选取钻头以及修改钻头设计的系统和方法

申请号 CN201480058591.6 申请日 2014-09-05 公开(公告)号 CN105683499A 公开(公告)日 2016-06-15
申请人 史密斯国际有限公司; 发明人 A·萨池达南达姆; A·M·纳尔逊;
摘要 一种现场选取 钻头 的系统,包括 服务器 ,其具有用于执行如下功能的计算处理器:接收第一模拟 请求 ,执行第一模拟请求以生成第一组性能数据,接收第二模拟请求,以及执行第二模拟请求以生成第二组性能数据。连接到所述服务器的计算装置,其具有执行如下功能的图形 用户界面 :选取基准钻头,输入多个钻井数据,发送所述第一模拟请求,接收所述第一组性能数据,呈现所述第一组性能数据用于检查, 修改 钻头的参数,发送具有所述被修改的参数的第二模拟请求,从所述第二模拟中接收所述第二组性能数据,以及呈现所述第一组性能数据和所述第二组性能数据用于检查。
权利要求

1.一种用于现场选取钻头的系统,包括:
服务器,其驻留在第一位置且包括执行指令以实施如下功能的计算处理器:
接收第一模拟请求
基于所述第一模拟请求执行第一模拟以生成第一组性能数据,
接收第二模拟请求,以及
基于所述第二模拟请求执行第二模拟以生成第二组性能数据;以及
通讯连接到所述服务器的计算装置,其驻留在第二位置且包括在计算机处理器上执行、具有如下功能的图形用户界面
从钻头库中选取基准钻头,
输入多个钻井数据,
发送包括所述基准钻头和所述多个钻井数据的第一模拟请求,
接收所述第一组性能数据,
呈现所述第一组性能数据用于检查,
修改所述基准钻头的参数,其中,修改包括选择所述参数的已有值以获得修改后的钻头,
发送包括所述修改后的钻头的所述第二模拟请求,
接收来自所述第二模拟的第二组性能数据,
在所述图形用户界面上呈现所述第一组性能数据和所述第二组性能数据用于检查,以及
基于所述第一和第二组性能数据选取钻头。
2.权利要求1所述的系统,其中,所述呈现进一步包括:
在所述图形用户界面上可视化所述第一组性能数据和所述第二组性能数据用于对比。
3.权利要求1所述的系统,其中,所述多个钻井数据包括从由穿透速率、旋转速度、旋转扭矩、钻压、切割深度、倾斜度、方位方向以及岩石特性构成的组中选取的至少一种。
4.权利要求1所述的系统,其中,所述第一组性能数据包括从由接触面积、切割器、拉力、周向力、工作速率、钻头几何特征以及钻头稳定性构成的组中选取的至少一种。
5.权利要求1所述的系统,其中,修改所述基准钻头的参数进一步包括:改变从由切割器角度、切割器直径、切割器几何特征、切割器倒角、切割器长度、切割器材料特性以及切割器暴露量构成的组中选取的至少一种。
6.权利要求1所述的系统,其中,修改所述基准钻头的参数进一步包括:改变从由钻头类型、钻头尺寸、钻头形状、钻头材料特性、备用切割器数量、备用切割器特性、刀片数量、刀片特性、与一个或多个切割器相邻的化物嵌入件的添加、径规垫特性以及钻头直径构成的组中选取的至少一种。
7.一种用于现场选取钻头的系统,包括:
服务器,其驻留在第一位置且包括执行指令以实施如下功能的计算处理器:
接收第一模拟请求,
基于所述第一模拟请求执行第一模拟以生成第一组性能数据,
接收第二模拟请求,以及
基于所述第二模拟请求执行第二模拟以生成第二组性能数据;以及
通讯连接到所述服务器的计算装置,其驻留在第二位置且包括在计算机处理器上执行、具有如下功能的图形用户界面:
从钻头库中选取基准钻头,
输入多个钻井数据,
修改所述基准钻头的参数,其中,所述修改包括选择所述参数的已有值以获得修改后的钻头,
发送包括所述修改的钻头和所述多个钻井数据的第一模拟请求,
接收所述第一组性能数据,
呈现所述第一组性能数据用于检查,
修改所述基准钻头的参数或者所述修改后的钻头的参数,其中,
所述修改包括选择所述参数的已有值以获取第二修改后的钻头,
发送包括所述第二修改后的钻头的第二模拟请求,
接收来自所述第二模拟的所述第二组性能数据,以及
在所述图形用户界面上呈现所述第一组性能数据和所述第二组性能数据用于检查。
8.权利要求7所述的系统,其中,所述呈现进一步包括:
在所述图形用户界面上可视化所述第一组性能数据和所述第二组性能数据用于对比。
9.权利要求7所述的系统,其中,所述多个钻井数据包括从由穿透速率、旋转速度、旋转扭矩、钻压、切割深度、倾斜角度、方位方向以及岩石特性构成的组中选取的至少一种。
10.权利要求7所述的系统,其中,所述第一组性能数据包括从由接触面积、切割器力、拉力、周向力、工作速率、钻头几何特征以及钻头稳定性构成的组中选取的至少一种。
11.权利要求7所述的系统,其中,修改进一步包括:改变从由切割器角度、切割器直径、切割器几何特征、切割器倒角、切割器长度、切割器材料特性以及切割器暴露量构成的组中选取的至少一种。
12.权利要求7所述的系统,其中,修改进一步包括:改变从由钻头类型、钻头尺寸、钻头形状、钻头材料特性、备用切割器数量、备用切割器特性、刀片数量、刀片特性、一个或多个切割器之后的碳化物嵌入件的添加、径规垫特性以及钻头直径构成的组中选取的至少一种。
13.一种用于现场选取钻头的系统,包括:
计算机处理器;以及
计算装置,其包括在所述计算机处理器上执行、具有如下功能的图形用户界面:
从钻头库中选取基准钻头,
输入多个钻井数据,
修改所述基准钻头的参数,其中,所述修改包括选择所述参数的已有值以获得修改后的钻头,
发送包括所述修改的钻头和所述多个钻井数据的第一模拟请求到服务器,
从所述服务器接收第一组性能数据,
呈现所述第一组性能数据用于检查,
修改所述基准钻头的参数或者所述修改后的钻头的参数,其中,
所述修改包括选择所述参数的已有值以获取第二修改后的钻头,
发送包括所述第二修改后的钻头的第二模拟请求到所述服务器,
从所述服务器接收来自所述第二模拟的第二组性能数据,以及
呈现所述第一组性能数据和所述第二组性能数据用于检查。
14.权利要求13所述的系统,其中,在所述计算机处理器上执行的所述图形用户界面包括如下进一步执行的功能:
发送包括所述基准钻头和所述多个钻井数据的基准模拟请求到所述服务器,
从所述服务器接收基准组性能数据,
呈现从由所述基准组性能数据、所述第一组性能数据以及所述第二组性能数据构成的组中选取的至少一种用于检查,以及
基于所述基准、第一和第二组性能数据选取钻头。
15.权利要求13所述的系统,其中,在所述计算机处理器上执行的所述图形用户界面包括如下进一步执行的功能:
将所述第一组性能数据和所述第二组性能数据中的至少一种与钻井要求进行对比;以及
基于所述对比选取钻头。
16.一种现场测试钻头参数的方法,包括:
在处于第一位置的图形用户界面上从钻头库中选取基准钻头;
使用所述图形用户界面输入钻井数据;
向驻留在第二位置的服务器发送第一模拟请求,其中,所述第一模拟请求包括基于所述钻井数据和所述基准钻头执行第一模拟的请求;
在所述服务器上执行所述第一模拟之后,接收第一组性能数据;
在所述图形用户界面上检查所述第一组性能数据;
修改所述基准钻头的参数,其中,所述修改包括从所述图形用户界面选取所述参数的已有值以获取修改后的钻头;
向所述服务器发送第二模拟请求,其中,所述第二模拟请求包括基于所述修改后的钻头执行第二模拟的请求;
在所述服务器上执行所述第二模拟之后,接收第二组性能数据;以及
在所述图形用户界面上呈现所述第一组性能数据和所述第二组性能数据中的至少一种。
17.权利要求16所述的方法,进一步包括:
在所述图形用户界面上对比所述第一组性能数据和所述第二组性能数据。
18.权利要求17所述的方法,其中,所述对比包括叠加所述第一组性能数据和所述第二组性能数据。
