Текущий контроль и управление операциями наклонно-направленного бурения и их моделирование

Текущий контроль и управление операциями наклонно-направленного бурения и их моделирование

Иллюстрации

Показать все

Реферат

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] В настоящей заявке заявлен приоритет по заявке на патент США с серийным №13/799147, поданной 13 марта 2013 года, являющейся частичным продолжением заявки на патент США с серийным №12/442637, поданной 9 февраля 2010 года, что согласно разделу 35 Кодекса законов США § 371 представляет собой подачу заявки на национальном этапе международной заявки PCT/US2007/020867, поданной 27 сентября 2007 года и опубликованной на английском языке в виде документа WO 2008/039523 А1 3 апреля 2008 года, испрашивающей приоритет согласно предварительной заявке на патент США с серийным №60/827209, поданной 27 сентября 2006 года, согласно разделу 35 Кодекса законов США § 119(e), при этом данные заявки и публикация включены в настоящий документ посредством ссылки во всей своей полноте.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Заявка в основном касается бурения с забойным двигателем. В частности, заявка касается текущего контроля и управления операциями наклонно направленного бурения и их моделированием.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Операции наклонно направленного бурения, как правило, обеспечивают больший объем добычи углеводородов из забоя скважины в пласте.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0004] Варианты реализации изобретения могут стать более понятными после ознакомления с нижеследующим подробным описанием и прилагаемыми графическими материалами, иллюстрирующими эти варианты реализации. В графических материалах показано следующее:

[0005] Фигура 1 иллюстрирует систему операций бурения в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

[0006] Фигура 2 иллюстрирует компьютер, исполняющий программы для выполнения операций в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

[0007] Фигура 3 иллюстрирует экран графического пользовательского интерфейса (ГПИ), обеспечивающего возможность управления и текущего контроля операции наклонно направленного бурения/моделирования в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

[0008] Фигура 4 иллюстрирует экран ГПИ, обеспечивающий управление и текущий контроль операции наклонно направленного бурения/моделирования в соответствии с некоторыми другими вариантами реализации изобретения.

[0009] Фигура 5 иллюстрирует экран ГПИ, обеспечивающий управление и текущий контроль операции наклонно направленного бурения/моделирования в соответствии с некоторыми другими вариантами реализации изобретения.

[0010] Фигура 6 иллюстрирует экран ГПИ, обеспечивающий управление и текущий контроль операции наклонно направленного бурения/моделирования в соответствии с некоторыми другими вариантами реализации изобретения.

[0011] Фигура 7 иллюстрирует экран ГПИ, обеспечивающий управление и текущий контроль операции наклонно направленного бурения/моделирования в соответствии с некоторыми другими вариантами реализации изобретения.

[0012] Фигура 8 иллюстрирует экран ГПИ, обеспечивающий управление и текущий контроль операции наклонно направленного бурения/моделирования в соответствии с некоторыми другими вариантами реализации изобретения.

[0013] Фигура 9 иллюстрирует отчет, генерируемый по операции наклонно направленного бурения/моделирования в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

[0014] Фигуры 10-11 иллюстрируют еще один набор отчетов по операции наклонно направленного бурения/моделирования в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

[0015] Фигура 12 иллюстрирует операцию бурения, в которой разбуриватель не используется, а буровое долото находится в забое скважины в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

[0016] Фигуры 13-14 иллюстрируют диаграммы крутящего момента в связи с перепадом рабочего давления для забойного двигателя или инструмента для наклонно направленного бурения роторным способом в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

[0017] На Фигурах 15А-15С проиллюстрированы примеры переносных устройств мобильной связи, выполненные с возможностью адаптации для функций текущего контроля и управления операциями бурения, связанных с ними функций на буровых площадках и их моделированием в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

[0018] Фигура 16 иллюстрирует типовую архитектуру текущего контроля и управления операцией бурения на буровой площадке с использованием переносного устройства мобильной связи в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

[0019] На Фигуре 17 проиллюстрированы характеристики типового способа текущего контроля и управления операцией бурения с использованием переносного устройства мобильной связи в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

