鉆井系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)分析方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于評(píng)估與利用鉆井系統(tǒng)在地層中鉆探井眼段相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)的方法,所述方法包括：提供鉆井系統(tǒng)在鉆井期間觸發(fā)故障模式的風(fēng)險(xiǎn)的概率模型；并且基于該模型來(lái)評(píng)估在鉆該井眼段期間鉆井系統(tǒng)觸發(fā)所述故障模式中之一的風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)一步的這樣的方法包括：定義鉆井系統(tǒng)的關(guān)鍵控制參數(shù)；以及標(biāo)識(shí)與每個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)相關(guān)聯(lián)的鉆井系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)故障模式，該一個(gè)或多個(gè)故障模式可在鉆探地層的該井眼段期間出現(xiàn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】鉆井系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)分析方法
[0001] 領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種用于評(píng)估與使用鉆井系統(tǒng)在地層中鉆探井眼段相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)的 方法。該評(píng)估方法可用在與用于選擇鉆井系統(tǒng)；用于優(yōu)化鉆井系統(tǒng)的性能；用于規(guī)劃良好 的鉆井操作；以及用于在地層中鉆探井眼相關(guān)的方法中。本發(fā)明還提供了一種用于在不觸 發(fā)鉆井系統(tǒng)的故障模式的情況下評(píng)估鉆井系統(tǒng)鉆探井眼段的能力的方法。本發(fā)明進(jìn)一步提 供相關(guān)的計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和鉆井系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0003] 在石油鉆井行業(yè)中，降低鉆探井眼以從地下儲(chǔ)層提取石油和天然氣的經(jīng)濟(jì)成本是 重要的。隨著地下資源在甚至更大深度處變得可接近，標(biāo)識(shí)使用最有效率和有效果的鉆井 配置以用于鉆穿中間巖層并接近地下儲(chǔ)層變得很重要。
[0004] 鉆井環(huán)境是用于物理建模和預(yù)測(cè)的復(fù)雜的環(huán)境，并且通過(guò)環(huán)境條件和鉆井系統(tǒng)及 其部件的物理限制對(duì)鉆井系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和鉆井系統(tǒng)操作者設(shè)置多個(gè)限制。在規(guī)劃鉆井操作的 鉆井系統(tǒng)選擇的情況下，這已導(dǎo)致用于基于從在規(guī)劃鉆井操作偏移的位置處進(jìn)行的實(shí)際鉆 井操作獲得的數(shù)據(jù)的試錯(cuò)方法來(lái)選擇優(yōu)化。然而，即使規(guī)劃鉆井操作的鉆井條件可能不相 同，并且基于可能不考慮為了規(guī)劃鉆井操作的目的確定不同可用備選系統(tǒng)的實(shí)際可靠性的 所有相關(guān)因素的鉆井系統(tǒng)可靠性感知，許多這種選擇優(yōu)化仍專(zhuān)注于過(guò)去的性能值。
[0005] 鉆井配置的有效性的一個(gè)度量是鉆井配置通過(guò)地層的特定段能夠?qū)崿F(xiàn)的絕對(duì)鉆 井性能。鉆井系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常關(guān)心優(yōu)化鉆井的性能以盡可能經(jīng)濟(jì)地鉆穿特定地層，這在大多 數(shù)情況下意味著以最少次更換的井底組件（BHA)來(lái)盡可能快地鉆井（具有最高穿透速度 (ROP))。當(dāng)然，每當(dāng)必須更換井底組件時(shí)，現(xiàn)有的井底組件和整個(gè)鉆柱必須從被鉆的井眼起 鉆，并且新的井底組件和相同長(zhǎng)度的鉆桿必須下鉆回井孔中以重新開(kāi)始鉆井。隨著被鉆的 更深的井，該過(guò)程花費(fèi)相應(yīng)更長(zhǎng)的時(shí)間，伴隨著隨之增加的成本。
[0006] 更換井底組件的一個(gè)原因是一種類(lèi)型的BHA可實(shí)現(xiàn)一種類(lèi)型的巖石的較高穿透 速度或較為便宜，但不會(huì)實(shí)現(xiàn)足夠的穿透速度或?qū)⒃诹硪活?lèi)型的地層中被快速磨損，而不 同類(lèi)型或配置的BHA對(duì)于該另一類(lèi)型的地層將獲得出眾的性能。在事先標(biāo)識(shí)并已知地層巖 石類(lèi)型的變化的情況下，可將井底組件的更換規(guī)劃到鉆井操作中。
[0007] 然而，必須更換井底組件的另一原因在于，BHA故障，尤其是BHA的部件，諸如鉆頭 或相關(guān)聯(lián)的井下工具變得磨損或損壞。
[0008] 鉆頭將經(jīng)受的磨損量可被預(yù)測(cè)并逐漸精確，并且還可在鉆井期間例如通過(guò)跟蹤當(dāng) 鉆頭鉆穿巖石時(shí)由鉆頭生成的振動(dòng)的頻率響應(yīng)所"實(shí)時(shí)"地監(jiān)測(cè)。然而，鉆頭可能比預(yù)期更 快地折斷或磨損，并且井下工具可被振動(dòng)和環(huán)境條件損壞。例如，鉆頭的齒可通過(guò)對(duì)底層的 沖擊被損壞和折斷。
[0009] 在BHA以這種方式故障的情況下，不僅可能有必要起鉆受損的BHA，而且有必要進(jìn) 行"打撈"操作來(lái)取回在井眼的底部處已變得分離并脫離的BHA的任何受損的部件。這又 增加了鉆探井眼的時(shí)間和成本。在井下工具被損壞的情況下，將還可能需要起鉆鉆柱并且 更換受損的井下工具，尤其是在井下工具用于提供"前瞻"或地理位置信息以有助于轉(zhuǎn)向和 定位井底組件的情況下。
[0010] 雖然這些類(lèi)型的故障可被分類(lèi)為不可預(yù)測(cè)的或隨機(jī)的，但可能是，在其中BHA已 被設(shè)計(jì)成獲得BHA的一個(gè)性質(zhì)的集中優(yōu)化以用于在特定組的預(yù)期鉆井條件下鉆井的情況 下，當(dāng)實(shí)際鉆井條件偏離預(yù)期鉆井條件時(shí)BHA故障的機(jī)會(huì)會(huì)增加，或可能是，需要引起這種 故障的從最佳偏離的范圍減小。
[0011] 相同的原理不僅可應(yīng)用于BHA的設(shè)計(jì)和選擇，也可應(yīng)用于作為整體的鉆井系 統(tǒng)，其中BHA的選擇和鉆井控制參數(shù)的選擇已基于預(yù)期鉆井條件經(jīng)受集中優(yōu)化（focused optimization)〇
