RU2001123825A - Способ и система для прогнозирования работы буровой установки для пласта - Google Patents

Claims (40)

1. Устройство прогнозирования работы буровой установки для бурения ствола скважины в пласте, содержащее средство формирования геологической характеристики пласта на единицу глубины в соответствии с принятой геологической моделью и выдачи сигналов, представляющих геологическую характеристику, которая включает по меньшей мере прочность горной породы, средство ввода параметров бурового оборудования, используемого при бурении ствола скважины, причем параметры включают по меньшей мере параметры долота используемого бурового долота, средство определения прогнозируемой механики бурения в соответствии с параметрами используемого бурового оборудования в функции геологической характеристики на единицу глубины в соответствии с моделью механики бурения и выдачи сигналов, представляющих прогнозируемую механику бурения, которая включает по меньшей мере один из параметров, выбранных из группы, состоящей из износа долота, механического кпд, мощности и рабочих параметров, средство, отвечающее на изменение выходного сигнала прогнозируемой механики бурения и предназначенное для управления параметром управления при бурении ствола скважины, который включает по меньшей мере один параметр, выбранный из группы, состоящей из нагрузки на долото, частоты вращения в об/мин, расхода насоса и гидравлических параметров, средство получения параметра измерения в реальном времени в процессе бурения ствола скважины, и средство сопоставления в динамике значения параметра измерения со значением параметра измерения, полученным в результате обратного вычисления, причем значение параметра измерения, полученное в результате обратного вычисления, является функцией модели механики бурения и по меньшей мере одного параметра управления, и в соответствии с заданным отклонением между параметром измерения и значением параметра измерения, полученным в результате обратного вычисления, средство управления выполняет по меньшей мере одну из следующих операций, выбранных из группы, состоящей из настройки модели механики бурения, изменения управления параметром управления и выполнения операции предупредительной сигнализации.

2. Устройство по п.1, которое дополнительно содержит средство, отвечающее на изменение выходных сигналов геологической характеристики и выходных сигналов прогнозируемой механики бурения, и предназначенное для формирования отображения геологической характеристики и прогнозируемой механики бурения на единицу глубины.

3. Устройство по п.2, в котором средство формирования отображения содержит по меньшей мере одно из следующих средств, выбранных из группы, состоящей из дисплейного монитора и принтера, причем отображение геологической характеристики и прогнозируемой механики бурения на единицу глубины включает распечатку.

4. Устройство по п.1, в котором средство формирования отображения геологической характеристики предназначено также для формирования по меньшей мере одной из следующих дополнительных характеристик, выбранных из группы, состоящей из каротажных данных, литологии, пористости и пластичности сланца.

5. Устройство по п.1, в котором средство ввода параметров бурового оборудования дополнительно предназначено для ввода по меньшей мере одного дополнительного параметра предложенного бурового оборудования, выбранного из группы, состоящей из забойного двигателя, верхнего приводного двигателя, двигателя роторного стола, системы промывки буровым раствором и бурового насоса.

6. Устройство по п.1, в котором рабочие параметры содержат по меньшей мере один из параметров, выбранных из группы, состоящей из нагрузки на долото, частоты вращения ротора в об/мин, стоимости, скорости проходки и момента.

7. Устройство по п.6, в котором скорость проходки включает мгновенную скорость проходки (ROP) и среднюю скорость проходки (ROP-AVG).

8. Устройство по п.2, в котором отображение геологической характеристики содержит по меньшей мере одно графическое представление, выбранное из группы, состоящей из представления в виде кривой, представления в виде графика в процентах и зонного представления, и отображение прогнозируемой механики бурения содержит по меньшей мере одно графическое представление, выбранное из группы, состоящей из представления в виде кривой, представления в виде графика в процентах и зонного представления.

9. Устройство по п.8, в котором средство формирования отображения геологической характеристики и прогнозируемой механики содержит по меньшей мере один блок, выбранный из группы, состоящей из дисплейного монитора и принтера, причем отображение геологической характеристики и прогнозируемой механики бурения на единицу глубины включает распечатку.

10. Устройство по п.8, в котором для по меньшей мере одного графического представления геологической характеристики и по меньшей мере одного графического представления прогнозируемой механики бурения использовано кодирование цветом.

