定向钻井操作和模拟的监控和控制的制作方法
定向钻井操作和模拟的监控和控制的制作方法
【专利说明】定向钻井操作和模拟的监控和控制
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2013年3月13日提交的美国申请序列号第13/799，147号的优先权，所述申请是2010年2月9日提交的美国申请序列号第12/442,637号的部分接续案，其根据2007年9月27日提交且在2008年4月3日以英文公开为WO 2008/039523 Al的国际申请PCT/US2007/020867号并根据35U.S.C.371处于提交的美国国家阶段，其根据35U.S.C.119(e)要求2006年9月27日提交的美国临时申请序列号第60/827，209号的权益，所述申请和公开全文以引用方式并入本文中。
技术领域
[0003]本申请一般涉及井下钻井。特定来说，本申请涉及定向钻井操作和模拟的监控和控制。
【背景技术】
[0004]定向钻井操作通常允许从井下储层大量采集碳氢化合物。
【附图说明】
[0005]可参考以下描述和图示实施方案的附图最好地理解本发明的这些实施方案。在附图中:
[0006]图1图示根据本发明的一些实施方案的用于钻井操作的系统。
[0007]图2图示根据本发明的一些实施方案的执行用于实施操作的软件的计算机。
[0008]图3图示根据本发明的一些实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的图形用户界面(GUI)屏幕。
[0009]图4图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的⑶I屏幕。
[0010]图5图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的⑶I屏幕。
[0011]图6图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的⑶I屏幕。
[0012]图7图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的⑶I屏幕。
[0013]图8图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的⑶I屏幕。
[0014]图9图示根据本发明的一些实施方案的针对定向钻井操作/模拟产生的报告。
[0015]图10-11图示根据本发明的一些实施方案的用于定向钻井操作/模拟的另一组报生口 ο
[0016]图12图示根据本发明的一些实施方案的钻井操作，其中钻井器不被接合且钻头在底部。
[0017]图13-14图示根据本发明的一些实施方案的扭矩相对于井下钻井马达或旋转导向工具的操作压力差的图表。
[0018]图15A-15C示出根据各个实施方案的手持式移动通信装置的实例，其可操作被结构化成监控和控制在钻井现场的钻井操作和关联功能及其模拟。
[0019]图16图示根据各个实施方案的使用手持式移动通信装置来监控和控制在钻井现场的钻井操作的例示性架构。
[0020]图17示出根据各个实施方案的使用手持式移动通信装置来监控和控制钻井操作的例示性方法的功能。
[0021]图18示出根据各个实施方案的可操作来监控和控制钻井操作的手持式移动通信装置的例示性部件。
【具体实施方式】
[0022]描述了用于监控和控制定向钻井操作/模拟的设备和系统。在以下描述中，阐述了许多特定细节。然而，应了解本发明的实施方案可在没有这些特定细节的情况下实行。在其它情况中，未详细示出熟知的电路、结构和技术以免困扰理解本描述。
[0023]本实施方案的描述被分成五个部分。第一部分描述了系统操作环境。第二部分描述了计算机操作环境。第三部分描述了定向钻井操作/模拟的图形和数字表示。第四部分描述了对井下部件的负荷监控。第五部分提供了一些常用注释。
[0024]实施方案允许监控和控制定向钻井操作和模拟。实施方案可包括从不同传感器(包括在地面和井下的传感器)接收和处理的数据的图形和数字输出。“旋转”钻井底部钻孔组件(BHA)、井下钻井马达、钻井涡轮或井下钻井工具(诸如，旋转导向工具)允许定向钻井。在油井的动态井下环境中的BHA、井下钻井马达、钻井涡轮或旋转导向工具的功能相对较复杂，因为在地面施加的操作参数(诸如，流速、钻压和钻柱旋转速度)与井下钻井操作的其它特性组合。这些其它特性包括地层特性(诸如岩石强度和地热温度)、并入BHA (诸如钻头)的额外工具的特性、钻井流体(诸如润滑剂)的特性等。
[0025]次优操作参数、过度操作参数的应用以及在井下马达操作期间在特定功能事件期间采取不适当行为是在定向钻井操作期间遇到的一些问题。
[0026]设计工程师、支持工程师、市场营销人员、维修和维护人员以及客户人员的各个成员可能永远不会出现在钻台上。钻台上的定向钻井员与地表数千英尺以下的功能BHA、井下钻井马达、钻井涡轮或旋转导向工具之间也可存在有效阻断。因此，这种人员不会精确了解到当马达/工具在井下发挥作用时，地面施加的操作参数和井下操作环境对钻井马达、钻井涡轮或旋转导向工具产生的效果。
[0027]使用一些实施方案，操作人员、设计工程师、支持工程师、市场营销人员、维修和维护人员以及客户都可能根据钻台施加的操作参数和其对马达/工具产生的所得负荷(其最终影响马达/工具的性能)而增加对BHA、井下钻井马达、钻井涡轮和旋转导向工具的了解。人员因各个准则而对BHA、井下钻井马达、钻井涡轮或旋转导向工具的更进一步了解将从设计阶段直至后续操作问题研宄和分析阶段受益。
[0028]实施方案将允许用户通过控制BHA、井下钻井马达、钻井涡轮或旋转导向工具操作而有效地训练模拟器，同时避免通常与井场和功率计测试操作相关联的成本和潜在安全训练问题。实施方案将促进更好地理解马达/工具输入与输出相对于井下操作环境特性且也相对于马达/工具效率、可靠性和寿命的平衡。
[0029]一些实施方案提供了用于监控定向钻井操作的图形用户界面(⑶I)。一些实施方案可用于实际钻井操作。替代地或此外，一些实施方案可用于模拟操作人员对于定向钻井的训练。来自地面和井下传感器的数据可被处理。井下操作的图形和数字表示可基于处理数据被提供。一些实施方案可图示用于定向钻井操作的BHA、井下钻井马达、钻井涡轮和旋转导向工具的性能。一些实施方案可图形化示出由井下马达、钻井涡轮或旋转导向工具的每分钟转数(RPM)和由其施加的扭矩、跨过马达、涡轮、工具的操作压力差等。钻柱内的马达、涡轮、工具的截面图可被图形化示出。这个图可示出与马达、涡轮和工具组合的钻柱的旋转。因此，钻井员可视觉上追踪钻井马达/旋转导向工具的旋转速度且视需要进行调整。以下描述和附图描述钻井马达的监控和控制。此描述还适于各种类型的旋转BHA、钻井涡轮和旋转导向工具。
[0030]图1图示根据本发明的一些实施方案的用于钻井操作的系统。图1图示定向钻井操作。钻井系统包括在地面12的钻机10，所述地面支撑钻柱14。在一些实施方案中，钻柱14是穿过工作平台16端对端连接的钻杆段的组件。在替代实施方案中，钻柱包括盘管而不是单个钻杆。钻头18耦接到钻柱14的下端，且钻头18通过钻井操作而穿过地层22和24产生钻孔20。钻柱14在其下端具有底部钻孔组件(BHA) 26，其包括钻头18、建立在井颈段32中的测井工具30、位于非磁性仪器接头34中的定向传感器、井下控制器40、遥测发射器42，且在一些实施方案中包括井下马达/旋转导向工具28。
[0031]钻井流体在地面通过管线38从矿井36抽吸到钻柱14中并且到钻头18。通过钻头18的面流出之后，钻井流体通过钻柱14与钻孔20之间的环形区域上升回到地面。在地面处，钻井流体被收集且返回到矿井36进行过滤。钻井流体用于润滑和冷却钻头18并且从钻孔20移除钻肩。
[0032]井下控制器40控制遥测发射器42的操作，并支配井下部件的操作。控制器处理从测井工具30和/或仪器接头34中的传感器接收的数据并且产生编码信号而通过遥测发射器42传输到地面。在一些实施方案中，遥测是钻柱14内泥浆脉冲的形式，且所述泥浆脉冲在地面处由泥浆脉冲接收器44检测到。可以等效地使用其它遥测系统(例如，沿钻柱的声学遥测、有线钻杆等)。除了井下传感器，系统可包括许多传感器，其在钻台地面用于监控不同操作(例如，钻柱的旋转速度，泥浆流速等)。
[0033]在一些实施方案中，来自井下和地面传感器的数据被处理用于显示(如下文进一步描述)。处理这种数据的处理器部件可位于井下和/或位于地面。举例来说，井下工具中的一个或多个处理器可处理井下数据。替代地或此外，在井场和/或远程位置的一个或多个处理器可处理所述数据。此外，处理的数据接着可以数字和图形地显示(如下文进一步描述)。
[0034]现描述可用于处理和/或显示数据的示例计算机系统。特定来说，图2图示根据本发明的一些实施方案的执行用于实施操作的软件的计算机。计算机系统200可表示系统200中的各个部件。举例来说，计算机系统200可表示井下工具的部分、井场本地计算机、井场远程计算机等。
[0035]如图2中图示，计算机系统200包括处理器202。计算机系统200还包括存储器单元230、处理器总线222和输入/输出控制器集线器(ICH) 224。处理器202、存储器单元230和ICH 224耦接到处理器总线222。处理器202可包括任何合适的处理器架构。计算机系统200可包括一个、两个、三个或三个以上处理器，其中任何一个可根据本发明的实施方案执行一组指令。
[0036]存储器单元230可以存储数据和/或指令，并且可包括任何合适的存储器，如动态随机存取存储器(DRAM)。计算机系统200还包括IDE驱动器208和/或其它合适的存储装置。根据本发明的一些实施方案，图形控制器204控制显示装置206上的信息的显示。
[0037]输入/输出控制器集线器(ICH) 224提供接口给I/O设备或用于计算机系统200的外围部件。ICH 224可包括任何合适的接口控制器来为处理器202、存储器单元230和/或与ICH 224通信的任何合适的装置或部件提供任何合适的通信链路。对于本发明的一个实施方案，ICH 224为每个接口提供合适的鉴定和缓冲。
[0038]对于本发明的一些实施方案，ICH 224提供接口给一个或多个合适的集成驱动电子器件(IDE)驱动器208(诸如硬盘驱动器(HDD)或光盘只读存储器(⑶-ROM)驱动器)，或通过一个或多个USB端口 210提供给合适的通用串行总线(USB)装置。对于一个实施方案，ICH 224还通过一个或多个火线端口 216提供接口给键盘212、鼠标214、⑶-ROM驱动器218、一个或多个合适的装置。对于本发明的一个实施方案，ICH 224还提供网络接口 220，计算机系统200可通过其与其它计算机和/或装置通信。
[0039]在一些实施方案中，计算机系统200包括机器可读介质，其存储具体实施本文描述的方法中的任何一种或全部的一组指令(例如软件)。另外，软件可完全或至少部分驻留在存储器单元230内和/或处理器202内。
[0040]定向钻井是基于定向钻井员做出的决定，其是钻台处的钻井员、井场(不是钻台上)的测井单元以及定向钻井员关于设备性能和功能的设想中的信息结果。由定向钻井员做出的决定对在地面应用到井下钻井工具的钻井操作具有直接关系。实施方案提供了钻台(本质安全的计算机上或净化钻井员的控制单元或“调谐箱”)、井场(数据测井单元或办公室)和远程(定向钻井供应商和/或石油公司的办公室或专用远程技术操作(RTO)中心)的综合定向钻井数据的实时表示。
[0041]定向钻井过程的重要部分是在施加到钻头的扭矩和RPM以及给予地层中的负荷使其局部故障并且移除地层方面钻头与地层的相互作用。另一重要部分是施加在钻头上的扭矩和RPM如何造成底部钻孔钻井组件工具中的反应性机械负荷，其影响了钻孔的轨迹。
[0042]保持钻头一致水平的扭矩和转速可实现并维持良好的地层穿透 率、良好的钻孔定向控制等。此外，这个一致水平允许底部钻孔钻井组件中各个井下钻孔工具的可靠性和寿命的最大化(波动机械和压力负荷加速部件的磨损和疲劳)。