19.权利要求17所述的方法,其中,基于从由所述第一组性能数据和所述第二组性能数据构成的组中选取的至少一种选取钻头。
20.一种现场测试钻头参数的方法,包括:
在位于第一位置处的图形用户界面上从钻头库中选取基准钻头;
修改所述基准钻头的参数,其中,所述修改包括在图形用户界面上选取所述参数的已有值以获取修改后的钻头;
向驻留在第二位置的服务器发送第一模拟请求以执行包括所述修改后的钻头的模拟;
接收来自所述模拟的第一组性能数据;以及
在图形用户界面上呈现所述第一组性能数据。
21.权利要求20所述的方法,进一步包括:
修改所述基准钻头或所述修改后的钻头的参数;
向所述服务器发送第二模拟请求以执行第二模拟;
接收来自所述模拟的第二组性能数据;以及
在图形用户界面上呈现所述第一组性能数据和所述第二组性能数据。
22.权利要求21所述的方法,进一步包括:
在所述图形用户界面上将从由所述第一组性能数据和所述第二组性能数据构成的组中选取的至少一种与预选标准对比,以确定所述修改后的钻头是否满足所述预选标准。
23.权利要求22所述的方法,其中,所述预选标准取决于从由接触面积、切割器力、拉力、周向力、工作速率、钻头几何特征以及钻头稳定性构成的组中选取的至少一种。
24.权利要求20所述的方法,其中,所述修改包括改变从由切割器角度、切割器直径、切割器几何特征、切割器倒角、切割器长度、切割器材料特性、切割器暴露量、钻头类型、钻头尺寸、钻头形状、钻头材料特性、备用切割器数量、备用切割器特性、刀片数量、刀片特性、与一个或多个切割器相邻的碳化物嵌入件的添加、径规垫特性以及钻头直径构成的组中选取的至少一种钻头参数。
25.一种现场修改钻头设计的方法,包括:
输入钻头的参数;
使用在计算机处理器上执行的图形用户界面修改所述钻头的参数,其中,所述被修改的参数不存在于库中;
发送服务器请求以验证所述被修改的参数;以及
呈现先前验证过的参数,替代所述钻头的被修改的参数。
26.权利要求25所述的方法,进一步包括:
添加所述被修改的参数到所述库。
27.权利要求25所述的方法,其中,所述验证包括将所述被修改的参数与从由制造要求、物理要求以及结构要求构成的组中选取的至少一种进行对比。
28.一种现场修改钻头设计的方法,包括:
在处于第一位置的计算装置上执行的图形用户界面(GUI)上选取基准钻头;
使用所述GUI选取期望的性能数据;
使用所述GUI输入钻井数据;
向驻留在第二位置的服务器发送第一模拟请求,其中,所述第一模拟请求通过修改所述基准钻头的参数迭代地修改所述基准钻头,直到满足期望的性能数据;以及在所述GUI上接收来自所述服务器的所述修改后的钻头。
29.权利要求28所述的方法,其中,所述期望的性能数据包括从由接触面积、切割器力、拉力、周向力、工作速率、钻头几何特征、钻头稳定性、穿透速率、旋转速度、旋转扭矩、钻压、切割深度、倾斜角度、方位方向以及岩石特性构成的组中选取的至少一种。
30.权利要求28所述的方法,其中,修改所述基准钻头的参数包括基于具体标准改变所述参数。
31.一种非易失性计算机可读介质,包括用于现场修改钻头设计的可执行指令,所述可执行指令包括如下功能:
在处于第一位置的图形用户界面上从钻头库中选取基准钻头,
使用所述图形用户界面输入钻井数据,
向驻留在第二位置的服务器发送第一模拟请求,其中,所述第一模拟请求包括基于所述钻井数据和所述基准钻头执行第一模拟的请求,
在服务器上执行所述第一模拟之后,接收包括接触面积和切割器力的第一组性能数据,
在所述图形用户界面上呈现所述第一组性能数据,
修改所述基准钻头的参数,其中,所述修改包括从所述图形用户界面选取所述参数的已有值以获取修改后的钻头,
向所述服务器发送第二模拟请求,其中,所述第二模拟请求包括基于所述修改后的钻头执行第二模拟的请求,
在所述服务器上执行所述第二模拟之后,接收第二组性能数据,以及
在所述图形用户界面上呈现所述第一组性能数据和所述第二组性能数据。
32.一种非易失性计算机可读介质,包括用于现场修改钻头设计的可执行指令,所述可执行指令包括如下功能:
在处于第一位置的图形用户界面上从钻头库中选取基准钻头;
通过在图形用户界面上选取所述参数的已有值对所述基准钻头的参数进行修改;
向驻留在第二位置的服务器发送第一模拟请求以执行模拟;
接收来自所述模拟的第一组性能数据;以及
在所述图形用户界面上呈现所述第一组性能数据。
33.一种非易失性计算机可读介质,包括用于现场修改钻头设计的可执行指令,所述可执行指令包括如下功能:
输入钻头的参数;
使用在计算机处理器上执行的图形用户界面修改所述钻头的参数,其中,所述被修改的参数不存在于库中;
发送服务器请求以验证所述被修改的参数;以及
呈现先前校验过的参数,替代所述被修改的参数。
34.一种非易失性计算机可读介质,包括用于现场修改钻头设计的可执行指令,所述可执行指令包括如下功能:
在处于第一位置的计算装置上执行的图形用户界面(GUI)上选取基准钻头;
使用所述GUI选取期望的性能数据;
使用所述GUI输入钻井数据;
向驻留在第二位置的服务器发送第一模拟请求,其中,所述第一模拟请求通过修改所述基准钻头的参数迭代地修改所述基准钻头,直到满足所述期望的性能数据;以及在所述GUI上接收来自所述服务器的所述被修改的参数。

说明书全文

选取钻头以及修改钻头设计的系统和方法

背景技术

[0001] 图1示出用于钻探地层的传统钻井系统的一个实例。所述钻井系统包括用于转动向下延伸进入井眼14的钻井工具组件12的钻机10。钻井工具组件12包括钻柱16以及井底组件(BHA)18,所述井底组件(BHA)18被附接到钻柱16的远端。所述钻柱的“远端”为所述钻机的最远端。
[0002] 钻柱16包括通过工具接头16b首尾相连的几个钻杆16a接段。钻柱16被用于传送钻井液(通过其中空芯)并且用于将钻机10的旋转动传递给BHA 18。在某些情况中,钻柱16进一步包括附加部件,例如接头,短钻杆,等等。
[0003] BHA18至少包括钻头20。BHA18还可以包括附接在钻柱16和钻头20之间的附加部件。附加的BHA部件的实例包括钻铤,稳定器,随钻测量(MWD)工具,随钻测井(LWD)工具,接头,扩孔装置(例如,扩眼器和铰孔器),震击器,加速器,推进器,井底达,以及旋转导向系统。
[0004] 通常,钻井工具组件12可以包括其它钻井部件和附件,例如特殊的,例如方钻杆阀,防喷器,以及安全阀。BHA18中的钻头20可以是任何类型的适用于钻探地层的钻头。用于钻探地层的两种常用类型的钻头为固定切割器(或者固定头)钻头和牙轮钻头。图2示出固定切割器钻头的一个实例。图3示出牙轮钻头的一个实例。
[0005] 参照图2,固定切割器钻头(也被称作刮刀钻头)21具有钻头体22,其在一个端部24具有螺纹连接部并且在另一个端部形成有切割头26。固定切割器钻头21的头26包括围绕所述钻头的旋转轴线布置并且从钻头体22径向向外延伸的多个肋或刀片28。切割元件29嵌入凸起的肋28中以随着钻头在井眼的底面上旋转而切割地层。固定切割器钻头的切割元件29包括多晶金刚石复合片(PDC)或者特殊制造的金刚石切割器。这些钻头也被称作PDC钻头。
[0006] 参见图3,牙轮钻头3包括钻头体32,其在一个端部34具有螺纹连接部并且在另一个端部上具有从其上延伸出的一个或多个腿部。牙轮36安装在每个腿部上并且能够相对于钻头体32旋转。在钻头30的每个牙轮36上,具有围绕牙轮36的表面成排布置以接触并且穿透所述钻头所遇到的地层的多个切割元件38。牙轮钻头30被设计成随着钻头旋转,牙轮钻头30的牙轮36在井眼的底表面(称作“井底”)上滚动并且切割元件38刮掉并且压碎它们下方的地层。在某些情况下,牙轮钻头30上的切割元件38包括形成在牙轮36的表面上的铣削齿。在其他情况下,切割元件38包括嵌入在所述牙轮中的嵌入件。这些嵌入件为化钨嵌入件或多晶金刚石复合片。在某些情况下将耐磨堆焊应用于所述切割元件和/或牙轮的表面以提高所述切割结构的耐磨性