[0012] 該原理可被描述為"穩(wěn)健性當(dāng)這些操作條件的變化遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)點(diǎn)時(shí)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng) 對(duì)操作條件的變化是否是穩(wěn)健的。當(dāng)然，在鉆井操作期間，由于隨著深度變化的地層中的巖 石的特性，存在連續(xù)改變的鉆井條件。鉆井系統(tǒng)操作者也具有較大自由度來(lái)改變系統(tǒng)控制 參數(shù)。同樣，根據(jù)設(shè)計(jì)成盡可能在沿著井眼的每個(gè)點(diǎn)處優(yōu)化鉆井性能的鉆井規(guī)劃來(lái)正常地 選擇系統(tǒng)控制參數(shù)，但不需要不必要地連續(xù)改變可選擇的參數(shù)，諸如，鉆壓（WOB)，某些情況 下在不需要不期望地要求鉆井操作停止的情況下可能不容易改變鉆壓。此外，由于用于確 定預(yù)期地層性質(zhì)的測(cè)量裝置和預(yù)測(cè)方法中的固有不精確性，實(shí)際鉆井條件可能與預(yù)期的鉆 井條件不同。
[0013] 因此，能夠評(píng)估，并且可能控制或限制鉆井系統(tǒng)被暴露至高風(fēng)險(xiǎn)的故障的情況的 程度是有利的。
[0014] 此外，能夠比較不同鉆井系統(tǒng)的預(yù)期響應(yīng)以標(biāo)識(shí)與每個(gè)鉆井系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的故障的 相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)是有利的。
[0015] 當(dāng)在不同可用備選鉆井系統(tǒng)之間進(jìn)行選擇以用于鉆探規(guī)劃的井眼時(shí)，能夠?qū)⒅甘?故障的風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)操作條件的變化的穩(wěn)健性與預(yù)期性能相比較可能是有利的。
[0016] 允許鉆井系統(tǒng)在減少故障風(fēng)險(xiǎn)或?qū)⒐收巷L(fēng)險(xiǎn)保持在可接受的水平內(nèi)的同時(shí)被設(shè) 計(jì)成優(yōu)化或維持鉆井系統(tǒng)的性能的水平是有利的。同樣地，能夠優(yōu)化鉆井系統(tǒng)性能，同時(shí)也 優(yōu)化或維持對(duì)外部鉆井條件的變化的所需的程度的穩(wěn)健性將是有利的。
[0017] 在某些情況下，能夠在鉆井操作期間執(zhí)行持續(xù)（ongoing)風(fēng)險(xiǎn)分析，并且能夠在 已針對(duì)預(yù)期鉆井條件和預(yù)測(cè)鉆井系統(tǒng)性能測(cè)量實(shí)際鉆井條件和鉆井性能時(shí)調(diào)節(jié)在先的風(fēng) 險(xiǎn)評(píng)估將是有利的。
[0018] 實(shí)現(xiàn)能夠標(biāo)識(shí)井眼的難以鉆探的井眼段的鉆井規(guī)劃方法將是進(jìn)一步有利的。這可 能允許鉆井系統(tǒng)配置、或鉆井系統(tǒng)配置的組合的選擇或設(shè)計(jì)、以及鉆井控制參數(shù)的規(guī)劃，以 實(shí)現(xiàn)對(duì)地層內(nèi)的鉆井條件的變化穩(wěn)健的和/或具有降低故障的風(fēng)險(xiǎn)的解決方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于評(píng)估與使用鉆井系統(tǒng)在地層中鉆探井眼段 相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)的方法，其包括：提供鉆井系統(tǒng)在鉆井期間觸發(fā)故障模式的風(fēng)險(xiǎn)的概率模型； 以及基于所述模型評(píng)估鉆井系統(tǒng)在鉆探該井眼段期間觸發(fā)所述故障模式中之一的風(fēng)險(xiǎn)。
[0020] 在方法的一個(gè)實(shí)施例中，評(píng)估鉆井系統(tǒng)觸發(fā)所述故障模式之一的風(fēng)險(xiǎn)包括確定在 沿著該井眼段的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)處觸發(fā)故障模式的瞬時(shí)風(fēng)險(xiǎn)的值。在這種實(shí)施例中，評(píng)估鉆 井系統(tǒng)觸發(fā)所述故障模式中之一的風(fēng)險(xiǎn)可包括確定在沿著該井眼段的多個(gè)點(diǎn)處觸發(fā)故障 模式的瞬時(shí)風(fēng)險(xiǎn)的值，并且將井眼段風(fēng)險(xiǎn)的值計(jì)算作為瞬時(shí)風(fēng)險(xiǎn)值的附加（additive)風(fēng) 險(xiǎn)。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于評(píng)估與使用鉆井系統(tǒng)在地層中鉆探井眼段 相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)的方法，其包括：定義鉆井系統(tǒng)的關(guān)鍵控制參數(shù)；以及標(biāo)識(shí)與每個(gè)關(guān)鍵控制 參數(shù)相關(guān)聯(lián)的鉆井系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)故障模式，所述一個(gè)或多個(gè)故障模式可在鉆探地層的 所述井眼段期間出現(xiàn)。
[0022] 該方法的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)一步包括評(píng)估每個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)以確定當(dāng)關(guān)鍵控制參數(shù) 變化時(shí)觸發(fā)與該控制參數(shù)相關(guān)聯(lián)的每個(gè)故障模式的概率。
[0023] 可對(duì)與沿著所述井眼段的位置相對(duì)應(yīng)的外部鉆井條件的固定集合來(lái)評(píng)估每個(gè)關(guān) 鍵控制參數(shù)。而且，可對(duì)與沿著所述井眼段的各多個(gè)位置相對(duì)應(yīng)的外部鉆井條件的多個(gè)集 合中的每一個(gè)集合來(lái)評(píng)估每個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)。
[0024] 當(dāng)關(guān)鍵控制參數(shù)變化時(shí)觸發(fā)與每個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)相關(guān)聯(lián)的每個(gè)故障模式的經(jīng)評(píng) 估的概率可用于定義鉆井系統(tǒng)的操作窗口。
[0025] 在這些方法中，當(dāng)該關(guān)鍵控制參數(shù)變化時(shí)觸發(fā)與每個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)相關(guān)聯(lián)的每個(gè) 故障模式的經(jīng)評(píng)估的概率可用于定義在沿著該井眼段的每個(gè)位置處的鉆井系統(tǒng)的操作窗 □。
[0026] 該方法的實(shí)施例可進(jìn)一步包括確定一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立關(guān)鍵控制參數(shù)的每個(gè)操作窗 口的寬度。
[0027] 在某些實(shí)施例中，該系統(tǒng)具有N個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)并且該方法進(jìn)一步包括確定對(duì)應(yīng) 于每個(gè)操作窗口的尺寸的N維體積。
[0028] 該方法可進(jìn)一步包括分別對(duì)應(yīng)于每個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)的瞬時(shí)值在每個(gè)相應(yīng)的操作 窗口或N維體積內(nèi)繪制該系統(tǒng)的瞬時(shí)操作點(diǎn)。