[0020] На Фигуре 18 проиллюстрированы типовые компоненты переносного устройства мобильной связи, выполненные с возможностью текущего контроля и управления операциями бурения в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0021] В разделе описаны способы, устройства и системы текущего контроля и управления операциями наклонно направленного бурения и их моделированием. В нижеследующем описании приведено большое количество специфических деталей. Тем не менее, следует понимать, что варианты реализации изобретения могут быть использованы на практике без этих специфических деталей. В других примерах общеизвестные схемы, конструкции и методы детально не показаны, с тем чтобы не препятствовать пониманию данного описания.

[0022] Данное описание вариантов реализации изобретения разделено на пять разделов. В первом разделе описана операционная среда системы. Во втором разделе описана операционная среда компьютера. В третьем разделе описано графическое и цифровое представления операции наклонно направленного бурения/моделирования. В четвертом разделе описан текущий контроль нагрузки на компоненты в забое скважины. В пятом разделе представлены некоторые комментарии общего характера.

[0023] Варианты реализации изобретения обеспечивают возможность текущего контроля и управления операциями наклонно направленного бурения и их моделирования. Варианты реализации изобретения могут содержать графический и цифровой вывод данных, полученных и обработанных от различных датчиков (включая датчики на поверхности и в забое). Комплект нижней бурильной колонны (КНБК) для роторного бурения, забойный двигатель, бурильная турбина или инструмент бурения с забойным двигателем, такой как инструмент для наклонно направленного бурения роторным способом, обеспечивают возможность наклонно направленного бурения. Функционирование КНБК, забойного двигателя, бурильной турбины или инструмента для наклонно направленного бурения роторным способом в непрерывно изменяющейся обстановке в забое нефтяной скважины представляет относительные сложности, так как рабочие параметры, применяемые на поверхности (такие как скорость потока, усилие на долото и частота вращения бурильной колонны) сочетаются с другими характеристиками операции бурения с забойным двигателем. Эти другие характеристики включают характеристики пласта (такие как прочность породы и геотермальная температура), характеристики дополнительного инструмента, встроенного в КНБК (такого как буровое долото), характеристики буровых растворов (такие как смазывающая способность) и т.д.

[0024] Применение недостаточно оптимальных рабочих параметров, избыточные рабочие параметры и предпринятие ненадлежащих действий в случаях отдельных функциональных неполадок во время работы двигателя в забое - это одни из некоторых проблем, которые встречаются во время операции наклонно направленного бурения.

[0025] Инженеры-проектировщики, служба поддержки, персонал подразделения маркетинга, персонал по ремонту и техобслуживанию, а также различные работники персонала заказчика не должны находиться в районе пола буровой. Также может иметь место значительная разобщенность связи инженера-технолога по наклонно направленному бурению в районе пола буровой с функционирующим КНБК, забойным двигателем, бурильной турбиной или инструментом для наклонно направленного бурения роторным способом, находящимися на глубине нескольких тысяч футов от поверхности. Следовательно, эти лица не могут дать точную оценку влияния рабочих параметров, применяемых на поверхности, а также эксплуатационных условий в забое скважины на буровой двигатель, бурильную турбину или инструмент для наклонно направленного бурения роторным способом во время работы двигателя/инструмента в забое.

[0026] Используя некоторые варианты реализации изобретения, эксплуатационный персонал, инженеры-проектировщики, служба поддержки, персонал подразделения маркетинга, персонал по ремонту и техобслуживанию, а также персонал заказчика могут иметь возможность ознакомления с рабочими параметрами КНБК, забойных двигателей, бурильных турбин и инструмента для наклонно направленного бурения роторным способом, применяемыми на участке пола буровой и суммарными нагрузками, производимыми ими на двигатели/инструмент, в конечном итоге влияющими на эксплуатационные характеристики двигателей/инструмента. Углубленные знания персонала различных специальностей о функционировании КНБК, забойных двигателей, бурильных турбин или инструмента для наклонно направленного бурения роторным способом привнесут свою пользу, начиная со стадии проектирования и до последующей стадии рассмотрения и анализа эксплуатационных неисправностей.

