RU2019100681A - Система и способ автоматизации турбинных буровых работ - Google Patents

Claims (154)

1. Способ автоматизации турбинных буровых работ, состоящий из совокупности задач, который включает:

представление выбираемых индикаторов (605-630) на графическом интерфейсе пользователя (195), при этом каждый выбираемый индикатор (605-630) связан c одной задачей из совокупности задач, относящихся к турбинным буровым работам;

причем графический интерфейс пользователя (195) функционально соединен с контроллером (190) то есть информационно взаимодействует c буровым оборудованием (130, 135, 140, 145, 150, 155, 170, 17, 180, 186, 210), при этом контроллер (190) выполнен с возможностью:

приема данных с бурового оборудования; и

управления работой по меньшей мере части бурового оборудования с использованием заданной последовательности операций и параметров задачи; и

причем каждая задача связана по меньшей мере с одной заданной последовательностью операций;

прием контроллером (190) первой команды выбора, связанной c первым выбираемым индикатором (605-630), представленным на графическом интерфейсе пользователя (195), первой задачи и первой заданной последовательности операций;

представление на графическом интерфейсе пользователя (195) в ответ на прием первой команды выбора, первого диалогового окна для приема первой совокупности параметров задачи, связанных c первой заданной последовательностью операций;

прием, с использованием первого диалогового окна, первой совокупности параметров задачи; и выполнение, с использованием контроллера (190) и по меньшей мере части бурового оборудования, первой задачи с использованием первой заданной последовательности операций и первой совокупности параметров задачи.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что совокупность задач содержит как минимум одну из следующих:

снятие захваченного крутящего момента с бурильной колонны;

автоколебание бурильной колонны;

отбивка забоя с использованием бурильной колонны;

прием расчетного угла положения отклонителя;

сохранение расчетного угла положения отклонителя; и

оценка части турбинных буровых работ.

3. Способ по п. 1, который дополнительно включает: автоматическое представление выбираемых индикаторов на графическом интерфейсе пользователя во время или после выполнения первой задачи;

прием контроллером второй команды выбора, связанной со: вторым выбираемым индикатором из выбираемых индикаторов; второй задачей; и второй заданной последовательностью операций;

представление на графическом интерфейсе пользователя, в ответ на прием второй команды выбора, второго диалогового окна, выполненного с возможностью приема второй совокупности параметров задачи; прием, с использованием второго диалогового окна, второй совокупности параметров задачи; и

автоматическое выполнение, с использованием контроллера и по меньшей мере части бурового оборудования, второй задачи с использованием второй заданной последовательности операций и второй совокупности параметров задачи.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что первой задачей является снятие захваченного крутящего момента с бурильной колонны, которая присоединена к компоновке низа бурильной колонны, используемой в турбинных буровых работах;

причем первая задача снятия захваченного крутящего момента с бурильной колонны связана c последовательностью операций по перемещению бурильной колонны вертикально в первом и втором противоположных направлениях и с последовательностью операций для вращения бурильной колонны;

при этом способ дополнительно включает: представление на графическом интерфейсе пользователя второго диалогового окна для приема второй команды выбора, выбирающей последовательность операций по перемещению бурильной колонны вертикально, как первой заданной последовательности операций, или последовательности операций для вращения бурильной колонны, как первой заданной последовательности операций; и

прием контроллером второй команды выбора;

причем, если последовательность операций по перемещению бурильной колонны вертикально в первом и второй противоположных направлениях является первой заданной последовательностью операций, то первая совокупность параметров задачи содержит: скорость, с который бурильная колонна должна перемещаться вертикально в первом и втором противоположных направлениях; число повторений перемещения бурильной колонны вертикально в первом и втором противоположных направлениях; или вертикальное расстояние, на которое бурильная колонна должна перемещаться вертикально, в первом и втором противоположных направлениях c каждым повторением; и

причем, если последовательность операций по вращению бурильной колонны является первой заданной последовательностью операций, то первая совокупность параметров задачи содержит число оборотов бурильной колонны.

