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井建造通信和控制

阅读：918发布：2020-05-11

专利汇可以提供井建造通信和控制专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且关于第一处理系统的装备和方法，其中所述第一处理系统可操作以接收由第二处理系统制定的工作计划并实施该工作计划，包括基于该工作计划为装备控制器生成命令。第一处理系统可操作以通过网络将命令传送到控制器以由控制器执行。第一处理系统可操作以迭代地(i)在由所述控制器执行命令期间通过网络监视井建造系统的当前状况；(ii)更新该工作计划的实施，包括在当前的井建造系统状况指示与实施的偏差时，基于工作计划和当前的井建造系统状况为控制器生成更新的命令；以及(iii)通过网络将更新的命令传送到控制器，以由控制器执行。，下面是井建造通信和控制专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种设备，包括：
第一处理系统，该第一处理系统包括处理器和包含计算机程序代码的存储器，其中，所述第一处理系统是可操作的以：
接收由第二处理系统制定的工作计划；和
实施该工作计划，包括基于该工作计划为一个或多个装备控制器生成命令，其中一个或多个装备控制器是可操作的以控制井建造系统的装备；
通过网络将命令传送到一个或多个装备控制器，以由一个或多个装备控制器执行该命令；和
迭代地：
在由一个或多个装备控制器执行命令期间，通过网络监视井建造系统的当前状况；
更新该工作计划的实施，包括当井建造系统的当前状况指示与实施的偏差时，基于该工作计划和基于该井建造系统的当前状况为一个或多个装备控制器生成更新的命令；和通过网络将更新的命令传送到一个或多个装备控制器，以由一个或多个装备控制器执行该更新的命令。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一处理系统包括专用资源，该专用资源包括所述处理器的至少一部分和所述存储器的至少一部分，并且其中所述专用资源专用于监视所述井建造系统的当前状况，更新所述实施，以及传送该更新的命令。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述工作计划包括具有通用操作的参数的限定约束的通用操作。
4.根据权利要求1所述的设备，还包括所述第二处理系统，其中所述第二处理系统包括处理器和包含计算机程序代码的存储器，且其中所述第二处理系统是可操作的以：
基于井建造系统的当前状况制定该工作计划；
将该工作计划传送到第一处理系统；和
迭代地：
在由一个或多个装备控制器执行命令期间，通过网络监视井建造系统的当前状况；
当井建造系统的当前状况指示与该工作计划的偏差时，更新该工作计划；和将该更新的工作计划传送到第一处理系统。
5.根据权利要求1所述的设备，还包括所述网络，其中：
该网络包括通用数据总线；
经由通用数据总线使井建造系统的当前状况可获得；和
第一处理系统是可操作的以经由通用数据总线监视井建造系统的当前状况。
6.根据权利要求5所述的设备，还包括第三处理系统，该第三处理系统通信地联接到所述网络且包括处理器和包含计算机程序代码的存储器，其中所述第三处理系统是可操作的以转换所述通用数据总线与所述一个或多个装备控制器之间的通信，其中该通信包括命令和井建造系统的当前状况。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述第三处理系统是可操作的以在多个预定协议中的一个或多个与所述通用数据总线上使用的通用协议之间转换所述通信。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述井建造系统的当前状况包括从所述一个或多个装备控制器传送来的传感器数据、状态数据或其组合，或由该传感器数据、状态数据或其组合指示。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述井建造系统的装备选自由钻机控制系统的装备、钻井流体循环系统的装备、管理的压力钻井系统的装备、固井系统的装备和钻机行走系统的装备组成的组。
10.一种设备，包括：
网络；
一个或多个装备控制器，该一个或多个装备控制器通信地联接到所述网络并且可操作以控制井建造系统的装备；
第一处理系统，该第一处理系统通信地联接到所述网络并且包括处理器和包含计算机程序代码的存储器，其中第一处理系统是可操作的以：
基于井建造系统的当前状况制定工作计划；和
通过网络传送工作计划；和
第二处理系统，该第二处理系统可通信地联接到所述网络并且包括处理器和包含计算机程序代码的存储器，其中该第二处理系统是可操作的以：
通过网络接收该工作计划；
实施该工作计划，包括基于该工作计划为一个或多个装备控制器生成命令；
通过网络将命令传送到一个或多个装备控制器，以由一个或多个装备控制器执行该命令；和
迭代地：
在由一个或多个装备控制器执行命令期间，通过网络监视井建造系统的当前状况；
更新该工作计划的实施，包括当井建造系统的当前状况指示与实施的偏差时，基于该工作计划和基于井建造系统的当前状况为一个或多个装备控制器生成更新的命令；和通过网络将更新的命令传送到一个或多个装备控制器，以由一个或多个装备控制器执行更新的命令。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述第二处理系统包括专用资源，该专用资源包括所述处理器的至少一部分和所述存储器的至少一部分，并且其中所述专用资源专用于监视所述井建造系统的当前状况，更新所述实施，以及传送该更新的命令。
12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述第一处理系统是可操作的以迭代地：
在由一个或多个装备控制器执行该命令期间，通过网络监视井建造系统的当前状况；
当井建造系统的当前状况指示与工作计划的偏差时，更新该工作计划；和通过网络传送该更新的工作计划。
13.根据权利要求10所述的设备，其中，
该网络包括通用数据总线；
经由通用数据总线使井建造系统的当前状况可获得；和
第二处理系统是可操作的以经由通用数据总线监视井建造系统的当前状况。
14.根据权利要求13所述的设备，还包括第三处理系统，该第三处理系统通信联接到所述网络并且包括处理器和包含计算机程序代码的存储器，其中，所述第三处理系统是可操作的以转换所述通用数据总线与所述一个或多个装备控制器之间的通信，其中所述通信包括命令和井建造系统的当前状况。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述第三处理系统是可操作的以在多个预定协议中的一个或多个与所述通用数据总线上使用的通用协议之间转换所述通信。
16.一种方法，包括：
操作第一处理系统，该第一处理系统包括处理器和包含计算机程序代码的存储器，其中，操作第一处理系统包括：
接收由第二处理系统制定的工作计划；和
实施该工作计划，包括基于该工作计划为一个或多个装备控制器生成命令，其中，一个或多个装备控制器是可操作的以控制井建造系统的装备；
通过网络将命令传送到一个或多个装备控制器，以由一个或多个装备控制器执行该命令；和
迭代地：
在由一个或多个装备控制器执行命令期间，通过网络监视井建造系统的当前状况；
更新该工作计划的实施，包括当井建造系统的当前状况指示与实施的偏差时，基于该工作计划和基于井建造系统的当前状况为一个或多个装备控制器生成更新的命令；和通过网络将更新的命令传送到一个或多个装备控制器，以由一个或多个装备控制器执行更新的命令。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一处理系统包括专用资源，该专用资源包括所述处理器的至少一部分和所述存储器的至少一部分，并且其中所述专用资源专用于监视所述井建造系统的当前状况，更新所述实施，以及传送该更新的命令。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括操作所述第二处理系统，该第二处理系统包括处理器和包含计算机程序代码的存储器，其中，操作所述第二处理系统包括：
基于井建造系统的当前状况制定该工作计划；
将工作计划传送至第一处理系统；和
迭代地：
在由一个或多个装备控制器执行该命令期间，通过网络监视井建造系统的当前状况；
当井建造系统的当前状况指示与该工作计划的偏差时，更新该工作计划；和将更新的工作计划传送给第一处理系统。
19.根据权利要求16所述的方法，其中：
该网络包括通用数据总线；
经由通用数据总线使井建造系统的当前状况可获得；和
通过第一处理系统监视井建造系统的当前状况是经由通用数据总线。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括操作第三处理系统，该第三处理系统通信地联接到所述网络且包括处理器和包含计算机程序代码的存储器，其中操作所述第三处理系统包括在所述通用数据总线与所述一个或多个装备控制器之间转换通信，其中该通信包括命令和井建造系统的当前状况。

说明书全文

井建造通信和控制

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本文献基于并要求于2017年6月13日提交的美国申请序列号:15/621,107的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

背景技术

[0003] 在油气井的钻井中，使用钻机通过将井眼钻入地层中以到达油气沉积物(例如，烃沉积物)来形成井。在钻井过程中，随着井眼深度的增加，钻柱的长度和重量也会增加。钻柱可包括若干段钻杆、井底钻柱件以及用于形成井的其他工具。随着井眼深度的增加，可以通过增加附加段的钻杆来增加钻柱的长度。钻机的各种部件可用于将钻柱推进到地层中。发明内容

[0004] 提供该发明内容以介绍在以下详细描述中进一步描述的构思的选择。本发明内容既不旨在标识所要求保护的主题的必不可少的特征，也不旨在用作限制所要求保护的主题的范围的帮助。

[0005] 本公开内容介绍了一种设备，该设备包括第一处理系统，该第一处理系统具有处理器和包括计算机程序代码的存储器。第一处理系统可操作以接收由第二处理系统制定的工作计划，并实施该工作计划，包括基于工作计划为一个或多个装备控制器生成命令。一个或多个装备控制器可操作以控制井建造系统的装备。第一处理系统还可操作以通过网络将命令传送到一个或多个装备控制器，以由一个或多个装备控制器执行该命令。第一处理系统也是可操作的以迭代地：(i)在由一个或多个装备控制器执行命令期间，通过网络监视井建造系统的当前状况；(ii)更新该工作计划的实施，包括当井建造系统的当前状况指示与工作计划的实施的偏差时，基于该工作计划和井建造系统的当前状况为一个或多个装备控制器生成更新的命令；以及(iii)通过网络向一个或多个装备控制器发送更新的命令，以由一个或多个装备控制器执行更新的命令。

[0006] 本公开还介绍了一种设备，该设备包括网络、可通信地联接到网络并且可操作以控制井建造系统的装备的一个或多个装备控制器，以及第一处理系统，该第一处理系统可通信地联接到网络并且具有处理器和包括计算机程序代码的存储器。第一处理系统可操作以基于井建造系统的当前状况制定工作计划，并通过网络传送该工作计划。该设备还包括第二处理系统，该第二处理系统通信地联接到网络并且具有处理器和包括计算机程序代码的存储器。第二处理系统可操作以通过网络接收该工作计划，实施工作计划，包括基于该工作计划为一个或多个装备控制器生成命令，以及通过网络将命令传送至一个或多个装备控制器，用于由一个或多个装备控制器执行该命令。第二处理系统也是可操作的以迭代地：(a)在由一个或多个装备控制器执行命令期间，通过网络监视井建造系统的当前状况；(b)更新该工作计划的实施，包括当井建造系统的当前状况指示与工作计划的偏差时，基于该工作计划和井建造系统的当前状况为一个或多个装备控制器生成更新的命令；以及(c)通过网络将更新的命令传送到一个或多个装备控制器，以由一个或多个装备控制器执行更新的命令。

[0007] 本公开还介绍了一种方法，该方法包括操作第一处理系统，该第一处理系统包括处理器和包含计算机程序代码的存储器。操作第一处理系统包括接收由第二处理系统制定的工作计划；实施该工作计划，包括基于该工作计划为一个或多个装备控制器生成命令。该一个或多个装备控制器可操作以控制井建造系统的装备。操作第一处理还包括通过网络将命令传送到一个或多个装备控制器，以由一个或多个装备控制器执行该命令。操作第一处理还包括迭代地：(i)在由一个或多个装备控制器执行命令期间，通过网络监视井建造系统的当前状况；(ii)更新该工作计划的实施，包括当井建造系统的当前状况指示与实施的偏差时，基于该工作计划和井建造系统的当前状况为一个或多个装备控制器生成更新的命令；以及(iii)通过网络将更新的命令传送到一个或多个装备控制器，以由该一个或多个装备控制器执行该更新的命令。

[0008] 本公开的这些和另外的方面在以下描述中阐述，和/或可以由本领域普通技术人员通过阅读本文的材料和/或实践本文描述的原理来习得。本公开的至少一些方面可以经由所附权利要求中描述的手段来实现。附图说明

[0009] 当结合附图阅读时，从以下详细描述可以理解本公开。要强调的是，根据行业中的标准实践，各种特征未按比例绘制。实际上，为了讨论清楚起见，各种特征的尺寸可以任意增加或减小。

