用于回接/重叠处理的姿态参考的制作方法
【专利说明】用于回接/重叠处理的姿态参考
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请为要求于2012年10月12日提交的第61/713，164号美国临时申请的优先权的正式申请。
技术领域
[0003]本公开涉及在随钻测量(MWD)系统中的勘测，特别地涉及用于由MWD传感器收集的数据的处理方法。
【背景技术】
[0004]在钻井作业、特别是大斜度钻井中需要准确并精确确定钻具组件的位置和方向。传统上，传感器组件用于测量井下轨道和地下条件。以这种方式收集的数据通常通过本领域已知的MWD遥感勘测传输至地表，以将该轨道信息传达至地表。许多因素可结合起来不可预知地影响钻探钻孔的轨道。钻孔轨道的准确确定必需确定钻孔位置并引导钻孔至其地质目标以及避免与地下隐蔽物、地质特征、井或地带的碰撞。在其他情况下，需要对地下隐蔽物、地质特征、井或地带进行拦截。
[0005]在某些情况下，使用常规方法调查钻孔涉及地球磁场和重力场的周期测量，以确定在底部钻具组件处的钻孔方位和倾向。以往，在底部钻具组件静止时就已经做出了该确定。因此，在离散勘测站之间的随孔深度或钻孔距离一般从30英尺到60至90英尺或更多，对应于在地表处增加的钻杆的支架或接合部的长度。例如因物理因素或异常现象的出现而引起的在多个勘测站之间的累计误差可使测量准确性出现偏差。例如，依靠磁力计的MWD系统可受开关钻柱的磁干扰的影响。此外，回转罗盘必然倾向于在可减少回转罗盘MWD系统中整体勘测准确性的更高倾角中损失准确性。
【发明内容】
[0006]本公开提供了一种用于计算钻孔中MWD系统的定向的方法。该方法可包括提供一种MWD系统，该MWD系统包括多个传感器，由传感器收集的数据通过具有可调的传感器模型参数的传感器模型解读，MWD系统具有定向，该定向包括方位角和倾角。该方法还可包括在钻柱上定位MWD系统。该方法还可包括在从地表位置钻探的钻孔内的某一深度处定位钻柱，该深度从MWD系统的位置测量至地表位置，钻孔的方向一般由MWD系统的定向表示；通过钻柱的运动将钻孔内MWD系统的位置从第一深度移动至第二深度；随着MWD系统从第一深度移动至第二深度，使用多个传感器中的一个或多个传感器感测MWD系统的定向变化；以及计算MWD系统在第一深度与第二深度之间的定向变化。
[0007]本公开还提供了一种用于计算钻孔中MWD系统的定向的方法。该方法可包括提供一种MWD系统，该MWD系统包括多个传感器，由传感器收集的数据通过具有可调的传感器模型参数的传感器模型解读，MWD系统具有定向，该定向包括方位角和倾角。该方法还可包括在钻柱上定位MWD系统。该方法还可包括在从地表位置钻探入土层的钻孔内的较上部的深度处定位钻柱，该深度从MWD系统的位置测量至地表位置，一般MWD系统所在的钻孔的方向由MWD系统的定向表示；使用多个传感器中的两个或多个传感器在较上部的深度处进行罗盘拍摄以确定在较上部的深度处的MWD系统的定向；钻探入土层中更深处，MWD系统从而移动至较下部的位置；通过钻柱的运动，钻孔内的MWD系统从较上部的深度移动至较下部的深度或者从较下部的深度移动至较上部的深度；随着MWD系统的移动，使用多个传感器中的一个或多个传感器感测MWD系统的定向变化；计算MWD系统在较上部深度与较下部深度之间的定向变化；使用计算的较上部深度与较下部深度之间的定向变化和在较上部的深度处的MWD系统的定向计算在较下部的深度处的MWD系统的定向。
【附图说明】
[0008]在借助附图阅读时，可通过以下详细描述最佳地理解本公开。所强调的是，依据行业中的标准实践，许多特征并未按比例绘制。事实上，为讨论清楚起见，许多特征的尺寸可任意放大或缩小。
