[發明專利]用于估算鉆井時井眼鉆進設備的井下速度和井下轉矩的方法和裝置、井眼鉆進設備和計算機程序產品

有效

• 申請號: 201780047640.X
• 申請日: 2017-05-30
• 公開（公告）號: CN109642455B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 安德烈·威爾特曼
• 申請（專利權）人: ENGIE電氣工程有限公司
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 陳明

1.一種在地層中鉆井眼的同時估算井眼鉆進設備的井下速度和井下轉矩中的至少一個的方法，所述井眼鉆進設備包括旋轉驅動系統、具有包括鉆頭的底部鉆具組合和連接到所述旋轉驅動系統的頂端的鉆柱和速度控制器，所述速度控制器被設置成用于通過控制頂端驅動轉矩來控制頂端驅動速度，所述方法在計算機中執行并且包括以下步驟：

獲得所述井眼鉆進設備的雙端口譜域傳遞矩陣計算模型的傳遞矩陣分量，所述雙端口譜域傳遞矩陣計算模型包括所述井眼鉆進設備的阻尼特性，其中所述井下速度和井下轉矩是因變量，而所述頂端驅動速度和頂端驅動轉矩是自變量；

在鉆進的同時獲得所述頂端驅動速度和頂端驅動轉矩；以及

由獲得的所述傳遞矩陣分量、所述頂端驅動速度和所述頂端驅動轉矩計算所述井眼鉆進設備的所述井下速度和井下轉矩中的至少一個，

其中計算步驟包括：

減小所述計算的譜帶寬，減小的所述譜帶寬被選擇以在所述計算中包括有限數量的高階譜模式；

在所述譜域中將時間延遲項應用到所述計算，所述時間延遲項被選擇以獲得因果時域解；以及

通過應用減小的所述譜帶寬和添加的所述時間延遲項，計算所述井眼鉆進設備的所述井下速度和井下轉矩中的至少一個。

2.根據權利要求1所述的方法，其中，通過以下方式修改所述傳遞矩陣分量而應用所述譜帶寬減小和所述時間延遲項：

減小所述傳遞矩陣分量的譜帶寬，減小的所述譜帶寬被選擇以在所述傳遞矩陣分量中包括有限數量的高階譜模式；

在所述譜域中，向所述傳遞矩陣分量中的每一個都添加時間延遲項，所述時間延遲項被選擇以得到因果時域解；以及

使用修改的所述傳遞矩陣分量計算所述井眼鉆進設備的所述井下速度和井下轉矩中的至少一個。

3.根據權利要求2所述的方法，其中，通過所述計算機在包括所述鉆柱的一個往返時間的時間段內在因果卷積運算中處理獲得的所述頂端驅動速度和頂端驅動轉矩以及修改的所述傳遞矩陣分量的脈沖響應函數來計算所述井眼鉆進設備的所述井下速度和井下轉矩中的至少一個，其中所述時間段具體地是一個往返時間中的一部分。

4.根據權利要求1所述的方法，其中，基于所述鉆柱的阻尼特性和長度中的至少一個，通過應用n階低通貝塞爾濾波操作并漸變來減小所述譜帶寬，其中n≥4。

5.根據權利要求1所述的方法，其中，基于所述鉆柱的阻尼特性和長度中的至少一個，通過應用n階低通貝塞爾濾波操作并漸變來減小所述譜帶寬，其中n≥10。

6.根據權利要求1所述的方法，其中，基于所述鉆柱的阻尼特性和長度中的至少一個，通過應用n階低通貝塞爾濾波操作并漸變來減小所述譜帶寬，其中n≥20。

7.根據權利要求1所述的方法，其中，每3000米鉆柱長度的所述時間延遲項為至少1秒。

8.根據權利要求4所述的方法，其中，所述時間延遲項還包括時間延遲部分，所述時間延遲部分表示由所述貝塞爾濾波操作引起的時間延遲。

9.根據權利要求1所述的方法，其中，所述井下速度和井下轉矩分別是旋轉鉆頭速度和鉆頭轉矩。

10.根據權利要求1所述的方法，其中，所述井眼鉆進設備的所述雙端口譜域傳遞矩陣計算模型包括雙端口譜域傳遞矩陣，所述雙端口譜域傳遞矩陣由單個或復合對稱譜域傳輸線等效鉆柱計算模型組成，所述單個或復合對稱譜域傳輸線等效鉆柱計算模型包括鉆柱慣性、所述鉆柱在所述井眼中的剛度和阻尼特性、底部鉆具組合慣性和頂端驅動慣性。