[0010] 图1是根据本公开的一个或多个方面的设备的示例实施方式的至少一部分的示意图；

[0011] 图2是根据本公开的一个或多个方面的设备的示例实施方式的至少一部分的示意图；

[0012] 图3是根据本公开的一个或多个方面的设备的示例实施方式的至少一部分的示意图；

[0013] 图4是根据本公开的一个或多个方面的方法的示例实施方式的至少一部分的流程图；

[0014] 图5是根据本公开的一个或多个方面的方法的示例实施方式的至少一部分的流程图；

[0015] 图6是根据本公开的一个或多个方面的方法的示例实施方式的至少一部分的流程图；

[0016] 图7是根据本公开的一个或多个方面的设备的示例实施方式的至少一部分的示意图；

[0017] 图8是根据本公开的一个或多个方面的设备的示例实施方式的至少一部分的示意图。

具体实施方式

[0018] 应当理解，以下公开内容提供了许多不同的实施例或示例，用于实现各个实施例的不同特征。以下描述部件和布置的特定示例以简化本公开。当然，这些仅仅是示例，而无意于进行限制。另外，本公开可以在各个示例中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简单和清楚，并且其本身并不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。

[0019] 根据本公开的一个或多个方面的系统、方法和/或过程可以结合井场处的建造例如井眼的建造使用或执行以从地层获得烃(例如，油和/或天然气)，包括钻出井眼。例如，可以在石油和天然气工业中钻出井眼的背景下描述本公开的一些方面，尽管本公开的一个或多个方面也可以或替代地用于其他系统中。用于建造井场的各种子系统可以具有传感器和/或可控制部件，这些传感器和/或可控制部件通信地联接至一个或多个装备控制器(EC)。EC可以包括可编程逻辑控制器(PLC)、工业计算机、基于个人计算机的控制器、软PLC等，和/或示例的控制器，其配置为且可操作的以(1)执行环境状态的检测和/或(2)控制设备。传感器和各种其他部件可以将传感器数据和/或状态数据发送到EC，并且可控制部件可以从EC接收命令以控制可控制部件的操作。本文公开的一个或多个方面可以允许不同子系统的EC之间通过虚拟网络和/或通用数据总线进行通信。传感器数据和/或状态数据可以通过虚拟网络和通用数据总线在不同子系统的EC之间进行通信。另外，协调的控制器可以实施控制逻辑以通过虚拟网络和通用数据总线向各种EC发出命令，从而控制一个或多个可控制部件的操作。示例实施方式的附加细节在下面描述。本领域普通技术人员将容易地理解，本文公开的系统和方法和/或过程的一个或多个方面可以在包括其他系统的其他上下文中使用。

[0020] 图1是根据本公开的一个或多个方面的可用于在井场处将井眼104钻入地下地层102中的井建造系统100的示例实施方式的至少一部分的示意图。钻柱106穿透井眼104并且包括井底组件(BHA)108，该井底组件包括或机械地和液压地联接至钻头110。井建造系统
100包括竖杆114(其一部分在图1中示出)，其从竖立在井眼104之上的钻机底板112延伸。顶部驱动器116从竖杆114悬挂，并且可拆卸地、机械地并且液压地联接至钻柱106。顶部驱动器116提供旋转力(例如，扭矩)，以在将钻柱106推进到地层102中以形成井眼104时驱动钻柱106的旋转运动。

[0021] 顶部驱动器116经由提升装备从竖杆114悬挂。提升装备包括带有钩或其他器件120的游车(traveling block)118，所述钩或其他器件用于将游车118机械地联接到顶部驱动器116。该提升装备还包括附接到竖杆114的天车(crown block)122、锚固到钻机底板112并包括滚筒125的绞车124、附接到钻机底板112的死绳锚固器126和钻绳128，该钻绳从死绳锚固器126围绕天车122和游车118并延伸到绞车124，其中多余的长度围绕滚筒125缠绕。钻绳128的从死绳锚固器126延伸到天车122的部分被称为死绳130(其一部分在图1中以虚线示出)。

[0022] 天车122和游车118共同包括滑轮系统或槽轮系统，钻绳128围绕该滑轮系统或槽轮系统穿过。绞车124包括滚筒125和发动机、马达或其他主移动器(未示出)。绞车124还可以包括控制系统和/或一个或多个制动器，例如机械制动器(例如盘式制动器)、电动制动器等，尽管主移动器和/或控制系统可以替代地提供制动功能。绞车124的主移动器驱动滚筒125旋转并卷入钻绳128，这导致游车118和顶部驱动器116向上移动离开钻机底板112。绞车
124可以通过使用主移动器和控制系统控制滚筒125的旋转，和/或通过脱开主移动器(例如使用离合器)和脱开和/或操作一个或多个制动器来控制钻绳128的释放而放出钻绳128。将钻绳128从绞车124上退绕使游车118和顶部驱动器116朝向钻机底板112向下移动。

[0023] 在本公开的范围内的实施方式包括基于陆地的钻机，如图1所示，以及离岸实施方式。在离岸实施方式中，提升装备还可包括在竖杆114和天车122之间和/或在游车118和钩120之间的运动或升沉补偿器，以及其他可能的附加部件。

[0024] 顶部驱动器116包括驱动轴132、具有吊卡136的管道处理组件134以及图1中未示出的各种其他部件，例如主移动器和抓取器。钻柱106机械地联接至驱动轴132(例如，在钻柱106与驱动轴132之间具有或不具有短节保护器(sub saver))。主移动器例如通过齿轮箱或传动装置来驱动驱动轴132，以旋转驱动轴132，从而使钻柱106旋转。管道处理组件134和吊卡136允许顶部驱动器116处理管件(例如钻杆和/或套管的单、双、三立柱)，其没有机械地联接到驱动轴132)。抓取器包括夹具，当上扣和/或卸扣管件与驱动轴132的连接时该夹具会夹在管件上。引导系统(例如，辊、齿条-和-小齿轮元件和/或其他机构)可包括固定在竖杆114上或与之成一体的引导件140，以及小车138，该小车与顶部驱动器116为一体的或以其他方式承载顶部驱动器116在引导件140上上下移动。引导系统可提供扭矩反作用，例如，以防止主移动器旋转驱动轴132时的顶部驱动器116的旋转。引导系统还可或替代地帮助保持顶部驱动器116与钻机底板112中的开口113对准，钻柱106延伸穿过该开口。

[0025] 钻井流体循环系统将油基泥浆(OBM)、水基泥浆(WBM)和/或其他钻井流体循环到钻头110。泵142通过例如排出管线144、竖管146和软管148输送钻井流体至顶部驱动器116的端口150。然后，钻井流体通过钻柱106传导至钻头110，并通过钻头110中的端口退出进入井眼104。然后，钻井流体通过限定在钻柱106的外部与井眼104的壁(或者，如果适用的话，安装在井眼104中的套管的壁)之间的环带152向上循环。以这种方式，当钻井流体循环时，钻井流体润滑钻头110并且将地层钻屑带到地面。

[0026] 在地面处，钻井流体可以被处理用于再循环。例如，钻井流体可以流过防止器154和钟形接套(nipple)156，该钟形接套将钻井流体转向到回流管线158。回流管线158可以将钻井流体引导到页岩振动器160，该页岩振动器从钻井流体去除了至少大的地层岩屑。钻井流体然后可以被引导至修复装备162，诸如可以从钻井流体中去除气体和/或较细的地层岩屑。修复装备162可包括除泥器、除砂器、除气器和/或其他部件。

[0027] 在通过修复装备162进行处理之后，钻井流体可以被输送到一个或多个泥浆箱164。中间泥浆箱也可以用于在页岩振动器160和/或各种泥浆振动器160之前和/或之后保持钻井流体。泥浆箱164可包括搅拌器，以帮助维持其中所容纳的钻井流体的均匀性(例如，均质性)。料斗(未示出)可以设置在泥浆箱164和泵142之间的流动管线中，以将诸如苛性苏打的添加剂分散在钻井流体中。

[0028] 走道166可用于将管件从地面水平输送到钻机底板112。走道166具有水平部分167和在水平部分167和钻机底板112之间延伸的倾斜部分168。溜鞋169可以定位在走道166的水平和倾斜部分中的凹槽和/或其他对准器件中。溜鞋169可以由绳索、链条、皮带和/或其他滑轮系统(未示出)沿着凹槽被驱动，从而将管件向上沿着走道166的倾斜部分168推动到钻机底板112处或附近的位置，以便随后由顶部驱动器116的吊卡136和/或其他管道处理器件进行接合。然而，用于将管间从地面转移到钻机底板112的其他器件也在本公开的范围内。一个或多个管架(未示出)也可以邻接走道166的水平部分167，并且可以包括管状输送单元和/或用于以机械和/或自动化的方式将管件传送到走道166的水平部分167的其他器件，或与之结合操作。

[0029] 铁钻工170也设置在钻机底板112上。铁钻工170包括旋转系统172和扭矩扳手，该扭矩扳手包括下部抓具174和上部抓具176。铁钻工170是可移动的(例如，以平移运动178)以接近钻柱106(例如，用于上扣和/或卸扣钻柱106的连接)并移离钻柱106。旋转系统172施加低扭矩旋转以螺纹接合或脱开钻柱106的管件之间的螺纹连接，并且扭矩扳手施加更大的扭矩以最终上扣或最初卸扣螺纹连接。

[0030] 手动的、机械的和/或自动的卡瓦180也布置在钻机底板112上和/或中。钻柱106延伸穿过卡瓦180。在卡瓦180的机械和/或自动化的实施方式中，卡瓦180可以在打开位置和闭合位置之间进行操作。在打开位置，卡瓦180允许钻柱106穿过卡瓦180前进。在闭合位置，卡瓦180夹紧钻柱106以防止钻柱106的前进，包括用足够的力来支撑悬挂在井眼104中的钻柱106的重量。

[0031] 为了形成井眼104(例如，“打孔”)，提升装备降低顶部驱动器116，并且因此使钻柱106从顶部驱动器116悬挂，同时顶部驱动器116旋转钻柱106。在钻柱106的前进期间，卡瓦
180处于打开位置，并且铁钻工170离开钻柱106。当钻柱106中的管件的接近上部驱动器116的上端靠近卡瓦180时，提升装备停止顶部驱动器116的向下运动，顶部驱动器116停止旋转钻柱106，并且卡瓦180闭合以夹紧钻柱106。顶部驱动器116的抓取器夹紧管件的上扣到驱动轴132的上部部分。驱动轴132经由顶部驱动器116的主移动器的操作被驱动，以卸扣驱动轴132与钻柱106之间的连接。然后，顶部驱动器116的抓取器释放钻柱106的管件，并且提升装备将顶部驱动器116抬高，使其脱离从卡瓦180向上延伸的钻柱106的“柱端”。

[0032] 然后，经由走道166的操作，使顶部驱动器116的吊卡136远离钻柱106朝向另一个向上延伸穿过钻机底板112的管件枢转。然后操作吊卡136和提升装备以用吊卡136抓住附加的管件。然后，提升装备将附加的管件提升，然后操作吊卡136和提升装备以对准并降低附加的管件的底端，以接近柱端的上端。

[0033] 铁钻工170向钻柱106移动178，下部抓具174夹在钻柱106的柱端上。然后，旋转系统172旋转悬挂的管件，使带螺纹的(例如，公的)连接器与柱端的顶端处的螺纹(例如母)连接器接合。这样的旋转持续直到达到预定的扭矩、旋转次数、附加管件相对于柱端的竖直位移和/或其他操作参数。然后，上部抓具176以足以完成与柱端的上扣连接的更大的扭矩夹紧并旋转附加管件。以此方式，附加的管件成为钻柱106的一部分。铁钻工170随后释放钻柱106，并且移动178离开钻柱106。

[0034] 然后，顶部驱动器116的抓取器紧靠钻柱106的上端抓住钻柱106。驱动轴132移动到与钻柱106的上端接触，并经由主移动器的操作旋转到在钻柱106和驱动轴132之间形成连接。抓取器然后释放钻柱106，并且卡瓦180移动到打开位置。然后可以继续进行钻井。

