用于预测钻井事故的方法和系统的制作方法
【专利说明】用于预测钻井事故的方法和系统
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 无。
【背景技术】
[0003] 在钻井到含烃地层中时，可能出现诸多问题。出现的问题可以视地层自身或井身 质量而定。在一些情况下，在存在于井身中的波动与钻井问题之间存在相关性。
【附图说明】
[0004] 为了更详细描述示例性实施方案，现将参考附图，其中：
[0005] 图1示出根据至少一些实施方案的含烃地层的一部分的剖面透视图；
[0006] 图2示出根据至少一些实施方案的计划的井身的立视图；
[0007] 图3A示出根据至少一些实施方案的实心圆柱体的透视图；
[0008] 图3B示出根据至少一些实施方案的理论上放置在计划的井身内的实心圆柱体的 剖面透视图；
[0009] 图4示出根据至少一些实施方案的理论上放置在计划的井身内的实心圆柱体的 剖面立视图；
[0010] 图5示出根据至少一些实施方案的含烃地层的一部分的剖面透视图；
[0011] 图6以方框图形式示出根据至少一些实施方案的计算机系统；和
[0012] 图7示出描绘根据至少一些实施方案的总体方法的流程图。
[0013] 记号法和命名法
[0014] 贯穿下文描述和权利要求书，使用某些术语来指代特定系统组件。如本领域的技 术人员将明白的，公司可能会用不同名称指代组件。本文并非旨在区别名称不同但功能相 同的组件。在下文论述和权利要求书中，术语"包括（including和comprising)"为一开放 式用语，故应解释成为"包括但不限于…"。此外，术语"耦接（couple或couples)"意指直 接连接或间接连接。因此，如果第一装置耦接到第二装置，那么连接可以通过直接连接或通 过经由其它装置和连接的间接连接。
[0015] "井眼"应意指钻井到地壳中、用于直接或间接开采或采掘自然资源（诸如石油、天 然气或水）的洞。
[0016] "井身"应意指井眼的实际的或计划的轨迹。
[0017] "井眼能量"应意指指示使具有一定长度的理论金属物体变形成通过井身的至少 一部分探寻的形状所需的能量的量的值。
[0018] "全角变化率"应意指涉及测量位置之间的井身的总曲率的值。
[0019] "计划的井眼能量"应意指关于计划的井眼轨迹计算的井眼能量。
[0020] "实际井眼能量"应意指关于实际井眼轨迹的一部分或所有计算的井眼能量。
【具体实施方式】
[0021] 下文论述涉及本发明的各种实施方案。尽管这些实施方案中的一个或多个可以 是优选的，但所公开实施方案不应被解释为或以其它方式用作限制本公开（包括权利要求 书）的范围。此外，本领域的技术人员将了解，下文描述具有广泛应用，且任何实施方案的 论述仅仅是该实施方案的示例，而并非旨在暗示本公开（包括权利要求书）的范围限于所 述实施方案。
[0022] 各种实施方案涉及通过计算计划的井身的迂曲度和井眼能量预测钻井事故发生 的方法和系统。特定来说，部分基于计划的井身的迂曲度计算计划的井身的井眼能量以便 确定可能发生钻井事故的概率。如果确定计划的井身的迂曲度可能产生钻井问题，那么计 划的井身可以变化或钻井参数可以变化以便降低钻井事故发生的概率。此外，一旦已开始 钻井，那么可以对钻井部分和其余未钻井部分两者进行进一步迂曲度和井眼能量计算以便 作出任何所期望调整。本说明书首先转向高级概述图。
[0023] 图1示出地壳的一部分的剖面透视图。特定来说，图1示出地表100。含烃地层 102的一部分在地表100下方。地表100与含烃地层102之间的表土层未被示出以免图过 度复杂。图1还示出延伸通过含烃地层的计划的井身104。计划的井身104与井架106相 关联。