[0007] 对于钻透地层的钻头20来说,应该向所述钻头20施加足够大的转矩和轴向力以驱使钻头20的切割元件随着所述钻头被转动而切割进入和/或压碎地层。施加到钻头20上的轴向力被称作“钻压”(WOB)。施加给钻机10上的钻井工具组件12(例如,通过转台或顶驱机构)用于转动钻井工具12的转矩被称作“旋转扭矩”。以每分钟转速(RPM)作为单位测量的旋转台转动钻井工具组件12的速度被称作“旋转速度”。此外,由吊装机构(或者钩)支撑在钻机10上的所述钻井工具组件的那部分重量被称作起吊载荷发明内容
[0008] 总体上,一方面,本公开涉及一种用于现场选取钻头的系统,包括驻留在第一位置服务器,所述服务器包括执行指令执行如下操作的计算处理器:接收第一模拟请求,基于所述第一模拟请求执行第一模拟以生成第一组性能数据,接收第二模拟请求,以及基于所述第二模拟请求执行第二模拟以生成第二组性能数据;以及通讯连接到所述服务器的计算装置,其驻留在第二位置,并且包括在计算机处理器上执行的图形用户界面,其具有如下功能:从钻头库中选取基准钻头,输入多个钻井数据,发送包括所述基准钻头和所述多个钻井数据的第一模拟请求,接收所述第一组性能数据,呈现所述第一组性能数据用于检查,修改所述基准钻头的特征(其中,修改包括选取所述特征的已有值以获取修改后的钻头),发送包括所述修改后的钻头的第二模拟请求,接收来自所述第二模拟的所述第二组性能数据,在图形用户界面呈现所述第一组性能数据和所述第二组性能数据用于检查,以及基于所述第一和第二组性能数据选取钻头。
[0009] 现场选取钻头的其它方面通过后面的描述和所附的权利要求会变得更显而易见。附图说明
[0010] 附图描绘了选取钻头并且修改钻头设计的几个实施例,但是并不能看作是对本发明范围的限制,选取钻头并且修改钻头设计可以具有其它等效的实施例。
[0011] 图1示出用于钻探地层的传统钻井系统。
[0012] 图2示出传统的固定切割器钻头。
[0013] 图3示出传统的牙轮钻头。
[0014] 图4示出根据一个或多个实施例的系统的一个实例。
[0015] 图5-9描绘了根据一个或多个实施例的方法的流程图
[0016] 图10A-10C示出根据一个或多个实施例的图形用户界面的实例。
[0017] 图11A-11E示出根据一个或多个实施例的图形用户界面的实例。
[0018] 图12A-12B示出根据一个或多个实施例的图形用户界面的实例。
[0019] 图13A-13B示出根据一个或多个实施例的钻头搜索图形用户界面的实例。
[0020] 图14A-14B示出根据一个或多个实施例的可视化的实例。

具体实施方式

[0021] 本公开的各个方面在上述的附图中示出且在下面被描述。在本说明书中,相似或相同的附图标记被用于标记相同或相似部件。为了清晰和简洁起见,所述附图不必按比例绘制并且某些结构可以按比例放大或者示意性地显示。
[0022] 这里公开的实施例提供用于选取钻头或修改钻头设计以帮助工程师(或其它用户)选择或设计最佳钻头的系统和方法。更特别地,这里公开的一个或多个实施例提供将各种钻头彼此或与选取的标准进行对比,用以确定哪个钻头适合于具体的钻井操作的系统和方法。在其它实施例中,钻头设计者可以对所述钻头的结构性特征进行修改以满足一个或多个标准。
[0023] 例如,“钻井数据”可包括穿透速率(ROP,钻头穿透正被钻孔钻透的地层的速度),转动所述钻井工具组件的旋转扭矩,所述钻井工具组件被转动的旋转速度,在钻井过程中引起的钻井工具组件侧向、轴向或者扭转振动,以及钻压(WOB)中的一个或多个。本领域技术人员可以意识到,还存在其它类型的钻井数据并且可以被看作并未脱离本公开的范围。
[0024] “钻井性能参数”可包括作用在所述钻井工具组件的部件上的力,作用在所述钻头以及所述钻头的部件上(例如,作用在刀片,牙轮,和/或切割元件上)的力,以及正被钻的所述钻孔的倾斜和方位方向中的一个或多个。本领域技术人员可以意识到,可以存在其它钻井性能参数并且被看作并未脱离本公开的范围。
[0025] “钻头性能参数”可包括如下中的一个或多个:包括在所述钻井工具组件中的部件的类型,位置以及数量;部件的长度,内直径,部件的外直径,每个部件的重量以及材料特性,所述钻井工具的类型,尺寸,重量,结构以及材料特性;以及所述钻井工具组件上的切割元件的类型,尺寸,数量,位置,方向以及材料特性。设计钻井工具组件中的材料特性例如可包括所述材料的强度,弹性和密度。钻头参数的其它实例包括如下中的一个或多个:钻头类型(即,固定或牙轮类型),钻头尺寸,钻头形状,钻头上的切割结构,例如切割元件几何特征,数量以及位置。钻头参数还可包括切割深度(例如,相对于切割器的暴露(exposure),相对于几何特征的暴露,相对于位置的暴露),与一个或多个切割器相邻的刀片上的碳化物嵌入件(例如,用于分布负载)(例如,嵌入件暴露,嵌入件几何特征,以及嵌入件位置),备用切割器特性(例如,备用切割器暴露量,备用切割器位置),刀片特性(例如,刀片几何特征,刀片暴露,刀片宽度),径规垫特性(例如,径规垫几何特征,径规垫长度,径规垫特征),以及钻头直径中的一种或几种。应该理解的是,钻头参数可以包括所述钻井工具组件的任意其它结构或材料参数而不会脱离本公开的范围。
[0026] “井眼参数”可包括如下中的一种或几种:井眼的几何特征以及地层材料特性(地质特征)。所述钻井工具组件被限制在其中的井眼的轨迹也随同初始井眼底表面几何特征一起被限定。由于井眼轨迹可能是直的,弯曲的,或者直的和弯曲区段的组合,通常通过限定所述轨迹的每个区段的参数来限定井眼轨迹。例如,井眼可以被限定为具有N个区段,所述N个区段由每个区段的长度,直径,倾斜角,方位方向以及所述多个区段的顺序标记(即,第一,第二,等等)进行表征。按照这种方式限定的井眼参数接着可以被用于在数学上生成整个井眼轨迹的模型。沿着井眼的各个深度处的地层材料特性也可以被定义和使用。本领域普通技术人员可以意识到,井眼参数可以包括附加特性,例如井眼壁摩擦力和井眼流体特性,而不会脱离本公开的范围。
[0027] 如这里所使用的,“钻井模拟”为钻井作业中使用的钻头的动态或静态模拟。当不考虑BHA与所述井眼之间的相互作用使,所述钻井模拟被看作是“静态的”。当BHA被认为具有额外的自由度时,钻井模拟被看作是“动态的”。对本申请的受让人来说,下面公开的钻井模拟方法都是已知的,例如在美国专利No.6,516,293,6,873,947,7,844,426,7,139,689,6,785,641,8,401,831,7,020,597,7,693,695,以及7,464,013,还有美国专利公开No.2004/0143427和2005/0096847公开的内容,它们均通过引用被整体结合于此。
[0028] 在钻头的设计和制造过程中,可能牵涉相当大量的资源。因此,为了优化钻头性能,工程师可能要考虑各种钻井要素。例如,当选择和/或设计钻头时,工程师可能要考虑岩石特性(例如,地层的岩石类型或者地质特征)。工程师还可能要考虑作用在所述钻头上的不同力,钻探性能参数,钻头参数和/或井眼参数,等等。