[0035] 图1还描绘了设置在钻机底板112上的管道处理操纵器(PHM)182和指板184，尽管在本公开范围内的其他实施方式可以包括位于其他地方或被排除在外的PHM 182和指板184之一或两者。指板184提供管件194的存储(例如，临时存储)，使得PHM 182可以被操作以从指板184转移管件194，用于在钻井或下钻操作期间包括在钻柱106中，而不是来自于走道
166，并且类似地，用于在起钻操作期间将从钻柱106移走的管件194传送到指板184。

[0036] PHM 182包括臂和夹具186，其可共同操作以抓握并夹紧在管件194上，同时PHM 182使管件194往返于钻柱106、指板184和走道166转移。PHM 182围绕PHM 182的轴沿至少一个平移方向188和/或旋转方向190是可移动的。PHM182的臂可以沿方向192延伸和缩回。

[0037] 经由走道166传送到钻机底板112的管件194(例如，用于随后通过吊卡136和/或PHM 182转移到钻柱106和/或指板184)可以是单个接头和/或双接头或三接头立柱，例如可以在被送入走道166之前被组装。在其他实施方式中，走道166可以包括用于产生/断开该多接头立柱的器件。

[0038] 还可以经由两个或更多个顶部驱动器116、绞车124、吊卡136、走道166、铁钻工170、卡瓦180和PHM182的协同操作来上扣和/或卸扣多接头立柱。例如，走道166可以将第一接头(钻杆、套管等)定位成在钻机底板112上方或接头可以由吊卡136抓住的其他取向上延伸。然后，驱动器116、绞车124和吊卡136可以协作地将第一接头转移到井眼104中，在此处，卡瓦180可以保持第一接头。走道166然后可以定位将与第一接头上扣的第二接头。然后，顶部驱动器116、绞车124和吊卡136可以协作地转移第二接头以接近从卡瓦180向上延伸的第一接头的上端。然后，铁钻工170可以将第一接头和第二接头上扣以形成双立柱。然后，顶部驱动器116、绞车124、吊卡136和卡瓦180可以协作地将双立柱更深地移动到井眼104中，并且卡瓦180可以保持双立柱，使得第二接头的上端向上延伸。如果预期的钻井、套管或其他操作要利用三个立柱，则走道166可随后定位第三接头以在钻机底板112上方延伸，并且然后，顶部驱动器116、绞车124和吊卡136可协作地转移第三接头以接近从卡瓦180向上延伸的第二接头的上端。然后，铁钻工170可以上扣第二和第三接头以形成三立柱。然后，顶部驱动器116(或吊卡136)和绞车124可协作地将双或三立柱从井眼104中提升。然后，PHM182可将立柱从顶部驱动器116(或吊卡136)转移到指板184，立柱可以存放在这里，直到被PHM
182取回以进行钻井、套管和/或其他操作。组装立柱的过程通常可以相反地进行以拆卸立柱。

[0039] 功率分配中心196也位于井场。功率分配中心196包括一个或多个发电机、一个或多个AC-DC功率转换器、一个或多个DC-AC功率逆变器、一个或多个液压系统、一个或多个气动系统等，或它们的组合。功率分配中心196可以将AC和/或DC电功率分配给井建造系统100的各种马达、泵和其他部件。类似地，功率分配中心196可以将气动和/或液压功率分配给井建造系统100的各种部件。功率分配中心196的部件可以集中在钻井建造系统100中，或者可以分布在钻井建造系统100内的几个位置中。

[0040] 控制中心198也位于井场。控制中心198容纳井建造系统100的网络的一个或多个处理系统。下面描述井建造系统100的网络的细节。通常，井建造系统100的各种设备，例如钻井流体循环系统、提升装备、顶部驱动器116、PHM 182、走道166等，可以具有各种传感器和控制器来监视和控制该设备的操作。另外，控制中心198可以从BHA 108的模块和/或部件接收有关地层和/或井下条件的信息。

[0041] BHA 108可以包括具有各种能力的各种部件，例如测量、处理和存储信息。BHA 108可以包括用于与控制中心198通信的遥测装置109。图1中所示的BHA 108被描绘为具有在某些模块中有特定部件的模块化构造。然而，BHA 108可以是整体的，或者其选择部分可以是模块化的。其中的模块和/或部件可以以各种配置放置在BHA 108中。

[0042] 例如，BHA 108可以包括一个或多个随钻测量(MWD)模块200，其可以包括可操作以测量井眼轨迹、井眼温度、井眼压力和/或其他示例性质的工具。BHA 108可以包括一个或多个随钻测井(LWD)模块202，其可以包括可操作以测量地层参数和/或流体性质例如电阻率、孔隙率、渗透率、声速、光密度、压力、温度和/或其他示例性质的工具。BHA 108可包括一个或多个随钻采样(SWD)模块204，用于通过BHA 108传送地层流体并获得地层流体的样本。SWD模块204可以包括仪表、传感器、监视器和/或也可以用于井下采样和/或测试地层流体的其他装置。

[0043] 本领域普通技术人员将容易理解，除了图1所示的示例之外的井建造系统可以包括比本文所述和/或附图中描绘的设备更多、更少和/或不同的设备，但是仍可以在本公开的范围内。另外，本公开范围内的井建造系统的各种设备和/或系统可以包括比本文所述和/或附图所示更多、更少和/或不同的设备。例如，在本公开的范围内，在设备和/或系统的其他实施方式中可以包括在本文中未描述和/或在附图中未示出的各种发动机、马达、液压系统、致动器、阀等。在本公开的范围内的井建造系统也可以被实施为陆基钻机或离岸钻机。

[0044] 在本公开的范围内的井建造系统的装备和/或系统可以经由陆基可移动车辆(例如卡车和/或拖车)转移。例如，竖杆114、PHM 182(和相关的框架)、绞车124、指板184、功率分配中心196、控制中心198、泥浆箱164(以及相关的泵142、页岩振动器160和修复装备162)，以及走道166，在其他示例中，可以每个都通过单独的卡车和拖车组合进行转移。一些设备和/或系统可能是可折叠的，以适应拖车上的转移。例如，竖杆114、指板184、走道166和/或其他设备和/或系统可以是伸缩的、折叠的和/或可折叠的。其他设备和/或系统可以通过其他技术折叠，或者可以出于转移目的而分成子部件。

[0045] 图2是根据本公开的一个或多个方面的可操作以在井场处将井眼104钻入地下地层102中的井建造系统250的另一示例实施方式的至少一部分的示意图。分别在图1和图2的井建造系统100和250之间，某些部件和那些部件的操作是通用的(如使用通用附图标记所指示的)。因此，为简洁起见，这里可以省略对通用部件的描述，尽管本领域普通技术人员将容易地理解图2的建造系统250中的部件及其操作。

[0046] 旋转件256和方钻杆254经由提升装备从竖杆114悬挂。钩120与旋转件256机械地联接，尽管用于将游车118与旋转件256联接的其他器件也在本公开的范围内。方钻杆254可拆卸地机械地联接到钻柱106。方钻杆旋转器位于方钻杆254和旋转件256之间，尽管未具体示出。方钻杆254穿过钻机底板112中的主衬套(未具体示出)和与主衬套和方钻杆254接合的方钻杆衬套258延伸穿过开口253。钻台底板112包括包括主衬套的旋转台和主移动器。旋转台的主移动器通过主衬套和方钻杆衬套258提供旋转力来驱动钻柱106的旋转运动以形成井眼104。

[0047] 类似于以上关于图1所描述的，泵142通过例如排出管线144、竖管146和软管148将钻井流体输送到旋转件256的端口257。然后，钻井流体通过方钻杆254和钻柱106被引导至钻头110。

[0048] 尽管未示出，但是钳子、猫头和/或旋转扳手或绞盘旋转系统可用于上扣和/或卸扣管件的连接。绞盘旋转系统可以包括由绞盘驱动的链、绳等。旋转扳手或绞盘旋转系统是可操作的以施加低扭矩旋转，以上扣和/或卸扣钻柱106的管件之间的螺纹连接。例如，通过绞盘旋转系统，铁钻工可以围绕管件缠绕链条，链条由绞盘拉动以旋转管件从而上扣和/或卸扣连接。钳子和猫头可以用来施加更大的扭矩，以上扣和/或卸扣螺纹连接。例如，铁钻工可以将钳子手动地施加到管件上，并且机械地联接到钳子上的猫头(例如通过链条)可以施加高扭矩以上扣和/或卸扣螺纹连接。

[0049] 当上扣和/或卸扣连接时，可移除的卡瓦可用于固定钻柱106。例如，操作人员可以在钻柱106和钻机底板112和/或旋转台的主衬套之间放置卡瓦，以在上扣和/或卸扣期间将钻柱106悬挂在井眼104中。

[0050] 为了形成井眼104(例如，“打孔”)，提升装备降低钻柱106，同时旋转台的主移动器经由主衬套和方钻杆衬套258使钻柱106旋转。在钻柱106的该前进期间，从开口253上移除可移除的卡瓦，钳子离开钻柱106。当方钻杆254的上端靠近方钻杆衬套258和/或钻机底板112时，提升装备将停止方钻杆254的向下移动，旋转台使钻柱106停止旋转。提升装备使方钻杆254升高，直到钻柱106的上端从主衬套和/或钻机底板112伸出，并且将卡瓦放置在钻柱106和主衬套和/或钻机底板112之间的开口253中以夹紧钻柱106。当方钻杆254升高时，在方钻杆254底部处的凸缘可以抓住方钻杆衬套258以从主衬套清出方钻杆衬套258。然后，操作人员可以使用钳子和猫头卸扣方钻杆254和钻柱106之间的连接，以施加高扭矩，而旋转台的主移动器可以使钻柱106旋转以脱离与方钻杆254的连接，例如。

[0051] 可以放置管件以准备上扣到方钻杆254和钻柱106。例如，可以将管件手动转移到钻机底板112上的鼠孔。可以使用用于转移管件的其他方法和系统。

[0052] 通过在钻柱106和方钻杆254之间的连接卸扣，提升装备将方钻杆254操纵到这样的位置，使得方钻杆254和通过鼠孔突出的管件之间的连接可以被上扣。然后，操作人员可以通过使用方钻杆旋转器旋转方钻杆254并通过使用钳子和猫头来上扣方钻杆254和管件之间的连接。然后，提升装备将方钻杆254和附接的管件提升并操纵到适当的位置，使得可以使附接的管件和钻柱106之间的连接上扣。然后，操作者可以通过将钳子之一夹在管件上并用方钻杆旋转器使方钻杆254旋转并使用钳子和猫头，来上扣管件与钻柱106之间的连接。然后将卡瓦从开口253移除，并且钻柱106和方钻杆254被提升装备降低，直到钻头110接合一个或多个地下地层102。方钻杆衬套258接合主衬套和方钻杆254。然后可以继续进行钻井。

[0053] 功率分配中心196和控制中心198也位于井场处，如上所述的。控制中心198容纳井建造系统250的网络的一个或多个处理系统。下面描述井建造系统250的网络的细节。通常，井建造系统250的各种设备，例如钻井流体循环系统、提升装备、旋转台等，可以具有各种传感器和控制器以监视和控制该设备的操作。另外，控制中心198可以从BHA 108的模块和/或部件接收有关地层和/或井下条件的信息。BHA 108可以包括具有各种功能的各种部件，例如测量、处理和存储信息，如上所述的。

[0054] 本领域普通技术人员将容易地理解，与本文所述和/或附图所示相比，井建造系统可包括更多或更少的设备。另外，图2中描绘的井建造系统250的示例实施方式的各种设备和/或系统可以包括更多或更少的设备。例如，以上未描述和/或在图2中未示出的各种发动机、马达/液压系统、致动器、阀等可以包括在也在本公开的范围内的设备和/或系统的其他实施方式中。

[0055] 另外，图2的井建造系统250可以被实施为陆上钻机或离岸钻机。图2的井建造系统250的一个或多个方面可以并入陆上钻机或离岸钻机中和/或从陆上钻机或离岸钻机中省略。这样的修改在本公开的范围内。

