NO325068B1 - Fremgangsmate og system for sanntidsstyring av et boresystem ved bruk av informasjon fra en grunnmodell og en boreprosessmodell - Google Patents

Description

Denne søknaden krever prioritet fra U.S. provisional søknad nr. 60/362 009, innlevert 6. mars 2002.

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt styring av boresystemer for hydrokarboner. Mer spesifikt vedrører oppfinnelsen optimalisering av ytelsen til forskjellige boreoperasjoner basert på nedihulls målinger.

Boringen av oljebrønner styres av vurderinger og direkte menneskelig interaksjon fra boreingeniøren som betjener de mekaniske og elektriske systemene på boreriggen. Boreingeniøren vil typisk fra styrestasjonen på overflaten direkte styre, for eksempel, borerørets hastighet og posisjon, den vertikale kraften som anvendes på borestrengen, borestrengens rotasjonshastighet og strømningsmengden av borefluid. Disse parametrene, blant andre, kan styres innenfor gitte grenser så som de fysiske begrensningene for riggutstyret eller, i enkelte tilfeller, forbestemte grenser for inn- eller utparameteren. For eksempel kan det dreiemomentet som skal påføres på borestrengen være begrenset. Boreingeniørens valg av parametere er et resultat av hans eller hennes generelle forståelse av tilbakemeldingsresponsen fra overflateutstyret og generelle observasjoner. Dette er ufullstendig informasjon ettersom den typisk ikke omfatter konkret informasjon om borestrengens oppførsel nedihulls, formasjonene som bores eller som skal bores og deres relasjon til parametrene som mates inn ved overflaten og de resulterende konsekvensene og effektiviteten.

På eldre rigger er styringen av boreparametrene fullstendig manuell, og er helt og holdent boreingeniørens ansvar. Det finnes nå tilgjengelig nye overflatebaserte borestyringssystemer som kan programmeres til å eksekvere en instruksjon eller en serie av instruksjoner. På det nåværende tidspunkt anvendes disse automatiserte, overflatebaserte styringssystemene for å styre forskjellige deler av boreprosessen, som for eksempel det å sette sammen en rørkopling. Videre gir dagens overflatebaserte verktøystyringssystemer mulighet for å sette begrensninger for visse boreparametere. Disse grensene eller verdiene er imidlertid også her en vurderingssak, og tenderer til å være én enkelt verdi per operasjon per parameter, som typisk blir forhåndsdefinert ved initieringen av en boresekvens og ikke modifiseres eller optimaliseres under boreprosessen.

De eksisterende styringsmulighetene for boreoperasjonene som er tilgjengelige for en boreoperatør begrenser i mange tilfeller den maksimale effektiviteten, i hvert fall som følge av det faktum at beregningen av grensene bare er prognoser for de forventede boreforholdene og jordformasjonene. Av denne grunn blir operasjonsgrensene, som typisk er tilveiebrakt i form av absolutte parameterverdier så som faktisk omdreiningshastighet, sterkt redusert av feilmarginer. Videre er grensene utviklet for å gjelde generelt over hele dypet til et borehull, og avhenger ikke av den konkrete formasjonsbeskaffenheten på stedet.

Det har vært gjort forsøk på å forfine grensene basert på vesentlige endringer av boreprosessen. Også denne jobben er imidlertid typisk overlatt til menneskelig initiativ. I den grad retningslinjene for operasjonen kan endres under boreprosessen, introduseres det således en betydelig risiko for menneskelig feil i følsomme boreoperasjoner. Som følge av dette er de fleste endringer av boreprosesser blitt overlatt til boreoperatørens erfaring. En boreoperatørs evne til å utføre visse analyser er imidlertid begrenset både av tiden (begrenset tid til å utføre testing og beregninger) og menneskelig evne (begrenset til relativt enkle sammenlikninger). Videre, selv når det foretas en manuell analyse, introduserer prosessen med å gjennomføre en endring feil, delvis som følge av at boreoperatøren tilpasser etter absolutte parameterverdier, ofte ved anvendelse av analoge instrumenter. Disse begrensningene skaper i sin tur en inkonsistent borepraksis etter hvert som nye boreoperatører kommer til gjennom arbeidsskiftene.

Fra US 6,206,108 fremgår det et boresystem som omfatter en iterativ prosedyre med målinger, oppdatering av boremodell, bestemmelse av boreparametere og informasjon til styresystem.

