钻井组件中的粘滑振动的消除的制作方法
【专利说明】钻井组件中的粘滑振动的消除
[oow] 发明背景
[0002] 控类（诸如油和气）通常从可能位于岸上或海上的地下地层获得。地下操作的开 发和将控类从地下地层移除的过程是复杂的。通常，地下操作设及若干不同步骤，诸如，例 如在所要井位处钻井筒，处理井筒W优化控类的生产和执行必要步骤来生产和处理来自地 下地层的控类。
[000引地下钻井设备（诸如钻头、钻柱、井底组件度HA)和/或井下工具）可能W它们变 得卡或陷入钻孔壁中，导致钻柱"粘着"的运样一种方式接触钻孔壁。当钻井设备"粘着" 时，钻柱的旋转移动停止或严重减小。虽然钻井设备被粘着，但转矩仍在地面被赋予至钻 柱，导致钻柱扭转。一旦施加至钻柱的转矩克服钻井设备上的静态摩擦力，钻柱就从钻孔壁 "滑动"或释放。运种现象可缩短井下组件的使用寿命，降低钻孔的质量且延迟钻井操作。 [0004] 附图简述 阳〇化]可通过部分参考下文描述和附图了解本公开的一些具体示例性实施方案。
[0006] 图1是根据本公开的方面的示例性钻井系统的图。
[0007] 图2是根据本公开的方面的示例性信息处置系统的图。
[000引图3是根据本公开的方面的示例性控制系统的图。
[0009] 图4是根据本公开的方面的示例性轨迹曲线的曲线图。
[0010] 图5是根据本公开的方面的示例性轨迹规划操作的曲线图。
[0011] 图6是根据本公开的方面的示例性在线系统识别元件的图。
[0012] 图7是根据本公开的方面的示例性系统状态观测器的图。
[0013] 图8是根据本公开的方面的示例性钻井控制器的图。
[0014] 图9是根据本公开的方面的示例性集中质量模型的图。
[0015] 图10是根据本公开的方面的对应于钻井组件的系统模型的示例性动态块的图。
[0016] 图11是根据本公开的方面的示例性第一反步设计步骤的图。
[0017] 图12是根据本公开的方面的示例性第二反步设计步骤的图。
[0018] 图13是根据本公开的方面的示例性第=反步设计步骤的图。
[0019] 虽然已参考本公开的示例性实施方案描绘和描述并且定义本公开的实施方案，但 是运样参考不暗示对本公开的限制，且不推断运种限制。所公开标的能够在形式和功能上 进行如相关领域中且受益于本公开的技术人员将想到的大修改、变更和等效物。所描绘和 描述的本公开的实施方案只是实例，且并非详尽列举本公开的范围。
【具体实施方式】
[0020] 为了本公开的目的，信息处置系统可包括任何仪器或仪器的集合，其可操作W计 算、分类、处理、传输、接收、检索、起源、切换、存储、显示、证明、探测、记录、再现、处置或利 用任何形式的信息、智能或数据用于商业、科学、控制或其它目的。例如，信息处置系统可为 个人计算机、网络存储装置或任何其它适当装置且可在大小、形状、性能、功能或价格上变 化。信息处置系统可包括随机访问存储器（RAM)、一个或更多个处理资源，诸如中央处理单 元（CPU)或硬件或软件控制逻辑、ROM和/或其它类型的非易失性存储器。信息处置系统的 额外组件可包括一个或更多个磁盘驱动器、用于与外部装置W及各种输入和输出（I/O)装 置（诸如键盘、鼠标和视频显示器）通信的一个或更多个网络端口。信息处置系统也可包 括一个或更多个总线，其可操作W在各种硬件组件之间传输通信。它也可包括能够将一个 或更多个信号传输至控制器、致动器或类似装置的一个或更多个接口单元。
[0021] 为了本公开的目的，计算机可读媒体可包括任何仪器或仪器的集合，其可保持数 据和/或指令达一定时间段。计算机可读媒体可包括例如，但不限于存储媒体，诸如直接访 问存储装置（例如，硬盘驱动器或软盘驱动器）、顺序访问存储装置（例如，磁带磁盘驱动 器）、光盘、CD-ROM、DVD、RAM、ROM、电可擦除可编程只读存储器巧EPROM)和/或快闪存储 器；化及通信媒体，诸如电线、光纤、微波、无线电波和其它电磁和/或光学载体；和/或上 述内容的任何组合。
[0022] 本文中详细描述本公开的说明性实施方案。为简明起见，可不在本说明书中描述 实际实施方案的所有特征。当然将了解在任何运种实际实施方案的开发中，进行许多实施 特定决策W实现特定实施方案目标，所述目标将随实施而变化。此外，将了解运样一种开发 努力可能是复杂且耗时的，但只是受益于本公开的本领域一般技术人员的常规职责。
