1.发明领域
本发明大体上涉及烃回收领域，并且更具体地说涉及被配置来确定针对给定井的合适的套管设计的系统和方法。
2.相关技术讨论
一旦井已钻出，如果其将成为生产井，那么所述井必须经历完井。当钻取井切穿岩层并允许钻井工程师到达储层下面时，井的未加工侧无法支撑他们。因此，一个或多个管材/钢管(称为套管)被设置在钻取的井内部以保护和支撑井内液气流。套管形成井筒的主要结构部件并供应若干重要功能，包括：防止地层壁崩落到井筒中，隔离不同的地层来防止地层流体的流动或横流，并且提供当钻井时来维持地层流体和压力的控制的手段。井设计师必须设计出承受诸如塌陷、破裂和拉伸断裂、以及化学侵蚀性盐水的各种力的套管。
公开的实施方案致力于通过提供被配置来确定用于井的合适的套管设计的计算机实现的方法、系统和计算机程序产品来改进套管设计的过程。
附图简述
下文参考附图详细描述了本发明的说明性实施方案，这些附图通过引用并入本文，并且其中：
图1是根据公开的实施方案的示出确定用于井的合适的套管设计的计算机实现方法的实例的流程图；
图2是根据公开的实施方案的示出用于通过使用概率性方法来确定用于井的合适的套管设计的计算机实现方法的实例的流程图；
图3是根据公开的实施方案的示出用于确定数据匹配因数的计算机实现方法的实例的流程图；
图4是根据公开的实施方案的示出用于通过使用确定性方法来确定用于井的合适的套管设计的计算机实现方法的实例的流程图；
图5是根据公开的实施方案的示出用于确定设计安全因数的计算机实现方法的实例的流程图；
图6是根据公开的实施方案的示出用于通过使用组合方法来确定用于井的合适的套管设计的计算机实现方法的实例的流程图；
图7是根据公开的实施方案的示出确定用于井的合适的套管设计的计算机实现方法的实例的流程图；以及
图8是示出用于实现公开的实施方案的系统的一个实施方案的方框图。
详细描述
公开的实施方案致力于通过使用实时数据、历史数据和用于执行确定性、概率性和/或确定性和概率性组合的设计方法的新计算方法来改进目前用于工业中的套管设计方法。
目前，存在两种不同的套管设计模型，确定性设计模型和概率性设计模型。确定性模型是其中每组变量状态是由模型中的参数并且由这些变量的先前状态组唯一地确定的一种模型。因此，确定性模型执行对于给定组的初始条件的相同的方法。例如，在套管设计中，确定性方法使用最小强度且最低性能特性的管材、假想负载情境和用于分析结构性能的工程计算。基于这些计算，再加上针对对于安全承受负载的偶然性的另外的安全因数，确定了套管管道的类型和大小。
相反地，在概率性方法/模型中，呈现的是随机性，并且变量状态不由唯一值来描述，而是由概率分布来描述。例如，关于套管设计，概率性方法使用针对实际材料的强度和特性的统计数据。这种方法围绕概率性负载情境起作用，并且考虑到失败的后果连同各种概率因数。
本公开致力于通过用于任何新领域的建议来改进套管设计过程，计算机实现的套管设计过程开始于确定性方法。一旦收集到足够的统计数据，计算机实现的套管设计过程开始概率性方法，从而一起作用于确定性套管设计方法和概率性套管设计方法并选择最合适的设计。在某些实施方案中，计算机实现的套管设计过程还可以运行组合设计，在所述组合设计中确定性方法被与概率性方法整合在一起并且在三种不同的套管设计之间进行选择。
公开的实施方案和其优点通过参考附图的图1至图8被最好地理解，相同的数字被用于各个附图的相同和对应的部分。基于对下面的附图及详细描述的审查，对于本领域普通技术人员来说，公开的实施方案的其它特征和优点将会或将变得明显。旨在使所有这种另外的特征和优点被包括在公开的实施方案的范围内。此外，示出的图仅仅是示例性的并且不旨在断言或暗示与可以在其中实现不同的实施方案的环境、结构、设计或过程有关的任何限制。
图1是根据公开的实施方案的示出确定用于井的合适的套管设计的计算机实现方法(过程100)的实例的流程图。所述过程在步骤102处由确定井类型开始，其中套管设计是当套管规格基于不同类型的井变化时而设的。不同的井类型的实例是垂直井、倾斜井和水平井。在一个实施方案中，用户选择/指示具体的井类型作为用于执行过程100的许多配置参数中的一个。