[0029] 該方法的實(shí)施例進(jìn)一步包括評(píng)估在整個(gè)鉆探井眼段期間鉆井系統(tǒng)對(duì)外部鉆井條 件的變化是否是穩(wěn)健的。
[0030] 在該方法的進(jìn)一步實(shí)施例中，當(dāng)關(guān)鍵控制參數(shù)變化時(shí)觸發(fā)與每個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)相 關(guān)聯(lián)的每個(gè)故障模式的經(jīng)評(píng)估的概率用于確定如果鉆井系統(tǒng)用于鉆探井眼段的鉆井系統(tǒng) 故障的風(fēng)險(xiǎn)的值。
[0031] 該方法可進(jìn)一步包括確定在沿著所述井眼段的每個(gè)點(diǎn)處鉆井系統(tǒng)故障的瞬時(shí)風(fēng) 險(xiǎn)的值。此處，該方法可進(jìn)一步包括通過(guò)對(duì)沿著該井眼段的基本每個(gè)點(diǎn)處的瞬時(shí)風(fēng)險(xiǎn)的值 求和來(lái)整體地確定如果鉆井系統(tǒng)用于鉆探所述井眼段的鉆井系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)的值。該方法 的這種實(shí)施例可進(jìn)一步包括通過(guò)計(jì)算表示鉆井系統(tǒng)、或表示包括該鉆井系統(tǒng)的多個(gè)備選鉆 井系統(tǒng)的單位矩陣與表示當(dāng)沿著所述井眼段的基本每個(gè)點(diǎn)處的多個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)變化時(shí) 在該鉆井系統(tǒng)配置或每個(gè)鉆井系統(tǒng)配置中出現(xiàn)的任一個(gè)故障模式中的瞬時(shí)風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)矩 陣的標(biāo)積，來(lái)整體地確定如果鉆井系統(tǒng)用于鉆探所述井眼段的鉆井系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)的值。
[0032] 在該方法的實(shí)施例中，可通過(guò)模擬或以其他方式對(duì)于使用鉆井系統(tǒng)鉆探該井眼段 在數(shù)學(xué)上建模，或通過(guò)測(cè)量在使用鉆井系統(tǒng)的實(shí)際鉆井操作期間改變關(guān)鍵控制參數(shù)的效 果、或通過(guò)它們的組合，來(lái)評(píng)估每個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)。
[0033] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，關(guān)鍵控制參數(shù)可以是用于使用鉆井系統(tǒng)進(jìn)行鉆探該井眼段 的獨(dú)立的控制參數(shù)。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種用于選擇用于在地層中鉆探井眼段的鉆井系統(tǒng) 的方法，其包括：標(biāo)識(shí)可用于選擇的兩個(gè)或更多個(gè)備選系統(tǒng)；根據(jù)第一或第二方面的方法 來(lái)評(píng)估與使用每個(gè)備選鉆井系統(tǒng)鉆探該井眼段相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)；以及至少部分地基于每個(gè)備 選系統(tǒng)的各經(jīng)評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)，來(lái)選擇鉆探該井眼段采用的鉆井系統(tǒng)。
[0035] 該方法的實(shí)施例可進(jìn)一步包括從選擇中消除被確定為在整個(gè)鉆探該井眼段期間 對(duì)外部鉆井條件的變化不穩(wěn)健的任何備選系統(tǒng)。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種用于優(yōu)化用于鉆探井眼段的鉆井系統(tǒng)的方法， 其包括：根據(jù)第一或第二方面的方法評(píng)估與使用鉆井系統(tǒng)鉆探該井眼段的風(fēng)險(xiǎn)；以及調(diào)節(jié) 鉆井系統(tǒng)配置和/或鉆井系統(tǒng)的控制參數(shù)以最大化或保持至少一個(gè)性能特性，同時(shí)最小 化、降低、或覆蓋風(fēng)險(xiǎn)。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種用于規(guī)劃鉆井操作的方法，該鉆井操作包括使 用鉆井系統(tǒng)在地層中鉆探井眼段，該方法包括：根據(jù)第二方面的方法評(píng)估與使用鉆井系統(tǒng) 鉆探該井眼段相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)；以及選擇該系統(tǒng)的在整個(gè)該井眼段的關(guān)鍵控制參數(shù)的規(guī)劃 值，該規(guī)劃值被預(yù)測(cè)成不觸發(fā)與每個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)相關(guān)聯(lián)的鉆井系統(tǒng)的任何故障模式。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種用于使用鉆井系統(tǒng)在地層中鉆探井眼的方法， 其包括：使用鉆井系統(tǒng)鉆探井眼的至少一部分；以及根據(jù)第一或第二方面的方法來(lái)評(píng)估與 使用鉆井系統(tǒng)鉆探未來(lái)井眼段相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0039] 所述方法的實(shí)施例包括：基于鉆井系統(tǒng)的預(yù)測(cè)性能來(lái)評(píng)估與鉆探該井眼相關(guān)聯(lián)的 風(fēng)險(xiǎn)；以及確定在鉆探該井眼的至少一部分時(shí)鉆井系統(tǒng)的實(shí)際性能，其中所述評(píng)估與鉆探 未來(lái)井眼段相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)基于鉆井系統(tǒng)的預(yù)測(cè)未來(lái)性能，該鉆井系統(tǒng)的預(yù)測(cè)未來(lái)性能至少 部分地基于實(shí)際鉆井性能的所述確定。
[0040] 可在鉆探所述井眼期間完成評(píng)估與鉆探未來(lái)井眼段相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了一種用于在不觸發(fā)鉆井系統(tǒng)的故障模式的情況下 評(píng)估鉆井系統(tǒng)鉆探井眼段的能力的方法：提供鉆井期間在一個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)變化下 鉆井系統(tǒng)觸發(fā)故障模式的風(fēng)險(xiǎn)的概率模型；以及標(biāo)識(shí)在沿著將被鉆探的該井眼段的一個(gè)或 多個(gè)點(diǎn)處的每個(gè)控制參數(shù)的上和/或下閾值，在分別高于或低于該閾值時(shí)，被觸發(fā)的鉆井 系統(tǒng)的故障模式的風(fēng)險(xiǎn)分別被視為不可接受的。
[0042] 該方法的實(shí)施例進(jìn)一步包括將在點(diǎn)或每個(gè)點(diǎn)處的鉆井系統(tǒng)的操作窗口定義為其 中被觸發(fā)的鉆井系統(tǒng)的故障模式的風(fēng)險(xiǎn)被視為可接受的每個(gè)控制參數(shù)的值的范圍。該方法 的實(shí)施例可進(jìn)一步包括通過(guò)測(cè)試控制參數(shù)的值的任一單個(gè)集合是否可在整個(gè)鉆探井眼段 的期間連續(xù)地被使用，同時(shí)保持在每個(gè)點(diǎn)處的操作窗口內(nèi)，來(lái)確定在鉆探井眼段期間鉆井 系統(tǒng)對(duì)鉆井條件的變化是否是穩(wěn)健的。