[0023] 为了方便更好地理解本公开，给出特定实施方案的下列实例。下列实例绝不应被 解读为限制或界定本公开的范围。本公开的实施方案可应用于任何类型的地下地层中的水 平井、垂直井、偏斜井或其它非线性井筒。实施方案可适用于注入井W及生产井，包括控类 井。实施方案可使用工具实施，使所述工具适于沿着地层段测试、取回和取样。实施方案可 使用工具实施，所述工具例如可通过管柱中的流道或使用电缆、钢丝绳、连续油管、井下机 器人或类似物传送。 阳024] 如本文中使用的术语"禪接（couple/couples)"旨在意指间接或直接连接。因此， 如果第一装置禪接至第二装置，那么所述连接可通过直接连接或通过经由其它装置和连接 的间接机械或电连接。类似地，如本文中使用的术语"可通信地禪接"旨在意指直接或间接 通信连接。运种连接可为有线或无线连接，诸如，例如W太网络或LAN。运些有线和无线连 接为本领域一般技术人员众所周知，且因此将不在本文中详细讨论。因此，如果第一装置可 通信地禪接至第二装置，那么所述连接可通过直接连接或通过经由其它装置和连接的间接 通信连接。
[00巧]现代石油钻井和生产操作需要有关井下参数和条件的信息。存在用于井下信息收 集的数种方法，包括随钻测井（"LWD")和随钻测量（"MWD")。在LWD中，数据通常在钻井 过程期间收集，由此避免移除钻井组件来插入电缆测井工具的任何需要。LWD因此要求钻井 者进行准确的实时修改或校正W在使停工期最小化的同时优化性能。MWD是用于在钻井继 续的同时，测量有关钻井组件的移动和位置的井下条件的术语。LWD更侧重于地层参数测 量。虽然MWD与LWD之间可能存在不同，但是术语MWD和LWD通常可互换地使用。为了本 公开的目的，术语LWD将在理解本术语涵盖地层参数的收集和有关钻井组件的移动和位置 的信息的收集的情况下使用。
[0026] 图1是根据本公开的方面的示例性钻井系统100的图。钻井系统100包括安装在 地面122,定位在地下地层106内的钻孔104上方的钻机102。虽然地面122在图1中被示 为陆地，但是一些实施方案的钻机可位于海上，在运种情况下地面122将包括钻井平台。钻 井组件可至少部分安置在钻孔104内。钻井组件可包括钻柱114、井底组件度HA) 108、钻头 110和顶部驱动器或转盘126。钻柱114可包括螺纹接合的多个钻管段。BHA108可禪接至 钻柱114,且钻头110可禪接至BHA108。顶部驱动器126可禪接至钻柱114,且赋予转矩和 旋转至钻柱114,导致钻柱114旋转。赋予钻柱114上的转矩和旋转可被转移至BHA108和 钻头110,导致两者旋转。通过顶部驱动器126使钻头110旋转可导致钻头110与地层106 接合或钻进地层106中且使钻孔104延伸。其它钻井组件配置是可能的，如阅读本公开的 本领域一般技术人员将了解。
[0027]BHA108可包括诸如LWD/MWD元件116和遥测系统112的工具且可禪接至钻柱 114。LWD/MWD元件116可包括井下仪器，包括测量井下条件的传感器160。当钻井进行时， 运些仪器可连续或间歇性地监测井下条件、钻井参数和其它地层数据。由LWD/MWD元件116 产生的信息可在仪器位于井下时存储，且之后在钻柱被取回时在地面恢复。在特定实施方 案中，由LWD/MWD元件116产生的信息可使用遥测系统112传达至地面。遥测系统112可 经由各种通道提供与地面的通信，包括有线和无线通信通道W及穿过钻孔104内的钻井泥 浆的泥浆脉冲。
[0028] 钻柱114可向下延伸穿过地面管子150进入钻孔104。地面管子150可禪接至井 口 151，且顶部驱动器126可禪接至地面管子150。井口 151可包括延伸至钻孔104中的部 分。在特定实施方案中，井口 109可使用水泥固定在钻孔104内，且可与地面管子108和其 它地面设备（诸如防喷器度OP)(未示出））协作，W防止来自地层106和钻孔104的过度 压力在地面103释放。
[0029] 在钻井操