For å bidra til å minimere inkonsistensen under boreoperasjoner har det vært utviklet diagrammer som tilveiebringer referansepunkter for noen av boreparametrene. For eksempel kan et diagram angi et område av rotasjons-hastigheter for boringen og et område av nedpressingsvekter mot borkronen for å bestemme en passende strømningsmengde av slam. Disse diagrammene, i likhet med de opprinnelige grensene for boreoperasjonen, er imidlertid beregnet lenge før den faktiske boringen, og er således basert på prediksjon av boreforholdene. Videre er en grunnleggende begrensning ved diagrammene den uunngåelige, endelige avstanden mellom de diskrete datapunktene, som krever at operatøren interpolerer mellom de tilgjengelige datapunktene for anpasning til de faktiske forholdene for å beregne en passende modifikasjon av boringen.

Det beskrives et system for styring av borehullsoperasjoner ved anvendelse av en boreprosessmodell som representerer den kombinerte effekten av forholdene nedihulls og operasjonen av en borestreng. Boreprosessmodellen blir kontinuerlig oppdatert med nedihullsmålinger som gjøres under en boreoperasjon. Fra den oppdaterte boreprosessmodellen bestemmes et optimalt sett av boreparametere, som kommuniseres til et overflatebasert verktøystyringssystem.

Videre beskrives et system som gjør at det overflatebaserte verktøy-styringssystemet automatisk kan regulere den nåværende konfigurasjonen av overflateutstyret på grunnlag av de oppdaterte optimale boreparametrene. Forskjellige styringsskript genereres og eksekveres for å informere det overflatebaserte verktøystyringssystemet basert på en nåværende boremodus.

Videre beskrives et system som omfatter en boreprosessmodell som representerer de operasjonelle parametrene for borestyringsprosessen, nedihulls formasjonsegenskaper som innvirker på boreprosessen og bore-fluidegenskaper som innvirker på boreprosessen.

Videre beskrives et system som mottar data fra det overflatebaserte verktøystyringssystemet i tillegg til data fra målingene nedihulls for å oppdatere boreprosessmodellen.

Figur 1 viser et eksempel på en boreriggkonstruksjon.

Figur 2 er et diagram som illustrerer programvaremodulene for den beskrevne oppfinnelsen. Figur 3 er et flytdiagram for styring av programvaremodulene i figur 2. Figur 4 er et flytdiagram for eksekvering av en innføringsoperasjon som anvender utførelsesformene i figurene 2 og 3. Figur 5 er et flytdiagram for eksekvering av en penetrasjonshastighet - beregningsoperasjon som anvender utførelsesformene i figurene 2 og 3. Figur 6 er en graf for eksekvering av en fraktureringstrykk-beregningsoperasjon som anvender utførelsesformene i figurene 2 og 3.

Interaksjonen mellom boreprosessen og undergrunnen er nøkkelen til å forstå og styre boreprosessen. Ifølge én utførelsesform gjøres det målinger nedihulls under boreprosessen for dynamisk å informere en jordmodellrepresentasjon om det rådende boremiljøet nedihulls. Den oppdaterte jord-modéllen, sammen med den aktuelle statusen og operasjonsgrensene for overflateutstyret, anvendes for å evaluere nåværende boremodus og opplyse et overflatebasert verktøystyringssystem om oppdaterte operasjonsparametere, så som operasjonsgrenser og anbefalte optimale konfigurasjoner og innstillinger.

Figur 1 illustrerer et boresystem 100 som er utstyrt for kommunikasjon mellom et overflatebasert verktøystyringssystem og nedihulls målesystemer. Som vist i figur 1 omfatter boresystemet 100 en borestreng 102 som henger ned fra et boretårn 106. Borestrengen 102 forløper gjennom et rotasjonsbord 108 og inn i brønnen 110. En borkrone 112 er festet til enden av borestrengen 102, og boringen utføres ved å rotere ved hjelp av den øvre drivinnretningen 142 og tillate vekten av borestrengen 102 å presse ned mot borkronen 112 ved hjelp av vinsjeinnretningen 144 som holder borestrengen 102. Borkronen 112 kan roteres ved å rotere hele borestrengen 102 fra overflaten ved anvendelse av den øvre drivinnretningen 142 eller rotasjonsbordet 108 og rotasjonsrøret 114. Borkronen 112 kan alternativt roteres uavhengig av borestrengen 102 ved å betjene en nedihulls slammotor 116 ovenfor borkronen 112.

Under boring pumpes slam fra slampumper 118 ved overflaten 120 gjennom standrøret 122 og ned borestrengen 102. Slammet i borestrengen 102 presses ut gjennom stråledyser (ikke vist) i fronten av borkronen 112 og returneres til overflaten gjennom brønnringrommet 124, dvs. rommet mellom brønnen 110 og borestrengen 102. Én eller flere følere eller omsettere 126 er tilveiebrakt i én eller flere målemoduler 127 i bunnhullsenheten i borestrengen 102 for å måle ønskede nedihulls forhold. For eksempel kan omsetteren 126 være en spennings- eller tøyningsmåler som måler vekten mot borkronen eller et termoelement som måler temperaturen i bunnen av brønnen 110. Det kan være tilveiebrakt ytterligere sensorer etter behov for å måle andre bore- og formasjonsparametere, som for eksempel de som er beskrevet tidligere.

