專利名稱：曳力分析法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系關(guān)于鉆井方法和控制鉆井方法的設(shè)備，更具體地說，本發(fā)明提供了延伸到位井的鉆探和完成過程中減少阻塞鉆管危險的方法。
許多地下自然資源，諸如儲油構(gòu)造可以不再用自地面打垂直井的鉆井方法勘探，自平臺或“小島”上具有很長的非垂直或傾斜部分延伸到井位而鉆出的井現(xiàn)在已很普通了，典型地，傾斜部分位于靠近垂直部分的原點(diǎn)(頂部)之下，偏移部分對于垂直部分能有可達(dá)90度(即近于水平)的傾斜角，結(jié)果井底離開頂部橫向地偏移相當(dāng)大的距離。
現(xiàn)代技術(shù)幾乎能開出有任何傾角的井孔，但是現(xiàn)在的鉆井(包括完成)方法在長的高偏位井孔中遇到許多問題，例如運(yùn)轉(zhuǎn)中套管進(jìn)入某些高偏位井孔可能引起拖曳阻力的極大的增長(即，高阻力井孔)，這將造成在到達(dá)預(yù)定所需的套管深度之前阻塞套筒鉆具組，如果不能提供足夠的附加力(向上或向下)以使阻塞松動，結(jié)果實(shí)際上將損失這口井，即使避免了阻塞或可松動，克服高拖曳阻力所需的力也可能嚴(yán)重?fù)p傷管件。
為避免這些不期望的鉆井中的問題，這些方面的指示器則用來預(yù)知和/或監(jiān)測，例如，所需支承套筒鉆具的重量的升力(即支承或指示器重)不等于套筒鉆具組的實(shí)際重量，一部分是由井孔中曳力所致，曳力(如果足夠大)就能引起套筒阻塞。在井孔中運(yùn)轉(zhuǎn)時，實(shí)際重量相對于指示重量(支持套筒所需的力)的超出量是曳力和套筒阻塞趨勢的指示，其它的廣泛使用的曳力相關(guān)指示器包括旋轉(zhuǎn)鉆井時所使用的鉆井速度和扭矩。其它的問題，有些是在高偏位鉆井中需預(yù)以強(qiáng)調(diào)的，包括環(huán)流損失、鉆具組結(jié)構(gòu)破壞、方向失偏、混凝土破壞、汽相/低濃度物質(zhì)的離析和包藏以及井孔清潔。在鉆井中，尚有這些或其它方面問題的其它指示器，包括泥漿的返回率，濃度與溫度;泥漿泵壓力;鉆井勘探;所用扭矩;切削速度;鉆具組重量;和再生回收刀具的數(shù)量。
如果利用指示，則可獲得減輕這些風(fēng)險的各種解決方案。例如，高曳力的減緩方法既可以是1)增加向下的力，或2)減小摩擦系數(shù)，例如對井孔進(jìn)行潤滑與調(diào)節(jié)。
然而，這些減緩調(diào)節(jié)方案總的來說既費(fèi)錢而又實(shí)效有限。例如，在鉆具管組上只能加上有限的向下的力。超過安全極限的過量的向下力將使鉆具組被壓彎，也可繼續(xù)增加曳力(如果在高偏位井孔中有橫向支承)或者造成結(jié)構(gòu)破壞(如果橫向不予支承)。另外，向下加大壓力鉆井將是不實(shí)際的或使設(shè)備吊裝/管件起升重量極限被超出。
類似的各種限制影響了現(xiàn)行的摩擦系數(shù)減小(即，潤滑，孔口調(diào)節(jié)，或減少曳力)的諸方法。當(dāng)有潤滑的管件組進(jìn)入外伸到位井中時，即使是潤滑的鉆具組也將最終產(chǎn)生不能接受的大曳力，因?yàn)槟Σ羶H僅是減少了而沒有消除。某些井孔的幾何與井壁(即，內(nèi)表面)條件，即使是有潤滑的鉆具組在短的傾斜的垂直孔部分中也能產(chǎn)生愈益增加的阻力(高曳力)狀況。
許多可極大地影響鉆井工藝過程的許多鉆井變量和其它因數(shù)，在管件的鉆井與運(yùn)行(即套管運(yùn)轉(zhuǎn)或接合)以及相關(guān)操作時，可能激烈變化。例如，在任何時刻，曳力可由實(shí)際扭矩和支承重量數(shù)據(jù)指示器計(jì)算出，可是二者皆變化很快。這些指示器取決于許多鉆井(包括結(jié)構(gòu)層)變量或其它因素。雖然有些變量是相對地不變的并且是已知的(諸如管截面的剛性)，而其它(諸如摩擦因數(shù))則是快速變化的、又是不確定的。這些不確定的變化著的變量和因素還包括井孔截面幾何形狀，鉆具組凸緣接觸，鍵槽效應(yīng)，切削巖層性質(zhì)，差動壓力效應(yīng)，傾斜角，接觸面，液力粘性阻力，鉆具球端形狀，泥漿顆粒組成以及折角處剛度狀況等。
基本的預(yù)先分析方法是用于計(jì)劃出一個可接受的，即可能成功的鉆井程序。所期望的鉆井變量數(shù)據(jù)被用在對每一不利狀況下的指示器預(yù)言一可能值。如果指示器的(例如指示器重量)某些預(yù)言值(在鉆井過程中)落在可接受的或“正常的”界限之外，則計(jì)劃和/或提供正確的或緩和的措施。如果緩和措施已計(jì)劃出或被提供，則對每個使用調(diào)節(jié)了的鉆井變量值的指示器作出唯一可能值的第二次預(yù)言以顯示出每一指示器的預(yù)言值現(xiàn)在是可接受的。
在鉆井(以及完成)操作過程中，基本的監(jiān)測式技術(shù)獲得鉆井指示器(同時獲得一些鉆井變量)數(shù)據(jù)，并將這些實(shí)際的或真正的時間監(jiān)測值與所期望的或極限值進(jìn)行比較。如果超過極限值或?qū)嶋H數(shù)據(jù)處于“正?！狈秶?，控制器將得到危險警告，以使用其它鉆井方法(調(diào)節(jié)措施)。亦可以增量基準(zhǔn)綜合預(yù)見與監(jiān)測方法，例如一種對于每一資源地區(qū)或構(gòu)造的不同的方法。
