además, la obligación de rendir cuentas puede ser difícil o imposible de hacer cumplir, debido a que alguien puede proporcionar una autorización, pero negarla o afirmar que quiso decir otra cosa. Sin un registro de la información que se transmite a través de los diversos canales y de las autorizaciones utilizadas para aprobar cambios en el proceso de perforación, las interrupciones en la comunicación pueden ser difíciles de rastrear y abordar. Debido a que muchos de los canales de comunicación ilustrados en la figura 3 transmiten información a través de un individuo a otros individuos (por ejemplo, un individuo puede servir como un conducto de información entre dos o más individuos), el riesgo de interrupción aumenta debido a la posibilidad de que se pueden introducir errores en la información.

Incluso si todos los involucrados hacen su parte, los errores de perforación se pueden magnificar mientras se espera una respuesta. Por ejemplo, un mensaje puede ser enviado al geólogo 306 en cuanto a que una capa de formación parece ser mayor de lo esperado, pero el geólogo 306 puede estar dormido. La perforación puede continuar mientras se espera al geólogo 306 y la perforación continuada puede amplificar el error. Tales errores pueden costar cientos de miles o millones de dólares. Sin embargo, el entorno 300 no proporciona ninguna manera de determinar si el geólogo 304 ha recibido el mensaje y no hay manera de notificar fácilmente al geólogo 304 o de ponerse en contacto con alguien cuando no hay respuesta dentro de un período definido. Incluso si contactos alternos están disponibles, tales comunicaciones pueden ser engorrosas y puede que haya dificultades para proporcionar toda la información que el alterno necesitaría para tomar una decisión.

Haciendo referencia a la figura 4, una modalidad de un entorno 400 ¡lustra múltiples canales de comunicación que pueden existir en una operación de perforación direccional que tiene el beneficio del sistema dirigible de superficie 201 de la figura 2A. En el ejemplo que nos ocupa, el sistema dirigible de superficie 201 incluye el cubo de perforación 216, que incluye la base de datos regional 128 de la figura 1A y unidad(es) de procesamiento 404 (por ejemplo, computadoras). El cubo de perforación 216 también incluye interfaces de comunicación (por ejemplo, portales web) 406 a las cuales se puede tener acceso mediante dispositivos de computación capaces de comunicaciones inalámbricas y/o alámbricas, incluyendo computadoras de escritorio, computadoras portátiles, tabletas, teléfonos inteligentes, y asistentes personales digitales (PDAs). El controlador in situ 144 incluye una o más bases de datos locales 410 (en donde "local" es desde la perspectiva del controlador in situ 144) y unidad(es) de procesamiento 412.

El cubo de perforación 216 está situado de forma remota del controlador in situ 144, y varios individuos asociados con la operación de perforación interactúan ya sea a traves del cubo de perforación 216 o a través del controlador in situ 144. En ciertas modalidades, un individuo puede tener acceso al proyecto de perforación a través de tanto el cubo de perforación 216 como a través del controlador in situ 144. Por ejemplo, el perforador de pozos direccional 306 puede utilizar el cubo de perforación 216 cuando no se encuentra en el lugar de perforación y puede utilizar en el controlador in situ 144 cuando se encuentra en el lugar de perforación.

El ingeniero de perforación 302 y el geólogo 304 pueden tener acceso al sistema dirigible de superficie 201 de forma remota a través del portal 406 y ajustar diversos parámetros tales como controles de límite de equipo. También se pueden soportar otras acciones, tales como dar autorización a una solicitud formulada por el perforador de pozos direccional 306 para apartarse del plan del pozo y evaluar el rendimiento de la operación de perforación. El perforador de pozos direccional 306 puede estar ubicado en el equipo de perforación 110 o en un sitio externo. Estar en otro lugar fuera de la empresa (por ejemplo, en el cubo de perforación 216 o en otro lugar) permite que un solo perforador de pozos direccional monitorice múltiples equipos de perforación. Cuando se encuentra en otro lugar fuera de la empresa, el perforador de pozos direccional 306 puede tener acceso al sistema dirigible de superficie 201 a través del portal 406. Cuando se encuentra in situ , el perforador de pozos direccional 306 puede tener acceso al sistema dirigible de superficie a través del controlador in situ 144.

El perforador de pozos 310 puede recibir instrucciones a través del controlador in situ 144, reduciendo de ese modo la posibilidad de malos entendidos y asegurando que las instrucciones fueron recibidas. Aunque el encargado de turno 308, la cuadrilla de piso de perforación 312, y el representante de la compañía 314 se muestran comunicándose a través del perforador de pozos 310, se entiende que también pueden tener acceso al controlador in situ 144. Otros individuos, tal como un téenico de MWD 408, pueden tener acceso al sistema dirigible de superficie 201 a través del cubo de perforación 216, el controlador in situ 144, y/o un individuo tal como el perforador de pozos 310.

Tal como se ¡lustra en la figura 4, Muchos de los individuos involucrados en una operación de perforación pueden interactuar a través del sistema dirigible de superficie 201. Esto permite que la información sea rastreada a medida que es manejada por los varios individuos involucrados en una decisión particular. Por ejemplo, el sistema dirigible de superficie 201 puede rastrear qué individuo presentó información (o si la información se presentó automáticamente), quién vio la información, quién tomó decisiones, cuándo ocurrieron los eventos, y cuestiones basadas en información similar. Esto proporciona un registro completo de la manera en que se difundió la información a través del sistema dirigible de superficie 201 y dio lugar a una decisión de perforación particular. Esto también proporciona rastreo de revisiones debido a que se producen cambios en el plan del pozo, lo cual a su vez permite que las cadenas de decisión sean examinadas. Estas revisiones pueden conducir a mejorar los procesos de toma de decisiones y respuestas más eficaces a los problemas a medida que ocurren.

En algunas modalidades, la documentación producida utilizando el sistema dirigible de superficie 201 se puede sincronizar y/o fusionar con otra documentación, tal como aquella producida por sistemas de terceros tal como el producto WelIView producido por Pelotón Computer Enterprises Ltd. de Calgary, Canadá. En tales modalidades, los documentos, los archivos de base de datos y otro tipo de información producida mediante el sistema dirigible de superficie 201 se sincronizan para evitar problemas tales como redundancia, versiones de archivos que no coinciden, y otras complicaciones que pueden ocurrir en los proyectos en donde un gran número de documentos se producen, editan, y transmiten por un número relativamente grande de personas.

El sistema dirigible de superficie 201 tambien puede imponer como obligatorios formatos de información y otras restricciones a fin de garantizar que se cumplen los criterios predefinidos. Por ejemplo, un formato electrónico proporcionado por el sistema dirigible de superficie 201 en respuesta a una solicitud de autorización puede requerir que se llenen algunos campos antes de la presentación. Esto asegura que la persona que toma decisiones tiene la información pertinente antes de la toma de decisiones. Si la información de un campo requerido no está disponible, el sistema dirigible de superficie 201 puede requerir una explicación que se va a introducir de por que la información no está disponible (por ejemplo, falla de sensores). Por lo tanto, un nivel de uniformidad puede ser impuesto por el sistema dirigible de superficie 201, mientras que se pueden definir excepciones para permitir que el sistema dirigible de superficie 201 maneje diversas situaciones.

El sistema dirigible de superficie 201 también puede enviar alertas (por ejemplo, correo electrónico o alertas en mensaje de texto) para notificar a uno o más individuos acerca de un problema particular, y la lista de destinatarios se pueden personalizar con base en el problema. Además, la información de contacto se pueden basar en el tiempo, de modo que el sistema dirigible de superficie 201 puede saber cuando un individuo en particular está disponible. En tales situaciones, el sistema dirigible de superficie 201 puede intentan comunicarse de forma automática con un contacto disponible en lugar de esperar una respuesta de un contacto que es probable que no esté disponible.

En consecuencia, el sistema dirigible de superficie 201 puede presentar una presentación que se puede personalizar de diversos procesos de perforación e información de un determinado individuo involucrado en el proceso de perforación. Por ejemplo, el ingeniero de perforación 302 puede ver una presentación que muestra información relevante para las tareas del ingeniero de perforación, y el geólogo 304 puede ver una presentación diferente que incluye información de formación adicional y/o más detallada. Esta personalización permite a cada individuo recibir información necesaria para su papel específico en el proceso de perforación mientras que al mismo tiempo minimiza o elimina información innecesaria.

Haciendo referencia a la figura 5, una modalidad de un entorno 500 ilustra un flujo de datos que puede estar soportado por el sistema dirigible de superficie 201 de la figura 2A. El flujo de datos 500 inicia en el bloque 502 y se puede mover a traves de dos ramales, aunque algunos bloques en un ramal pueden no ocurrir antes de otros bloques en el otro ramal. Una de los ramales implica el cubo de perforación 216 y el otro ramal implica el controlador in situ 144 en el equipo de perforación 110.

En el bloque 504, se realiza un levantamiento geológico. Los resultados del levantamiento son examinados por el geólogo 304 y se produce un informe de formación 506. El informe de formación 506 detalles capas de formación, tipo de roca, espesor de capa, profundidad de capa, e información similar que se puede utilizar para desarrollar un plan del pozo. En el bloque 508, un plan del pozo se ha desarrollado por un planificador de pozo 524 y/o el ingeniero de perforación 302 con base en el informe de formación y la información de la base de datos regional 128 en el cubo de perforación 216. El bloque 508 puede incluir la selección de un BHA y la configuración de límites de control. El plan del pozo se almacena en la base de datos 128. El ingeniero de perforación 302 también puede ajustar parámetros de operación de perforación en el paso 510 que también se almacenan en la base de datos 128.

En el otro ramal, el equipo de perforación 110 se construye en el bloque 512. En este punto, tal como se ilustra por el bloque 526, el plan del pozo, la información de BHA, los límites de control, los datos de perforación históricos, y los comandos de control se pueden enviar desde la base de datos 128 a la base de datos local 410. Utilizando la información recibida, el perforador de pozos direccional 306 introduce parámetros de BHA reales en el bloque 514. El representante de la compañía 314 y/o el perforador de pozos direccional 306 puede verificar el rendimiento de los límites de control en el bloque 516, y los límites de control se almacenan en la base de datos local 410 del controlador in situ 144. El rendimiento de los límites de control puede incluir múltiples niveles tales como un nivel de advertencia y un nivel crítico correspondiente a no tomar ninguna acción en pies/minutos.

Una vez que se inicia la perforación, un registrador de diagnósticos (descrito más adelante con mayor detalle) 520 que es parte del controlador in situ 144 registra información relacionada con la perforación tales como información de sensores y maniobras y almacena la información en la base de datos local 410 en el bloque 526. La información se envía a la base de datos 128. Las alertas tambien se envían desde el controlador in situ 144 al cubo de perforación 216. Cuando se recibe una alerta por parte del cubo de perforación 216, una notificación de alerta 522 se envía a individuos determinados, tales como el ingeniero de perforación 302, el geólogo 304, y el representante de la compañía 314. El destinatario real puede variar con base en el contenido del mensaje de alerta o en otros criterios. La notificación de alerta 522 puede dar como resultado el plan del pozo y la información de BHA, y los límites de control se modifican en el bloque 508 y los parámetros se modifican en el bloque 510. Estas modificaciones se guardan en la base de datos 128 y se transfieren a la base de datos local 410. El BHA puede ser modificado por el perforador de pozos direccional 306 en el bloque 518, y los cambios se propagan a través de los bloques 514 y 516 con posibles límites de control actualizados. En consecuencia, el sistema dirigible de superficie 201 puede proporcionar un flujo más controlado de información que aquel que puede producirse en un entorno sin tal sistema.

Los diagramas de flujo descritos en la presente ilustran varias funciones y operaciones de ejemplo que se pueden producir dentro de diversos entornos. En consecuencia, estos diagramas de flujo no están completos debido a que diversos pasos se pueden excluir a fin de aclarar el aspecto que se describe. Por ejemplo, se da por entendido que algunas acciones, tales como procesos de autenticación de red, notificaciones, e intercambio de señales, pueden haber sido realizadas antes del primer paso de un diagrama de flujo. Tales acciones pueden depender del tipo y de la configuración particulares de comunicaciones entabladas por el controlador in situ 144 y/o el cubo de perforación 216. Además, otras acciones de comunicación se pueden producir entre los pasos ilustradas o simultáneamente con los pasos ilustrados.

El sistema dirigible de superficie 201 incluye grandes cantidades de datos específicamente relacionados con diversas operaciones de perforación debido a que se almacenan en bases de datos tales como las bases de datos 128 y 410. Tal como se ha descrito con respecto a la figura 1A, estos datos pueden incluir datos recopilados a partir de muchas ubicaciones diferentes y pueden corresponder a muchas operaciones de perforación diferentes. Los datos almacenados en la base de datos 128 y otras bases de datos se pueden utilizar para una variedad de fines, incluyendo extracción y análisis de datos, que pueden ayudar en tales procesos como comparaciones de equipos, formulación del plan de perforación, planificación de convergencia, pronóstico de recalibración, y ajuste automático (por ejemplo, optimización de rendimiento de perforación). Algunos procesos, tales como las comparaciones de equipos, no se pueden realizar en tiempo real utilizando datos de entrada, mientras que otros, tales como el ajuste automático, se pueden realizar en tiempo real o casi en tiempo real. En consecuencia, algunos procesos se pueden ejecutar en el cubo de perforación 216, otros procesos se pueden ejecutar en el controlador in situ 144, y aún otros procesos se pueden ejecutar tanto por el cubo de perforación 216 como por el controlador in situ 144 con comunicaciones que se producen antes, durante y/o despues de que se ejecutan los procesos. Tal como se describe a continuación en varios ejemplos, algunos procesos se pueden desencadenar por eventos (por ejemplo, pronóstico de recalibración) mientras que otros pueden estar en marcha (por ejemplo, ajuste automático).

Por ejemplo, en la comparación de equipos, los datos de las diferentes operaciones de perforación (por ejemplo, de la perforación de los pozos 102, 104, 106, y 108) se pueden normalizar y utilizar para comparar el desgaste del equipo, el rendimiento y otros factores similares. Por ejemplo, la misma barrena puede haber sido utilizada para perforar los pozos 102 y 106, pero la perforación puede haber sido realizada utilizando diferentes parámetros (por ejemplo, velocidad de rotación y WOB). Mediante la normalización de los datos, las dos barrenas se pueden comparar de forma más eficaz. Los datos normalizados se pueden procesar adicionalmente para mejorar la eficiencia de perforación mediante la identificación de que barrenas son más eficaces para capas de roca particulares, qué parámetros de perforación dieron lugar a una mejor ROP para una formación particular, ROP versus ventajas y desventajas de confiabilidad de diversas barrenas en diversas capas de roca, y factores similares. Tales comparaciones se pueden utilizar para seleccionar una barrena para otra operación de perforación con base en características de formación u otros criterios. En consecuencia, mediante la extracción y el análisis de los datos disponibles por medio del sistema dirigible de superficie 201 , se puede desarrollar un perfil de equipo óptimo para diferentes operaciones de perforación. El perfil de equipo posteriormente se puede utilizar para planificar pozos futuros o para aumentar la eficiencia de un pozo que se está perforando. Este tipo de optimización de perforación puede ser cada vez más preciso a medida que se recopilan y analizan más datos.

En la formulación del plan de perforación, los datos disponibles a través del sistema dirigible de superficie 201 se pueden utilizar para identificar posibles características de formación y seleccionar un perfil de equipo apropiado. Por ejemplo, el geólogo 304 puede utilizar datos locales obtenidos a partir de la ubicación planificada del equipo de perforación 110 junto con los datos regionales de la base de datos 128 para identificar posibles ubicaciones de las capas 168A-176A (figura 1B). Con base en esa información, el ingeniero de perforación 302 puede crear un plan del pozo que incluirá la curva de aumento de la figura 1C.

Haciendo referencia a la figura 6, un metodo 600 ilustra una modalidad de uno proceso basado en eventos que se puede ejecutar por el controlador in situ 144 de la figura 2A. Por ejemplo, instrucciones de software necesarias para ejecutar el método 600 se pueden almacenar en un medio de almacenamiento legible por computadora del controlador in situ 144 y posteriormente ejecutar por el procesador 412 que está acoplado al medio de almacenamiento y también es parte del controlador in situ 144.

En el paso 602, el controlador in situ 144 recibe entradas, tales como una trayectoria planeada para un agujero, información de formación para el agujero, información de accesorios para el equipo de perforación, y un conjunto de parámetros de costos. Los parámetros de costos se pueden utilizar para guiar las decisiones tomadas por el controlador in situ 144 tal como se explicará con mayor detalle a continuación. Las entradas se pueden recibir de muchas formas diferentes, incluyendo recepción de descargas de documentos (por ejemplo, hoja de cálculo), acceso a una base de datos (por ejemplo, la base de datos 128 de la figura 1A), y/o recepción de datos introducidos manualmente.

En el paso 604, la trayectoria planeada, la información de formación, la información de accesorios, y el conjunto de parámetros de costos se procesan para producir parámetros de control (por ejemplo, la información de control 204 de la figura 2A) para el equipo de perforación 110. Los parámetros de control pueden definir los ajustes para las diversas operaciones de perforación que se van a ejecutar por el equipo de perforación 110 para formar el agujero, tales como WOB, caudal de lodo, cara de herramienta, y ajustes similares. En algunas modalidades, los parámetros de control también pueden definir selecciones de accesorios específicos, tal como una barrena específica. En el ejemplo que nos ocupa, el paso 604 está dirigida a definir parámetros de control iniciales del equipo de perforación 110 antes del inicio de la perforación, pero se da por entendido que el paso 604 se puede utilizar para definir parámetros de control para el equipo de perforación 110 incluso después de que ha comenzado la perforación. Por ejemplo, el controlador in situ 144 se puede colocar en su lugar antes de la perforación o se puede colocar en su lugar después de que se ha iniciado la perforación, en cuyo caso el método 600 también puede recibir información de agujero actual en el paso 602.

En el paso 606, los parámetros de control se sacan para usarse por el equipo de perforación 110. En modalidades en donde el controlador in situ 144 está acoplado directamente al equipo de perforación 110, la generación de los parámetros de control puede incluir el envío de los parámetros de control directamente a uno o más de los sistemas de control del equipo de perforación 110 (por ejemplo, los sistemas de control 210, 212, y 214). En otras modalidades, la generación de los parámetros de control puede incluir el despliegue de los parámetros de control en una pantalla, la impresión de los parámetros de control y/o el copiado de los mismos en un medio de almacenamiento (por ejemplo, una unidad de Bus Serial Universal (USB)) para transferirse manualmente.