Målingene som gjøres av omsetterne 126 sendes til overflaten via boreslammet i borestrengen 102. Først sender omsetterne 126 signaler som representerer det målte nedihulls forholdet til en nedihulls elektronikkenhet 128. Signalene fra omsetterne 126 kan digitaliseres i en analog-til-digital konverter. Nedihulls elektronikkenheten 128 samler inn binærtallene, eller bit-ene, fra målingene fra omsetterne 126 og innretter dem i datarammer. Ekstra bits for synkronisering og deteksjon og korreksjon av feil kan legges til disse data-rammene. Signalet overføres ved hjelp av kjente teknikker, så som bærebølger gjennom slammet i borestrengen 102. Den forskjellige elektronikken som er assosiert med slampulstelemetri er kjent, og er for oversiktens skyld ikke beskrevet ytterligere her. En trykkomsetter 132 på standrøret 122 detekterer endringer i slamtrykket og genererer signaler som representerer disse endringene. Utgangssignalet fra trykkomsetteren 132 blir digitalisert i en analog-til-digital konverter og prosessert av en signalprosessor 134 som gjenoppretter symbolene fra den mottatte bølgeformen og deretter sender dataene til en datamaskin 138. Andre metoder for nedihulls kommunikasjon kan anvendes, så som dataoverføring via borerør tilveiebrakt med ledere.

Nedihulls målinger omfattende data om borestrengen, data om formasjonen og andre data som beskriver forholdene nedihulls mottas av data-maskinen 138, for eksempel, og analyseres manuelt, for eksempel av en tredjehånds leverandør av oljefeltstjenester. Rapporter vedrørende nedihulls dataene genereres og sendes til interesserte parter, for eksempel en rigg-operatør. Denne delen av det å motta og analysere nedihulls data utføres typisk separat fra den automatiske styringen ved overflateutstyret. I den utstrekning rapportene om nedihulls dataene anvendes for å anpasse boreparametrene, gjøres dette manuelt etter at rapportene er generert og gransket av bore-operatørene.

Et andre system betegnet det overflatebaserte verktøystyringssystemet 140 er konstruert for å kommunisere med og styre operasjonen av de forskjellige maskinene ved brønnområdet. For eksempel kan det overflatebaserte verktøystyringssystemet 140 sende ut styringssignaler og motta tilbake-meldinger fra den øvre drivanordningen 142 for å regulere og opprettholde borestrengens rotasjonshastighet, slampumpen 118 for å regulere strømningen av borefluid gjennom systemet og vinsjeanordningen 144 for å regulere og opprettholde vekten mot borkronen. Det overflatebaserte verktøystyrings-systemet kan være konstruert for å kommunisere med og styre mange andre overflatemaskiner som påvirker nedihulls operasjoner. Figur 1 illustrerer også en typisk boreoperasjon som omfatter flere formasjonslag som hvert potensielt kan ha veldig forskjellige egenskaper. Som følge av disse forskjellene kan en optimal boreprosess være forskjellig for hvert formasjonslag. Videre, selv om det ikke er vist, kan forskjellige deler av boreprosessen, så som retningsbestemt boring, berettige forskjellige optimale innstillinger og terskelverdier for boringen. Nedihulls målesystemene 126 og 127 anvendes for å detektere en endring av formasjonens beskaffenhet og initiere eller foreslå en modifikasjon av styringen av overflateutstyret. Målingene . nedihulls angir også de rådende forholdene nedihulls som er relevante for boreprosessen, så som vekten mot borkronen, borehastigheten, borkronens posisjon og annet. Figur 2 illustrerer konseptuelt én fremgangsmåte for å realisere den beskrevne oppfinnelsen. Styringsprosessen, for eksempel, består av et skript som eksekverer en sekvens av styreoperasjoner og verdiene til parametrene for hver styreoperasjon. For å bygge opp styringsprosessen, ifølge én utførelses-form av foreliggende oppfinnelse, er trinnene:

1) Bestemme sekvensen av styreoperasjoner, 202

2) Kriterier for anvendelse, 208

3) Evaluering av parametrene, 210

4) Kriterier for parameterendring, 212

Bestemmelse av sekvensen av styreoperasjoner omfatter primær styring for normal operasjon 204, for eksempel boring, innføring, etc, og sekundær styring for anormale operasjoner 206, for eksempel feilsituasjoner så som tapt sirkulasjon, fastkilt rør eller overdreven vibrasjon. Disse styreoperasjonene vil bestemmes av kvalifiserte lag eller individuelle personer før de er nødvendige, og vil bli konstruert med referanse til jordmodellen av formasjonen som skal bores. Styreoperasjonene vil være lagret i en database som refereres til samme jordmodell.