[0029] 当考虑不同钻井要素时,工程师可能将一种钻头的参数与另一种钻头的参数进行比较。然而,没有钻头的精确模型或模拟以及它们如何基于所述钻井要素(例如,岩石特性,钻井性能参数,钻头参数,等等)操作的情况下,工程师可能无法获得足够数量以及实质性的信息作出钻头的最佳或最适选择。因此,不同钻头的对比,以及不同钻头参数的对比,可有助于被用在钻井或其它作业中的最佳钻头的确定。
[0030] 另一方面,获取详细具体的模型或模拟可能取决于现场可用的资源(例如,计算出的和/或存储的资源),无论是实地还是任何其它获取资源受限的地点。此外,对工程师来说,能够基于钻井要素,例如使用详细具体模型或模拟岩石特性,钻井性能参数,和/或钻头参数来对比钻头是有帮助的。这种对比能够使钻井工程师最佳地选择或者修改在现场使用或者用在任何其它作业中的钻头。
[0031] 图4描绘了一种可实施选取钻头或者修改钻头设计的一个或多个实施例的系统。在一个或多个实施例中,图4所示的模和元件中的一个或多个可以被省略,重复和/或替代。因此,选取钻头或修改钻头设计的实施例不应该被认为限制于图4所示的模块的具体配置。
[0032] 在一个或多个实施例中,可以在现场(例如,在井场)或者其它位置处(例如,远程位置)选取钻头。参照图4,系统400包括服务器402,其具有:一个或多个计算处理器416,模拟器406,一个或多个存储装置408(例如,硬盘光驱,例如光盘(CD)驱动器或者数字通用光盘(DVD)驱动器,闪存,等等),以及存储器410(例如,随机存取存储器(RAM),高速缓存,闪存)。计算处理器404可以为用于执行指令的集成电路。例如,计算处理器可以是处理器的单核或多核或者微核。存储装置408(和/或存储在其中的信息)可以是数据存储区,例如配置在存储器中的数据库,文件系统,一种或多种数据结构(例如,数组,链接表,表格,分层数据结构,等等),可扩展标记语言(XML)文件,任何其它适于存储数据的介质,或者上述任何适宜的组合。存储装置408可以是服务器402内部的装置。存储装置408也可以是操作性地连接到服务器402的外部存储装置。此外,服务器402包括多个其它元件和功能。
[0033] 服务器402可以通讯连接到计算装置412(例如,通过电线,电缆纤维,光连接器,或者无线连接)。服务器402可以通过网络414(例如,局域网(LAN),广域网(WAN),例如因特网,移动网络,或者任何其它类型的网络)借助网络接口连接结构(未示出)连接到计算装置412。
[0034] 如图所示,计算装置412可包括一个或多个计算机处理器416,一个或多个存储装置418(例如,硬盘,光驱,例如光盘(CD)驱动器或者数字通用光盘(DVD)驱动器,闪存,等等),存储器410(例如,随机存取存储器(RAM),高速缓存,闪存,等等),以及图形用户界面(GUI)422。计算机处理器416可以是用于处理指令的集成电路。例如,所述计算机处理器可以是处理器的单核或多核,或者微核。存储装置418(和/或存储在其中的任何信息)可以是数据存储区,例如,配置在存储器中的数据库,文件系统,一种或多种数据结构(例如,数组,链接表,表格,分层数据结构,等等),可扩展标记语言(XML)文件,任何其它适于存储数据的介质,或者上述任何适宜的组合。存储装置418可以是计算装置412内部的装置。此外,存储装置418也可以包括操作性地连接到计算装置412的外部存储装置。此外,计算装置412可包括多个其它元件和功能。
[0035] 系统400还可包括一个或多个输入装置424,例如触摸屏键盘鼠标,麦克,触控板,电子笔或任何其它类型的输入装置。此外,系统400可包括一个或多个输出装置426,例如屏幕(例如,液晶显示屏(LCD),等离子显示屏,触摸屏,阴极射线管(CRT)监视器,投影仪,2D显示器,3D显示器,或者其它显示装置),打印机,外部存储器,或者任何其它输出装置。输出装置426中的一个或多个可以与输入装置相同或不同。所述输入和输出装置可以本地或远程(例如,通过网络414)地被连接到所述计算机处理器(404和/或416),存储器(410和/或
420),存储装置(408和/或418),模拟器406,以及GUI 422。同时也存在多种不同类型的系统,并且上述输入和输出装置可以采用其它形式。
[0036] 此外,上述系统400的一个或多个元件可以设置在远程位置并且通过网络414被连接到其它元件。此外,本公开的实施例可以在具有多个节点的分布式系统上执行,其中,本公开的每个部分可以设置在所述分布式系统内的不同节点上。在本公开的一个实施例中,所述节点对应于不同的计算装置。所述节点可以对应于具有相关的物理存储器的计算机处理器和/具有共享存储器和/或资源的计算机处理器或计算机处理器的微核。
[0037] GUI 422可以由用户(例如,第三方,工程师,设计者,操作者,顾客,雇员,或者任何其它人员)使用一个或多个输入装置424进行操作。在一个或多个实施例中,GUI 422可以被用于与所述用户交互,例如接收输入或者选择选项。此外,GUI 422可包括被用于与用户交互的一个或多个小部件(例如,下拉列表,文本框,单选框,等等)。此外,GUI 422可以被可视化为连接到计算装置412的一个或多个输出装置426。尽管所示的输出装置426被通讯连接到计算装置412,但输出装置426还可以是计算装置412的一个部件。
[0038] 在图4中,服务器402能够接收来自计算装置412的模拟请求。在一个或多个实施例中,模拟请求可包括静态和/或动态地模拟钻头的请求。所述要被模拟的钻头可以由用户从钻头的已有库(未示出)中选取。例如,公司可以生成和维护在过去使用或设计的钻头的记录,日志和/或档案并且任何的这些钻头等可以被存储在钻头的已有库中。此外,钻头的已有库可以存储在存储装置418上或存储在计算装置412被允许访问的存储装置408上。从钻头的已有库中选取钻头可由用户使用GUI 422完成,由计算处理器416执行并且可以被可视化在一个或多个输出装置426上。
[0039] 此外,所选取的钻头可通过改变钻头参数进行修改。例如,所述钻头参数可以是切割器角度,切割器直径,切割器几何特征,切割器倒角,长度,切割器材料特性,切割器暴露量,切割深度,主切割器和/或备用切割器后面的碳化物嵌入件,备用切割器特性,刀片特性,径规垫特性,钻头类型,钻头尺寸,钻头形状,钻头材料特性,备用切割器数量,备用切割器特性,刀片数量,刀片特性,和/或钻头直径,等等中的任意一个。修改可包括从所述钻头参数的已有值中选择参数以获取修改后的钻头。所述已有值可取决于所述钻头的制造能力或几何特征。例如,特别的切割器可基于相邻切割器的位置而允许具有特定的角度。此外,已有值可能还取决于通常使用的值或者可被限定于合理数量的给定参数值。
[0040] 在一个或多个实施例中,除了从钻头的已有库选取钻头之外,所述模拟请求也可以由用户使用计算装置412的图形用户界面422进行定制。用户可以通过输入或者选择多个钻井要素(例如,岩石特性,钻井性能参数,钻头参数,等等)来定制所述模拟请求。如上所述,所述用户还可以修改要被用在所述模拟请求中的钻头参数。此外,所述模拟请求可以通过输入或选择多个钻井数据进行定制。为了修改所述钻头和/或定制所述模拟请求,用户可以使用本领域已知的任何输入手段(例如,输入装置424)访问存储装置418或408。存储装置414能够将数据存储在其上且可包括,例如,岩石特性,钻头,钻井性能参数,和/或钻头参数,等等的库。所述库可以通过GUI 422在一个或多个输出装置426上被可视化。
[0041] 此外,所述钻头可以基于用户输入或选择的数据被选取用于模拟或修改。基于所述数据,计算装置412可以为用户呈现归属于已有的钻头库的多个钻头以供选择。用户可以从多个可获得钻头中选取一个或多个钻头使其包含在模拟请求中。基于所选取的钻头,也可以通过GUI 422为用户呈现多个钻头参数。