一旦确定井类型，如果所述井当前没有被钻取，过程前进至规划阶段110。然而，如果所述井当前正被钻取，过程前进至实时数据分析阶段120。在一个实施方案中，用户能够在一组配置参数中指示出所述井是否当前正被钻取或者所述井是否处于规划阶段中。在规划阶段110与实时数据分析阶段120期间，所述过程从一个或多个数据库导入数据，所述数据库诸如但是不限于第三方数据库140和/或一个或多个内部存储数据库142。可以通过过程100导入的信息类型的非限制性实例包括关于先前钻取的井的历史数据和它们的对应套管设计信息。
随着规划阶段110的进行，在一个实施方案中，所述过程前进至步骤112并确定任何相关数据是否存在于从一个或多个数据库导入的信息。相关数据包括但是不限于用于钻取的相似类型的井的套管设计参数。套管设计参数的非限制性实例包括：井下压力、孔隙压力、裂缝压力、隔离区域后面的压力、套管延伸的速率、地层温度、地层压力、操作参数、井路弯曲度和制造过程。除了套管设计参数，关于先前遇到的问题/难题的信息或与先前钻取的井相关联的其他井参数可以与当前的套管设计相关。如将要被进一步讨论的，公开的实施方案使用相关数据来通过调节某些加权因数改进套管设计。
在一个实施方案中，如果所述过程确定存在相关数据，那么所述过程前进至步骤116并执行用于套管设计的概率性方法。如果所述过程确定不存在相关数据，那么所述过程前进至步骤114并对套管设计执行确定性方法。任选地，在某些实施方案中，过程100可以在没有在步骤112处检查任何相关数据的情况下直接前进至步骤114并对套管设计执行确定性方法。
此外，在某些实施方案中，如果相关数据存在，过程100可以被配置来在步骤118处使用确定性方法和概率性方法来自动地执行单一的组合设计。可替代地，在某些实施方案中，如果相关数据存在，过程100可以被配置来执行所有三种设计方法类型(即，不使用历史相关数据的确定性方法、使用历史相关数据的概率性方法以及结合了确定性方法和概率性方法的组合设计方法)。
每个套管设计被随后馈送到判定框132中，所述判定框132应用用于确定针对确定井类型的合适设计的算法。在步骤134处，所述过程应用用于井的选择设计的套管。关于选择设计的套管的信息可以随后被储存用于用在未来的套管设计中。
现在参考实时数据分析阶段120，所述过程被配置来执行如上文所述的用于规划阶段110的类似的过程，其中相关数据在步骤122处被检查，并且执行确定性方法、概率性方法和组合套管设计方法(步骤124、126和128)中的至少一种。然而，与规划阶段110相比，在实时数据分析阶段120期间，所述过程在步骤130处查询在钻井过程期间确定的实时数据。根据公开的实施方案，实时数据可以通过任何种类的方法来收集，诸如使用在井下通过有线来递送的工具或者可替代地使用被联接到或整合到钻机的钻柱中的工具。如果实时数据可获得，所述过程在步骤122处确定接收到的实时数据是否与套管设计相关，并且如果是这样的话来使用实时数据更新一种或多种套管设计方法。只要实时数据在步骤130处可获得，所述过程继续更新套管设计。一旦没有新的实时数据可获得，所述过程同样如上文所述地前进至判定框132。
图2是根据公开的实施方案的示出用于通过使用概率性方法200来确定用于井的合适的套管设计的计算机实现方法的实例的流程图。在描绘的实施方案中，概率性方法200在步骤240处确定一个或多个合适的套管设计中：在步骤210处执行数据匹配因数过程，在步骤220处确定失败的概率，并且在步骤230处确定失败的风险/后果。如图1中所描绘的，一种或多种概率性套管设计被随后馈送至判定框132中。
对于步骤210处的数据匹配因数过程，参考图3，图3示出了描绘了根据公开的实施方案的用于确定数据匹配因数的计算机实现的方法300的实例的流程图。数据匹配因数过程使用用于相同类型井的历史数据来改进针对当前井的套管设计。例如，在一个实施方案中，数据匹配因数确定了先前钻取的井与当前的井的相似程度，用于使得能够使用来自先前钻取的井的套管设计参数来基于针对当前井的套管设计通过基于相匹配的其他套管/井来量化不确定性来进行改进。