En el paso 608, se procesa información de retroalimentación recibida desde el equipo de perforación 110 (por ejemplo, desde uno o más de los sistemas de control 210, 212, y 214 y/o sistema de sensores 216). La información de retroalimentación puede proporcionar al controlador in situ 144 el estado actual del agujero (por ejemplo, profundidad e inclinación), el equipo de perforación, y el proceso de perforación, incluyendo una posición estimada de la barrena en el agujero. El procesamiento puede incluir la extracción de datos deseados a partir de la información de retroalimentación, la normalización de los datos, la comparación de los datos con parámetros deseados o ideales, la determinación de si los datos se encuentran o no dentro de un margen de error definido, y/o cualesquiera otros pasos de procesamiento necesarios para hacer uso de la información de retroalimentación.

En el paso 610, el controlador in situ 144 puede tomar acciones con base en la incidencia de uno o más eventos definidos. Por ejemplo, un evento puede desencadenar una decisión sobre la manera de proceder con la perforación de la forma más rentable. Los eventos pueden ser desencadenados por mal funcionamiento de los accesorios, diferencias de trayectoria entre el agujero medido y el agujero planificado, próximos períodos de mantenimiento, lecturas geológicas inesperadas, y cualquier otra actividad o no actividad que puede afectar la perforación del agujero. Se da por entendido que los eventos tambien se pueden definir para sucesos que tienen un menor impacto directo en la perforación, tales como escasez de mano de obra real o prevista, cuestiones reales o potenciales relacionadas con la concesión de licencias para derechos de explotación de minerales, cuestiones políticas reales o previstas que pueden afectar la perforación, y sucesos similares reales o previstos el paso 610 también puede resultar en que no se tome ninguna acción si, por ejemplo, la perforación se está produciendo sin ningún problema y los parámetros de control actuales son satisfactorios.

Un evento se puede definir en las entradas recibidas del paso 602 o definir más adelante. Los eventos también se pueden definir en el sitio utilizando el controlador in situ 144. Por ejemplo, si el equipo de perforación 110 tiene un problema mecánico específico, uno o más eventos se pueden definir para monitorear ese problema más a fondo que aquel que normalmente se podría producir. En algunas modalidades, una cadena de eventos se puede implementar cuando la incidencia de un evento desencadena el monitoreo de otro evento relacionado. Por ejemplo, un primer evento puede desencadenar una notificación acerca de un problema potencial con un pieza de equipo y tambien puede activar el monitoreo de un segundo evento. Además de activar el monitoreo del segundo evento, el desencadenamiento del primer evento puede resultar en la activación de supervisión adicional que implica, por ejemplo, verificar la pieza de equipo con más frecuencia o con mayor nivel de detalle. Si se produce el segundo evento, el equipo se puede apagar y una alarma suena, o se pueden tomar otras acciones. Esto permite que diferentes niveles de monitoreo y diferentes niveles de respuestas sean asignados independientemente de si son necesarios.

Haciendo referencia a la figura 7A, un método 700 ilustra una modalidad más detallada del método 600 de la figura 6, particularmente del paso 610. Debido a que los pasos 702, 704, 706, y 708 son similares o idénticos a los pasos 602, 604, 606, y 608, respectivamente, de la figura 6, las mismas no se describen con detalle en la presente modalidad. En el ejemplo que nos ocupa, la acción del paso 610 de la figura 6 se basa en si se ha producido o no un evento y la acción necesaria en el caso de que se ha producido el evento.

En consecuencia, en el paso 710, se realiza una determinación en cuanto a sí o no se ha producido un evento con base en las entradas de los pasos 702 y 708. Si no se ha producido ningún evento, el método 700 regresa al paso 708. Si se ha producido un evento, el método 700 se mueve al paso 712, en donde se realizan cálculos con base en la información relacionada con el evento y por lo menos un parámetro de costos. Se entiende que se puede obtener y/o procesar información adicional antes de o como parte del paso 712 si es necesario. Por ejemplo, cierta información se puede utilizar para determinar sí o no se ha producido un evento, y la información adicional se puede recuperar y procesar posteriormente para determinar las particularidades del evento.

En el paso 714, nuevos parámetros de control se pueden producir con base en los cálculos del paso 712. En el paso 716, se puede realizar una determinación en cuanto a sí o no son necesarios cambios en los parámetros de control actuales. Por ejemplo, los cálculos del paso 712 pueden dar lugar a una decisión en cuanto a que los parámetros de control actuales son satisfactorias (por ejemplo, el evento puede no afectar los parámetros de control). Si no se necesita ningún cambio, el método 700 regresa al paso 708. Si se necesitan cambios, el controlador in situ 144 saca los nuevos parámetros en el paso 718. El método 700 puede regresar posteriormente al paso 708. En ciertas modalidades, la determinación del paso 716 se puede producir antes del paso 714. En tales modalidades, el paso 714 puede ser no ejecutada si los parámetros de control actuales son satisfactorios.

En un ejemplo más detallado del método 700, se asume que el controlador in situ 144 está implicado en la perforación de un agujero y que aproximadamente 182.88 metros (seiscientos pies) quedan para ser perforados. Se ha definido un evento que advierte al controlador in situ 144 cuando se espera que la barrena de perforación alcance un nivel mínimo de eficiencia debido al desgaste y este evento se desencadena en el paso 710 en la marca de 182.88 metros (seiscientos pies). El evento se puede desencadenar debido a que la barrena de perforación está dentro de un cierto número de revoluciones antes de alcanzar el nivel mínimo de eficiencia, dentro de una cierta distancia restante (con base en el tipo de estratos, espesor, etc.) que se puede perforar antes de alcanzar el nivel mínimo de eficiencia, o se puede basar en algún otro factor o factores. Aunque el evento del ejemplo actual se desencadena antes de que se alcance el nivel mínimo previsto de eficiencia con el fin de programar de forma proactiva cambios en la perforación si es necesario, se da por entendido que el evento se puede desencadenar cuando el nivel mínimo se alcanza realmente.

El controlador in situ 144 puede realizar cálculos en el paso 712 que toman en cuenta diversos factores que se pueden analizar para determinar cómo se perforan los últimos 182.88 metros (seiscientos de pies). Estos factores pueden incluir el tipo de roca y el grosor de los 182.88 metros restantes (seiscientos pies), el desgaste previsto de la barrena de perforación con base en condiciones de perforación similares, la ubicación de la barrena (por ejemplo, profundidad), cuánto tiempo se tardará en cambiar la barrena, y un análisis de costo versus tiempo. En general, la perforación más rápida es más rentable, pero hay muchas ventajas y desventajas. Por ejemplo, el aumento del WOB o de la presión diferencial para aumentar la velocidad de penetración puede reducir el tiempo que se tarda en terminar el agujero, pero tambien puede desgastar la barrena más rápido, lo cual disminuirá la eficacia de la perforación y reducirá la velocidad de perforación. Si esta reducción de velocidad se produce demasiado pronto, puede ser menos eficaz que perforar más lentamente. Por lo tanto, existes ventajas y desventajas que se deben calcular. Demasiado WOB o presión diferencial también puede causar otros problemas, tales como daños a las herramientas de fondo de pozo. Si se produce uno de estos problemas, tomar tiempo para maniobrar con la barrena o taladrar un pozo secundario puede resultar en más tiempo total para terminar el agujero que simplemente taladrar más lentamente, de modo que más rápido puede no ser mejor. Las ventajas y desventajas pueden ser relativamente complejas, con muchos factores a considerar.

En el paso 714, el controlador in situ 144 produce nuevos parámetros de control con base en la solución calculada en el paso 712. En el paso 716, se realiza una determinación en cuanto a sí o no los parámetros actuales se deben reemplazar por los nuevos parámetros. Por ejemplo, los nuevos parámetros se pueden comparar con los parámetros actuales. Si los dos conjuntos de parámetros son sustancialmente similares (por ejemplo, tal como se calculan con base en un cambio porcentual o margen de error de la trayectoria actual con una trayectoria que sería creada utilizando los nuevos parámetros de control) o idénticos a los parámetros actuales, no sería necesario ningún cambio. Sin embargo, si los nuevos parámetros de control requieren cambios mayores que el cambio porcentual tolerado o están fuera del margen de error, estos se sacan en el paso 718. Por ejemplo, los nuevos parámetros de control puede aumentar el WOB y también incluir el caudal de lodo lo suficientemente significativo como para ignorar los parámetros de control anteriores. En otras modalidades, los nuevos parámetros de control se pueden sacar a pesar de cualquier diferencia, en cuyo caso se puede omitir el paso 716. En aún otras modalidades, la trayectoria actual y la trayectoria prevista se pueden comparar ante de que se produzcan los nuevos parámetros, en cuyo caso el paso 714 puede ocurrir después del paso 716.

Haciendo referencia a la figura 7B y con referencia adicional a la figura 7C, un método 720 (figura 7B) y un diagrama 740 (figura 7C) ilustran una modalidad más detallada del método 600 de la figura 6, particularmente del paso 610. Debido a que los pasos 722, 724, 726, y 728 son similares o idénticos a los pasos 602, 604, 606, y 608, respectivamente, de la figura 6, las mismas no se describen con detalle en la presente modalidad. En el ejemplo que nos ocupa, la acción del paso 610 de la figura 6 se basa en sí o no la perforación se ha desviado de la trayectoria planificada.

En el paso 730, se puede realizar una comparación para comparar la posición estimada de la barrena y la trayectoria con un punto deseado (por ejemplo, una posición de la barrena deseada) a lo largo de la trayectoria planificada. La posición estimada de la barrena se puede calcular con base en información tal como un punto de referencia del levantamiento y/o representada como una salida calculada por un estimador del agujero (tal como se describirá más adelante) y puede incluir una trayectoria de proyección de la barrena y/o punto que representa una posición prevista de la barrena si sigue su trayectoria actual estimada desde la posición estimada de la barrena. Tal información se puede incluir en las entradas del paso 722 e información de retroalimentación del paso 728 o se puede obtener de otras maneras. Se da por entendido que la posición estimada de la barrena y la trayectoria no se pueden calcular exactamente, pero pueden representar un estimado de la ubicación actual de la barrena de perforación con base en la información de retroalimentación. Tal como se ilustra en la figura 7C, la posición estimada de la barrena está indicada por la flecha 743 con respecto a la posición de la barrena deseada 741 a lo largo de la trayectoria planificada 742.

En el paso 732, se puede tomar una decisión en cuanto a si el estimado es 743 posición de bit en un determinado margen de error de la posición del bit deseado. Si la posición estimada de la barrena se encuentra dentro del margen de error, el metodo 720 regresa al paso 728. Si la posición estimada de la barrena no se encuentra dentro del margen de error, el controlador in situ 144 calcula un plan de convergencia en el paso 734. Con referencia a la figura 7C, para los fines del ejemplo que nos ocupa, la posición estimada de la barrena 743 está fuera del margen de error.

En algunas modalidades, también se puede utilizar una posición de la barrena proyectada (no mostrada). Por ejemplo, la posición estimada de la barrena 743 se puede extender por medio de cálculos para determinar dónde se proyecta que esté la barrena después de una cierta cantidad de perforación (por ejemplo, el tiempo y/o distancia). Esta información se puede utilizar de diversas maneras. Si la posición estimada de la barrena 743 está fuera del margen de error, la posición de la barrena proyectada 743 puede indicar que la trayectoria de la barrena actual llevará a la barrena a estar dentro del margen de error sin que se tome ninguna acción. En tal escenario, se puede realizar una acción solamente si tomará demasiado tiempo alcanzar la posición de la barrena proyectada cuando está disponible una trayectoria más óptima. Si la posición estimada de la barrena se encuentra dentro del margen de error, la posición de la barrena proyectada se puede utilizar para determinar si la trayectoria actual está dirigiéndose lejos de la trayectoria planificada. En otras palabras, la posición de la barrera proyectada se puede utilizar para detectar de forma proactiva que la barrena está fuera de curso antes de que se alcance el margen de error. En tal escenario, se puede realizar una acción para corregir la trayectoria actual antes de que se alcance el margen de error.

El plan de convergencia identifica un plan mediante el cual el se puede mover la barrena desde la posición estimada de la barrena 743 a la trayectoria planificada 742. Cabe señalar que el plan de convergencia puede desviar la posición de la barrena deseada 741 por completo, ya que el objetivo es regresar la trayectoria de perforación real a la trayectoria planificada 742 de la manera más óptima. La manera más óptima se puede definir por los costos, que puede representar un valor financiero, un valor de confiabilidad, un valor de tiempo, y/u otros valores que se pueden definir para una trayectoria de convergencia.

Tal como se ilustra en la figura 7C, un número infinito de trayectorias se pueden seleccionar para regresar la barrena a la trayectoria planificada 742. Las trayectorias pueden comenzar en la posición estimada de la barrena 743 o pueden comenzar en otros puntos a lo largo de una trayectoria proyectada 752 que se puede determinar mediante el cálculo de futuras posiciones de la barrena con base en la trayectoria actual de la barrena a partir de la posición estimada de la barrena 752. En el ejemplo que nos ocupa, la primera trayectoria 744 da como resultado la localización de la barrena en una posición 745 (por ejemplo, un punto de convergencia). El punto de convergencia 745 está fuera de un límite inferior 753 definido mediante una posible corrección más agresiva (por ejemplo, un límite inferior en una ventana de corrección). Esta corrección representa la posible trayectoria de convergencia más agresiva, que se puede limitar mediante factores tal como un posible cambio direccional máximo en la trayectoria de convergencia, en donde cualquier cambio direccional mayor crea una pata de perro que hace que sea difícil o imposible vaciar la tubería de revestimiento o realizar otras tareas necesarias. Una segunda trayectoria 746 da lugar a un punto de convergencia 747, que se encuentra justo en el límite inferior 753. Una tercera trayectoria 748 da lugar a un punto de convergencia 749, que representa un punto de convergencia de rango medio. Una tercera trayectoria 750 da lugar a un punto de convergencia 751 , que se produce en un límite superior 754 definido mediante un retraso de convergencia máximo (por ejemplo, un límite superior en la ventana de corrección).

Una cuarta trayectoria 756 puede comenzar en un punto proyectado o una posición de la barrena 755 que se encuentra a lo largo de la trayectoria proyectada 752 y da lugar a un punto de convergencia 757, que representa un punto de convergencia de rango medio. La trayectoria 756 se puede utilizar, por ejemplo, mediante el retraso de un cambio de trayectoria hasta la barrena cambio alcanza la posición 755. Muchas opciones de convergencia adicionales opciones se pueden abrir mediante el uso de puntos proyectados para la base de planes de convergencia, así como la posición estimada de la barrena.

Una quinta trayectoria 758 puede comenzar en un punto proyectado o una posición de la barrena 760 que se encuentra a lo largo de la trayectoria proyectada 750 y da lugar a un punto de convergencia 759. En tal modalidad, diferentes trayectorias de convergencia pueden incluir segmentos de trayectoria similares o identicos, tal como la trayectoria similar o idéntica compartida por los puntos de convergencia 751 y 759 para el punto 760. Por ejemplo, el punto 760 puede marcar una posición en la trayectoria 750 en donde comienza un segmento de deslizamiento (o continúa desde un segmento de deslizamiento anterior) para la trayectoria 758 y comienza un segmento de trayectoria en línea recta (o continúa) para la trayectoria 750. El sistema dirigible de superficie 144 puede calcular las trayectorias 750 y 758 como dos trayectorias completamente separadas o puede calcular una de las trayectorias como que se desvía de (por ejemplo, siendo una hija de) la otra trayectoria. En consecuencia, cualquier trayectoria puede tener múltiples trayectorias que se desvían de la trayectoria basada en, por ejemplo, diferentes puntos de deslizamiento y tiempos de deslizamiento.

Cada una de estas trayectorias 744, 746, 748, 750, 756, y 758 pueden presentar ventajas y desventajas desde un punto de vista de la perforación. Por ejemplo, un trayectoria puede ser más larga y puede requerir un mayor deslizamiento en una capa de roca relativamente suave, mientras que otra trayectoria puede ser más corta pero puede requerir más deslizando a traves de una capa de roca mucho más dura. En consecuencia, se pueden evaluar las ventajas y desventajas cuando se selecciona uno de los planes de convergencia en lugar de simplemente seleccionar la trayectoria más directa para la convergencia. Las ventajas y desventajas, por ejemplo, consideran un equilibrio entre ROP, costo total, gravedad de pata de perro, y confiabilidad. Mientras que el número de planes de convergencia puede variar, puede que hayan cientos o miles de planes de convergencia en algunas modalidades y las ventajas y desventajas se pueden utilizar para seleccionar uno de esos cientos o miles para su implementación. Los planes de convergencia a partir de los cuales se selecciona el plan de convergencia final pueden incluir planes calculados a partir de la posición estimada de la barrena 743, así como planes calculados a partir de uno o más puntos proyectados a lo largo de la trayectoria proyectada.

En algunas modalidades, proyecciones en línea recta de los vectores de punto de convergencia, después de la corrección del plan del pozo 742, se pueden evaluar para predecir el tiempo y/o la distancia para el siguiente requerimiento de corrección. Esta evaluación se puede utilizar cuando se selecciona la opción de costo total más bajo al evitar múltiples correcciones en donde una única opción hacia el futuro podría ser óptima. Como un ejemplo, una de las soluciones proporcionadas por la planificación de convergencia puede dar como resultado la trayectoria más rentable para regresar al plan del pozo 742, pero puede dar como resultado una necesidad casi inmediata de una segunda corrección debido a una desviación pendiente dentro del plan del pozo. En consecuencia, una trayectoria de convergencia que fusiona la desviación pendiente con la corrección mediante la selección de un punto de convergencia más allá de la desviación pendiente se podría seleccionar cuando se consideran los costos totales.

Se da por entendido que el diagrama 740 de la figura 7C es una representación bidimensional de un entorno tridimensional. En consecuencia, las trayectorias de convergencia ilustradas en el diagrama 740 de la figura 7C pueden ser tridimensionales. Adicionalmente, aunque las trayectorias de convergencia ilustradas todas convergen con la trayectoria planificada 742, se da por entendido que algunas trayectorias de convergencia se pueden calcular alejándose de la trayectoria planificada 742 (aunque tales trayectorias pueden ser rechazadas). No obstante, otras trayectorias de convergencia pueden sobrepasar la trayectoria real 742 y, posteriormente converger (por ejemplo, si no hay suficiente espacio para construir la curva). En consecuencia, se pueden calcular muchas diferentes estructuras de trayectoria de convergencia.