For hver av styringssekvensene vil det være brukskriterier 208. Disse kan være manuelle, hvilket vil si at en person instruerer systemet til å eksekvere et skript, eller være resultat av en automatisert analyse, for eksempel at en overdreven vibrasjon som detekteres resulterer i at det kjøres et antivibrasjons-skript. Hvert skript entres inn i brukskriterie-modulen 208 som består av: a) Jordmodellen 212, borevei-uavhengige egenskaper i geologisk sammenheng. b) Borehullsbeskrivelse 214, størrelse, lokalisering, innhold (f.eks. slam), orientering.

c) Borestrengbeskrivelse 216, geometri og egenskaper, etc.

d) Boreprosessmodell 218 - modellerer interaksjonen mellom (a) - (c) ovenfor gitt et konkret skript. Den kan omfatte mange komponenter.

Boreprosessmodellen inverteres for å oppnå parametrene for styringsskriptet.

Hvert styringsskript kan ha et antall sett av parametere, som vil være lagret i en database som er knyttet til jordmodellen. Når disse skal endres kan bestemmes manuelt eller automatisk. For eksempel kan det gjøres endringer av parametrene (f.eks. vekten mot borkronen) i boreskriptet basert på litologien som bores.

Parameterevalueringen 220 omfatter sanntids eller nær sanntids mottak og analyse av målinger fra instrumenter nedihulls og på overflaten. Parameterevalueringen 220 omfatter standard prosessering som er assosiert med de spesifikke instrumentene som befinner seg i borestrengen, for eksempel som konfigurert i borestrengbeskrivelsen 216. Parameterevalueringen 220 kan også utføre en gyldighetssjekk for å sikre at de bestemte egenskapene er "menings-fulle" basert på jordmodellen 212 og boreprosessmodellen 218, for eksempel for det konkrete segmentet eller formasjonslaget som skal bores.

Kriteriet for parameterendringer 222 tilveiebringer mekanismen for å utføre dynamiske modifikasjoner av jordmodellen 212, borehullsbeskrivelsen 214 og boreprosessmodellen 218. For eksempel, selv om en gitt jordmodell initialt er konfigurert på grunnlag av forventede formasjonslag, blir jordmodellen, dersom nedihulls målinger antyder et nytt lag eller et forskjellig dyp for et eksisterende lag, oppdatert for å reflektere denne nye litologien. Kriteriet for parameterendring 222 tilveiebringer parametergrenser som når de sammenliknes med resultatene av parameterevalueringsmodulen 220 effektuerer en oppdatering av den aktuelle modellen for å kompensere for endrede forhold.

Det skal bemerkes at det fra kombinasjonen av jordmodellen 212 og boreprosessmodellen 128 er mulig å estimere systemets fremtidige oppførsel. Det vil også være mulig å styre den pågående boringen basert på en forventet fremtidig respons. Dette kan for eksempel være nyttig for å forlenge levetiden til en borkrone.

Figur 3 viser en eksempelvis prosessflyt for en utførelsesform av kommunikasjonsskjemaet for det beskrevne overflatebaserte verktøystyrings-systemet. Med start ved brukskriteriemodulen 208 mates jordmodellen 212, borehullsbeskrivelsen 214 og borestrengbeskrivelsen 218 inn i boreprosessmodellen 218 for å bestemme en sanntids eller nær sanntids prediksjon av de nåværende boreforholdene. Fra boreprosessmodellen 218 sendes et sett av gjeldende styringsparametere 302 til det styringsskriptet 304 som er aktivt. Basert på de innmatede parametrene, oppdaterer styringsskriptet 304 det overflatebaserte verktøystyringssystemets grensesnitt 306, for eksempel med nye og optimerte driftskonfigurasjoner og nye terskelverdier. Prosessen fortsetter å overvåke både overflate- og nedihulls systemene ved 308.