在描绘的实施方案中，过程300在确定数据匹配因数中使用若干井因数/参数，包括但是不限于：深度参数310、轨迹参数312、地质学因数314、完成类型因数316、套管磨损因数318以及裂缝和孔隙压力因数320。如先前所述，数据匹配因数对于具有类似参数的先前的井/套管将会较高。例如，数据匹配因数对于具有类似裂缝和孔隙压力(因数320)的和以相同方式(例如，多点完成、多油完成)完成(因数316)的井是较高的。此外，如果存在高套管磨损(因数318)，数据匹配因数可以减少。套管磨损因数318考虑到当钻柱接触套管的壁内部时井中的磨损。高套管磨损是套管强度上减少的指标并且在当前的套管设计中应当被正确地考虑到。
在步骤322处，所述过程选择加权因数来应用至上述因数/参数中的每一个。在一个实施方案中，过程300能够在步骤324处应用静态加权因数。可替代地或此外，在某些实施方案中，所述过程能够在步骤326处将基于人工智能的加权因数应用至上述因数/参数中的一个或多个(例如，使用人工神经网络和模糊逻辑)。例如，当所述过程接收关于相同类型的井的更多的信息时，所述过程能够调节一个或多个加权因数来改进因数/参数的概率。作为实例，如果基于历史数据没有已遇到与这个因数/参数相关联的问题，所述过程能够自动地增加与所述因数相关联的置信水平，所述因数先前被分配30％的置信水平。换句话说，比其他因数/参数更确定或更具体的因数/参数被赋予更高的权值。
在步骤328处，所述过程计算/更新数据匹配因数。在步骤330处所述过程随后确定是否所有井已匹配。如果另外的井信息是可获得的，所述过程通过使用另外的井信息来重复数据匹配因数过程。一旦所有井已匹配，所述过程如图2中所指示地前进至设计步骤240。
现参考图4，流程图被描绘成示出根据公开的实施方案的用于通过使用确定性方法400来确定用于井的合适的套管设计的计算机实现方法的实例。在描绘的实施方案中，确定性方法400在步骤440处确定一个或多个合适的套管设计中：在步骤420处执行工程计算并在步骤430处确定设计安全因数。例如，在一个实施方案中，确定性方法400被配置来执行工程计算，所述工程计算包括但是不限于：计算施加在不同类型的设计上的负荷(例如，确定破裂负荷、塌陷负荷、轴向拉伸负荷)并确定最大允许垂直深度。轴向拉伸负荷主要由被悬吊在感兴趣的接头下方的套管柱的重量产生。破裂负荷是在不存在外压力和轴向负荷的情况下将引起套管断裂的计算的最小内压力。塌陷负荷是在不存在内压力和轴向负荷的情况下将引起套管壁塌陷的最小外压力。美国石油学会(API)提供了用于计算这些性能特性的的推荐的公式。
设计安全因数(步骤430)针对不同的井类型和井参数而变化。例如，图5示出描绘了根据公开的实施方案的用于确定设计安全因数的计算机实现方法500的实例的流程图。除了正规的安全因数，设计安全因数添加了安全因数以考虑到套管的完整性。在描绘的实施方案中，设计安全因数630通过考虑到常规的安全因数510来进行确定，这包括在步骤520处确定估算的井头移动，在步骤530处确定估算的压力累积，以及在步骤540处确定估算的腐蚀/侵蚀。过程500随后在步骤550处更新安全因数。在某些实施方案中，设计安全因数可以被并入在图4中指示的步骤420处执行的工程计算中。例如，在一个实施方案中，引起较高的风险水平(例如，破裂—生命风险)的设计安全因数在计算中被赋予比较低风险水平的安全设计因数(例如，塌陷—失去井的部分的风险)更高的安全因数。
使用上文的计算和设计安全因数，确定性方法400被配置来确定一个或多个合适的套管设计。一个或多个确定性套管设计被随后如图1中所描绘地馈送至判定框132中。