[0043] 該方法的實(shí)施例可包括標(biāo)識(shí)其中由于一個(gè)或多個(gè)控制參數(shù)的每個(gè)可用值高于相 應(yīng)的上閾值或低于相應(yīng)的下閾值而沒(méi)有可用的操作窗口的任何點(diǎn)。這些實(shí)施例可進(jìn)一步包 括定義毗鄰不具有可用操作窗口的任何點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)過(guò)渡點(diǎn)，標(biāo)識(shí)在每個(gè)過(guò)渡點(diǎn)處的每 個(gè)控制參數(shù)的上和/或下閾值，在分別高于或低于這些閾值時(shí)被觸發(fā)的鉆井系統(tǒng)的故障模 式的風(fēng)險(xiǎn)分別被視為不可接受的，以及將在每個(gè)過(guò)渡點(diǎn)處的鉆井系統(tǒng)的操作窗口定義為其 中被觸發(fā)的鉆井系統(tǒng)的故障模式的風(fēng)險(xiǎn)被視為可接受的每個(gè)控制參數(shù)的值的范圍。
[0044] 該方法的實(shí)施例可進(jìn)一步包括將該井眼段分成兩個(gè)或兩個(gè)以上部分并且通過(guò)對(duì) 其中沒(méi)有操作窗口是可用的該井眼段的一部分使用第一鉆井系統(tǒng)并且對(duì)于其中每個(gè)點(diǎn)具 有可用的操作窗口的該井眼段的至少一部分使用第二鉆井系統(tǒng)，來(lái)重新評(píng)估鉆探該井眼段 的能力。這些實(shí)施例可進(jìn)一步包括通過(guò)測(cè)試控制參數(shù)的值的任何單個(gè)集合是否可在整個(gè)鉆 探相應(yīng)部分期間連續(xù)地使用同時(shí)保持在每個(gè)點(diǎn)處的可用操作窗口內(nèi)來(lái)確定在鉆探該井眼 段的相應(yīng)部分期間鉆井系統(tǒng)對(duì)鉆井條件的變化是否是穩(wěn)健的。
[0045] 任何一個(gè)方面的方法可以是軟件可實(shí)現(xiàn)的方法。
[0046] 類(lèi)似地，該方法可以是利用經(jīng)編程的計(jì)算機(jī)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)化的方法。
[0047] 根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供設(shè)置成執(zhí)行第一到第七方面的方法的計(jì)算機(jī)。
[0048] 根據(jù)本發(fā)明的第九方面，提供一種具有存儲(chǔ)在其上的編程代碼的計(jì)算機(jī)可讀介 質(zhì)，所述編程代碼被設(shè)置成在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)根據(jù)第一到第七方面中的任一個(gè)的方 法。
[0049] 根據(jù)本發(fā)明的第十方面，提供一種設(shè)置成執(zhí)行根據(jù)第六方面的方法的鉆井系統(tǒng)。
[0050] 鉆井系統(tǒng)可包括設(shè)置在鉆井系統(tǒng)的井下工具中的用于執(zhí)行所述方法的CPU。
[0051] 附圖簡(jiǎn)述
[0052] 為了能夠更好地理解本發(fā)明，并更清楚地展示如何可有效實(shí)施本發(fā)明，將僅參照 附圖作為示例，在附圖中：
[0053] 圖IA和IB示出了在關(guān)鍵控制參數(shù)X變化時(shí)兩個(gè)故障模式之間的鉆井系統(tǒng)的操作 窗口的概率分布，和示出相同操作窗口中的成功概率的對(duì)應(yīng)的反函數(shù)；
[0054] 圖2A至2D示出了對(duì)于多個(gè)外部鉆井條件的四個(gè)備選鉆井系統(tǒng)中每一個(gè)鉆井系統(tǒng) 的操作窗口；
[0055] 圖3不出了對(duì)于三個(gè)〇 -穩(wěn)健備選鉆井系統(tǒng)的σ-穩(wěn)健操作窗口之間的比較；
[0056] 圖4Α和4Β示出用于實(shí)際鉆井操作的兩個(gè)鉆井系統(tǒng)的計(jì)算出的操作窗口；
[0057] 圖5Α和513不出了在進(jìn)一步調(diào)查鉆井風(fēng)險(xiǎn)t旲型中的奇點(diǎn)之后圖4Α和4Β的兩個(gè)鉆 井系統(tǒng)的重新計(jì)算出的操作窗口；
[0058] 圖6顯示示出由兩個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)W和R控制的系統(tǒng)的操作窗口的二維圖表；以 及
[0059] 圖7示出了在另一關(guān)鍵控制參數(shù)的值變化時(shí)，其中可觸發(fā)一個(gè)或多個(gè)故障的一個(gè) 關(guān)鍵控制參數(shù)的邊界值可如何變化。
[0060] 詳細(xì)描述
[0061] 本發(fā)明的實(shí)施例可提供評(píng)估鉆探井眼段的鉆井系統(tǒng)的故障的風(fēng)險(xiǎn)（以及由此相 關(guān)聯(lián)的非生產(chǎn)時(shí)間）的方法。鉆井系統(tǒng)的故障的風(fēng)險(xiǎn)可被表示為風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)?？苫谟|發(fā)鉆 井系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)故障的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)確定故障的風(fēng)險(xiǎn)。該風(fēng)險(xiǎn)可被計(jì)算為在沿著規(guī)劃井眼段 的特定點(diǎn)處觸發(fā)任何故障模式的瞬時(shí)風(fēng)險(xiǎn)，并且井眼段風(fēng)險(xiǎn)可被計(jì)算為沿著該井眼段的所 有點(diǎn)上的附加風(fēng)險(xiǎn)。相反地，可由其中將不會(huì)發(fā)生故障、或其中故障的風(fēng)險(xiǎn)處于可接受的低 水平的系統(tǒng)的操作窗口的考慮中得到風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。
[0062] 一個(gè)技術(shù)在本文中以一般理論術(shù)語(yǔ)公開(kāi)并討論，但可廣泛應(yīng)用于任何數(shù)量的不同 特定鉆井操作中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。該技術(shù)基于開(kāi)發(fā)鉆井系統(tǒng)S的數(shù)學(xué)模型，其中鉆井系統(tǒng)S可經(jīng) 受F= (f\，…，fN)不同故障模式。通過(guò)設(shè)置或控制一個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)X= (X1，…， xD將系統(tǒng)控制在系統(tǒng)的物理限制之內(nèi)。諸如地層性質(zhì)之類(lèi)的鉆井環(huán)境定義在鉆探感興 趣的井眼段期間系統(tǒng)S經(jīng)受的并且鉆井系統(tǒng)操作者對(duì)其不具有直接控制的外部條件C= (。廣.Cm)。
[0063] 在本文中所描述的示例性方法中，使用多維的概率分布P=PF(S，X，C)的集合來(lái) 來(lái)在數(shù)學(xué)上描述鉆井系統(tǒng)的故障行為，從而描述在關(guān)鍵控制參數(shù)X變化時(shí)在鉆井系統(tǒng)S經(jīng) 受外部條件C時(shí)發(fā)生的任一個(gè)故障模式F中的風(fēng)險(xiǎn)。
