[發(fā)明專利]用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的無傳感器狀態(tài)估計、擾動估計和模型調(diào)適的系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580078418.7
• 申請日: 2015-04-29
• 公開（公告）號: CN107438694A
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: V·M·瓦達(dá)利;J·D·戴克斯特拉;X·葛;Y·薛;X·宋
• 申請（專利權(quán)）人: 哈里伯頓能源服務(wù)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(biāo)事務(wù)所有限公司31100
• 代理人: 張欣,錢慰民

背景

本章節(jié)旨在向讀者介紹可能與目前描述的實施方案的各個方面相關(guān)的領(lǐng)域的各個方面。相信這種論述有助于向讀者提供背景信息以便于更好地理解本實施方案的各個方面。因此，應(yīng)當(dāng)理解，這些陳述應(yīng)從這個角度閱讀，而不是作為對現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。

定向鉆井通常用于鉆探非垂直井筒。例如，當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)油層不能從其正上方的地面站點到達(dá)時，可以進(jìn)行定向鉆井操作。為了形成這種井，使用定向鉆井系統(tǒng)。定向鉆井系統(tǒng)的一個實例是指向鉆頭式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，其中通過使穿過該系統(tǒng)的軸彎曲而改變鉆頭的方向，從而改變鉆井方向。鉆頭的傾斜角通常稱為工具面角，這在下文參照圖1B進(jìn)一步詳細(xì)描述。

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)需要各種控制輸入或設(shè)置來控制系統(tǒng)行為和鉆井操作。一般來說，將鉆井系統(tǒng)控制得越準(zhǔn)確，它執(zhí)行得越好，最終導(dǎo)致鉆井操作更成功。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)鉆探井筒時，它展現(xiàn)多種輸出和狀態(tài)，諸如流速、渦輪速度、渦輪加速度、工具面的變化速率、擾動等等。收集的關(guān)于這類輸出和狀態(tài)的數(shù)據(jù)越多，可以將鉆井系統(tǒng)控制得越精細(xì)。通常，為了獲得某些這類狀態(tài)的測量，鉆井系統(tǒng)需要裝備大量感測裝置來進(jìn)行相應(yīng)測量。然而，由于成本效益約束、空間約束、性能和可靠性約束等等，在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)中實現(xiàn)這種感測裝置可能不可行或不切實際。因此，并未測量或記錄可以提高鉆井操作的效率的重要數(shù)據(jù)。因而，仍然需要一種解決方案，其提供對旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的這類狀態(tài)的了解，而不需要實現(xiàn)感測裝置。

附圖簡述

下文參照附圖詳細(xì)描述了本公開的說明性實施方案，附圖以引用的方式并入本文中且其中：

圖1A示出了由根據(jù)本公開的實例實施方案的定向鉆井系統(tǒng)鉆探的井筒；

圖1B示出了根據(jù)本公開的實例實施方案的定向鉆井系統(tǒng)的實例工具面；

圖2示出了根據(jù)本公開的實例實施方案的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的剖視圖；

圖3A示出了根據(jù)本公開的實例實施方案的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的簡化框圖；

圖3B示出了根據(jù)本公開的實例實施方案的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的詳細(xì)功能框圖，其將旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)表示為數(shù)學(xué)模型；

圖4示出了根據(jù)本公開的實例實施方案的開環(huán)狀態(tài)估計器的框圖；

圖5A示出了根據(jù)本公開的實例實施方案的閉環(huán)狀態(tài)估計器的框圖；

圖5B-1和圖5B-2在點A、B、C、D、E和F處耦合以示出根據(jù)本公開的實例實施方案的與圖3B的數(shù)學(xué)模型耦合的模擬器控制器的功能框圖；

圖6示出了根據(jù)本公開的實例實施方案的具有誤差源估計的閉環(huán)狀態(tài)估計器的框圖；以及

圖7示出了根據(jù)本公開的實例實施方案的具有參數(shù)調(diào)適的閉環(huán)狀態(tài)估計器的框圖。

所示圖式僅僅是示例性的并且不旨在斷言或暗示關(guān)于可以實現(xiàn)不同實施方案的環(huán)境、架構(gòu)、設(shè)計或過程的任何限制。

對說明性實施方案的詳細(xì)描述

以下論述涉及本公開的各種實施方案。附圖不一定按比例繪制。實施方案的某些特征可以按比例夸大地示出或者以稍微示意性的形式示出，并且為了清楚和簡明起見，可能不會示出常規(guī)元件的一些細(xì)節(jié)。雖然這些實施方案中的一個或多個可能是優(yōu)選的，但是不應(yīng)將所公開的實施方案解釋為或以其它方式用于限制包括權(quán)利要求的本公開的范圍。應(yīng)當(dāng)完全認(rèn)識到，以下論述的實施方案的不同教導(dǎo)可以單獨地或以任何合適的組合使用以產(chǎn)生期望的結(jié)果。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，以下描述具有廣泛的應(yīng)用，并且任何實施方案的論述僅意味著是該實施方案的示例，并且不旨在暗示包括權(quán)利要求的本公開的范圍限于該實施方案。

在整個以下描述和權(quán)利要求書中使用某些術(shù)語來指代特定特征或組件。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解，不同的人可以用不同的名稱來指代相同的特征或組件。本文檔并不旨在區(qū)分名稱不同但結(jié)構(gòu)或功能相同的組件或特征。

在這份說明書全文中對“一個實施方案”、“實施方案”或類似語言的提及意味著結(jié)合該實施方案描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以包括在本公開的至少一個實施方案中。因此，在這份說明書全文中短語“在一個實施方案中”、“在實施方案中”以及類似語言的出現(xiàn)可以但不一定都是指同一個實施方案。