一種如在美國專利No 4，791，998中所描述的統(tǒng)計(jì)逼近法業(yè)已公知。它首先需要自第一套顯示出所不期望的狀況例如鉆具管組阻塞的相似的鉆井中分組鉆井?dāng)?shù)據(jù)(即，指示器數(shù)據(jù)和其它因素)。同時也需要第二套鉆井?dāng)?shù)據(jù)，它來自未顯示出所不期望工況的相似鉆井另外的統(tǒng)計(jì)上有意義的組。該方法統(tǒng)計(jì)地分析了一個資源新井相對于兩套先有數(shù)據(jù)的鉆井變量并且預(yù)言了該資源新井期望落入哪一組中。如果預(yù)料出現(xiàn)不良工況，則應(yīng)提供調(diào)節(jié)措施以改變鉆井變量朝著第二套數(shù)值逼近。
這些方法將導(dǎo)致三種形式的鉆井方式，所有這三種方式均導(dǎo)致代價過高。因?yàn)椴豢赡芙?jīng)濟(jì)地處理諸如井下條件之類的固有的不肯定與變化的因素。第一種方式，或過分保守的方式，使用不必要的調(diào)節(jié)措施來避免不大會發(fā)生的問題(即過分保守的極限值使指示器表明有潛在問題而發(fā)出錯誤信號以及經(jīng)常采用調(diào)節(jié)措施)。除非存在發(fā)生問題的重大風(fēng)險，使用調(diào)節(jié)措施的代價不是很有效的。
對于必要時使用一種有效的或正確的調(diào)節(jié)措施的不必要的延誤/失效，有時則是過分冒險的第二種方式的災(zāi)難性后果，它忽視了所不期望工況的重大時機(jī)(即極限指示器值只在高度風(fēng)險的問題存在之后才發(fā)出有問題信號，除了一些誤報警以外，不經(jīng)常使用調(diào)節(jié)措施)。如果存在著發(fā)生問題的巨大風(fēng)險，則需立即采取措施進(jìn)行調(diào)節(jié)，而不是在問題已表面化之后。鉆井計(jì)劃的早期步驟的高成本的有效的調(diào)節(jié)措施在后來未必有效。
三者中的最后一種方式，或統(tǒng)計(jì)風(fēng)險分析法，平衡了代價與前述二法的風(fēng)險之間的關(guān)系，但是需要昂貴的成套的鉆井成敗的數(shù)據(jù)，以支持統(tǒng)計(jì)模式。然而所強(qiáng)調(diào)的統(tǒng)計(jì)技術(shù)在所有情況下，即便是獲得足夠數(shù)據(jù)時，也不能可靠地避免失敗或者有不必要的調(diào)節(jié)措施，而對于勘探鉆井而言，也可能得不到足夠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
對于延伸到位井的開采方式，需要一種簡化的分析方法，它不會不必要地提供昂貴的調(diào)節(jié)措施或承擔(dān)不必要的風(fēng)險，該方式也不需要過多的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明提供一種供鉆資源井用的相互作用的效仿、計(jì)劃和指示器監(jiān)測技術(shù)，它可以避免不必要的數(shù)據(jù)收集、不必要的調(diào)節(jié)措施以及輕率的冒險。代替統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析或每一指示器的單點(diǎn)預(yù)測(基于在此點(diǎn)的預(yù)測或圍繞它的“正?！敝档你@井決策)在實(shí)際可行的范圍內(nèi)鉆井變量發(fā)生移位或移動以產(chǎn)生一組預(yù)測的指示器值，每個都有其各自相應(yīng)的或然性。如果超過極限的任一數(shù)值的預(yù)測或然性是不可接受的，則鉆井計(jì)劃應(yīng)當(dāng)修正。由于刪除那些影響指示器不大的變量、甚至在移動之后，則極限變量被很快地辨認(rèn)出來。在未來的仿效、計(jì)劃和監(jiān)測中可以放心地忽略他們。指向極限變量的經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)措施的早期選擇亦予實(shí)行，而不要延誤或用不符理論曲線的逼近方式去選擇調(diào)節(jié)措施。本發(fā)明將對于惡劣條件下的、或偏離設(shè)計(jì)的鉆井工況及高度傾斜的井孔特別有用。


圖1是表示典型的地下井路的示意圖;
圖2示出在如圖1中所示井路的傾斜部分的鉆具管件上的簡單的二維受力圖;
圖3是對于圖1所示的井路部分隨從變動的摩擦因數(shù)計(jì)算而得的重量變?nèi)醯那€圖;
圖4是表示當(dāng)使用較重的鉆井提取孔予圖1所示的井路中時由變動的摩擦因數(shù)算得的使泥沙起動的重量曲線圖;
圖5表示當(dāng)運(yùn)行套管在圖1所示的井路部分時可行的可能的隨重量減弱的曲線圖;
圖6是完成該工藝步驟的工藝和設(shè)備的方框圖;以及在這些圖中，應(yīng)該知道，相同的數(shù)字代表相同的元件或特征。
鉆延伸到位井會增加井孔中管件上的曳力。該曳力系由于在井孔中會發(fā)生阻塞的危險而產(chǎn)生。本發(fā)明提供一種風(fēng)險分析方法，以評估和減輕過大的曳力及其它危險，特別是對于延伸到位井。
圖1示出推薦出的一種延伸到位井的地下井路示意簡圖。
作為一個例子，井孔的初始部分2在地面3之下，并預(yù)定有實(shí)測(垂直)深度243.8米(800呎)的近乎垂直的軸線，第二或組合部分4改變井的方向。傾斜角θ(見圖2)近似為每30.48米(100呎)3.5度的比率，直到到達(dá)950.7米(3119呎)的測量深度(自地面沿井孔測量)。第三或傾斜部分5自測量深度(即長度)950.7米(3119呎)處延伸至井底。在井孔中測得的自地面至井底的距離，或總測量深度(正如圖1中所示的“總測量深度點(diǎn)”)預(yù)計(jì)為4032.2米(13229呎)。實(shí)際總垂直井深(“總垂直深度”)和橫向位移(“橫向位移”)分別預(yù)定為1210米(3970呎)和3467.4米(11376呎)。最初鉆井計(jì)劃預(yù)計(jì)以幾種不同公稱直徑的鉆具管組在“總測量深度點(diǎn)”進(jìn)行鉆探和套管。本例其它的鉆井變量則列于下面表1中。
