用于预测钻井事故的方法和系统 |
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申请号 | CN201380071562.9 | 申请日 | 2013-02-27 | 公开(公告)号 | CN105143598A | 公开(公告)日 | 2015-12-09 |
申请人 | 兰德马克绘图国际公司; | 发明人 | 罗贝洛·塞缪尔; 奥利维娅·R·热尔曼; | ||||
摘要 | 计算井眼 能量 。说明性实施方案中的至少一些为包括以下步骤的方法:计算计划的井身的预期井眼能量,由 计算机系统 进行所述计算;计算所述计划的井身的预期迂曲度;计算指示沿所述计划的井身钻井的钻井事故发生的概率的第一值,所述第一值基于所述预期井眼能量和所述预期迂曲度;和接着如果所述第一值指示所述钻井事故的所述概率小于预定 阈值 ,那么沿所述计划的井身的至少第一部分对井眼钻井。 | ||||||
权利要求 | 1.一种方法,其包括: |
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说明书全文 | 用于预测钻井事故的方法和系统[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 无。 背景技术[0004] 为了更详细描述示例性实施方案,现将参考附图,其中: [0005] 图1示出根据至少一些实施方案的含烃地层的一部分的剖面透视图; [0006] 图2示出根据至少一些实施方案的计划的井身的立视图; [0007] 图3A示出根据至少一些实施方案的实心圆柱体的透视图; [0008] 图3B示出根据至少一些实施方案的理论上放置在计划的井身内的实心圆柱体的剖面透视图; [0009] 图4示出根据至少一些实施方案的理论上放置在计划的井身内的实心圆柱体的剖面立视图; [0010] 图5示出根据至少一些实施方案的含烃地层的一部分的剖面透视图; [0012] 图7示出描绘根据至少一些实施方案的总体方法的流程图。 [0013] 记号法和命名法 [0014] 贯穿下文描述和权利要求书,使用某些术语来指代特定系统组件。如本领域的技术人员将明白的,公司可能会用不同名称指代组件。本文并非旨在区别名称不同但功能相同的组件。在下文论述和权利要求书中,术语“包括(including和comprising)”为一开放式用语,故应解释成为“包括但不限于…”。此外,术语“耦接(couple或couples)”意指直接连接或间接连接。因此,如果第一装置耦接到第二装置,那么连接可以通过直接连接或通过经由其它装置和连接的间接连接。 [0016] “井身”应意指井眼的实际的或计划的轨迹。 [0019] “计划的井眼能量”应意指关于计划的井眼轨迹计算的井眼能量。 [0020] “实际井眼能量”应意指关于实际井眼轨迹的一部分或所有计算的井眼能量。 具体实施方式[0021] 下文论述涉及本发明的各种实施方案。尽管这些实施方案中的一个或多个可以是优选的,但所公开实施方案不应被解释为或以其它方式用作限制本公开(包括权利要求书)的范围。此外,本领域的技术人员将了解,下文描述具有广泛应用,且任何实施方案的论述仅仅是该实施方案的示例,而并非旨在暗示本公开(包括权利要求书)的范围限于所述实施方案。 [0022] 各种实施方案涉及通过计算计划的井身的迂曲度和井眼能量预测钻井事故发生的方法和系统。特定来说,部分基于计划的井身的迂曲度计算计划的井身的井眼能量以便确定可能发生钻井事故的概率。如果确定计划的井身的迂曲度可能产生钻井问题,那么计划的井身可以变化或钻井参数可以变化以便降低钻井事故发生的概率。此外,一旦已开始钻井,那么可以对钻井部分和其余未钻井部分两者进行进一步迂曲度和井眼能量计算以便作出任何所期望调整。本说明书首先转向高级概述图。 [0023] 图1示出地壳的一部分的剖面透视图。特定来说,图1示出地表100。含烃地层102的一部分在地表100下方。地表100与含烃地层102之间的表土层未被示出以免图过度复杂。图1还示出延伸通过含烃地层的计划的井身104。计划的井身104与井架106相关联。 [0024] 在一个实施方案中,对计划的井身104钻井的效率部分取决于计划的井身104的质量,其中计划的井身的质量可被看作所述井身的“平滑度”。“较平滑”井身可以指示较有效的钻井操作。例如,较平滑井身可以与某些钻井事故发生的较低概率相关联,因此节省时间和金钱。另一方面,较不平滑井身可以指示较低效的钻井操作。例如,具有诸多曲线或螺线的井身可以增大钻井事故发生的概率,因此导致更高成本且花费更多时间。这些钻井事故的发生可以包括但不限于:卡钻情况;井眼垮塌;井眼紧;或扭矩和摩阻过大。 [0025] 若干参数和各种钻井索引可以用于量化井身的平滑度或估计对计划的井身钻井的难度。在量化井身的平滑度中考虑的参数的实例可以包括全角变化率、井身曲率、螺旋度、迂曲度和井眼能量的计算。此外,尽管未论述任何明显详情,但可以使用多个井眼钻井复杂度索引计算与计划的井身相关联的钻井索引,诸如:定向难度索引(“DDI”);难度索引(“DI”);机械风险索引(“MRI”);和修正的机械风险索引(“MMRI”)。 [0026] 井身的井眼能量为可以在预测将在钻井期间发生事故的概率中提供有用信息的一个参数。可以考虑下文将更详细描述的井眼能量连同井身的迂曲度,其中具有较大迂曲度的井身可以具有较大井眼能量,且因此具有经历钻井事故的较大概率。下文将更详细描述计划的井身104的区段的预期迂曲度和实际迂曲度。 [0027] 图2示出计划的井身的区段的剖面立视图。特定来说,图2示出若干井身以传达关于迂曲度的概念。在初始设计阶段,计划的井身可以为界定实质上垂直的部分202、弯曲部分204和实质上水平的部分206的平滑线200。然而,虽然平滑线200可以界定计划的井身104,但很可能在实际钻井期间,井眼可或将精确地沿平滑线200跟随计划的井身。相反,在与地表相隔大距离处(例如,4000英尺或更大)对井眼钻井和对井眼的实质上水平的部分钻井中,在实际井身中可能有波动。因此,为了预测钻井事故发生的可能性,计划的井身可以与预期迂曲度相关联,如由井身208所示(为了清楚起见呈虚线、按比例扩大)。即,出于预测钻井事故的目的,可以基于预期迂曲度调节计划的井身。如所示,包括预期迂曲度的计划的井身208在一般意义上跟随由平滑线200界定的井身104,但在路径周围波动。预期迂曲度的量可以基于来自多个来源的信息,诸如来自具有相似参数的先前钻井的历史数据或来自探边井的数据。应了解,在实际上沿井身对井眼钻井中,平滑线200表示计划的井身104,且在对实际井眼钻井中,将不尝试跟随调节的井身208。调节的井身208仅用于下文更详细论述的井眼能量计算。最后,图2示出在其中实际迂曲度大于预期迂曲度的情况下的说明性实际井身210(虚线)(且此外迂曲度出于解释目的在图中被放大)。本说明书现转向井眼能量的概述图。 [0028] 图3A示出示例性实心圆柱体300的透视图。圆柱体300可以包括任何材料,因为关于圆柱体300进行的测量相对于关于相同圆柱体300进行的后续或先前测量进行比较。在一个实施方案中,认为圆柱体300具有等于计划的井身长度的长度314“L”。在计算钻井井眼的一部分的井眼能量时,认为长度“L”具有等于井身的钻井部分的长度。在又另一实施方案中,长度“L”可以等于部分钻井井身的其余未钻井但先前计划的部分。认为圆柱体 300具有可以等于计划的井身内直径的直径“d”304。此外,通过使圆柱体300扭曲相关联的扭转应力可以与扭矩304τ相关联。 [0029] 根据示例性系统计算井眼能量涉及计算使圆柱体300弯曲和扭曲成将计算其井眼能量的实际的或计划的井身的形状所需的能量的量。