[0009]图1示出了包括根据本公开实施方式的MWD系统的钻探操作。
[0010]图2示出了根据本公开实施方式的MWD系统的传感器的块状图。
[0011]图3示出了根据本公开实施方式的MWD系统的传感器的替换块状图。
[0012]图4示出了根据本公开实施方式的MWD系统的勘测操作。
[0013]图5示出了根据本公开实施方式的示例性勘测操作的流程图。
[0014]图6示出了根据本公开实施方式的示例性迭代勘测操作的流程图。
【具体实施方式】
[0015]应理解，下述公开提供了用于实施多个实施方式的不同特征的许多不同实施方式或示例。下面描述了部件和布置的具体示例以简化本公开。当然，这些仅是示例，并不限于此。另外，本公开可在多个示例中重复参考数字和/或字母。该重复是为简化和清楚起见，本身并不是指所讨论的多个实施方式和/或配置之间的关系。
[0016]图1示出了通过承载随钻测量(MWD)系统的钻柱的倾斜钻孔的钻探。更具体地，示出了在地表15处的钻探装置10和钻井钻孔20。钻柱101由多个管道节段组成并包括底孔组件103和钻头105。如本领域技术人员所理解的，管道节段为螺纹连接并在钻探装置10处连接至钻柱101顶部，随钻孔20的钻探而增加钻柱101的长度。管道节段经常增加为称作管架的预连接的两个或三个管状节段。在示例性的情况下，管道节段长度可为约30英尺，管架长度可在60至90英尺之间。
[0017]MWD系统107可包括在钻柱101中。在一些实施方式中，如图1中所示，MWD系统107可作为底孔组件103的一部分。在其他实施方式中，MWD系统107可沿钻柱101置于不同位置。
[0018]如图2所示，示例性MWD系统207描述为块状图。MWD系统207可包括各自放置成测量互相正交的轴线(x、y、z)加速度的加速计209x、209y、209z。特别地，加速计209x、209y及209z的输出可用于确定与MWD有关的地球重力矢量。在一些实施方式中，轴线之一(此处描述为z)可与MWD系统207对准。
[0019]MWD系统207还可包括各自放置成分别测量x轴、y轴、z轴的磁通量的磁力计211x、211y、211z。磁力计211x、211y、211z的输出可用于确定与MWD系统207有关的地球磁场矢量。
[0020]此外，MWD系统207可包括陀螺仪传感器213。如图2所示，陀螺仪传感器213可为微电子机械系统(MEMS)。陀螺仪传感器213可布置为探测X轴、y轴、z轴中的角度变化。虽然没有描述，但MWD系统207还可包括数据处理系统。此外，MWD系统207可包括用于与位于钻柱101上其他地方的传感器通信以及与地表15通信的通信设备。
[0021]如图3所示，可选的MWD系统307可只包括两个加速计309y、309c。在这样的配置中，y轴加速计309y可布置为测量y轴的加速度。斜面加速计309c可布置为测量在x-z平面中某方向上的加速度。在一些实施方式中，斜面加速计309c可测量在x-z平面中在X轴与z轴之间45°方向上的加速度。MWD系统307还可包括两个单轴陀螺仪传感器313x、313z，这两个单轴陀螺仪传感器313x、313z对准以分别测量x轴和z轴的角度变化。在一些这样的实施方式中，加速计309y和309c及单轴陀螺仪313x和313z可安装在可绕系统的z轴旋转的常平架平台上。当MWD系统307静止时，通过将平台旋转至允许例如去除传感器偏差以及确定本领域技术人员所理解的工具的姿态的多个位置可进行罗盘拍摄。该示例性实施方式还可为了本领域技术人员所理解的稳定而利用z轴陀螺仪和y轴加速计实现空间稳定连续勘测模式的机械化。在一些实施方式中，关于由加速计309y和/或309c确定的重力矢量以及关于由单轴陀螺仪313x确定的真北可获得MWD系统307姿态的连续读数。