[0064] 現(xiàn)將描述數(shù)學(xué)風(fēng)險(xiǎn)模式的具體細(xì)節(jié)。為了幫助理解以下描述，本文中將使用以下 符號(hào)和關(guān)系：
[0065]丨艦土g)丨:在關(guān)鍵參數(shù)的選定值X處，經(jīng)受外部條件〇的機(jī)械系統(tǒng)S將發(fā)生第 i類(lèi)型的故障的概率。
[0066] RjiStX,aj:在關(guān)鍵參數(shù)的選定值X處，經(jīng)受外部條件σ的機(jī)械系統(tǒng)S將不發(fā)生 第i類(lèi)型的故障的概率。
[0067] += :系統(tǒng)僅對(duì)于關(guān)鍵參數(shù)X的每個(gè)值故障或不故障。
[0068] |g(a-a-)X&(χ-?) = 0,a<I;).由于對(duì)于χ的每個(gè)值，兩個(gè)成員中一個(gè)為零，因此 該關(guān)系容易證明。
[0069] [gCx~Q)xΘ(χ- &) =θ(χ - maxi^ t))|.由于對(duì)于每個(gè)x 彡max (a，b)，結(jié)果等于 1，否則等于零，因此該關(guān)系容易證明。
[0070] [g(g-·ν)X8(b-χ)=9(mm：a,b)-χ)| :由于僅當(dāng)x 彡min(a，b)時(shí)乘積等于 1， 因此該關(guān)系容易證明。
[0071] ,(I)X爾=雨I:該關(guān)系是不證自明的。
[0072]ICFyQj =IR-iiS,χ,σ)?χ.當(dāng)χ被選擇成在操作窗口內(nèi)時(shí)，使得如以下進(jìn)一步 描述的，該系統(tǒng)不經(jīng)受故障模式i或j。
[0073] 如果T是矩陣（m行）χ(η列）且S為矩陣（m行）χ(η列），則兩個(gè)矩陣的標(biāo)積為： mη
[0074] T ^ S = Su =tn Sn 4·t12 Sp12 + * +imn ^ Smn s=l;=1
[0075] 操作窗口
[0076] 已在其他領(lǐng)域例如通過(guò)Clausing和Taguchi(參見(jiàn)D.Ρ·Clausing，"Total qualitydevelopmemt(全面質(zhì)量開(kāi)發(fā)）"，ASME出版社，紐約（1994) ;D.Ρ·Clausing， "Operatingwindow-anengineeringmeasureforrobustness(操作窗□-對(duì)于穩(wěn)健性 的工程測(cè)量）"，Technometrics(技術(shù)計(jì)量學(xué)）46 (I) (2004);以及G.Taguchi，"Taguchion robusttechnologydevelopment(有關(guān)穩(wěn)健技術(shù)開(kāi)發(fā)的田口技術(shù)）"，ASME出版社，紐約 (1993)，這些文章通過(guò)引用整體結(jié)合于此）開(kāi)發(fā)（尤其是制造的領(lǐng)域）具有操作窗口的系 統(tǒng)的概念。
[0077] 在此，我們將操作窗口定義如下：
[0078] " [物理系統(tǒng)的]操作窗口被定義為激發(fā)某些故障模式的關(guān)鍵參數(shù)的邊界"。
[0079] 對(duì)于鉆井系統(tǒng)，關(guān)鍵控制參數(shù)為鉆井操作者可設(shè)置或控制的參數(shù)。關(guān)鍵控制參數(shù) 為獨(dú)立的控制參數(shù)，并且包括所有獨(dú)立的控制參數(shù)，該所有獨(dú)立的控制參數(shù)一起從故障角 度（perspective)完全確定鉆井系統(tǒng)的操作狀態(tài)。
[0080] 關(guān)鍵控制參數(shù)可在不同鉆井系統(tǒng)之間變化，并且取決于正被執(zhí)行的鉆井系統(tǒng)的類(lèi) 型。作為示例，對(duì)于典型的鉆井操作，三個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)可被調(diào)節(jié)成激發(fā)鉆井系統(tǒng)中的故障 模式：系統(tǒng)上重量（weightonsystem)、轉(zhuǎn)速、和流速。
[0081] 在這種情況下，使用三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)至少在理論上找出定義鉆井系統(tǒng)S的操作窗口 的精確閾值。例如，如果系統(tǒng)上重量較低使得鉆頭將不接合巖石，則ROP(穿透速度）將為〇 并且可激發(fā)有害振動(dòng)模式。相反，在較高的系統(tǒng)上重量處，割刀（cutter)可變得過(guò)度接合， 從而可導(dǎo)致割刀變得過(guò)載和受損。
[0082] 可通過(guò)系統(tǒng)行為的規(guī)范和與這些控制參數(shù)的變化相關(guān)聯(lián)的故障模式來(lái)為轉(zhuǎn)速 (RPM)和流速標(biāo)識(shí)相似的閾值。例如，鉆井系統(tǒng)可能由于橫向振動(dòng)增加超過(guò)可接受的限制、 或由于井眼清潔不良、沖刷、或損失而故障。
[0083] 在這一點(diǎn)上，可以注意到，術(shù)語(yǔ)"故障"旨在包括鉆井系統(tǒng)未能鉆穿地層的任何理 由，并且同樣包含鉆井功能中的任何故障。在關(guān)注鉆頭故障的情況下，故障模式可與對(duì)鉆頭 齒或割刀的沖擊損壞相關(guān)聯(lián)，同時(shí)，在井下工具的情況下，該工具可通過(guò)振動(dòng)和環(huán)境條件被 損壞。由于所考慮的部件將可能需要被取回并且被更換以進(jìn)一步繼續(xù)進(jìn)行鉆井操作，因此 這些類(lèi)型的故障可被稱(chēng)為毀滅性（catastrophic)或終端故障模式。一般而言，鉆井系統(tǒng)應(yīng) 當(dāng)被設(shè)計(jì)或選擇成對(duì)這種類(lèi)型的故障的任何風(fēng)險(xiǎn)具有非常低的容差。另一方面，其他故障 模式可被分類(lèi)成非毀滅性或非終端，因?yàn)楣收蟽H表示鉆井系統(tǒng)不能進(jìn)一步繼續(xù)進(jìn)行預(yù)期的 鉆井操作，但沒(méi)有系統(tǒng)本身的部分的機(jī)械故障或破壞。在以下示例中，沒(méi)有在這些不同類(lèi)型 的故障模式之間進(jìn)行區(qū)分，因?yàn)樵摲治雠c全部鉆井系統(tǒng)功能有關(guān)，而不論故障模式類(lèi)型。然 而，如果在規(guī)劃鉆井的井眼段中標(biāo)識(shí)高風(fēng)險(xiǎn)鉆井條件，則進(jìn)一步調(diào)查哪一個(gè)（一些）故障模 式被預(yù)測(cè)成會(huì)引起鉆井系統(tǒng)故障可能是有益的。
[0084] 在一個(gè)方法中，在沿著將被鉆的井眼段的多個(gè)點(diǎn)處為待評(píng)估的鉆井系統(tǒng)確定操作 窗口?；陬A(yù)測(cè)的外部鉆井條件，在沿著該井眼段的每一點(diǎn)處確定鉆井系統(tǒng)的操作窗口。 外部鉆井條件為影響系統(tǒng)所易受影響的故障模式的鉆井環(huán)境的性質(zhì)。在許多情況下，如在 以下示例中，可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)地層性質(zhì)（諸如，巖石抗壓強(qiáng)度σ)充分地定義外部鉆井條 件。與鉆井環(huán)境相關(guān)并且可影響故障風(fēng)險(xiǎn)的附加因素包括可影響受限的巖石強(qiáng)度的鉆井泥 漿的密度，和井眼穩(wěn)定性。