表1為所推薦的井的鉆井變量值的實(shí)例＊偏移部分的傾斜角＝81.17度＊鉆具組及頭部31.1厘米(12 1/4 吋)初始公稱直徑繼之為21.6厘米(8 1/2 吋)公稱直徑＊套筒50.8厘米(20吋)公稱直徑到235.2米(775呎)處，34.0厘米(13 3/8 吋)公稱直徑到測量深度1829米(6000呎)處，24.4厘米(9 5/8 吋)公稱直徑到2956.6米(9700呎)及17.8厘米(7吋)公稱直徑直到4032.2米(13229呎)處。
＊所期的開口摩擦因數(shù)的可行范圍在44.5厘米(17 1/2 吋)孔口中44.5厘米(17 1/2 吋)公稱鉆具與頭部＝0.30至0.80;在44.5厘米(17 1/2 吋)的孔口中34.0厘米(1.3 3/8 吋)公稱套管＝0.40至0.70;在31.1厘米(12 1/4 吋)孔口中31.1厘米(12 1/4 吋)公稱鉆具與頭部＝0.25至0.70;在31.1厘米(12 1/4 吋)的孔口中的24.4厘米(9 5/8 吋)公稱套管＝0.35至0.60;在21.6厘米(8 1/2 吋)孔口中的21.6厘米(8 1/2 吋)公稱鉆具及頭部＝0.35至0.85;以及在21.6厘米(8 1/2 吋)孔口中17.8厘米(7吋)公稱套管＝0.30至0.80＊在套管中測得的摩擦因素在34.0厘米(13 3/8 吋)公稱套管中31.1厘米(12 1/4 吋)公稱鉆具及頭部＝0.2;在34.0厘米(13 3/8 吋)公稱套管中24.4厘米(9 5/8 吋)公稱套管＝0.33;在24.4厘米(9 5/8 吋)公稱套管中21.6厘米(8 1/2 吋)公稱鉆具及頭部＝0.31;以及在24.4厘米(9 5/8 吋)公稱套管中的17.8厘米(7吋)公稱套管＝0.35。
圖2表示與垂直方向7成傾斜角θ傾斜的井孔部分5(見圖1)中作用在鉆具管件6上的簡單的二維受力圖。當(dāng)鉆井和運(yùn)轉(zhuǎn)套管進(jìn)入延伸到位井中時，拖曳阻力將是嚴(yán)重問題，特別是如果井超出極限曳力角度時。極限曳力角定義為管元件或單個管段不再因重力而在井孔中向下滑動的角度，即為了克服拖曳阻力必須加力或在井孔中向下推。當(dāng)井路的一部分超過該極限角一個長距離時，將產(chǎn)生足夠大的阻力抵消未超過極限角管路部分所得到的重力。發(fā)生此種情況時，鉆具管(即全部管件和段件)則不再在井中滑動。
管件6的浮起重量作用在垂直向下的方向7上。此重力的分量表示為法向力8(即垂直于傾斜區(qū)段5的壁部方向)和軸向或橫向力9，軸向力9使管件在傾斜的井孔部分5上趨于下滑?？墒窃撝亓Φ姆ㄏ蛄Ψ至?也產(chǎn)生阻力10，它是(相對于管件方向)法向力和工作摩擦因數(shù)的函數(shù)。當(dāng)傾斜角向90度增大時，法向分力8增加，而軸向分力減小。對于一定的摩擦因數(shù)和傾斜角，即極限傾斜角，摩擦因數(shù)乘法向力(即曳力10)則等于軸向力9。摩擦因數(shù)為0.2，則極限傾斜角為78.7度。類似地，若摩擦因數(shù)為0.3、0.4或0.5，則極限傾斜角分別為73.3、68.2和63.4度。
圖3表示應(yīng)用最佳實(shí)施例方法的實(shí)例，在計(jì)劃中的井路(示于圖1)中公稱17 1/2 吋井孔部分的非轉(zhuǎn)動運(yùn)行或脫扣的減弱期中，用以計(jì)算支承重量或指示器重量的預(yù)期的減少。一般地指示器重量是支承鉆具組和鉆探設(shè)備的鉆架的重量(即裝備重加組合管段的重量)無任何諸如在井孔中的浮力和曳力的向上的力。裝置重量(即無管件時的初始支承重量)也應(yīng)盡可能地減小以利于對鉆井設(shè)備支承重量的控制。
井孔部分延伸至6000呎的測量深度。由于工作摩擦因數(shù)是不肯定的，除非表1所示0.3至0.8的可行范圍，一系列支承重量(即工況指示器)預(yù)測將繪制如圖3。由于幾乎全部可行的摩擦因數(shù)全都難于滑動(即傾斜角超出極限傾斜角θ)，即使提供較低摩擦因數(shù)的調(diào)節(jié)措施以及類似地使用較低的摩擦因數(shù)，工作將仍需施加附加載荷以迫使鉆具組向下進(jìn)入高度偏移的井孔中。幾乎對每一在可行的摩擦因數(shù)范圍中的移位值所需的指示器載荷都顯示出現(xiàn)管組阻塞和其它問題的高度可能性。如果最初的鉆井計(jì)劃已實(shí)施，則需要指示附加載荷。
一種使用較重的鉆具組(如圖1中的井孔上段2)以增加載重的低成本調(diào)節(jié)方案是相互影響地選定的?，F(xiàn)在，相似于最初鉆井計(jì)劃，將帶有此種調(diào)節(jié)方案的鉆井計(jì)劃加以模式化并予分析。只要能得到可以接受的成功跡象或需要附加的調(diào)節(jié)措施，此第二模式和移位分析可被確定。
圖4表示在修改鉆井計(jì)劃(增加重量)之后的使泥沙起動操作時的指示器重量的第二種分析的曲線圖。一種較重的上部井孔鉆管(例如壁較厚的鉆管至少安置在井孔的垂直部分中)用于靠近垂直井路部分(已示于圖1中)現(xiàn)正擬于用來協(xié)助工作，但是附加重量也可以反過來影響使泥沙起動操作。所期的摩擦因數(shù)被再次地增量式移位以便進(jìn)行分析。
由于管件工作極限，鉆機(jī)可于支承管上最大施加1，556，800牛頓(350，000磅)的拉力。分析形狀類似于圖1中所示的延伸到位井的(現(xiàn)已增加重量)的鉆井計(jì)劃表明重量增加將不會使在鉆機(jī)中套管的工作極限被超出。圖4示出了在使泥沙起動操作期間在各種不同深度并考慮到摩擦因數(shù)的情況下移動較重的鉆具組所需的力預(yù)算值。