[0024] 在一个实施方案中，对计划的井身104钻井的效率部分取决于计划的井身104的 质量，其中计划的井身的质量可被看作所述井身的"平滑度"。"较平滑"井身可以指示较有 效的钻井操作。例如，较平滑井身可以与某些钻井事故发生的较低概率相关联，因此节省时 间和金钱。另一方面，较不平滑井身可以指示较低效的钻井操作。例如，具有诸多曲线或螺 线的井身可以增大钻井事故发生的概率，因此导致更高成本且花费更多时间。这些钻井事 故的发生可以包括但不限于：卡钻情况；井眼垮塌；井眼紧；或扭矩和摩阻过大。
[0025] 若干参数和各种钻井索引可以用于量化井身的平滑度或估计对计划的井身钻井 的难度。在量化井身的平滑度中考虑的参数的实例可以包括全角变化率、井身曲率、螺旋 度、迂曲度和井眼能量的计算。此外，尽管未论述任何明显详情，但可以使用多个井眼钻井 复杂度索引计算与计划的井身相关联的钻井索引，诸如：定向难度索引（"DDI"）；难度索引 ("DI"）；机械风险索引（"MRI"）；和修正的机械风险索引（"MMRI"）。
[0026] 井身的井眼能量为可以在预测将在钻井期间发生事故的概率中提供有用信息的 一个参数。可以考虑下文将更详细描述的井眼能量连同井身的迂曲度，其中具有较大迂曲 度的井身可以具有较大井眼能量，且因此具有经历钻井事故的较大概率。下文将更详细描 述计划的井身104的区段的预期迂曲度和实际迂曲度。
[0027] 图2示出计划的井身的区段的剖面立视图。特定来说，图2示出若干井身以传达 关于迂曲度的概念。在初始设计阶段，计划的井身可以为界定实质上垂直的部分202、弯曲 部分204和实质上水平的部分206的平滑线200。然而，虽然平滑线200可以界定计划的井 身104,但很可能在实际钻井期间，井眼可或将精确地沿平滑线200跟随计划的井身。相反， 在与地表相隔大距离处（例如，4000英尺或更大）对井眼钻井和对井眼的实质上水平的部 分钻井中，在实际井身中可能有波动。因此，为了预测钻井事故发生的可能性，计划的井身 可以与预期迂曲度相关联，如由井身208所示（为了清楚起见呈虚线、按比例扩大）。即，出 于预测钻井事故的目的，可以基于预期迂曲度调节计划的井身。如所示，包括预期迂曲度的 计划的井身208在一般意义上跟随由平滑线200界定的井身104,但在路径周围波动。预 期迂曲度的量可以基于来自多个来源的信息，诸如来自具有相似参数的先前钻井的历史数 据或来自探边井的数据。应了解，在实际上沿井身对井眼钻井中，平滑线200表示计划的井 身104,且在对实际井眼钻井中，将不尝试跟随调节的井身208。调节的井身208仅用于下 文更详细论述的井眼能量计算。最后，图2示出在其中实际迂曲度大于预期迂曲度的情况 下的说明性实际井身210 (虚线）（且此外迂曲度出于解释目的在图中被放大）。本说明书 现转向井眼能量的概述图。
[0028] 图3A示出示例性实心圆柱体300的透视图。圆柱体300可以包括任何材料，因为 关于圆柱体300进行的测量相对于关于相同圆柱体300进行的后续或先前测量进行比较。 在一个实施方案中，认为圆柱体300具有等于计划的井身长度的长度314"L"。在计算钻井 井眼的一部分的井眼能量时，认为长度"L"具有等于井身的钻井部分的长度。在又另一实 施方案中，长度"L"可以等于部分钻井井身的其余未钻井但先前计划的部分。认为圆柱体 300具有可以等于计划的井身内直径的直径"d" 304。此外，通过使圆柱体300扭曲相关联 的扭转应力可以与扭矩304T相关联。
[0029] 根据示例性系统计算井眼能量涉及计算使圆柱体300弯曲和扭曲成将计算其井 眼能量的实际的或计划的井身的形状所需的能量的量。应了解，作为计算与井眼的钻井部 分相关联的井眼能量的部分，实际实心圆柱体无法扭弯成计划的井身的形状，且实际实心 圆柱体无法放置在井眼内。执行为纯粹的数学作业。圆柱体300可以在逻辑上（但不是实 际上）划分成对应于井身内的特定关注区域的区段，如图3B中更具体所示。在图3A和图 3B两者中，位置308、310和312分别表示测量位