5. Способ по п. 4, (i) отличающийся тем, что вторая команда выбора выбирает последовательность операций по вращению бурильной колонны как первую заданную последовательность операций;

причем буровое оборудование содержит верхний привод; и

при этом выполнение первой задачи с использованием первой заданной последовательности операций и первой совокупности параметров задачи содержит автоматическое вращение, в ответ на прием второй команды выбора и первой совокупности параметров задачи, бурильной колонны на число оборотов с использованием верхнего привода; или (ii) отличающийся тем, что вторая команда выбора выбирает последовательность операций по перемещению бурильной колонны вертикально как первую заданную последовательность операций;

причем буровое оборудование содержит буровую лебедку; и

при этом выполнение первой задачи с использованием первой заданной последовательности операций и первой совокупности параметров задачи содержит автоматический подъем бурильной колонны в ответ на прием второй команды выбора и первой совокупности параметров задачи, на расстояние по вертикали со скоростью для числа повторений с использованием буровой лебедки.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что буровое оборудование также содержит тормоз верхнего привода, причем последовательность операций по перемещению бурильной колонны вертикально как первая заданная последовательность операций также включает в себя отпускание тормоза верхнего привода; и при этом выполнение первой задачи, с использованием первой заданной последовательности операций и первой совокупности параметров задачи, также содержит автоматическое отпускание тормоза верхнего привода.

7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что первая задача - это автоколебание бурильной колонны, причем буровое оборудование содержит: верхний привод, и датчик нагрузки на долото;

при этом первая совокупность параметров задачи содержит измерение порогового значения минимальной нагрузки на долото;

причем способ также включает:

прием контроллером данных с датчика нагрузки на долото;

определение, с использованием данных с датчика нагрузки на долото и контроллера, оценочной нагрузки на долото; и

при этом выполнение первой задачи с использованием первой заданной последовательности операций и первой совокупности параметров задачи содержит автоматическое колебание бурильной колонны с использованием верхнего привода, после определения контроллером того, что оценочная нагрузка на долото превышает пороговое измерение минимальной нагрузки на долото.

8. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что буровое оборудование содержит:

компоновку низа бурильной колонны («BHA») соединенную с бурильной колонной, которая размещается в пределах ствола скважины;

датчик положения отклонителя, присоединенный к BHA; и

верхний привод, скомпонованный для вращения бурильной колонны на поверхности скважины,

при этом первая задача - это отбивка забоя с использованием BHA;

причем первая совокупность параметров задачи содержит вращательный параметр бурильной колонны;

при этом выполнение первой задачи с использованием первой заданной последовательности операций и первой совокупности параметров задачи содержит:

прием контроллером с датчика положения отклонителя данных, связанных c первым оценочным углом положения отклонителя BHA, когда BHA находится над забоем скважины;

определение контроллером на основании данных, связанных c первым оценочным углом положения отклонителя BHA, первого оценочного угла положения отклонителя, когда BHA находится над забоем;

определение, когда BHA находится над забоем, контроллером расчетного угла положения отклонителя BHA;

вычисление контроллером первой разности, измеренной в направлении по часовой стрелке, между расчетным углом положения отклонителя и первым оценочным углом положения отклонителя;

если первая разность больше, чем 180 градусов, вычисление контроллером отрегулированного вращательного параметра бурильной колонны с использованием первого правила и вращательного параметра бурильной колонны; если первая разность равна или меньше, чем 180 градусов, вычисление контроллером отрегулированного вращательного параметра бурильной колонны с использованием второго правила и вращательного параметра бурильной колонны;

вращение под управлением контроллера и с использованием верхнего привода бурильной колонны за счет отрегулированного вращательного параметра бурильной колонны, когда BHA находится над забоем; и отбивку забоя с использованием BHA после вращения бурильной колонны за счет отрегулированного вращательного параметра бурильной колонны.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что первое правило содержит добавление вращательного параметра бурильной колонны ко второй разности между 360 градусами и первой разностью; и при этом второе правило содержит вычитание первой разности из вращательного параметра бурильной колонны.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что вращательный параметр бурильной колонны определяется числом оборотов бурильной колонны в первом направлении.

11. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что буровое оборудование также содержит:

компоновку низа бурильной колонны («BHA»), присоединенную к бурильной колонне, которая располагается в пределах ствола скважины;

датчик положения отклонителя, присоединенный к BHA; и

верхний привод, скомпонованный для вращения бурильной колонны на поверхности скважины;

причем первой задачей является прием расчетного угла положения отклонителя или сохранение для положения отклонителя расчетного угла положения отклонителя во время турбинных буровых работ;

при этом первая совокупность параметров задачи содержит выбранный период времени;

причем выполнение, с использованием контроллера и бурового оборудования, первой задачи с использованием первой заданной последовательности операций и первой совокупности параметров задачи содержит:

прием, контроллером и с датчика положения отклонителя, первых данных процесса бурения с BHA; определение, контроллером и с использованием первых данных процесса бурения, первого оценочного угла положения отклонителя BHA;

определение контроллером, находится ли первый оценочный угол положения отклонителя BHA в пределах порогового отклонения от расчетного угла положения отклонителя;

если первый оценочный угол положения отклонителя не находится в пределах порогового отклонения, то увеличение отсчета положения отклонителя на счетчике с нуля до единицы;

прием, контроллером и с датчика положения отклонителя, вторых данных процесса бурения с BHA;

определение, контроллером и с использованием вторых данных процесса бурения, второго оценочного угла положения отклонителя BHA;

определение контроллером, находится ли второй оценочный угол положения отклонителя BHA в пределах порогового отклонения от расчетного угла положения отклонителя; и

если второй оценочный угол положения отклонителя не находится в пределах порогового отклонения, и счетчик положения отклонителя дает отсчет единицы, то определение, находится ли разность между первым оценочным углом положения отклонителя и вторым оценочным углом положения отклонителя , измеренным в направлении по часовой стрелке от первого оценочного угла положения отклонителя, между 20 градусами и 180 градусами;

если разность не находится между 20 градусами и 180 градусами, то следует пауза, с использованием контроллера и верхнего привода, во вращении бурильной колонны в течение выбранного периода времени; и если разность находится между 20 градусами и 180 градусами, то сброс отсчета счетчика положения отклонителя в нуль.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что пороговое отклонение содержит: до 60 градусов, измеренных в направлении против часовой стрелки от расчетного угла положения отклонителя, и до 120 градусов, измеренных в направлении по часовой стрелке от расчетного угла положения отклонителя;

причем выбранный период времени составляет около 10 секунд;

при этом буровое оборудование также содержит буровой насос, и причем пауза в процессе бурения также включает прекращение работы бурового насоса; или

при этом пауза в процессе бурения уменьшает внутрискважинное дифференциальное давление; или любое сочетание вышеизложенного.

13. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что совокупность задач содержит:

первую задачу снятия захваченного крутящего момента с бурильной колонны;

вторую задачу автоколебания бурильной колонны;

третью задачу отбивки забоя с использованием бурильной колонны;

четвертую задачу получения расчетного угла положения отклонителя;

пятую задачу сохранения угла положения отклонителя во время турбинных буровых работ; и

шестую задачу оценки части турбинных буровых работ; и

при этом способ также содержит автоматическое выполнение с использованием контроллера и по меньшей мере части бурового оборудования: пятой задачи после завершения четвертой задачи; четвертой задачи после завершения третьей задачи; третьей задачи после завершения второй задачи; или второй задачи после завершения первой задачи.

14. Способ уменьшения сохраненного в памяти крутящего момента в пределах бурильной колонны (155), размещающейся в пределах ствола скважины (160), который включает:

сохранение, с использованием вычислительной системы, первой заданной последовательности операций для уменьшения сохраненного в памяти крутящего момента в пределах бурильной колонны (155) и второй заданной последовательности операций для уменьшения сохраненного в памяти крутящего момента в пределах бурильной колонны (155);

причем первая заданная последовательность операций содержит команды для вертикального перемещения бурильной колонны (155) в первом и противоположном втором направлениях; и при этом вторая заданная последовательность операций содержит команды операций по вращению бурильной колонны (155) в первом направлении;