圖4中的移動摩擦因數(shù)圖表示出如果摩擦因數(shù)超過0.7，則安全或鉆架/管件限制(起升能力限)的極限值超過了在底部所取得的值。雖然不大可能希望使0.7至0.8的摩擦因數(shù)超過現(xiàn)在的20%，一般也可能不超過現(xiàn)在的10%。
估計(jì)的似然性并非不重要。加之，對于高提升負(fù)載和鉆井機(jī)架/管件極限問題的直接投資效果，各負(fù)載也關(guān)系到其它問題或者所不期望的工況(例如，鉆具組阻塞，或鉆具組損壞以及延誤/不可能改變鉆井機(jī)架)的可能性。特別地，如圖4中所示，超過0.7的高摩擦因數(shù)導(dǎo)致不能安全地提升當(dāng)前的較重的鉆具組，它們在底部或靠近底部，除非使用有高管件工作極限的有較大能力的機(jī)架/管件。
當(dāng)面臨這些雖然可能性較小，但不是不重要的或然性分析結(jié)果時，基本有三種方案。第一方案是接受10%至20%的風(fēng)險進(jìn)行鉆井，而在鉆井期間無任何改變或特殊的監(jiān)測計(jì)劃。例如，如果風(fēng)險足夠小并且打算用多重井，有較高工作極限管件的能力大些的鉆井機(jī)架和/或空心井可供采用，這樣使得風(fēng)險方案是可接受的。
第二方案是進(jìn)行鉆井并具體監(jiān)測(提升)指示器重量。實(shí)際監(jiān)測重量與在不同深度的摩擦因數(shù)曲線(示于圖4)進(jìn)行比較，而最接近的曲線則被確定。如果監(jiān)測(實(shí)際的)指示器重量值接近表明摩擦因數(shù)為0.7或更大的一條曲線，在鉆井時，鉆井計(jì)劃將要進(jìn)行諸如降低傾斜角的修正。第二次逼近降低了風(fēng)險，這種降低，關(guān)系到監(jiān)測的指示器如何有效地早些地能顯示出所不期望工況條件的即將到來的風(fēng)險以及有效的調(diào)節(jié)措施是在鉆井開始以后才予提供的。
如果不愿接受業(yè)已降低了的風(fēng)險，第三方案是在鉆井之前修正鉆井工藝以進(jìn)一步降低風(fēng)險。例如，一種示于在1989年8月31日美國申請的共同未決的專利申請S/N 07/401，086，在此引用其全文作為參考的鉆井潤滑泥漿或浮起裝置可以用來降低甚至消除在井孔的偏移部分作用在管件上的曳力。
在本例中，采用第三方案。也就是說，各主要問題的不太可能的但相當(dāng)有意義的或然率，即使在指示器重量被監(jiān)測(在本例中，估計(jì)不超過10%)，若此不大可能出現(xiàn)的摩擦因數(shù)被視為是不可接受的，也會伴隨著相當(dāng)大的成本沖擊，在鉆井計(jì)劃中需作進(jìn)一步修改。
使用井孔調(diào)節(jié)和潤滑的方法作為調(diào)節(jié)措施已然被選用。這些進(jìn)一步預(yù)計(jì)的調(diào)節(jié)措施極大地降低了摩擦因數(shù)超過0.7的可能性。隨著預(yù)計(jì)在潤滑/調(diào)節(jié)的井孔中使用較重的鉆具組，進(jìn)一步重復(fù)使用移位分析過程。這就將摩擦因數(shù)為0.7的預(yù)測或然率降低到了一個可以接受的水平，特別是如果在鉆井時(即第二方案)指示器重量被監(jiān)測到的話。如果實(shí)際(監(jiān)測到的)指示器重接近或超過在先于實(shí)際鉆井操作對摩擦因數(shù)為0.7進(jìn)行計(jì)算而得的預(yù)測使泥沙起動或減弱值，則應(yīng)迅速采取附加的調(diào)節(jié)和/或潤滑調(diào)正措施以進(jìn)一步降低摩擦因數(shù)，不然則減少問題的似然性。
圖5示出了自最初設(shè)備重量中預(yù)測的和可能減少指示器(在這種情況下，是在減弱操作期間)重量的曲線圖，是在井路的一部分中為運(yùn)轉(zhuǎn)34.0厘米(13 3/8 吋)的公稱套管的兩重調(diào)節(jié)計(jì)劃(加大重量與潤滑/調(diào)節(jié)鉆井)的情況。最有可能或預(yù)測的平均減弱支承(指示器)重量為深度的函數(shù)以及所期望的平均摩擦因數(shù)0.45已用點(diǎn)劃線曲線表示?，F(xiàn)在，所期望的或“法向”摩擦因數(shù)已落于0.4到0.5的狹窄范圍之內(nèi)，如圖5中影線區(qū)，現(xiàn)在只有很小的靠近或超過0.5的可能性。經(jīng)計(jì)算后，摩擦因數(shù)近于0.5，靠近底部存在著小的，但是可以接受的問題的似然性(如果鉆井時進(jìn)行監(jiān)測)。如果工作摩擦因數(shù)接近0.5，監(jiān)測并將工作指示器重同可行的曲線的預(yù)測范圍加以比較則可望早些探知潛在的問題，能早些采取使代價更有效的進(jìn)一步的調(diào)節(jié)措施。此外，44.5厘米(17 1/2 吋)井孔鉆探的實(shí)際摩擦因數(shù)(由鉆井中所取得的數(shù)據(jù)計(jì)算出)亦可用于修正各種似然性和其它摩擦因數(shù)的各個期望的數(shù)值，可以有附加的時間以提供必要的調(diào)整措施。對于每一套筒和鉆井工作，可以制出各種可行的摩擦因數(shù)條件下的類似的指示器曲線圖。對于預(yù)計(jì)中的鉆井，在不大可能的其它的鉆井變量或指示器的相反的結(jié)果顯示出不能接受的風(fēng)險之前，也可采取其它調(diào)節(jié)措施。
另一種特別適用于延伸到位井的可能的調(diào)節(jié)措施是增加作用在偏移井部位的管件上的浮力，正如在此全部引用作為參考的共同未決的美國申請，系列號07/401，086，申請日1989年8月31日中所顯示的那樣。若選擇了這一調(diào)節(jié)措施，則推薦其它的移位分析法。