[0043]当钻井时，钻头具有许多激发和负荷来源。这些源可造成钻头速度波动、钻头振动、钻头被迫过度进入地层中且在一些情况中钻头实际上弹出孔底。钻压的施加(通过松开钻机悬重)可以是激发和负荷的来源。可以存在许多来源，其会负面影响钻头和地层相互作用的方面。举例来说，施加在地面的一些重量有时不会传输到钻头，因为钻柱和底部钻孔组件接触套管和孔壁，造成实质性的摩擦损失。钻柱接着可突然“自由脱落”造成其余先前悬挂的重量突然转移到钻头，且造成重反作用力负荷被施加到底部钻孔钻井组件中的工具(内部和外壳)。这种来源的另一实例涉及地面的扭矩施加。有时并非全部扭矩被传输到钻头。钻柱可随后被释放，使得高扭转负荷可突然施加到底部钻孔钻井组件中的工具。
[0044]激发和负荷来源的另一实例涉及浮动半潜式钻机和钻井船。在这些操作中，给钻头施加一致重量是通过使用波升沉补偿来进行。然而，这些补偿通常不是100%有效且恶劣的天气还会超过其能力。施加在钻头的重量明显波动，其会在进行更精确的定向控制钻井操作时造成更大困难。在一些情况中，钻头实际上可升离底部。
[0045]上述情况通常无法在地面由定向钻井员观测到。实施方案可处理相关数据。通过图形和数字表示，实施方案可只是钻头旋转和钻井马达/旋转导向工具输出扭矩和RPM特性的波动。这个数据的分组显示先前在现场钻台定向钻井过程中尚不可用。实施方案还允许从记录的井数据详细考虑这些事件并且建立突发事故。一些实施方案适用于旋转钻井组件，其中底部钻孔钻井组件(诸如旋转导向钻井组件)中不存在钻井马达。
[0046]直到现在关于定向钻井过程可用的数据对于处于一个位置的实时定向钻井员尚不可用。此外，传统技术的定向钻井员已经需要显著的设想水平且理想地已经包括专家而不是没有出现在钻台上的定向钻井人员的解释和输入。当井下钻井工具的电子仪器继续发展时，可增加井下可用的数据量，定向钻井过程可进行得更高效且有效。
[0047]实施方案提供了一起显示动态数字和图形数据的中央平台。除了显示由井下工具内包含的传感器产生的数据之外，实施方案可提供共同显示传感器数据连同最近发展和进一步发展的切割边缘定向钻井工程模型数据。此外，实施方案可解释和提供井下事件的动态指示，其必须产生数据否则无法由定向钻井员在钻台处注意到(例如，钻井马达/旋转导向工具微失速、井下振动和钻头粘滑等)。
[0048]实施方案还可处理数据并根据钻井系统的总效率为定向钻井员显示施加到井下工具的负荷水平、机械负荷，诸如特定井下工具的疲劳倾向和估计可靠性。这实际上基于动态数字数据(传感器和建模数据)、动态图形和在设备可靠性方面的估计或预期(基于经验知识、测力计测试数据和工程设计数据)为定向钻井员提供了对整个定向钻井过程的更详尽图片和理解。可基于由实施方案处理的传感器数据输入而直接从地面和井下传感器且从建模数据获得数据。所述处理可基于从测力计测试获得的数据且通过钻井行业和经典工程理论。实施方案根据井下钻井组件的定向钻井行为和井下钻井设备可靠性两方面提供了动态图形和数字估计或预期。
[0049]许多定向钻井应用的重要部件是最佳应用井下钻井马达和旋转导向工具。实施方案可根据跨过马达的操作压力差和由钻柱施加到旋转导向工具的负荷来提供操作中钻井马达和旋转导向工具的动态图形和数字表示。另外，实施方案可提供动态钻井马达/旋转导向工具输入/输出性能图表而有助于定向钻井员的感知和决策。
[0050]实施方案允许动向钻井操作的钻井马达/旋转导向工具操作压力差的实时表示。按照惯例，定向钻井员不得不引用相对于钻台上的动态井底压力值的钻台上悬立管压力值。接着钻井员可推断所得压力差并且根据马达/工具输出扭矩和马达/工具RPM(如施加到钻头)设想这个结果。实施方案通过动态性能图表和数字表示来示出这些压力差以及所得扭矩和RPM。在一些实施方案中，实时表示(如描述)可相对于井场在本地以及远程地显不O
[0051 ] 一些实施方案可允许模拟定向井下钻井操作。一些实施方案通过允许模拟器操作人员看到并控制其施加的实时马达/工具操作参数而有助于理解井下钻井马达/旋转导向工具的功能。模拟器操作人员可从各种类型的钻井条件进行选择，可控制钻压(WOB)、流速、钻柱旋转速度。此外，操作人员可同时看到跨过马达/工具的所得压力差。
[0052]模拟器操作人员可在马达/工具的性能图表上看到所得马达或旋转导向工具输出扭矩和每分钟转数(RPM)图。在一些实施方案中，模拟器操作人员还可看到转子在定子中旋转/旋动的动画截面图表，并且看到定子因施加钻柱旋转(为了便于查看，以1:1的速度比或速度按规定比例缩小)而旋转。操作人员还可看到马达/工具失速，可感应到马达/工具中产生多少负荷，可看到模拟弹性体加热和组块，且可给予这对整个马达/工具可靠性的影响的指示。
[0053]一些实施方案允许操作人员选择最佳钻井参数和特定钻井条件的目标以及调整过程来提供输入对输出的有效均衡的工作系统。在一些实施方案中，一旦已经实现和保持控制，那么系统可规划出什么实际寿命结果应该是低于50个小时运行或超过50个、100个、150个或200个小时的运行。使用一些实施方案，促进模拟器操作人员了解高速率穿透(ROP)和在高马大或旋转导向工具负荷下的操作应被认为对潜在工具面控制/发生失速的问题以及对应的降低可靠性和寿命的问题不利。
[0054]在一些实施方案中，由系统和操作人员根据针对特定应用中的钻井进度/时间、钻井条件等估量问题指示而关于问题情况回答的问题会产生问题情况。技术手册的相关部分中存在的问题情况可通过超链接引用即，操作人员造成马达/工具失速且其链接到手册中关于“失速”的项目)。
[0055]在一些实施方案中，模拟器可包括竞争用户模式。对于“竞争用户”模式，存在得分系统选项和阶段排名表。可选择不同目标设置(即，尽可能有效/可靠地钻入预设进度，或钻入有限进度直到预期工具问题或降低的工具磨损/效率/可靠性造成操作被停止)。可获得得分，其可链接到许多参数中的一个或多个。参数可包括以下一个或多个:
[0056].在用户选择的钻井状况下选择的操作设置
[0057].维持操作参数使得确保马达/工具的可靠性等
[0058].ROP/钻井进度
[0059].发生失速的次数
[0060].对失速状况的反应
[0061]?对发生的各种问题的反应
[0062].在模拟器阶段期间整个过程的效率
[0063]模拟器可允许许多输入和输出。关于输入，模拟器可允许以下一个或多个配置:
[0064].马达或旋转导向工具的尺寸和类型(例如，工具的外径)
[0065].工具的尺寸和类型(例如，马达、旋转导向工具、可调测量稳定器等)
[0066].定子弹性体类型:高温/低温
[0067].转子/定子在表面的配合:高/低尺寸/间隙的压力/尺寸
[0068].转子喷嘴安装？是/否(允许用户参考手册的计算图表)改变尺寸？
[0069].马达玩去外壳的角度设置
[0070].马达轴套稳定计
[0071].钻柱稳定计
[0072]用于模拟器的其它输入可包括以下一个或多个:
[0073].一般地层类型，称为I到5 (软地层到硬地层)
[0074]?钻柱在地层中？:是/否
[0075].钻头类型:滚筒式圆锥形/roc/菱形
[0076].钻头直径
[0077].钻头规
[0078].钻头制造商详情/序列号
[0079].钻头侵入评级:
[0080]?钻头眼:数量/尺寸
[0081].泥浆类型:油基、水基、仿油基
[0082]用于模拟器的其它输入可包括以下一个或多个:
[0083].最大 WOB
[0084].最小/最大流速
[0085].最大钻柱旋转速度
[0086]?最小可接受的ROP
[0087].最大 ROP
[0088].最大操作压力差
[0089].马达/工具的最大反作用扭矩
[0090].井下操作温度
[0091]?地表温度
[0092]?轴向振动水平
[0093].横向振动水平
[0094].扭振级别
[0095]一些实时操作人员控制输入可包括以下一个或多个:
[0096].钻井泥浆流速(GPM)
[0097].钻柱旋转速度(RPM)
[0098].钻压(KLbs)
[0099].方位
[0100].倾斜角
[0101]在一些实施方案中，模拟器可允许不同图形和数字输出，其可包括以下一个或多个:
[0102]?随着移动应用的十字线的马达/工具RPM/扭矩/马力性能图表(性能图表指示进入过渡区和失速区)
[0103].示出转子旋转和旋动的电源单元转子/定子的动画截面图
[0104].指示进入过渡区和失速区的马达/工具压力差表
[0105].电源单元转子/定子的可能的动画纵向截面图，其示出在转子与定子之间的钻井泥浆(转子旋转且流体腔移动)，(其还可包括整个马达/工具的图，即，示出输送单元上以及通过驱动轴/轴承组件的流体流量)。
[0106].钻柱RPM、泥浆泵GPM和WOB控制器
[0107].马达/工具输出RPM和输出扭矩
[0108].实际钻头RPM(钻柱RPM+马达/工具输出RPM，使工具/马达体积无效等)
[0109].实际、最小、最大和平均ROP指示器
[0110]?总效率/可靠性指示器
[0111]?失速事件指示器
[0112].对事件指示器的当前和整体响应(进行这种全或微失速项目的程序、钻柱、钻头泥包等)
[0113]?并入的各种警报声
[0114]其它图形和数字输出可包括以下一个或多个:
[0115].因井下温度改变的转子/定子合适度
[0116].弹性体温度指示器
[0117].定子温度/损坏倾向(对破裂、撕裂、结块的警报)chunking)
[0118]?累计钻井进度
[0119]?突发和整体ROP
[0120].反作用力扭矩
[0121].档位指示器的数量(微和全)
[0122]?对失速状况的反应时间
[0123].在模拟器阶段/连接到可靠性指示器期间整个过程的效率
[0124]在一些实施方案中，其它图形和数字输出可包括以下一个或多个:
[0125]?最大 WOB
[0126].最小/最大流速
[0127]?钻头回转输出
[0128]?轴向振动水平
[0129]?横向振动水平
[0130].扭振级别
[0131]在一些实施方案中，其它图形和数字输出可包括以下一个或多个:
[0132].实时转子/定子截面动画
[0133]?模拟式立管压力表动画
[0134].互动用户控件:GPM、W0B、钻柱旋转速度
[0135].失速指示器、微失速指示器
[0136]?用户屏幕指示器:
[0137]WOB
[0138]流速(最小/最大)
[0139]钻柱RPM (最大)
[0140]马达/工具差力压
[0141]马达/工具扭矩
[0142]马达/工具输出RPM
[0143]实际钻头RPM(钻柱和马达)
[0144]微失速事件
[0145]发生全失速< br>[0146]最小可接受ROP
[0147]累计钻井进度
[0148]花费时间
[0149]实际和平均ROP
[0150]总效率/可靠性等级、评级
[0151]定子损坏倾向
[0152]?地层(基本)
[0153].一般地层可钻性类型，即I到5 (易钻到难钻)
[0154]在一些实施方案中，其它图形和数字输出可包括一些预先输出，其可包括以下一个或多个:
[0155]?因井下温度改变的转子/定子合适度
[0156].弹性体温度指示器
[0157].定子温度/损坏倾向(对破裂、撕裂、结块的警报)
[0158].累计钻井进度
[0159]?突发和整体ROP
[0160].反作用力扭矩
[0161].失速指示器(微和全)的数量
[0162]在一些实施方案中，界面可包括计数簿。计数簿可显示数据和说明的实时记录。计数簿可以是可编辑的文件，其可被访问下载用于将来参考。在一些实施方案中，显示的数据可被记录且图形地重播。因此，钻井工具发生问题可被分析且显示给顾客。
[0163]一些实施方案可针对不同模式用于实际和模拟钻井操作，其包括马达底部钻孔组件(BHA)以及上方和下方具有钻井马达和工具(例如，钻孔器和旋转导向工具)的BHA等。