[0056] 图2的井建造系统250的一个或多个设备和/或系统可以经由诸如卡车和/或拖车的陆基可移动船来转移。例如，竖杆114、绞车124、指板184、功率分配中心196、控制中心198、泥浆箱164(和相关的泵142、页岩振动器160和修复装备162)和/或其他示例每个都可以通过单独的卡车和拖车组合进行转移。一些设备和/或系统可能是可折叠的，以适应拖车上的转移。例如，竖杆114、指板184和/或其他设备和/或系统可以是伸缩的、折叠的和/或以其他方式可折叠的。其他设备和/或系统通过其他技术是可折叠的，或者可以出于转移目的而分成子部件。

[0057] 图1和图2的井建造系统100和250分别示出了可以并入到井建造系统中的各种示例设备和系统。各种其他示例性的井建造系统可以包括分别关于图1至图2的井建造系统100和250描述的设备和系统的另一种组合，并且可以省略一些设备和/或系统和/或包括在此未具体描述的附加设备和/或系统。这样的井建造系统在本公开的范围内。

[0058] 图3是根据本公开的一个或多个方面的操作网络300的示例实施方式的至少一部分的示意图。用于实施图3的操作网络300的物理网络可以具有网络拓扑，例如总线拓扑、环形拓扑、星形拓扑和/或网状拓扑，以及在本公开范围内的其他示例。操作网络300可以包括一个或多个处理系统，例如一个或多个网络设备(如交换机或其他处理系统)，其被配置为实施各种虚拟网络，例如虚拟局域网(VLAN)。此外，操作网络300可以包括一个或多个处理系统，例如一个或多个网络设备(如交换机或其他处理系统)，其配置有入侵检测系统(IDS)来监视整个操作网络300的流量，例如可能在各自的虚拟网络中。IDS可以警告人员注意操作网络300上可能发生的潜在网络安全漏洞。

[0059] 操作网络300包括配置管理器302，其可以是在一个或多个处理系统(例如一个或多个网络设备)上实例化并可操作的软件程序。配置管理器302可以是用诸如C/C++等的高级编程语言编写并从其编译的软件程序。如下面进一步详细描述的，配置管理器302可操作以将通信从各种通信协议转换为公共通信协议，并使转换为公共通信协议的通信可通过通用数据总线获得，反之亦然。通用数据总线可以包括配置管理器302的应用程序接口(API)和/或在一个或多个处理系统上实施的通用数据虚拟网络(VN-DATA)，所述处理系统例如是诸如交换机之类的网络设备。

[0060] 配置管理器302可以具有对象的预定义类，以实施通信的转换。用于子系统的配置管理器302中的实例化对象可用于根据由子系统实施的各个(可能不同的)通信协议从子系统接收通信，并将通信转换为通用协议，其在数据总线上是可获得的，反之亦然。这些类可以在子系统级(例如，钻井控制系统、钻井流体循环系统、固井系统等)、设备级(例如，顶部驱动器、绞车、钻井流体泵等)和/或数据级(例如，命令类型、传感器数据和/或状态数据)处定义对象。因此，根据对象的类是如何定义，针对子系统类、设备和/或数据类型的每个实例来实例化对象。此外，这些类可以基于要由子系统实施的通信协议来定义对象。假设地，假定除了每个子系统实施不同的通信协议之外，两个子系统是相同的，则配置管理器302可以来自基于不同通信协议定义的不同类的子系统实例化对象。可以在操作网络300的建立时和/或通过动态检测EC和/或子系统来实例化对象。

[0061] 从下面的描述中将变得显而易见的是，使用配置管理器，例如图3中的配置管理器302，可以允许子系统在井建造系统和相关联的通信装置中的更简单的部署。从高级语言编译的软件程序的使用可以在部署其他以前未定义的子系统时允许部署配置管理器的更新版本，这可以减轻与配置管理器关联的物理部件的部署(例如，在井建造系统中添加设备/子系统时)。此外，当通过添加新子系统使新数据可获得时，可以通过软件更新来更新从配置管理器访问数据的应用程序(例如，通过通用数据总线)，以使更新后的应用程序可以使用由新子系统生成的数据。

[0062] 操作网络300的一个或多个处理系统，例如一个或多个交换机和/或其他网络设备，被配置为实施一个或多个子系统虚拟网络(例如VLAN)，例如第一子系统虚拟网络(VN-S1)304、第二子系统虚拟网络(VN-S2)306和第N子系统虚拟网络(VN-SN)308，如图3所示。可以实现更多或更少的子系统虚拟网络。子系统虚拟网络(例如，VN-S1 304、VN-S2 306和VN-SN 312)在逻辑上彼此分开。子系统虚拟网络可以根据IEEE 802.1Q标准、另一种标准或专有实现方式来实现。每个子系统虚拟网络都可以基于各种协议，例如基于以太网的网络协议(例如ProfiNET、OPC、OPC/UA、Modbus TCP/IP、EtherCAT、UDP多播、西门子S7通信等)、专有通信协议和/或其他通信协议，与各个子系统的EC实现通信。此外，子系统虚拟网络可以实现发出-订阅通信。子系统虚拟网络可以实现相同的协议，每个子系统虚拟网络可以实现不同的协议或它们之间的组合。

[0063] 在图3所示的示例中，第一控制子系统(S1)310、第二控制子系统(S2)312和第N控制子系统(SN)314是井建造系统的各种控制子系统。示例子系统包括钻井流体循环系统(其可包括泥浆泵、阀、流体修复装备等)、钻机控制系统(其可包括提升装备、钻柱旋转移动器装备(例如顶部驱动器和/或旋转台)、PHM、走道等)、受控压力钻井系统、固井系统、钻机行走系统等。子系统可以包括一件设备，也可以包括多件设备，例如，它们共同用于执行一项或多项功能。每个子系统包括一个或多个EC，其可以控制子系统的装备和/或从子系统的传感器和/或设备接收传感器和/或状态数据。在图3所示的示例中，S1 310包括第一S1 EC(EC-S1-1)318、第二S1 EC(EC-S1-2)320、第三S1 EC(EC-S1-3)322和第四S1 EC(EC-S1-4)324。S2 312包括第一S2 EC(EC-S2-1)326和第二S2 EC(EC-S2-2)328。SN 314包括第一SN EC(EC-SN-1)330、第二SN EC(EC-SN-2)332和第三SN EC(EC-SN-3)334。可以实现其他数量的控制子系统，并且可以在每个控制子系统中使用其他数量的EC。在下面对图3的各个方面的描述之后，描述一些示例控制子系统。

[0064] 每个EC可以实现逻辑以监视和/或控制相应子系统的一个或多个传感器和/或一个或多个可控制部件。每个EC可以包括逻辑，以解释诸如来自一个或多个传感器或可控制部件的命令和/或其他数据，以及将信号传送到子系统的一个或多个可控制部件，以响应于命令和/或其他数据来控制一个或多个可控制部件。每个EC还可以从一个或多个传感器接收信号，并且可以将信号重新格式化(例如，从模拟信号到数字信号)为可解释的数据。每个EC的逻辑可以是可编程的，例如从低级编程语言编译而成，例如在IEC 61131中针对PLC的编程语言、结构化文本、梯形图、功能框图、功能图等中所述的。

[0065] 还如图3所示的示例中所示的，井下系统(DH)316是井建造系统的示例传感器系统。DH 316包括地面装备336，该地面装备可通信地联接到钻柱(例如，图1和2中的钻柱106的BHA 108)上的井底组件(BHA)。地面装备336(例如，通过遥测装置)从BHA接收数据，诸如在其他示例中的与井眼中的条件、地下地层102的条件和/或BHA的部件的条件/参数有关的数据。在该示例中，地面装备336不控制设备的操作。其他传感器子系统也可以或替代地包括在操作网络300中。

[0066] 操作网络300包括协调控制器338，其可以是在一个或多个处理系统(例如一个或多个网络设备)上实例化并可操作的软件程序。协调控制器338可以是用诸如C/C++等的高级编程语言编写和编译的软件程序。协调控制器338可以控制子系统的操作和通信，如下面进一步详细描述的。

[0067] 操作网络300还包括一个或多个人机界面(HMI)，例如图3所示示例实现方式中的HMI 340。HMI 340可以是一个或多个处理系统，包括或由一个或多个处理系统实现，这些处理系统具有键盘、鼠标、触摸屏、操纵杆、一个或多个控制开关或拨动开关、一个或多个按钮、触控板、跟踪球、图像/代码扫描仪、语音识别系统、显示装置(例如液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器和/或阴极射线管(CRT)显示器)、打印机、扬声器和/或其他示例。操作人员可以使用HMI 340将命令输入到协调控制器338，并且HMI 340可以对各种数据(例如传感器数据、状态数据和/或其他示例数据)进行可视化或其他感官感知。HMI可以是控制子系统的一部分，并且可以通过子系统虚拟网络向该子系统虚拟网络的一个或多个EC发出命令，而无需使用协调控制器338。每个HMI可以与单个或多个子系统关联并控制单个或多个子系统。HMI还可以或替代地控制包括每个子系统的整个系统。

[0068] 操作网络300还包括历史记录器342，其可以是在一个或多个处理系统(例如，数据库装置)上维护和操作的数据库。历史记录器342可以分布在多个处理系统上和/或可以保持在存储器中，该存储器可以包括诸如硬盘或驱动器之类的外部存储器。历史记录器342可以访问存储和保持在历史记录器342中的传感器数据和/或状态数据。

[0069] 操作网络300进一步包括一个或多个处理应用程序344，其可以各自或共同是在一个或多个处理系统(例如一个或多个服务器设备和/或其他网络设备)上实例化并可操作的软件程序。处理应用程序344每个可以是用诸如C/C++等的高级编程语言编写并从其编译的软件程序。处理应用程序344可以分析数据并且向协调控制器338输出一个或多个工作计划，和/或可以监视从通用数据总线可访问和/或使用的数据。处理应用程序344的一个示例可以包括钻井操作计划，而另一个示例可以包括固井操作计划。各种工作计划可以是独立的，也可以引用一个或多个其他计划。

[0070] 处理用于控制各种子系统的数据的处理系统可以具有专用于这种处理的资源。例如，协同控制器338在其上操作的一个或多个处理系统、配置管理器302在其上操作的一个或多个处理系统、被配置为实施虚拟网络的一个或多个处理系统和/或其他处理系统可以具有专用于处理和传送命令的资源和/或用于确定要发出的适当命令的传感器和/或状态数据。通过以这种方式专用资源，井建造系统中的过程的控制可以是实时的。可以以非实时方式处理其他通信和处理，而无需使用专用资源。

[0071] 参照操作网络300内的通信，控制子系统内的每个EC可以通过该控制子系统的子系统虚拟网络(例如，通过配置为实现子系统虚拟网络的处理系统)与该控制子系统中的其他EC进行通信。来自子系统中的EC的传感器数据、状态数据和/或命令可以通过该子系统的子系统虚拟网络传送到该子系统中的另一个EC，例如，这可以在没有协调控制器338干预的情况下发生。作为来自图3中描绘的示例操作网络300的示例，EC-S1-1 318可以经由VN-S1 304将传感器数据、状态数据和/或命令传送到EC-S1-3 322，反之亦然，而无需协调控制器
338的干预。子系统中的其他EC可以通过各自的子系统虚拟网络进行类似的通信。

[0072] 从子系统虚拟网络到该子系统和相应子系统虚拟网络之外的另一处理系统的通信可以通过配置管理器302从用于该子系统虚拟网络的通信协议转换为通用协议(例如，数据分发服务(DDS)协议或其他示例)。转换为通用协议的通信也可以例如经由通用数据总线对于其他处理系统是可获得的。来自控制子系统(例如，S1 310、S2 312和SN 314)的传感器数据和/或状态数据通过通用数据总线是可获得的(例如，是直接可获得的)，以供不同子系统的EC、协调控制器338、HMI 340、历史记录器342和/或处理应用程序344使用。EC还可以通过通用数据总线将传感器数据和/或状态数据传送到另一个子系统中的另一个EC。例如，如果S1 310中的传感器将信号传送到EC-S1-1 318，并且从该传感器生成的数据也被S2 312中的EC-S2-1 326使用，以控制S2 312的一个或多个可控制的部件，传感器数据可以通过VN-S1 304、通用数据总线和VN-S2 306从EC-S1-1 318传送到EC-S2-1 326。各种子系统内的其他EC可以类似地通过通用数据总线将传感器数据和/或状态数据传送给不同子系统中的一个或多个其他EC。类似地，例如，如果一个或多个处理应用程序344使用了由与S1 310中的EC-S1-1 318联接的传感器生成的数据，则可以经由VN-S1 304和通用数据总线从EC-S1-1 318传送传感器数据，其中一个或多个处理应用程序344可以访问和使用传感器数据。