应了解,作为计算与井眼的钻井部分相关联的井眼能量的部分,实际实心圆柱体无法扭弯成计划的井身的形状,且实际实心圆柱体无法放置在井眼内。执行为纯粹的数学作业。圆柱体300可以在逻辑上(但不是实际上)划分成对应于井身内的特定关注区域的区段,如图3B中更具体所示。在图3A和图3B两者中,位置308、310和312分别表示测量位置E1、E2和E3。测量位置可以在逻辑上放置在沿圆柱体300或位于计划的井身104内的任何位置处。 [0030] 在图3B中,圆柱体300被示出为理论上插入计划的井身104内。特定来说,使用能量的某个理论量,圆柱体300已形成到井身104的曲率。圆柱体300和井身104两者具有相同长度314“L”,其中通过测量位置308、310和312所画的圆柱体300的每个区段对应于具有某个曲率的井身的区段。 [0031] 使圆柱体300理论上弯曲和扭曲以匹配井身104所要的能量越多,井眼能量值越高。对于平滑井身(例如,跟随图2的平滑线200的井眼),理论上使圆柱体300理论上弯曲和扭曲以匹配井身所要的能量较少;相比之下,对于具有较大迂曲度的井身(例如,图2的井身210),理论上使圆柱体300弯曲和扭曲以匹配井身所要的能量较多。井眼能量值越高,在钻井期间可能发生钻井事故的概率越高。例如,在一个实施方案中,较高井眼能量值可以指示卡钻事故的可能性增大。在某种程度上,计算计划的井身104的预期井眼能量可以基于计划的井身的迂曲度。因此,预期井眼能量产生可以指示在计划的井身内发生钻井事故的概率的值。 [0032] 图4示出根据一些实施方案的使圆柱体300在计划的井身104内弯曲并保持圆柱体300在计划的井身104内的剖面立视图。此外,圆柱体300在实际井眼中的放置是理论执行,且图4不应被视为要求圆柱体300的实际放置作为根据示例性系统计算井眼能量的部分。此外,图4中的井身的迂曲度相对于井眼的直径高度扩大以便传达关于计算迂曲度的概念。图4示出地表100和地表下方的含烃地层102的一部分。实际井身490在含烃地层102内,其中圆柱体300插入在实际井身490内、在其内弯曲并保持在其内。 [0033] 在一些实施方案中,连同与井身相关联的迂曲度计算计算井眼能量。可以通过下述方程式(1)计算井身的迂曲度: [0034] [0035] 其中T为计算的井身迂曲度;α为界定为沿计划的或实际的井身的切线与垂线之间的角的在两个测量位置之间的井身的倾斜角;ΔD为关于全角变化率计算的在两个测量位置之间的距离;δi为测量位置i处的全角变化率值;且Di为测量位置i处的深度。在图4中所示的示例性实施方案中,测量位置D1与D2之间的倾斜角可以为零度,因为在所述测量位置之间井眼是垂直的,且界定在测量位置D1与D2之间的井眼的部分的全角变化率可以为零。相比之下,测量位置D3与D4之间的切线与垂线之间的角α402可以为约45度,且相对于弯曲区段204的曲率R1的半径,界定在测量位置D3与D4之间的井眼的部分的全角变化率可以为非零。举另一例来说,测量位置D5与D6之间的倾斜角可以为90度,因为在所述测量位置之间井眼是水平的,且界定在测量位置D5与D6之间的井身的部分的全角变化率可以为零。举最后一例来说,测量位置D7与D8之间的角α404可以为约120度(向上钻井),且界定在测量位置D7与D8之间的井眼的部分的全角变化率可以为非零且涉及曲率R2的半径。 [0036] 在继续之前,应了解,图4的测量位置仅是说明性的。在一些情况下,一部分或所有井眼逻辑上划分成具有预定和周期性间隔(例如,沿计划的或实际的井身间隔为100英尺,沿计划的或实际的井身间隔为500英尺)的测量位置。此外,每个测量位置可以与井口测量位置和井底测量位置相关联。例如,虽然测量位置D2为与D1/D2对相关联的井底位置,但测量位置D2可为与下一测量位置相关联的井口位置(其在图4中未具体示出),且迂曲度计算同样可以包括基于与界定在D2与下一周期性隔开的测量位置之间的井眼相关联的参数的分量。 [0037] 可以通过下述方程式(2)计算使圆柱体300在井身104内弯曲、在井身104内扭曲和保持圆柱体300在井身104内所要的井眼能量: [0038] [0039] 其中Eexp为预期井眼能量;n为沿井身的测量位置的总数量;κi为测量位置i处的井眼曲率(或全角变化率测量);τi为测量位置i处的扭矩;ΔDi为测量位置i处的深度的变化;Dn为勘测点i处的深度;且ΔDn为跨多个测量位置的深度的变化。 [0040] 在一个实施方案中,可以通过考虑单独计算的井眼能量值与单独计算的迂曲度实现预测钻井事故的发生。以下方程式示出组合井眼能量和迂曲度以达到指示钻井事故发生的值的一种示例性方法: [0041] [0042] 其中C为指示钻井事故发生的概率的组合值;A为指示指派给预期井眼能量的加权值的正、非零常数;Eexp为预期井眼能量;x为非零常数;B为指示指派给迂曲度的加权值的正、非零常数;T为井身迂曲度;y为非零常数;且Avg为平均运算。 [0043] 如果计算的井眼能量产生超过预定阈值的值,那么所述值可以指示在钻井开始时可能发生至少一个钻井事故的高于期望的概率。如果井眼能量值高于预定阈值,那么可以调整与计划的井身相关联的参数以使所述值达到期望水平。计划的井身参数的调整可以包括但不限于:调整计划的井身的至少一部分的轨迹;改变计划的井身的至少一部分的直径;或改变壳体可以安装的深度。 [0044] 在已调整涉及计划的井身104的一个或多个参数之后,可以重复迂曲度和井眼能量的计算,分析结果,且必要时可以再次调整参数。一旦计算产生可接受结果,那么可以对计划的井身开始钻井,如图5中所示。 [0045] 图5示出根据至少一些实施方案的含烃地层的一部分的剖面透视图。特定来说,图5示出位于现部分钻井的井眼500的端处的先前计划的井身104的一部分。在这个实例中,计划的井身104的其余未钻井区段可以与预期迂曲度502相关联(再次为了清楚起见扩大)。在钻井已开始之后,工程师可以决定使用与先前关于计划的井身104所述的方法相同的方法重新计算现部分钻井的井身的井眼能量。部分钻井的井眼能量可以为对关于井眼500的实际迂曲度和实际井眼能量与井身104的未钻井区段中的预期迂曲度和预期井眼能量进行的计算的组合。 [0046] 至于计划的井身104,如果部分钻井中探知的井眼能量值指示存在钻井事故发生的高于期望的可能性,那么可以进行调整。除与先前论述的计划的井身104的未钻井部分相关联的相似参数调整外,还可对井眼500进行额外调整。对井身的钻井区段和未钻井区段两者的调整可以包括但不限于:调整计划的井身的一部分的轨迹;改变计划的井身的至少一部分的直径;包围井眼的一部分;改变井眼的一部分的直径;或对井眼的一部分重新钻井。 [0047] 还可以通过下述方程式(4)计算可以用于测量坏事故的增大的风险的井眼有效能量索引或后续指示符: [0048] [0049] 其中EI为井眼有效能量索引;Eexp为井身的未钻井区段的预期井眼能量;且Eact为井身的钻井区段的实际计算的井眼能量。 [0050] 特定来说,在单一井或多个井的情况下,比较迂曲度和井眼能量任一者或两者的计算的预期值与实际测量的值,确立值趋势,且指派加权值。随着计算额外值,可以鉴于趋势值分析所述额外值,其中与趋势值的偏差可以提供涉及钻井事故发生的可能性的额外信息。 [0051] 除预测一个井身的钻井事故外,还可能使用以迂曲度索引的形式的方法的组合估计迂曲度,且因此预测钻井事故。特定来说,从已经历钻井事故的附近井探知的迂曲度值可以被搜集并分布到正态分布曲线中。 [0052] 头端迂曲度索引或指示标准化曲线之上端的值可以界定为头端对总体迂曲度数据的熵的比率,且可以通过下述方程式(5)来计算: [0053] [0054] 其中Eh为曲线的头端部分的熵;Er为整个曲线的熵;i为沿曲线的索引点,n为沿曲线的索引点的总数量;ph为沿曲线的头端部分发生x的概率;且pr为沿整个曲线发生x的概率。 [0055] 同样地,尾端迂曲度索引或指示标准化曲线之下端的值可以界定为尾端对总体迂曲度数据的熵的比率,且可以通过下述方程式(6)来计算: [0056] [0057] 其中Eh为曲线的尾端部分的熵;Er为整个曲线的熵;i为沿曲线的索引点,n为沿曲线的索引点的总数量;ph为沿曲线的尾端部分发生x的概率;且pr为沿整个曲线发生x的概率。 [0058] 在任一比率开始增大时,这个增大可以指示钻井事故发生的更高概率。 [0059] 除从计算井眼能量预测钻井事故的方法外,还可以协力地使用其它预测方法。例如,其它方法可以包括:最小二乘回归;神经网络;模糊系统;混合神经模糊系统;基于规则;基于案例;和决策树。此外,尽管本说明书已专注于计算一个井身的井眼能量,但可能还可以考虑单一井和多个井两者的钻井事故预测。即,所述系统可以基于以下各项实施机器学习以预测当前井的钻井事故的可能性:井眼能量和迂曲度的实时实际值、井身的未钻井部分的预期值;和来自已(未)经历钻井问题的附近“探边”井的实际值。例如,如果正对探边井钻井,且沿计划的井身进行钻井远于沿考虑之中的井眼钻井,且探边井经历钻井事故,那么总体系统可以从所述事故“学习”,且更新当前井的钻井事故预测。换句话说,在其它井中发生的事故可以改变甚至在当前井中的钻井的预测,而不管当前井眼的实际值和预期值未明显变化的事实。 [0060] 图6更详细地示出可以用于计算迂曲度和井眼能量且还可以用于计算指示钻井事故发生的概率值的计算机系统600。计算机系统600包括处理器602,且所述处理器借助于桥接器装置606耦接到显示装置610和主存储器604。可以在显示装置610上显示各种迂曲度和井眼能量值或钻井事故发生的概率。此外,处理器602可以借助于桥接器装置606耦接到长期存储装置608(例如,硬盘驱动器、固态磁盘、存储棒、光盘)。可由处理器602执行的程序可以存储在存储装置608上,且需要时由处理器602进行访问。在一些情况下,程序从存储装置608复制到主存储器604,且从主存储器604执行指令。因此,应认为主存储器604和存储装置608是计算机可读存储介质。 [0061] 图7示出描绘其中一些可以执行为在处理器上执行的程序的总体方法的流程图。所述方法开始于(方框700)计算计划的井身的预期井眼能量,由计算机系统进行所述计算(方框702);计算计划的井身的预期迂曲度(方框704);计算指示沿计划的井身钻井的钻井事故发生的概率的第一值,所述第一值基于预期井眼能量和预期迂曲度(方框706);和接着,如果第一值指示钻井事故概率小于预定阈值,那么沿计划的井身的至少第一部分对井眼钻井(方框708)。此后,所述方法结束(方框710)。 [0062] 至少一些实施方案为包括以下步骤的方法:计算计划的井身的预期井眼能量,由计算机系统进行所述计算;计算计划的井身的预期迂曲度;计算指示沿计划的井身钻井的钻井事故发生的概率的第一值,所述第一值基于预期井眼能量和预期迂曲度;和接着,如果第一值指示钻井事故概率小于预定阈值,那么沿计划的井身的至少第一部分对井眼钻井。 [0063] 其它实施方案还可以包括:如果第一值指示钻井事故概率大于预定阈值,那么在钻井之前调整与计划的井身相关联的参数。 [0064] 其它实施方案还可以包括调整选自由以下各项组成的组的至少一个参数:计划的井身的至少一部分的轨迹;计划的井身的至少一部分的直径;将在计划的井身的至少一部分的钻井期间使用的钻井流体;计划的井身的至少一部分的曲率;计划的井身的长度;和壳体将安装在计划的井身中的深度。 [0065] 其它实施方案还可以包括:计算井眼的实际井眼能量,由计算机系统进行所述计算;组合实际井眼能量与预期井眼能量的一部分,预期井眼能量的所述部分可归属于井身的第二部分,第二部分对应于计划的井身的未钻井的部分,且所述组合创建组合的井眼能量值;计算指示沿计划的井身的第二部分钻井的钻井事故发生的概率的第二值,所述第二值基于组合的井眼能量值;和接着,如果第二值指示钻井事故概率小于预定阈值,那么沿计划的井身的第二部分对井眼钻井。 [0066] 其它实施方案还可以包括:如果第二值指示钻井事故概率大于预定阈值,那么在沿计划的井眼路径的第二部分钻井之前调整与计划的井身的第二部分相关联的参数。 [0067] 其它实施方案还可以包括:在沿计划的井眼路径的第二部分钻井之前,改变井眼的特征。 [0068] 其它实施方案还可以包括改变井眼的特征,其中改变的特征选自由以下各项组成的组:包围井眼的一部分;改变井眼的一部分的直径;对井眼的一部分重新钻井。 [0069] 其它实施方案可以为包括以下各项的计算机系统:处理器;存储器,其耦接到处理器;显示装置,其耦接到处理器;其中存储器存储程序,所述程序在由处理器执行时促使处理器进行以下步骤:计算计划的井身的预期井眼能量;计算计划的井身的预期迂曲度;和接着计算指示沿计划的井身钻井的钻井事故发生的概率的第一值,所述第一值基于预期井眼能量和预期迂曲度。 [0070] 所述程序还可以促使处理器:计算井眼的实际井眼能量;组合实际井眼能量与预期井眼能量的一部分,预期井眼能量的所述部分可归属于井身的第二部分,所述第二部分对应于计划的井身的未钻井部分,且所述组合创建组合的井眼能量值;和接着计算指示沿计划的井身的第二部分钻井的钻井事故发生的概率的第二值,所述第二值基于组合的井眼能量值。 [0071] 其它实施方案为存储指令的计算机可读介质,所述指令在由处理器执行时促使处理器进行以下步骤:计算计划的井身的预期井眼能量;计算计划的井身的预期迂曲度;和接着计算指示沿计划的井身钻井的钻井事故发生的概率的第一值,所述第一值基于预期井眼能量和预期迂曲度。 [0072] 所述程序还可以促使处理器:计算井眼的实际井眼能量;组合实际井眼能量与预期井眼能量的一部分,预期井眼能量的所述部分可归属于井身的第二部分,所述第二部分对应于计划的井身的未钻井部分,且所述组合创建组合的井眼能量值;和接着计算指示沿计划的井身的第二部分钻井的钻井事故发生的概率的第二值,所述第二值基于组合的井眼能量值。 [0073] 应注意,虽然理论上可能通过人仅使用笔和纸执行上述一些或所有计算,但这些任务的基于人的执行的时间测量的范围可以从人时到人年(如果没有更多的话)。因此,本段应用作对现存或后期添加的任何权利要求限定的支持,陈述用于执行本文中所述的任何任务的时段小于用手执行任务所要的时间、小于用于用手执行任务的时间的一半且小于用于用手执行任务的时间的四分之一,其中“用手”应指代专用笔和纸执行作业。 [0074] 从本文中所提供的描述,本领域的技术人员能够轻易地组合如所述般创建的软件与适当通用或专用计算机硬件以创建根据各种实施方案的计算机系统和/或计算机子组件,以创建用于实行各种实施方案的方法的计算机系统和/或计算机子组件,和/或创建存储软件程序以实施各种实施方案的方法方面的非暂时性计算机可读介质(即,非载波)。 [0075] 对“一个实施方案”、“实施方案”、“一些实施方案”、“各种实施方案”等的引用指示在本发明的至少一个实施方案中包括特定元件或特性。尽管该短语可以出现在不同地方,但该短语未必指代相同实施方案。 [0076] 上文论述是本发明的原理和各种实施方案的示例。一旦完全明白上文公开内容,那么众多变动和修改将对本领域的技术人员变得显而易见。例如,虽然已在计算井身的迂曲度值和计算井身的井眼值的方面描述了各种实施方案,但这种情况不应被解读为限制所述实施方案中的一个或多个的范围–相同技术可以用于其它实施方案。下文权利要求书旨在被解释为涵盖所有这些变动和修改。 |