[0164]现描述用于显示图形和数字输出来监控和控制钻井操作/模拟的各种图形用户界面屏幕。图3图示根据本发明的一些实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的图形用户界面(⑶I)屏幕。⑶I屏幕300包括追踪井下马达的性能的图表302。图表302图示马达流速与RPM、跨过井下马达的操作压力差和从井下马达输出的扭矩之间的关系。GUI屏幕300的图形303图示井下钻井马达的图形和数字数据。图形304图示容纳井下马达308的钻柱306的截面。井下马达308可包括正排量式螺旋叶形转子和定子的电源装置，其中，对于给定的流速和循环流体的属性，跨过电源单元的操作压力差与由电源单元产生的扭矩直接成比例。如图所示，井下马达308包括在转子上的许多凸角，其安装在定子外壳306的许多凸角开口中。当加压钻井流体流过凸角之间的开口时，一个或多个凸角接合一个或多个开口，从而能够旋转。图形304可基于传感器更新来图示钻柱306和井下马达308两者的旋转。因此，钻井操作人员可直观地追踪旋转且视需要调整。
[0165]图形305图示追踪跨过井下钻井马达的压力差的仪表。图形303还包括马达、钻头和钻柱的许多属性的数字输出。举例来说，图形303包括马达输出RPM、钻柱RPM、钻头RPM、钻压、电源单元、压力差、穿透速率、流速和马达输出扭矩的数字输出。
[0166]⑶I屏幕300的图形310图示BHA的位置(包括在钻孔中的深度和钻头离底部的距离)。⑶I屏幕300的图形312图示有关钻井控制的数据(包括制动/抽吸工作、泵送和旋转台/顶驱)。GUI屏幕300的图形314提供了钻井数据总结(包括上悬压力、井底压力、流速、钻柱RPM、钻头RPM、钻压、马达输出扭矩、当前运行的小时数、测得深度和平均ROP)。
[0167]⑶I屏幕300的图形316包括许多按钮，其允许单元被改变，由这个钻井操作产生报告，提前实施钻井操作，从钻孔移除钻柱以及停止钻井操作/模拟。
[0168]图4图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的图形用户界面(⑶I)屏幕。⑶I屏幕400具有与⑶I屏幕300相同的一些图形。此外，⑶I屏幕400包括一些额外图形。
[0169]⑶I屏幕400包括图形401。图形401图示钻头的位置(包括在钻孔中的深度和钻头离底部的距离)。GUI屏幕400包括的图形402包括对钻井操作的可靠性的总结(包括有关失速、转子/定子配合和可靠性评估的数据)。GUI屏幕400包括的图形406包括有关钻井操作/模拟的问题的警告，这些问题的原因以及这些问题的更正。
[0170]图5图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的图形用户界面(GUI)屏幕。GUI屏幕500具有与GUI屏幕300和400相同的一些图形。此外，⑶I屏幕500包括一些额外图形。
[0171]Π屏幕500包括的图形502图示不同井下BHA部件的位置。图示的BHA部件包括钻孔器、井下钻井马达和旋转导向工具。图形502图示这些不同的BHA部件离地表的距离以及离井底的距离。GUI屏幕500还包括的图形504图示钻井操作的钻井动态。钻井动态包括的数字输出包括横向振动、轴向振动、扭转振动和反作用扭矩的实际数据。钻井动态还包括的数字输出包括极端振动预测(包括横向、轴向和扭转)。钻井动态还包括对回转的BHA分析，其追踪了 BHA的速度和累计周期。
[0172]图6图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的图形用户界面(GUI)屏幕。UI屏幕600具有与GUI屏幕300、400和500相同的一些图形。此外，⑶I屏幕600包括一些额外图形。
[0173]⑶I屏幕600包括的图形602图示BHA的不同部分的重量管理。图形602包括总钻压以及钻孔器和钻头上的重量百分比。⑶I屏幕600还包括的图形604包括关于⑶I屏幕600上的其它图形的帮助。
[0174]图7图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的图形用户界面(⑶I)屏幕。⑶I屏幕700具有与⑶I屏幕300、400、500和600相同的一些图形。此外，⑶I屏幕700包括一些额外图形。
[0175]⑶I屏幕700包括的图表702图示旋转导向工具的性能。特定来说，图表702监控旋转导向工具相对于最小阈值和最大阈值的扭转效率。GUI屏幕700还包括图形704。图形704包括的图形706图示底部钻孔组件的当前工具面。工具面是底部钻孔钻井组件相对于磁北的方向的方位指示。工具面是指在给定深度的计划方位井方向。图形704还包括的图形708图示监控齿轮箱油位的仪表。这个仪表可被改变来监控其它工具参数，诸如传输、离合器滑动和电池状态。
[0176]图形704还包括马达、钻头和钻柱的许多属性的数字输出。举例来说，图形704包括马达输出RPM、钻柱RPM、钻头RPM、钻压、穿透速率、流速和马达输出扭矩的数字输出。图形704还包括井孔的深度、倾角和方位角的数字输出。
[0177]⑶I屏幕700还包括的图形707总结了钻井效率。图形707包括对被切割地层的描述(包括名称和岩石强度)。图形707还包括关于钻头最佳、当前和平均RPM、钻压和扭矩的数字输出。图形707还包括对穿透的断定、当前和平均速率的描述。
[0178]⑶I屏幕700包括的图形709包括许多按钮。一个按钮允许打开计数簿应用来将这个数据输入其中。另一按钮允许基于用于这个钻井操作的数据来产生报告。另一按钮允许显示旋转导向钻井工具用途。
[0179]图8图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的图形用户界面(GUI)屏幕。GUI屏幕800具有与GUI屏幕300、400、500、600和700相同的一些图形。此外，⑶I屏幕800包括一些额外图形。
[0180]⑶I屏幕800包括的图表802图示随时间变化的钻头RPM。图表802包括了这个变动的最佳上限和最佳下限。图形804类似于图形704。然而，图形708由图形806代替，其包括图示当前钻头RPM的仪表。这个仪表可被改变来监控马达RPM、钻柱RPM、钻压、周期弯曲应力(疲劳度)、钻井组件部件上的负荷等。
[0181]图9图示根据本发明的一些实施方案的针对定向钻井操作/模拟产生的报告。报告900包括图形和数字输出，其包括用于钻井的数据(例如深度、穿透速率、流速等)。报告900还包括马达、钻头和泥浆的属性(包括型号类型、尺寸等)。报告900包括类似于图3中所示的图表302的马达性能图表。报告900可在钻井操作/模拟期间的任何点产生。
[0182]图10-11图示根据本发明的一些实施方案的用于定向钻井操作/模拟的另一组报告。报告1000和报告1100提供关于井下钻井马达的操作的图形、数字和文本输出。实施方案可实施数字逻辑程序，且将结果和从系统存储器特定写入句子合并到书面报告中。这样做时，实施方案可减轻用户首先评估数据和实体事件且接着产生语法和技术上正确的书面报告的负担。这种基于先进的自动化文本的报告设备在实施方案内称为“伪文本”和“伪报告”且之前尚不可用于定向钻井过程。这个设备适用于实时钻井操作和后钻井应用分析。
[0183]虽然已经在不同⑶I屏幕上显示许多不同图形，但实施方案不限于图示的这些。特定来说，特定Gn屏幕中可包括更少或更多图形。描述的图形可以任何组合描述。此外，不同GUI屏幕适用于实时钻井操作和模拟两者。
[0184]一些实施方案提供了在井下部件之间的负荷监控(包括钻头与钻孔器之间的负荷分布)。在一些实施方案中，井下钻井马达使用正排量式螺旋凸角转子和定子电源单元，期中对于给定流速和循环流体属性，跨过电源单元的操作压力差与电源单元产生的扭矩直接成比例。钻压(WOB)与压力差(ΛΡ)之间的关系可相对于评估钻头的扭转负荷和旋转来使用一一通过与使用的马达构造(电源单元)的特定性能特性(性能图表)相关联。
[0185]操作人员越来越普遍地结合马达运行开孔装置，诸如钻孔器，用于显著的孔放大操作至高达+30%。这些BHA的构造通常在钻头的切割结构与开孔装置或钻孔器的切割结构之间放置30英尺到120英尺的钻井圈、稳定器和M/LWD设备。在层状地层中，每个切割结构通常在不同岩石类型中，造成施加到每个切割结构的WOB的大变动。无法监控和校正WOB施加对钻孔器重量(WOR)已经造成多个灾难性工具故障以及对操作人员和服务供应商等造成明显的非生产时间(NPT)成本。在一些实施方案中，施加到钻孔器的重量和扭矩可与施加到钻头的重量和扭矩相近以及不同。在一些实施方案中，施加到钻孔器的重量和扭矩与钻头比较可被实时显示、记录等。
[0186]在一些实施方案中，钻井操作的构造被设置成至少两种构造来建立两个不同的数据点。图12图示根据本发明的一些实施方案的钻井操作，其中钻井器不被接合且钻头在底部。图12图示在具有侧边1210的钻孔1204中的钻柱1202。钻柱1202包括钻孔器1206A-1206B，其不延伸来接合侧边1210。在钻柱1202端部的钻头1208处于钻孔1204的底部1212。在一些实施方案中，传感器可测定表面扭矩。此外，传感器可在常规操作流速测定压力差，其中钻头1208在井底处于已知WOB，其中钻孔器1206A-1206B不被接合，从而建立初级数据点。接着建立第二数据点。特定来说，可存取相同参数(表面扭矩和压力差)，而钻头1208在钻井底部处于不同WOB，且钻孔器1206A-1206B不被接合。
[0187]两个数据点可用来计算线路斜率。特定来说，图13-14图示根据本发明的一些实施方案的扭矩相对于井下钻井马达操作压力差的图表。在图表1300和1400中，压力差的差值和计算的斜率涉及先前已知的特定电源单元的功能特性(见图13-14中的线1302)。在一些实施方案中，计算斜率的任何偏差或超过扭矩/△曲线上的计算交点的线路延伸归因于开孔器/钻孔器，且因此钻头的扭转负荷和旋转移动可与其它BHA部件分开(见图14中的延伸部1402)。
[0188]在一些实施方案中，这个负荷分布可显示在一个⑶I屏幕中(如上描述)。这些图形表示可利于在开始粘滑和横向振动之前进行干预。此外，对分布的这个监控可允许近似额外井下仪器的功能或不提供额外井下传感器的仪表马达的功能，其独立于且不改变现有马达设计。
[0189]在一些实施方案中，马达操作压力差的解译可用来评估克服静惯性和摩擦损失所需的力，静惯性和摩擦损失有关于在马达之下运行的其它工具，诸如旋转导向工具和可调整测量稳定器。在许多 高角度和紧孔应用中，这在压力差施加到钻井马达且所得扭转负荷接着被施加到马达以下的工具的情况中会是问题。然而，马达以下工具的旋转不成立。因此，通过施加的马达扭矩克服摩擦和工具重量且工具突然开始旋转。这会造成其内马达以下工具在机械和电子部件方面的机械负荷问题。内马达部件还会受到负面影响。
[0190]在一些应用中，克服因马达以下工具造成的机械负荷所需的电力量可使得仅仅有限量的剩余电力用来进行钻井过程。图形和数字表示(如本文描述)可提供这个问题的实时指示。因此，定向钻井人员可视需要调整钻井操作。在一些应用中，在马达以下运行的工具有时需要在较小压力差下以极低流速操作以便使这些工具被正确地构造或实施特定功會K。
[0191]图形和数字表示的实施方案可有助于上述情况。在地表上通常无法由定向钻井器察觉到更微妙的启动和低级马达操作方面。实施方案可处理相关数据且通过这些图形和数字表示来指示钻头旋转和钻井马达输出扭矩以及RPM特性的波动。一些实施方案可适用于旋转钻井组件，其中底部钻孔钻井组件中不存在钻井马达。