представление с использованием графического интерфейса пользователя (195), функционально соединенного с вычислительной системой, первого диалогового окна, выполненного с возможностью приема команды выбора, выбирающей первую заданную последовательность операций или вторую заданную последовательность операций и параметры задачи;

прием контроллером (190) вычислительной системы команды выбора, выбирающей первую заданную последовательность операций или вторую заданную последовательность операций;

дополнительно прием с использованием графического интерфейса пользователя (195) и, если команда выбора выбирает первую заданную последовательность операций, первой совокупности параметров задачи, при этом первая совокупность параметров задачи содержит:

скорость, с которой бурильная колонна (155) должна перемещаться вертикально в первом и втором противоположных направлениях; число повторений для перемещения бурильной колонны (155) вертикально в первом и втором противоположных направлениях; и

расстояние в вертикальном направлении, на которое бурильная колонна (155) должна перемещаться вертикально в первом и втором противоположных направлениях при каждом повторении;

дополнительный прием, с использованием графического интерфейса пользователя (195) и, если команда выбора, выбирает вторую заданную последовательность операций, второй совокупности параметров задачи, при этом вторая совокупность параметров задачи содержит вращательный параметр бурильной колонны; и автоматическое выполнение первой заданной последовательности операций или второй заданной последовательности операций с использованием бурового оборудования (130, 135, 140, 145, 150, 155, 170, 17, 180, 186, 210), функционально соединенного с контроллером (190), в ответ на прием команды выбора и первой совокупности параметров задачи или второй совокупности параметров задачи.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что буровое оборудование содержит верхний привод; и при этом способ дополнительно включает:

прием, с использованием графического интерфейса пользователя, команды выбора, выбирающей вторую заданную последовательность операций; и

автоматическое выполнение второй заданной последовательности операций, причем автоматическое выполнение второй заданной последовательности операций включает вращение, с использованием контроллера и верхнего привода, бурильной колонны в соответствии c вращательным параметром бурильной колонны; или

при этом вращательный параметр бурильной колонны – это число оборотов бурильной колонны на поверхности скважины; или сочетание вышеуказанного.

16. Способ по п. 14 или 15, отличающийся тем, что буровое оборудование содержит буровую лебедку; и при этом способ дополнительно включает:

прием, с использованием графического интерфейса пользователя, команды выбора, выбирающей первую заданную последовательность операций; и

автоматическое выполнение первой заданной последовательности операций, причем автоматическое выполнение первой заданной последовательности операций включает автоматический подъем, с использованием контроллера и буровой лебедки, бурильной колонны на расстояние в вертикальном направлении со скоростью для числа повторений; и

как вариант, при этом буровое оборудование также содержит тормоз верхнего привода, и

как вариант, при этом автоматическое выполнение первой заданной последовательности операций также включает отпускание тормоза верхнего привода.

17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что буровое оборудование дополнительно содержит талевый блок, присоединенный к бурильной колонне, и кронблок, присоединенный к мачтовой вышке, что образует часть буровой установки, причем автоматическое выполнение первой заданной последовательности операций также включает управление буровой лебедкой для подъема бурильной колонны на расстояние в вертикальном направлении при одновременном отслеживании положения талевого блока относительно кронблока.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что буровое оборудование дополнительно содержит компоновку низа бурильной колонны; и при этом автоматическое выполнение первой заданной последовательности операций включает управление буровой лебедкой для спуска бурильной колонны на расстояние в вертикальном направлении при одновременном отслеживании положения компоновки низа бурильной колонны относительно носка скважины.

19. Способ по п. 14 или 15, отличающийся тем, что буровое оборудование содержит датчик крутящего момента, выполненный с возможностью детектирования сохраненного в памяти крутящего момента в бурильной колонне; и при этом способ дополнительно включает:

прием, контроллером и с датчика крутящего момента, данных, относящихся к величине крутящего момента, сохраненного в бурильной колонне;

определение, контроллером и на основании данных, относящихся к величине крутящего момента, сохраненного в бурильной колонне, оценочной величины крутящего момента, сохраненного в бурильной колонне; и определение, контроллером и на основании оценочной величины крутящего момента, сохраненного в бурильной колонне, следует ли уменьшить крутящий момент, сохраненный в бурильной колонне;

причем представление первого диалогового окна происходит в ответ на определение контроллером того, что крутящий момент, сохраненный в бурильной колонне, необходимо уменьшить.