Haciendo referencia nuevamente a la figura 7B, en el paso 736, el controlador in situ 144 produce parámetros de control revisados con base en el plan de convergencia calculado en el paso 734. En el paso 738, se pueden sacar los parámetros de control revisados. Se da por entendido que los parámetros de control revisados se pueden proporcionar para regresar la barrena a la trayectoria planificada 742 y los parámetros de control originales se pueden utilizar posteriormente a partir de ese momento (empezando en el punto de convergencia). Por ejemplo, si el plan de convergencia seleccionó la trayectoria 748, los parámetros de control revisados se pueden utilizar hasta que la barrena alcance la posición 749. Una vez que la barrena alcanza la posición 749, los parámetros de control originales se pueden utilizar para perforación adicional. De forma alternativa, los parámetros de control revisados pueden incorporar los parámetros de control originales empezando en la posición 749 o pueden volver a calcular parámetros de control para la trayectoria planificada incluso más allá del punto 749. En consecuencia, el plan de convergencia puede dar lugar a parámetros de control desde la posición de la barrena 743 a la posición 749, y parámetros de control adicionales se pueden reutilizar o calcular dependiendo de la implementación particular del controlador in situ 144.

Haciendo referencia a la figura 8A, un metodo 800 ilustra una modalidad más detallada del paso 734 de la figura 7B. Se da por entendido que el plan de convergencia del paso 734 se puede calcular de muchas maneras diferentes, y que el método 800 proporciona un enfoque posible para tal cálculo cuando la meta es encontrar el vector de solución de costo más bajo. En el ejemplo que nos ocupa, el costo puede incluir tanto el costo financiero de una solución como la confiabilidad de una solución. Otros costos, tal como los costos de tiempo, tambien se pueden incluir. Para fines de ejemplo, se utiliza el diagrama 740 de la figura 7C.

En el paso 802, múltiples vectores de solución se calculan a partir de la posición actual 743 a la trayectoria planificada 742. Estos vectores de solución pueden incluir las trayectorias 744, 746, 748, y 750. También se pueden calcular trayectorias adicionales (no mostradas en la figura 7C). El número de vectores de solución que se calculan puede variar dependiendo de diversos factores. Por ejemplo, la distancia disponible para construir una curva necesaria para regresar a la trayectoria planificada 742 puede variar dependiendo de la ubicación y la orientación actuales de la barrena con respecto a la trayectoria planificada. Un mayor número de vectores de solución puede estar disponible cuando existe una distancia mayor en la cual se construirá una curva que para una distancia menor ya que la distancia menor puede requerir una tasa de aumento angular mucho más agresiva que excluye tasas de aumento angular menores que se pueden utilizar para la distancia mayor. En otras palabras, cuanto más pronto se detecte un error, generalmente habrá más vectores de solución posibles debido a la distancia más grande en la cual se puede corregir el error. Aunque el número de vectores de solución que se calculan en este paso puede variar, puede que haya cientos o miles de vectores de solución calculados en algunas modalidades.

En el paso 804, se rechaza cualquier vector de solución que caiga fuera de los límites definidos, tales como los vectores de solución que caen fuera del límite inferior 753 y el límite superior 754. Por ejemplo, la trayectoria 744 sería rechazada porque el punto de convergencia 745 cae fuera del límite inferior 753. Se da por entendido que la trayectoria 744 se puede rechazar por una razón de ingeniería (por ejemplo, la trayectoria requeriría una pata de perro de mayor gravedad de lo permitido) antes de las consideraciones de costos, o la razón de ingeniería se puede considerar un costo.

En el paso 806, se calcula un costo para cada solución de vector restante. Tal como se ¡lustra en la figura 7C, los costos se pueden representar como una matriz de costos (que puede o no ser ponderada) con cada vector de solución teniendo correspondientes costos en la matriz de costos. En el paso 808, un mínimo de los vectores de solución se puede tomar para identificar el vector de solución de costo más bajo. Se da por entendido que el costo mínimo es una forma de seleccionar el vector de solución deseado, y que se pueden utilizar otras formas. En consecuencia, el paso 808 se refiere a la selección de un vector de solución óptimo con base en un conjunto de parámetros objetivo, que puede incluir uno o más de un costo financiero, un costo de tiempo, un costo de confiabilidad, y/u otros factores, tal como un costo de ingeniería similar a la gravedad de la pata de perro, que se pueden utilizar para reducir el conjunto de vectores de solución al vector de solución óptimo.

Mediante la ponderación de los costos, la matriz de costos se puede personalizar para manejar muchos escenarios de diferentes costos y resultados deseados. Por ejemplo, si el tiempo es de importancia primordial, un costo de tiempo se puede ponderar por encima de los costos financiero y de confiabilidad con el fin de garantizar que un vector de solución que es más rápido será seleccionado por encima de otros vectores de solución que son sustancialmente los mismos pero un poco más lentos, aunque los otros vectores de solución pueden ser más beneficiosos en terminos de costos financiero y de confiabilidad. En algunas modalidades, el paso 804 se puede combinar con el paso 808 y los vectores de solución que caen fuera de los límites pueden ser provistos de un costo que garantiza que no serán seleccionados. En el paso 810, se selecciona el vector de solución correspondiente al costo mínimo.

Haciendo referencia a la figura 8B, un método 820 ilustra una modalidad de uno proceso basado en eventos que se puede ejecutar por el controlador in situ 144 de la figura 2A. Se da por entendido que un evento puede representar muchos escenarios diferentes en el sistema dirigible de superficie 201. En el ejemplo que nos ocupa, en el paso 822, un evento puede ocurrir que indica que una predicción no es correcta con base en lo que realmente ha ocurrido. Por ejemplo, una capa de formación no se encuentra en donde se espera (por ejemplo, demasiado alta o baja), una barrena seleccionada no perforó como se esperaba, o un motor de lodo seleccionado no construyó la curva como se esperaba. El error de predicción se puede identificar mediante la comparación de resultados esperados con resultados reales o mediante el suso de otros metodos de detección.

En el paso 824, una razón del error se puede determinar debido a que el sistema dirigible de superficie 201 y sus datos pueden proporcionar un entorno en el cual se puede evaluar el error de predicción. Por ejemplo, si una barrena no perforó como se esperaba, el método 820 puede examinar muchos factores diferentes, tales como sí o no la formación de roca fue diferente de lo que se esperaba, si o no los parámetros de perforación fueron correctos, sí o no los parámetros de perforación se introdujeron correctamente por el perforador de pozos, sí o no se produjo otro error y/o falla que causó que la barrena perforara de forma deficiente, y sí o no la barrena simplemente falló en el rendimiento. Mediante el acceso y el análisis de los datos disponibles, se puede determinar la razón de la falla.

En el paso 826, una solución se puede determinar por el error. Por ejemplo, si la formación de roca fue diferente de lo que se esperaba, la base de datos 128 se puede actualizar con la información de roca correcta y se pueden obtener nuevos parámetros de perforación para el equipo de perforación 110. De forma alternativa, la barrena actual se puede maniobrar y reemplazar con otra barrena más adecuada para la roca. En el paso 828, las predicciones de perforación actuales (por ejemplo, plan del pozo, tasa de aumento angular, estimados de deslizamiento) se pueden actualizar con base en la solución y la solución se puede almacenar en la base de datos 128 para usarse en futuras predicciones. Por consiguiente, el método 820 puede dar como resultado beneficios para futuros pozos, así como mejorar predicciones de pozos actuales.

Haciendo referencia a la figura 8C, un metodo 830 ilustra una modalidad de uno proceso basado en eventos que se puede ejecutar por el controlador in situ 144 de la figura 2A. El método 830 está dirigido al pronóstico de recalibración que se puede desencadenar por un evento, tal como un evento detectado en el paso 610 de la figura 6. Se da por entendido que la recalibración descrita en esta modalidad puede no ser la misma que calcular un plan de convergencia, aunque calcular un plan de convergencia puede ser parte de la recalibración. Como un ejemplo de un evento que desencadena la recalibración, un cambio en las lecturas de ROP y/o GAMMA puede indicar que una formación de capa (por ejemplo, la capa 170A de la figura 1B) es en realidad 6.096 metros (veinte pies) mayor de lo planificado. Es muy probable que esto impactará en el plan del pozo, debido a que puede ser necesario cambiar las predicciones de tasa de aumento angular y otros parámetros de perforación. En consecuencia, en el paso 832, se identifica este evento.

En el paso 834, se puede realizar un pronóstico en cuanto al impacto del evento. Por ejemplo, el sistema dirigible de superficie 201 puede determinar sí o no la tasa de aumento angular proyectada necesaria para asentar la curva se puede cumplir en función de la diferencia de los 6.096 metros (veinte pies). Esta determinación puede incluir examinar la ubicación actual de la barrena, la trayectoria proyectada, e información similar.

En el paso 836, se pueden realizar modificaciones con base en el pronóstico. Por ejemplo, si se puede cumplir la tasa de aumento angular proyectada, entonces se pueden realizar modificaciones en los parámetros de perforación para abordar la diferencia de profundidad de formación, pero las modificaciones pueden ser relativamente menores. Sin embargo, si no se puede cumplir la tasa de aumento angular proyectada, el sistema dirigible de superficie 201 puede determinar cómo hacer frente a la situación, por ejemplo, mediante la planificación de una maniobra con la barrena para reemplazar el BHA actual con un BHA capaz de crear una curva nueva y más agresiva.

Tales decisiones pueden ser automatizadas o pueden requerir la entrada o la aprobación del ingeniero de perforación 302, el geólogo 304, o de otros individuos. Por ejemplo, dependiendo de la distancia al punto de desvío, el sistema dirigible de superficie 201 primero puede detener la perforación y posteriormente enviar una alerta a un individuo autorizado, tales como el ingeniero de perforación 302 y/o el geólogo 304. El ingeniero de perforación 302 y el geólogo 304 posteriormente pueden llegar a estar involucrados en la planificación de una solución o pueden aprobar una solución propuesta por el sistema dirigible de superficie 201. En algunas modalidades, el sistema dirigible de superficie 201 puede implementar automáticamente su solución calculada. Los parámetros se pueden ajustar para tales medidas de implementación automática para asegurar que las desviaciones drásticas del plan del pozo original no se producen automáticamente mientras que se permite la aplicación automática de más medidas menores.

Se da por entendido que tales pronósticos de recalibración se pueden realizar con base en muchos factores diferentes y se pueden desencadenar por muchos eventos diferentes. La porción de pronóstico del proceso está dirigida a anticipar que cambios pueden ser necesarios debido a la recalibración y calcular la manera en que se pueden implementar tales cambios. Tal pronóstico proporciona ventajas de costo debido a que pueden estar disponibles más opciones cuando un problema se detecta más bien antes que después. Utilizando el ejemplo anterior, cuanto más pronto se identifique la diferencia en la profundidad de la capa, más probable será que la tasa de aumento angular se pueda cumplir sin cambiar el BHA.

Haciendo referencia a la figura 8D, un método 840 ilustra una modalidad de uno proceso basado en eventos que se puede ejecutar por el controlador in situ 144 de la figura 2A. El método 840 está dirigido al ajuste automático que se puede realizar por el controlador in situ 144 con base en factores tales como la ROP, el costo total, y la confiabilidad. Mediante el ajuste automático, el controlador in situ 144 puede ejecutar un proceso de aprendizaje que le permite optimizar el rendimiento de perforación del equipo de perforación 110. Adicionalmente, el proceso de ajuste automático permite que se alcance un equilibrio que proporciona confiabilidad mientras que también reduce costos. La confiabilidad en las operaciones de perforación a menudo está vinculada con la vibración y los problemas que puede causar la vibración, tales como atascamiento-deslizamiento y remolinos. Tales problemas de la vibración pueden dañar o destruir el equipo y también pueden dar lugar a una superficie muy desigual en el agujero que puede causar otros problemas tales como carga de fricción de operaciones de perforación futuras debido a que tubería/tubería de revestimiento pasa a través de esa área del agujero. En consecuencia, es deseable minimizar la vibración mientras que al mismo tiempo se optimiza el rendimiento, debido a que la sobrecorrección de vibraciones puede dar lugar a una perforación más lenta de lo necesario. Se da por entendido que la optimización que nos ocupa puede implicar un cambio en cualquier parámetro de perforación y no se limita a una determinada pieza de equipo o sistema de control. En otras palabras, los parámetros a través de todo el equipo de perforación 110 y BHA se pueden cambiar durante el proceso de ajuste automático. Además, el proceso de optimización se puede aplicar a la producción mediante la optimización del alisado del pozo y otros factores que afectan la producción. Por ejemplo, al minimizar la severidad de la pata de perro, la producción se puede aumentar durante el tiempo de vida útil del pozo.

En consecuencia, en el paso 842, se definen uno o más parámetros objetivo. Por ejemplo, el parámetro objetivo puede ser una MSE de 344.73 MPa (50 ksi) o una ROP de 0.0084 metros/s (100 pies/hora) que el controlador in situ 144 va a establecer y mantener. En el paso 844, la pluralidad de parámetros de control se identifican para usarse en la operación de perforación. Los parámetros de control se seleccionan a fin de cumplir con MSE objetivo de 344.73 MPa (50 ksi) o ROP objetivo de 0.0084 metros/s (100 pies/hora). La operación de perforación se inicia con los parámetros de control, que se pueden utilizar hasta que se alcance la MSE o ROP objetivo. En el paso 846, se recibe información de retroalimentación de la operación de perforación cuando se están utilizando los parámetros de control, de modo que la retroalimentación representa el rendimiento de la operación de perforación según se controla por los parámetros de control. También se puede utilizar información histórica en el paso 846. En el paso 848, se establece una línea de base operacional con base en la información de retroalimentación.

En el paso 850, por lo menos uno de los parámetros de control se cambia para modificar la operación de perforación, aunque se deben mantener MSE objetivo o ROP objetivo. Por ejemplo, algunos o todos los parámetros de control pueden estar asociadas con un intervalo de valores y el valor de uno o más de los parámetros de control se puede cambiar. En el paso 852, se recibe más información de retroalimentación, pero esta vez la retroalimentación refleja el rendimiento de la operación de perforación con los parámetros de control cambiados. En el paso 854, un impacto en el rendimiento del cambio se determina con respecto a la línea de base operacional. El impacto en el rendimiento se puede producir de varias maneras, tales como un cambio en MSE o ROP y/o un cambio en la vibración. En el paso 856, se realiza una determinación en cuanto a sí o no se optimizan los parámetros de control. Si no se optimizan los parámetros de control, el método 840 regresa al paso 850. Si se optimizan los parámetros de control, el método 840 se mueve al paso 858. En el paso 858, los parámetros de control optimizados se utilizan para la operación de perforación actual con la MSE objetivo o la ROP objetivo y almacenadas (por ejemplo, en la base de datos 128) para usarse en las operaciones de perforación y análisis operacionales posteriores. Esto puede incluir la vinculación de información de formación con los parámetros de control en la base de datos regional 128.

Haciendo referencia a la figura 9, una modalidad de una arquitectura de sistema 900 se ilustra que se puede utilizar para el controlador in situ 144 de la figura 1A. La arquitectura de sistema 900 incluye interfaces configuradas para interactuar con componentes externos y módulos internos configurados para procesar información. Las interfaces pueden incluir un controlador de entrada 902, una interfaz de sincronización remota 904 y una interfaz de salida 918, que pueden incluir por lo menos uno de una interfaz gráfica de usuario (GUI) 906 y un controlador de salida 908. Los módulos internos pueden incluir una consulta de base de datos y motor de actualización/registrador de diagnósticos 910, una base de datos local 912 (que puede ser similar o idéntica a la base de datos 410 de la figura 4), un módulo de bucle de control de orientación (LCG) 914, y un módulo de bucle de control autónomo (ACL) 916. Se da por entendido que la arquitectura de sistema 900 es meramente un ejemplo de una arquitectura de sistemas que se pueden utilizar para el controlador in situ 144 y la funcionalidad se puede proporcionar para el controlador in situ 144 utilizando muchas arquitecturas diferentes. En consecuencia, la funcionalidad que se describe aquí con respecto a módulos particulares y componentes de arquitectura se puede combinar, separar aún más, y organizar de muchas formas diferentes.

Se da por entendido que el sistema dirigible por computadora 144 puede realizar ciertos cálculos para evitar que errores o imprecisiones se acumulen y den cálculos erróneos. Por ejemplo, tal como se describirá más adelante, el controlador de entrada 902 puede recibir una entrada de Especificación de Transferencia de Información de Pozos (WITS) que representa la presión absoluta, mientras que el sistema dirigible de superficie 144 necesita presión diferencial y necesita un punto cero exacto para la presión diferencial. En general, el perforador de pozos pondrá en cero la presión diferencial cuando la sarta de perforación se coloca con la barrena estando a distancia de la parte inferior y todo el flujo de la bomba está ocurriendo. Sin embargo, esto puede ser un evento relativamente esporádico. En consecuencia, el sistema dirigible de superficie 144 puede reconocer cuando la barrena está a distancia de la parte inferior y se ha logrado el caudal y se ha puesto a cero la presión diferencial.

Otro cálculo puede implicar la altura del bloque, que se necesita calibrar apropiadamente. Por ejemplo, la altura del bloque puede oscilar en un intervalo amplio, incluyendo distancias que pueden incluso no ser posibles para un equipo de perforación específico. En consecuencia, si el intervalo reportado es de 18.28 metros a 45.72 metros (sesenta pies a ciento cincuenta pies) y solamente debe haber 30.48 metros (cien pies), el sistema dirigible de superficie 144 puede asignar un valor de cero a los 18.28 metros reportados (sesenta pies) y un valor de 30.48 metros (cien pies) a los 45.72 metros reportados (ciento cincuenta pies). Adicionalmente, durante la perforación, el error se acumula gradualmente debido a que el cable se desplaza y a que se producen otros eventos. El sistema dirigible de superficie 144 puede calcular su propia altura de bloque para predecir cuándo se produce la siguiente conexión y otros eventos relacionados, y tambien puede tener en cuenta cualquier error que pueda ser introducido por problemas con los cables.

Haciendo referencia específicamente a la figura 9, el controlador de entrada 902 proporciona salida a la GUI 906, la consulta de base de datos y motor de actualización/registrador de diagnósticos 910, el GCL 914 y el ACL 916. El controlador de entrada 902 está configurado para recibir entradas para el controlador in situ 144. Se da por entendido que el controlador de entrada 902 puede incluir la funcionalidad necesaria para recibir diversos tipos de archivos, formatos, y flujos de datos. El controlador de entrada 902 también se puede configurar para convertir formatos si es necesario. En consecuencia, el controlador de entrada 902 se puede configurar para proporcionar flexibilidad al controlador in situ 144 mediante el manejo de datos entrantes sin necesidad de cambiar los módulos internos. En algunas modalidades, con propósitos de abstracción, el protocolo del flujo de datos puede ser arbitrario con un evento de entrada definido como un solo cambio (por ejemplo, un cambio de sensor en tiempo real) de cualquiera de las entradas dadas.

