[發明專利]用于旋轉導向鉆井系統的無傳感器狀態估計、擾動估計和模型調適的系統和方法

在審

• 申請號: 201580078418.7
• 申請日: 2015-04-29
• 公開（公告）號: CN107438694A
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: V·M·瓦達利;J·D·戴克斯特拉;X·葛;Y·薛;X·宋
• 申請（專利權）人: 哈里伯頓能源服務公司
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B47/09;E21B47/02;E21B44/00;G06F17/50
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 張欣,錢慰民

1.一種估計旋轉導向鉆井系統的狀態的方法，所述方法包括：

將控制輸入應用于旋轉導向鉆井系統；

感測所述旋轉導向鉆井系統的實際輸出；

將所述控制輸入輸入至所述旋轉導向鉆井系統的數學模型中；

從所述數學模型接收所述旋轉導向鉆井系統的估計輸出；

基于所述實際輸出與所述估計輸出之間的差異而生成誤差補償信號；以及

將所述誤差補償信號應用于所述數學模型。

2.如權利要求1所述的方法，所述方法還包括：

將所述控制輸入和所述誤差補償信號應用于所述數學模型；

從所述數學模型接收第二估計輸出；并且

其中所述第二估計輸出與所述實際輸出之間的差異小于所述估計輸出與所述實際輸出之間的所述差異。

3.如權利要求1所述的方法，所述方法還包括將電子濾波器應用于所述誤差補償信號，其中所述電子濾波器傳遞指示誤差源的信號。

4.如權利要求3所述的方法，其中所述誤差源是噪聲、擾動、粘滑、參數估計誤差和建模誤差中的至少一個。

5.如權利要求3所述的方法，所述方法還包括：

從所述電子濾波器獲得估計的建模誤差并且標示所述估計的建模誤差；

將所述估計的建模誤差與一組初始模型參數進行比較；

生成模型調適信號，所述模型調適信號驅使所述估計的建模誤差為零；以及

根據所述模型調適信號來調適所述數學模型。

6.如權利要求3所述的方法，其中指示誤差源的所述信號指示所述旋轉導向鉆井系統上的一個或多個擾動或噪聲。

7.如權利要求1所述的方法，其中所述控制輸入包括電壓或電流值。

8.如權利要求1所述的方法，其中所述估計輸出是工具面角。

9.一種用于估計旋轉導向鉆井系統的狀態的系統，所述系統包括：

系統模擬器，所述系統模擬器包括所述旋轉導向鉆井系統的數學模型，所述數學模型被配置用來響應于輸入而生成所述旋轉導向鉆井系統的估計輸出和估計狀態；

模擬器控制器，所述模擬器控制器被配置用來接收所述旋轉導向鉆井系統的實際輸出和來自所述系統模擬器的所述估計輸出，并且基于所述實際輸出與所述估計輸出之間的差異而生成誤差補償信號；并且

其中所述系統模擬器被配置用來接收所述誤差估計信號。

10.如權利要求9所述的系統，其中所述系統模擬器被配置用來基于所述輸入和所述誤差估計信號而生成所述估計輸出和所述估計狀態。

11.如權利要求9所述的系統，其中所述誤差補償信號被配置用來驅使所述實際輸出與所述估計輸出之間的所述差異為零。

12.如權利要求9所述的系統，其還包括誤差源檢測模塊，所述誤差源檢測模塊被配置用來接收所述誤差估計信號并檢測一個或多個誤差源。

13.如權利要求12所述的系統，其中所述誤差源檢測模塊包括高通濾波器、帶通濾波器、低通濾波器和帶阻濾波器中的至少一個。

14.如權利要求12所述的系統，其中所述一個或多個誤差源包括擾動、噪聲、模型參數估計誤差和未建模的系統動力學中的至少一個。

15.如權利要求12所述的系統，其中所述誤差源檢測模塊檢測一個或多個建模誤差并生成對應的模型調適信號，其中所述模型調適信號被配置用來提供用于調整所述數學模型的指令并驅使所述一個或多個建模誤差為零。