[0192]在各个实施方案中，对定向钻井操作和关联功能以及模拟的监控和控制可用手持式移动通信装置进行。手持式移动通信装置在本文中定义成可无线通信且被结构化使得能够作为手持装置移动的装置。手持式移动通信装置可包括但不限于智能手机、平板计算机和膝上型计算机，其各具有图形用户界面。举图15A中图示的实例，智能手机是具有在其自身中提供先进计算能力的操作系统的移动手机。先进计算能力包括应用程序编程界面(API)，其运行智能手机上的非手机应用程序且将这些程序集成到手机操作系统。计算能力提供数据处理和视觉显示屏幕，其可与通信会话分开执行。智能手机可包括触摸屏和网络浏览器。举图15B中图示的实例，平板计算机是通常由用户通过触摸屏操作的单件式移动计算机。触摸屏和虚拟键盘的使用允许平板计算机用作为类似于膝上型计算机的移动计算机，但其具有更小的硬件部件。举图15C图示的实例，膝上型计算机被结构化在外壳中，其相对于平板计算机提供大量硬件部件，诸如嵌入到膝上型计算机中的CD/DVD和用于存储大量数据的空间。虽然膝上型计算机是移动计算机，但其一般显著比平板计算机尺寸更大且更重。这种手持式移动通信装置的部件可被结构化成类似于关于图2讨论的部件来操作而实施本文用图1-14关联的实例教示的程序和技术。手持式移动通信装置的无线能力提供的能力使得可去除输入部件，诸如键盘端口、CD和固定计算机的其它部件。例如，智能手机和平板计算机课不包括CD装置或类似部件用于从外部装置输入，但膝上型计算机课包括这些额外部件。除了上文讨论的程序和技术之外，手持式移动通信装置可包括API和存储指令用于在井场的钻井操作的数据的额外分析。手持式移动通信装置可提供井场的定向钻井操作的远程监控和控制，其是无缝的且可实时进行。
[0193]手持式移动通信装置可被结构化使得可操作来使用不同无线传输模式进行无线地通信。例如，手持式移动通信装置的网络接口可包括在诸如由通信服务提供商提供的无线广域网(WAN)上无线通信的部件。手持式移动通信装置的网络接口还可包括在无线局域网(LAN)(诸如W1-Fi网络)上或通过蓝牙无线通信的部件。手持式移动通信装置可使用W1-Fi来耦接本地路由器而通过互联网连接而连接到钻井现场。蓝牙还可用来通过互联网连接而连接到钻井现场。蓝牙连接的范围了小于W1-Fi连接。蓝牙、W1-Fi或其它短程无线设备也可用来使手持式移动通信装置与本地装置一起操作，诸如但不限于外部键盘、可与手持式移动通信装置的GUI —起操作的外部指向装置、打印机和本地外部数据存储装置。
[0194]图16图示使用手持式移动通信装置1630来监控和控制在钻井现场1615的钻井操作的例示性架构的实施方案。钻井操作可以是钻井工具1605的定向钻井操作。在钻井现场1615的钻井操作可被结构化成包括的部件类似于图1的钻井现场的部件。钻井工具1605可包括收集数据且将数据发送到地表的许多不同传感器。数据可包括关于钻井工具1605的部件的数据，其可包括关于钻井工具1605的部件的内部的数据和关于可直接接触钻井工具1605外部的钻井工具1605部分的数据。数据还可包括用来分析地层的数据，钻井工具1605在所述地层中操作。可从产生进入地层的探测信号并且响应探测信号从地层收集信号的传感器来收集这种地层数据。收集的信号可包括在定向钻井操作之前的信号。
[0195]钻井工具1605可将数据发送到位于钻井现场的现场计算机1620。现场计算机1620可处理来自钻井工具1605的一些或全部数据并且将结果发送到其它位置，包括手持式移动通信装置1630。现场计算机1620可在没有分析数据和/或处理数据的情况下将数据发送到其它位置，包括手持式移动通信装置1630。或者，可在井下钻井工具105的处理单元中分析数据且一组结果被发送到地表。所述组结果还可在现场计算机1620或其它位置(包括手持式移动通信装置1630)进一步被处理和/或分析。如果现场计算机1620仅仅用作为通信路由装置，那么其可由通信路由器代替。现场计算机1620可结构化成与计算机和通信路由器组合。现场计算机1620与手持式移动通信装置1630之间通过无线网络的通信科包括现场计算机1620与无线网络1625之间的其它通信介质。
[0196]手持式移动通信装置1630可从无线网络1625或无线网络1625组合无线地接收数据。无线网络1625组合可包括一个或多个无线WAN和/或一个或多个无线LANS的组合。手持式移动通信装置1630可将数据以各种格式显示在手持式移动通信装置1630的GUI屏幕上。手持式移动通信装置1630中的下伏API可操作来操纵数据而进一步分析与钻井现场1615的钻井工具1605关联的钻井操作并且将这种进一步分析的结果显示在其GUI上。如果数据在手持式移动通信装置1630接收之前是未被分析的数据，那么手持式移动通信装置1630中的下伏API可操作来分析数据并且将结果显示在手持式移动通信装置1630的⑶I上。
[0197]手持式移动通信装置1630中产生的命令可使用无线网络1625从手持式移动通信装置1630发送回到钻井现场1615来控制钻井工具1605的操作。可在现场计算机1620中接收命令用于进一步评估，用于以转发到钻井工具1605的格式进行处理，或用于直接转发到钻井工具1605。现场计算机1620可结构化成与计算机和通信路由器组合。
[0198]在各个实施方案中，用于在钻井现场实施定向钻井操作的过程可协同使用手持式移动通信装置来进行。这个过程可包括在手持式移动通信装置中从布置在井下钻井现场的一个或多个传感器无线地接收数据，其中一个或多个传感器中的至少一个输出有关于井下部件的性能属性的数据。井下部件可包括用来实施定向钻井操作的钻柱的部分。井下部件可来自于由井下钻井马达和旋转导向工具组成的群组。性能属性可选自由以下项组成的群组:井下部件每个单元时间的转数、跨过井下部件的操作压力差和井下部件的扭矩输出。数据可通过钻井现场的现场计算机或钻井现场的通信路由装置从一个或多个传感器被发送到手持式移动通信装置。这种方法可包括以数据表示、图形表示或图形表示和数字表示的组合将数据显示在手持式移动通信装置的GUI屏幕上。与钻井操作关联的额外数据可被无线发送到手持式移动通信装置，其中基于数据的信息被显示在手持式移动通信装置的GUI屏幕上。使用手持式移动通信装置的⑶I屏幕，可产生控制命令且被发送到钻井现场来控制定向钻井操作。除了这些功能之外，可由手持式移动通信装置产生命令且被发送到钻井现场来控制定向钻井操作，自动地不使用GUI。可在手持式移动通信装置中设置自动功能的越权控制。
[0199]图17示出用来监控和控制定向钻井操作的例示性方法的实施方案的特征。这种方法和类似方法可使用如本文教示的装置和架构来实施。在1710中，在移动装置中无线地接收数据，其中移动装置是手持式移动通信装置。(为了便于讨论，手持式移动通信装置在下文关于用来监控和控制定向钻井操作的方法的例示性特征的讨论中被称为移动装置。)数据可包括钻井现场的井下定向钻井操作的性能数据。数据了包括与定向钻井操作时使用且布置在井下的一个或多个钻井部件的性能属性有关的数据。一个或多个钻井部件可包括钻井马达和旋转导向工具。性能属性包括一个或多个钻井部件的每单位时间的转数、跨过一个或多个钻井部件的操作压力差或一个或多个钻井部件的扭矩输出中的一个或多个。移动装置可以是智能手机。移动装置可以是平板计算机。移动装置可以是膝上型计算机。
[0200]在移动装置中接收数据可响应于将选择位置的钻井操作的信息发送到适当系统(局部位于钻井现场或RTO中心)或发送到选择钻井现场的钻井工具的请求而发生。数字指令、数据结构、对象类或各种组合可与移动装置中一个或多个处理器的执行协同使用来使用移动装置启动和进行钻井操作的监控和控制。可在移动装置的GUI屏幕上选择钻井应用。选择钻井现场的请求可投射在⑶I屏幕上。可使用通过输入钻井现场的识别来识别选择钻井现场的输入或从具有一组可行钻井现场的GUI屏幕上的下拉框选择钻井现场。在选择钻井现场之后，移动装置可与选择钻井现场处的适当系统或钻井工具建立通信来发送信息请求。请求可作为轮询活动被发送，其中请求在固定时间段自动发送到先前已经选择的选定钻井现场。
[0201]在移动装置中接收数据可包括用钻井现场的通信单元在安全通信路径上接收数据。在安全通信路径上接收数据可包括使用第三方认证程序来进行移动装置或移动装置的用户的认证。第三方认证过程可使用安全服务器，其中用移动装置在无线网络上建立安全通信，而服务器可与钻井现场的通信单元在陆基网络上通信。使用陆基网络可包括使用互联网。
[0202]在1720中，数据表示显示在移动装置的GUI屏幕上。多个数据表示可响应于从移动装置的界面屏幕或用户输入装置而单独显示。这些多个数据表示可包括呈不同选择格式的选择部分，其作为不用页面呈现在移动装置的CTI屏幕上。Gn屏幕可以是触摸屏。可配置触摸屏幕而在屏幕上提供用户输入装置。一些手持式移动通信装置可包括内置打字机式键，其可被物理启动。键可被配置成英文(qwerty)键盘。显示数据表示可包括以图形表示、数字表示或数字表示和图形表示的组合显示在移动装置的图形用户界面屏幕上。显示数据表示可包括在实施定向钻井操作期间将数据表示显示在移动装置的GUI屏幕上。将数据表示显示在移动装置的GUI屏幕上可包括显示布置成钻柱的部分的井下部件的图形表示，其示出井下部件内部的动画运动。显示数据表示可包括相对于定向钻井操作的钻孔工具显示地层图像。显示图像可包括显示钻井工具在地层中的规划路径。显示地层中钻井工具的规划路径包括作为示出建立路径的动画来显示规划路径。显示数据表示可包括显示地层图像，其由地层的特性或钻井操作与地层的关系表示，诸如但不限于电阻值、孔隙度值、钻井的实际垂直方向(TVD)值以及地层和/或钻井操作的参数的其它值。
[0203]将被显示的数据可被无线发送到移动装置，其中数据存储在移动装置上。这个数据可在移动装置上修改且用来在移动装置上产生额外信息而分析有关于钻井操作的数据，包括钻井工具属性和功能、地层属性和钻井工具与地层的关系。处理数据可以各种表示显示在移动装置的GUI上。或者，每个表示可在个别基础上以数据流的方式从钻井现场的计算机、RTO中心或其它来源发送到移动装置。可使用移动装置的⑶I产生互动命令且被发送到提供数据的计算机，其中在计算机上进行分析和数据修改，且根据针对结果的表示格式将结果发送回到移动装置。
[0204]监控和控制定向钻井操作的方法还可包括基于发送到手持式移动通信装置将控制命令从手持式移动通信装置传输到与钻井现场处定向钻井操作关联的控制单元来基于控制命令控制定向钻井操作的一个或多个钻井任务。监控和控制定向钻井操作的方法还可包括在手持式移动通信装置中进行钻井现场的井下定向钻井操作的模拟。这些模拟可用来分析和指导钻孔操作的另外任务。在手持式移动通信装置中进行模拟可包括作为训练工具进行模拟，其可允许针对训练目的 使用实际数据。监控和控制定向钻井操作的方法还可包括将命令从移动装置传输到定向钻井操作的钻井工具来修改钻井工具的操作或收集额外数据。监控和控制定向钻井操作的方法还可包括实施定向钻井操作且由移动装置指导定向钻井操作。
[0205]图18示出可操作来监控和控制钻井现场的钻井操作的手持式移动通信装置1800的例示性部件。手持式移动通信装置1800可包括具有一个或多个处理器的处理器单元1840和操作性地耦接到处理器单元1840的存储器单元1844，存储器单元1844具有存储在其上的指令，当由处理器单元1840执行时，其造成手持式移动通信装置1800实时操作来监控、控制或监控并控制钻井现场的井下定向钻井操作。手持式移动通信装置1800具有无线通信单元，其可操作来接收提供数据的信号，所述数据包括钻井现场的井下定向钻井操作的性能数据，并且可操作来在无线网络上传输信号。通信单元1845中可包括无线通信单元，通信单元1845可结构化有许多不同类型的网络接口或结构化成仅用于无线通信。手持式移动通信装置1800具有的GUI屏幕1846可操作来显示接收的数据表示。手持式移动通信装置1800具有的外壳包含处理器单元1840、图形用户界面屏幕1846、存储器单元1844和具有无线通信单元的通信单元1845，外壳是能够被手持的结构。
[0206]手持式移动通信装置1800可包括图形控制器1842来操作⑶I屏幕1846。手持式移动通信装置1800可包括选择装置1848来协同GUI屏幕1846操作，其中这种选择装置1848包括但不限于作为触摸屏操作GUI屏幕1846的设备、用外部装置(包括但不限于计算机鼠标和键盘)操作GUI屏幕1846的设备。手持式移动通信装置1800包括外围装置1849，其可包括的电路可协同处理器单元1840、存储器单元1844、通信单元1845、⑶I屏幕1846、图形控制器1842或这些部件排列操作来监控、控制或监控和控制钻井现场的钻井操作。手持式移动通信装置1800包括电子装置1847，其可协同处理器单元1840使用来实施与手持式移动通信装置1800关联的任务，其中所述任务不同于监控、控制或监控和控制钻井现场的钻井操作的任务。