如上面所討論的，給定摩擦因數(shù)的似然性取決于許多鉆井變量，但是某些獨(dú)特的鉆井變量并非總是需要的。如果有足夠的數(shù)據(jù)，本方法最佳實(shí)施例可直接判斷指示器的似然性。另外的指示器(或鉆井變量)的似然性評價/估計(jì)可以在同一地區(qū)，有相似地質(zhì)構(gòu)造的現(xiàn)有類似井的鉆井變量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，或一種以基本假想的有重大意義的影響指示器的鉆井變量為基礎(chǔ)的計(jì)算。這種另外的評價可以是綜合美國專利No4，791，998(前面已預(yù)討論)的統(tǒng)計(jì)分析逼近和或然移位計(jì)算法以及本發(fā)明的相互影響的鉆井計(jì)劃修正工藝而成。
鉆井變量，諸如工作摩擦因數(shù)的一種計(jì)算方式是鉆井變量因素的綜合。工作摩擦因數(shù)是包含許多單獨(dú)的起作用的因素的經(jīng)驗(yàn)因數(shù)。這些單獨(dú)起作用的因素，諸如“真正的摩擦”因數(shù)，鍵槽因數(shù)，凸緣因數(shù)，切割礦床因數(shù)，鉆頭球形因數(shù)以及差異粘滯因數(shù)等被綜合起來以計(jì)算出總的或工作摩擦因數(shù)。這些鉆井工作摩擦的相關(guān)因素中的每一個都是變化的，而且一般是不肯定的，但是能用理論的和/或經(jīng)驗(yàn)的分析法將其結(jié)合在一可行的范圍中，并與指示器重量相關(guān)。
對于某一特定井的構(gòu)形而與工作摩擦因數(shù)相關(guān)的重要的或極限鉆井變量可以由在其實(shí)際可行范圍中的移位或?qū)γ總€鉆井變量的干擾而加以確定。如果工作摩擦因數(shù)和/或問題指示器對鉆井變量的可行范圍不起多大作用，則該變量可以固定或在今后的移位摩擦因數(shù)和支承重量指示器計(jì)算監(jiān)測等操作中予以忽略。最重要的極限變量也可作為對工作摩擦因數(shù)或問題指示器有最大效果的變量而確定。如果計(jì)算出由高摩擦因數(shù)引起的所不希望工況的不可接受的高似然性，則應(yīng)首先考慮能影響這些極限變量的低代價的調(diào)節(jié)措施。
完成此方法的一個實(shí)施例的工藝步驟和設(shè)備的方框圖示于圖6之中。數(shù)據(jù)收集模塊“A”系處在帶有變換器或其它輸入設(shè)備的電子通信設(shè)備中。鉆井計(jì)劃數(shù)據(jù)、不期望工況的調(diào)節(jié)方案、變量和指示器之間的關(guān)系、指示器的原始期望數(shù)值、鉆井變量、變量和指示器的實(shí)際可行的范圍(如果能做到)、變量和指示器的重要程度及指示器似然性閾值則加到模塊“A”中。該模塊裝置為典型的數(shù)字設(shè)備和微處理機(jī)，但也可能還包括人工鍵盤數(shù)據(jù)輸入設(shè)置。指示器的“正?！被虺跏枷Ｍ臄?shù)值是由鉆井計(jì)劃和所期望的鉆井變量計(jì)算出來的，而不是直接輸入的。換言之，指示器的任何可行的預(yù)測都可在初始時應(yīng)用。如果沒有提供其它的特定輸入，該模塊也可從現(xiàn)有的平均鉆井變量或缺陷數(shù)值中計(jì)算初始指示。
如果計(jì)算表明未被事先選中或傳入模塊B，則一個所希望的變量(也可以是指示器)被選定，在模塊B中變量將依提供給模塊“A”的數(shù)據(jù)而被改變或被移位。移位可以是在整個(但一般是在其中)可行性范圍內(nèi)的多個增量移位，該可能范圍是輸入的或由模塊“A”從提供的數(shù)據(jù)中計(jì)算出的。最佳的移位方向是朝向所不希望的或不能接收的結(jié)果/指示器的似然性增加的方向。如果朝向不可接受結(jié)果的移位方向不明顯，朝可行范圍的兩端的移位即告完成。
模塊“B”可以是模塊“A”微處理機(jī)的一部分，也可以是一個單獨(dú)的計(jì)算裝置。選擇指示器或變量的計(jì)數(shù)亦可保存在模塊“B”裝置中，并傳至后面的模塊。
來自模塊“B”的增量移位值被傳送至模塊“C”，在那里所選的或計(jì)算的指示器的每一移位值的或然率得以確定。例如，在給定深度的指示重量的或然率取決于移位摩擦因數(shù)和其它鉆井變量和因數(shù)(輸入到模塊“A”)的或然率。模塊“C”的計(jì)算使用移位值(由模塊“B”完成的)和輸入模塊“A”中以計(jì)算各種問題或不可接受的鉆井結(jié)果的選定的和移位指示器的或然率的各種鉆井變量或其它各種因素的或然率分布。
模塊“C”亦將所選的移位指示器的或然率與指示器閾值和由模塊“A”發(fā)出的較重要的值相比較。模塊“C”的比較裝置可以是一獨(dú)立的矩陣或比較器，但也可以是模塊“A”的前述微處理機(jī)的一部分。如果比較表明或然率未超過所計(jì)算的或由模塊“A”輸入的大電平(即普通結(jié)果)，則指示器在模塊“E”中消去。如果計(jì)數(shù)表明保留未移位指示器，則在模塊“A”中選擇另外的將被移位的指示器和鉆井變量，直到所有的重要指示器和變量均被分析為止。如果一個指示器不是位于模塊“D”中的最壞情況范圍的一端，則在模塊“B”中實(shí)現(xiàn)指示器/鉆井變量的進(jìn)一步移位(另外的移位增量)，直到指示器位于可行范圍的最壞端為止。
如果所不希望工況指示器或然率超過了模塊“C”中的可接受的極限，則在模塊“F”中選擇一調(diào)節(jié)方案。模塊“F”選擇可以手動完成，(即相互影響模式)也可以預(yù)編計(jì)劃，一系列鉆井調(diào)節(jié)措施可以編制計(jì)劃并輸入到模塊“A”中。由模塊“A”產(chǎn)生修正的鉆井計(jì)劃，并被送入模塊“B”，選擇指示器計(jì)數(shù)重新置零，過程重復(fù)直到移位指示器或然率不超過極限。