11. Устройство по п.8, в котором прочность горной породы выражена в виде по меньшей мере одного из следующих представлений, выбранных из группы, состоящей из представления в виде кривой, представления в виде графика в процентах и зонного представления, причем представление прочности горной породы в виде кривой включает прочность горной породы в ограниченном объеме и прочность горной породы в неограниченном объеме, при этом область между соответствующими кривыми прочности горной породы в ограниченном объеме и прочности горной породы в неограниченном объеме показана графически и представляет увеличение прочности горной породы в результате напряжения удерживания, и зонное представление прочности горной породы обеспечивает графическую иллюстрацию, показывающую дискретный диапазон прочности горной породы на данной глубине, причем зонное представление прочности горной породы кодируется, включая первый код, представляющий диапазон прочности мягкой горной породы, второй код, представляющий диапазон прочности твердой горной породы, и дополнительные коды, представляющие один или несколько диапазонов промежуточной прочности горной породы.

12. Устройство по п.8, в котором средство формирования отображения геологической характеристики предназначено дополнительно для формирования по меньшей мере одной из дополнительных характеристик, выбранных из группы, состоящей из каротажных данных, литологии, пористости и пластичности сланца, и рабочие параметры включают по меньшей мере один из параметров, выбранных из группы, состоящей из нагрузки на долото, частоты вращения ротора в об/мин, стоимости, скорости проходки и момента.

13. Устройство по п.12, в котором каротажные данные выражаются посредством представления их в виде кривой, причем каротажные данные включают любую серию каротажных диаграмм, чувствительных к литологии и пористости, литология выражается в виде графика в процентах для использования при идентификации различных типов горной породы в данном пласте, причем график в процентах показывает процентное содержание горной породы каждого типа на данной глубине, пористость выражается посредством представления в виде кривой, пластичность сланца выражается по меньшей мере посредством одной из форм представления, выбранных из группы, состоящей из представления в виде кривой, представления в виде графика в процентах и зонного представления, причем представление пластичности сланца в виде кривой включает по меньшей мере одну кривую параметров пластичности сланца, выбранных из группы, состоящей из содержания воды, типа глины и объема глины, а пластичность сланца определяется исходя из содержания воды, типа глины и объема глины в соответствии с принятой моделью пластичности сланца, зонное представление пластичности сланца обеспечивает графическую иллюстрацию, показывающую дискретный диапазон пластичности сланца на данной глубине, зонное представление пластичности сланца закодировано, включая первый код, представляющий диапазон низкой пластичности сланца, второй код, представляющий диапазон высокой пластичности сланца, и дополнительные коды, представляющие один или несколько диапазонов промежуточной пластичности сланца.

14. Устройство по п.8, в котором износ долота определяется как функция совокупной работы, выполненной в соответствии с принятой моделью износа долота, и выражается через по меньшей мере одно из следующих представлений, выбранных из группы, состоящей из представления в виде кривой и представления в виде графика в процентах, причем представление износа долота в виде кривой включает работу долота, выраженную в виде уровня удельной энергии на долоте, совокупной работы, выполненной долотом, и возможных потерь работы из-за абразивности, и представление в виде графика в процентах указывает состояние износа долота на данной глубине, а график износа долота в процентах закодирован, включая первый код, представляющий истекший срок службы долота, и второй код, представляющий оставшийся срок службы долота.

15. Устройство по п.8, в котором механический кпд долота определяется как функция момента/нагрузки на долото для данного долота в соответствии с принятой моделью механического кпд и выражается через по меньшей мере одно из представлений, выбранных из группы, состоящей из представления в виде кривой и представления в виде графика в процентах, причем представление механического кпд долота в виде кривой включает общий момент и момент резания на долоте, и представление механического кпд долота в виде графика в процентах графически иллюстрирует общий момент, включающий составляющие момента резания и момента трения, причем представление механического кпд долота в виде графика в процентах кодируется, включая первый код для иллюстрации момента резания, второй код для иллюстрации неограниченного момента трения и третий код для иллюстрации ограниченного момента трения.

16. Устройство по п.15, в котором механический кпд дополнительно представлен в виде графика в процентах, иллюстрирующего эксплуатационные ограничения буровой установки, которые неблагоприятно влияют на механический кпд, причем эксплуатационные ограничения буровой установки соответствуют ограничениям, которые приводят к появлению ограниченного момента трения, и иллюстрирующего влияние в процентах, которое оказывает каждое ограничение на составляющую механического кпд, связанную с ограниченным моментом трения, на данной глубине, а эксплуатационные ограничения буровой установки включают максимальный момент на долоте (ТОВ), максимальную нагрузку на долото (WOB), минимальную и максимальную частоту вращения долота в оборотах в минуту (RPM), максимальную скорость проходки (ROP) в любой комбинации и режим работы без ограничений, причем представление эксплуатационных ограничений буровой установки на механический кпд в виде графика в процентах закодировано, включая разные коды для идентификации разных ограничений.