El controlador de entrada 902 puede recibir diversos tipos de entrada, incluyendo entrada de sensores de equipo (por ejemplo, desde el sistema de sensores 214 de la figura 2A), datos de plan del pozo, y datos de control (por ejemplo, parámetros de control de ingeniería). Por ejemplo, la entrada de sensores de equipo puede incluir profundidad de hoyo, profundidad de barrena, cara de herramienta, inclinación, azimut, profundidad vertical verdadera, conteo gamma, presión de tubería de subida, caudal de lodo, RPMs giratorio, velocidad de barrena, ROP, y WOB. Los datos del plan del pozo pueden incluir información tales como ubicaciones de inicio y final proyectadas de varias capas geológicas en puntos de profundidad vertical a lo largo de la trayectoria del plan del pozo, y una trayectoria planificada del agujero presentada en un espacio tridimensional. Los datos de control se pueden utilizar para definir parámetros de operación máximos y otras limitaciones para controlar la velocidad de perforación, limitar la cantidad de desviación permitida a partir de la trayectoria planificada, definir niveles de autoridad (por ejemplo, si un operador in situ puede tomar una decisión particular o si se va a tomar por un ingeniero en otro lugar fuera de la empresa), y limitaciones similares. El controlador de entrada 902 tambien puede manejar una entrada manual, tal como una entrada introducida a través de un teclado, un ratón o una pantalla táctil. En algunas modalidades, el controlador de entrada 902 también puede manejar una entrada de señales inalámbricas, tal como desde un teléfono celular, un teléfono inteligente, un PDA, una tableta, una computadora portátil o cualquier otro dispositivo capaz de comunicarse de forma inalámbrica con el controlador in situ 144 a través de una red local y/o en otro lugar fuera de la empresa.

La consulta de base de datos y motor de actualización/registrador de diagnósticos 910 recibe la entrada desde el controlador de entrada 902, el GCL 914 y el ACL 916, y proporciona salida a la base de datos local 912 y a la GUI 906. La consulta de base de datos y motor de actualización/registrador de diagnósticos 910 está configurada para gestionar el archivado de los datos en la base de datos local 912. La consulta de base de datos y motor de actualización/registrados de diagnósticos 910 tambien puede gestionar algunos requerimientos funcionales de un servidor de sincronización remoto (RSS) a través de la interfaz de sincronización remota 904 para el archivado de datos que serán cargados y sincronizados con una base de datos remota, tal como la base de datos 128 de la figura 1A. La consulta de base de datos y motor de actualización/registrador de diagnósticos 910 también se puede configurar para servir como una herramienta de diagnóstico para la evaluación del comportamiento algoritmo y rendimiento contra datos de materia prima y equipo de perforación y datos de retroalimentación de sensores.

La base de datos local 912 recibe la entrada desde la consulta de base de datos y motor de actualización/registrador de diagnósticos 910 y la interfaz de sincronización remota 904, y proporciona salida al GCL 914, el ACL 916, y la interfaz de sincronización remota 904. Se entiende que la base de datos local 912 se puede configurar de muchas maneras diferentes. Tal como se describió en modalidades anteriores, la base de datos local 912 puede almacenar información tanto actual como histórica que representa tanto la operación de perforación actual con la cual el controlador in situ 144 se acopla así como la información regional de la base de datos 128.

El GCL 914 recibe la entrada desde el controlador de entrada 902 y la base de datos local 912, y proporciona salida a la consulta de base de datos y motor de actualización/registrador de diagnósticos 910, la GUI 906, y el ACL 916. Aunque no se muestran, en algunas modalidades, el GCL 906 puede proporcionar una salida al controlador de salida 908, lo cual permite al GCL 914 controlar directamente sistemas de terceros y/o comunicarse mediante interfaz con el equipo de perforación solo o con el ACL 916. Una modalidad del GCL 914 se discute a continuación con respecto a la figura 11.

El ACL 916 recibe la entrada desde el controlador de entrada 902, la base de datos local 912, y el GCL 914, y proporciona salida a la consulta de base de datos y motor de actualización/registrador de diagnósticos 910 y controlador de salida 908. Una modalidad del ACL 916 se discute a continuación con respecto a la figura 12.

La interfaz de salida 918 recibe la entrada desde el controlador de entrada 902, el GCL 914 y el ACL 916. En el presente ejemplo, la GUI 906 recibe la entrada desde el controlador de entrada 902 y el GCL 914. La GUI 906 puede mostrar una salida en un monitor u otro indicador visual. El controlador de salida 908 recibe la entrada desde el ACL 916 y está configurado para proporcionar una interfaz entre el controlador in situ 144 y sistemas de control externos, tales como los sistemas de control 208, 210, y 212 de la figura 2A.

Se da por entendido que la arquitectura de sistema 900 de la figura 9 se puede configurar de muchas maneras diferentes. Por ejemplo, diversos interfaces y módulos se pueden combinar o separar aún más. En consecuencia, la arquitectura de sistema 900 proporciona un ejemplo de cómo se puede estructurar la funcionalidad para proporcionar el controlador in situ 144, pero el controlador in situ 144 no está limitado a la estructura ilustrada de la figura 9.

Haciendo referencia a la figura 10, una modalidad del controlador de entrada 902 de la arquitectura de sistema 900 de la figura 9 se ¡lustra con mayor detalle. En el ejemplo que nos ocupa, el controlador de entrada 902 se puede configurar para recibir una entrada a través de diferentes interfaces de entrada, tales como un controlador de entrada serial 1002 y un controlador de Protocolo de Control de Transmisión (TCP) 1004. Tanto el controlador de entrada serial 1002 como el controlador de entrada TCP 1004 se pueden alimentar en un en un analizador sintáctico 1006.

El analizador sintáctico 1006 en el ejemplo que nos ocupa se puede configurar de acuerdo con una especificación tal como WITS y/o utilizando un estándar tal como el Lenguaje de Marcación Estándar de Transferencia de Información de Pozo (WITSML). WITS es una especificación para la transferencia de datos relacionados con el equipo de perforación y utiliza un formato de archivo binario. WITS se puede reemplazar o complementar en algunas modalidades por WITSML, que se basa en XML (Lenguaje de Marcación Ampliable) para transferir dicha información. El analizador sintáctico 1006 se puede alimentar en la consulta de base de datos y motor de actualización/registrador de diagnósticos 910, y también en el GCL 914 y la GUI 906 tal como se ilustra en los parámetros de ejemplo del bloque 1010. El controlador de entrada 902 también puede incluir un controlador de entrada sin WITS 1008 que proporciona entrada al ACL 916 tal como se ilustra en el bloque 1012.

Haciendo referencia a la figura 11, una modalidad del GCL 914 de la figura 9 se ilustra con mayor detalle. En el ejemplo que nos ocupa, el GCL 914 puede incluir diversos módulos funcionales, incluyendo un predictor de tasa de aumento angular 1102, un planificador de pozo modificado geológico 1104, un estimador de agujero 1106, un estimador de deslizamiento 1108, un calculador de vector de error 1110, un estimador de desfasamiento geológico 1112, un planificador de deslizamiento 1114, un planificador de convergencia 1116, y un planificador de solución táctica 1118. En la siguiente descripción del GCL 914, el término entrada externa se refiere a una entrada recibida desde la parte exterior del GCL 914 (por ejemplo, desde el controlador de entrada 902 de la figura 9), mientras que entrada interna se refiere a una entrada recibida por el módulo GCL desde otro módulo GCL.

El predictor de tasa de aumento angular 1102 recibe una entrada externa que representa BHA e información geológica, recibe una entrada interna desde el estimador de agujero 1106, y proporciona salida al planificador de pozo modificado geológico 1104, estimador de deslizamiento 1108, planificador de deslizamiento 1114, y planificador de convergencia 1116. El predictor de tasa de aumento angular 1102 está configurado para utilizar el BHA y la información geológica para predecir las tasas de aumento angular de perforación de secciones actuales y futuras de un pozo. Por ejemplo, el predictor de tasa de aumento angular 1102 puede determinar la agresividad con la que la curva será aumentada para una formación dada con BHA y otros parámetros de equipo dados.

El predictor de tasa de aumento angular 1102 puede utilizar la orientación del BHA hacia la formación para determinar un ángulo de ataque para las transiciones de formación y las tasas de aumento angular dentro de una sola capa de una formación. Por ejemplo, si hay una capa de roca con una capa de arena encima de ella, hay una transición de formación desde la capa de arena a la capa de roca. El acercamiento de la capa de roca a un ángulo de noventa grados puede proporcionar una buena superficie y una entrada de perforación limpia, mientras que un acercamiento de la capa de roca a un ángulo de cuarenta y cinco grados puede aumentar una curva relativamente rápido. Un ángulo de acercamiento que se encuentra cercano al paralelo puede causar que la barrena deje de forma precipitada la superficie superior de la capa de roca. En consecuencia, el predictor de tasa de aumento angular 1102 puede calcular la orientación del BHA para explicar las transiciones de formación. Dentro de una sola capa, el predictor de tasa de aumento angular 1102 puede utilizar la orientación del BHA para explicar las características de capa interna (por ejemplo, grano) para determinar las tasas de aumento angular de diferentes partes de una capa.

La información de BHA puede incluir características de la barrena, ajuste de flexión de motor de lodo, estabilización y barrena de motor de lodo para curvar la distancia. La información geológica puede incluir datos de formación tales como resistencia a la compresión, espesores, y profundidades de formaciones encontradas en la ubicación de perforación específica. Tal información permite una predicción basada en cálculos de las tasas de aumento angular y ROP que se pueden comparar tanto con resultados en tiempo real (por ejemplo, obtenidos durante la perforación del pozo) como resultados históricos regionales (por ejemplo, a partir de la base de datos 128) para mejorar la precisión de las predicciones a medida que la perforación avanza. Las predicciones futuras de tasas de aumento angular de formación se pueden utilizar para planificar ajustes de convergencia y confirmar los objetivos que se pueden alcanzar con las variables actuales por anticipado.

El planificador de pozo modificado geológico 1104 recibe una entrada externa que representa un plan del pozo, una entrada interna desde el predictor de tasa de aumento angular1102 y el estimador de desfasamiento geológico 1112, y proporciona salida al planificador de deslizamiento 1114 y al calculador de vector de error 1110. El planificador de pozo modificado geológico 1104 utiliza la entrada para determinar sí o no existe una trayectoria más óptima que aquella proporcionada por el plan del pozo externo mientras que se encuentra dentro de los límites de error del plan del pozo original. De manera más específica, el planificador de pozo modificado geológico 1104 toma información geológica (por ejemplo, desfasamiento) y calcula sí o no otra solución para el objetivo puede ser más eficiente en terminos de costo y/o confiabilidad. Las salidas del planificador de pozo modificado geológico 1104 al planificador de deslizamiento 1114 y al calculador de vector de error 1110 se puede utilizar para calcular el vector de error con base en el vector actual para la trayectoria nuevamente calculada y para modificar predicciones de deslizamiento.

En ciertas modalidades, el planificador de pozo modificado geológico 1104 (u otro módulo) puede proporcionar la funcionalidad necesaria para rastrear una tendencia de formación. Por ejemplo, en pozos horizontales, el geólogo 304 puede proporcionar el sistema dirigible de superficie 144 con una inclinación objetivo que el sistema dirigible de superficie 144 va a intentar mantener. Por ejemplo, el geólogo 304 puede proporcionar un objetivo al perforador de pozos direccional 306 de 90.5 - 91 grados de inclinación para una sección del pozo. El geólogo 304 puede introducir esta información en el sistema dirigible de superficie 144 y el perforador de pozos direccional 306 puede recuperar la información a partir del sistema dirigible de superficie 144. El planificador de pozo modificado geológico 1104 posteriormente puede tratar el objetivo como un vector, por ejemplo, ya sea mediante procesamiento de la información proporcionada por el geólogo 304 para crear el vector objetivo o mediante la utilización de un vector objetivo introducido por el geólogo 304. El planificador de pozo modificado geológico 1104 puede lograr esto mientras que al mismo tiempo permanece dentro de los límites de error del plan del pozo original.

En ciertas modalidades, el planificador de pozo modificado geológico 1104 puede ser un módulo opcional que no se utiliza a menos que el plan del pozo se deba modificar. Por ejemplo, si el plan del pozo está marcado en el sistema dirigible de superficie 201 como no modificable, el planificador de pozo modificado geológico 1104 se puede desviar completamente o el planificador de pozo modificado geológico 1104 se puede configurar para pasar a traves del plan del pozo sin ningún cambio.

El estimador de agujero 1106 recibe entradas externas que representan información de BHA, información de profundidad medida, información de levantamiento (por ejemplo, azimut e inclinación), y proporciona salidas al predictor de tasa de aumento angular 1102, al calculador de vector de error 1110 y al planificador de convergencia 1116. El estimador de agujero 1106 está configurado para proporcionar un estimado en tiempo real o casi en tiempo real de la posición real del agujero y de la barrena de perforación y del ángulo de trayectoria. Este estimado puede utilizar tanto proyecciones en línea recta como proyecciones que incorporan deslizamiento. El estimador de agujero 1106 se puede utilizar para compensar el hecho de que un sensor comúnmente está ubicado físicamente a cierta distancia detrás de la barrena (por ejemplo, 15.24 metros (cincuenta pies)), lo cual hace que las lecturas de los sensores se queden atrás de la ubicación real de la barrena en 15.24 metros (cincuenta pies). El estimador de agujero 1106 tambien se puede utilizar para compensar el hecho de que las mediciones de los sensores pueden no ser continuas (por ejemplo, una medición de sensor se puede producir cada 30.48 metros (cien pies)).

El estimador de agujero 1106 puede utilizar dos téenicas para lograr esto. En primer lugar, el estimador de agujero 1106 puede proporcionar el estimado más exacto desde la superficie hasta la última ubicación del levantamiento con base en la recopilación de todas las mediciones de levantamiento. En segundo lugar, el estimador de agujero 1106 puede tomar el estimado de deslizamiento proveniente del estimador de deslizamiento 1108 (descrito a continuación) y extender este estimado desde el último punto del levantamiento hasta la ubicación de la barrena de perforación en tiempo real. Mediante el uso de la combinación de estos dos estimados, el estimador de agujero 1106 puede proporcionar al controlador in situ 144 un estimado de la ubicación de la barrena de perforación y del ángulo de trayectoria a partir de los cuales la orientación y las soluciones de dirección se pueden derivar. Un nuevo parámetro métrico que se puede derivar del estimado del agujero es la tasa de aumento angular efectiva que se logra a través de todo el proceso de perforación. Por ejemplo, el estimador de agujero 1106 puede calcular la posición actual de la barrena y la trayectoria 743 en la figura 7C.

El estimador de deslizamiento 1108 recibe entradas externas que representan información de profundidad medida y presión diferencial, recibe una entrada interna desde el predictor de tasa de aumento angular 1102, y proporciona salida al estimador de agujero 1106 y al planificador de pozo modificado geológico 1104. El estimador de deslizamiento 1108, que puede operar en tiempo real o casi en tiempo real, está configurado para muestrear cara de herramienta, presión diferencial, profundidad medida (MD), movimiento incremental, MSE, y otra retroalimentación de sensores para cuantificar/estimar un vector de desviación y avance mientras se desliza.

Tradicionalmente, un desvío del deslizamiento sería predicho por un operador humano con base en la experiencia. El operador, por ejemplo, utilizaría un ciclo de deslizamiento largo para evaluar lo que probablemente se realizó durante el último deslizamiento. Sin embargo, los resultados por lo general no se confirman hasta que el punto de sensor de levantamiento MWD pasa la porción de deslizamiento del agujero, a menudo resultando en un retraso de respuesta definido por la distancia del punto de sensor desde la punta de la barrena de perforación (por ejemplo, aproximadamente 15.24 metros (aproximadamente cincuenta pies)). Este retraso introduce deficiencias en los ciclos de deslizamiento debido a la sobre/supra corrección de la trayectoria real con respecto a la trayectoria planificada.

Con el estimador de deslizamiento 1108, cada actualización de la cara de herramienta converge algorítmicamente con la presión diferencial promedio del período entre las direcciones de la herramienta anterior y actual, así como el cambio de MD durante este período para predecir la dirección, desviación angular, y movimiento de MD durante ese período. Como un ejemplo, la tasa periódica puede ser de entre diez y sesenta segundos por ciclo dependiendo del grado de actualización de la cara de herramienta de la herramienta MWD. Con una estimación más precisa de la eficacia del deslizamiento, se puede mejorar la eficiencia de deslizamiento. La salida del estimador de deslizamiento 1108 se proporciona periódicamente al estimador de agujero 1106 para acumulación de información de desviación del pozo, así como al planificador de pozo modificado geológico 1104. Parte o la totalidad de la salida del estimador de deslizamiento 1108 se puede sacar a traves de una presentación tal como la presentación 250 de la figura 2B.

El calculador de vector de error 1110 recibe una entrada interna del planificador de pozo modificado geológico 1104 y del estimador de agujero 1106. El calculador de vector de error 1110 está configurado para comparar la trayectoria de pozo planificada con la trayectoria del agujero real y el estimado de posición de la barrena de perforación. El calculador de vector de error 1110 puede proporcionar los parámetros métricos utilizados para determinar el error (por ejemplo, qué tan lejos) están del plan la posición y la trayectoria de barrena de perforación actuales. Por ejemplo, el calculador de vector de error 1110 puede calcular el error entre la posición actual 743 de figura 7C a la trayectoria planificada 742 y la posición de la barrena deseada 741. El calculador de vector de error 1110 también puede calcular una posición de la barrena proyectada/trayectoria proyectada que representan el resultado futuro de un error actual tal como se describió anteriormente con respecto a la figura 7B.

El estimador de desfasamiento geológico 1112 recibe una entrada externa que representa información geológica y proporciona salidas al planificador de pozo modificado geológico 1104, al planificador de deslizamiento 1114, y al planificador de solución táctica 1118. Durante la perforación, se puede producir un desfasamiento debido a que las características particulares de la formación afectan la dirección de perforación. De manera más específica, es posible que exista un desvío de trayectoria que es aportado por la formación como una función de la velocidad de perforación y BHA. El estimador de desfasamiento geológico 1112 está configurado para proporcionar un estimado de desfasamiento como un vector. Este vector se puede utilizar posteriormente para calcular parámetros de compensación de desfasamiento que se pueden utilizar para desplazar el desfasamiento en una solución de control.

El planificador de deslizamiento 1114 recibe una entrada interna del predictor de tasa de aumento angular 1102, el planificador de pozo modificado geológico 1104, el calculador de vector de error 1110, y el estimador de desfasamiento geológico 1112, y proporciona una salida al planificador de convergencia 1116, así como un tiempo estimado para el siguiente desplazamiento. El planificador de deslizamiento 1114 está configurado para evaluar una ecuación de deslizamiento/costo de perforación por anticipado y un plan de actividad deslizante, que pueden incluir la factorización en el desgaste de BHA, tasas de aumento angular esperadas de formaciones actuales y esperadas, y la trayectoria del plan del pozo. Durante la perforación por anticipado, el planificador de deslizamiento 1114 puede intentar pronosticar el tiempo estimado del siguiente deslizamiento para ayuda en la planificación. Por ejemplo, si son necesario lubricantes adicionales (por ejemplo, perlas) para el siguiente deslizamiento y se necesita que el bombeo de los lubricantes en la sarta de perforación empiece treinta minutos antes del deslizamiento, el tiempo estimado del siguiente deslizamiento se puede calcular, y posteriormente utilizar para programar cuando se empieza a bombear los lubricantes.