若算出的移位的指示器或變量的或然率顯示出比不期望工況的極限有較大的變化而又低于該閾值，則選擇的變量(或指示器)被輸入模塊“G”中，若其它的非移位指示器保留，則重復(fù)從模塊“A”起始的過程。另外，模塊“D”、“E”、“F”和“G”可以是總的微處理機(jī)的一部分，也可以是單獨(dú)的比較器/信息處理設(shè)備。
若沒有其它的指示器保留，則執(zhí)行鉆井工作，同時監(jiān)測保留的指示器和各變量?，F(xiàn)在將監(jiān)測的數(shù)據(jù)輸入模塊“A”而信息處理/鉆井計(jì)劃的變化則如前面所討論的那樣繼續(xù)。某些指示器、鉆井變量和鉆井方案在鉆井時如果它們不再可行或?qū)τ谒黄谕慕Y(jié)果的或然率有重大意義，則可被置零或不予考慮。例如，當(dāng)靠近井底時，使用加重的管件則不再是一種經(jīng)濟(jì)的方案。
若調(diào)節(jié)方案不是預(yù)選的，在模塊“F”中選擇保留的調(diào)節(jié)方案則類似于前述的風(fēng)險分析步驟進(jìn)行分析，它基于輸入所期望的(和其或然率的)效果，基于指示器或變量。在模塊“F”中完成將保留的重要指示器/變量對于每一方案在這些數(shù)值上的所期效果進(jìn)行比較。各調(diào)節(jié)方案亦可按其增加成本的順序進(jìn)行選擇與試驗(yàn)(分析)。
本發(fā)明允許在勘探、生產(chǎn)、測井、使油井持續(xù)產(chǎn)油或封井活動中采用最佳鉆井計(jì)劃與操作。當(dāng)足夠的數(shù)據(jù)或分析允許以及可提供代價合理的鉆井與監(jiān)測時，可以放心地忽略不必要的指示器或變量(例如，即使在最惡劣情況下也不致引入多大風(fēng)險的變量)。
盡管前面討論中設(shè)想指示器與鉆井變量均是獨(dú)立的。如果相關(guān)關(guān)系是已知的，也提供相關(guān)的變量，例如摩擦因數(shù)取決于鉆井流體的組成，旋轉(zhuǎn)速度或深度變量。將這些關(guān)系輸入模塊“A”并在模塊“B”中移位一個指示器/變量，于是同時就將相關(guān)指示器/變量進(jìn)行了移位。后續(xù)的測定和比較既考慮了移位獨(dú)立的也考慮了移位相關(guān)的變量與指示器的效果。
可能存在有其它的實(shí)施例。它們包括一組相聯(lián)的微處理機(jī);結(jié)合探索式(即自修)算法，在重復(fù)使用中以確定范圍、增量和各似然值;在以變量鉆井和其它輸入數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的鉆井過程中，在模塊“A”中的重要和極限值可以改變;以人工計(jì)算取代微機(jī)步驟并在有保護(hù)的外殼中于井下安裝微機(jī)。該裝置和過程亦可用于挖掘、鑿隧道、遙控水下施工或其它有多個變量/指示器和存在相當(dāng)大不肯定性的地方的各種應(yīng)用。例如，挖掘過程中滑坡的危險則與壁坡幾何形狀、夯實(shí)強(qiáng)度以及其它變量有關(guān)。該方法將使這些關(guān)系及初始數(shù)據(jù)輸入，并在所期望的范圍內(nèi)移位這些數(shù)值，離析出重要性與各變量。將結(jié)果與極限值比較，以及相互關(guān)聯(lián)地選擇出滑坡調(diào)整措施以帶來風(fēng)險低而代價合理的挖掘工作。
實(shí)現(xiàn)鉆井和完成延伸到位井的方法業(yè)已公開在下列論文中了，由M.D.Mueller，J.M.Quintana，和M.J.Bunyak在1990年5月7～10日在休斯敦舉行的第22屆近海工藝年會上提出的題為“從蠕絲殼炱形(Irene)平臺上延伸到位鉆井”。其主旨在此已選用作為參考文件。
雖然本發(fā)明(在高度偏移的井孔中預(yù)測與監(jiān)測支承重量的方法)的最佳實(shí)施例業(yè)已示出并予描述了，也示出和/或描述了某些變化了的實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的情況下仍可做出各種變化與修正。相應(yīng)地，意在將所有這些改變、修正和變化實(shí)施例包含于本發(fā)明之中，使其落入后附諸權(quán)利要求的精神與范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種將似然率控制在在地下鉆井工藝中鉆具管組發(fā)生阻塞的或然率極限值的控制方法，該方法用鉆具管組的預(yù)測支承重量作為一個指示器，如果指示器超過一極限值將發(fā)生阻塞現(xiàn)象，其中支承重量取決于一個在實(shí)際可行范圍中具有或然率分布的不肯定的摩擦因數(shù)，該方法包括a.選擇一預(yù)定摩擦因數(shù)值，并計(jì)算出在鉆井工藝中其后部分支承重量值，該支承重量的預(yù)測值至少部分地以該預(yù)定摩擦因數(shù)值為基礎(chǔ)；b.在實(shí)際可行的范圍內(nèi)改變選定的摩擦因數(shù)值并計(jì)算至少部分地以變化的摩擦因數(shù)為基礎(chǔ)的支承重量變化值；c.將支承重量的變化值與閾值進(jìn)行比較；d.若支承重量的變化值大于閾值，計(jì)算大于閾值并至少部分地以變化的摩擦因數(shù)為基礎(chǔ)的變化的支承重量的風(fēng)險或然率值；e.如果風(fēng)險或然率值超過或然率極限，則修正鉆井工藝以減少上述風(fēng)險或然率計(jì)算值并重復(fù)步驟a到d。
2.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于可用主觀判斷來計(jì)算上述風(fēng)險或然率值。