Systemet er konstruert for dynamisk å oppdatere seg basert på de gjeldende operasjonsforholdene, omfattende respons fra både overflate- og nedihulls utstyr. For eksempel, basert på pågående overvåkning ved trinn 308, kan det initieres en rekke forskjellige typer respons, så som en oppdatering av modellene i brukskriteriemodulen 208. Videre kan et forhold som detekteres ved trinn 308 resultere i en endring for å eksekvere et forskjellig skript ved 310. For eksempel, under en innføringsoperasjon, dersom et nåværende sett av styringsparametere indikerer at normal boring er gjenopprettet, vil det kjørende innføringsskriptet stanse og kalle opp et boreskript, for eksempel et skript for retningsbestemt boring, ved trinn 310. En diagnostisk operasjon utføres ved 316, delvis for å bestemme et passende skript for videre boring eller en annen operasjon. I dette eksempelet vil gjenopptagelsen av boringen bli gjenkjent som en kjent boreprosess ved trinn 318, og forårsake at det nye skriptet, for eksempel retningsbestemt boring, vil bli eksekvert automatisk ved trinn 322. Dersom de nye forholdene ikke gjenkjennes ved trinn 318, kan systemet ved trinn 320 overlate styringen til boreoperatøren, for eksempel med et forslag til videre operasjon.

Dersom det gjeldende parametersettet ikke indikerer behov for endringer av det nåværende skriptet ved trinn 310, sjekker systemet hvorvidt en endring av én eller flere av parametrene i det kjørende skriptet må endres. En slik situasjon oppstår for eksempel når utdataene fra boreprosessen i en nåværende boremodus overstiger en feilterskel, så som en brå økning av dreiemomentet under normal boring. I dette eksempelet kan det være for tidlig å gjennomføre en endring til et nødopprettingsskript, men det kan være på sin plass å øke strømningen av slam til borkronen for å unngå fastkiling av borkronen. Dersom en parameterendring er hensiktsmessig ved 312, eller et nytt skript aktiveres ved 322, oppdateres parametersettet ved trinn 302 dersom de relevante parametrene finnes i systemet. Dersom parametrene ikke er tilgjengelige i det kjørende skriptet ved trinn 314, returneres kontrollen til brukskriteriemodulen for ytterligere å oppdatere modellene for å inkludere den nye borepararireteren, for eksempel for å overføre den gjeldende styringskonfigurasjonen fra ett skript til et annet, og også for å initiere det nye skriptet med de seneste bestemte operasjonsforholdene.

Implementeringen av foreliggende oppfinnelse kan illustreres ved hjelp av et eksempel som er illustrert i figur 4 for å styre rørhastigheten under inn-føring av rør i borehullet for å unngå tap av sirkulasjonen. Først, ved trinn 402, velges skriptet "innføring i hullet" for eksekvering. Dersom skriptet ikke eksisterer, kan en operatør velge å konstruere et spesialtilpasset skript. Med fortsettelse ved 404 beregnes formasjonens fraktureringstrykk på grunnlag av jordmodellen og brønnboringsbeskrivelsen for hvert dyp i brønnboringen, eller andre begrensninger på maksimaltrykket. Disse beregningene er basert på sanntids eller nær sanntids målinger 403 fra nedihulls instrumenter i borestrengen. Det legges inn en sikkerhetsmargin på det maksimale operasjonstrykket. Deretter, ved trinn 406, beregnes den rørhastigheten (på grunnlag av beskrivelsen av borehullet og borestrengen, samt borefluidets beskaffenhet), som gir det maksimale operasjonstrykket for hvert nivå i brønnboringen. Parametersettet for skriptet initieres ved trinn 408 med de beregnede styringsparametrene - i dette tilfellet den maksimale rørhastigheten ved et gitt dyp. Skriptet eksekveres mens brønnboringen overvåkes for feiltilstander ved trinn 410. Dersom det detekteres en feiltilstand ved 412, endres skriptet, for eksempel eksekveres ved tap av sirkulasjonen et "tapt sirkulasjon"-skript, eller avslutter for manuell styring.

Figur 5A viser et flytdiagram av en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse for å styre borehastigheten (ROP, rate-of-penetration). Generelt, i en boreoperasjon som forløper gjennom en av flere lag bestående formasjon (vist i figur 2B) som har varierende fysiske egenskaper, bestemmes en borehastighet for det laget som bores. Med spesifikk henvisning til trinnene i figur 2A, kalles ved trinn 502 et ROP-skript opp fra styringsstasjonen på overflaten. Bore-operatøren, for eksempel, kan sette i gang prosessen manuelt. Skriptet inne-holder informasjonen i boreprosessmodellen og kommuniserer med jordmodellen. Ifølge én utførelsesform opprettholdes modellene uavhengig av de forskjellige boreprosess-skriptene. I så fall utfører et skript, for eksempel, et kall som henter ut den nødvendige informasjonen fra modellene.

Boringsprosessen begynner ved trinn 504 inn i det første laget av formasjonen. Skriptet initierer da en sekvens av trinn 506 som perturberer de forskjellige boreparametrene og forårsaker med det en fysisk endring av boreoperasjonen. Eksempler på boreparametere omfatter den nedoverrettede borkronevekten, boremotorens omdreiningshastighet, borkronestillingen, osv. Boreparametrene endres litt i kombinasjon med hverandre i henhold til forbestemte algoritmer. En tilbakemeldingssløyfe tilveiebringer sanntids respons på kombinasjonen av perturbasjoner. Tilbakemeldingssløyfen kan for eksempel omfatte velkjente overflate- og nedihulls instrumenter.