[0027] Варианты реализации изобретения позволят пользователям эффективно обучаться на имитаторе посредством управления операциями с КНБК, забойным двигателем, бурильной турбиной или инструментом для наклонно направленного бурения роторным способом, одновременно исключив проблемы затратности потенциальных угроз безопасности, как правило, связанных с буровой площадкой и операциями динамометрических испытаний. Варианты реализации изобретения будут способствовать совершенствованию знаний баланса потребляемой и выходной мощности двигателя/инструмента с учетом характеристик эксплуатационных условий в забое скважины, а также с учетом КПД, надежности и продолжительности срока службы двигателя/инструмента.

[0028] В некоторых вариантах реализации изобретения предусмотрен графический пользовательский интерфейс (ГПИ) для текущего контроля операции наклонно направленного бурения. Некоторые варианты реализации изобретения могут быть использованы в реальной операции бурения. Некоторые варианты реализации изобретения могут быть использованы в качестве альтернативы или дополнения во время имитирования в целях обучения операторов наклонно направленному бурению. Данные от датчиков на поверхности и в забое могут подвергаться обработке. На основании обработанных данных может быть предусмотрено графическое и цифровое представление операций в забое. Некоторые варианты реализации изобретения могут иллюстрировать эксплуатационные характеристики КНБК, забойного двигателя, бурильной турбины и инструмента для наклонно направленного бурения роторным способом, используемых в операциях наклонно направленного бурения. Некоторые варианты реализации изобретения могут графически иллюстрировать частоту вращения (об/мин) и крутящий момент, прилагаемый забойным двигателем, бурильной турбиной или инструментом для наклонно направленного бурения роторным способом, перепад рабочего давления в двигателе, турбине, инструменте и т.д. Вид в поперечном сечении двигателя, турбины, инструмента внутри бурильной колонны может быть показан графически. На этом виде может быть показано вращение бурильной колонны совместно с двигателем, турбиной и инструментом. Соответственно, бурильщик может визуально отслеживать скорость вращения бурового двигателя/инструмента для наклонно направленного бурения роторным способом и по мере необходимости регулировать ее. В нижеследующем описании и прилагаемых Фигурах описаны текущий контроль и управление буровым двигателем. Такое описание также применимо к роторным КНБК, бурильным турбинам и инструменту для наклонно направленного бурения роторным способом различных типов.

[0029] Фигура 1 иллюстрирует систему операций бурения в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения. Фигура 1 иллюстрирует операцию наклонно направленного бурения. Буровая установка содержит буровую вышку 10 на поверхности 12, являющейся опорой для бурильной колонны 14. В некоторых вариантах реализации изобретения бурильная колонна 14 представляет собой комплект секций бурильных труб, соединенных в виде непрерывной цепи через рабочую площадку 16. В альтернативных вариантах реализации изобретения бурильная колонна вместо отдельных бурильных труб содержит гибкие НКТ. Буровое долото 18 присоединяется к нижнему концу бурильной колонны 14 и во время операций бурения долото 18 создает ствол 20 скважины сквозь геологические пласты 22 и 24. Бурильная колонна 14 на своем нижнем конце содержит комплект 26 нижней бурильной колонны (КНБК), включающий буровое долото 18, прибор каротажа 30, встроенный в участок муфты 32 утяжеленной бурильной трубы, датчики направления, расположенные в переводнике 34 из немагнитного материала для измерительных приборов, внутрискважинный контроллер 40, телеметрический передатчик 42, а в некоторых вариантах реализации изобретения - забойный двигатель/инструмент 28 для наклонно направленного бурения роторным способом.

[0030] Буровой раствор закачивается из резервуара 36 на поверхности через трубопровод 38 в бурильную колонну 14 и к буровому долоту 18. После вытекания из торца бурового долота 18 буровой раствор поднимается обратно на поверхность через затрубное пространство между бурильной колонной 14 и стволом 20 скважины. На поверхности буровой раствор собирается и возвращается в резервуар 36 для фильтрации. Буровой раствор используется для смазки и охлаждения бурового долота 18 и для удаления осколков породы из ствола 20 скважины.