此外，如上所述，在规划阶段110与实时数据分析阶段120期间，如果相关数据存在，过程100可以被配置成自动地执行，单独地或者结合执行确定性和/或概率性方法、如图6中所描绘的结合了确定性方法和概率性方法的组合设计来自动地执行。
图7是示出用于实现如图1中描绘的判定框132的计算机实现方法(过程700)的实例的流程图。在描绘的实施方案中，判定框132包括都被用于在步骤740处作出用于井的一种或多种合适的套管设计的最终确定的成本估价分量720和后勤分量730。
在一个实施方案中，成本估价分量720确定对于每个合适的套管设计的成本估价。此外，在某些实施方案中，成本估价分量720可以被配置来提供对于每个合适的套管设计的风险对成本估价。例如，在一个实施方案中，成本估价分量720可以被配置成考虑到建议设计的强度、塌陷和破裂压力等级。
在一个实施方案中，后勤分量730执行对每种设计的分析以考虑到采购成本，所述采购成本包括获得材料、制造套管、与可用时间框架相对的可用库存的成本，所述后勤涉及将套管递送至井位置中并安装特别的套管设计。
通过使用上述分量，过程700可以被配置来提供用于井的一种或多种合适的套管设计连同它们对应的成本估价的列表。在某些实施方案中，一种或多种合适的套管设计包括但是不限于：使用的套管材料的等级(如由API进行分级的)、外径和内径、壁厚、偏移直径以及抗塌陷强度。在某些实施方案中，过程700还可以被配置来基于一个或多个预先确定的因数来提供用于井的一种或多种合适的套管设计的排序。
图8是示出用于实现公开的实施方案的特征和功能的系统800的一个实施方案的方框图。除了其他部件，系统800包括处理器810、主存储器802、次级存储单元804、输入/输出接口模块806以及通信接口模块808。处理器810可以是能够执行指令的任何类型或任何数量的单芯或多芯处理器，所述指令用于执行公开的实施方案的特征和功能。
输入/输出接口模块806使得系统800能够接收用户输入(例如，从键盘和鼠标)并输出信息至一个或多个装置，所述装置诸如但是不限于：打印机、外部数据存储装置以及音频扬声器。系统800可以任选地包括单独的显示模块812以使得信息能够显示在集成或外部显示装置上。例如，显示模块812可以包括用于提供增强的图形的指令或硬件(例如，图形卡或芯片)、触摸屏和/或与一个或多个显示装置相关联的多重触摸功能。
主存储器802是存储当前执行的指令/数据或被预取用于执行的指令/数据的易失性存储器。次级存储单元804是用于存储持久性数据的非易失性存储器。次级存储单元804可以是或可以包括任何类型的数据存储部件，诸如硬盘驱动器、闪存驱动器或存储卡。在一个实施方案中，次级存储单元804存储计算机可执行代码/指令，和用于使得用户能够执行公开的实施方案的特征和功能的其他相关数据。
例如，根据公开的实施方案，次级存储单元804能够永久地存储与用于执行上述方法的套管设计应用程序820相关联的可执行代码/指令。与套管设计算法820相关联的指令在由处理器810执行期间被从次级存储单元804加载到主存储器802，用于执行公开的实施方案。
通信接口模块808使得系统800能够与通信网络830进行通信。例如，网络接口模块808可以包括用于使得系统800能够通过通信网络830和/或直接利用其它装置来发送和接收数据的网络接口卡和/或无线收发器。
通信网络830可以是包括以下网络中的一个或多个的组合的任何类型的网络：广域网、局域网、一个或多个专用网、因特网、电话网络诸如公用电话交换网(PSTN)、一个或多个蜂窝网络以及无线数据网络。通信网络830可以包括多个网络节点(未描绘)，诸如路由器、网络接入点/网关、交换机、DNS服务器、代理服务器以及用于协助装置之间的数据/通信的路由的其他网络节点。
例如，在一个实施方案中，系统800能够与一个或多个服务器834或数据库832进行交互，用于执行本发明的特征。例如，根据公开的实施方案，系统800能够查询数据库832来获得历史的井和套管的设计参数。此外，在某些实施方案中，系统800可以充当用于一个或多个客户端装置的服务器系统，或用于点对点通信或与一个或多个装置/计算系统(例如，集群、网格)并行处理的对等系统。