Fra tilbakemeldingsresponsen anvender systemet ved trinn 512 bore-prosessmodellens og jordmodellens variabler for å bestemme en optimal borehastighet for det laget som bores. Ved trinn 508 sjekkes responsmålingene samtidig mot den nåværende jordmodellen. Dersom det detekteres endringer, oppdateres jordmodellen ved trinn 510 slik at den reflekterer de nye målingene. Denne prosessen foregår kontinuerlig under hele boreprosessen gjennom det første laget. Skriptet står i kontinuerlig, eller behovsbasert, kommunikasjon med det overflatebaserte verktøystyringssystemet for å tilveiebringe nye, optimerte operasjonsdata etter hvert som de tilveiebringes av skriptet.

Ifølge en annen utførelsesform optimeres borehastigheten gjennom hele formasjonens dyp. I dette tilfellet sammenliknes borehastigheten for det laget som bores kontinuerlig med den gjeldende jordmodellen, omfattende innforma-sjon om kjente og predikerte dyp, for å maksimere den totale borehastigheten for hele formasjonen.

Denne prosessen tilveiebringer automatisk avgrensning av boreytelsen for en aktuell formasjon gjennom automatisk styring av boreparametrene. Komplekse optimeringsalgoritmer (f.eks. Monte Carlo, osv.) kan anvendes kontinuerlig i sanntid. Videre kan skriptet eksekvere endringer av boreprosessen ved anvendelse av en dynamisk jordmodellrepresentasjon sammen med en boreprosessmodell.

For en boreoperatør tilveiebringes det således et kontinuerlig oppdatert operasjonsintervall for ROP-prosessen. Ifølge én utførelsesform tilveiebringer systemet utdata i form av et minimumsnivå, et maksimumsnivå, et optimalt nivå og tilsvarende relative ønskede verdier. Ifølge én utførelsesform representeres imidlertid ikke minimums- eller maksimumsnivåene som absolutte tall, dvs. en gitt omdreiningshastighet. Dette gjør at operatøren slipper å måtte tenke på betydningen av potensielt konstant endrende omdreiningshastigheter. I stedet er den kontinuerlige justeringen for å oppnå en optimal operasjonskonfigurasjon usynlig for operatøren. En full automatisering av en gitt prosess oppnås på en enkel måte ved å fjerne boreoperatørens intervensjon i sin helhet (unntatt i krisesituasjoner), hvorved skriptet automatisk finner den optimale konfigurasjonen.

En annen utførelsesform av den beskrevne oppfinnelsen kan implemen-teres for automatisk å styre en avskraper-trippeoperasjon. I et slikt tilfelle kalles et avskraper-operasjonsskript opp enten automatisk eller manuelt. For en av-skraperprosess er det spesielt viktig å operere innenfor et område av nedihulls trykk. Dersom bevegelsen av avskraperpluggen er for hurtig, kan det med-følgende trykkfallet nedenfor borkronen skape destruktive krefter i borehullet, noe som enkelte ganger fører til at det uventet siver ut gass i borehullet.

Et eksempel på et prosesskript er et skript som beregner den maksimale bevegelseshastigheten fra en rekke variabler som er inkludert i boreprosessmodellen og jordmodellen. Mer spesifikt kan boreprosessvariablene omfatte hydrauliske egenskaper som relaterer væskens beskaffenhet og rørbevegelsen til nedihullstrykket. Alternativt kan det være innlemmet en hydraulikkmodell som en egen modul separat fra jordmodellen og boreprosessmodellen. Hydraulikkmodellen, for eksempel, er konstruert for på en nøyaktig måte å tilveiebringe en dynamisk aktiv representasjon av beskaffenheten til fluidene nedihulls, og innrettet for å ta hensyn til endringer av slammets beskaffenhet som følge av temperatur- og trykkendringer og andre faktorer, omfattende oppbygging av borespon.

Målinger av det faktiske trykket kan bli sendt fra nedihulls instrumenter for å tilveiebringe interaksjon med boreprosessmodellen i sanntid. Jordmodellen, sammen med hydraulikkmodellen anvendes for kontinuerlig å sammenlikne sanntidsmålingene med de nåværende formasjonsvariablene, f.eks. poretrykk, sammenbruddstrykk, fraktureringstrykk, etc. Sanntids-responsén til avskraper-prosesskriptet tilveiebringer således en operatør, eller en fullt ut automatisert styringsenhet, med avskrapningshastigheter avledet fra de gjeldende boreforholdene. Dette er en effektivitets- og sikkerhetsmessig forbedring over tidligere teknikker, hvilke teknikker avhenger av forbestemte grenser basert på predikerte boreforhold.