[0031] Внутрискважинный контроллер 40 контролирует работу телеметрического передатчика 42 и приводит в согласование работу компонентов в забое скважины. Контроллер обрабатывает данные, полученные от прибора каротажа 30 и/или датчиков в переводнике 34 для измерительных приборов и вырабатывает кодированные сигналы для передачи на поверхность через телеметрический передатчик 42. В некоторых вариантах реализации изобретения телеметрия представлена в форме гидроимпульсов внутри бурильной колонны 14, которые определяются на поверхности приемником гидроимпульсов 44. Аналогично могут быть использованы другие телеметрические системы (например, телеметрия по акустическому каналу связи вдоль колонны бурильных труб, бурильная труба с кабелем для передачи сигнала и т.д.). В дополнение к скважинным датчикам система может содержать несколько датчиков на поверхности пола буровой для контроля различных операций (например, частоты вращения бурильной колонны, расхода бурового раствора и т.д.).

[0032] В некоторых вариантах реализации изобретения данные от скважинных и наземных датчиков обрабатываются для отображения (как дополнительно описано ниже). Компоненты процессора, обрабатывающие такие данные, могут находиться в забое и/или на поверхности. Например, скважинные данные могут обрабатываться одним или несколькими процессорами в скважинном инструменте. В качестве альтернативного варианта или дополнения данные могут обрабатываться одним или несколькими процессорами на буровой площадке и/или с удаленного местоположения. Кроме того, обработанные данные далее могут отображаться в цифровом и графическом виде (как дополнительно описано ниже).

[0033] Таким образом, описана типовая компьютерная система, которая может быть использована для обработки и/или для отображения данных. В частности, Фигура 2 иллюстрирует компьютер, исполняющий программы для выполнения операций в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения. Компьютерная система 200 может быть репрезентативной для различных компонентов в системе 200. Например, компьютерная система 200 может быть репрезентативной для деталей скважинного инструмента, компьютера по месту буровой площадки, компьютера, удаленного от буровой площадки и т.д.

[0034] Как проиллюстрировано на Фигуре 2, компьютерная система 200 содержит процессор(-ы) 202. Компьютерная система 200 также содержит блок памяти 230, процессорную шину 222 и контроллер-концентратор ввода-вывода (ICH) 224. Процессор(-ы) 202, блок памяти 230 и ICH 224 присоединяются к процессорной шине 222. Процессор(-ы) 202 могут содержать архитектуру любого пригодного процессора. Компьютерная система 200 может содержать один, два, три или более процессоров, любой из которых может выполнять набор команд в соответствии с вариантами реализации изобретения.

[0035] Блок памяти 230 может сохранять данные и/или команды и может содержать любое пригодное запоминающее устройство, как, например, динамическое оперативное ЗУ (ДОЗУ). Компьютерная система 200 также содержит дисковод(-ы) 208 со встроенным контроллером IDE и/или другие пригодные устройства хранения данных. Графический контроллер 204 контролирует отображение информации на дисплейном устройстве 206 в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.

[0036] Контроллер-концентратор ввода-вывода (ICH) 224 обеспечивает интерфейс с устройствами ввода/вывода или периферийными компонентами для компьютерной системы 200. ICH 224 может содержать любой пригодный контроллер интерфейса для обеспечения любого пригодного канала связи с процессором(-ами) 202, блоком памяти 230 и/или с любым пригодным устройством или компонентом, находящимся в связи с ICH 224. Для одного варианта реализации изобретения ICH 224 обеспечивает соответствующий арбитраж и буферизацию для каждого интерфейса.