[0042] 在一个或多个实施例中,用户还可以基于特殊的钻井要求而修改钻头。例如,用户可以确定特定钻压或者穿透速率并且可以相应地考虑所述特定钻压和/或穿透速率等钻井参数而修改所述钻头。如果在钻头已有库中不存在所述修改后的钻头,仍然可以选择所述修改后的钻头并且可以随后将其添加到所述钻头库中以备后用。
[0043] 一旦用户定制模拟请求,可以使用网络414将所述模拟请求从计算装置412发送到服务器402。在接收到来自计算装置412的模拟请求后,模拟器406基于所述模拟请求执行模拟。模拟器406在计算处理器404上执行指令以基于所接收到的模拟请求执行模拟。钻井模拟可以使用上面提出的方法中的一种或多种执行。
[0044] 执行模拟生成一组性能数据。在某些情况下,所生成的性能数据组可取决于所述模拟请求。所述模拟请求可包括生成具体性能数据的指令,例如但不限于,接触面积,切割器力,拉力,周向力,和/或工作效率。此外,所述性能数据可以包括钻头几何特征和/或钻头稳定性。在其它情况下,生成的所述性能数据组可取决于具体标准,所述标准可以在任何其它时间被预设或配置。所述性能数据组和具体标准例如可以存储在存储装置408和418的其中之一或二者上。
[0045] 在一个或多个实施例中,所述性能数据组可以通过服务器402发送到计算装置412。所述性能数据组接着可以通过输出装置426上的GUI 422被可视化。一旦呈现所述性能数据组,用户可以修改所选取钻头的参数,修改钻头或者模拟请求,例如钻头参数。如上所述,所述钻头参数可以是切割器角度,切割器直径,切割器几何特征,切割器倒角,长度,切割器材料特性,切割器暴露量,切割深度,主切割器和/或备用切割器之后的碳化物嵌入件,备用切割器特性,刀片特性,径规垫特性,钻头类型,钻头尺寸,钻头形状,钻头材料特性,备用切割器数量,备用切割器特性,刀片数量,刀片特性,和/或钻头直径,等等中的任意一个。
[0046] 修改可包括从钻头参数的已有值中选择参数以获取修改后的钻头。所述已有值可取决于钻头的制造能力或几何特征。例如,特别的切割器可基于相邻切割器的位置被允许具有特定的角度。此外,已有值可能还取决于通常使用的值或者合理数量的给定参数值。
[0047] 在修改后,第二模拟请求可从计算装置412被发送给服务器402。所述第二模拟请求可包括要被模拟的修改后的钻头。在从计算装置412接收到所述模拟请求后,模拟器406基于所述第二模拟请求(钻头参数在其中被修改)执行模拟。模拟器406可使用处理器404执行所述模拟以生成第二组性能数据。可以使用上面提出的方法中的一种或多种进行所述钻井模拟。
[0048] 与第一模拟请求类似,第二模拟请求可包括生成具体性能数据的指令,例如但不限于,接触面积,切割器力,拉力,周向力,和/或工作速率。在其它情况下,待生成的第二组性能数据可取决于具体标准,所述标准可以在任何其它时间被预设或配置。
[0049] 一旦生成,第二组性能数据可以从服务器402被发送给计算装置412。使用GUI 422和输出装置426,计算装置412能够同时呈现最初的性能数据组和第二组性能数据。所述两组性能数据可以呈现给用户用于对比并且可以单独或组合呈现。所述两组性能数据可以使用本领域已知的任何呈现工具呈现,例如标绘图,曲线图,图表以及日志。
[0050] 此外,与第一和第二模拟请求类似,所选取的钻头可以包括在要从计算装置412被发送给服务器402的基准模拟请求(baseline simulation request)中。服务器402可以基于初始选取的钻头和基准模拟请求运行基准模拟,以生成基准组性能数据。使用GUI 422和输出装置426,计算装置412能够呈现所述基准组性能数据,所述第一组性能数据和所述第二组性能数据中的任意一个。所述多个性能数据组可以被呈现给所述用户用于对比并且可以单独或组合地呈现。所述多个性能数据组可以使用本领域已知的任意呈现工具呈现,例如,标绘图,曲线图,图表和日志。
[0051] 基于所述性能数据,用户可以选取另一个钻头或者继续修改所选取的或者修改的钻头的一个或多个参数以期获得或设计最佳钻头。所述用户可以选择与基准,第一或第二组性能数据中的任意一组数据对应的另一个钻头,或者任何其它钻头或模拟。
[0052] 现在参照图5,示出根据本公开的一个或多个实施例的现场测试切割结构特征的方法的流程图。在一个或多个实施例中,图5所示的一个或多个模块可以被省略,重复和/或替代。因此,选取钻头或修改钻头设计的实施例不应该被认为限制于图5所示的模块的具体布置。
[0053] 在501中,选取基准钻头。所述基准钻头可以从存储在输入库中的已有钻头库中进行选取并且可以由用户使用图形用户界面,例如图4所示的GUI 422进行选取。类似地,使用所述图形用户界面,在503中,用户可以输入多个钻井数据。钻井数据例如可包括穿透速率,旋转速度,旋转扭矩,钻压,切割深度,倾斜角,方位方向以及岩石特性。本领域普通技术人员可以理解的是,钻井数据不局限于前面提到的变量。如上所述,用户可以借助本领域已知的任何输入装置(例如,图4所示的输入装置424)使用所述图形用户界面。
[0054] 在505中可发送第一模拟请求(例如,通过用户点击GUI上的按钮)。所述第一模拟请求可包括由所述用户输入的多个钻井数据和/或使用所述图形用户界面选取的所述基准钻头。所述第一模拟请求可由服务器接收并且可执行模拟以生成第一组性能数据。所述性能数据可包括但不限于接触面积,切割器力,拉力,周向力,和/或工作速率。此外,待生成的第一组性能数据可取决于具体标准,所述多个钻井数据,和/或选取的基准钻头。
[0055] 在一个或多个实施例中,在507中可接收所述第一组性能数据用于在509中供用户检查。检查所述第一组性能数据可包括曲线图或标绘图分析,基于第一组性能数据的不同变量计算,和/或不同参数的可视化表达且可以在所述GUI上检查。在检查完后,在511中,可对参数进行修改以有效地产生用在第二次模拟中的修改钻头(例如,基于所述第一组性能数据)。所述参数可以例如是钻井参数,例如切割器角度,切割器直径,切割器几何特征,切割器倒角,长度,切割器材料特性,切割器暴露量,切割深度,主切割器和/或备用切割器之后的碳化物嵌入件,备用切割器特性,刀片特性,径规垫特性,钻头类型,钻头尺寸,钻头形状,钻头材料特性,备用切割器数量,备用切割器特性,刀片数量,刀片特性,和/或钻头直径。可通过选取所述参数的已有值对所述参数进行修改以获得修改的钻头。例如,所述参数的已有值可基于之前制造的钻头,所述参数通常使用的值或者可以基于要修改的可获得的参数的数量被限定于合理数量的值。
[0056] 在513中,使用所述被修改的参数,发送第二模拟请求。所述第二模拟请求可被发送给能够模拟或命令模拟器基于所述第二模拟请求执行钻头模拟以生成第二组性能数据的服务器,所述第二模拟请求包括所述修改的参数。类似地,第二组性能参数可包括但不限于接触面积,切割器力,拉力,周向力,工作速率,钻头几何特征以及钻头稳定性。此外,待生成的所述第二组性能数据可取决于具体标准,多个钻井数据,和/或所述修改后的钻头。
[0057] 在515中可接收所述第二组性能数据用于在517中检查并且将其与所述第一组性能数据进行对比。检查和对比所述第一组和第二组性能数据可包括曲线图或标绘图分析,基于所述第一组性能数据的不同变量计算,和/或不同参数的可视化表达。所述用户接着可基于所述对比选取钻头。可以由已知的任何第三方(设计者,顾客,雇员,承包人,工程师,钻工,等等)完成对比。