[0073] 类似地，通过配置管理器302可以将来自传感器子系统(例如DH 316)的通信从用于该传感器子系统的通信协议转换为通用协议。例如，经由通用数据总线可以将转换为通用协议的通信弄成对于其他处理系统是可获得的。与以上相似，来自传感器子系统的传感器数据和/或状态数据通过通用数据总线可以是可获得的(例如，直接可获得的)，以供控制子系统的EC、协调控制器338、HMI 340、历史记录器342和/或处理应用程序344使用。

[0074] 协调控制器338还可以实施逻辑以控制井建造系统的操作。协调控制器338可以监视部件和/或传感器的各种状态，并且可以向各种EC发出命令以控制一个或多个子系统内的可控制部件的操作。传感器数据和/或状态数据可以经由通用数据总线由协调控制器338来监视，并且协调控制器338可以经由EC的各个子系统虚拟网络向一个或多个EC发出命令。

[0075] 协调控制器338可以实施逻辑以基于来自一个或多个处理应用程序344的工作计划生成命令，并将那些命令发出给一个或多个子系统中的一个或多个EC。该一个或多个处理应用程序344可以例如通过通用数据总线将通用命令传送给协调控制器338。通用命令可以包括预期的通用操作(例如，钻入地层)和可以影响该操作的参数的限定约束。例如，针对钻井操作的限定约束可以包括与顶部驱动器每分钟转数(RPM)和钻压(WOB)有关的钻井的穿透率(ROP)的期望函数。协调控制器338可以解释通用命令并将其转换为指定命令(可由适当的EC解释)，然后将其发出给EC以控制各种可控制部件。

[0076] 协调控制器338可以进一步监视各种设备和/或传感器数据的状态，以基于反馈的状态和/或传感器数据来优化子系统的装备的操作。通过反馈和监视井建造环境的数据，协调控制器338可以连续地更新命令以应对变化的环境。例如，如果ROP大于或小于计划所预期的，则协调控制器338可以计算并发出命令以增大或减小顶部驱动器RPM和WOB之一或两者。

[0077] 类似地，一个或多个处理应用程序344可监视通过通用数据总线可获得的状态和/或传感器数据，以监视操作的进度和/或基于不断变化的环境来更新工作计划。例如，如果操作按计划在各种约束内进行，则处理应用程序344可能不会更新工作计划，并且可以基于正在实施的工作计划允许操作继续进行。如果操作与计划的进度不同，其可以由状态和/或传感器数据指示，则处理应用程序344可以更改工作计划，并将更改后的工作计划传送给协调控制器338以进行实施。

[0078] 图4是根据本公开的一个或多个方面的用于控制建造系统的操作的方法(400)的示例实施方式的至少一部分的流程图。方法(400)可以通过、利用或以其他方式关联于以上所述的图1至3中的一个或多个中描绘的一个或多个特征、以下所述的图7和/或图9中所描绘的一个或多个特征和/或在本公开的范围内的其他方式的一个或多个特征执行。然而，为了简单起见，在图3中所描绘的和/或以上以其他方式描述的示例实施方式的背景下在下面描述方法(400)，并且本领域普通技术人员将认识到，方法(400)的以下描述也可适于或易于适用于除图3所示的示例性操作网络300以外的操作网络。

[0079] 方法(400)可以包括例如通过一个或多个处理应用程序344制定(402)工作计划。可以基于测量的或以其他方式被认为是对正在建设的井目标地层的描述的地质和/或地球物理数据、和/或一个或多个地质、地球物理和/或工程数据库来制定(402)工作计划。所制定(402)的工作计划可以包括与井的轨迹、在钻井期间将要使用的泥浆、套管设计、钻头、BHA部件等有关的细节。

[0080] 方法(400)包括例如通过上述协调控制器338实施(404)工作计划。实施(404)工作计划可以包括根据所制定(402)的工作计划来操作井建造系统(和/或使井建造系统运行)以形成井。可以在工作计划的制定(402)和/或实施(404)期间确定操作细节(例如，WOB、顶部驱动器RPM、泥浆流速等)。

[0081] 方法(400)还包括随着工作操作的继续，例如通过处理应用程序344和协调控制器338中的一个或多个来监视(406)状态和/或传感器数据。方法(400)还包括基于监视(406)的状态和/或传感器数据来确定(408)是否应当更新工作计划的实施。协调控制器338可以执行确定(408)。确定(410)可以基于在(或源自)被监视(406)的状态和/或传感器数据中的一个或多个指示，该指示表明操作正偏离工作计划实施(404)的预期进度，和/或根据新数据，最初的工作计划实施(404)出错。如果确定(408)是将不更新该实施，则例如通过协调控制器338在监视(406)所述状态和/或传感器数据时继续操作。如果确定(408)是该实施将被更新，则例如通过协调控制器338，基于监视(406)的状态和/或传感器数据来更新(409)现有的工作计划实施(404)。所述状态和/或传感器数据监视(406)和工作操作然后继续操作。

[0082] 方法(400)还包括基于监视(406)的状态和/或传感器数据确定(410)是否应更新工作计划。处理应用程序344中的一个或多个可以执行确定(410)。该确定(410)可以基于在(或源自于)所监视(406)的状态和/或传感器数据中的一个或多个指示，该指示表明操作正偏离工作计划的预期进度，和/或根据新数据，最初制定(402)的工作计划存在错误。如果该确定(410)是将不更新工作计划，则例如通过一个或多个处理应用程序344，操作在监视(406)所述状态和/或传感器数据的同时继续进行。如果该确定(410)是工作计划将被更新，则例如通过一个或多个处理应用程序344，所述工作计划(基于监视(406)的状态和/或传感器数据)被更新并被执行(411)。所述状态和/或传感器数据监视(406)和工作操作然后继续。方法(400)可以继续，直到初始制定(402)或更新(411)的工作计划完成为止。

[0083] 制定工作计划可能是计算密集型的，因此可能会在较长的时间段内制定，而这对于操作而言可能不是实时的。协调控制器338(例如，协调控制器338在其上操作的一个或多个处理系统)可以具有专用于控制各种系统的资源(例如，处理资源)，其允许这样的控制是实时的(例如，在一个已知的、可确定的时间段)。此外，可以通过更简单的处理来更新实施，其可以允许对实施进行实时更新。实时更新可以允许对由工作计划实施的操作进行优化控制。

[0084] 协调控制器338可以控制向EC的命令的发出，该EC是响应于EC各自子系统虚拟网络之外的参与者而生成的。因此，例如，HMI 340可以在协调控制器338的控制下通过通用数据总线并通过该子系统的子系统虚拟网络向子系统中的一个或多个EC发出命令。例如，用户可以通过HMI 340输入命令以控制子系统的操作。可以在操作网络300中禁止从子系统外部的参与者向子系统的EC的命令，而无需协调控制器338处理该命令。协调控制器338可以实施逻辑以确定给定的参与者(例如，HMI 340和/或处理应用程序344)是否可以使命令被发出给子系统中的给定的EC。

[0085] 协调控制器338可以实施逻辑来裁决将控制特定设备或子系统的操作的命令，例如当有多个参与者(例如，工作计划和/或HMI)试图使命令同时发出给相同的设备或子系统。协调控制器338可以实施裁决器(例如，逻辑)以确定来自HMI和/或工作计划的哪些冲突命令要发出给EC。例如，如果第一工作计划试图向EC-SN-1 330发出命令以增加泵的泵送速度，而第二工作计划同时试图向EC-SN-1发出命令以降低同一个泵的泵送速度330，协调控制器338的裁决器可以解决该冲突并确定允许发出哪个命令。另外，作为示例，如果两个HMI同时发出冲突命令，则协调控制器338可以确定禁止哪个命令以及发出哪个命令。

[0086] 协调控制器338的裁决器可以使用混合先入、先服务和优先化方案来操作。例如，允许发出的第一命令以完成操作，或者直到导致发出该命令的参与者终止该命令的执行。在一些示例中，通常可以在不产生冲突命令的情况下实施将要单独执行而没有执行另一个工作计划的单个独立的工作计划。但是，一工作计划可能参照另一个工作计划，这可能导致生成冲突的命令。例如，固井过程的工作计划可以参照钻井过程的工作计划，以便操作泵，并且通过执行参照钻井过程的工作计划的固井过程的工作计划，通过操作两个工作计划可以为泵生成多重冲突命令。裁决器通过允许完成由工作计划之一生成的第一命令或直到生成的工作计划终止第一命令来处理这些命令，即使由另一个工作计划生成了第二后续冲突的命令。将第二命令放入队列中，直到第一命令被其生成的工作计划完成或终止为止，然后裁决器允许发出和执行第二命令。

[0087] 可以为操作网络300内的一些参与者分配优先级，该优先级允许那些参与者中断操作和/或命令，而不管该过程的当前状态如何。例如，可以为HMI分配较高的优先级，以允许来自HMI的命令中断正在执行的操作和/或命令。无论过程的当前状态如何，都可以执行来自HMI的命令，直到该命令被发送的HMI完成或终止为止。在执行完来自HMI的命令后，该过程可以返回到其先前的状态，或者根据工作计划和/或工作计划的实施所基于的新条件重新启动。

[0088] 图5是根据本公开的一个或多个方面的用于控制井建造系统的操作的方法(500)的示例实施方式的至少一部分的流程图。可以通过、利用或以其他方式相关于以上所述的图1至3中的一个或多个中描绘的一个或多个特征、下文描述的图7和/或9中描绘的一个或多个特征和/或在本公开的范围内的其他方式的一个或多个特征，执行该方法(500)。然而，为了简单起见，下面在图3中描绘的和/或以上以其他方式描述的背景下描述该方法(500)，并且本领域普通技术人员将认识到，以下方法(500)的描述也适于或易于适用于除图3所描绘的示例性操作网络300以外的操作网络。而且，如下面更详细地描述的，方法(500)可能不如图5所示线性流动。

[0089] 方法(500)包括接收(502)从一个或多个非优先级参与者生成的一个或多个命令。例如，裁决器可以接收已经从一个或多个工作计划生成的一个或多个命令，其可能不是优先级的。方法(500)包括发出(504)最早接收的、未发出的命令。例如，裁决器可以有效地对来自非优先级参与者的命令进行排队，并且从非优先级参与者接收的第一命令是裁决器发出的第一命令。方法(500)包括执行(506)发出的命令，直到该命令由发送参与者完成或终止为止。发出的命令的执行(506)可以是设备的离散即时功能、设备在定义的持续时间内执行的功能、设备在满足定义条件之前所执行的功能(其可以由发送参与者指示)，和/或其他示例执行方式。然后，方法(500)循环回到发出(504)最早接收的、未发出的命令。在发出(504)和执行(506)期间，可以继续从一个或多个非优先级参与者接收(502)命令，这些命令被排队等待发出。因此，接收(502)、发出(504)和执行(506)可以实施先进先服务类型的队列。

[0090] 在接收(502)、发出(504)和执行(506)期间，方法(500)包括接收(508)来自优先级参与者的命令。来自优先级参与者的命令的接收(508)中断了来自非优先级参与者的接收(502)、发出(504)和执行(506)命令的流程，因此，来自优先级参与者的命令具有相对于来自非优先级参与者的命令的优先级。示例性的优先级参与者可以包括HMI或其他的。方法(500)包括发出(510)从优先级参与者接收的命令，以及执行(512)发出的命令，直到该命令被发送参与者完成或终止为止。发出的命令的执行(512)可以是设备的离散即时功能、设备在定义的持续时间内执行的功能、设备在满足定义的条件之前所执行的功能(其可以由发送参与者指示)，和/或其他示例执行方式。