20. Способ по п. 16, отличающийся тем, что автоматическое выполнение выбранной заданной последовательности операций дополнительно содержит управление контроллером буровой лебедкой для перемещения бурильной колонны со скоростью, которая не превышает предел максимальной скорости.

21. Способ отбивки забоя с использованием компоновки низа бурильной колонны («BHA») (170), размещающейся в пределах ствола скважины (160) во время турбинных буровых работ, который включает: сохранение, с использованием вычислительной системы, содержащей графический интерфейс пользователя (195) и контроллер (190), первой заданной последовательности операций для отбивки забоя с использованием BHA (170), и второй заданной последовательности операций для отбивки забоя с использованием BHA (170), причем первая заданная последовательность операций отличается от второй заданной последовательности операций; представление, с использованием графического интерфейса пользователя (195), первого диалогового окна, выполненного с возможностью приема первой команды выбора, выбирающей первую заданную последовательность операций или вторую заданную последовательность операций;

причем графический интерфейс пользователя (195) функционально соединен с контроллером (190) то есть информационно взаимодействует с буровым оборудованием (130, 135, 140, 145, 150, 155, 170, 17, 180, 186, 210), при этом контроллер (190) выполнен с возможностью:

получения данных с бурового оборудования; и

управления работой по меньшей мере части бурового оборудования с использованием первой и второй заданных последовательностей операций и параметров задачи; и

прием контроллером (190) первой команды выбора, выбирающей первую заданную последовательность операций или вторую заданную последовательность операций;

представление с использованием графического интерфейса пользователя (195) второго диалогового окна, выполненного с возможностью приема параметров задачи;

дополнительный прием, с использованием графического интерфейса пользователя (195), и, если первая команда выбора выбирает первую заданную последовательность операций, первой совокупности параметров задачи, содержащей вращательный параметр бурильной колонны; дополнительный прием, с использованием графического интерфейса пользователя (195), и, если первая команда выбора выбирает вторую заданную последовательность операций, второй совокупности параметров задачи, содержащей вторую команду выбора, выбирающую первое правило или второе правило; и автоматическое выполнение первой заданной последовательности операций или второй заданной последовательности операций, с использованием по меньшей мере части бурового оборудования, в ответ на прием первой команды выбора и первой совокупности параметров задачи или второй совокупности параметров задачи.

22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что буровое оборудование содержит:

BHA;

датчик положения отклонителя, присоединенный к BHA; и

верхний привод;

причем способ дополнительно включает:

прием контроллером первой команды выбора, выбирающей первую заданную последовательность операций; и

автоматическое выполнение первой заданной последовательности операций, с использованием по меньшей мере части бурового оборудования в ответ на прием первой команды выбора и первой совокупности параметров задачи, содержащее:

прием, контроллером и с датчика положения отклонителя, данных, связанных c первым оценочным углом положения отклонителя BHA, когда BHA находится над забоем ствола скважины;

определение, когда BHA находится над забоем, контроллером и на основании данных, связанных c первым оценочным углом положения отклонителя BHA, первого оценочного угла положения отклонителя;

определение контроллером первого рекомендуемого угла положения отклонителя BHA, когда BHA находится на забое;

вычисление контроллером разности, в направлении по часовой стрелке, между первым рекомендуемым углом положения отклонителя и первым оценочным углом положения отклонителя;

использование контроллера, если разность больше, чем 180 градусов, для вычисления отрегулированного вращательного параметра бурильной колонны с использованием первого правила; причем отрегулированный вращательный параметр бурильной колонны базируется на вращательном параметре бурильной колонны;

использование контроллера, если разность равна или меньше, чем 180 градусов, для вычисления отрегулированного вращательного параметра бурильной колонны с использованием второго правила;

вращение, контроллером и с использованием верхнего привода, бурильной колонны за счет отрегулированного вращательного параметра бурильной колонны, когда BHA находится над забоем; и

отбивку забоя с использованием BHA после вращения бурильной колонны за счет вращательного параметра бурильной колонны.