[0058] 在图6中,示出根据一个或多个实施例的现场测试钻头参数的方法的流程图。在图6中,其中一个或多个模块可以被省略,重复和/或替代。因此,选取钻头或修改钻头设计的实施例不应该被认为是限定在图6所示的具体模块布置中。
[0059] 在601中,选取基准钻头。所述基准钻头可以由用户使用图形用户界面从已有钻头库中选取。在一个或多个实施例中,如603所示,所述基准钻头的参数例如可以由用户通过使用图形用户界面进行修改。所述参数可以例如是本领域已知的任何钻井参数,例如切割器角度,切割器直径,切割器几何特征,切割器倒角,长度,切割器材料特性,切割器暴露量,切割深度,所述主切割器和/或备用切割器之后的碳化物嵌入件,备用切割器特性,刀片特性,径规垫特性,钻头类型,钻头尺寸,钻头形状,钻头材料特性,备用切割器数量,备用切割器特性,刀片数量,刀片特性,和/或钻头直径。此外,所述参数可以通过选取已有参数值进行修改以获取被修改的参数。
[0060] 如605所示,模拟请求可被发送给服务器。所述模拟请求可包括所述选取的基准钻头和所述修改的参数。所述模拟请求可被发送给能够模拟或命令模拟器基于所述模拟请求执行模拟以生成一组性能数据的服务器,所述模拟请求包括所述被修改的参数。类似地,所述一组性能数据可包括但不限于接触面积,切割器力,拉力,周向力,和/或工作速率。此外,在607中可接收所述一组性能数据用于在609中检查。
[0061] 在609中,显示所述一组性能数据以供用户检查。具体地,所述用户可以对比一个或多个标准检查所述性能数据。检查可包括在所述图形用户界面上呈现,可视化或对比所述性能数据。所述标准可以基于多个钻井要素(例如,穿透速率或者钻压),地质条件,或者开采规格,例如钻孔或地层特征,被预先确定。此外,所述标准可以包括稳定性(即,钻头上振动处的位置),转向性,效率(即,预测在给定地层中给定钻头组件的穿透速率),耐久性(即,抗材料疲劳和/或故障的能力),和/或井轨迹(包括倾角和方位方向)中的一个或多个。
[0062] 在图7中,示出根据一个或多个实施例的现场测试钻头参数的方法的流程图。图7中示出的其中一个或多个模块可被省略,重复和/或替代。因此,选取钻头或修改钻头设计的实施例不应该被认为是限定在图7所示的具体模块布置。
[0063] 在701中,选取基准钻头。所述基准钻头可从已有钻头库中选取且可由用户使用图形用户界面选取。在一个或多个实施例中,如703所示,所述基准钻头的参数例如可以由用户通过使用图形用户界面进行修改。所述参数可以例如是本领域已知的任何钻井参数,例如切割器角度,切割器直径,切割器几何特征,切割器倒角,长度,切割器材料特性,切割器暴露量,切割深度,所述主切割器和/或备用切割器之后的碳化物嵌入件,备用切割器特性,刀片特性,径规垫特性,钻头类型,钻头尺寸,钻头形状,钻头材料特性,备用切割器数量,备用切割器特性,刀片数量,刀片特性,和/或钻头直径。此外,所述参数可以通过选取已有参数值进行修改以获取被修改的参数。修改钻头的一个或多个参数有效地形成用于模拟的新的/修改的钻头。
[0064] 如705所示,模拟请求可被发送给服务器。所述模拟请求可包括所述修改的钻头。所述模拟请求可被发送给能够模拟或命令模拟器基于所述模拟请求对钻头执行模拟以生成一组性能数据的服务器,所述模拟请求包括所述修改的钻头。类似地,所述一组性能数据可包括但不限于接触面积,切割器力,拉力,周向力,和/或工作速率。此外,在707中可接收所述一组性能数据用于在709中检查。
[0065] 在709中,显示所述一组性能数据以供用户检查。具体地,所述用户可以对比一个或多个标准检查所述性能数据。检查可包括在所述图形用户界面上呈现,可视化或对比所述性能数据并且还可以包括曲线图或标绘图分析,基于所述第一组性能数据的不同变量计算,和/或不同参数的可视化表达。在检查后,在711中可修改参数用于第二次模拟(例如,基于所述第一组性能数据)。所述参数例如可以是钻井参数。然而,本领域普通技术人员可知道并且意识到,所述被修改的参数可以例如是本领域已知的任何参数,例如切割器角度,切割器直径,切割器几何特征,切割器倒角,长度,切割器材料特性,切割器暴露量,切割深度,所述主切割器和/或备用切割器之后的碳化物嵌入件,备用切割器特性,刀片特性,径规垫特性,钻头类型,钻头尺寸,钻头形状,钻头材料特性,备用切割器数量,备用切割器特性,刀片数量,刀片特性,和/或钻头直径。可通过选取所述钻头参数的已有值修改所述参数以获取修改后的钻头。例如,所述参数的已有值可以基于制造好的钻头。
[0066] 在713中,使用所述被修改的参数,发送第二模拟请求。所述第二模拟请求可以被发送给能够模拟或命令模拟器基于第二模拟请求对钻头执行模拟以生成第二组性能数据的服务器,所述第二模拟器包括所述被修改的参数。类似地,所述第二组性能数据可包括但不限于接触面积,切割器力,拉力,周向力,和/或工作速率,钻头几何特征以及钻头稳定性。此外,待生成的所述第二组性能数据可以基于具体标准,多个钻井数据,和/或所述被修改的钻头。
[0067] 在715中可接收所述第二组性能数据,以在717中检查并且与所述第一组性能数据进行对比。检查和对比所述第一组和第二组性能数据可包括曲线图或标绘图分析,基于所述第一组性能数据的不同变量计算,和/或不同参数的可视化表达。所述用户接着可以基于所述对比选取钻头。
[0068] 在图8中,示出根据一个或多个实施例的修改钻头的方法的流程图。图8中所示的其中一个或多个模块可以被省略,重复和/或替代。因此,选取钻头或修改钻头设计的实施例不应该被认为是限定在图8所示的具体模块布置。
[0069] 如801所示,可由用户使用图形用户界面选取钻头参数。如上所述,所述钻头参数可以是切割器角度,切割器直径,切割器几何特征,切割器倒角,长度,切割器材料特性,切割器暴露量,切割深度,所述主切割器和/或备用切割器之后的碳化物嵌入件,备用切割器特性,刀片特性,径规垫特性,钻头类型,钻头尺寸,钻头形状,钻头材料特性,备用切割器数量,备用切割器特性,刀片数量,刀片特性,和/或钻头直径,等等中的任意一个。在803中,可修改所述钻头的所选取的参数以有效地创建修改后的钻头。
[0070] 在一个或多个实施例中,所述被修改的参数可能不存在(例如,所述被修改的参数产生之前从未制造过的修改后的钻头)。如果所述被修改的参数不存在,在805中发送校验请求。可发送所述校验请求用于校验所述被修改的参数的模拟和/或加工的可行性。可以通过物理要求,结构性要求,和/或制造要求限制所述校验。例如,特定的切割器可基于相邻切割器的位置不能具有特定的角度。此外,由于物理或制造限制,所述钻头的特定参数值可能是不合理的。因此,在一个或多个实施例中,通过满足特定的制造标准或要求,所述被修改的参数可以被认为是有效的。制造限制可包括但不限于所述钻井工具组件的任意部件的大小和形状或者材料。此外,在一个或多个实施例中,通过满足具体的阀值限制,所述被修改的参数被认为是有效的。本领域普通技术人员可以知道并且意识到,可以采用本领域已知的其它任何约束条件限制所述校验。
[0071] 在807中,所述被修改的参数经历校验。在809中,如果被修改的参数被认为是无效的,向所述用户推荐一个参数。在811中,如果所述被修改的参数被认为是有效的,所述被修改的参数与其它参数一起被呈现给所述用户,以便由所述用户使用图形用户界面进行选取。
[0072] 在图9中,示出根据一个或多个实施例的修改钻头的方法的流程图。图9中所示的其中一个或多个模块可以被省略,重复和/或替代。因此,选取钻头或修改钻头设计的实施例不应该被认为是限定在图9所示的具体模块布置。