[0091] 在执行(512)从优先级参与者接收的命令(508)之后，方法(500)可以在各种情况下重新开始。例如，在执行(512)之后，方法(500)可以在以下情况下重新开始：来自优先级参与者的命令的接收(508)中断了接收(502)、发出(504)和执行(506)从一个或多个非优先级参与者接收的一个或多个命令的流程。另外，从优先级参与者接收(508)的命令的执行(512)可以将井场的条件改变到一定程度，以使非优先参与者撤回先前发送的命令并响应于由于来自优先级参与者的命令执行(512)而改变的条件开始发送更新的命令。因此，方法(500)可以在从一个或多个非优先参与者接收(502)一个或多个命令时重新开始，而不管何时发生来自优先参与者的命令的接收(508)的情况。

[0092] 在图5的示例方法(500)的实施方式的一些示例中，裁决器接收(502，508)并发出(504，510)命令，这些命令可以是从实施从一个或多个处理应用程序344接收的一个或多个工作计划的协调控制器338的其他逻辑接收的。裁决器可以确定协调控制器338要向一个或多个EC发出哪些命令，并且EC可以例如通过控制井场处的井建造系统的各种设备来执行(506，512)所述命令。在其他示例中，其他部件和/或处理系统可以实施各种操作。

[0093] 通过允许如上所述的不同子系统进行通信，单个时钟可以用于同步操作网络300的处理系统的多个时钟。例如，协调控制器338可以使其一个或多个处理系统的时钟与全球定位系统(GPS)或其他系统的时钟周期性地同步。然后，协调控制器338可以使操作网络300的其他处理系统的时钟与协调控制器338的时钟同步。该同步处理允许例如命令和传感器和/或状态数据的时间戳同步到一个时钟。这可以允许改进的控制，因为例如可以消除时钟之间的转换以用于发出命令。此外，例如，人员可以更容易地解释在历史记录器342上存储和维护的数据。

[0094] 当将另外的子系统添加到操作网络300时，和/或当另外的EC添加到操作网络300的现有子系统时，使得新的子系统和/或EC连接到物理网络，配置管理器302可以自动实例化对应于新子系统和/或EC的预定义类别的一个或多个相应对象，以允许去往和来自新子系统和/或EC的通信通过通用数据总线进行通信。例如，在操作网络300被启动并开始操作之后，新的(尽管在配置管理器302中预定义的)EC可以随后被连接到操作网络300的物理网络。新的EC可以用于新的设备，即要成为现有子系统的一部分，用于新子系统的装备和/或用于其他情况。例如，在其他示例中，可以将用于新泵的新EC添加到现有的钻井流体循环系统中，或者可以添加用于设备的新EC形成新的固井系统。当EC连接到物理网络时，EC可以通过物理网络(例如，通过多播或广播消息)传送其存在。配置管理器302可以接收通信，并且基于该通信(以及可能的随后与EC的通信)，配置管理器302可以基于与EC一起使用的设备和/或子系统的类型来实例化新对象。在实例化该对象之后，EC可以通过通用数据总线进行通信，以将传感器和/或状态数据传送到通用数据总线和/或通过通用数据总线接收命令。

[0095] 可以将新的子系统和/或EC分割为现有的虚拟网络或新形成的虚拟网络。例如，在操作网络300的建立期间，交换机和/或其他网络设备的各种未使用的端口可以被映射到各种虚拟网络(例如，VLAN)，其中一些虚拟网络可以在启动操作网络300时被使用，其中一些可以在启动操作网络300时进行分配以供将来使用。新EC可以连接到先前未使用的端口，该端口映射到虚拟网络，该虚拟网络用在EC的现有子系统中，以使EC成为该子系统的一部分，或者可以将新的EC连接到先前未使用的端口，该端口已映射到被分配以供将来使用来形成新子系统的虚拟网络。在其他示例实施方式中，可以使用其他分割技术，例如动态域分割。

[0096] 图6是根据本公开的一个或多个方面的用于连接EC(和/或类似地用于连接子系统)到井建造系统的现有网络的方法(600)的示例实施方式的至少一部分的流程图。方法(600)包括连接(602)到操作网络300的物理网络。如上所述，连接(602)EC可以包括将EC连接到操作网络300的网络设备的现有端口，其可以配置为实施虚拟网络。

[0097] 然后，方法(600)包括由EC(或另一种数据处理系统，例如在不同网络中使用时实施网关的另一种数据处理系统)宣布(604)其在物理网络上的存在。EC可以通过穿过物理网络发送多播消息、广播消息和/或其他通信来宣布(604)其存在。配置管理器302从宣布通信的存在(604)的EC来接收通信，然后，该方法(600)包括EC与配置管理器302之间的握手(606)。握手(606)可以在EC和配置管理器302之间建立通信信道，并且可以进一步允许EC识别其自身，例如包括与EC相关联的设备和/或子系统的类型。例如，EC可以确定其与将成为现有钻井流体循环系统的一部分的新泵相关联。

[0098] 方法(600)包括确定(608)EC是否被授权在操作网络300上。这可以是EC与配置管理器302之间的握手(606)的一部分。确定(608)可能基于一个或多个条件。会导致EC被未经授权的示例条件可以包括通过配置管理器302不可识别EC和/或其关联设备；EC和/或其关联设备的添加可能超过子系统允许的指定数量的EC和/或关联设备；井建造系统的操作条件可能会禁止添加EC和/或其相关设备；EC无法传送配置管理器接受的授权证书；和/或其他示例条件。如果确定(608)是EC未被授权，则方法(600)包括从配置管理器302发送(610)警报。该警报可以针对人员装置，以警告人员未授权设备正在连接到操作网络300和/或一个或多个处理系统(例如一个或多个网络设备)，以将EC锁定到操作网络300之外。可响应于EC未授权而还采取或替代地采取其他动作。

[0099] 如果确定(608)是EC被授权，则方法(600)包括由配置管理器302实例化(612)EC的对象。该对象可以对应于子系统的类型、控制数据、和/或例如与EC相关联的传感器和/或状态数据。该对象可以具有各种形式，并且可以包含各种信息。此外，可以基于EC为通信实施的协议实例化该对象。例如，通信的转换可以取决于在配置管理器302和EC之间实施的协议而不同。配置管理器302可以包括用于根据与EC进行通信的协议来实例化各种对象的预定义类。通过对象实例化(612)，所述方法(600)包括使用该对象经由通用数据总线与EC通信(614)，以在通用数据总线和EC之间转换通信。例如，EC可以使用该对象将传感器和/或状态数据传送到通用数据总线，该数据可以由例如协调控制器318、处理应用程序320等使用，并且使用该对象通过通用数据总线可以从例如协调控制器318接收命令。

[0100] 通过动态地检测EC和/或子系统，可以将各种EC和/或子系统更容易地添加到井建造系统中，并且对工作计划和/或协调控制器是透明的。这可以允许井建造系统的更简单的部署，同时能够在整个网络中维持稳健的通信和丰富的数据。

[0101] 操作网络的其他配置也在本公开的范围内。不同数量的EC、不同数量的子系统和子系统虚拟网络以及不同的物理拓扑和连接也在本公开的范围内。另外，例如，其他示例实施方式可以包括或省略HMI和/或历史记录器。

[0102] 作为示例子系统，钻井流体循环系统可以结合控制一个或多个可控制部件的一个或多个EC。钻井流体循环系统中的可控制部件可以包括一个或多个泵(例如，图1和图2中的泵142)、页岩振动器(例如，页岩振动器160)、除泥器、除砂器、除气器(例如，修复装备162)、料斗、可能在管道和/或管线上的各种阀以及其他部件。例如，泵可以由EC控制，以通过增加/减小驱动泵的主移动器的旋转来增加/减小泵的速度，和/或打开/闭合泵。类似地，页岩振动器可通过EC控制以增加/减小格栅的振动，和/或打开/闭合页岩振动器。脱气器可以由EC控制以通过增加/减小脱气器的真空泵的主移动器的转数来增加/减小脱气器中的压力，和/或打开/闭合脱气器。料斗可由EC控制以打开/闭合料斗的阀，以控制添加剂(例如，苛性苏打)释放到钻井流体流过的管道和/或管线中。此外，诸如钻井流体泵的排出管线上的溢流排出阀、钻井流体泵的进入或吸入管线上的溢流吸入阀之类的各种释放阀可以通过EC控制以打开/闭合(以减轻压力)。可以通过来自EC的数字信号和/或模拟信号来控制可控制部件。本领域普通技术人员将容易地想到钻井流体循环系统中的其他示例性可控制部件以及这些部件将如何由EC控制，这也在本公开的范围内。

[0103] 钻井流体循环系统还可结合一个或多个EC，其从一个或多个传感器接收一个或多个信号，该信号指示钻井流体循环系统中的状况。控制一个或多个可控制部件的一个或多个EC可以与从传感器接收信号的一个或多个EC相同、不同或是它们之间的组合。示例传感器可以包括各种流量计和/或压力表，其可以流体地联接到钻井流体流过的各种管线和/或管道，例如各种设备周围的钻井流体泵的排出管线、竖管、返回管线、钻井流体泵的进入管线和/或类似物。使用流量计和/或压力表，可以确定流量和/或压差，其可以指示设备泄漏，设备发生堵塞，地层被踢动，钻井流体正流失到地层中等等。各种转速计可以位于各种泵和/或主移动器上以测量例如钻井流体泵、脱气器的真空泵、泥浆箱的搅拌器的马达等的速度和/或转速。转速计可用于测量相应设备的运行状况。压力表可以位于脱气器上，以测量脱气器内的压力。脱气器可以在预定压力水平下操作以从钻井流体中充分去除气体，并且可以反馈来自压力表的压力读数以控制脱气器内的压力。坑容积累加器可以位于一个或多个泥浆箱中，以确定泥浆箱中容纳的钻井流体量，其可以指示设备泄漏，设备发生堵塞，地层被踢动，钻井流体正在流失到地层中等。粘度计可以沿着循环来测量钻井流体的粘度，该粘度计可以用于确定补救措施，例如在料斗处向钻井流体中添加添加剂。来自这种传感器的信号可以发送到一个或多个EC并由其接收，然后，EC可以将传感器数据发送到通用数据总线和/或使用该数据来响应性地控制可控制部件，例如。EC接收到的来自传感器的信号可以是数字信号和/或模拟信号。本领域普通技术人员将容易地想到钻井流体循环系统中的其他示例传感器以及这些部件将如何联接至EC，这也在本公开的范围内。

[0104] 作为另一示例，钻机控制系统可以结合控制一个或多个可控制部件的一个或多个EC。提升装备的可控制部件可以包括绞车的主移动器、一个或多个制动器以及其他的。例如，绞车的主移动器可以由EC控制，以增加/减小绞车的主移动器的转速，和/或打开/闭合主移动器。例如，机械(和/或电子)制动器可以由EC控制以致动制动器(例如，卡钳和垫组件)以夹紧/释放绞车的制动盘。

[0105] 钻柱旋转移动器装备中的可控制部件可以包括主移动器(例如，包括图1中的顶部驱动器116和/或图2中示出的旋转台)、齿轮箱和/或变速器、管道处理器组件和/或抓取器、方钻杆旋转器、扭矩扳手、机械和/或自动卡瓦和/或其他的。例如，主移动器可以由EC控制以增加/减小主移动器的转速，和/或打开/闭合主移动器。齿轮箱和/或变速器可以由EC控制以设定和/或改变主移动器与驱动轴或主衬套之间的齿轮比。管道处理器组件和/或抓取器可以由EC控制以移动管道处理器组件和/或抓取器，以接收，设定，扣紧和/或释放管。当上扣或卸扣方钻杆与钻柱之间的连接时，方钻杆旋转器可以由EC控制以旋转方钻杆。扭矩扳手可以通过EC进行控制，以夹紧和扭转管件，以上扣驱动轴和管件之间的连接。机械化的和/或自动的卡瓦可以由EC控制以打开/闭合卡瓦。

[0106] 可控制部件可以由来自EC的数字信号和/或模拟信号控制。本领域普通技术人员将容易地想到钻机控制系统中的其他示例可控制部件以及这些部件将如何由EC控制，这也在本公开的范围内。