[0085] 在將概念歸納至三個(gè)或更多個(gè)維度（即，三個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立的關(guān)鍵控制參數(shù)）之 前，考慮由一個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)X除外地控制的系統(tǒng)S的情況是有幫助的。在該示例中，系統(tǒng) 上重量被認(rèn)為是關(guān)鍵控制參數(shù)，并且系統(tǒng)易受在系統(tǒng)上重量過(guò)低時(shí)鉆頭不與地層接合、以 及當(dāng)系統(tǒng)上重量過(guò)高時(shí)割刀過(guò)度接合并被損壞的上述故障模式的影響。當(dāng)控制參數(shù)超過(guò)上 閾值X2或低于下閾值X1時(shí)觸發(fā)關(guān)鍵控制參數(shù)X的相關(guān)聯(lián)的故障模式。在這種情況下，容易 在數(shù)學(xué)上建模系統(tǒng)將經(jīng)受相關(guān)聯(lián)的故障模式中的任一個(gè)的概率，因?yàn)樵摳怕蕛H僅取決于關(guān) 鍵控制參數(shù)X的值：
[0086] P12 (X) =Θ(X1-X) +θ(χ-χ2) ,X1 <χ2 (1)
[0087] 其中 Γ π ^、 fOifi'…
[0088] #11-) = ^tfx>〇 12)
[0089] 在圖IA中圖形化表示了該概率函數(shù)。值得注意的是，例如，對(duì)于某些故障模式，概 率分布不需要被表示為階梯函數(shù)，但可能是以高斯分布的形式。在這種情況下，可能期望 定義對(duì)于X的值的上和下閾值，如果鉆井操作者愿意接受觸發(fā)故障模式的一定程度的風(fēng)險(xiǎn) (例如，如果這將允許更高的鉆井系統(tǒng)性能，諸如增加的R0P)，則該X值的上和下閾值將操 作窗口定義為其中觸發(fā)故障模式的概率低于特定百分比的區(qū)域。否則，上和下閾值可被設(shè) 置成其中故障的概率為零的X的值的區(qū)域的邊界，藉此同樣將概率分布定義為階梯函數(shù)。 為了本目的，以下描述假設(shè)操作窗口為其中觸發(fā)故障模式的機(jī)會(huì)為零的區(qū)域。
[0090] P12(X)的逆為函數(shù)R12(X) =I-P12(X)。在圖IB中圖形化示出了該逆函數(shù)，并且該 逆函數(shù)描述了鉆井系統(tǒng)不故障的概率，即，當(dāng)X變化時(shí)既不觸發(fā)故障模式1也不觸發(fā)故障模 式2。通過(guò)定義函數(shù)P12(X)，對(duì)于在從X1到X2的范圍內(nèi)X的所有值& €CrilXd，激發(fā)故障 模式1或故障模式2的概率為零，即成功的概率為1。
[0091] 重要的是注意此處所依賴(lài)的假設(shè)：隨著關(guān)鍵控制參數(shù)X的值的變化發(fā)生的故障模 式是獨(dú)立的。換句話說(shuō)，故障模式2不與故障模式1同時(shí)發(fā)生。故障模式2在X的值大于 其中故障模式1被啟動(dòng)的值時(shí)被啟動(dòng)的事實(shí)僅用于保持符號(hào)一致的目的；因?yàn)?，?shí)際上，故 障模式是獨(dú)立的，符號(hào)在任何時(shí)候都保持一致。因此，在該基本示例中，關(guān)鍵控制參數(shù)X完 全確定系統(tǒng)S的一維故障行為。
[0092] -旦已經(jīng)確定閾值，可計(jì)算上和下限值X1和X2之間的操作窗口的大小。操作窗口 由當(dāng)參數(shù)X在從X1到X2的范圍內(nèi)（即，Xe (Xi，X2))時(shí)故障的概率為零的事實(shí)表征。在數(shù) 學(xué)上表達(dá)而言，這給出以下關(guān)系：
[0093] P12(X)-O,當(dāng)Xe(X1,X2) (4)
[0094] 然后可使用分布R12，即概率P12的逆，將操作窗口"寬度"計(jì)算為：
[0095] OP12 = /R12 ·dx= (X2-X1) (5)
[0096] R12 (S，X，σ) = 1-[Θ(X1 (S，σ)-χ) +θ(χ-χ2 (S，σ)) ] (3)。
[0097] 只要系統(tǒng)保持在固定的外部條件內(nèi)，該關(guān)系就為真。在鉆井系統(tǒng)的情況下，如果地 層真正保持不隨深度變化，則以上關(guān)系為真。當(dāng)然，實(shí)際上，這不是一個(gè)可行的假設(shè)。然而， 如果外部條件被定義為σ= 〇 (d)，則可能將系統(tǒng)S所經(jīng)受的外部鉆井條件表示為隨著參 數(shù)d變化的連續(xù)函數(shù)（在本示例中，該函數(shù)表示作為深度d的函數(shù)的不受限制或受限制的 巖石抗壓強(qiáng)度）。
[0098] 然后，可歸納關(guān)系（1)，因?yàn)閷?duì)于外部條件〇的每個(gè)值，存在故障1或故障2的概 率Ρ。
[0099] P12 (S，X，σ) =Θ(X1 (S，σ)-χ) +θ(χ-χ2 (S，σ))，X1 <x2 (6)
[0100] 因此，操作窗口上和下閾值將也是參數(shù)d的函數(shù)。因此，使用關(guān)系（3)，系統(tǒng)S的操 作窗口的寬度通過(guò)以下給出：
[0101]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于評(píng)估與利用鉆井系統(tǒng)在地層中鉆探井眼段相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)的方法，包括： 提供在鉆井期間所述鉆井系統(tǒng)觸發(fā)故障模式的風(fēng)險(xiǎn)的概率模型；以及 基于所述模型評(píng)估在鉆探所述井眼段期間所述鉆井系統(tǒng)觸發(fā)所述故障模式中之一的 風(fēng)險(xiǎn)。
2. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，評(píng)估所述鉆井系統(tǒng)觸發(fā)所述故障模式中之一 的風(fēng)險(xiǎn)包括確定在沿所述井眼段的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)處觸發(fā)故障模式的瞬時(shí)風(fēng)險(xiǎn)的值。
3. 如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，評(píng)估所述鉆井系統(tǒng)觸發(fā)所述故障模式中之一 的風(fēng)險(xiǎn)可包括確定在沿所述井眼段的多個(gè)點(diǎn)處觸發(fā)故障模式的瞬時(shí)風(fēng)險(xiǎn)的值，并且計(jì)算所 述井眼段風(fēng)險(xiǎn)的值作為所述瞬時(shí)風(fēng)險(xiǎn)值的附加風(fēng)險(xiǎn)。
4. 一種用于評(píng)估與利用所述鉆井系統(tǒng)在地層中鉆探井眼段相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)的方法，包 括： 定義所述鉆井系統(tǒng)的關(guān)鍵控制參數(shù)；以及 標(biāo)識(shí)與每個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)相關(guān)聯(lián)的鉆井系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)故障模式，所述一個(gè)或多個(gè) 故障模式可在鉆探地層的所述井眼段期間出現(xiàn)。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括： 評(píng)估每個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)以確定當(dāng)所述關(guān)鍵控制參數(shù)變化時(shí)觸發(fā)與所述控制參數(shù)相關(guān) 聯(lián)的每個(gè)故障模式的概率。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，對(duì)與沿著所述井眼段的位置對(duì)應(yīng)的外部鉆 井條件的固定集合來(lái)評(píng)估每個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，對(duì)與沿著所述井眼段的相應(yīng)多個(gè)位置對(duì)應(yīng) 的外部鉆井條件的多個(gè)集合中的每一集合來(lái)評(píng)估每個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)。
8. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述關(guān)鍵控制參數(shù)變化時(shí)觸發(fā)與每個(gè)關(guān) 鍵控制參數(shù)相關(guān)聯(lián)的每個(gè)故障模式的經(jīng)評(píng)估的概率用于定義所述鉆井系統(tǒng)的操作窗口。
9. 如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述關(guān)鍵控制參數(shù)變化時(shí)觸發(fā)與每個(gè) 關(guān)鍵控制參數(shù)相關(guān)聯(lián)的每個(gè)故障模式的經(jīng)評(píng)估的概率用于定義在沿著所述井眼段的每個(gè) 位置處的所述鉆井系統(tǒng)的操作窗口。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括確定一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的關(guān) 鍵控制參數(shù)的每個(gè)操作窗口的寬度。
11. 如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)具有N個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)并且 進(jìn)一步包括確定對(duì)應(yīng)于每個(gè)操作窗口的尺寸的N維體積。
12. 如權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括分別對(duì)應(yīng)于每個(gè)關(guān)鍵控 制參數(shù)的瞬時(shí)值在每個(gè)相應(yīng)的操作窗口或所述N維體積內(nèi)繪制所述系統(tǒng)的瞬時(shí)操作點(diǎn)。
13. 如權(quán)利要求8、9、10、11或12所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括評(píng)估在鉆探所述 井眼段的整個(gè)期間所述鉆井系統(tǒng)對(duì)所述外部鉆井條件的變化是否是穩(wěn)健的。
14. 如權(quán)利要求5至13中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述關(guān)鍵控制參數(shù)變化 時(shí)觸發(fā)與每個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)相關(guān)聯(lián)的每個(gè)故障模式的經(jīng)評(píng)估的概率用于確定如果所述鉆 井系統(tǒng)用于鉆探所述井眼段的所述鉆井系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)的值。
15. 如直接或間接引用權(quán)利要求6或權(quán)利要求7的權(quán)利要求14所述的方法，其特征在 于，進(jìn)一步包括確定在沿著所述井眼段的每個(gè)點(diǎn)處所述鉆井系統(tǒng)故障的瞬時(shí)風(fēng)險(xiǎn)的值。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括通過(guò)對(duì)沿著所述井眼段的基 本每個(gè)點(diǎn)處的瞬時(shí)風(fēng)險(xiǎn)的值求和來(lái)整體地確定如果所述鉆井系統(tǒng)用于鉆探所述井眼段的 所述鉆井系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)的值。
17. 如權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括通過(guò)計(jì)算表示所述鉆井 系統(tǒng)的、或表示包括所述鉆井系統(tǒng)的多個(gè)備選鉆井系統(tǒng)的單位矩陣與表示當(dāng)多個(gè)關(guān)鍵控制 參數(shù)在沿著所述井眼段的基本每個(gè)點(diǎn)處變化時(shí)在所述鉆井系統(tǒng)或每個(gè)鉆井系統(tǒng)配置中出 現(xiàn)的故障模式中的任一故障模式的瞬時(shí)風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)矩陣的標(biāo)積來(lái)整體地確定如果鉆井系 統(tǒng)用于鉆探所述井眼段的所述鉆井系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)的值。
18. 如權(quán)利要求5至17中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，可通過(guò)模擬或以其他方式對(duì) 采用所述鉆井系統(tǒng)鉆探所述井眼段進(jìn)行數(shù)學(xué)上的建模，或通過(guò)測(cè)量在使用所述鉆井系統(tǒng)的 實(shí)際鉆井操作期間改變關(guān)鍵控制參數(shù)的效果、或通過(guò)它們的組合來(lái)完成評(píng)估每個(gè)關(guān)鍵控制 參數(shù)。
19. 如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述關(guān)鍵控制參數(shù)是用于采用所述 鉆井系統(tǒng)進(jìn)行鉆探所述井眼段的獨(dú)立的控制參數(shù)。
20. -種用于選擇用于在地層中鉆探井眼段的鉆井系統(tǒng)的方法，包括： 標(biāo)識(shí)可用于選擇的兩個(gè)或更多個(gè)備用系統(tǒng)； 根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)的方法，評(píng)估與使用每個(gè)候選鉆井系統(tǒng)鉆探所述井眼段 相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)；以及 至少部分地基于每個(gè)候選系統(tǒng)的相應(yīng)的經(jīng)評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)選擇用于鉆探所述井眼段的 鉆井系統(tǒng)。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括從選擇中消除被確定為在鉆 探所述井眼段整個(gè)期間對(duì)外部鉆井條件的變化不穩(wěn)健的任何備選系統(tǒng)。
22. -種用于優(yōu)化用于鉆探井眼段的鉆井系統(tǒng)的性能的方法，包括： 根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)的方法評(píng)估與使用鉆井系統(tǒng)鉆探所述井眼段相關(guān)聯(lián)的 風(fēng)險(xiǎn)；以及 調(diào)節(jié)鉆井系統(tǒng)配置和/或鉆井系統(tǒng)的控制參數(shù)以最大化或保持至少一個(gè)性能特性，同 時(shí)最小化、降低、或覆蓋風(fēng)險(xiǎn)。