En ytterligere utførelsesform er illustrert i figur 6. Figur 6 viser et eksempel på et frakturtverrsnitt for formasjonen som skal bores. Kurven, i én utførelsesform, anvendes for å velge tettheten for slammet og estimere operasjons-terskelverdien for tettheten gitt en spesifisert slam-strømnings-mengde. Mer spesifikt representerer x-aksen slamvekten i borehullet langs hulldypet. Alternativt kan x-aksen representere rene trykkverdier i stedet for slamvekt eller en annen trykkgradient.

Figur 6 illustrerer et slamvindu (dvs. tillatte borefluidtettheter) som er estimert før boring av en brønn. Boring med slam (dvs. fluid) hvis tetthet ligger til venstre for sammenbruddlinjen fører til sammenbrudd. På motsatt side vil boring med slam hvis tetthet ligger til høyre for tapslinjen føre til tap av fluid inn i formasjonen. Målet er å kjøre en boreprosess mens trykket i boringen holdes slik at en unngår disse to ytterpunktene. Ifølge én utførelsesform kalles derfor et slamstrømningsskript opp fra et annet prosesskript for å opprettholde en passende strømning av slam inn i og ut av borehullet. Mens boreprosessen pågår sammenliknes sanntids nedihulls målinger kontinuerlig med jordmodellen, inklusive formasjonens fraktureringstrykk, og kjøres gjennom optimeringsalgoritmer for å bestemme den korrekte balansen mellom slam-strømningen og de andre parametrene assosiert med den konkrete boreprosessen som utføres.

Eksempelvise applikasjoner har vært beskrevet for den beskrevne automatiserte boreprosesstyringen som anvender dynamisk tilbakemelding på jordmodellen. De prosessene som er beskrevet er valgt som noen av de som vanligvis forløper under styring av boreoperatøren. Mange andre prosesser (som ikke er diskutert), så som retningsbestemt boring og posisjonsboring (fra punkt X til punkt Y), og mange andre variable boreparametere, så som kontinuerlige D&l verdier, kan imidlertid automatiseres innenfor rammen til foreliggende oppfinnelse.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer fordeler i forhold til tidligere teknikk. På et mest grunnleggende nivå bedres den totale boreeffektiviteten siden prosessen er knyttet til spesifikke formasjonsegenskaper i jordmodellen. Videre, siden disse egenskapene undersøkes og oppdateres under boreprosessen, validerer jordmodellen seg selv kontinuerlig for på en bedre måte å representere de nåværende og de forventede boreforholdene. Den automatiserte naturen gjør at boreprosessen kontinuerlig kan optimeres i samsvar med etablerte, noen ganger komplekse algoritmer, omfattende flertrinns, nestede løkker. Etter disse prinsippene utvider automatiseringen optimeringsprosessen til å ta hensyn til store databaser med historiske måledata under boreprosessen, så vel som målinger som tas under boringen, som ikke har vært benyttet av tidligere teknikker.

Kontinuerlig tilbakemelding vedrørende boreparametere under boreprosessen tilveiebringes til det automatiserte systemet i sanntid, hvilket tilveiebringer bedre konsistens og presisjon ved endring av boreparametere, så som for eksempel redusert trippehastighet eller økt borehastighet. Videre kan grensene betraktes som flytende maksimums- og minimumsverdier, for eksempel 90% av en automatisk beregnet omdreiningshastighet, som oppdateres dynamisk, slik at en unngår at operatøren må omsette en fysisk grense til en absolutt parameterverdi, så som en gitt omdreiningshastighet.

Mens oppfinnelsen har blitt beskrevet med hensyn til et begrenset antall utførelsesformer, vil fagmannen, som drar nytte av denne beskrivelsen, forstå at det kan konstrueres andre utførelsesformer som ikke avgår fra oppfinnelsens ramme som beskrevet her. Oppfinnelsens ramme skal følgelig kun begrenses av de etterfølgende patentkravene.