La funcionalidad para un planificador de material de circulación perdido (LCM) se puede proporcionar como parte del planificador de deslizamiento 1114 o en otro lugar (por ejemplo, como un módulo independiente o como parte de otro módulo descrito en la presente). La funcionalidad del planificador de LCM se puede configurar para determinar sí o no se necesitan bombear los aditivos en el agujero con base en indicaciones tales como mediciones de fluido versus refluido. Por ejemplo, si se perfora a través de una formación de roca porosa, el fluido que se bombea en el agujero se puede perder en la formación de roca. Para resolver este problema, el planificador de LCM puede controlar el bombeo de LCM en el agujero para tapar los orificios en la roca porosa que rodea el agujero a fin de establecer un sistema de control de bucle más cerrado para el fluido.

El planificador de deslizamiento 1114 también se puede ver en la posición actual con respecto a la siguiente conexión. Una conexión puede ocurrir cada 27.43 a 30.48 metros (noventa a cien pies) (o alguna otra distancia o intervalo de distancias con base en las particularidades de la operación de perforación) y el planificador de deslizamiento 1 14 puede evitar planificar un deslizamiento cuando está cerca de una conexión y/o cuando el deslizamiento se llevaría a traves la conexión. Por ejemplo, si el planificador de deslizamiento 1114 está planificando un deslizamiento de 15.24 metros (cincuenta pies) pero solamente quedan 6.09 metros (veinte pies) hasta la siguiente conexión, el planificador de deslizamiento 1114 puede calcular el deslizamiento a partir de la próxima conexión y hacer cualquier cambio a los parámetros de deslizamiento que podrían ser necesarios para acomodar la espera del deslizamiento hasta después de la próxima conexión. Esto evita ineficiencias que pueden ser causadas por el inicio del deslizamiento, deteniéndose por la conexión y, posteriormente teniendo que volver a orientar la herramienta antes de terminar el deslizamiento. Durante el deslizamiento, el planificador de deslizamiento 1114 puede proporcionar alguna retroalimentación en cuanto al movimiento para conseguir el objetivo deseado del deslizamiento actual.

En ciertas modalidades, el planificador de deslizamiento 1114 puede proporcionar una justificación para un par reactivo en la sarta de perforación. De manera más específica, cuando se produce rotación, hay un par de torsión reactivo en la sarta de perforación. Cuando la rotación se detiene, la sarta se desenrolla, lo cual cambia la cara de herramienta y otros parámetros. Cuando se inicia la rotación de nuevo, la sarta de perforación se vuelve a enrollar. El planificador de deslizamiento 1114 puede justificar este par reactivo de modo que las referencias de la cara de herramienta se mantienen en lugar de detener la rotación, y posteriormente se trata de ajustar a una cara de herramienta óptima. Si bien no todas las herramientas MWD pueden proporcionar cara de herramienta cuando se giran, utilizando una que suministre tal información para el GCL 914 puede reducir significativamente el tiempo de transición desde la rotación al deslizamiento.

El planificador de convergencia 1116 recibe entradas internas del predictor de tasa de aumento angular 1102, el estimador de agujero 1106, y el planificador de deslizamiento 1114, y proporciona salida al planificador de solución táctica 1118. El planificador de convergencia 1116 está configurado para proporcionar un plan de convergencia cuando la posición de la barrena de perforación actual no está dentro de un margen definido de error de la trayectoria de pozo planificada. El plan de convergencia representa una trayectoria desde la posición de la barrena de perforación actual a un punto objetivo de convergencia obtenible y óptimo a lo largo de la trayectoria planificada. El plan de convergencia puede tener en cuenta la cantidad de deslizamiento/perforación por anticipado que ha sido planificada que tenga lugar por el planificador de deslizamiento 1114. El planificador de convergencia 1116 tambien puede utilizar información de orientación del BHA para cálculos de ángulo de ataque cuando se determinan planes de convergencia tal como se describió anteriormente con respecto al predictor de tasa de aumento angular 1102. La solución proporcionada por el planificador de convergencia 1116 define una nueva solución de trayectoria para la situación actual de la barrena de perforación. La solución puede ser en tiempo real, casi en tiempo real, o en el futuro (por ejemplo, planificada para la implementación en un tiempo futuro). Por ejemplo, el planificador de convergencia 1116 puede calcular un plan de convergencia tal como se describió anteriormente con respecto a las figuras 7C y 8A-8D.

El planificador de solución táctica 1118 recibe entradas internas del estimador de desfasamiento geológico 1112 y el planificador de convergencia 1116, y proporciona salidas externas que representan información tales como cara de herramienta, presión diferencial, y caudal de lodo. El planificador de solución táctica 1118 está configurado para tomar la solución de trayectoria proporcionada por el planificador de convergencia 1116 y traducir la solución en los parámetros de control que se puede utilizar para controlar el equipo de perforación 110. Por ejemplo, el planificador de solución táctica 1118 puede tomar la solución y convertirla en configuraciones para los sistemas de control 208, 210, y 212 a fin de realizar la perforación real con base en la solución. EL planificador de solución táctica 1118 tambien puede realizar optimización de rendimiento tal como se describió anteriormente. La optimización de rendimiento pueden aplicarse a la optimización de la operación global de perforación, así como la optimización de la propia perforación (por ejemplo, cómo perforar más rápido).

Otra funcionalidad puede ser proporcionada por el GCL 914 en módulos adicionales o agregados a un módulo existente. Por ejemplo, hay una relación entre la posición de rotación de la tubería de perforación en la superficie y la cara de herramienta de fondo de pozo. En consecuencia, el GCL 914 puede recibir información correspondiente a la posición de rotación del tubo de perforación en la superficie. La GCL 914 puede usar esta información de posición de superficie para calcular orientaciones de la herramienta actual y deseada. Estos cálculos posteriormente pueden ser utilizados para definir parámetros de control para el ajuste de la unidad de mando superior o unidad Kelly para realizar ajustes en la cara de herramienta de fondo de pozo con el fin de orientar el pozo.

Con propósitos de ejemplo, un enfoque de software orientado a objetos se puede utilizar con el fin de proporcionar una estructura basada en clases que se puede utilizar con el GCL 914 y/u otros componentes del controlador in situ 144. En la modalidad que nos ocupa, una clase de modelo de perforación está definida para capturar y definir el estado de perforación a través de todo el proceso de perforación. La clase puede incluir información en tiempo real. Esta clase se puede basar en los siguientes componentes y sub-modelos: un modelo de barrena de perforación, un modelo de agujero, un modelo de engranaje de equipo de superficie, un modelo de bomba de lodo, un modelo de WOB/presión diferencial, un modelo de posición/giratorio, un modelo MSE, un plan del pozo activo, y límites de control. La clase puede producir una solución de salida de control y se puede ejecutar a través de un bucle de procesamiento principal que gira a través de los distintos módulos del LCG 914.

El modelo de barrena de perforación puede representar la posición actual y el estado de la barrena de perforación. Este modelo incluye una posición tridimensional, una trayectoria de barrena de perforación, información de BHA, velocidad de barrena, y cara de herramienta (por ejemplo, información de orientación). La posición tridimensional puede ser especificada en norte-sur (NS), este-oeste (EO), y la profundidad vertical verdadera (TVD). La trayectoria de la barrena de perforación se puede especificar como una inclinación y un ángulo de azimut. La información de BHA puede ser un conjunto de dimensiones que definen el BHA activo. El modelo de agujero puede representar la trayectoria actual y el tamaño del agujero activo. Este modelo incluye información de profundidad de hoyo, una serie de puntos de levantamiento recopilados a lo largo de la trayectoria del agujero, un registro gamma, y diámetros de agujero. La información de profundidad de hoyo es para el trabajo de perforación actual. Los diámetros de agujero representan los diámetros del agujero a medida que se perfora durante el trabajo de perforación actual.

El modelo de engranaje de superficie de equipo puede representar la longitud del tubo, la altura del bloque, y otros modelos, tales como el modelo de bomba de lodo, modelo de WOB/presión diferencial, modelo de posición/giratorio, y modelo de MSE. El modelo de bomba de lodo representa un equipo de bomba de lodo e incluye caudal, presión de tubo de subida, y presión diferencial. El modelo de WOB/presión diferencial representa malacates u otros controles de WOB/presión diferencial y parámetros, incluyendo WOB. El modelo de posición/giratorio representa la unidad de mando superior u otros controles de posición/giratorio y parámetros que incluyen RPM giratorio y posición de husillo. El plan del pozo activo representa la trayectoria del agujero objetivo y puede incluir un plan del pozo externo y un plan del pozo modificado. Los límites de control representan parámetros definidos que se pueden ajustar como máximos y/o mínimos. Por ejemplo, los límites de control se pueden ajustar para el RPM giratorio en el modelo de unidad de mando superior para permitir las RPMs máximas al nivel definido. La solución de salida de control representa los parámetros de control para el equipo de perforación 110.

El bucle de procesamiento principal se puede manejar de muchas maneras diferentes. Por ejemplo, el bucle de procesamiento principal puede funcionar como un sub-proceso único en un bucle de tiempo fijo para manejar cambios de evento de sensor de equipo y propagación de tiempo. Si no se produce ninguna actualización de sensor de equipo entre intervalos de tiempo fijos, solamente se puede producir una propagación de tiempo. En otras modalidades, el bucle de procesamiento principal puede ser de múltiples sub-procesos.

Cada módulo funcional del GCL 914 puede tener su comportamiento encapsulado dentro de su respectiva definición de clase. Durante su ventana de procesamiento, las unidades individuales pueden tener una porción exclusiva en el tiempo para ejecutar y actualizar el modelo de perforación. Con propósitos de ejemplo, el orden de procesamiento de los módulos pueden estar en la secuencia del planificador de pozo modificado geológico 1104, predictor de tasa de aumento angular 1102, estimador de deslizamiento 1108, estimador de agujero 1106, calculador de vector de error 1110, planificador de deslizamiento 1114, planificador de convergencia 1116, estimador de desfasamiento geológico 1112, y planificador de solución táctica 1118. Se da por entendido que se pueden utilizar otras secuencias.

En la presente modalidad, el GCL 914 puede depender de un módulo de temporizador programable que proporciona un mecanismo de temporización para proporcionar señales de evento de temporizador para accionar el bucle de procesamiento principal. Aunque el controlador in situ 144 puede depender simplemente del temporizador y llamadas por fecha activadas por el entorno de programación (por ejemplo, java), esto limitaría la temporización siendo exclusivamente activada por el tiempo del sistema. En situaciones en donde puede ser ventajoso manipular el reloj (por ejemplo, para la evaluación y/o pruebas), el módulo de temporizador programable se puede utilizar para alterar el tiempo. Por ejemplo, el módulo de temporizador programable puede permitir un ajuste de tiempo por defecto al tiempo de sistema y una escala de tiempo de 1.0, puede permitir que el tiempo de sistema del controlador in situ 144 sea ajustado manualmente, puede permitir que la escala de tiempo con respecto al tiempo de sistema sea modificada, y/o puede permitir que solicitudes de tiempo de evento periódicas escaladas a la escala de tiempo sean solicitadas.

Haciendo referencia a la figura 12, una modalidad del ACL 916 proporciona diferentes funciones al controlador in situ 144. El ACL 916 se puede considerar un segundo bucle de control de retroalimentación que opera junto con un primer bucle de control de retroalimentación proporcionado por el GCL 914. El ACL 916 tambien puede proporcionar instrucciones reales al equipo de perforación 110, ya sea directamente a los accesorios de perforación 216 o a través de los sistemas de control 208, 210 y 212. El ACL 916 puede incluir un bloque de lógica de control de posición/giratorio 1202, un bloque de lógica de control de WOB/presión diferencial 1204, un bloque de lógica de control de circulación de fluido 1206, y un bloque de reconocimiento de modelo/detección de error 1208.

Una de las funciones del ACL 916 es establecer y mantener un parámetro objetivo (por ejemplo, una ROP de un valor definido de metros/seg (pies/hora)) con base en la entrada desde el GCL 914. Esto se puede lograr a través de bucles de control que utilizan el bloque de lógica de control de posición/giratorio 1202, el bloque de lógica de control de WOB/presión diferencial 1204, y el bloque de lógica de control de circulación de fluido 1206. El bloque de lógica de control de posición/giratorio 1202 puede recibir información de retroalimentación de sensores desde el controlador de entrada 902 e información de punto de ajuste desde el GCL 914 (por ejemplo, desde el planificador de solución táctica 1118). El bloque de lógica de control de presión diferencial 1204 puede recibir información de retroalimentación de sensores desde el controlador de entrada 902 e información de punto de ajuste desde el GCL 914 (por ejemplo, desde el planificador de solución táctica 1118). El bloque de lógica de control de circulación de fluido 1206 puede recibir información de retroalimentación de sensores desde el controlador de entrada 902 e información de punto de ajuste desde el GCL 914 (por ejemplo, desde el planificador de solución táctica 1118).

El ACL 916 puede utilizar la información de retroalimentación de sensores y los puntos de ajuste provenientes del GCL 914 para intentar mantener el parámetro objetivo establecido. De manera más específica, el ACL 916 puede tener control sobre diversos parámetros a traves del bloque de lógica de control de posición/giratorio 1202, el bloque de lógica de control de WOB/presión diferencial 1204, y el bloque de lógica de control de circulación de fluido 1206, y puede modular los diversos parámetros para lograr el parámetro objetivo. El ACL 916 también puede modular los parámetros en función de objetivos de perforación impulsados por costos e impulsados por confiabilidad, que pueden incluir parámetros tales como una trayectoria objetivo, un costo objetivo y/o un objetivo de rendimiento. Se da por entendido que los parámetros pueden ser limitadas (por ejemplo, mediante límites de control establecidos por el ingeniero de perforación 306) y el ACL 916 puede variar los parámetros para lograr el parámetro objetivo sin sobrepasar los límites definidos. Si esto no es posible, el ACL 916 puede notificarlo al controlador in situ 144 o de lo contrario indicar que el parámetro objetivo es actualmente inalcanzable.

En ciertas modalidades, el ACL 916 puede continuar modificando los parámetros a fin de identificar un conjunto óptimo de parámetros con los cuales lograr el parámetro objetivo para la combinación particular de equipo de perforación y características de formación. En tales modalidades, el controlador in situ 144 puede exportar el conjunto óptimo de parámetros a la base de datos 128 para utilizarse en la formulación de planes de perforación para otros proyectos de perforación.

Otra función del ACL 916 es la detección de error. La detección de error está dirigida a la identificación de problemas en el proceso de perforación actual y puede monitorear anomalías imprevistas y fallas graduales. En esta capacidad, el bloque de reconocimiento de modelo/detección de error 1208 recibe una entrada del controlador de entrada 902. La entrada puede incluir la retroalimentación de sensores recibida mediante el bloque de lógica de control de posición/giratorio 1202, el bloque de lógica de control de WOB/presión diferencial 1204, y el bloque de lógica de control de circulación de fluido 1206. El bloque de reconocimiento de modelo/detección de error 1208 monitorea la información de entrada para indicaciones de que se ha producido una falla o para cambios repentinos que son ¡lógicos.

Por ejemplo, una falla se puede indicar mediante un cambio de ROP, un cambio radical en la tasa de aumento angular, o cualquier otro cambio significativo. Como una ilustración, se supone que la perforación se produce con una ROP esperada de 0.0084 metros/segundo (100 pies/hora). Si la ROP cae de forma repentina a 0.0042 metros/segundo (50 pies/hora) sin ningún cambio en los parámetros y permanece ahí durante algún período definido, se ha producido una falla en los equipos, un cambio de formación, u otro evento. Otro error se puede indicar cuando la retroalimentación del sensor MWD ha estado continuamente indicando que la perforación se ha dirigido hacia el norte durante horas y la retroalimentación de sensores indica de forma repentina que la perforación ha dado marcha atrás en unos metros (pies) y está dirigiendose hacia el sur. Este cambio indica claramente que se ha producido una falla. Los cambios se pueden definir y/o el bloque de reconocimiento de modelo/detección de error 1208 se puede configurar para vigilar las desviaciones de una cierta magnitud. El bloque de reconocimiento de modelo/detección de error 1208 también se puede configurar para detectar desviaciones que se producen a lo largo de un período con el fin de atrapar fallas más graduales o problemas de seguridad.

Cuando un error se identifica con base a un cambio significativo en los valores de la entrada, el controlador in situ 201 puede enviar una alerta. Esto permite a un individuo revisar el error y determinar si es necesario tomar medidas. Por ejemplo, si un error indica que existe una pérdida significativa de ROP y un intermitente cambio/aumento de presión, el individuo puede determinar que el montaje de motor de lodo es probable que haya ocurrido con una ruptura de hule y obstrucción de la barrena. En este caso, el BHA se puede desconectar y reparar el daño antes de que suceda un daño más grave. En consecuencia, la detección de error se puede utilizar para identificar problemas potenciales que se producen antes de que lleguen a ser más serios y más costosos de reparar.

Otra función del ACL 916 es el reconocimiento de modelo. El reconocimiento de modelo está dirigido a la identificación de preocupaciones por la seguridad de los trabajadores y equipo y a proporcionar advertencias (por ejemplo, si se identifica un gran aumento de presión, la seguridad del personal puede estar comprometida), y tambien a la identificación de problemas que no están necesariamente relacionados con el proceso de perforación actual, pero pueden afectar el proceso de perforación si se ignoran. En esta capacidad, el bloque de reconocimiento de modelo/detección de error 1208 recibe una entrada del controlador de entrada 902. La entrada puede incluir la retroalimentación de sensores recibida mediante el bloque de lógica de control de posición/giratorio 1202, el bloque de lógica de control de WOB/presión diferencial 1204, y el bloque de lógica de control de circulación de fluido 1206. El bloque de reconocimiento de modelo/detección de error 1208 monitorea la información de entrada para determinadas condiciones definidas. Una condición puede ser relativamente común (por ejemplo, puede ocurrir varias veces en un solo agujero) o puede ser relativamente poco frecuente (por ejemplo, puede ocurrir una vez cada dos años). La presión diferencial, la presión de tubo de subida, y cualquier otra condición deseada pueden ser monitoreadas. Si una condición indica un modelo reconocido particular, el ACL 916 puede determinar cómo se va a abordar la condición. Por ejemplo, si se detecta un pico de presión, el ACL 916 puede determinar que la perforación debe detenerse de una manera específica para permitir una salida segura. En consecuencia, si bien la detección de error puede indicar simplemente que se ha producido un problema, el reconocimiento de modelo está dirigido a la identificación de problemas futuros y a la intención de proporcionar una solución al problema antes de que se produzca el problema o se vuelve más grave.