17. Устройство по п.8, в котором мощность выражена посредством по меньшей мере одного из представлений, выбранных из группы, состоящей из представления в виде кривой и представления в виде графика в процентах, причем представление мощности в виде кривой включает предельное значение мощности и рабочий уровень мощности, предельное значение мощности соответствует максимальной мощности, подводимой к долоту, а рабочий уровень мощности включает по меньшей мере один из уровней, выбранных из группы, состоящей из ограниченного рабочего уровня мощности, рекомендованного рабочего уровня мощности и прогнозируемого рабочего уровня мощности, представление мощности в виде графика в процентах характеризует эксплуатационные ограничения буровой установки, которые оказывают неблагоприятное влияние на мощность, причем эксплуатационные ограничения буровой установки соответствуют тем ограничениям, которые приводят к потере мощности, а график ограничения мощности в процентах предназначен для индикации соответствующего влияния в процентах, которое оказывает на мощность каждое ограничение на данной глубине, причем представление эксплуатационных ограничений буровой установки, которые оказывают неблагоприятное влияние на мощность, в виде графика в процентах закодировано, включая разные коды для идентификации разных ограничений.

18. Устройство по п.2, которое дополнительно содержит средство формирования отображения элементов используемого бурового оборудования одновременно с геологической характеристикой и прогнозируемой механикой бурения, причем предложенное буровое оборудование включает по меньшей мере одно долото, используемое при прогнозировании показателей работы буровой установки.

19. Устройство по п.18, в котором использованы первое и второе долота при прогнозируемых показателях бурения ствола скважины, причем первое и второе долота идентифицируются соответствующими первым и вторым идентификаторами, первый и второй идентификаторы отображаются вместе с геологической характеристикой и прогнозируемой механикой бурения, а местоположение первого и второго идентификаторов на отображении выбирается в соответствии с теми из прогнозируемых показателей работы, для которых используются первое и второе долота соответственно.

20. Устройство по п.2, которое дополнительно содержит индикатор изменения выбора долота для индикации того, что на отображении геологических характеристик и прогнозируемой механики бурения на данной глубине необходимо изменить долото, с первого рекомендуемого долота на второе рекомендуемое долото.

21. Способ прогнозирования работы буровой установки для бурения ствола скважины в пласте, заключающийся в том, что формируют геологическую характеристику пласта на единицу глубины в соответствии с принятой геологической моделью и выдают сигналы, представляющие геологическую характеристику, которая включает по меньшей мере прочность горной породы получают параметры бурового оборудования, используемого при бурении ствола скважины, причем параметры включают по меньшей мере один параметр бурового долота, определяют прогнозируемую механику бурения в соответствии с параметрами бурового оборудования в функции геологической характеристики на единицу глубины в соответствии с моделью механики бурения и выдают сигналы, представляющие прогнозируемую механику бурения, причем прогнозируемая механика бурения включает по меньшей мере один из параметров, выбранных из группы, состоящей из износа долота, механического кпд, мощности и рабочих параметров, управляют параметром управления при бурении ствола скважины буровой установкой в соответствии с выходным сигналом прогнозируемой механики бурения, причем параметр управления содержит по меньшей мере один параметр, выбранный из группы, состоящей из нагрузки на долото, частоты вращения в об/мин, расхода насоса и гидравлических параметров, получают параметр измерения в реальном времени в процессе бурения ствола скважины, и сопоставляют в динамике параметр измерения со значением параметра измерения, полученным в результате обратного вычисления, причем значение параметра измерения, полученное в результате обратного вычисления, является функцией по меньшей мере одного из параметров, выбранных из группы, состоящей из модели механики бурения и по меньшей мере одного параметра управления, и отвечает на заданное отклонение между параметром измерения и значением параметра измерения, полученным в результате обратного вычисления, причем на шаг управления дополнительно предназначен для выполнения по меньшей мере одной из следующих операций, выбранных из группы, состоящей из настройки модели механики бурения, изменения управления параметром управления и выполнения операции предупредительной сигнализации.

22. Способ по п.21, в котором дополнительно осуществляют формирование отображения геологической характеристики и прогнозируемой механики бурения на единицу глубины в соответствии с выходными сигналами геологической характеристики и выходными сигналами прогнозируемой механики бурения.