23. -種用于規(guī)劃鉆井操作的方法，所述鉆井操作包括使用鉆井系統(tǒng)在地層中鉆探井 眼段，所述方法包括： 根據(jù)權(quán)利要求4至19中任一項(xiàng)的方法，評(píng)估與使用所述鉆井系統(tǒng)鉆探所述井眼段相關(guān) 聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)；以及 選擇所述系統(tǒng)的在整個(gè)所述井眼段的關(guān)鍵控制參數(shù)的規(guī)劃值，所述規(guī)劃值被預(yù)測(cè)成不 觸發(fā)與每個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)相關(guān)聯(lián)的鉆井系統(tǒng)的任何故障模式。
24. -種用于使用鉆井系統(tǒng)在地層中鉆探井眼的方法，包括： 使用鉆井系統(tǒng)鉆探井眼的至少一部分；以及 根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)的方法，評(píng)估與使用所述鉆井系統(tǒng)鉆探未來(lái)井眼段相關(guān) 聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法包括： 基于所述鉆井系統(tǒng)的預(yù)測(cè)性能來(lái)評(píng)估與鉆探所述井眼相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)；以及 確定在鉆探所述井眼的至少一部分時(shí)所述鉆井系統(tǒng)的實(shí)際性能，其中 所述評(píng)估與鉆探未來(lái)井眼段相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)基于所述鉆井系統(tǒng)的預(yù)測(cè)未來(lái)性能，所述鉆 井系統(tǒng)的預(yù)測(cè)未來(lái)性能至少部分地基于實(shí)際鉆井性能的所述確定。
26. 如權(quán)利要求24或25所述的方法，其特征在于，在鉆探所述井眼期間完成所述評(píng)估 與鉆探未來(lái)井眼段相關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)。
27. -種用于在不觸發(fā)鉆井系統(tǒng)的故障模式的情況下評(píng)估鉆井系統(tǒng)鉆探井眼段的能力 的方法，所述方法包括： 提供鉆井期間在一個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵控制參數(shù)變化下所述鉆井系統(tǒng)觸發(fā)故障模式的風(fēng)險(xiǎn) 的概率模型；以及 標(biāo)識(shí)在沿著將被鉆探的所述井眼段的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)處的每個(gè)控制參數(shù)的上和/或下 閾值，分別高于或低于這些閾值被觸發(fā)的鉆井系統(tǒng)的故障模式的風(fēng)險(xiǎn)被認(rèn)為是不可接受 的。
28. 如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將在點(diǎn)或每個(gè)點(diǎn)處的鉆井系 統(tǒng)的操作窗口定義為其中被觸發(fā)的鉆井系統(tǒng)的故障模式的風(fēng)險(xiǎn)被視為可接受的每個(gè)控制 參數(shù)的值的范圍。
29. 如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括通過(guò)測(cè)試控制參數(shù)的值的任 何單個(gè)集合是否可在鉆探所述井眼段的整個(gè)期間連續(xù)地使用同時(shí)保持在每個(gè)點(diǎn)處的操作 窗口內(nèi)，來(lái)確定鉆井系統(tǒng)在鉆探所述井眼段期間對(duì)鉆井條件的變化是否是穩(wěn)健的。
30. 如權(quán)利要求27、28、或29所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括標(biāo)識(shí)其中 由于一個(gè)或多個(gè)控制參數(shù)的每個(gè)可用值高于相應(yīng)的上閾值或低于相應(yīng)的下閾值而沒(méi)有可 用的操作窗口的任何點(diǎn)。
31. 如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括定義毗鄰不具有可用操作窗 口的任何點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)過(guò)渡點(diǎn)、標(biāo)識(shí)在每個(gè)過(guò)渡點(diǎn)處的每個(gè)控制參數(shù)的上和/或下閾 值，在分別高于或低于這些閾值時(shí)被觸發(fā)的鉆井系統(tǒng)的故障模式的風(fēng)險(xiǎn)被視為不可接受 的，以及將在每個(gè)過(guò)渡點(diǎn)處的鉆井系統(tǒng)的操作窗口定義為其中被觸發(fā)的鉆井系統(tǒng)的故障模 式的風(fēng)險(xiǎn)被視為可接受的每個(gè)控制參數(shù)的值的范圍。
32. 如權(quán)利要求30或31所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將所述井眼段分成兩個(gè) 或兩個(gè)以上部分并且通過(guò)對(duì)于包括此處沒(méi)有操作窗口可用的點(diǎn)的所述井眼段的一部分來(lái) 使用第一鉆井系統(tǒng)并且對(duì)于其中每個(gè)點(diǎn)都具有可用的操作窗口的所述井眼段的至少一部 分使用第二鉆井系統(tǒng)，來(lái)重新評(píng)估鉆探所述井眼段的能力。
33. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括通過(guò)測(cè)試控制參數(shù)的值的任 何單個(gè)集合是否可在鉆探所述井眼段的相應(yīng)部分的整個(gè)期間連續(xù)地使用同時(shí)保持在每個(gè) 點(diǎn)處的可用操作窗口內(nèi)，來(lái)確定在鉆探所述井眼段的相應(yīng)部分期間所述鉆井系統(tǒng)對(duì)鉆井條 件的變化是否是穩(wěn)健的。
34. 如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述方法是軟件實(shí)現(xiàn)的方法。
35. 如任一前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述方法是使用經(jīng)編程的計(jì)算機(jī)執(zhí) 行的計(jì)算機(jī)化方法。
36. -種計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)設(shè)置成執(zhí)行任一前述權(quán)利要求的方法。
37. -種具有存儲(chǔ)在其上的編程代碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述編程代碼被設(shè)置成在計(jì) 算機(jī)上運(yùn)行時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1至36的任一項(xiàng)的方法。
38. -種鉆井系統(tǒng)，所述鉆井系統(tǒng)設(shè)置成執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求24至26的任一項(xiàng)的方法。
39. 如權(quán)利要求38所述的鉆井系統(tǒng)，其特征在于，包括設(shè)置在鉆井系統(tǒng)的井下工具中 的用于執(zhí)行所述方法的CPU。
【文檔編號(hào)】E21B43/00GK104271882SQ201380024261
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月19日
【發(fā)明者】S·曼奇尼 申請(qǐng)人:哈里伯頓能源服務(wù)公司