Haciendo referencia a la figura 13, se ilustra una modalidad de un sistema de computadora 1300. El sistema de computadora 1300 es uno de los posibles ejemplos de un componente o dispositivo del sistema tal como el controlador in situ 144 de la figura 1A. En situaciones en donde el sistema de computadora 1300 es in situ, tal como en la ubicación del equipo de perforación 110 de la figura 1A, el sistema de computadora puede estar contenido en una carcasa relativamente robusta, resistente al choque que es endurecida para aplicaciones industriales y entornos de trabajo duro.

El sistema de computadora 1300 puede incluir una unidad central de procesamiento ("CPU") 1302, una unidad de memoria 1304, un dispositivo de entrada/salida ("E/S") 1306, y una interfaz de red 1308. Los componentes 1302, 1304, 1306, y 1308 están interconectados mediante un sistema de transporte (por ejemplo, un bus) 1310. Una fuente de energía (PS) 1312 puede proporcionar energía a los componentes del sistema de computadora 1300, tales como la CPU 1302 y la unidad de memoria 1304. Se da por entendido que el sistema de computadora 1300 se puede configurar de forma diferente y que cada uno de los componentes enlistados en realidad puede representar componentes diferentes. Por ejemplo, la CPU 1302 puede representar en realidad un multi-procesador o un sistema de procesamiento distribuido; la unidad de memoria 1304 puede incluir diferentes niveles de memoria caché, memoria principal, discos duros, y ubicaciones de almacenamiento remoto; el dispositivo de E/S 1306 puede incluir monitores, teclados, y similares; y la interfaz de red 1308 puede incluir una o más tarjetas de red que proporcionan una o más conexiones alámbricas e/o inalámbricas a una red 1314. Por lo tanto, una amplia gama de flexibilidad está prevista en la configuración del sistema de computadora 1300.

El sistema de computadora 1300 puede utilizar cualquier sistema operativo (o múltiples sistemas operativos), incluyendo las diferentes versiones de los sistemas operativos proporcionadas por Microsoft (como, por ejemplo, WINDOWS), por Apple (tal como Mac OS X), UNIX, y LINUX, y pueden incluir sistemas operativos desarrollados específicamente para dispositivos portátiles, computadoras personales, y servidores en función del uso del sistema de computadora 1300. El sistema operativo, así como otras instrucciones (por ejemplo, instrucciones de software para realizar la funcionalidad descrita en la modalidad anterior) se pueden almacenar en la unidad de memoria 1304 y ejecutar mediante el procesador 1302. Por ejemplo, si el sistema de computadora 1300 es el controlador in situ 144, la unidad de memoria 1304 puede incluir instrucciones para realizar metodos tales como los métodos 600 de la figura 6, 700 de la figura 7A, 720 de figura 7B, 800 de la figura 8A, 820 de la figura 8B, 830 de la figura 8C, y 840 de la figura 8D.

En relación con las figuras 14A a 14D, se ilustran modalidades de secciones del pozo 164 de la figura 1B. La figura 14A ilustra una modalidad del pozo 164 en donde el deslizamiento ocurre en medio de la sección. El deslizamiento se planea de manera que empiece en un punto marcado por la línea 1402 y que termine en un punto marcado por la línea 1404. Los puntos de levantamiento secuenciales 1406 y 1408 marcan ubicaciones en las que ocurren levantamientos medidos. Al ser secuenciales, no hay un punto de levantamiento entre los dos puntos de levantamiento 1406 y 1408. La figura 14B ilustra una modalidad del pozo 164a en el que el deslizamiento ocurre al inicio de la sección (por ejemplo, justo después del punto de levantamiento 1406). La figura 14C ilustra una modalidad del pozo 164b en el que el deslizamiento ocurre al final de la sección (por ejemplo, antes del punto de levantamiento 1408). La figura 14D ilustra una modalidad del pozo 164c en el que el deslizamiento ocurre en toda la distancia que hay entre los puntos de levantamiento 1406 y 1408. La figura 14E ilustra los pozos 164a-164c (no a escala) sobrepuestos uno en el otro.

Con referencia a la figura 14A, en el presente ejemplo, se ilustran dos posibles trayectorias 1410 y 1412 entre los puntos de levantamiento 1406 y 1408. Aquí, las dos trayectorias 1410 y 1412 se usan para ilustrar qué puede pasar en el pozo 164 entre los dos puntos de levantamiento 1406 y 1408. Como ya se describió previamente, pueden ocurrir levantamientos a intervalos predefinidos, como cada 9.15, 13.7 o 27.45 metros. Por ejemplo, puede ocurrir un levantamiento cada vez que se añada una nueva sección de tubo (por ejemplo, una unión) a la cadena de perforación. Si las secciones tienen un largo de aproximadamente nueve metros y si se hace un levantamiento cada tres secciones (por ejemplo, un tubo ascendente), los levantamientos pueden ocurrir aproximadamente cada veintisiete metros. En general no es práctico el levantamiento constante, ya que un levantamiento puede tomar una cantidad relativamente sustancial de tiempo (por ejemplo, de cinco a veinte minutos) y, adicionalmente, se puede perder el control del punto neutral del par de torsión reactivo. Entre los levantamientos, generalmente no se conoce el estado de perforación (por ejemplo, la orientación de la punta de la barrena y la distancia perforada). Por lo tanto no se conoce la trayectoria entre los puntos de levantamiento 1406 y 1408. Esta falta de conocimiento puede afectar varios aspectos de la perforación del pozo 164, así como la eficacia final del pozo.

Por ejemplo, asumiendo que el pozo planeado 164 incluye un deslizamiento de quince metros y medio (desde el punto 1402 al punto 1404) y que el deslizamiento ocurre entre los puntos de levantamiento 1406 y 1408. Una trayectoria posible 1410 para el deslizamiento ocurre cuando el barrenado se lleva a cabo casi perfectamente en curso, lo que daría como resultado un deslizamiento de aproximadamente quince metros y medio (asumiendo que otros factores son ideales). Sin embargo, ocurre otra trayectoria posible 1412 cuando el barrenado no permanece en curso. En el presente ejemplo, la trayectoria 1412 no está en curso antes de la línea 1402 que representa el inicio del deslizamiento. Como la distancia más corta entre los puntos 1406 y 1408 es una línea recta (o un arco en la tasa de aumento máxima), la trayectoria 1410 es más eficiente que la trayectoria 1412 al aproximarse al objetivo. Además, no sólo la trayectoria 1412 es menos eficiente para alcanzar el objetivo, sino que tambien forma un pozo menos ideal en términos de tortuosidad, como se describirá con más detalle a continuación.

Como se entenderá, y se describió previamente, puede haber un punto de levantamiento desviado, en donde el punto de levantamiento se localiza en realidad a cierta distancia detrás de la punta, y por lo tanto la ubicación del levantamiento podría no representar la ubicación verdadera de la punta. Debido a esta distancia desviada, un levantamiento sólo es preciso a cierta distancia (por ejemplo, quince metros y medio detrás de la punta) y normalmente hay alguna incertidumbre en la trayectoria adelante del punto de levantamiento hasta donde se localiza realmente la punta. Por lo tanto, también podría ser benéfico saber la trayectoria verdadera pasando un punto de levantamiento, como lo ¡lustra el segmento de trayectoria 1413 que se extiende desde el punto de levantamiento 1408.

Además de proporcionar información acerca de la eficacia de perforación, el conocimiento de lo que ocurre entre los puntos de levantamiento 1406 y 1408 puede hacer posible medir de manera más objetiva la tasa de aumento efectiva del BHA, porque se puede tomar en cuenta la estabilidad de la orientación de la tasa de aumento. Si no se toma en cuenta la estabilidad de la orientación de la tasa de aumento, se puede incluir en la estimación la segunda trayectoria 1412 que carece de estabilidad de orientación, lo que haría que el BHA pareciera menos eficiente de lo que es realmente. A su vez, un cálculo más preciso de la trayectoria verdadera del BHA ayuda en la precisión de las últimas predicciones de perforación (por ejemplo, las predicciones de la tasa de aumento).

El conocimiento de lo que ocurre entre los puntos de levantamiento tambien puede ayudar a resolver los problemas de barrenado, como la tortuosidad en el pozo que puede impactar si el revestimiento puede correr, aumentar la fricción en la cadena de perforación, afectar la planeación de lubricación para deslizamiento, y otros problemas. Por ejemplo, con frecuencia la severidad de pata de perro se ve como el cambio de ángulo entre dos puntos de levantamiento secuenciales. Sin embargo, este punto de vista proporciona información referente a si existe pata de perro entre los puntos de levantamiento y, si sí existe, qué tan severa es. Adicionalmente, la orientación de la pata de perro puede crear problemas todavía más severos. Por ejemplo, una pata de perro creada por un arco izquierdo que está seguido inmediatamente por una pata de perro creada por un arco derecho, puede ser más problemática que si la siguiente pata de perro también fuera un arco izquierdo. En otras palabras, pueden ser preferibles las patas de perro secuenciales que se arquean generalmente en la misma dirección, que las patas de perro secuenciales que se arquean en direcciones opuestas. Por lo tanto, los puntos de levantamiento pueden presentar una pata de perro caracterizada por una severidad de cinco grados por treinta punto cinco metros (5°/30.5 m [5 100']), mientras que la trayectoria verdadera puede incluir una pata de perro de 10730.5 m (107100') en un punto, 5730.5 m (5 100') en otro punto, et cetera, entre los puntos de levantamiento, y estas patas de perro pueden tener diferentes orientaciones.

El saber lo que está pasando entre los puntos de levantamiento y al acumular dicha información durante el curso del pozo, hace posible resolver los problemas al implementar una o más soluciones antes de seguir con la perforación, durante la perforación posterior, e incluso despues de la perforación. Por ejemplo, la capacidad de medir la tortuosidad en tiempo real o en tiempo casi real, hace posible hacer determinaciones durante la perforación, como si se necesita o no una lubricación, cómo y cuándo aplicar la lubricación, y si se necesita o no volver a fresar una sección particular del pozo. Dicha información también se puede usar para determinar si se debe detener antes un pozo planeado. Después de que el pozo está terminado, el uso de la información de trayectoria, que tiene una resolución más alta que la información provista por los puntos de levantamiento, se puede usar para mejorar el pozo, como la determinación de en dónde enfocar la actividad de fresado (por ejemplo, en un área problemática a tres mil metros).

Como se podrá observar, la información acerca de lo que está ocurriendo entre los puntos de levantamiento también puede ser útil incluso cuando no se está deslizando. Por ejemplo, la deriva causada por las características de formación puede afectar la trayectoria, incluso cuando se perfora en forma recta. Por lo tanto, los estimados de ubicación actual pueden ser útiles sin importar el tipo de perforación (por ejemplo, giratorio o deslizante).

Con referencia a la figura 15, se ilustra una modalidad de un espacio de pozo tridimensional 1500 con dos puntos de levantamiento medidos 1502 (tambien marcado como “A”) y 1504 (también marcado como “C”). Una trayectoria de pozo (no se muestra) se extiende entre los dos puntos de levantamiento 1502 y 1504, pero la trayectoria verdadera es desconocida. Con frecuencia los métodos de proyección de pozo actuales utilizan una téenica de curvatura mínima para calcular la proyección de pozo entre los dos puntos de levantamiento 1502 y 1504. Asumiendo que se conoce la posición de pozo inicial así como su trayectoria de levantamiento inicial, sólo puede haber una medida posterior de longitud de pozo adicional, y se puede medir una nueva trayectoria de levantamiento desde la superficie y los instrumentos de fondo de pozo que están disponibles.

En la figura 15, el espacio de pozo está presentado en el espacio Cartesiano con un eje de Norte a Sur (N) 1508, un eje de Este a Oeste (E) 1510, un eje vertical (V) de arriba a abajo 1512, y una trayectoria de pozo en la que un ángulo de inclinación representa el componente vertical y un ángulo azimut estilo compás representa el componente horizontal. El punto de levantamiento inicial 1502 tiene una inclinación y trayectoria azimut de cd y e1 , respectivamente, y el segundo punto de levantamiento 1504 tiene una inclinación y trayectoria azimut de a2 y e2, respectivamente.

Cuando sólo está disponible una información nueva de trayectoria y longitud de trayectoria, se debe hacer un cálculo acerca de la forma del pozo entre los puntos de levantamiento 1502 y 1504. El método de curvatura mínima contrarresta la asunción de que el pozo se mueve a lo largo del arco más parejo posible entre dos puntos de levantamiento. Este arco está representado por el arco 1514. Con frecuencia se conoce al cambio en el ángulo de trayectoria desde el punto de levantamiento 1502 al punto de levantamiento 1504 (b) como pata de perro, en el contexto del levantamiento. La trayectoria ABC (en donde B también está marcado como punto 1506) representa la trayectoria del método tangencial balanceado, en donde una proyección de pozo es estimada por dos segmentos de línea que se intersectan en el punto en el que el ángulo de curvatura, b, es biseccionado uniformemente. Este punto de bisección es el punto 1506 en el presente ejemplo. Éste es un caso útil, ya que el método de curvatura mínima represente aun caso especial del método tangencial balanceado, en el que los dos segmentos de línea son sustituidos con una curva de arco circular (por ejemplo, el arco 1514) que también pasa a través de los puntos 1502 y 1504 con tangentes en los puntos que están alineados con sus trayectorias respectivas. Las ecuaciones para la curva AB son las mismas que el método tangencial balanceado para calcular la trayectoria ABC excepto por la aplicación del factor de relación (RF): r - [cosal + cos 2Jx RF (Ecuación 1) a\ x cos e\ + sin a2 x eos e?\ x RF (Ecuación 2) . (Ecuación 3) Cuando se usan las ecuaciones 1 a 3 para estimar las posiciones en el poso entre puntos de levantamiento medidos, AMD representa un aumento en el movimiento de la profundidad medida entre dos mediciones de trayectoria de levantamiento.

El factor de relación (RF) se utiliza para tener en cuenta la diferencia de longitud de trayectoria entre la longitud de ABC y la longitud del arco de curvatura mínima que cruza a través de AC. El RF es dado por la ecuación: (Ecuación 4) El método de curvatura mínima puede dar como resultado una significativa precisión, como lo demuestran los siguientes ejemplos. En estos ejemplos hay dos asunciones básicas. La primera es que el ejemplo empieza desde una inclinación de noventa grados. La segunda es que todos los deslizamientos son bidimensionales en el plano vertical.

El siguiente cuadro 1 ilustra un escenario en el que ha ocurrido un deslizamiento.

CUADRO 1 Para los propósitos de la ilustración, la distancia entre los levantamientos es igual a treinta punto cinco metros y se usa como una medida de superficie del incremento total de profundidad medida. Por lo tanto, en incremento total de profundidad medida entre los levantamientos en el cuadro 1 es de treinta punto cinco metros. El deslizamiento duró cuatro punto cincuenta y siete metros y tuvo una tasa de aumento instantáneo de doce grados por treinta punto cinco metros, por lo que el cambio de inclinación sobre el deslizamiento de tres punto sesenta y seis metros fue de 1.8 grados.

El siguiente cuadro 2 ilustra dos escenarios en los que ha ocurrido un deslizamiento. La primera columna contiene dos filas, cada fila indica si el deslizamiento ocurrió al principio de una distancia de treinta punto cinco metros (en la figura 14B se ilustra una modalidad de esto) o al final (en la figura 14C se ilustra una modalidad de esto).

CUADRO 2 En la primera fila en donde el deslizamiento ocurrió antes de la rotación, el cambio de TVD es de 0.886 metros. Usando las ecuaciones antes presentadas para el ajuste de curva, el cambio de TVD en el ajuste de curva es de 0.479 metros. Esto da como resultado un error de TVD interpretado de 0.407 metros y un error de profundidad de formación interpretado de 0.765 grados. En la segunda fila en donde el deslizamiento ocurrió despues de la rotación, el cambio de TVD es de 0.07198 metros. Usando las ecuaciones antes presentadas para el ajuste de curva, el cambio de TVD en el ajuste de curva es de 0.479 metros. En otras palabras, el cambio de TVD de ajuste de curva es el mismo que en la fila uno. El cambio de TVD de ajuste de curva de 0.479 metros da como resultado un error de TVD de - 0.4071 metros y un error de profundidad de formación interpretada de -0.765 grados.

Aunque los errores se pueden cancelar entre sí con relación a todo el pozo (por ejemplo, un error en una dirección puede ser cancelado por un error igual en la dirección opuesta), los errores en una dirección dada se acumulan, y hay más acumulación mientras un deslizamiento ocurra más tiempo en una dirección particular.

Como se ilustra en el cuadro 2, el cambio de TVD de ajuste de curva para un conjunto particular de valores de duración de deslizamiento/aumento y de tasa de aumento instantáneo, permanece constante sin importar si ocurre un deslizamiento antes o despues de la rotación, incluso si el cambio de TVD es diferente con base en si el deslizamiento ocurre antes o después de la rotación. Esta diferencia entre el cambio de TVD de ajuste de curva y el cambio de TVD total ocurre para valores diferentes de duración de deslizamiento/aumento y de tasa de aumento instantáneo en el cuadro 1. El cambio de TVD de ajuste de curva y el cambio de TVD total sólo pueden coincidir en dos escenarios. El primero es cuando el deslizamiento ocurre en todos los 30.5 metros (por ejemplo, la duración del deslizamiento/aumento se establece en 100 en el cuadro 1), ya que la forma del pozo se puede estimar como un arco entre los dos puntos de levantamiento (una modalidad de esto se ¡lustra en la figura 14D). El segundo es cuando el deslizamiento está simétricamente centrado en un punto medio entre los puntos de levantamiento. Como se ilustra en la figura 14E, los pozos 164a-164c de las figuras 14B a 14D pueden variar significativamente para el mismo cambio de TVD en el ajuste de curva.

Por lo tanto, al usar sólo información de dos puntos de levantamiento medidos para estimar el estado de la perforación (por ejemplo, la orientación de la punta y la distancia perforada) entre los dos puntos de levantamiento, puede dar como resultado imprecisiones importantes. Estas imprecisiones pueden impactar negativamente la eficacia de la perforación, la capacidad de identificar objetivamente las correcciones del plano del pozo, la capacidad de caracterizar la posición de formación y los ángulos de profundidad, y/o asuntos similares. Adicionalmente, algunos problemas, como la tortuosidad, pueden ser más difíciles de identificar y de resolver. La información de TVD imprecisa puede provocar dificultades en el seguimiento de la capa objetivo (por ejemplo, la capa 172A de la figura 1B), ya que incluso las variaciones aparentemente menores en la inclinación (por ejemplo, medio grado) pueden hacer que la punta de la barrena salga de la capa objetivo.