23. Способ по п.22, в котором формирование отображения геологической характеристики и прогнозируемой механики бурения включает по меньшей мере одно из средств, выбранных из группы, состоящей из дисплейного монитора и принтера, причем отображение геологической характеристики и прогнозируемой механики бурения на единицу глубины включает распечатку.

24. Способ по п.21, в котором формирование геологической характеристики включает формирование по меньшей мере одной из следующих дополнительных характеристик, выбранных из группы, состоящей из каротажных данных, литологии, пористости и пластичности сланца.

25. Способ по п.21, в котором получение вводимых параметров бурового оборудования включает получение по меньшей мере одного дополнительного параметра бурового оборудования, выбранного из группы, состоящей из забойного двигателя, верхнего приводного двигателя, двигателя роторного стола, системы промывки буровым раствором и бурового насоса.

26. Способ по п.21, в котором рабочие параметры включают по меньшей мере один из параметров, выбранных из группы, состоящей из нагрузки на долото, частоты вращения долота в об/мин, стоимости, скорости проходки и момента.

27. Способ по п.26, в котором скорость проходки включает мгновенную скорость проходки (ROP) и среднюю скорость проходки (ROP-AVG).

28. Способ по п.22, в котором отображение геологической характеристики содержит отображение по меньшей мере одного графического представления, выбранного из группы, состоящей из представления в виде кривой, представления в виде графика в процентах и зонного представления, и отображение прогнозируемой механики бурения содержит отображение по меньшей мере одного графического представления, выбранного из группы, состоящей из представления в виде кривой, представления в виде графика в процентах и зонного представления.

29. Способ по п.28, в котором при формировании отображения используют по меньшей мере один из следующих блоков, выбранных из группы, состоящей из дисплейного монитора и принтера, причем отображение геологической характеристики и прогнозируемой механики бурения на единицу глубины включает распечатку.

30. Способ по п.28, в котором по меньшей мере одно графическое представление геологической характеристики и по меньшей мере одно графическое представление прогнозируемой механики бурения кодируют цветом.

31. Способ по п.28, в котором прочность горной породы выражают в виде по меньшей мере одного из следующих представлений, выбранных из группы, состоящей из представления в виде кривой, представления в виде графика в процентах и зонного представления, при этом представление прочности горной породы в виде кривой включает прочность горной породы в ограниченном объеме и прочность горной породы в неограниченном объеме, область между соответствующими кривыми прочности горной породы в ограниченном объеме и прочности горной породы в неограниченном объеме представляет увеличение прочности горной породы в результате напряжения удерживания, осуществляют зонное представление прочности горной породы, которое обеспечивает графическую иллюстрацию, показывающую дискретный диапазон прочности горной породы на данной глубине, причем зонное представление прочности горной породы кодируют, включая первый код, представляющий диапазон прочности мягкой горной породы, второй код, представляющий диапазон прочности твердой горной породы, и дополнительные коды, представляющие один или несколько диапазонов промежуточной прочности горной породы.

32. Способ по п.28, в котором при формировании геологической характеристики осуществляют формирование по меньшей мере одной из дополнительных характеристик, выбранных из группы, состоящей из каротажных данных, литологии, пористости и пластичности сланца, а рабочие параметры включают по меньшей мере один из параметров, выбранных из группы, состоящей из нагрузки на долото, частоты вращения долота в об/мин, стоимости, скорости проходки и момента.

33. Способ по п.32, в котором каротажные данные выражают посредством представления в виде кривой, причем каротажные данные включают любую серию каротажных диаграмм, чувствительных к литологии и пористости, литологию выражают в виде графика в процентах для использования его при идентификации различных типов горной породы в пласте, причем график в процентах показывает процентное содержание горной породы каждого типа на данной глубине, пористость выражают посредством представления в виде кривой, пластичность сланца выражают по меньшей мере посредством одной из форм представления, выбранных из группы, состоящей из представления в виде кривой, представления в виде графика в процентах и зонного представления, при этом представление пластичности сланца в виде кривой включает по меньшей мере одну кривую параметров пластичности сланца, выбранных из группы, состоящей из содержания воды, типа глины и объема глины, причем пластичность сланца определяется, исходя из содержания воды, типа глины и объема глины в соответствии с принятой моделью пластичности сланца, и зонное представление пластичности сланца включает графическую иллюстрацию, показывающую дискретный диапазон пластичности сланца на данной глубине, причем зонное представление пластичности сланца кодируют, включая первый код, представляющий диапазон низкой пластичности сланца, второй код, представляющий диапазон высокой пластичности сланца, и дополнительные коды, представляющие один или несколько диапазонов промежуточной пластичности сланца.