[0107] 钻机控制系统还可结合一个或多个EC，其从一个或多个传感器接收一个或多个信号，该信号指示钻机控制系统中的状况。控制一个或多个可控制部件的一个或多个EC可以与从传感器接收信号的一个或多个EC相同，不同或是它们之间的组合。作为传感器的一些示例，天车保护器可以处于绞车中，以确定并指示绞车何时收进过量的钻绳。过量的钻绳被收进能够损坏提升装备，例如通过游车冲击天车，并且来自天车保护器的信号可以反馈，以指示绞车何时应停止收进钻绳。WOB传感器可以包括在游车、绞车死绳、其他部件/绳线和/或其组合上。来自WOB传感器的信号可以被反馈以确定钻柱的钻头上的重量是太大还是太少，并且作为响应，相应地确定是要收进还是放出钻绳。此外，转速计可以位于绞车的主移动器上以测量速度和/或转速。转速计可用于测量主移动器的运行状况。

[0108] 作为传感器的其他示例，各种转速计可以位于主移动器和/或驱动轴或钻柱旋转移动器装备的主衬套上，并且可以用于确定相应主移动器和/或驱动轴或主衬套的旋转速率。钻头扭矩传感器可以位于BHA中。各种压力表可以联接到用于管道处理器组件和/或抓取器、扭矩扳手、卡瓦和/或其他部件的液压系统。

[0109] 来自这样的传感器的信号可以被发送到一个或多个EC并由其接收，然后，EC可以例如将传感器数据发送到通用数据总线和/或使用该数据来响应地控制可控制部件。EC接收到的来自传感器的信号可以是数字信号和/或模拟信号。本领域普通技术人员将容易想到在钻机控制系统中的其他示例传感器以及这些部件将如何联接到EC，这也在本公开的范围内。

[0110] 本领域普通技术人员将容易地理解可能在井建造系统中的其他示例子系统，并且这样的其他子系统也在本公开的范围内。在其他示例中，这样的其他子系统可以包括管理压力钻井系统、固井系统和/或钻机行走系统。本领域普通技术人员将容易理解可以在这些附加示例系统中使用的示例EC、可控制部件和/或传感器。另外，本领域普通技术人员将容易理解其他示例设备和部件可以包括在本文描述的示例子系统中或从中省略。

[0111] 图7是根据本公开的一个或多个方面的第一处理系统700的示例实施方式的至少一部分的示意图。第一处理系统700可以执行示例机器可读指令以实施本文描述的配置管理器、协调控制器、虚拟网络、HMI和/或历史记录器的至少一部分。

[0112] 第一处理系统700可以是或包括，例如，一个或多个处理器、控制器、专用计算装置、工业计算机、服务器、个人计算机、互联网设备、PLC和/或其他类型的计算装置。此外，尽管图7中所示的第一处理系统700的整体实施在一个装置内，例如在图1和图2的控制中心198中，是可能的，但是还可以想到，第一处理系统700的一个或多个部件或功能可以在多个装置上实施，其中的一些或全部可以分别在井场处和/或远离图1和2的井建造系统100和
250的井场处。

[0113] 第一处理系统700包括处理器712，例如通用可编程处理器。处理器712可以包括本地存储器714，并且可以执行存在于本地存储器714和/或另一个存储器装置中的程序代码指令732。例如，处理器712是可以执行其中的机器可读指令或程序以实施例如本文描述的配置管理器、协调控制器、处理应用程序和/或虚拟网络。本地存储器714中存储的程序可以包括程序指令或计算机程序代码，当它们由相关联的处理器执行时，允许，引起和/或实施如本文所述的配置管理器、协调控制器、虚拟网络、HMI、处理应用程序和/或历史记录器的实施方式。处理器712可以是，包括，在本地应用程序环境中可操作的各种类型的一个或多个处理器，或由其实施，并且可以包括一个或多个通用处理器、专用处理器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、基于多核处理器架构的处理器和/或其他处理器。处理器712的示例可以包括一个或多个INTEL微处理器、来自ARM和/或PICO系列微控制器中的微控制器，和/或一个或多个FPGA中的嵌入式软/硬处理器，以及其他示例。

[0114] 处理器712可以例如经由总线722和/或其他通信器件与主存储器717通信。主存储器717可以包括易失性存储器718和非易失性存储器720。易失性存储器718可以是，包括，有形的、非暂时性的存储介质，或由其实施，例如，随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、RAMBUS动态随机存取存储器(RDRAM)和/或其他类型的随机存取存储器装置。非易失性存储器720可以是，包括，有形的非暂时性存储介质，或由其实施，例如，只读存储器(ROM)、闪存和/或其他类型的存储装置。一个或多个存储器控制器(未示出)可以控制对易失性存储器718和/或非易失性存储器720的访问。

[0115] 第一处理系统700还可以包括例如经由总线722与处理器712通信的接口电路724。接口电路724可以是，包括，各种类型的标准接口，或者由其实施，例如以太网接口、通用串行总线(USB)接口、第三代输入/输出(3GIO)接口、无线接口、蓝牙接口和/或蜂窝接口，以及其他示例。一个或多个EC(例如，如所描绘的EC 740至EC 742)被通信地联接至接口电路
724，诸如当第一处理系统700被实施为操作网络中的诸如交换机之类的网络设备时。接口电路724可以允许通过一个或多个通信协议，例如基于以太网的网络协议(例如ProfiNET、OPC、OPC/UA、Modbus TCP/IP、EtherCAT、UDP多播、西门子S7通信和/或其他)、专有通信协议和/或另一通信协议，在第一处理系统700和一个或多个EC之间进行通信。接口电路724还可以包括通信装置，例如调制解调器或网络接口卡，以促进经由网络，例如，经由以太网连接、数字用户线(DSL)、电话线、同轴电缆、蜂窝电话系统和/或卫星，以及其他示例，与外部计算装置进行数据交换。

[0116] 一个或多个输入装置726可以连接到接口电路724，并允许用户输入数据和/或命令以供处理器712使用。每个输入装置726可以是，包括，键盘、鼠标、触摸屏、操纵杆、控制开关或拨动开关、按钮、触控板、轨迹球、图像/代码扫描仪和/或语音识别系统以及其他示例中的一个或多个实例，或者由该一个或多个实例实施。

[0117] 一个或多个输出装置728也可以连接到接口电路724。输出装置728可以是，包括，诸如LCD、LED显示器和/或CRT的显示器以及其他示例的显示装置，或者由该显示装置实施。接口电路724还可以包括图形驱动器卡，以允许将显示装置用作一个或多个输出装置728。
一个或多个输出装置728也可以是或替代地是，包括，LED、打印机、扬声器和/或其他示例中的一个或多个实例，或者由该一个或多个实例实施。

[0118] 连接到接口电路724的一个或多个输入装置726和一个或多个输出装置728可以至少部分地启用上面关于图3描述的HMI。输入装置726可以允许向协调控制器输入命令，并且输出装置728可以允许各种数据(例如传感器数据、状态数据和/或其他示例数据)的可视化或其他感官感知。

[0119] 第一处理系统700还可以包括用于存储机器可读指令和数据的大容量存储装置730。大容量存储装置730可以例如经由总线722连接到处理器712。大容量存储装置730可以是或包括有形的非暂时性存储介质，例如软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘(CD)驱动器和/或数字多功能磁盘(DVD)驱动器，以及其他示例。程序代码指令732可以存储在大容量存储装置730、易失性存储器718、非易失性存储器720、本地存储器714、可移动存储介质(例如CD、DVD和/或连接到接口电路724的另一外部的存储介质734)，和/或另一个存储介质。

[0120] 第一处理系统700的模块和/或其他部件可以根据硬件(例如在一个或多个集成电路芯片中，例如ASIC)来实施，或者可以被实施为用于由处理器执行的软件或固件。在软件或固件的情况下，该实施可以被提供为包括计算机可读介质的计算机程序产品或包含由处理器执行的计算机程序代码(即，软件或固件)的存储结构。

[0121] 图8是根据本公开的一个或多个方面的第二处理系统800的示例实施方式的至少一部分的示意图。第二处理系统800可以执行示例机器可读指令以实施如本文所述的EC的至少一部分。

[0122] 第二处理系统800可以是或包括，例如，一个或多个处理器、控制器、专用计算装置、服务器、个人计算机、互联网设备和/或其他类型的计算装置。此外，尽管有可能将图8所示的第二处理系统800的整体实施在一个装置内，但是还可以想到，第二处理系统800的一个或多个部件或功能可以在多个装置上实施，其中一些或全部可以在井场处和/或分别远离图1和2的井建造系统100和250的井场。

[0123] 第二处理系统800包括处理器810，例如通用可编程处理器。处理器810可以包括本地存储器812，并且可以执行存在于本地存储器812和/或另一个存储器装置中的程序代码指令840。处理器810可以执行其中的机器可读指令或程序，以实施用于监视和/或控制井建造系统的一个或多个部件的逻辑。本地存储器812中存储的程序可以包括程序指令或计算机程序代码，当它们由相关联的处理器执行时，能够监视和/或控制井建造系统的一个或多个部件。处理器810可以是，包括，在本地应用程序环境中可操作的各种类型的一个或多个处理器，或由该一个或多个处理器实施，并且可以包括一个或多个通用处理器、专用处理器、微处理器、DSP、FPGA、ASIC、基于多核处理器架构的处理器，和/或其他处理器。

[0124] 处理器810可以例如经由总线822和/或其他通信器件与主存储器814通信。主存储器814可以包括易失性存储器816和非易失性存储器818。易失性存储器816可以是，包括，有形的、非暂时性的存储介质，或由该存储介质实施，例如RAM、SRAM、SDRAM、DRAM、RDRAM和/或其他类型的随机存取存储器装置。非易失性存储器818可以是，包括，有形的、非暂时性存储介质，或由该存储介质实施，例如ROM、闪存和/或其他类型的存储器装置。一个或多个存储器控制器(未示出)可以控制对易失性存储器816和/或非易失性存储器818的访问。

[0125] 第二处理系统800还可以包括例如经由总线822与处理器810通信的接口电路824。接口电路824可以是，包括，各种类型的标准接口，或者由该标准接口实施，例如以太网接口、USB接口、外围部件互连(PCI)接口和3GIO接口，以及其他示例。一个或多个其他处理系统850(例如，图7的第一处理系统700)通信地联接到接口电路824。接口电路824可以通过启用一个或多个通信协议，例如基于以太网的网络协议(例如ProfiNET、OPC、OPC/UA、Modbus TCP/IP、EtherCAT、UDP多播、西门子S7通信和/或其他协议)、专有通信协议和/或另一通信协议，使第二处理系统800和一个或多个其他处理系统(例如网络设备、配置管理器302的处理系统或图3中的另一个处理系统)之间能够通信

[0126] 一个或多个输入装置826可以连接到接口电路824，并允许用户输入数据和/或命令以供处理器810使用。每个输入装置826可以是，包括，键盘、鼠标、触摸屏、操纵杆、控制开关或拨动开关、按钮、触控板、轨迹球、图像/代码扫描仪和/或语音识别系统以及其他示例中的一个或多个实例，或者由该一个或多个实例实施。

[0127] 一个或多个输出装置828也可以连接到接口电路824。输出装置828可以是，包括，例如LCD和/或LED显示器以及其他示例的显示装置，或者由该显示装置实施。接口电路824还可以包括图形驱动器卡，以使得能够将显示装置用作一个或多个输出装置828。一个或多个输出装置828也可以是或代替地是，包括，LED、打印机、扬声器和/或其他示例中的一个或多个实例，或者由该一个或多个实例实施。

[0128] 第二处理系统800可以包括例如经由总线822与处理器810通信的共享存储器830。共享存储器830可以是，包括，有形的、非暂时性的存储介质，或由该存储介质实施，例如RAM、SRAM、SDRAM、DRAM、RDRAM和/或其他类型的随机存取存储装置。