[0037] Для некоторых вариантов реализации изобретения ICH 224 обеспечивает интерфейс с одним или несколькими соответствующими дисководами 208 со встроенным контроллером (IDE), такими как накопитель на жестких дисках (HDD) или дисковод для постоянной памяти на компакт-диске (CD ROM), или с соответствующими устройствами универсальной последовательной шины (USB) через один или несколько портов USB 210. Для одного варианта реализации изобретения ICH 224 также обеспечивает интерфейс с клавиатурой 212, мышью 214, дисководом CD-ROM 218, одним или несколькими пригодными устройствами через один или несколько портов шины Fire Wire (шина сверхбыстрой передачи данных) 216. Для одного варианта реализации изобретения ICH 224 также обеспечивает сетевой интерфейс 220, через который компьютерная система 200 может обмениваться данными с другими компьютерами и/или устройствами.

[0038] В некоторых вариантах реализации изобретения компьютерная система 200 содержит машиночитаемый носитель, сохраняющий набор команд (например, программное обеспечение), который реализует собой любую описанную в данной заявке методику либо все такие методики. Помимо этого, программное обеспечение может содержаться, полностью или по меньшей мере частично, в блоке памяти 230 и/или в процессоре(-ах) 202.

[0039] Процесс наклонно направленного бурения основывается на решениях, принимаемых инженером-технологом по наклонно направленному бурению, в результате информации, получаемой бурильщиком в районе пола буровой, в установках каротажа на буровой площадке (но не на участке пола буровой), а также на знаниях инженера-технолога по наклонно направленному бурению об эксплуатационных характеристиках и функционировании оборудования. Решения, принимаемые инженером-технологом по наклонно направленному бурению, имеют непосредственное отношение к рабочим параметрам бурения, применяемым с поверхности к буровому инструменту в забое. Варианты реализации изобретения обеспечивают представление в реальном времени всеобъемлющих данных по наклонно направленному бурению с пола буровой (на внутренне защищенном компьютере или на пульте бурильщика в помещении, продуваемом для ограничения концентрации взрывоопасных паров, или «бытовке»), на буровой площадке (установка регистрации данных каротажа или офис) и удаленно (офис или специальный центр дистанционных технических операций (ДТО) поставщика технологического инструмента для наклонно направленного бурения и/или нефтяной компании).

[0040] Важной частью процесса наклонно направленного бурения является взаимодействие бурового долота с пластом на предмет крутящего момента и частоты вращения, прилагаемых к буровому долоту, и нагрузок, передаваемых на пласт для местного разрушения и снятия пласта. Еще одним важным фактором является то, каким образом крутящий момент и частота вращения, прилагаемые к буровому долоту, вызывают реактивные механические нагрузки на инструменты забойного бурового оборудования, влияющие на траекторию пробуриваемой скважины.

[0041] С поддержанием крутящего момента и частоты вращения на буровом долоте на стабильном уровне можно достичь и поддерживать удовлетворительную скорость проходки, надлежащую проводку направления скважины и т.д. Кроме того, такой стабильный уровень позволяет увеличить надежность и продолжительность срока службы различных инструментов бурения с забойным двигателем в КНБК (переменные механические нагрузки и нагрузки от давления ускоряют износ и усталость компонентов).

[0042] Во время бурения на буровое долото оказывается возбуждение и нагрузки от различных источников. Эти источники могут вызывать колебания скорости вращения долота, вибрацию долота, избыточное усилие от долота на пласт, а в некоторых случаях фактическое отталкивание долота от забоя скважины. Применение усилия на долото (путем ослабления нагрузки на крюк буровой установки) может быть источником возбуждения и нагрузки. Может существовать ряд таких источников, которые могут оказывать негативное влияние на взаимодействие торца бурового долота с пластом. Например, некоторые виды усилий, прилагаемых с поверхности, иногда не передаются на буровое долото, так как бурильная колонна и комплект нижней бурильной колонны соприкасаются с обсадной колонной и стенкой скважины, чем вызываются значительные потери на трение, после чего бурильная колонна может внезапно «высвободиться», в результате чего оставшееся усилие, ранее находившееся на подвесе, внезапно переносится на буровое долото, что приводит к сильным реакционным нагрузкам, прилагаемым к инструменту (внутренним деталям и деталям корпуса) КНБК. Еще одним примером такого источника является приложение крутящего момента с поверхности. Иногда крутящий момент передается на буровое долото не полностью. Бурильная колонна может постепенно высвободиться таким образом, что нагрузки крутящим моментом могут быть внезапно приложены к инструменту забойного бурового оборудования.

