[發明專利]具有深度測量的井下閉環鉆井系統

有效

• 申請號: 201480055106.X
• 申請日: 2014-10-06
• 公開（公告）號: CN105793521B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: T·克魯斯帕;R·A·埃斯蒂斯;R·迪弗吉奧;F·C·漢納克
• 申請（專利權）人: 貝克休斯公司
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00;E21B7/04
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 趙培訓

公開了一種用于定向鉆井的方法、系統和鉆井設備。鉆頭位于在井眼中的鉆柱的井下端處。確定了在地面位置與在鉆柱的井下端處的鉆頭之間的井眼的長度，并且獲得了鉆頭的方位角和傾角。井眼的長度可以通過如下來確定：記錄從地面位置傳播到井下位置的聲脈沖的井下位置處的到達時間，并且由此確定傳播時間和井眼長度。井下處理器根據確定的長度、方位角和傾角確定了鉆頭的位置和取向，并且使用鉆頭的確定的位置和取向來改變轉向參數，以獲得鉆井眼的選擇軌跡。

相關申請的交叉參考

本申請要求于2013年10月9日提交的美國申請號14/049430的優先權，該申請在此以整體并入作為參考。

背景技術

技術領域

本公開通常涉及定向鉆井的方法，并且特別涉及使用閉環系統來導引地層的方法，該閉環系統使用井下處理器而無需訪問地面處理器。

相關技術的簡要說明

通常使用包括具有鉆井組件(也稱為井底組件或“BHA”)的管狀構件的鉆柱來鉆井眼，該鉆井組件具有附接至其底端的鉆頭。鉆柱可通過改變鉆井期間鉆頭的取向穿透地層被導引或操縱。總之，為了操縱鉆柱，可采取各種勘測測量以提供與鉆頭的當前位置和取向相關的信息。使用井下傳感器可獲得這些測量，但通常不提供用于定向鉆井所需的完全信息，諸如地層內鉆頭的位置。因此，這些測量可發送到在地面位置處的處理器。地面處理器通常可以訪問這個附加信息，并確定在鉆頭處采取的轉向動作。然后，地面處理器發送在鉆頭處可執行的轉向信號至井下。隨著井眼變得更長且更深，在通信期間的時間延遲和數據退化限制了鉆井的該方法的適應性。

發明內容

在一方面，本公開提供了鉆井眼的方法，其包括：確定在地面位置和井眼中鉆柱的井下端處的鉆頭之間的井眼長度；獲得鉆頭的方位角和傾角；以及使用井下處理器來：根據所確定的距離、方位角和傾角來確定鉆頭的位置和取向，并且使用鉆頭的確定的位置和取向來改變鉆頭的轉向參數，以獲得用于鉆井眼的選擇軌跡。

在另一方面，本公開提供了用于鉆井眼的系統，該系統包括：具有在井下端處的鉆頭的鉆柱；在鉆柱的井下端處的井下時鐘，其配置成記錄在地面位置處的鉆柱中生成的聲脈沖的井下端處的到達時間；以及井下處理器，其配置成：使用記錄的到達時間來確定鉆柱的長度，使用確定的長度及獲得的鉆頭的方位角和傾角來確定鉆頭的位置和取向，以及使用鉆頭的確定的位置和取向來改變鉆頭的轉向參數，以獲得井眼的選擇軌跡。

在另一方面，本發明提供了鉆井設備，該鉆井設備包括：在井眼中的鉆柱的井下端處的鉆頭；在鉆柱的井下端處的接收器，其配置成接收在地面位置處鉆柱中生成的聲脈沖；井下時鐘，其配置成在聲脈沖在井下接收器處接收時生成時間戳記；以及井下處理器，其配置成：使用時間戳記來確定鉆柱的長度，使用所確定的長度、獲得的鉆頭的方位角和獲得的鉆頭的傾角來確定鉆頭的位置和取向，以及使用鉆頭的確定的位置和取向來改變鉆頭的轉向參數以獲得選擇的軌跡。

相當廣泛地概述了本文所公開的設備的某些特征的示例，以便可以更好地理解下面對它們的詳細說明。當然，還存在在下文中所公開的設備和方法的其它特征，其形成所附權利要求書的主題。

附圖說明

為了詳細地理解本公開，應結合附圖，參考下列的詳細說明，在附圖中相同的元件通常以相同的標記標示，其中：

圖1是包括具有附接到其底端的鉆井組件或井底組件的鉆柱的示例性鉆井系統的示意圖；

圖2示出鉆柱的示意圖，該鉆柱示出了用于確定鉆井組件和/或井眼中和/或地層中的鉆頭的位置的各種裝置；

圖3說明可用于確定鉆柱的鉆頭的井下位置的生成和接收的脈沖序列；

圖4示出包括各種元件的鉆柱的部分的框圖，該元件可用于控制使用本文所公開的方法的鉆柱的導引；以及