因此，公开的实施方案提供了确定用于井的合适的套管设计的过程。公开的实施方案的优点包括但是不限于：提供了更安全、更经济和合理的套管设计，所述套管设计单独地专门用于特定领域，在对于客户的较低的套管成本下将产生较少的故障。
尽管已对与上述实施方案有关的特定细节进行了描述，上述硬件和软件说明仅仅旨在作为示例性实施方案并且不旨在限制公开的实施方案的结构或实现方式。例如，尽管未示出系统800的许多其他内部部件，本领域的普通技术人员将理解的是这种部件和它们的互相连接是众所周知的。
此外，如上所述，公开的实施方案的某些方面可以在通过使用一个或多个处理单元/部件来执行的软件中实施。所述技术的程序方面可以被认为是典型地呈在一种类型的机器可读介质上携带的或在其中实施的可执行代码和/或关联数据形式的“产品”或“制品”。有形的非暂态“存储装置”类型的介质包括任何或所有的存储器，或用于计算机、处理器等的其他存储装置，或其关联的模块，所述关联的模块诸如能够在任何时候为软件编程提供存储装置的各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器、光盘或磁盘等。
此外，附图中的流程图和方框图示出根据本发明的各种实施方案的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的体系结构、功能性和操作。也应注意到，在一些替代实现方式中，方框中提到的功能可以不按附图中提到的顺序出现。例如，连续示出的两个方框实际上可以大致上同时执行，或者这些方框有时可以按相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能性。也应指出的是，方框图和/或流程图图解的每个方框以及方框图和/或流程图图解中的方框的组合可以由执行指定功能或动作的、基于专用硬件的系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。
因此，公开的实施方案包括确定用于井的合适的套管设计的方法、设备和计算机程序产品。除了上文所述的实施方案，特定组合的许多实例是在本公开的范围内，其中一些在下文中进行详述。
例如，一个实例是包括以下步骤的计算机实现的方法：接收与先前钻取的井相关联的历史数据；确定与先前钻取的井相关联的历史数据是否与所述井相关；响应于与先前钻取的井相关联的历史数据与所述井相关的确定，通过使用概率性方法来产生第一组套管设计并且通过使用组合方法来产生第二组套管设计，所述组合方法将概率性方法与确定性方法进行结合；以及从生成组的套管设计中选择合适的套管设计，其中所述生成组的套管设计包括第一组套管设计和第二组套管设计。
在某些实施方案中，所述计算机实现的方法还可以通过使用确定性方法来产生第三组套管设计。所述计算机实现的方法随后将从第一、第二和第三组套管设计中选出合适的套管设计。
上文的计算机实现的方法可以在井的规划阶段期间和/或在井的钻取阶段期间执行。例如，在某些实施方案中，在井的钻取阶段期间所述计算机实现的方法可以：在井的钻取期间接收实时数据；确定实时数据是否与确定用于井的合适的套管设计相关；以及响应于实时数据是与确定用于井的合适的套管设计相关的确定，并通过使用概率性方法来更新第一组套管设计并且使用组合方法来更新第二组套管设计。
在一个实施方案中，使用概率性方法的计算机实现的方法通过使用数据匹配因数、失败的概率以及失败的后果来产生套管设计。在一个实施方案中，所述计算机实现的方法通过将来自先前钻取的井的一组参数与所述井的参数进行比较来确定数据匹配因数。进行比较的参数类型的非限制性实例在上文中进行描述。
此外，在一些实施方案中，在所述组参数中的一个或多个参数被分配有加权因数。例如，所述加权因数可以基于与具体参数相关联的置信水平。在某些实施方案中，加权因数可以是静态的(即，常数)。在其他实施方案中，加权因数可以是动态的，因为其可以变化。例如，在某些实施方案中，加权因数可以通过使用人工智能来确定，诸如人工神经网络和模糊逻辑。