[0043] Еще один пример источников возбуждения и нагрузки связан с плавучими полупогружными буровыми установками и буровыми судами. В подобных операциях систематическое приложение усилия на долото происходит посредством использования компенсаторов вертикальной качки. Однако такие компенсаторы зачастую не могут обеспечить 100%-ную эффективность, и неблагоприятные погодные условия также снижают их возможности. Усилие, прилагаемое к долоту, значительно колеблется, что может вызывать большие затруднения при выполнении более точных операций проводки направления скважины. В некоторых случаях долото может фактически оттолкнуться от забоя скважины.

[0044] Вышеописанные ситуации зачастую остаются не замеченными на поверхности инженером-технологом по наклонно направленному бурению. В вариантах реализации изобретения могут обрабатываться соответствующие данные. Посредством графического и цифрового представления в вариантах реализации изобретения могут указываться колебания вращения бурового долота и крутящего момента на выводном валу бурового двигателя/инструмента для наклонно направленного бурения роторным способом, а также характеристики частоты вращения. Сгруппированное представление таких данных ранее не могло быть получено для текущего процесса наклонно направленного бурения на участке пола буровой. Варианты реализации изобретения также позволяют в деталях учитывать такие события из зафиксированных скважинных данных и выявлять нештатные ситуации. Некоторые варианты реализации изобретения применимы для комплектов бурильной колонны для бурения роторным способом, в которых КНБК не содержит буровой двигатель, как, например, в комплекте бурильной колонны для наклонно направленного бурения роторным способом.

[0045] До настоящего времени инженер-технолог по наклонно направленному бурению не располагал данными, полученными в связи с процессом наклонно направленного бурения в реальном времени в одном местоположении. Кроме того, общепринятые методы требовали высокого уровня знаний инженера-технолога по наклонно направленному бурению и в идеальном случае включали интерпретацию и участие специалистов профессий, отличных от профессии инженера-технолога по наклонно направленному бурению, не присутствующих на участке пола буровой. По мере развития электронных КИПиА для инструментов бурения с забойным двигателем в доступе появляется все более увеличивающийся объем данных из забоя, с которыми становится возможным повышение производительности и эффективности процесса наклонно направленного бурения.

[0046] Варианты реализации изобретения обеспечивают центральную платформу, на которой динамические цифровые и графические данные отображаются совместно. В дополнение к отображению данных, генерируемых датчиками, встроенными в скважинный инструмент, варианты реализации изобретения могут обеспечивать платформу, на которой, наряду с совсем недавно разработанными данными от датчиков совместно могут отображаться далее разрабатываемые новейшие данные инженерного моделирования наклонно направленного бурения. Кроме того, варианты реализации изобретения могут интерпретировать и обеспечивать динамическую индикацию случаев в забое, которые должны быть датированы, в противном случае они пройдут незамеченными инженером-технологом по наклонно направленному бурению во время текущего процесса на участке пола буровой (например, малое опрокидывание бурового двигателя/инструмента для наклонно направленного бурения роторным способом, вибрация в забое, прихват-проскальзывание бурового долота и т.д.).