[0129] 第二处理系统800可以包括一个或多个模拟输入(AI)接口电路832、一个或多个数字输入(DI)接口电路834、一个或多个模拟输出(AO)接口电路836和/或一个或多个数字输出(DO)接口电路838，其中的每个都可以与共享存储器830通信。AI接口电路832可以包括一个或多个输入端，并且可以将在输入端上接收的模拟信号转换为例如可由处理器810使用的数字数据。DI接口电路834可以包括一个或多个输入端，并且可以接收可由处理器810使用的离散信号(例如，开/关信号)。AI接口电路832和DI接口电路834通信地联接到共享存储器830，其中AI接口电路832和DI接口电路834可以对输入数据进行高速缓存和/或排队，并且处理器810可以从中访问该数据。AI接口电路832和DI接口电路834的输入端通信地联接到井建造系统中的各种传感器(例如，模拟输出传感器852和数字输出传感器854)、装置、部件等的输出端。AI接口电路832和DI接口电路834可用于接收，解释和/或重新格式化传感器数据，并例如通过分别接收井建造系统中的传感器、装置、部件等的模拟信号和离散信号来监视一个或多个部件的状态。

[0130] AO接口电路836可以包括一个或多个输出端以输出模拟信号，其可以从例如处理器810提供的数字数据转换并临时存储在共享存储器830中。DO接口电路838可以包括一个或多个输出端，并且可以输出离散信号(例如，开/关信号)，其可以由处理器810提供并且例如临时存储在共享存储器830中。AO接口电路836和DO接口电路838通信联接到共享存储器830。AO接口电路836和DO接口电路838的输出端通信联接到各种装置、部件等(例如在井建造系统中的一个或多个模拟输入可控制部件856和/或一个或多个数字输入可控制部件
858)的输入端。AO接口电路836和DO接口电路838可以用于，例如通过分别向井建造系统中的各种装置、部件等提供模拟信号和离散信号，来控制一个或多个部件的操作。

[0131] 第二处理系统800还可以包括用于存储机器可读指令和数据的大容量存储装置839。大容量存储装置839可以例如经由总线822连接到处理器810。大容量存储装置839可以是或包括有形的、非暂时性的存储介质，例如软盘驱动器、硬盘驱动器、CD驱动器和/或DVD驱动器以及其他示例。程序代码指令840可以存储在大容量存储装置839、易失性存储器
816、非易失性存储器818、本地存储器812、可移动存储介质(诸如CD或DVD)，和/或另一存储介质中。

[0132] 第二处理系统800的模块和/或其他部件可以根据硬件(例如，在一个或多个集成电路芯片中，例如，ASIC)来实施，或者可以被实施为用于由处理器执行的软件或固件。在软件或固件的情况下，该实施可以被提供为包括计算机可读介质的计算机程序产品或包含由处理器执行的计算机程序代码(即，软件或固件)的存储结构。

[0133] 鉴于本公开的整体，包括附图和权利要求，本领域普通技术人员将容易认识到，本公开介绍了一种设备，该设备包括第一处理系统，该第一处理系统包括处理器和存储器，该存储器包括计算机程序代码，其中第一处理系统可操作以：(A)接收由第二处理系统制定的工作计划；(B)实施工作计划，包括基于工作计划为一个或多个装备控制器生成命令，其中一个或多个装备控制器可操作以控制井建造系统的装备；(C)通过网络将命令发送到一个或多个装备控制器，以由一个或多个装备控制器执行命令；以及(D)迭代地：(i)在通过一个或多个装备控制器执行命令期间，通过网络监视井建造系统的当前状况；(ii)更新工作计划的实施，包括当井建造系统的当前状况指示与所述实施方式的偏差时，基于工作计划和井建造系统的当前状况为一个或多个装备控制器生成更新的命令；以及(iii)通过网络向一个或多个装备控制器发送更新的命令，以由一个或多个装备控制器执行更新的命令。

[0134] 第一处理系统可以包括专用资源，该专用资源包括处理器的至少一部分和存储器的至少一部分，并且该专用资源可以专用于监视井建造系统的当前状况，更新实施，并发送更新的命令。

[0135] 工作计划可以包括具有通用操作的参数的限定约束的通用操作。

[0136] 该设备可以包括第二处理系统，该第二处理系统包括处理器和包含计算机程序代码的存储器，并且该第二处理系统可以是可操作的以：(A)基于井建造系统的当前状况制定工作计划；(B)将工作计划传送到第一处理系统；以及(C)迭代地：(i)在通过一个或多个装备控制器执行命令期间，通过网络监视井建造系统的当前状况；(ii)当井建造系统的当前状况指示与工作计划的偏差时，更新工作计划；以及(iii)将更新后的工作计划发送到第一处理系统。

[0137] 该设备可以包括网络，该网络可以包括通用数据总线，可以经由通用数据总线使井建造系统的当前状况可获得，并且第一处理系统可以是可操作的以经由通用数据总线监视进行井建造系统的当前状况。该设备可以进一步包括第三处理系统，该第三处理系统通信地联接到网络并且包括处理器和包含计算机程序代码的存储器，其中该第三处理系统是可操作的以转换通用数据总线与一个或多个装备控制器之间的通信，以及其中通信包括命令和井建造系统的当前状况。第三处理系统可以是可操作的以在多个预定协议中的一个或多个与在通用数据总线上使用的通用协议之间转换通信。预定协议可以包括从ProfiNET、OPC、OPC/UA、Modbus TCP/IP、EtherCAT、UDP多播和西门子S7通信组成的组中选择的两个或更多个，并且通用协议可以是DDS协议。

[0138] 井建造系统的当前状况可以包括从一个或多个装备控制器传送来的传感器数据、状态数据或其组合，或由其指示。

[0139] 井建造系统的装备可以选自由钻机控制系统的装备、钻井流体循环系统的装备、管理的压力钻井系统的装备、固井系统的装备以及钻机行走系统的装备组成的组。

[0140] 本公开还介绍了一种设备，包括：(A)网络；(B)一个或多个通信地联接到网络并且可操作以控制井建造系统的装备的装备控制器；(C)第一处理系统，该第一处理系统通信地联接到网络并且包括处理器和包含计算机程序代码的存储器，其中第一处理系统可操作以：(i)基于井建造系统的当前状况制定工作计划；以及(ii)通过网络传送工作计划；以及(D)第二处理系统，该第二处理系统通信地联接到网络并且包括处理器和包含计算机程序代码的存储器，其中第二处理系统可操作以：(i)通过网络接收工作计划；以及(ii)实施该工作计划，包括基于工作计划为一个或多个装备控制器生成命令；(iii)通过网络将命令发送到一个或多个装备控制器，以由一个或多个装备控制器执行命令；以及(iv)迭代地：(a)在通过一个或多个装备控制器执行命令期间，通过网络监视井建造系统的当前状况；(b)更新工作计划的实施，包括当井建造系统的当前状况指示与该工作计划的偏差时，基于该工作计划和井建造系统的当前状况为一个或多个装备控制器生成更新的命令；以及(c)通过网络将更新的命令传送到一个或多个装备控制器，以由一个或多个装备控制器执行更新的命令。

[0141] 第二处理系统可以包括专用资源，该专用资源包括处理器的至少一部分和存储器的至少一部分，其中，专用资源可以专用于监视井建造系统的当前状况，更新实施，并发送更新的命令。

[0142] 工作计划可以包括具有通用操作的参数的限定约束的通用操作。

[0143] 第一处理系统可以是可操作的以迭代地：在由一个或多个装备控制器执行命令期间，通过网络监视井建造系统的当前状况；以及当井建造系统的当前状况指示与工作计划的偏差时，更新该工作计划；以及通过网络传送更新后的工作计划。

[0144] 网络可以包括通用数据总线，可以经由通用数据总线使井建造系统的当前状况可获得，并且第二处理系统可以是可操作的以经由通用数据总线监视井建造系统的当前状况。该设备可以进一步包括第三处理系统，该第三处理系统通信地联接到网络并且包括处理器和包含计算机程序代码的存储器，该第三处理系统可以是可操作的以在通用数据总线和一个或多个装备控制器之间转换通信，以及该通信可以包括命令和井建造系统的当前状况。第三处理系统可以是可操作的以在多个预定协议中的一个或多个与在通用数据总线上使用的通用协议之间转换通信。预定协议可以包括从ProfiNET、OPC、OPC/UA、Modbus TCP/IP、EtherCAT、UDP多播和西门子S7通信组成的组中选择的两个或更多个，以及通用协议可以是DDS协议。

[0145] 井建造系统的当前状况可以包括从一个或多个装备控制器传送来的传感器数据、状态数据或其组合，或由其指示。

[0146] 井建造系统的装备可以从由钻机控制系统的装备、钻井流体循环系统的装备、管理的压力钻井系统的装备、固井系统的装备以及钻机行走系统的装备组成的组中选择。

[0147] 本公开还介绍了一种方法，该方法包括操作第一处理系统，该第一处理系统包括处理器和包含计算机程序代码的存储器，其中，操作第一处理系统包括：(A)接收由第二处理系统制定的工作计划；(B)实施该工作计划，包括基于该工作计划为一个或多个装备控制器生成命令，其中一个或多个装备控制器可操作以控制井建造系统的装备；(C)通过网络将命令发送到一个或多个装备控制器，以由一个或多个装备控制器执行命令；以及(D)迭代地：(i)在由一个或多个装备控制器执行命令期间，通过网络监视井建造系统的当前状况；(ii)更新该工作计划的实施，包括当井建造系统的当前状况指示与工作计划的偏差时，基于该工作计划和井建造系统的当前状况为一个或多个装备控制器生成更新的命令；以及(iii)通过网络将更新的命令传送到一个或多个装备控制器，以由一个或多个装备控制器执行更新的命令。

[0148] 第一处理系统可以包括专用资源，该专用资源包括处理器的至少一部分和存储器的至少一部分，其中，专用资源可以专用于监视井建造系统的当前状况，更新实施，并发送更新的命令。

[0149] 工作计划可以包括具有通用操作的参数的限定约束的通用操作。

[0150] 该方法可以包括操作第二处理系统，该第二处理系统包括处理器和包含计算机程序代码的存储器，其中，操作第二处理系统可以包括：(A)基于井建造系统的当前状况制定工作计划系统；(B)将该工作计划传送到第一处理系统；以及(C)迭代地：(i)在由一个或多个装备控制器执行命令期间，通过网络监视井建造系统的当前状况；(ii)当井建造系统的当前状况指示与工作计划的偏差时，更新工作计划；以及(iii)将更新后的工作计划发送到第一处理系统。

[0151] 网络可以包括通用数据总线，可以经由通用数据总线使井建造系统的当前状况可获得，并且由第一处理系统监视井建造系统的当前状况可以是经由通用数据总线。该方法可以进一步包括操作第三处理系统，该第三处理系统通信联接到网络并且包括处理器和包含计算机程序代码的存储器，其中操作第三处理系统可以包括在通用数据总线和一个或多个装备控制器之间转换通信，以及其中通信可以包括命令和井建造系统的当前状况。第三处理系统可以是可操作的以在多个预定协议中的一个或多个与在通用数据总线上使用的通用协议之间转换通信。预定协议可以包括从ProfiNET、OPC、OPC/UA、Modbus TCP/IP、EtherCAT、UDP多播和西门子S7通信组成的组中选择的两个或更多个，并且通用协议可以是DDS协议。

[0152] 井建造系统的当前状况可以包括从一个或多个装备控制器传送来的传感器数据、状态数据或其组合，或由其指示。

[0153] 井建造系统的装备可以选自由钻机控制系统的装备、钻井流体循环系统的装备、管理的压力钻井系统的装备、固井系统的装备以及钻机行走系统的装备组成的组。

[0154] 前述内容概述了若干实施例的特征，使得本领域普通技术人员可以更好地理解本公开的各方面。本领域普通技术人员应该理解，他们可以容易地将本公开用作设计或修改其他过程和结构的基础，以实现与本文介绍的实施例相同的功能和/或实现相同的益处。本领域普通技术人员还应该认识到，这样的等同构造不脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，它们可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

[0155] 提供本公开内容结尾的摘要以允许读者快速确定技术公开内容的性质。提交时，应理解为不会将其用于解释或限制权利要求的范围或含义。

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用于实施近场通信的电路、方法和设备	2020-05-08	758
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井建造通信和控制

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