此外，在一些实施方案中，使用确定性方法的计算机实现的方法通过使用工程计算产生套管设计并且考虑到设计安全因数。例如，在一个实施方案中，设计安全因数包括估算的井头移动、估算的压力累积以及估算的井的腐蚀。
公开的实施方案的第二实例是非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质包括确定用于井的合适的套管设计的计算机可执行指令。例如，在一个实施方案中，计算机可执行指令当执行时引起一个或多个机器执行操作，所述操作包括：接收与先前钻取的井相关联的历史数据；确定与先前钻取的井相关联的历史数据是否与所述井相关；响应于与先前钻取的井相关联的历史数据与所述井相关的确定，通过使用概率性方法来产生第一组套管设计并且通过使用组合方法来产生第二组套管设计，所述组合方法将概率性方法与确定性方法进行结合；以及从生成组的套管设计中选择合适的套管设计，其中所述生成组的套管设计包括第一组套管设计和第二组套管设计。在某些实施方案中，所述操作还可以包括使用确定性方法来产生第三组套管设计，并且其中所述生成组的套管设计包括第三组套管设计。
尽管如此，在某些实施方案中，非暂态计算机可读介质的计算机可执行指令当执行时还引起一个或多个机器执行操作，所述操作包括：在井的钻取阶段期间接收实时数据；确定实时数据是否与确定用于井的合适的套管设计相关；以及响应于实时数据是与确定用于井的合适的套管设计相关的确定，通过使用概率性方法来更新第一组套管设计并且使用组合方法来更新第二组套管设计。
在一个实施方案中，概率性方法的计算机可执行指令通过使用数据匹配因数、失败的概率以及失败的后果来产生套管设计。数据匹配因数可以通过将来自先前钻取的井的一组参数与所述井的参数进行比较来产生。所述组参数中的参数可以被分配有加权因数。尽管如此，在某些实施方案中，用于与先前钻取的井相关联的参数的加权因数可以基于实时数据动态地更新。
第三实例是包括至少一个处理器和被联接到至少一个处理器并存储指令的至少一个存储器的系统，所述指令当由至少一个处理器执行时执行操作，所述操作包括：接收与先前钻取的井相关联的历史数据；确定与先前钻取的井相关联的历史数据是否与所述井相关；响应于与先前钻取的井相关联的历史数据与所述井相关的确定，通过使用概率性方法来产生第一组套管设计并且通过使用组合方法来产生第二组套管设计，所述组合方法将概率性方法与确定性方法进行结合；以及从生成组的套管设计中选择合适的套管设计，其中所述生成组的套管设计包括第一组套管设计和第二组套管设计。
上述系统的实施方案还可以包括操作，所述操作包括但是不限于：响应于接收的相关实时数据，使用确定性方法来产生第三组套管设计，并且使用组合方法来更新第一和第二组设计。
除非上下文另外明确地指出，否则本文所用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”旨在同样包括复数形式。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”在用于本说明书和/或权利要求书中时，规定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。以下权利要求书中的所有装置或步骤的对应结构、材料、操作以及同等物加上功能要素旨在包括用于执行所述功能的任何结构、材料或操作以及具体要求保护的其它要求保护的要素。本发明的描述已经出于说明和描述的目的来提供，但是并非旨在为详尽的或者使本发明限于所公开的形式。在不背离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。选择并且描述实施方案来解释本发明原理和实际应用，并且使得其它本领域普通技术人员了解本发明的各种实施方案以及各种修改方案适合于所涵盖的具体用途。权利要求书的范围旨在广泛地覆盖公开的实施方案和任何这类修改。