34. Способ по п.28, в котором износ долота определяют как функцию совокупной работы, выполненной в соответствии с принятой моделью износа долота, и выражают посредством по меньшей мере одного из следующих представлений, выбранных из группы, состоящей из представления в виде кривой и представления в виде графика в процентах, причем представление износа долота в виде кривой включает работу долота, выраженную в виде уровня удельной энергии на долоте, совокупной работы, выполненной долотом, и возможных потерь из-за абразивности, и представление в виде графика в процентах указывает состояние износа долота на данной глубине, причем представление износа долота в виде графика в процентах кодируют, включая первый код, представляющий истекший срок службы долота, и второй код, представляющий оставшийся срок службы долота.

35. Способ по п.28, в котором механический кпд долота определяют как функцию от момента/характеристики нагрузки на долото для данного долота в соответствии с принятой моделью механического кпд и выражают через по меньшей мере одно из представлений, выбранных из группы, состоящей из представления в виде кривой и представления в виде графика в процентах, причем представление механического кпд долота в виде кривой включает общий момент и момент резания на долоте, и представление механического кпд долота в виде графика в процентах графически иллюстрирует общий момент, который включает составляющие момента резания и момента трения, представление механического кпд долота в виде графика в процентах кодируют, включая первый код для иллюстрации момента резания, второй код для иллюстрации неограниченного момента трения и третий код для иллюстрации ограниченного момента трения.

36. Способ по п.35, в котором механический кпд дополнительно представляют в виде графика в процентах, иллюстрирующего эксплуатационные ограничения буровой установки, которые неблагоприятно влияют на механический кпд, причем эксплуатационные ограничения буровой установки соответствуют ограничениям, которые приводят к появлению ограниченного момента трения, при этом график в процентах предназначен для индикации соответствующего влияния в процентах, которое оказывает каждое ограничение на составляющую механического кпд, связанную с ограниченным моментом трения на данной глубине, эксплуатационные ограничения буровой установки включают максимальный момент на долоте (ТОВ), максимальную нагрузку на долото (WOB), минимальную и максимальную частоту вращения долота в оборотах в минуту (RPM), максимальную скорость проходки (ROP) в любой комбинации и режим работы без ограничений, а представление эксплуатационных ограничений буровой установки на механический кпд в виде графика в процентах кодируют, включая разные коды для идентификации разных ограничений.

37. Способ по п.28, в котором мощность выражают через по меньшей мере одно из представлений, выбранных из группы, состоящей из представления в виде кривой и представления в виде графика в процентах, причем представление мощности в виде кривой включает предельное значение мощности и рабочий уровень мощности, причем предельное значение мощности соответствует максимальной мощности, подводимой к долоту, а рабочий уровень мощности содержит по меньшей мере один из следующих уровней, выбранных из группы, состоящей из ограниченного рабочего уровня мощности, рекомендованного рабочего уровня мощности и прогнозируемого рабочего уровня мощности, и представление мощности в виде графика в процентах иллюстрирует эксплуатационные ограничения буровой установки, которые оказывают неблагоприятное влияние на мощность, причем эксплуатационные ограничения буровой установки соответствуют тем ограничениям, которые приводят к потере мощности, при этом график ограничения мощности в процентах предназначен для индикации соответствующего влияния в процентах, которое оказывает на мощность каждое ограничение на данной глубине, причем представление эксплуатационных ограничений буровой установки на мощность в виде графика в процентах кодируют, включая разные коды для идентификации разных ограничений.

38. Способ по п.22, в котором дополнительно формируют отображение элементов бурового оборудования наряду с геологической характеристикой и прогнозируемой механикой бурения, причем предложенное буровое оборудование включает по меньшей мере одно долото, используемое при прогнозировании показателей работы буровой установки.

39. Способ по п.38, в котором первое и второе долота рекомендуют для использования в прогнозируемых показателях бурения ствола скважины, причем первое и второе долота идентифицируют соответствующими первым и вторым идентификаторами, которые отображаются вместе с геологической характеристикой и прогнозируемой механикой бурения, а местоположение первого и второго идентификаторов на отображении выбирают в соответствии с теми из прогнозируемых показателей работы, для которых используются первое и второе долота соответственно.

40. Способ по п.22, в котором дополнительно осуществляют индикацию того, что на данной глубине на отображении геологических характеристик и прогнозируемой механики бурения необходимо изменить выбор долота с первого долота на второе долото.