[發明專利]使用隨機最優控制實現的鉆井自動化

有效

• 申請號: 201380079301.1
• 申請日: 2013-10-21
• 公開（公告）號: CN105518251B
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: 賈森·D·戴克斯特拉;薛玉珍
• 申請（專利權）人: 哈利伯頓能源服務公司
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 金鵬

1.一種用于鉆井自動化的方法，所述方法包括：

至少部分基于第一組井下測量值來生成鉆井系統的模型，所述模型接受所述鉆井系統的鉆井參數作為輸入；

至少部分基于所述模型來確定所述鉆井系統的機械鉆速，其中確定所述鉆井系統的所述機械鉆速包括確定所述鉆井系統的最大機械鉆速；

使用所述鉆井參數的第一組值來模擬所述模型，其中使用所述鉆井參數的所述第一組值模擬所述模型包括生成與所述第一組值相對應的WOB、旋轉速率和流速的第二組值；

至少部分基于所述機械鉆速和所述模擬結果來計算所述鉆井系統的控制策略，其中計算所述鉆井系統的所述控制策略包括將所述第二組值與和所述最大機械鉆速相對應的所述WOB、旋轉速率和流速的所述值相比較；以及

至少部分基于所述控制策略來產生針對所述鉆井系統的控制信號以改變所述鉆井系統的一個或多個鉆井操作。

2.如權利要求1所述的方法，其中生成所述鉆井系統的所述模型包括生成所述鉆井系統的空間狀態模型。

3.如權利要求1所述的方法，其中

所述鉆井系統的所述鉆井參數包括

所述鉆井系統的大鉤的大鉤載荷；

所述鉆井系統的泵的泵速；以及

所述鉆井系統的頂部驅動器的轉矩值；并且

所述模型生成以下各項中的至少一者作為輸出：

所述鉆井系統的鉆壓(WOB)；

鉆頭的旋轉速率；以及

鉆井流體穿過所述鉆井系統的流速。

4.如權利要求3所述的方法，其中生成針對所述鉆井系統的所述控制信號包括生成與所述鉆井參數中的至少一者相對應的控制信號。

5.如權利要求3所述的方法，其中確定所述鉆井系統的所述最大機械鉆速包括確定與所述最大機械鉆速相對應的所述WOB、旋轉速率和流速的值。

6.如權利要求1所述的方法，其中計算所述鉆井系統的所述控制策略進一步包括

使用成本函數來跟蹤所述第二組值與和所述最大機械鉆速相對應的所述WOB、旋轉速率和流速的所述值之間的差；

計算與所述成本函數的最低平均輸出相對應的值函數；

使用所述值函數來計算所述鉆井系統的狀態中的每一者的控制輸入；以及

生成查找表，所述查找表包含所述鉆井系統的所述控制輸入和所述狀態。

7.如權利要求6所述的方法，其中至少部分基于所述控制策略生成針對所述鉆井系統的所述控制信號包括

生成所述鉆井系統的狀態的實時估計值；

從所述查找表選擇與所估計狀態相對應的控制輸入；

使用所述控制輸入生成所述鉆井系統的所述控制信號。

8.如權利要求1所述的方法，進一步包括

接收第二組井下測量值；

至少部分基于所述第二組井下測量值來生成所述鉆井系統的第二模型；

至少部分基于所述第二模型來計算第二控制策略；以及

至少部分基于所述第二控制策略來生成針對所述鉆井系統的第二控制信號。