[0047] В вариантах реализации изобретения можно также обрабатывать данные и отображать для инженера-технолога по наклонно направленному бурению уровень нагрузки, прилагаемой к скважинному инструменту в отношении общего КПД буровой установки, механические нагрузки, такие как тенденции усталости, а также оценку надежности того или иного скважинного инструмента. Это по существу предоставляет инженеру-технологу по наклонно направленному бурению гораздо более всеобъемлющую картину и понимание всего процесса наклонно направленного бурения на основании динамических цифровых данных (датчиков и моделируемых данных), динамических графических данных, а также оценок или прогнозов в отношении надежности оборудования (на основании эмпирических знаний, данных динамометрических испытаний и данных технического проектирования). Данные могут быть получены непосредственно от датчиков на поверхности и от скважинных датчиков, а также из моделируемых данных на основании ввода данных от датчиков, где данные обработаны вариантами реализации изобретения. Обработка может основываться на данных, полученных по результатам динамометрических испытаний, а также на данных буровой промышленности и классической теории инженерно-технических работ. Варианты реализации изобретения обеспечивают динамические графические данные и цифровые оценки или прогнозы как в отношении функциональных возможностей комплекта бурильной колонны для бурения с забойным двигателем в процессе наклонно направленного бурения, так и в отношении надежности оборудования для бурения с забойным двигателем.

[0048] Важным компонентом для многих видов применения наклонно направленного бурения является оптимальное применение забойных двигателей и инструмента для наклонно направленного бурения роторным способом. Варианты реализации изобретения могут обеспечивать динамические графическое и цифровое представления забойных двигателей и инструмента для наклонно направленного бурения роторным способом во время работы на предмет перепада рабочего давления в двигателях и нагрузок, прилагаемых от бурильной колонны к инструменту для наклонно направленного бурения роторным способом. Помимо этого, варианты реализации изобретения могут предоставлять динамические диаграммы входных/выходных эксплуатационных характеристик бурового двигателя/инструмента для наклонно направленного бурения роторным способом, для способствования восприятию инженером-технологом по наклонно направленному бурению и принятию им решений.

[0049] Варианты реализации изобретения обеспечивают возможность представления для операции наклонно направленного бурения в реальном времени перепада рабочего давления в буровом двигателе/инструменте для наклонно направленного бурения роторным способом. Обычно инженер-технолог по наклонно направленному бурению должен был исходить из значения давления в стояке над забоем на участке пола буровой в связи со значением динамического давления в забое на участке пола буровой. Далее бурильщик мог вывести получающийся в результате перепад давления и сформулировать результат этого в отношении крутящего момента на выводном валу двигателя/инструмента и частоты вращения двигателя/инструмента (прилагаемых к долоту). Варианты реализации изобретения показывают эти значения перепада давления и получающегося в результате крутящего момента и частоты вращения посредством как диаграмм динамических эксплуатационных характеристик, так и цифрового представления. В некоторых вариантах реализации изобретения представление в реальном времени (как описано) может быть отображено по месту, а также удаленно от буровой площадки.

[0050] Некоторые варианты реализации изобретения могут обеспечивать возможность моделирования проводки направления скважины с забойным двигателем. Некоторые варианты реализации изобретения являются средством для уяснения функционирования забойного двигателя/инструмента для наклонно направленного бурения роторным способом путем предоставления оператору имитатора возможности видеть результаты используемых им рабочих параметров двигателя/инструмента в реальном времени и управлять ими. Оператор имитатора может выбирать различные типы условий бурения, может регулировать усилие на долото (WOB), скорость потока и частоту вращения бурильной колонны. Кроме того, оператор может одновременно видеть получающийся в результате перепад давления в двигателе/инструменте.

[0051] Оператор имитатора может видеть, где на диаграмме эксплуатационных характеристик для двигателя/инструмента находятся результирующие крутящий момент на выводном валу и частота вращения (об/мин) двигателя или инструмента для наклонно направленного бурения роторным способом. В некоторых вариантах реализации изобретения оператор имитатора может также видеть компьютерную графику в поперечном сечении вращения ротора/прецессионного движения в статоре, а также может видеть вращение статора вследствие приложения вращения бурильной колонны (с отношением скоростей 1:1 или с понижением по скорости для простоты наблюдения). Оператор может также видеть опрокидывание двигателя/инструмента, может получить представление о величине нагрузки, индуцированной в двигателе/инструменте, может видеть имитируемые нагрев эластомера и его распадение на части и может получить индикацию того воздействия, которое это производит на надежность двигателя/инструмента в целом.