Claims (20)

1. Fremgangsmåte for å styre en nedihulls operasjon, omfattende de trinn å: konstruere en boreprosessmodell (218) for å representere en interaksjon mellom forholdene nedihulls og operasjonen av en borestreng (102); erverve flere målinger av boreforhold nedihulls under nedihulls operasjonen; karakterisert ved å: oppdatere boreprosessmodellen (218) basert på målingene av boreforholdene nedihulls; bestemme flere optimale boreparametere basert på den oppdaterte boreprosessmodellen (218); informere et overflatebasert verktøystyringssystem (140) om de optimale boreparameterene; og iterativt repetere de trinn å oppnå målinger, oppdatere boreprosessmodellen (218), bestemme optimale boreparametere og informere et verktøy-styringssystem (140) under nedihulls operasjonen, og ytterligere omfattende: automatisk styringsoperasjon av overflateutstyret basert på optimale boringsparametere; bestemme en boremodus; og utføre et styringssekvensskript basert på boremodusen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der det trinn å konstruere en boreprosessmodell (218) videre omfatter å tilveiebringe boreprosessmodellen (218) med parametere som representerer geologien til formasjonen rundt borehullet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der det trinn å informere et utstyrssystem omfatter det å overføre et resultat fra styringssekvensskriptet til styringsutstyret ved overflaten.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der det kjøres flere styringssekvensskript samtidig.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der styringssekvensskriptet utfører en operasjon som velges fra gruppen som omfatter trippeoperasjon, styring av borehastigheten, styring av fraktureringstrykket, styring av retningsboring, posisjonsboring, sleideoperasjon og fiskeoperasjon.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der boreprosessmodellen (218) omfatter en jordmodell.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der boreprosessmodellen (218) omfatter en hydraulikkmodell.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der målingene av boreforhold omfatter formasjonsevalueringsmålinger.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der det trinn å oppdatere boreprosessmodellen (218) videre omfatter det å oppdatere boreprosessmodellen (218) basert på overflateutstyr-operasjonsdata som mottas fra det overflatebaserte verktøy-styringssystemet (140).

10. Nedihulls boresystem for å bestemme optimale operasjonsnivåer for å operere overflatebasert boreutstyr, omfattende: et grensesnitt for å kommunisere med et overflatebasert verktøystyrings-system (140); en borestreng (102) for å bore et borehull; flere måleanordninger tilveiebrakt på borestrengen (102) for å oppnå målinger nedihulls under en nedihulls operasjon; karakterisert ved: et nedihulls prosesseringssystem (128) som omfatter programvare-instruksjoner som er lagret i et minne og som, når de eksekveres, utfører de trinn å: konstruere en boreprosessmodell (218) for å representere en interaksjon mellom forholdene nedihulls og operasjonen av en borestreng (102); oppdatere boreprosessmodellen (218) basert på målingene nedihulls; bestemme flere optimale boreparametere basert på den oppdaterte boreprosessmodellen (218); informere det overflatebaserte verktøystyringssystemet (140) om de optimale boreparameterne; og 1iterativt repetere de trinn å oppdatere boreprosessmodellen (218), bestemme optimale boreparametere og informere utstyrsstyringssystemet under nedihulls operasjonen, og videre omfattende: bestemme en boremodus; og utføre et styringssekvensskript basert på boremodusen.

11. Nedihulls boresystem ifølge krav 10, der det trinn å konstruere en boreprosessmodell (218) videre omfatter å tilveiebringe boreprosessmodellen (218) med parametere som representerer geologien til formasjonen rundt borehullet.

12. Nedihulls boresystem ifølge krav 10, der det trinn å informere verktøy-styringssystemet (140) videre omfatter det å overføre et resultat fra styringssekvensskriptet til det overflatebaserte styringsutstyret.

13. Nedihulls boresystem ifølge krav 10, der det kjøres flere styringssekvensskript samtidig.

14. Nedihulls boresystem ifølge krav 10, der styringssekvensskriptet utfører en operasjon som er valgt fra gruppen som omfatter trippeoperasjon, styring av borehastigheten, styring av fraktureringstrykket, styring av retningsboring, posisjonsboring, sleideoperasjon og fiskeoperasjon.

15. Nedihulls boresystem ifølge krav 10, der boreprosessmodellen (218) omfatter en jordmodell.

16. Nedihulls boresystem ifølge krav 10, der boreprosessmodellen (218) omfatter en hydraulikkmodell.

17. Nedihulls boresystem ifølge krav 10, der målingene av boreforhold omfatter formasjonsevalueringsmålinger.

18. Nedihulls boresystem ifølge krav 10, der det trinn å oppdatere boreprosessmodellen (218) videre omfatter å oppdatere boreprosessmodellen (218) basert på overflateutstyr-operasjonsdata som er mottatt fra det overflatebaserte verktøystyringssystemet (140).

19. Nedihulls boresystem ifølge krav 10, der prosessoren utfører det ytterligere trinn å automatisk styre betjeningen av overflateutstyret basert på de optimale boreparameterene.

20. Nedihulls boresystem ifølge krav 10, videre omfattende et grensesnitt til det overflatebaserte overflatestyringssystemet for å motta og sende data mellom det overflatebaserte verktøystyringssystemet (140) og prosesseringssystemet (128) nedihulls.