[0207]手持式移动通信装置1800还可包括总线1843，其中总线1843在手持式移动通信装置1800之间提供导电性。总线1843可包括单独构造的地址总线、数据总线和控制总线。总线1843还可使用共同导线来提供地址、数据或控制中的一个或多个，其用途可由处理器单元1840进行调节。总线1843可被配置使得手持式移动通信装置1800的部件可分布在被结构化成手持的外壳内。
[0208]存储器单元1844可包括指令来发送命令给钻井现场的钻井工具而控制具钻井操作的钻井工具的定向钻井操作。存储器单元1844可包括指令来模拟钻井现场处的井下定向钻井操作。手持式移动通信装置1800可以是智能手机。手持式移动通信装置1800可以是平板计算机。手持式移动通信装置1800可以是膝上型计算机。另外，手持式移动通信装置1800可被结构化成监控、控制或监控并控制钻井现场的钻井操作，其方式与本文讨论的装置、方案和架构类似或相同。
[0209]在描述中，阐述了许多特定细节(诸如逻辑执行方案、操作码、指定操作数的方式，资源划分/共享/复制的执行方案，系统部件的类型和相互关系以及逻辑划分/集成选择列)以提供对本发明的实施方案的更全面理解。然而，本领域的技术人员将了解本发明的实施方案可在没有这些特定细节的情况下实行。在其它情况中，尚未详细示出控制结构、栅级电路和完整的软件指令序列以免模糊本发明的实施方案。本领域的一般技术人员利用包括的描述将能够在没有过多试验的情况下执行适当功能。
[0210]虽然本文已经图示和描述了特定实施方案，但本领域的一般技术人员将了解计划用来实现相同目的的任何配置可代替示出的特定实施方案。各种实施方案使用本文所描述实施方案的排列和/或组合。应理解，以上描述意图是说明性且非限制性的，且本文所采用的措辞或术语是用于描述的目的。本领域的技术人员将通过学习以上描述而显而易见以上实施方案和其它实施方案的组合。
【主权项】
1.一种方法，其包括: 在移动装置中无线地接收数据，所述数据包括在钻井现场的井下定向钻井操作的性能数据，所述移动装置是手持式移动通信装置；和 将所述数据的表示显示在所述移动装置的图形用户界面屏幕上。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括基于所述数据将控制命令从所述移动装置传输到与所述钻井现场的所述定向钻井操作相关联的控制单元来基于所述控制命令控制所述定向钻井操作的一个或多个钻井任务。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括单独响应于由所述移动装置的所述界面屏幕或用户输入装置启动的信号而显示所述数据的多个表示。4.根据权利要求1所述的方法，其中显示所述数据的所述表示包括以图形表示、数字表示或数字表示和图形表示的组合显示在所述移动装置的所述图形用户界面屏幕上。5.根据权利要求1所述的方法，其中显示所述数据的所述表示包括在实施所述定向钻井操作期间将所述数据的所述表示显示在所述移动装置的所述图形用户界面屏幕上。6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述数据的所述表示显示在所述移动装置的所述图形用户界面屏幕上包括显示布置成钻柱的部分的井下部件的图形表示，其示出所述井下部件内部的动画运动。7.根据权利要求1所述的方法，其中显示所述数据的所述表示包括相对于所述定向钻井操作的钻井工具显示地层图像。8.根据权利要求7所述的方法，其中显示所述图像包括显示所述地层中的所述钻井工具的规划路径。9.根据权利要求7所述的方法，其中显示所述地层中所述钻井工具的所述规划路径包括作为示出建立所述路径的动画来显示所述规划路径。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述移动装置是智能手机。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述移动装置是平板计算机。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述移动装置是膝上型计算机。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括在所述移动装置中进行在所述钻井现场的所述井下定向钻井操作的模拟。14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述移动装置中进行所述模拟包括作为训练工具执行所述模拟。15.根据权利要求13所述的方法，其中所述方法包括将命令从所述移动装置传输到所述定向钻井操作的钻井工具来修改所述钻井工具的操作或收集额外数据。16.根据权利要求1所述的方法，其中在所述移动装置中无线地接收数据包括用所述钻井现场处的通信单元在安全通信路径上接收所述数据。17.根据权利要求16所述的方法，其中在所述安全通信路径上接收所述数据包括使用第三方认证程序来进行所述移动装置或所述移动装置的用户的认证。18.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据包括与所述定向钻井操作中使用且布置在井下的一个或多个钻井部件的性能属性有关的数据。19.根据权利要求18所述的方法，其中所述一个或多个钻井部件包括钻井马达和旋转导向工具。20.根据权利要求18所述的方法，其中所述性能属性包括所述一个或多个钻井部件的每单位时间的转数、跨过所述一个或多个钻井部件的操作压力差或所述一个或多个钻井部件的扭矩输出中的一个或多个。21.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括由所述移动装置实施所述定向钻井操作以及引导所述定向钻井操作。22.一种机器可读装置，其包括存储在其上的指令，当由处理器执行时，其造成移动装置实施包括以下操作的操作: 在所述移动装置中无线地接收数据，所述数据包括在钻井现场的井下定向钻井操作的性能数据，所述移动装置是手持式移动通信装置；和 将所述数据的表示显示在所述移动装置的图形用户界面屏幕上。23.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中所述指令包括基于所述数据将控制命令从所述移动装置传输到与所述钻井现场的所述定向钻井操作相关联的控制单元来基于所述控制命令控制所述定向钻井操作的一个或多个钻井任务的指令。24.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中所述指令包括单独响应于由所述移动装置的所述界面屏幕或用户输入装置启动的信号而显示所述数据的多个表示的指令。25.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中显示所述数据的所述表示包括以图形表示、数字表示或数字表示和图形表示的组合而显示在所述移动装置的所述图形用户界面屏幕上。26.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中显示所述数据的所述表示包括在所述定向钻井操作的实施过程中将所述数据的所述表示显示在所述移动装置的所述图形用户界面屏幕上。27.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中将所述数据的所述表示显示在所述移动装置的所述图形用户界面屏幕上包括显示布置成钻柱的部分的井下部件的图形表示，其示出所述井下部件内部的动画运动。28.根据权利要求22所述的机器可读装置，显示所述数据的所述表示包括相对于所述定向钻井操作的钻井工具显示地层图像以及显示所述地层中的所述钻井工具的规划路径。29.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中所述移动装置是智能电话、平板计算机或膝上型计算机。30.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中所述指令包括在所述移动装置中进行在所述钻井现场的所述井下定向钻井操作的模拟的指令。31.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中所述指令包括将命令从所述移动装置传输到所述定向钻井操作的钻井工具来修改所述钻井工具的操作或收集额外数据的指令。32.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中所述数据包括与所述定向钻井操作中使用且布置在井下的一个或多个钻井部件的性能属性有关的数据。33.根据权利要求32所述的机器可读装置，其中所述一个或多个钻井部件包括钻井马达和旋转导向工具。34.根据权利要求32所述的机器可读装置，其中所述性能属性包括所述一个或多个钻井部件的每单位时间的转数、跨过所述一个或多个钻井部件的操作压力差或所述一个或多个钻井部件的扭矩输出中的一个或多个。35.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中所述指令包括由所述移动装置引导所述定向钻井操作的指令。36.一种移动装置，其包括: 处理器单元，其具有一个或多个处理器； 存储器单元，其操作性地耦接到所述处理器单元，所述存储器单元具有存储在其上的指令，当由所述处理器单元执行时，其造成所述移动装置实施操作来监控、控制或监控并控制钻井现场的井下定向钻井操作； 无线通信单元，其可操作来无线接收提供数据的信号，所述数据包括所述钻井现场的所述井下定向钻井操作的性能数据，并且可操作来在无线网络上传输信号； 图形用户界面屏幕，其可操作来显示所述数据的表示；和 外壳，其容纳所述处理器单元、所述图形用户界面屏幕、所述 存储器单元和所述无线通信单元，所述外壳是能够手持的结构。37.根据权利要求36所述的移动装置，其中所述移动装置是智能手机。38.根据权利要求36所述的移动装置，其中所述移动装置是平板计算机。39.根据权利要求36所述的移动装置，其中所述移动装置是膝上型计算机。40.根据权利要求36所述的移动装置，其中指令包括模拟在所述钻井现场的所述井下定向钻井操作的指令。41.根据权利要求36所述的移动装置，其中指令包括发送命令到所述钻井现场的钻井工具来控制所述钻井工具的钻井操作的指令。
【专利摘要】各个实施方案包括关于在钻井现场的钻井操作使用手持式移动通信装置的设备和方法。所述手持式移动通信装置中可无线地接收关于在钻井现场的一个或多个井下传感器的数据。所述接收数据的表示可显示在所述手持式移动通信装置的图形用户界面屏幕上。所述表示可包括以图形表示、数字表示或图形和数字表示而将所述数据显示在所述图形用户界面屏幕上。公开了另外的设备、系统和方法。
【IPC分类】E21B7/00, E21B44/00
【公开号】CN104903542
【申请号】CN201480004459
【发明人】约翰·K·斯奈德
【申请人】哈利伯顿能源服务公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年2月28日
【公告号】CA2899975A1, WO2014158706A1
【专利说明】定向钻井操作和模拟的监控和控制
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2013年3月13日提交的美国申请序列号第13/799，147号的优先权，所述申请是2010年2月9日提交的美国申请序列号第12/442,637号的部分接续案，其根据2007年9月27日提交且在2008年4月3日以英文公开为WO 2008/039523 Al的国际申请PCT/US2007/020867号并根据35U.S.C.371处于提交的美国国家阶段，其根据35U.S.C.119(e)要求2006年9月27日提交的美国临时申请序列号第60/827，209号的权益，所述申请和公开全文以引用方式并入本文中。
技术领域
[0003]本申请一般涉及井下钻井。特定来说，本申请涉及定向钻井操作和模拟的监控和控制。