[0073] 如901所示,可选取基准钻头。可以由用户使用计算装置(例如,图4所示的计算装置412)上的图形用户界面选取所述基准钻头。在903中,使用所述图形用户界面,所述用户可以选取期望的性能标准。所述性能标准可以是基于多个钻井要素,地质条件或开采规格的阀值或计算值。此外,所述期望的性能标准可以对应于特定的穿透速率,钻压,或接触面积。
[0074] 与上述类似,在905中,使用所述图形用户界面,用户可输入多个钻井数据。钻井数据例如可包括穿透速率,旋转速度,旋转扭矩,钻压,切割深度,倾斜角,方向方位和岩石特性。本领域普通技术人员可以理解的是钻井数据并不局限于前述变量。如上所述,用户可以借助本领域已知的任何输入方式(例如,图4所示的输入装置424)使用所述图形用户界面。
[0075] 在907中,可发送模拟请求。所述模拟请求可包括所述输入的钻井数据,所述期望性能数据和所述基准钻头。一旦服务器接收到模拟请求,所述服务器可以基于所述模拟请求执行或者命令模拟器执行模拟。909中,基准钻头的参数可以被修改以获取被修改的钻头。
[0076] 修改基准钻头可包括修改或改变本领域已知的至少一个钻井参数,例如,钻头的任意参数,包括:切割器角度,切割器直径,切割器几何特征,切割器倒角,长度,切割器材料特性,切割器暴露量,切割深度,主切割器和/或备用切割器之后的碳化物嵌入件,备用切割器特性,刀片特性,径规垫特性,钻头类型,钻头尺寸,钻头形状,钻头材料特性,备用切割器数量,备用切割器特性,刀片数量,刀片特性,和/或钻头直径,等等。所述基准钻头的所述修改可以在模拟过程中被迭代地修改直到满足所述期望的性能数据。所述期望的性能参数例如可以是穿透速率,切割深度,钻井数据等中的任何一个或其组合。
[0077] 所述被修改的钻头可被模拟并且与所述期望的性能数据对比。如果所述被修改的钻头满足所述期望的性能数据,停止所述模拟。另一方面,如果所述修改后的钻头没有满足所述期望的性能数据,所述修改后的钻头的参数被修改以获得第二修改后的钻头。所述第二修改后的钻头可接着被模拟并且与所述期望的性能数据对比。如流程图所示,909为迭代并且由此继续重复所述修改后的钻头参数的修改直到满足所述期望的性能数据。
[0078] 一旦所述模拟完成,在911中接收所述修改后的钻头并且在图形用户界面上可呈现给所述用户。所述图形用户界面可以在与执行所述模拟的服务器所在的位置相同或不同的位置处的计算装置上执行。
[0079] 在一个或多个实施例中,所述图形用户界面可包括一个或多个按钮(例如,单选框),数据域(例如,输入域),标题栏(例如,菜单,框(例如,输入或输出文本框)),表格(例如,数据汇总表格),区(例如,信息区或者能够最小化/最大化的区),屏幕(例如,欢迎屏或主屏),和/或用户选择菜单(例如,下拉菜单)。所述图形用户界面可以包括一个或多个单独的界面并且可以用于网页浏览器中或者作为单独的应用。本领域普通技术人员可以意识到本公开的图形用户界面不应该被限制在如后面实例所描述的布局,结构等等。
[0080] 图10A-10C示出根据本公开的一个或多个实施例的图形用户界面的实例。图10A-10C中示出的一个或多个模块和元件可以被省略,重复和/或替代。因此,选取钻头或修改钻头设计的实施例不应该被认为是限定在图10A-10C所示的具体模块布置。
[0081] 如图10A-10B所示,可以为用户呈现一个钻头配置器1000(即,GUI)。钻头配置器1000可以通过网络(例如,因特网或内联网)进行访问或者可以单独用于本领域已知的任何计算装置。钻头配置器1000可包括下拉菜单1002,其具有创建或打开在先钻头配置的选项。
所述在先钻头配置可以由所述用户使用参考数字输入1004进入。一旦用户从下拉菜单1002中选择一种方法并且在参考数字输入1004中输入参考数字,所述用户可以使用配置按钮
1006配置钻头。
[0082] 图10C示出通过快速追踪配置钻头的欢迎窗口。快速追踪可以被用于希望能够以及时的方式配置钻头的配置。所述应用显示出快速追踪整个钻头体或者切割结构以提供定制的交货计划。如图10C所示,可提供参考数字输入1004和参考设计输入1006。此外,如果可以,切割结构汇总1008可用于表示构建规格(build specification)。所述构建规格可包括一个或多个设计参数,例如特定尺寸切割器的数量,所述钻头的大小和类型,或者用户可获得的任何其它钻井参数。
[0083] 本领域普通技术人员可以知道并且意识到,所述图形用户界面(按钮,菜单,标题栏,等等)可以不局限于图10A-10C中所示的。任意数量的配置,布局,等等都是可以的。
[0084] 图11A-11E示出根据本公开的一个或多个实施例的图形用户界面的实例。图11A-11E中所示的其中一个或多个模块和部件可以被省略,重复和/或替代。因此,选取钻头或修改钻头设计的实施例不应该被认为是限定在图11A-11E所示的具体模块布置。
[0085] 如图11A1-11A2所示,钻头配置器1100可包括用户信息1102和多个钻井参数1104。钻井参数1104可包括多个钻头参数1106,快速追踪参数1108,通用参数1110,等等。钻井参数1104还可包括切割器过滤器1112,切割器过滤器例如包括等级和倒角。
[0086] 钻头参数1106可包括不同的结构,例如所示的锥部,鼻部(nose),肩台,以及保径。类似地,快速追踪参数1108可包括多个不同的选项,所述选项包括下拉菜单和可供用户进行选择,改变或者修改的用户输入。通用参数1110可包括可供用户选择,改变或修改的附加结构或其它参数。
[0087] 如图11B1-11B2所示,钻井参数1104可以通过切割器过滤器1112进行过滤。此外,钻头参数1106可包括用于不同参数的可展开选项。如本实例所示,所述鼻部参数被展开以显示可供用户选择的不同选项。所述不同选项包括尺寸1106A,构建规格1106B,切割器部件数量1106C和描述1106D。
[0088] 如图11C1-11C2所示,快速追踪参数1108,通用参数1110,以及其它选项1114,每一个均可包括可展开选项(例如,1108A),下拉菜单(例如1110A),一个或多个复选框(例如,1114A)以及用户输入(例如,1114B)。如图11D所示,模拟值1116可包括可展开选项(例如,
1116A),下拉菜单(例如,1116B),以及用户输入(1116C)。本领域普通技术人员可以知道并且意识到,钻头配置器1100的任何选项均可包括可展开选项,下拉菜单,一个或多个复选框,以及用户输入中的任何一个,并且不应该被限制于上述选项,布局或参数,等等。
[0089] 现在参照图11E,示出根据本公开的一个或多个实施例的标签式界面的一个实例。所述标签式界面是用于显示钻头的不同菜单选项,区段和/或参数的其中一个界面的实例。
[0090] 本领域普通技术人员知道并且意识到所述图形用户界面(按钮,菜单,标题栏,等等)并不局限于图11A-11E所示的。任意数量的配置,布局,等等都是可以考虑的。
[0091] 图12A-12B示出根据本公开的一个或多个实施例的图形用户界面的实例。图12A-12B中所示的一个或多个模块和部件可以被省略,重复和/或替代。因此,选取钻头或修改钻头设计的实施例不应该被认为是限定在图12A-12B所示的具体模块布置。
[0092] 图12A-12B中呈现的数据可采用本领域已知的任何方式被可视化或者进行表达。数据可以采用表列数据,线图,曲线图,图表或其任意组合表示。数据也可以采用2D或3D表示。在可视化和/或表达中可以使用颜色