23. Способ по п. 21,

(i) отличающийся тем, что первое правило содержит добавление вращательного параметра бурильной колонны к разности между 360 градусами и разностью, и при этом второе правило содержит вычитание разности из вращательного параметра бурильной колонны;

(ii) отличающийся тем, что первый вращательный параметр бурильной колонны определяется числом оборотов бурильной колонны в первом направлении;

(iii) отличающийся тем, что первая совокупность параметров задачи также содержит заданную скорость, и при этом автоматическое выполнение первой заданной последовательности операций с использованием по меньшей мере части бурового оборудования в ответ на прием первой команды выбора и первой совокупности параметров задачи также включает подъем и затем спуск бурильной колонны на поверхности скважины, которая содержит ствол скважины, с заданной скоростью; или

(iv) отличающийся тем, что буровое оборудование содержит:

BHA;

датчик положения отклонителя, присоединенный к BHA; и

верхний привод;

причем способ дополнительно включает:

прием контроллером первой команды выбора, выбирающей вторую заданную последовательность операций; при этом вторая команда выбора выбирает первое правило, причем первое правило определяет пороговое отклонение между 30 градусами от расчетного угла положения отклонителя в направлении по часовой стрелке и 30 градусами от расчетного угла положения отклонителя в направлении против часовой стрелки; и

автоматическое выполнение второй заданной последовательности операций с использованием по меньшей мере части бурового оборудования в ответ на прием первой команды выбора и второй совокупности параметров задачи, содержащей:

a) прием контроллером и с датчика положения отклонителя данных, связанных c оценочным углом положения отклонителя BHA, когда BHA находится над забоем ствола скважины;

b) определение, когда BHA находится над забоем скважины, контроллером и с использованием данных, связанных c оценочным углом положения отклонителя BHA, и заданной последовательности операций, оценочного угла положения отклонителя BHA;

c) определение контроллером, находится ли оценочный угол положения отклонителя BHA в пределах порогового отклонения от расчетного угла положения отклонителя;

d) если оценочный угол положения отклонителя находится в пределах порогового отклонения, то автоматический спуск, с использованием контроллера, BHA для отбивки забоя скважины; и

e) если оценочный угол положения отклонителя не находится в пределах порогового отклонения, то: вращение бурильной колонны, с использованием контроллера и верхнего привода для регулировки BHA, и повторение шагов a) – e).

24. Способ по п. 21, отличающийся тем, буровое оборудование содержит:

BHA;

датчик положения отклонителя, присоединенный к BHA; и

верхний привод; и при этом способ дополнительно включает: прием контроллером первой команды выбора, выбирающей вторую заданную последовательности операций;

причем вторая команда выбора выбирает второе правило, причем второе правило определяет пороговое отклонение от 75 градусов в направлении по часовой стрелке от расчетного угла положения отклонителя до 105 градусов в направлении по часовой стрелке от расчетного угла положения отклонителя; и

автоматическое выполнение второй заданной последовательности операций с использованием по меньшей мере части бурового оборудования в ответ на прием первой команды выбора и второй совокупности параметров задачи, содержащей:

a) прием контроллером и с датчика положения отклонителя данных, связанных c оценочным углом положения отклонителя BHA, когда BHA находится над забоем скважины;

b) определение, когда BHA находится над забоем скважины, контроллером и с использованием данных, связанных c оценочным углом положения отклонителя BHA и заданной последовательностью операций, оценочного угла положения отклонителя BHA;

c) определение контроллером, находится ли оценочный угол положения отклонителя BHA в пределах порогового отклонения от расчетного угла положения отклонителя;

d) если оценочный угол положения отклонителя находится в пределах порогового отклонения, то автоматический спуск, с использованием контроллера, BHA для отбивки забоя скважины; и

e) если оценочный угол положения отклонителя не находится пределах порогового отклонения, то: вращение бурильной колонны, с использованием контроллера и верхнего привода, для регулировки BHA, и повторение шагов a) – e).