【背景技术】
[0004]定向钻井操作通常允许从井下储层大量采集碳氢化合物。
【附图说明】
[0005]可参考以下描述和图示实施方案的附图最好地理解本发明的这些实施方案。在附图中:
[0006]图1图示根据本发明的一些实施方案的用于钻井操作的系统。
[0007]图2图示根据本发明的一些实施方案的执行用于实施操作的软件的计算机。
[0008]图3图示根据本发明的一些实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的图形用户界面(GUI)屏幕。
[0009]图4图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的⑶I屏幕。
[0010]图5图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的⑶I屏幕。
[0011]图6图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的⑶I屏幕。
[0012]图7图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的⑶I屏幕。
[0013]图8图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的⑶I屏幕。
[0014]图9图示根据本发明的一些实施方案的针对定向钻井操作/模拟产生的报告。
[0015]图10-11图示根据本发明的一些实施方案的用于定向钻井操作/模拟的另一组报生口 ο
[0016]图12图示根据本发明的一些实施方案的钻井操作，其中钻井器不被接合且钻头在底部。
[0017]图13-14图示根据本发明的一些实施方案的扭矩相对于井下钻井马达或旋转导向工具的操作压力差的图表。
[0018]图15A-15C示出根据各个实施方案的手持式移动通信装置的实例，其可操作被结构化成监控和控制在钻井现场的钻井操作和关联功能及其模拟。
[0019]图16图示根据各个实施方案的使用手持式移动通信装置来监控和控制在钻井现场的钻井操作的例示性架构。
[0020]图17示出根据各个实施方案的使用手持式移动通信装置来监控和控制钻井操作的例示性方法的功能。
[0021]图18示出根据各个实施方案的可操作来监控和控制钻井操作的手持式移动通信装置的例示性部件。
【具体实施方式】
[0022]描述了用于监控和控制定向钻井操作/模拟的设备和系统。在以下描述中，阐述了许多特定细节。然而，应了解本发明的实施方案可在没有这些特定细节的情况下实行。在其它情况中，未详细示出熟知的电路、结构和技术以免困扰理解本描述。
[0023]本实施方案的描述被分成五个部分。第一部分描述了系统操作环境。第二部分描述了计算机操作环境。第三部分描述了定向钻井操作/模拟的图形和数字表示。第四部分描述了对井下部件的负荷监控。第五部分提供了一些常用注释。
[0024]实施方案允许监控和控制定向钻井操作和模拟。实施方案可包括从不同传感器(包括在地面和井下的传感器)接收和处理的数据的图形和数字输出。“旋转”钻井底部钻孔组件(BHA)、井下钻井马达、钻井涡轮或井下钻井工具(诸如，旋转导向工具)允许定向钻井。在油井的动态井下环境中的BHA、井下钻井马达、钻井涡轮或旋转导向工具的功能相对较复杂，因为在地面施加的操作参数(诸如，流速、钻压和钻柱旋转速度)与井下钻井操作的其它特性组合。这些其它特性包括地层特性(诸如岩石强度和地热温度)、并入BHA (诸如钻头)的额外工具的特性、钻井流体(诸如润滑剂)的特性等。
[0025]次优操作参数、过度操作参数的应用以及在井下马达操作期间在特定功能事件期间采取不适当行为是在定向钻井操作期间遇到的一些问题。
[0026]设计工程师、支持工程师、市场营销人员、维修和维护人员以及客户人员的各个成员可能永远不会出现在钻台上。钻台上的定向钻井员与地表数千英尺以下的功能BHA、井下钻井马达、钻井涡轮或旋转导向工具之间也可存在有效阻断。因此，这种人员不会精确了解到当马达/工具在井下发挥作用时，地面施加的操作参数和井下操作环境对钻井马达、钻井涡轮或旋转导向工具产生的效果。
[0027]使用一些实施方案，操作人员、设计工程师、支持工程师、市场营销人员、维修和维护人员以及客户都可能根据钻台施加的操作参数和其对马达/工具产生的所得负荷(其最终影响马达/工具的性能)而增加对BHA、井下钻井马达、钻井涡轮和旋转导向工具的了解。人员因各个准则而对BHA、井下钻井马达、钻井涡轮或旋转导向工具的更进一步了解将从设计阶段直至后续操作问题研宄和分析阶段受益。
[0028]实施方案将允许用户通过控制BHA、井下钻井马达、钻井涡轮或旋转导向工具操作而有效地训练模拟器，同时避免通常与井场和功率计测试操作相关联的成本和潜在安全训练问题。实施方案将促进更好地理解马达/工具输入与输出相对于井下操作环境特性且也相对于马达/工具效率、可靠性和寿命的平衡。
[0029]一些实施方案提供了用于监控定向钻井操作的图形用户界面(⑶I)。一些实施方案可用于实际钻井操作。替代地或此外，一些实施方案可用于模拟操作人员对于定向钻井的训练。来自地面和井下传感器的数据可被处理。井下操作的图形和数字表示可基于处理数据被提供。一些实施方案可图示用于定向钻井操作的BHA、井下钻井马达、钻井涡轮和旋转导向工具的性能。一些实施方案可图形化示出由井下马达、钻井涡轮或旋转导向工具的每分钟转数(RPM)和由其施加的扭矩、跨过马达、涡轮、工具的操作压力差等。钻柱内的马达、涡轮、工具的截面图可被图形化示出。这个图可示出与马达、涡轮和工具组合的钻柱的旋转。因此，钻井员可视觉上追踪钻井马达/旋转导向工具的旋转速度且视需要进行调整。以下描述和附图描述钻井马达的监控和控制。此描述还适于各种类型的旋转BHA、钻井涡轮和旋转导向工具。
[0030]图1图示根据本发明的一些实施方案的用于钻井操作的系统。图1图示定向钻井操作。钻井系统包括在地面12的钻机10，所述地面支撑钻柱14。在一些实施方案中，钻柱14是穿过工作平台16端对端连接的钻杆段的组件。在替代实施方案中，钻柱包括盘管而不是单个钻杆。钻头18耦接到钻柱14的下端，且钻头18通过钻井操作而穿过地层22和24产生钻孔20。钻柱14在其下端具有底部钻孔组件(BHA) 26，其包括钻头18、建立在井颈段32中的测井工具30、位于非磁性仪器接头34中的定向传感器、井下控制器40、遥测发射器42，且在一些实施方案中包括井下马达/旋转导向工具28。
[0031]钻井流体在地面通过管线38从矿井36抽吸到钻柱14中并且到钻头18。通过钻头18的面流出之后，钻井流体通过钻柱14与钻孔20之间的环形区域上升回到地面。在地面处，钻井流体被收集且返回到矿井36进行过滤。钻井流体用于润滑和冷却钻头18并且从钻孔20移除钻肩。
[0032]井下控制器40控制遥测发射器42的操作，并支配井下部件的操作。控制器处理从测井工具30和/或仪器接头34中的传感器接收的数据并且产生编码信号而通过遥测发射器42传输到地面。在一些实施方案中，遥测是钻柱14内泥浆脉冲的形式，且所述泥浆脉冲在地面处由泥浆脉冲接收器44检测到。可以等效地使用其它遥测系统(例如，沿钻柱的声学遥测、有线钻杆等)。除了井下传感器，系统可包括许多传感器，其在钻台地面用于监控不同操作(例如，钻柱的旋转速度，泥浆流速等)。
[0033]在一些实施方案中，来自井下和地面传感器的数据被处理用于显示(如下文进一步描述)。处理这种数据的处理器部件可位于井下和/或位于地面。举例来说，井下工具中的一个或多个处理器可处理井下数据。替代地或此外，在井场和/或远程位置的一个或多个处理器可处理所述数据。此外，处理的数据接着可以数字和图形地显示(如下文进一步描述)。
[0034]现描述可用于处理和/或显示数据的示例计算机系统。特定来说，图2图示根据本发明的一些实施方案的执行用于实施操作的软件的计算机。计算机系统200可表示系统200中的各个部件。举例来说，计算机系统200可表示井下工具的部分、井场本地计算机、井场远程计算机等。
[0035]如图2中图示，计算机系统200包括处理器202。计算机系统200还包括存储器单元230、处理器总线222和输入/输出控制器集线器(ICH) 224。处理器202、存储器单元230和ICH 224耦接到处理器总线222。处理器202可包括任何合适的处理器架构。计算机系统200可包括一个、两个、三个或三个以上处理器，其中任何一个可根据本发明的实施方案执行一组指令。
[0036]存储器单元230可以存储数据和/或指令，并且可包括任何合适的存储器，如动态随机存取存储器(DRAM)。计算机系统200还包括IDE驱动器208和/或其它合适的存储装置。根据本发明的一些实施方案，图形控制器204控制显示装置206上的信息的显示。
[0037]输入/输出控制器集线器(ICH) 224提供接口给I/O设备或用于计算机系统200的外围部件。ICH 224可包括任何合适的接口控制器来为处理器202、存储器单元230和/或与ICH 224通信的任何合适的装置或部件提供任何合适的通信链路。对于本发明的一个实施方案，ICH 224为每个接口提供合适的鉴定和缓冲。
[0038]对于本发明的一些实施方案，ICH 224提供接口给一个或多个合适的集成驱动电子器件(IDE)驱动器208(诸如硬盘驱动器(HDD)或光盘只读存储器(⑶-ROM)驱动器)，或通过一个或多个USB端口 210提供给合适的通用串行总线(USB)装置。对于一个实施方案，ICH 224还通过一个或多个火线端口 216提供接口给键盘212、鼠标214、⑶-ROM驱动器218、一个或多个合适的装置。对于本发明的一个实施方案，ICH 224还提供网络接口 220，计算机系统200可通过其与其它计算机和/或装置通信。
[0039]在一些实施方案中，计算机系统200包括机器可读介质，其存储具体实施本文描述的方法中的任何一种或全部的一组指令(例如软件)。另外，软件可完全或至少部分驻留在存储器单元230内和/或处理器202内。
[0040]定向钻井是基于定向钻井员做出的决定，其是钻台处的钻井员、井场(不是钻台上)的测井单元以及定向钻井员关于设备性能和功能的设想中的信息结果。由定向钻井员做出的决定对在地面应用到井下钻井工具的钻井操作具有直接关系。实施方案提供了钻台(本质安全的计算机上或净化钻井员的控制单元或“调谐箱”)、井场(数据测井单元或办公室)和远程(定向钻井供应商和/或石油公司的办公室或专用远程技术操作(RTO)中心)的综合定向钻井数据的实时表示。
[0041]定向钻井过程的重要部分是在施加到钻头的扭矩和RPM以及给予地层中的负荷使其局部故障并且移除地层方面钻头与地层的相互作用。另一重要部分是施加在钻头上的扭矩和RPM如何造成底部钻孔钻井组件工具中的反应性机械负荷，其影响了钻孔的轨迹。
[0042]保持钻头一致水平的扭矩和转速可实现并维持良好的地层穿透 率、良好的钻孔定向控制等。此外，这个一致水平允许底部钻孔钻井组件中各个井下钻孔工具的可靠性和寿命的最大化(波动机械和压力负荷加速部件的磨损和疲劳)。
[0043]当钻井时，钻头具有许多激发和负荷来源。这些源可造成钻头速度波动、钻头振动、钻头被迫过度进入地层中且在一些情况中钻头实际上弹出孔底。钻压的施加(通过松开钻机悬重)可以是激发和负荷的来源。可以存在许多来源，其会负面影响钻头和地层相互作用的方面。举例来说，施加在地面的一些重量有时不会传输到钻头，因为钻柱和底部钻孔组件接触套管和孔壁，造成实质性的摩擦损失。钻柱接着可突然“自由脱落”造成其余先前悬挂的重量突然转移到钻头，且造成重反作用力负荷被施加到底部钻孔钻井组件中的工具(内部和外壳)。这种来源的另一实例涉及地面的扭矩施加。有时并非全部扭矩被传输到钻头。钻柱可随后被释放，使得高扭转负荷可突然施加到底部钻孔钻井组件中的工具。
[0044]激发和负荷来源的另一实例涉及浮动半潜式钻机和钻井船。在这些操作中，给钻头施加一致重量是通过使用波升沉补偿来进行。然而，这些补偿通常不是100%有效且恶劣的天气还会超过其能力。施加在钻头的重量明显波动，其会在进行更精确的定向控制钻井操作时造成更大困难。在一些情况中，钻头实际上可升离底部。