Con referencia la figura 16, un metodo 1600 ilustra una modalidad de un procedimiento que puede ser ejecutado por el controlador in situ 144 de la figura 2A y/u otra parte del sistema dirigible de superficie 201. Por ejemplo, instrucciones de software necesarias para ejecutar el método 1600 se pueden almacenar en un medio de almacenamiento legible por computadora del controlador in situ 144 y posteriormente ejecutar por el procesador 412 que está acoplado al medio de almacenamiento y también es parte del controlador in situ 144.

En el presente ejemplo, el método 1600 se puede usar para estimar la posición de la punta de barrena entre los puntos de levantamiento durante el barrenado recto y/o durante una operación de deslizamiento. El metodo 1600 puede proporcionar información más precisa sobre el estado de la perforación (por ejemplo, la orientación de la punta y la distancia perforada) que la provista por el método de curvatura mínima descrito anteriormente.

En el paso 1602, se recibe información de la cara de herramienta y otra información del sensor que no es de levantamiento. La información de la cara de herramienta puede ser retransmitida periódicamente desde la cara de la herramienta, como a intervalos establecidos de entre diez y treinta segundos. La información del sensor que no es de levantamiento puede incluir cualquier tipo de datos, como la presión diferencial, y puede ser continua o no continua. Debido a que la información de la cara de herramienta se puede obtener a intervalos establecidos y la otra información de sensor que no es de levantamiento puede ser continua, la información del sensor que no es de levantamiento se puede obtener entre actualizaciones de la orientación. La información del sensor que no es de levantamiento puede ser promediada (simétricamente o de otra forma) para relacionar la información del sensor con la información de cara de herramienta.

En el paso 1604, se realizan cálculos sobre la información del sensor que no es de levantamiento para estimar la cantidad de movimiento hecho por la punta de barrena desde el último estimado. Por ejemplo, se puede usar la presión diferencial para calcular la fuerza en a punta, lo que se puede usar con la información de formación para determinar la distancia que tendría que haber barrenado la punta en la capa de formación actual.

Una dificultad para medir la información de perforación entre los puntos de levantamiento, es que las mediciones hachas en la parte superior de la cadena de perforación podrían no reflejar con precisión los eventos en el BHA. Por ejemplo, una cadena de perforación de treinta punto cinco metros se puede ver como un gran resorte, y cuando el movimiento se detiene en la superficie, la fuerza del resorte puede seguir aumentando la longitud de la cadena de perforación y el BHA puede progresar en cierta dirección. En otro ejemplo, si se mueven 0.306 metros de tubo dentro del agujero, la cadena de perforación se puede comprimir y/o pandear y la punta se puede mover un poco, si se mueve.

Por lo tanto, las predicciones acerca de la orientación actual y el movimiento de la punta de la barrena pueden variar en su precisión, dependiendo de la información sobre la que estén basadas las predicciones. Por ejemplo, en vez de usar exclusivamente desviación de superficie, se pueden usar la energía producida por la punta y una combinación de presión diferencial, MSE, y/u otras mediciones. En algunas modalidades, se pueden colocar más sensores en el pozo para proporcionar información más precisa. Dependiendo de la modalidad particular, se pueden realizar cálculos con base en sensores en varios niveles de la cadena de perforación para predecir el movimiento verdadero entre los levantamientos. Por ejemplo, se pueden usar cálculos para aproximar la presión del fluido a cuánta fuerza hay en la punta. Se pueden hacer otros cálculos para dar cuenta de la compresión, la tensión y/o el pandeo de la cadena de perforación.

Se entenderá que los cálculos pueden diferir con base en la configuración del equipo de perforación y/o el BHA. Por ejemplo, si se usa un sistema de autoperforación, el equipo de perforación puede tener un valor fijo para ROP, WOB, DP, y/u otras características. Dichos valores fijos pueden afectar los cálculos particulares utilizados. Por ejemplo, si el DP está fijo, los cálculos no se pueden basar en los cambios de DP, ya que el sistema de autocontrol puede intentar mantener el valor de DP fijo. Como otro ejemplo, si el ROP está fijo, las mediciones de DP pueden tener una amplia gama debido al intento de mantener el valor de ROP fijo. Si no se usa un sistema de autocontrol para controlar las funciones de perforación, puede estar disponible más flexibilidad en los cálculos usados.

En el paso 1606, se pueden hacer cálculos para obtener un estimado de la ubicación de BHA usando la información de la cara de herramienta y la cantidad de movimiento calculada. Este cálculo se puede hacer de varias formas, incluyendo el cálculo de un vector como un estimado tridimensional de la ubicación actual y la orientación de la punta de la barrena. El movimiento del vector (por ejemplo, grados/30.5 metros) puede venir del predictor de tasa de aumento 1102 de la figura 11, y tambien puede incluir el uso de información de formación.

En el paso 1608, se puede hacer una determinación en cuanto a si se han recibido datos de levantamiento. Si no es así, el método 1600 puede regresar al paso 1602 y calcular otro estimado de ubicación (por ejemplo, otro vector) del movimiento incremental del BHA. Cuando se calculan estos estimados, se desarrolla una trayectoria estimada del BHA entre los dos puntos de levantamiento. Si sí se recibieron los datos de levantamiento, el metodo 1600 se mueve al paso 1610, en donde los datos de levantamiento son utilizados para actualizar la ubicación estimada. Entonces el método 1600 puede regresar al paso 1602 y calcular otro estimado de ubicación usando los nuevos datos de levantamiento como línea de base para el estimado actual.

Por lo tanto, los datos de levantamiento pueden servir como datos de verdad contra los cuales se pueden medir los estimados. Esto hace posible refinar los cálculos utilizados para los estimados junto con la información de formación, ya que se reciben más datos del punto de levantamiento. Por ejemplo, si los estimados usan una velocidad de perforación particular a través de la capa de formación actual y los datos de levantamiento indican que la velocidad de perforación es incorrecta, los futuros estimados se pueden calcular con base en la velocidad de perforación revisada para proporcionar un nivel de precisión más alto. Adicionalmente, aunque no se muestra en la figura 16, se entenderá que los datos de levantamiento también se pueden usar para verificar la tasa de aumento estimada y, si es necesario, recalibrar la tasa de aumento (por ejemplo, el predictor de tasa de aumento 1102 de la figura 11) para corresponder con los datos de levantamiento.

Con referencia la figura 17, un método 1700 ilustra una modalidad de un procedimiento que puede ser ejecutado por el controlador in situ 144 de la figura 2A y/u otra parte del sistema dirigible de superficie 201.

Por ejemplo, instrucciones de software necesarias para ejecutar el metodo 1700 se pueden almacenar en un medio de almacenamiento legible por computadora del controlador in situ 144 y posteriormente ejecutar por el procesador 412 que está acoplado al medio de almacenamiento y también es parte del controlador in situ 144. En el presente ejemplo, el método 1700 ¡lustra un ejemplo más detallado de los pasos 1602-1606 de la figura 16.

En el paso 1702, se determina la presión diferencial promedio para un período de actualización de la cara de herramienta (por ejemplo, la longitud de tiempo entre actualizaciones de la cara de herramienta). La presión diferencial puede ser adquirida o calculada. El período de actualización de cara de herramienta puede variar dependiendo de factores tales como la velocidad a la cual se establece que corra el componente de MWD, la prioridad dada a la información de cara de herramienta en el componente de MWD, el ancho de banda general disponible para el componente de MWD, y/u otros factores.

En el paso 1704, se determina el ROP promedio. Por ejemplo, la presión diferencial determinada en el paso 1702 se puede usar para ayudar a consultar una base de datos. Más específicamente, el ROP promedio para la información actual usando el BHA actual en la presión diferencial promedio, se puede adquirir de la base de datos.

En el paso 1706, el ROP promedio es aplicado durante el período de actualización de la cara de herramienta para determinar el aumento de la distancia del pozo desde la última iteración. Por ejemplo, si el ROP obtenido de la base de datos indica que el ROP es de quince punto veinticinco metros por hora y el período de actualización de la cara de herramienta es de treinta segundos, entonces el aumento de la distancia será de aproximadamente doce centímetros.

En los pasos 1708 y 1710, se usa una nueva muestra de la cara de herramienta para derivar un plano de arco para usarlo en una proyección de curvatura. En el presente ejemplo podría ser útil aplicar observaciones del metodo de curvatura mínima descrito previamente, cuando se desarrolle un método para estimar la posición en el pozo y la trayectoria a partir de mediciones de la cara de herramienta entre las mediciones de levantamiento. Se pueden estimar ciertos parámetros que se usan en el método de curvatura mínima, en vez de medirlos directamente.

Con referencia adicional a la figura 18, una modalidad de un espacio de pozo bidimensional 1800 ilustra la trayectoria de curvatura mínima 1801 en el plano del arco de curvatura. El espacio 1800 está ilustrado con dos puntos de levantamiento medidos 1802 (también marcado como “A”) y 1804 (también marcado como “C”).

Como se ilustra en la figura 18, el ángulo b se puede ver intuitivamente como el ángulo de arco a lo largo del cual se hace la trayectoria de curvatura mínima y el cambio en la trayectoria entre los dos puntos de trayectoria. El ángulo b normalmente sería calculado a partir de ángulos de trayectoria de levantamiento usando una fórmula adicional. En el contexto de la dirección del pozo direccional en donde el ángulo b está controlado deliberadamente, también se puede considerar un ángulo de un aumento deseado u objetivo. En caso de proyectar el aumento en tiempo real, podría ser necesario un estimado de b instantáneo. La complejidad de dicho estimado puede variar. Por ejemplo, un enfoque relativamente simple podría usar una fórmula geométrica de dimensiones de BHA. En otros ejemplos, enfoques más detallados pueden tener en cuenta factores de datos previos e instantáneos del sensor de la torre, datos de formación, etc., para proporcionar una predicción mejorada de una tasa de aumento instantáneo durante la perforación. El predictor de tasa de aumento 1102 de la figura 11 puede proporcionar un componente funcional que se usa para realizar esta tarea dentro del sistema dirigible de superficie 201.

En el método de curvatura mínima, se puede obtener directamente el AMD de la medición de la superficie de la diferencia en las longitudes de la cadena de perforación entre los levantamientos. Cuando se tiene en cuenta la posición de la punta, este método para usar los cambios de superficie en las longitudes de la cadena de perforación, se puede usar en un enfoque relativamente simple para un estimado. Pero cuando se tiene en cuenta la tensión de la cadena de perforación, la compresión, pandeo y otros factores que tienen un impacto en la longitud de la cadena de perforación, pueden proporcionar un mejor estimado de la posición actual de la punta de la barrena cuando ésta está perforando un nuevo agujero'.

En el caso de la actualización de la trayectoria del agujero sobre un cambio dado en la profundidad del pozo, se pueden utilizar mediciones de levantamiento cuando esten disponibles. En estos casos, el objetivo de la estimación de deslizamiento puede ser estimar la trayectoria a lo largo del recorrido de la punta usando el historial de la cara de herramienta, a lo largo de intervalos adelante de donde están disponibles los datos de levantamiento para permitir un estimado en tiempo real o en tiempo casi real de la ubicación de la punta.

Siguiendo con la figura 19, una modalidad de un espacio de pozo bidimensional 1900 ilustra la estimación de deslizamiento por medio de la integración de una sola medición de cara de herramienta usando la trayectoria de curvatura mínima 1801 de la figura 18. Más específicamente, el presente ejemplo trata de la aplicación de un vector de cara de herramienta 1902 que es una proyección lineal directa de una cara de herramienta individual. Esta proyección se sobrepone contra la trayectoria de curvatura mínima 1801 con el propósito de ilustrar. Se entenderá que aunque el presente ejemplo utiliza un marco de referencia de cara de herramienta por gravedad, también se pueden usar referencias magnéticas con variaciones en algunas fórmulas que se describen a continuación, para explicar el uso de referencias magnéticas.

En este caso, se asume que el pozo se mueve en una trayectoria recta a lo largo de la trayectoria AB hasta encontrar una cara de herramienta medida. Al encontrar la cara de herramienta en el punto 1806 (B), la cara de herramienta se aplica directamente a la trayectoria BC de la siguiente manera: «2 = al + eos TF c b (Ecuación 5) e2 = e\ + s\nTF c b (Ecuación 6) en donde TF es el ángulo del vector de cara de herramienta presentado con relación al vector "arriba" de gravedad. Los estimados de posición para la trayectoria entre AC se pueden dar por: AV = ABD x cosal (Ecuación 7) AJÍ - ABD x [sin al x eos fll (Ecuación 8) AE - ABD x [sin al x sin e l] (Ecuación 9) Las ecuaciones 7 a 9 presentan una proyección simple de la línea recta AB en el espacio Cartesiano, ya que al cara de herramienta no se aplicaría hasta el punto B. Cuando se sobrepone en el modelo de curvatura, es evidente que este estimado es análogo al método tangencial balanceado en donde los puntos de partida y de terminación A y C y la trayectoria ABC están apartados del arco circular suave subyacente.

Con referencia adicional a la figura 20, se ilustra una modalidad del espacio de pozo bidireccional 1900 de la figura 19 usando el concepto de curvatura mínima para producir un mejor estimado del desplazamiento de pozo verdadero por medo del modelado del pozo como un arco en vez de segmentos de línea doblada. Cuando se traza como un solo desplazamiento de curva de arco 2002, la proyección de la cara de herramienta individual puede aparecer como se ilustra en la figura 20.

En este caso, la influencia de la cara de herramienta sobre la trayectoria puede ser modelada para producir la misma trayectoria de tangente a partir del vector de aumento de cara de herramienta 1902 de la siguiente manera: a2 = al + eos TF c b (Ecuación 10) e2 = e\ + sin TF x b (Ecuación 11) Despues de derivar los cambios de trayectoria, de nuevo las ecuaciones del método de curvatura mínima son aplicables para determinar los desplazamientos de posición sobre el intervalo, de la siguiente manera: - (Ecuación 12) - (Ecuación 13) AE - [sin al x sin e? + sin al x sin e?] x RF (Ecuación 14) En este caso, la relación de trayectoria de línea a arco se calcula para que sea la misma que la RF de curvatura mínima: tan - (Ecuación 15) 2 Aunque el ejemplo anterior ilustra una estimación de deslizamiento por medio de la integración de una sola medición de cara de herramienta, se entenderá que se puede usar la escala de mediciones de cara de herramienta. Como se describió antes, la integración de proyecciones individuales de cara de herramienta puede proporcionar un metodo útil para la estimación de deslizamiento y de pozo en una base en tiempo real. Sin embargo, al igual que el uso de curvatura mínima en una escala más pequeña, este procedimiento puede estar sujeto a errores acumulativos sobre intervalos más grandes. En consecuencia, se puede usar una escala de orientaciones de herramienta sobre un intervalo para resolver este problema. Por ejemplo, se puede usar la escala de orientaciones de herramienta para proporcionar una dirección de cara de herramienta efectiva neta y también se puede estimar un ángulo de tasa de aumento b efectiva neta. En ambos casos, el beneficio de conjuntos de datos más grandes (por ejemplo, historiales de cara de herramienta) puede hacer posible la aplicación de métodos estadísticos y téenicas de filtración más sofisticados. Por ejemplo, sobre un intervalo de trayectoria, puede ser preferible una cara de herramienta objetivo y se puede tratar de mantener. En la práctica, la capacidad de controlar la orientación de la máquina sobre estos intervalos puede ser evaluada en métrica estadística, como una distribución circular. Entonces esta metrica se puede usar para refinar la tasa de aumento efectiva y la dirección de cara de herramienta sobre el intervalo de evaluación.

De nuevo con referencia específica a la figura 17, en el paso 1712, se puede hacer un estimado espacial actualizado de la posición del pozo basándose en los pasos anteriores. El estimado espacial puede ser provisto al despliegue 250 de la figura 2B (por ejemplo, para desplegarlo al barrenador 310 de la figura 3), provisto como retroalimentación para el planeador de convergencia 1116 de la figura 11, y/o se puede usar de otra forma.

Con referencia la figura 21, un método 2100 ilustra una modalidad de un procedimiento que puede ser ejecutado por el controlador in situ 144 de la figura 2A y/u otra parte del sistema dirigible de superficie 201. Por ejemplo, instrucciones de software necesarias para ejecutar el método 2100 se pueden almacenar en un medio de almacenamiento legible por computadora del controlador in situ 144 y posteriormente ejecutar por el procesador 412 que está acoplado al medio de almacenamiento y también es parte del controlador in situ 144. En el presente ejemplo, el método 2100 puede proporcionar un ejemplo más detallado de los pasos 1602-1606 de la figura 16.

En el paso 2102, se determina el aumento en la profundidad medida para el período de actualización de cara de herramienta. El aumento puede ser adquirido o calculado. Por ejemplo, se puede adquirir la profundidad medida con base en una medición de superficie de la longitud del tubo insertado en el pozo, entre el último período de actualización de cara de herramienta y el período actual de actualización de cara de herramienta. En otros ejemplos, se puede calcular la profundidad medida con base en las mediciones recibidas desde los sensores del pozo.

En el paso 2104, el método 2100 puede dar cuenta de las desviaciones en la longitud general de la cadena de perforación, debido a elementos tales como la compresión, tensión y/o pandeo. En algunas modalidades, se puede omitir el paso 2104 y la profundidad medida determinada en el paso 2102 se puede usar teniendo en cuenta dichas desviaciones. Los pasos 2106, 2108, y 2110 pueden ser similares o idénticos a los pasos 1708, 1710, y 1712, respectivamente, con el estimado que utiliza la información de los pasos 2102 y 2104.

Con referencia la figura 22, un método 2200 ilustra una modalidad de un procedimiento que puede ser ejecutado por el controlador in situ 144 de la figura 2A y/u otra parte del sistema dirigible de superficie 201. Por ejemplo, instrucciones de software necesarias para ejecutar el método 2200 se pueden almacenar en un medio de almacenamiento legible por computadora del controlador in situ 144 y posteriormente ejecutar por el procesador 412 que está acoplado al medio de almacenamiento y también es parte del controlador in situ 144. En el presente ejemplo, el método 2200 puede proporcionar un ejemplo más detallado del paso 2104 de la figura 21, aunque se entenderá que el método 2200 se puede usar con otros métodos que se describe en la presente.

En el paso 2202, se adquiere una medición de carga de gancho y se compara con el peso estático de la sección vertical de la cadena de perforación excluyendo la masa del equipo de superficie. El peso estático de la sección vertical de la cadena de perforación excluyendo la masa del equipo de superficie se puede determinar, por ejemplo, a partir de una información disponible en la base de datos local 912 de la figura 9 y/o la base de datos regional 128 de la figura 1A.