[0093] 在某些实施例中,如图12A-12B所示,所述模拟提供可视化输出。在一个实施例中,所述可视化输出可包括性能参数。这里使用的性能参数可包括穿透速率(ROP),遇到的力,平均力(包括但不限于振动,扭转,横向和轴向力),接触面积,钻头几何特征,钻头稳定性。此外,所述输出可以包括一个或多个性能参数构成的表列数据。此外,所述输出可以是曲线图形式的性能参数并且可以采用比率或百分比表示。所述钻头,刀片,切割器的图形可视化可以被输出。所述图形可视化(例如,2-D,3-D,或者4-D)可以包括配色方案。
[0094] 特别地,在执行模拟后,所述模拟可生成一组性能数据。所述性能数据可以如图12A所示被渲染用于分析。图12A描绘了模拟后输出的钻头1201的两个刀片1200的渲染。如图所示的所述刀片1200可包括多个切割元件,其中每一个被单独或者作为要被模拟的钻头整体的一部分进行模拟。所述模拟中的可视化颜色可对应于所述一组性能数据。
[0095] 图12A还包括帮助分析呈现的数据的标尺1202。在该实例中,所述颜色表示每个切割器的每个部分接触地层的相对量(接触面积)。本领域普通技术人员可以意识到,虽然图12A示出两个刀片,但也可以显示并且图示出任意数量的钻头刀片。
[0096] 在一个或多个实施例中,所述模拟可以生成曲线图,线图,饼图,条形图,表列数据,图表或本领域已知的任何其它表示数据的形式。所述图表可包括一个或多个轴线并且可以生成数据的2D,3D或4D表达。所表达的数据可包括图例,标尺,局部最小值或最大值,或者本领域已知的任何其它表现元素。
[0097] 如图12B所示,所生成的曲线图,图表,等等,可以基于要被提供用于进一步分析,检查和/或对比的一个或者多个钻头。例如,如图12B所示,显示出被提供用于分析和对比的两个钻头的法向力,周向力,以及它们相应的工作速率。本领域普通技术人员可以知道并且意识到,所要提供的性能数据可以是本领域已知的或者这里描述的任何数据。
[0098] 图13A-13B示出根据本公开的一个或多个实施例的钻头搜索图形用户界面的实例。图13A-13B中所示的一个或多个模块和部件可以被省略,重复和/或替代。因此,选取钻头或修改钻头设计的实施例不应该被认为是限定在图13A-13B所示的具体模块布置。
[0099] 如图13A-13B中所示,用户可以使用钻头搜索1300搜索一个或多个钻头,BHA,和/或BHA部件。钻头搜索1300例如可以由用户使用GUI操作。钻头搜索1300可以通过网络(例如,因特网或内联网)访问,或者可以单独用于本领域已知的任何计算装置。钻头搜索1300可包括可以被用于限定或进一步限定搜索条件的多个分类1302。分类1302可包括用户可以修改的多个选项。如图所示,所述选项可包括但不限于钻头,切割器,轮廓,以及刀片选项,等等。按照这种方式,所述用户例如可以选取在先使用的钻头,并且在修改所述钻头用于特定应用之前使用它们作为基准钻头。
[0100] 此外,在该实例中,分类1302在GUI上被显示为标签,但是也可以被显示为本领域已知的任意GUI元素,例如按钮或下拉菜单,等等。此外,所述分类可以与一个或多个参数1304相关联。参数1304可以使用一个或多个GUI元素进行修改,例如滑块1304A,或者复选框
1304B。本领域普通技术人员可以知道并且意识到用户可以使用任意数量的GUI元素或参数来限定或改进搜索条件。
[0101] 在确定搜索条件后,用户可使用按钮触发搜索,例如使用搜索按钮1306。一旦搜索被触发,满足由所述用户限定的所述搜索条件的多个结果1301被显示出来。结果1310可以以表格,列表,曲线图,标绘图,或者本领域已知的任何其它方式进行排布。此外,所述用户可基于BHA执行特定操作或者在特定操作参数下运行的能力限定搜索条件。例如,用户可搜索在钻探特定类型地质地层时能够维持特定ROP的钻头。此外,用户可搜索能够使法向力降低指定百分比的部件。此外,用户可以使用清除搜索按钮1308清除所述搜索条件以限定新的搜索条件。
[0102] 图14A-14B示出根据本公开的一个或多个实施例的可视化实例。图14A-14B中所示的一个或多个模块和部件可以被省略,重复和/或替代。因此,选取钻头或修改钻头设计的实施例不应该被认为是限定在图14A-14B所示的具体模块布置。
[0103] 在用户选取钻头,BHA,或者BHA部件后,用户例如可在GUI上使所述部件可视化。如图14A-14B所示,钻头1400的刀片1402和切割器1404采用3D可视化。用户可选择和/或修改任意数量的要被可视化的参数。例如,如图14B所示,除了钻头1400的刀片1402和切割器1404之外,备用切割器1406同样也被示出。此外,标尺1408可被用于可视化其他参数或性能特征。在一个或多个实施例中,标尺1408可以彩色标尺并且可以表示每个切割器在运行时的接触面积。本领域普通技术人员可以意识到,虽然图14A-14B仅示出了两个刀片,然而可以示出任意数量的钻头刀片。按照这种方式,用户能够看到整个钻头设计改变的效果,并且能够增加,移动和/或移除所述钻头的各种结构,例如切割器布置,喷嘴布置,定向,切割器数量,切割器尺寸,等等。用户可以重复修改所述钻头,并且检查由此产生的变化。
[0104] 尽管采用3D进行显示,然而3D,2D,或者本领域已知的任何其它可视化形式都是可以的。此外,所述可视化可以是互动的。例如,用户可以旋转所述可视化或者可以旋转钻头1400的其中一个刀片1402。此外,用户可以选择刀片或切割器生成或确定所述选择的更多具体特征和/或用户可以选择一部分所述可视化使其被放大或最小化。
[0105] 本公开的一个或多个实施例能让钻井工程师,或者任何其它用户,高效地选取或者修改钻头。访问模拟结果,模型以及数据用于对比一个或多个钻头(彼此对比或者与具体标准对比)能够帮助工程师确定要用于钻井的最佳或最适钻头。此外,当访问资源(例如,计算或存储资源)被限制时(例如,在井场),钻井工程师仍然能够访问本不能获得的信息和定制选项。在这些和其它情况下,本公开的一个或多个实施例为钻井工程师提供数据同时能够在用户友好图形用户界面上定制钻井参数组。
[0106] 因此,通过分析各种钻头参数,设计者能够选择符合具体条件,性能,钻井需求等的最佳钻头。所选取的实施例提供能够模拟各种钻头组件并且分析它们性能的方法和系统。给定一个最佳标准,能够快速访问多个钻头以确定适用于钻井应用的最佳钻头。
[0107] 执行本公开的实施例的计算机可读程序形式的软件指令可以被整体或部分地、临时或者永久地存储在非易失性计算机可读介质,例如CD,DVD,存储装置,磁盘,磁带,闪存,实体存储器,或者任何其它计算机可读介质中。具体地,所述软件指令可对应于计算机可读程序代码,当其被处理器执行时,配置成实施本公开的实施例。此外,系统和方法的多个部分可以采用软件,硬件固件或其组合实施。
[0108] 尽管上面详细描述了几个示例性实施例,但本领域普通技术人员可以容易地意识到所述示例性实施例可以具有多种修改而实质上不会脱离本公开的范围。因此,任何这样的修改都被看作是位于本公开的范围内。此外,这里公开的实施例可以在缺少任何没有被具体公开的元件的情况下实施。
[0109] 在权利要求中,功能性特征用于覆盖这里描述的执行所列举的功能的结构并且不仅仅是结构等同,也是等同结构。因此,尽管钉子和螺钉可能不是结构等同,因为钉子采用柱状表面将木质部件固定到一起,而螺钉采用螺纹表面,但是在固定木质部件的情况下,钉子和螺钉可以是等同结构。本申请的明确意图不是援引U.S.C.§112,第6段的规定对这里的权利要求作任何限制,除非在权利要求中明确地将“用于…的装置”与相关功能一起使用。
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