[0045]上述情况通常无法在地面由定向钻井员观测到。实施方案可处理相关数据。通过图形和数字表示，实施方案可只是钻头旋转和钻井马达/旋转导向工具输出扭矩和RPM特性的波动。这个数据的分组显示先前在现场钻台定向钻井过程中尚不可用。实施方案还允许从记录的井数据详细考虑这些事件并且建立突发事故。一些实施方案适用于旋转钻井组件，其中底部钻孔钻井组件(诸如旋转导向钻井组件)中不存在钻井马达。
[0046]直到现在关于定向钻井过程可用的数据对于处于一个位置的实时定向钻井员尚不可用。此外，传统技术的定向钻井员已经需要显著的设想水平且理想地已经包括专家而不是没有出现在钻台上的定向钻井人员的解释和输入。当井下钻井工具的电子仪器继续发展时，可增加井下可用的数据量，定向钻井过程可进行得更高效且有效。
[0047]实施方案提供了一起显示动态数字和图形数据的中央平台。除了显示由井下工具内包含的传感器产生的数据之外，实施方案可提供共同显示传感器数据连同最近发展和进一步发展的切割边缘定向钻井工程模型数据。此外，实施方案可解释和提供井下事件的动态指示，其必须产生数据否则无法由定向钻井员在钻台处注意到(例如，钻井马达/旋转导向工具微失速、井下振动和钻头粘滑等)。
[0048]实施方案还可处理数据并根据钻井系统的总效率为定向钻井员显示施加到井下工具的负荷水平、机械负荷，诸如特定井下工具的疲劳倾向和估计可靠性。这实际上基于动态数字数据(传感器和建模数据)、动态图形和在设备可靠性方面的估计或预期(基于经验知识、测力计测试数据和工程设计数据)为定向钻井员提供了对整个定向钻井过程的更详尽图片和理解。可基于由实施方案处理的传感器数据输入而直接从地面和井下传感器且从建模数据获得数据。所述处理可基于从测力计测试获得的数据且通过钻井行业和经典工程理论。实施方案根据井下钻井组件的定向钻井行为和井下钻井设备可靠性两方面提供了动态图形和数字估计或预期。
[0049]许多定向钻井应用的重要部件是最佳应用井下钻井马达和旋转导向工具。实施方案可根据跨过马达的操作压力差和由钻柱施加到旋转导向工具的负荷来提供操作中钻井马达和旋转导向工具的动态图形和数字表示。另外，实施方案可提供动态钻井马达/旋转导向工具输入/输出性能图表而有助于定向钻井员的感知和决策。
[0050]实施方案允许动向钻井操作的钻井马达/旋转导向工具操作压力差的实时表示。按照惯例，定向钻井员不得不引用相对于钻台上的动态井底压力值的钻台上悬立管压力值。接着钻井员可推断所得压力差并且根据马达/工具输出扭矩和马达/工具RPM(如施加到钻头)设想这个结果。实施方案通过动态性能图表和数字表示来示出这些压力差以及所得扭矩和RPM。在一些实施方案中，实时表示(如描述)可相对于井场在本地以及远程地显不O
[0051 ] 一些实施方案可允许模拟定向井下钻井操作。一些实施方案通过允许模拟器操作人员看到并控制其施加的实时马达/工具操作参数而有助于理解井下钻井马达/旋转导向工具的功能。模拟器操作人员可从各种类型的钻井条件进行选择，可控制钻压(WOB)、流速、钻柱旋转速度。此外，操作人员可同时看到跨过马达/工具的所得压力差。
[0052]模拟器操作人员可在马达/工具的性能图表上看到所得马达或旋转导向工具输出扭矩和每分钟转数(RPM)图。在一些实施方案中，模拟器操作人员还可看到转子在定子中旋转/旋动的动画截面图表，并且看到定子因施加钻柱旋转(为了便于查看，以1:1的速度比或速度按规定比例缩小)而旋转。操作人员还可看到马达/工具失速，可感应到马达/工具中产生多少负荷，可看到模拟弹性体加热和组块，且可给予这对整个马达/工具可靠性的影响的指示。
[0053]一些实施方案允许操作人员选择最佳钻井参数和特定钻井条件的目标以及调整过程来提供输入对输出的有效均衡的工作系统。在一些实施方案中，一旦已经实现和保持控制，那么系统可规划出什么实际寿命结果应该是低于50个小时运行或超过50个、100个、150个或200个小时的运行。使用一些实施方案，促进模拟器操作人员了解高速率穿透(ROP)和在高马大或旋转导向工具负荷下的操作应被认为对潜在工具面控制/发生失速的问题以及对应的降低可靠性和寿命的问题不利。
[0054]在一些实施方案中，由系统和操作人员根据针对特定应用中的钻井进度/时间、钻井条件等估量问题指示而关于问题情况回答的问题会产生问题情况。技术手册的相关部分中存在的问题情况可通过超链接引用即，操作人员造成马达/工具失速且其链接到手册中关于“失速”的项目)。
[0055]在一些实施方案中，模拟器可包括竞争用户模式。对于“竞争用户”模式，存在得分系统选项和阶段排名表。可选择不同目标设置(即，尽可能有效/可靠地钻入预设进度，或钻入有限进度直到预期工具问题或降低的工具磨损/效率/可靠性造成操作被停止)。可获得得分，其可链接到许多参数中的一个或多个。参数可包括以下一个或多个:
[0056].在用户选择的钻井状况下选择的操作设置
[0057].维持操作参数使得确保马达/工具的可靠性等
[0058].ROP/钻井进度
[0059].发生失速的次数
[0060].对失速状况的反应
[0061]?对发生的各种问题的反应
[0062].在模拟器阶段期间整个过程的效率
[0063]模拟器可允许许多输入和输出。关于输入，模拟器可允许以下一个或多个配置:
[0064].马达或旋转导向工具的尺寸和类型(例如，工具的外径)
[0065].工具的尺寸和类型(例如，马达、旋转导向工具、可调测量稳定器等)
[0066].定子弹性体类型:高温/低温
[0067].转子/定子在表面的配合:高/低尺寸/间隙的压力/尺寸
[0068].转子喷嘴安装？是/否(允许用户参考手册的计算图表)改变尺寸？
[0069].马达玩去外壳的角度设置
[0070].马达轴套稳定计
[0071].钻柱稳定计
[0072]用于模拟器的其它输入可包括以下一个或多个:
[0073].一般地层类型，称为I到5 (软地层到硬地层)
[0074]?钻柱在地层中？:是/否
[0075].钻头类型:滚筒式圆锥形/roc/菱形
[0076].钻头直径
[0077].钻头规
[0078].钻头制造商详情/序列号
[0079].钻头侵入评级:
[0080]?钻头眼:数量/尺寸
[0081].泥浆类型:油基、水基、仿油基
[0082]用于模拟器的其它输入可包括以下一个或多个:
[0083].最大 WOB
[0084].最小/最大流速
[0085].最大钻柱旋转速度
[0086]?最小可接受的ROP
[0087].最大 ROP
[0088].最大操作压力差
[0089].马达/工具的最大反作用扭矩
[0090].井下操作温度
[0091]?地表温度
[0092]?轴向振动水平
[0093].横向振动水平
[0094].扭振级别
[0095]一些实时操作人员控制输入可包括以下一个或多个:
[0096].钻井泥浆流速(GPM)
[0097].钻柱旋转速度(RPM)
[0098].钻压(KLbs)
[0099].方位
[0100].倾斜角
[0101]在一些实施方案中，模拟器可允许不同图形和数字输出，其可包括以下一个或多个:
[0102]?随着移动应用的十字线的马达/工具RPM/扭矩/马力性能图表(性能图表指示进入过渡区和失速区)
[0103].示出转子旋转和旋动的电源单元转子/定子的动画截面图
[0104].指示进入过渡区和失速区的马达/工具压力差表
[0105].电源单元转子/定子的可能的动画纵向截面图，其示出在转子与定子之间的钻井泥浆(转子旋转且流体腔移动)，(其还可包括整个马达/工具的图，即，示出输送单元上以及通过驱动轴/轴承组件的流体流量)。
[0106].钻柱RPM、泥浆泵GPM和WOB控制器
[0107].马达/工具输出RPM和输出扭矩
[0108].实际钻头RPM(钻柱RPM+马达/工具输出RPM，使工具/马达体积无效等)
[0109].实际、最小、最大和平均ROP指示器
[0110]?总效率/可靠性指示器
[0111]?失速事件指示器
[0112].对事件指示器的当前和整体响应(进行这种全或微失速项目的程序、钻柱、钻头泥包等)
[0113]?并入的各种警报声
[0114]其它图形和数字输出可包括以下一个或多个:
[0115].因井下温度改变的转子/定子合适度
[0116].弹性体温度指示器
[0117].定子温度/损坏倾向(对破裂、撕裂、结块的警报)chunking)
[0118]?累计钻井进度
[0119]?突发和整体ROP
[0120].反作用力扭矩
[0121].档位指示器的数量(微和全)
[0122]?对失速状况的反应时间
[0123].在模拟器阶段/连接到可靠性指示器期间整个过程的效率
[0124]在一些实施方案中，其它图形和数字输出可包括以下一个或多个:
[0125]?最大 WOB
[0126].最小/最大流速
[0127]?钻头回转输出
[0128]?轴向振动水平
[0129]?横向振动水平
[0130].扭振级别
[0131]在一些实施方案中，其它图形和数字输出可包括以下一个或多个:
[0132].实时转子/定子截面动画
[0133]?模拟式立管压力表动画
[0134].互动用户控件:GPM、W0B、钻柱旋转速度
[0135].失速指示器、微失速指示器
[0136]?用户屏幕指示器:
[0137]WOB
[0138]流速(最小/最大)
[0139]钻柱RPM (最大)
[0140]马达/工具差力压
[0141]马达/工具扭矩
[0142]马达/工具输出RPM
[0143]实际钻头RPM(钻柱和马达)
[0144]微失速事件
[0145]发生全失速< br>[0146]最小可接受ROP
[0147]累计钻井进度
[0148]花费时间
[0149]实际和平均ROP
[0150]总效率/可靠性等级、评级
[0151]定子损坏倾向
[0152]?地层(基本)
[0153].一般地层可钻性类型，即I到5 (易钻到难钻)
[0154]在一些实施方案中，其它图形和数字输出可包括一些预先输出，其可包括以下一个或多个:
[0155]?因井下温度改变的转子/定子合适度
[0156].弹性体温度指示器
[0157].定子温度/损坏倾向(对破裂、撕裂、结块的警报)
[0158].累计钻井进度
[0159]?突发和整体ROP
[0160].反作用力扭矩
[0161].失速指示器(微和全)的数量
[0162]在一些实施方案中，界面可包括计数簿。计数簿可显示数据和说明的实时记录。计数簿可以是可编辑的文件，其可被访问下载用于将来参考。在一些实施方案中，显示的数据可被记录且图形地重播。因此，钻井工具发生问题可被分析且显示给顾客。
[0163]一些实施方案可针对不同模式用于实际和模拟钻井操作，其包括马达底部钻孔组件(BHA)以及上方和下方具有钻井马达和工具(例如，钻孔器和旋转导向工具)的BHA等。
[0164]现描述用于显示图形和数字输出来监控和控制钻井操作/模拟的各种图形用户界面屏幕。图3图示根据本发明的一些实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的图形用户界面(⑶I)屏幕。⑶I屏幕300包括追踪井下马达的性能的图表302。图表302图示马达流速与RPM、跨过井下马达的操作压力差和从井下马达输出的扭矩之间的关系。GUI屏幕300的图形303图示井下钻井马达的图形和数字数据。图形304图示容纳井下马达308的钻柱306的截面。井下马达308可包括正排量式螺旋叶形转子和定子的电源装置，其中，对于给定的流速和循环流体的属性，跨过电源单元的操作压力差与由电源单元产生的扭矩直接成比例。如图所示，井下马达308包括在转子上的许多凸角，其安装在定子外壳306的许多凸角开口中。当加压钻井流体流过凸角之间的开口时，一个或多个凸角接合一个或多个开口，从而能够旋转。图形304可基于传感器更新来图示钻柱306和井下马达308两者的旋转。因此，钻井操作人员可直观地追踪旋转且视需要调整。
[0165]图形305图示追踪跨过井下钻井马达的压力差的仪表。图形303还包括马达、钻头和钻柱的许多属性的数字输出。举例来说，图形303包括马达输出RPM、钻柱RPM、钻头RPM、钻压、电源单元、压力差、穿透速率、流速和马达输出扭矩的数字输出。