3.一種在其后工藝中將工況的似然性控制到一或然率極限的控制方法，上述方法至少使用上述工況條件的一種可能性指示器的一個值，當(dāng)上述指示器值超出一個閾值時，其中上述指示器值在指示器值范圍內(nèi)是不肯定的并具有非零的或然率，該方法包括a.最少也要取得一個至少部分地代表一種因素的指示器值，在上述其后的工藝中該因素可能影響上述工況條件;b.在上述指示器值的范圍內(nèi)，將上述指示器值改變成第一變化指示器值;c.將上述第一變化指示器值與上述閾值進(jìn)行比較;d.如果上述第一變化指示器(值)超過上述閾值，則計(jì)算至少部分地以上述指示器值的上述非零或然率為基礎(chǔ)的上述變化指示器值的第一或然率;e.如果上述第一或然率超過上述或然率極限，則修改上述后續(xù)工藝并重復(fù)步驟a到d。
4.如權(quán)利要求3中所述的方法，其特征在于上述工況條件是所不期望的，而上述第一變化指示器值的上述變化是朝向上述可行范圍的發(fā)生上述工況的可能性較高的一端。
5.如權(quán)利要求4中所述的方法，其特征在于所述后續(xù)工藝為鉆井孔而獲取上述指示器值的步驟包括至少獲得一個代表能影響上述所不期望工況條件的物理因素的初始鉆井變量值;以及計(jì)算上述一個至少部分地以上述初始鉆井變量值之一為基礎(chǔ)的指示器值。
6.如權(quán)利要求5中所述的方法，其特征在于上述變化步驟包括對于上述變量在實(shí)際可行范圍內(nèi)第一次變化至少一個變量值，上述第一變化變量值較上述初始變量值更加靠近上述變量可行范圍的一端，其中上述第一變化變量值代表將發(fā)生的非一般的似然率;以及計(jì)算至少部分地以上述第一變化變量為基礎(chǔ)的第一變化指示器值。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于它還包括f.第二次變化上述基本上在實(shí)際可行范圍內(nèi)的至少一個鉆井變量數(shù)值，上述第二變化值具有非一般的發(fā)生似然性，并較上述初始值和上述第一變化值離上述可行范圍的上述一端更遠(yuǎn);g.計(jì)算第二變化的指示器值;h.計(jì)算至少部分地以上述第二變化的變量值為基礎(chǔ)的上述第二變化的指示器值的第二或然率值;i.如果上述第二或然率值超過上述或然率極限，則修正鉆井;以及j.使用上述修正的鉆井變量重復(fù)步驟a到i，直到上述或然率值不超過上述或然率極限為止。
8.如權(quán)利要求7中所述的方法，其特征在于上述方法使用了對上述指示器變化的重要性值的水準(zhǔn)，上述方法還包括下列步驟k.計(jì)算基于上述第一變化指示器值和上述預(yù)定指示器值之差的遞增的指示器值;l.將上述遞增的指示器值同上述重要性值水準(zhǔn)進(jìn)行比較;m.如果上述進(jìn)行比較的遞增的指示器值等于或超過上述重要性值，則重復(fù)步驟a到l;n.如果上述進(jìn)行比較的遞增的指示器值不超過上述重要性值，則取消上述指示器，并使用其它指示器重復(fù)步驟a到i。
9.如權(quán)利要求8中所述的方法，其特征在于僅在上述指示器在其大部分可行的全部范圍內(nèi)變化以后，才完成上述取消步驟。
10.如權(quán)利要求9中所述的方法，其特征在于上述井孔的一部分是以一定傾斜角鉆探的，上述鉆井變量為摩擦因數(shù)，上述指示器是許多取決于鉆井深度的支承重量值，而上述所不期望的工況則是鉆具阻塞，它還包含下列步驟o.在上述鉆井期間，監(jiān)測上述實(shí)際支承重量值;p.計(jì)算修正的摩擦因數(shù)，它將使上述實(shí)際支承重量值逼近上述所不期望的工況條件;以及q.修正上述基于上述修正的摩擦因數(shù)的上述預(yù)測。
11.如權(quán)利要求10中所述的方法，其特征在于上述摩擦因數(shù)是由n個阻力相關(guān)因數(shù)構(gòu)成，而每一上述阻力相關(guān)因數(shù)都影響多個相關(guān)的指示器，其中上述方法還包含下列步驟r.至少改變上述阻力相關(guān)因數(shù)中的一個，以及s.計(jì)算至少部分地以上述改變的阻力相關(guān)因數(shù)為基礎(chǔ)的一個上述相關(guān)指示器的變化值。
12.如權(quán)利要求11中所述的方法，其特征在于它還包括下列步驟t.試探性地確定至少一個上述指示器的上述變化的增量;以及u.試探性地確定至少一個上述指示器的可行范圍。
13.一種在連續(xù)鉆井中以有極限條件指示器值的或然率極限來限制所不期望的工況條件的似然率的鉆井設(shè)備，它包括用來鉆出井孔的鉆井工具;以上述鉆井工具鉆井時，獲取至少一個所不期望工況條件的預(yù)測指示器值的裝置;將上述預(yù)測器指示器的數(shù)值變成變化的指示器值的裝置;將上述變化的指示器值與上述極限值相比較的裝置;若上述變化的指示器值超過上述極限值，計(jì)算上述變化的指示器值的或然率的裝置;若上述或然率超過上述或然率極限，修正上述鉆井的裝置。
14.如權(quán)利要求13中所述的設(shè)備，其特征在于上述裝置綜合在一個控制上述鉆井工具的單片微處理機(jī)中。
15.一種限制所不期望的挖掘結(jié)果的似然性的挖掘方法，該方法使用一種取決于不肯定因數(shù)的所不期望結(jié)果指示器的極限值，該不肯定因數(shù)在實(shí)際可行范圍內(nèi)有其或然率分布，該方法包含a.在上述范圍內(nèi)選擇一個可能因數(shù)值，并在至少部分地以上述可能因數(shù)值為基礎(chǔ)的挖掘方法的其后部分期間計(jì)算出第一預(yù)定指示器值;b.在上述范圍內(nèi)，選擇一個似然率小于上述可能因數(shù)值的不大可能的因數(shù)值，并計(jì)算至少部分地基于上述不大可能因數(shù)值的不大可能的預(yù)定指示器值;c.將上述不大可能的預(yù)定指示器值與上述閾值相比較;d.如果不大可能的預(yù)定值大于該閾值，則計(jì)算已大于至少部分地基于變化的摩擦因數(shù)的極限的變化的支承重量的風(fēng)險或然率值;以及e.如果風(fēng)險或然率值超過或然率極限，則修正挖掘方法以減少上述計(jì)算的風(fēng)險或然率值并重復(fù)從a至d各步驟。