En el paso 2204, se determina la deformación elástica de tracción de los componentes de la cadena de perforación en la sección vertical. Esta determinación puede utilizar, por ejemplo, la sección transversal promedio y las propiedades mecánicas de los componentes de la cadena de perforación en la sección vertical. Por ejemplo, la sección transversal promedio y las propiedades mecánicas se pueden determinar a partir de la información disponible en la base de datos local 912 de la figura 9 y/o la base de datos regional 128 de la figura 1 A.

En el paso 2206, se determina un valor de WOB en tiempo real o en tiempo casi real. Por ejemplo, el valor de WOB se puede obtener usando un sensor de fondo de pozo. En otro ejemplo, se puede aproximar el valor de WOB usando la presión diferencial y las propiedades del motor de lodos.

En el paso 2208, se determina la deformación elástica de compresión de los componentes de la cadena de perforación en la sección horizontal del pozo (si la hay). Esta determinación puede utilizar, por ejemplo, la sección transversal promedio y las propiedades mecánicas de los componentes de la cadena de perforación en la sección vertical. Por ejemplo, la sección transversal promedio y las propiedades mecánicas se pueden determinar a partir de la información disponible en la base de datos local 912 de la figura 9 y/o la base de datos regional 128 de la figura 1A.

En el paso 2210, se determina el desplazamiento dinámico total de la longitud de la cadena de perforación a partir de la profundidad medida. Este desplazamiento dinámico total de la longitud da cuenta de las variaciones entre la profundidad medida y la longitud verdadera de la cadena de perforación, debido a factores tales como la compresión, la tensión y/o el pandeo en la cadena de perforación.

Con referencia a la figura 23 y con referencia adicional a las figuras 24 y 25, un metodo 2300 ilustra una modalidad de un procedimiento que puede ser ejecutado por el controlador in situ 144 de la figura 2A y/u otra parte del sistema dirigible de superficie 201. Por ejemplo, instrucciones de software necesarias para ejecutar el método 2300 se pueden almacenar en un medio de almacenamiento legible por computadora del controlador in situ 144 y posteriormente ejecutar por el procesador 412 que está acoplado al medio de almacenamiento y también es parte del controlador in situ 144.

En el paso 2302, el sistema dirigible de superficie 201 recibe información. La información puede ser cualquier tipo de información desplegada por el despliegue 250. Con el propósito de ejemplificar, la información puede incluir la estimación de la orientación y el movimiento de la figura 16.

En el paso 2304, se puede actualizar el GUI (por ejemplo, el pandeo 286) con la información que representa la orientación y el movimiento de la punta de la barrena. Con referencia específica a la figura 24, se ilustra una modalidad del pandeo 286 del despliegue 250 (figura 2B) con círculos con ubicaciones diferentes que los que se muestran en la figura 2B, y se puede usar para mostrar la orientación y/o el movimiento mecánico de la punta de la barrena en puntos de levantamiento y/o entre levantamientos. Más específicamente, la figura 2B ilustra un posicionamiento particular de los círculos, que van desde el círculo más grande 288 hasta el círculo más pequeño 289. La figura 24 ilustra una ubicación diferente de los círculos marcados como 2402 (el círculo más pequeño), 2404, 2406, 2408, 2410, 2412, 2414, y 2416 (el círculo más grande). Como se describió con respecto a la figura 2B, la serie de círculos puede representar una línea de tiempo de las orientaciones de herramienta, con los tamaños de los círculos indicando la posición temporal de cada círculo. En el presente ejemplo, el círculo más grande 2416 es la orientación más actual y el círculo más pequeño 2402 es la orientación más vieja. El diagrama circular 286 puede proporcionar una visualización de lo que está pasando en el pozo entre los levantamientos (por ejemplo, usando variaciones en el tamaño, el color, la forma y/u otros indicadores). Como se describió previamente, la falta de conocimiento acerca de la orientación y el movimiento entre los levantamientos, puede afectar varios aspectos de la perforación, así como la eficiencia final del pozo.

Siguiendo con la figura 25, un diagrama tridimensional 2500 ilustra los vectores 2502, 2504, 2506, 2508, 2510, 2512, 2514, y 2516 que corresponden a los círculos 2402, 2404, 2406, 2408, 2410, 2412, 2414, y 2416, respectivamente. Los vectores 2502, 2504, 2506, 2508, 2510, 2512, 2514, y 2516 están graficados contra un eje TVD 2518 y direcciones de compás indicadas por un eje 2520 que representa el este-oeste y un eje 2522 que representa el norte-sur.

Cada vector 2502, 2504, 2506, 2508, 2510, 2512, 2514, y 2516 proporciona una representación tridimensional de la orientación de la cara de herramienta, así como una amplitud que se puede usar para representar el movimiento mecánico (por ejemplo, la distancia recorrida) de la punta y/o uno o más de otros indicadores. La amplitud puede representar una medida como MSE o WOB. En algunas modalidades, la amplitud puede ser una combinación de mediciones y/o puede representar los resultados de cálculos basados en dichas mediciones. Por consiguiente, el diagrama circular 286 puede proporcionar una ilustración gráfica de los vectores 2502, 2504, 2506, 2508, 2510, 2512, 2514, y 2516. Aunque no se muestra, cada estimado de la figura 16 puede dar como resultado uno de los vectores 2502, 2504, 2506, 2508, 2510, 2512, 2514, y 2516, que se pueden combinar para proporcionar la trayectoria estimada.

Haciendo referencia otra vez específicamente al paso 2304 de la figura 23, por ejemplo, el círculo 2416 puede representar la última información de la cara de herramienta que se utiliza para calcular el vector 2516 de la figura 25, cuando la información utilizada para calcular el vector 2514 previo estaba representada en el diagrama circular 286 por el círculo 2414. Adicionalmente, se pueden actualizar el indicador de deslizamiento 292 y/o la barra de color 293 para proporcionar una indicación visual del estado actual del deslizamiento en progreso.

En el paso 2306, se puede hacer una determinación en cuanto a que si se necesita o no una corrección de acuerdo con la información. Por ejemplo, si el encabezado está desviado cinco grados, el sistema dirigible de superficie 201 puede identificar este error. En el paso 2308, se puede actualizar el GUI para reflejar este error. Por ejemplo, se puede actualizar el indicador de error 294. En algunas modalidades, el sistema dirigible de superficie 201 puede corregir el encabezado automáticamente, mientras que en otras modalidades puede cambiar el puntero de cara de herramienta objetivo 296 para indicar un encabezado correcto actualizado. Por ejemplo, cuando la cara de herramienta actual se desvía de su curso, el GUI puede ser actualizado repetidamente para indicar una corrección de desvío que debería hacerse en los casos en los que el GUI sea utilizado para notificarle a un individuo la corrección manual de la cara de herramienta. Aunque se le pueden proporcionar al barrenador 310 cálculos de error continuos o casi continuos, el sistema dirigible 201 pude planear una solución que use correcciones periódicas, en vez de correcciones instantáneas. Por consiguiente, el despliegue 250 puede proporcionar las correcciones recomendadas al barrenador 310, de tal manera que se puedan hacer cambios controlados, graduales, en pasos paulatinos. En los casos en los que la solución tenga una trayectoria de corrección elíptica o de otra manera continua, se pueden desplegar correcciones instantáneas o periódicas al barrenador 310. Por ejemplo, la corrección en pasos graduales puede ser una función de la tortuosidad del pozo, la cantidad de fricción, y/o la profundidad general del BHA. En otro ejemplo, en los casos en los que la cara de herramienta es controlada automáticamente (por ejemplo, por medio de Top Drive), el metodo 2300 puede hacer la corrección a través de instrucciones al controlador Top Drive, a través de otro controlador, o directamente.

Se apreciará por aquellos expertos en la téenica que tienen el beneficio de esta divulgación que este sistema y método de perforación dirigible de superficie proporcionan una manera de planificar un proceso de perforación y corregir el proceso de perforación ya sea cuando el proceso se desvía del plan o cuando el plan se modifica. Se debe entender que los dibujos y la descripción detallada en la presente deben considerarse de una manera ilustrativa en lugar de restrictiva, y no están destinados a limitarse a las particulares formas y ejemplos descritos. Por el contrario, se incluyen cualesquiera otras modificaciones, cambios, reordenaciones, sustituciones, alternativas, opciones de diseño, y modalidades aparentes a aquellos con conocimientos medios en la técnica, sin apartarse del espíritu y alcance de la presente, tal como se define mediante las siguientes reivindicaciones. De esta manera, se pretende que las siguientes reivindicaciones sean interpretadas para abarcar todas dichas modificaciones, cambios, reordenaciones, sustituciones, alternativas, opciones de diseño, y modalidades.

Claims (30)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un metodo de perforación que comprende: recibir, por medio de un sistema dirigible de superficie acoplado a un equipo de perforación, información de cara de la herramienta (toolface) desde un ensamble de fondo de pozo (BHA) que se localiza en un agujero, en donde la información de cara de herramienta corresponde a una ubicación del BHA entre un primer punto de levantamiento que ha sido pasado y un segundo punto de levantamiento secuencial que todavía no ha sido alcanzado; recibir, por medio del sistema dirigible de superficie, información del sensor que no es de levantamiento que corresponden a un estado de por lo menos uno del equipo de perforación, el BHA, o una cadena de perforación que acopla el equipo de perforación al BHA; calcular, por medio del sistema dirigible de superficie, una cantidad de movimiento incremental hecho por el BHA, desde que se calculó una cantidad previa de movimiento incremental, en donde el cálculo de la cantidad de movimiento incremental se basa en la información del sensor que no es de levantamiento; calcular, por medio del sistema dirigible de superficie, un estimado de la ubicación basado en la información de cara de herramienta y la cantidad de movimiento incremental; hacer que, por medio del sistema dirigible de superficie, por lo menos un parámetro de perforación sea modificado para alterar una dirección de perforación del BHA con base en el estimado, si el sistema dirigible de superficie determina que el estimado indica que la dirección de perforación necesita ser alterada; y repetir, por medio del sistema dirigible de superficie, los pasos de recibir información de cara de herramienta e información del sensor que no es de levantamiento, y calcular una cantidad de movimiento incremental para calcular un estimado de una pluralidad de ubicaciones que representan una trayectoria del BHA desde el primer punto de levantamiento hacia el segundo punto de levantamiento secuencial, y repetir el paso de hacer que si se necesita alterar la dirección de perforación.

2 - El metodo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la información del sensor que no es de levantamiento incluye un valor de profundidad medida que representa una distancia estimada recorrida por el BHA desde que se calculó la cantidad previa de movimiento incremental.

3.- El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque calcular la cantidad de movimiento incremental incluye: determinar, por medio del sistema dirigible de superficie, una cantidad de desviación entre el valor de profundidad medida y una longitud verdadera en una cadena de perforación que acopla el BHA con el equipo de perforación, en donde la cantidad de desviación se debe a por lo menos uno de compresión, tensión y pandeo en la cadena de perforación; y modificar, por medio del sistema dirigible de superficie, el valor de profundidad medida para reflejar la cantidad de desviación.

4.- El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la información del sensor que no es de levantamiento se obtiene en el equipo de perforación.

5.- El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la información del sensor que no es de levantamiento se obtiene en el pozo.

6.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque también comprende, comparar por medio del sistema dirigible de superficie, el estimado de una ubicación planeada para determinar si el estimado indica que la dirección de perforación necesita ser alterada.

7.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque también comprende: recibir, por medio del sistema dirigible de superficie, datos de levantamiento correspondientes a la información del sensor de levantamiento desde el segundo punto de levantamiento; actualizar, por medio del sistema dirigible de superficie, la cara de herramienta actual y la ubicación del BHA con base en los datos de levantamiento; y repetir, por medio del sistema dirigible de superficie, los pasos de recibir y calcular para estimar una segunda pluralidad de ubicaciones que representan una trayectoria del BHA entre el segundo punto de levantamiento y un tercer punto de levantamiento secuencial, en donde los datos de levantamiento recibidos sirven como línea de base para la segunda pluralidad de ubicaciones.

8 - El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque también comprende, por medio del sistema dirigible de superficie, por lo menos un cálculo que se usa para calcular la cantidad de movimiento incremental con base en los datos de levantamiento.

9.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la información del sensor que no es de levantamiento incluye una medición de la energía mecánica específica (MSE).

10.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la información del sensor que no es de levantamiento incluye una medición de peso sobre la barrena (WOB).

11.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque también comprende: calcular, por medio del sistema dirigible de superficie, un vector para cada ubicación basado en la información de cara de herramienta y la cantidad de movimiento incremental para cada ubicación; y producir, por medio del sistema dirigible de superficie, una serie de vectores que representan la trayectoria entre el primero y el segundo puntos de levantamiento secuenciales.

12.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el BHA está realizando una operación de deslizamiento, y en donde el método también comprende desplegar un movimiento de la operación de deslizamiento en una interfaz gráfica de usuario (GUI).

13.- El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque el despliegue del movimiento incluye desplegar una cantidad de tiempo que queda para la operación de deslizamiento.

14.- El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque el despliegue del movimiento incluye desplegar una distancia que queda para la operación de deslizamiento.

15.- El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque el despliegue del movimiento incluye desplegar un porcentaje de la operación de deslizamiento que ya ha sido completada.

16.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque también comprende perforar, por medio del equipo de perforación, usando la dirección alterada del BHA.

17.- El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el cálculo, por medio del sistema dirigible de superficie, de la cantidad de movimiento incremental incluye: determinar una tasa promedio de penetración (RQP) para el BHA con base en la característica del BHA para una formación en la que existe la ubicación; y aplicar la ROP promedio durante un período que se extiende desde una recepción previa de la información de la cara de herramienta hasta la recepción de la información de cara de herramienta para la ubicación.

18.- El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque la determinación de la ROP promedio incluye obtener la ROP promedio de una base de datos.

19.- El metodo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la recepción de la información del sensor que no es de levantamiento incluye recibir una pluralidad de puntos de datos de información del sensor que no es de levantamiento por cada recepción de un solo punto de datos de información de cara de herramienta, y en donde el cálculo de la cantidad de movimiento incremental hecho por el BHA desde la cantidad previa de movimiento incremental se hizo con base en la pluralidad de puntos de datos de información del sensor que no es de levantamiento.

20.- Un método de perforación, que comprende: monitorear, por medio de un sistema dirigible de superficie que está acoplado a un equipo de perforación, una operación giratoria de un equipo de ensamble de fondo de pozo (BHA) durante la perforación, en donde la operación giratoria crea una primera sección sustancialmente recta de un pozo; identificar, por medio del sistema dirigible de superficie, que ocurra una operación de deslizamiento en el punto designado de la primera sección, para alterar una dirección del pozo al crear una segunda sección del pozo que no es sustancialmente recta; determinar, por medio del sistema dirigible de superficie, una cara de herramienta del BHA en un primer punto de la segunda sección, en donde el primer punto se localiza entre un primer punto de levantamiento que ya ha sido pasado y un segundo punto de levantamiento secuencial que todavía no ha sido alcanzado, y la determinación se basa en por lo menos una primera lectura del sensor que no es de levantamiento tomada para el primer punto; determinar, por medio del sistema dirigible de superficie, una distancia recorrida hasta el primer punto desde un segundo punto de la segunda sección, en donde el segundo punto se localiza entre el primero y segundo puntos de levantamiento secuenciales, y la determinación se basa en por lo menos una segunda lectura del sensor que no es de levantamiento; y hacer, por medio del sistema dirigible de superficie, una corrección a la cara de \ herramienta si la orientación y la distancia determinadas indican que un estimado de ubicación del BHA no es correcto con respecto a un plan del pozo.

21.- El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque también comprende perforar, mediante el equipo de perforación, otra porción de la segunda sección con base en la corrección.

22.- El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque también comprende repetir los pasos de determinar una cara de herramienta y determinar una distancia para cada uno de una pluralidad de puntos de la segunda sección.

23.- El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque la determinación de la distancia incluye obtener un valor de profundidad medida que representa una distancia estimada recorrida por el BHA desde el segundo punto hasta el primer punto.

24.- El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque la determinación de la distancia incluye: determinar, por medio del sistema dirigible de superficie, una cantidad de desviación entre el valor de profundidad medida y una longitud verdadera en una cadena de perforación que acopla el BHA con el equipo de perforación; y modificar, por medio del sistema dirigible de superficie, el valor de profundidad medida para reflejar la cantidad de desviación.

25.- El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque la determinación de la distancia incluye: determinar una tasa promedio de penetración (ROP) para el BHA con base en por lo menos una de la primera y segunda lecturas del sensor que no es de levantamiento para una formación en la que existe el estimado de ubicación; y aplicar la ROP promedio durante un período que se extiende desde una recepción previa de una cara de herramienta en el segundo punto hasta recibir la cara de herramienta para el primer punto.

26.- El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque la segunda lectura del sensor que no es de levantamiento se toma en el equipo de perforación.

27.- El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque la segunda lectura del sensor que no es de levantamiento se toma en el BHA.

28.- El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque también comprende indicar, por medio del sistema dirigible de superficie, cuándo deberá iniciar la operación de deslizamiento.

29.- Un sistema dirigible de superficie para usarse con un equipo de perforación, que comprende: una interfaz de red; un procesador acoplado a la interfaz de red; y una memoria acoplada al procesador, el procesador está configurado para: recibir información de cara de herramienta desde un ensamble de fondo de pozo (BHA) que se localiza en un agujero, en donde la información de cara de herramienta corresponde a una ubicación del BHA entre un primer punto de levantamiento que ha sido pasado y un segundo punto de levantamiento secuencial que todavía no ha sido alcanzado; recibir información del sensor que no es de levantamiento que corresponde a un estado de por lo menos uno del equipo de perforación, el BHA, o una cadena de perforación que acopla el equipo de perforación al BHA; calcular una cantidad de movimiento incremental hecho por el BHA desde que se calculó una cantidad previa de movimiento incremental, en donde el cálculo de la cantidad de movimiento incremental se basa en la información del sensor que no es de levantamiento; calcular un estimado de la ubicación basada en la información de cara de herramienta y la cantidad de movimiento incremental; y hacer que por lo menos un parámetro de perforación sea modificado para alterar una dirección de perforación del BHA con base en el estimado, si el sistema dirigible de superficie determina que el estimado indica que la dirección de perforación necesita ser alterada.

30.- El sistema dirigible de superficie de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado además porque el procesador también está configurado para: repetir los pasos de recibir información de cara de herramienta e información del sensor que no es de levantamiento, y calcular una cantidad de movimiento incremental para calcular un estimado de una pluralidad de ubicaciones que representan una trayectoria del BHA desde el primer punto de levantamiento hacia el segundo punto de levantamiento secuencia!, y repetir el paso de hacer que, si es necesario, sea alterada la dirección de perforación.