[0052] Некоторые варианты реализации изобретения позволяют оператору выбирать оптимальные параметры режима бурения и цели для особых условий бурения, а также выполнять настройки процесса для обеспечения эффективно сбалансированной рабочей системы вводов-выводов. В некоторых вариантах реализации изобретения в момент, когда управление достигнуто и поддерживается, система может планировать, каков должен быть реальный конечный результат в отношении рейса инструмента в течение менее 50 час. или свыше 50, 100, 150 или 200 час. С использованием некоторых вариантов реализации изобретения операторам имитатора становится проще понимать, что повышенная механическая скорость проходки (МСП) и операции при повышенных нагрузках двигателя или инструмента для наклонно направленного бурения роторным способом должны учитываться в вопросах возможных случаев управления/прихвата торца долота и соответствующего снижения надежности и продолжительности срока службы.

[0053] В некоторых вариантах реализации изобретения система может генерировать ситуации неисправностей и задавать оператору вопросы по ситуациям неисправностей в отношении оценки индикаций неисправности с учетом проходки в футах/временем, оставшимся до бурения, условиям бурения и т.д., в каждом отдельном случае применения. Ситуации неисправностей, представленные в соответствующих разделах технического руководства, можно найти по гипертекстовым ссылкам (то есть оператор вызывает опрокидывание двигателя/инструмента и по ним дается ссылка в руководстве об «опрокидывании»).

[0054] В некоторых вариантах реализации изобретения имитатор может включать сопоставительный пользовательский режим. Для сопоставительного пользовательского режима существует опция системы баллов и рейтинговая таблица сессий. Можно делать выбор настроек различных целей (то есть выполнить заданную проходку в футах по возможности наиболее эффективно/надежно, или выполнить проходку в футах без ограничений до тех пор, пока вследствие прогнозируемых неисправностей инструмента или снижения износа/КПД/надежности инструмента операции не будут остановлены). Можно получать рейтинг, связанный с одной или несколькими группами параметров. Параметры могут включать следующие одну или несколько настроек:

- выбранные рабочие настройки, при условии, что режим бурения выбран пользователем

- поддержание рабочих параметров таким образом, чтобы обеспечивать надежность двигателя/инструмента, и т.д.

- МСП/выполненная проходка в футах

- количество случаев опрокидывания

- реакции на ситуации опрокидывания

- реакция на различные случаи имевших место неисправностей

- общий КПД процесса в течение сессии имитатора

[0055] Имитатор может обеспечивать возможность выполнения нескольких вводов и выводов. Применительно к вводам имитатор может обеспечивать возможность конфигурирования следующих одного или нескольких параметров:

- размеры и тип двигателя или инструмента для наклонно направленного бурения роторным способом (например, наружный диаметр инструмента)

- размеры и тип инструмента (например, двигателя, инструмента для наклонно направленного бурения роторным способом, калибратора с регулируемым венцом и т.д.)

- тип эластомера статора: высокотемпературный/низкотемпературный

- посадка сопряжения ротора/статора на поверхности: с натягом/при аналогичных размерах/зазор высокий/низкий

- насадка ротора установлена? да/нет (пользователь может перейти к калькулятору из руководства) размер?

- настройка угла перекоса переводника двигателя

- венец съемного муфтового калибратора двигателя

- венец калибратора колонны

[0056] Другие вводы для имитатора могут включать следующие один или несколько параметров:

- Общий тип пласта от 1 до 5 (пласт с типами пород от рыхлых до твердых)

- Есть ли пропластки в пласте?: Да/Нет

- Тип долота: Шарошечное коническое/ИСМ/алмазное

- Диаметр долота

- Калибр для долота

- Данные о заводе-изготовителе долота/заводской номер

- Мощность напора долота:

- Насадки долота: количество/размеры

- Тип бурового раствора: на углеводородной основе, на водной основе, на псевдоуглеводородной основе

[0057] Другие вводы для имитатора могут также включать следующие один или несколько параметров:

- Макс. усилие на долото

- Мин/макс. скорость поток