16.在工藝過程中，防止結(jié)果出現(xiàn)不能接受的似然率值的方法，上述方法使用至少部分地與上述結(jié)果相關(guān)的指示器的計(jì)算的指示器值和具有最小可接受的上述結(jié)果的似然率的閾值指示器值，其中上述指示器值至少部分地取決于某一不肯定因素的因數(shù)值，該因素在因數(shù)值范圍內(nèi)至少等于最小似然率，該方法包含a.計(jì)算在上述范圍內(nèi)基于第一因數(shù)值的第一指示器值;b.獲取在上述范圍內(nèi)，基于第二因數(shù)值又不等于上述第一因數(shù)值的第二指示器值;c.將上述第二指示器值與上述閾值比較;d.如果上述第二指示器值超過上述閾值，則計(jì)算至少部分地以上述第二因數(shù)值似然率為基礎(chǔ)的指示器似然率值;e.將上述指示器似然率值與上述可接受的似然率值相比較;以及f.若上述指示器似然率值至少相當(dāng)于上述不可接受的似然率值，則修正上述工藝成為修正了的工藝。
17.如權(quán)利要求16中所述的方法，其特征在于上述過程是一種鉆井過程，它在上述井孔中使用支承管件重量的設(shè)備以便借助于運(yùn)行管件和調(diào)節(jié)管件進(jìn)行鉆井并完成之，其中上述修正過程減少了或然率，上述指示器似然率值至少相當(dāng)于上述不可接受的似然率值。
18.如權(quán)利要求17中所述的方法，其中上述井孔包括非垂直部分，其中上述修正的工藝增加了作用在管件上的浮力。
19.如權(quán)利要求18中所述的方法，它還包含g.將超過上述不可接受似然率值的指示器似然率值相加;以及h.進(jìn)一步修正基于上述求和的上述鉆井過程。
20.如權(quán)利要求19中所述的方法，其特征在于上述指示器與上述管件的支承重量相關(guān)。
21.如權(quán)利要求20中所述的方法，其特征在于上述因數(shù)與在上述運(yùn)行中上述管件所經(jīng)受的總摩擦因數(shù)相關(guān)。
22.如權(quán)利要求21中所述的方法，其特征在于上述閾值是上述鉆井設(shè)備的最大支承重量。
23.一種防止在工藝過程中超過結(jié)果極限的不可接受的似然率值的方法，它使用了至少部分地與上述結(jié)果相關(guān)及至少部分地取決于不肯定因素的不肯定指示器，該方法包括a.選出一個指示未超過可接受的結(jié)果極限的閾指示器值;b.取得在各值范圍中上述不肯定因素的第一因數(shù)值的似然率;c.在上述至少部分地基于上述第一因數(shù)值的工藝過程中計(jì)算一組上述指示器數(shù)值;d.將上述計(jì)算的各指示器數(shù)值與上述閾值比較;e.如果上述任一計(jì)算的指示器值或大約大于上述閾值或沒有一個上述計(jì)算指示器值至少大約等于上述閾值，獲取在上述范圍中上述不肯定因素的第二因數(shù)值的似然率并使之大約不等于上述第一因數(shù)值，并以上述第二因數(shù)值取代上述第一因數(shù)值;f.直到上述計(jì)算的指示器值既不再大于或約略等于上述閾值也不再是在上述可以產(chǎn)生約等于上述閾值的計(jì)算的指示器值的范圍中的無上述不肯定因數(shù)的其它值時重復(fù)c到f各步;g.如果上述計(jì)算的指示器值至少約等于但不略大于上述閾值，計(jì)算出至少部分地以上述第一因數(shù)值似然率為基礎(chǔ)的指示器閾似然率值;h.將上述指示器閾似然率值與上述不能接受的似然率值進(jìn)行比較，以及i.如果上述指示器似然率值至少約為上述不可接受的似然率值，則上述工藝修改成為修正的工藝。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于它還包含有下列步驟j.以上述修正的工藝取代上述工藝;以及k.重復(fù)a到h各步，直到上述指示器值略小于上述不可接受的似然率值為止。
25.如權(quán)利要求24中所述的方法，其特征在于它還包含下列步驟l.在上述修正的工藝過程中，如果上述指示器值約等于上述不可接受的似然率值則監(jiān)測上述指示器;m.如果在上述修正的工藝過程中上述指示器的各監(jiān)測值與所述的計(jì)算值相當(dāng)，則進(jìn)一步修正上述工藝第一值。
全文摘要
一種用來鉆探困難井孔而可避免不必要風(fēng)險或代價的反復(fù)計(jì)劃和監(jiān)測的方法，代替單點(diǎn)估價，該方法提供基于可能的鉆井變量各種可能的鉆井問題的指示器多重點(diǎn)值或然率估價。所期望的鉆井變量在實(shí)際可行界限內(nèi)變動并多次估計(jì)相應(yīng)的指示器值。每次估計(jì)的或然率值則用于計(jì)算所不希望條件的指示器的似然性。若超過極限值時不希望條件的或然率是不能接受的，則提供調(diào)節(jié)措施、并重新評價調(diào)節(jié)后的或然率。若變動后指示器變化不重要則在未來的分析中取消該鉆井變量。
文檔編號E21B44/00GK1055033SQ9110122
公開日1991年10月2日 申請日期1991年2月28日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月28日
發(fā)明者馬克·戴維·梅勒 申請人:加利福尼亞聯(lián)合石油公司