[0166]⑶I屏幕300的图形310图示BHA的位置(包括在钻孔中的深度和钻头离底部的距离)。⑶I屏幕300的图形312图示有关钻井控制的数据(包括制动/抽吸工作、泵送和旋转台/顶驱)。GUI屏幕300的图形314提供了钻井数据总结(包括上悬压力、井底压力、流速、钻柱RPM、钻头RPM、钻压、马达输出扭矩、当前运行的小时数、测得深度和平均ROP)。
[0167]⑶I屏幕300的图形316包括许多按钮，其允许单元被改变，由这个钻井操作产生报告，提前实施钻井操作，从钻孔移除钻柱以及停止钻井操作/模拟。
[0168]图4图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的图形用户界面(⑶I)屏幕。⑶I屏幕400具有与⑶I屏幕300相同的一些图形。此外，⑶I屏幕400包括一些额外图形。
[0169]⑶I屏幕400包括图形401。图形401图示钻头的位置(包括在钻孔中的深度和钻头离底部的距离)。GUI屏幕400包括的图形402包括对钻井操作的可靠性的总结(包括有关失速、转子/定子配合和可靠性评估的数据)。GUI屏幕400包括的图形406包括有关钻井操作/模拟的问题的警告，这些问题的原因以及这些问题的更正。
[0170]图5图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的图形用户界面(GUI)屏幕。GUI屏幕500具有与GUI屏幕300和400相同的一些图形。此外，⑶I屏幕500包括一些额外图形。
[0171]Π屏幕500包括的图形502图示不同井下BHA部件的位置。图示的BHA部件包括钻孔器、井下钻井马达和旋转导向工具。图形502图示这些不同的BHA部件离地表的距离以及离井底的距离。GUI屏幕500还包括的图形504图示钻井操作的钻井动态。钻井动态包括的数字输出包括横向振动、轴向振动、扭转振动和反作用扭矩的实际数据。钻井动态还包括的数字输出包括极端振动预测(包括横向、轴向和扭转)。钻井动态还包括对回转的BHA分析，其追踪了 BHA的速度和累计周期。
[0172]图6图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的图形用户界面(GUI)屏幕。UI屏幕600具有与GUI屏幕300、400和500相同的一些图形。此外，⑶I屏幕600包括一些额外图形。
[0173]⑶I屏幕600包括的图形602图示BHA的不同部分的重量管理。图形602包括总钻压以及钻孔器和钻头上的重量百分比。⑶I屏幕600还包括的图形604包括关于⑶I屏幕600上的其它图形的帮助。
[0174]图7图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的图形用户界面(⑶I)屏幕。⑶I屏幕700具有与⑶I屏幕300、400、500和600相同的一些图形。此外，⑶I屏幕700包括一些额外图形。
[0175]⑶I屏幕700包括的图表702图示旋转导向工具的性能。特定来说，图表702监控旋转导向工具相对于最小阈值和最大阈值的扭转效率。GUI屏幕700还包括图形704。图形704包括的图形706图示底部钻孔组件的当前工具面。工具面是底部钻孔钻井组件相对于磁北的方向的方位指示。工具面是指在给定深度的计划方位井方向。图形704还包括的图形708图示监控齿轮箱油位的仪表。这个仪表可被改变来监控其它工具参数，诸如传输、离合器滑动和电池状态。
[0176]图形704还包括马达、钻头和钻柱的许多属性的数字输出。举例来说，图形704包括马达输出RPM、钻柱RPM、钻头RPM、钻压、穿透速率、流速和马达输出扭矩的数字输出。图形704还包括井孔的深度、倾角和方位角的数字输出。
[0177]⑶I屏幕700还包括的图形707总结了钻井效率。图形707包括对被切割地层的描述(包括名称和岩石强度)。图形707还包括关于钻头最佳、当前和平均RPM、钻压和扭矩的数字输出。图形707还包括对穿透的断定、当前和平均速率的描述。
[0178]⑶I屏幕700包括的图形709包括许多按钮。一个按钮允许打开计数簿应用来将这个数据输入其中。另一按钮允许基于用于这个钻井操作的数据来产生报告。另一按钮允许显示旋转导向钻井工具用途。
[0179]图8图示根据本发明的一些其它实施方案的允许控制和监控定向钻井操作/模拟的图形用户界面(GUI)屏幕。GUI屏幕800具有与GUI屏幕300、400、500、600和700相同的一些图形。此外，⑶I屏幕800包括一些额外图形。
[0180]⑶I屏幕800包括的图表802图示随时间变化的钻头RPM。图表802包括了这个变动的最佳上限和最佳下限。图形804类似于图形704。然而，图形708由图形806代替，其包括图示当前钻头RPM的仪表。这个仪表可被改变来监控马达RPM、钻柱RPM、钻压、周期弯曲应力(疲劳度)、钻井组件部件上的负荷等。
[0181]图9图示根据本发明的一些实施方案的针对定向钻井操作/模拟产生的报告。报告900包括图形和数字输出，其包括用于钻井的数据(例如深度、穿透速率、流速等)。报告900还包括马达、钻头和泥浆的属性(包括型号类型、尺寸等)。报告900包括类似于图3中所示的图表302的马达性能图表。报告900可在钻井操作/模拟期间的任何点产生。
[0182]图10-11图示根据本发明的一些实施方案的用于定向钻井操作/模拟的另一组报告。报告1000和报告1100提供关于井下钻井马达的操作的图形、数字和文本输出。实施方案可实施数字逻辑程序，且将结果和从系统存储器特定写入句子合并到书面报告中。这样做时，实施方案可减轻用户首先评估数据和实体事件且接着产生语法和技术上正确的书面报告的负担。这种基于先进的自动化文本的报告设备在实施方案内称为“伪文本”和“伪报告”且之前尚不可用于定向钻井过程。这个设备适用于实时钻井操作和后钻井应用分析。
[0183]虽然已经在不同⑶I屏幕上显示许多不同图形，但实施方案不限于图示的这些。特定来说，特定Gn屏幕中可包括更少或更多图形。描述的图形可以任何组合描述。此外，不同GUI屏幕适用于实时钻井操作和模拟两者。
[0184]一些实施方案提供了在井下部件之间的负荷监控(包括钻头与钻孔器之间的负荷分布)。在一些实施方案中，井下钻井马达使用正排量式螺旋凸角转子和定子电源单元，期中对于给定流速和循环流体属性，跨过电源单元的操作压力差与电源单元产生的扭矩直接成比例。钻压(WOB)与压力差(ΛΡ)之间的关系可相对于评估钻头的扭转负荷和旋转来使用一一通过与使用的马达构造(电源单元)的特定性能特性(性能图表)相关联。
[0185]操作人员越来越普遍地结合马达运行开孔装置，诸如钻孔器，用于显著的孔放大操作至高达+30%。这些BHA的构造通常在钻头的切割结构与开孔装置或钻孔器的切割结构之间放置30英尺到120英尺的钻井圈、稳定器和M/LWD设备。在层状地层中，每个切割结构通常在不同岩石类型中，造成施加到每个切割结构的WOB的大变动。无法监控和校正WOB施加对钻孔器重量(WOR)已经造成多个灾难性工具故障以及对操作人员和服务供应商等造成明显的非生产时间(NPT)成本。在一些实施方案中，施加到钻孔器的重量和扭矩可与施加到钻头的重量和扭矩相近以及不同。在一些实施方案中，施加到钻孔器的重量和扭矩与钻头比较可被实时显示、记录等。
[0186]在一些实施方案中，钻井操作的构造被设置成至少两种构造来建立两个不同的数据点。图12图示根据本发明的一些实施方案的钻井操作，其中钻井器不被接合且钻头在底部。图12图示在具有侧边1210的钻孔1204中的钻柱1202。钻柱1202包括钻孔器1206A-1206B，其不延伸来接合侧边1210。在钻柱1202端部的钻头1208处于钻孔1204的底部1212。在一些实施方案中，传感器可测定表面扭矩。此外，传感器可在常规操作流速测定压力差，其中钻头1208在井底处于已知WOB，其中钻孔器1206A-1206B不被接合，从而建立初级数据点。接着建立第二数据点。特定来说，可存取相同参数(表面扭矩和压力差)，而钻头1208在钻井底部处于不同WOB，且钻孔器1206A-1206B不被接合。
[0187]两个数据点可用来计算线路斜率。特定来说，图13-14图示根据本发明的一些实施方案的扭矩相对于井下钻井马达操作压力差的图表。在图表1300和1400中，压力差的差值和计算的斜率涉及先前已知的特定电源单元的功能特性(见图13-14中的线1302)。在一些实施方案中，计算斜率的任何偏差或超过扭矩/△曲线上的计算交点的线路延伸归因于开孔器/钻孔器，且因此钻头的扭转负荷和旋转移动可与其它BHA部件分开(见图14中的延伸部1402)。
[0188]在一些实施方案中，这个负荷分布可显示在一个⑶I屏幕中(如上描述)。这些图形表示可利于在开始粘滑和横向振动之前进行干预。此外，对分布的这个监控可允许近似额外井下仪器的功能或不提供额外井下传感器的仪表马达的功能，其独立于且不改变现有马达设计。
[0189]在一些实施方案中，马达操作压力差的解译可用来评估克服静惯性和摩擦损失所需的力，静惯性和摩擦损失有关于在马达之下运行的其它工具，诸如旋转导向工具和可调整测量稳定器。在许多 高角度和紧孔应用中，这在压力差施加到钻井马达且所得扭转负荷接着被施加到马达以下的工具的情况中会是问题。然而，马达以下工具的旋转不成立。因此，通过施加的马达扭矩克服摩擦和工具重量且工具突然开始旋转。这会造成其内马达以下工具在机械和电子部件方面的机械负荷问题。内马达部件还会受到负面影响。
[0190]在一些应用中，克服因马达以下工具造成的机械负荷所需的电力量可使得仅仅有限量的剩余电力用来进行钻井过程。图形和数字表示(如本文描述)可提供这个问题的实时指示。因此，定向钻井人员可视需要调整钻井操作。在一些应用中，在马达以下运行的工具有时需要在较小压力差下以极低流速操作以便使这些工具被正确地构造或实施特定功會K。
[0191]图形和数字表示的实施方案可有助于上述情况。在地表上通常无法由定向钻井器察觉到更微妙的启动和低级马达操作方面。实施方案可处理相关数据且通过这些图形和数字表示来指示钻头旋转和钻井马达输出扭矩以及RPM特性的波动。一些实施方案可适用于旋转钻井组件，其中底部钻孔钻井组件中不存在钻井马达。
[0192]在各个实施方案中，对定向钻井操作和关联功能以及模拟的监控和控制可用手持式移动通信装置进行。手持式移动通信装置在本文中定义成可无线通信且被结构化使得能够作为手持装置移动的装置。手持式移动通信装置可包括但不限于智能手机、平板计算机和膝上型计算机，其各具有图形用户界面。举图15A中图示的实例，智能手机是具有在其自身中提供先进计算能力的操作系统的移动手机。先进计算能力包括应用程序编程界面(API)，其运行智能手机上的非手机应用程序且将这些程序集成到手机操作系统。计算能力提供数据处理和视觉显示屏幕，其可与通信会话分开执行。智能手机可包括触摸屏和网络浏览器。举图15B中图示的实例，平板计算机是通常由用户通过触摸屏操作的单件式移动计算机。触摸屏和虚拟键盘的使用允许平板计算机用作为类似于膝上型计算机的移动计算机，但其具有更小的硬件部件。举图15C图示的实例，膝上型计算机被结构化在外壳中，其相对于平板计算机提供大量硬件部件，诸如嵌入到膝上型计算机中的CD/DVD和用于存储大量数据的空间。虽然膝上型计算机是移动计算机，但其一般显著比平板计算机尺寸更大且更重。这种手持式移动通信装置的部件可被结构化成类似于关于图2讨论的部件来操作而实施本文用图1-14关联的实例教示的程序和技术。手持式移动通信装置的无线能力提供的能力使得可去除输入部件，诸如键盘端口、CD和固定计算机的其它部件。例如，智能手机和平板计算机课不包括CD装置或类似部件用于从外部装置输入，但膝上型计算机课包括这些额外部件。除了上文讨论的程序和技术之外，手持式移动通信装置可包括API和存储指令用于在井场的钻井操作的数据的额外分析。手持式移动通信装置可提供井场的定向钻井操作的远程监控和控制，其是无缝的且可实时进行。
[0193]手持式移动通信装置可被结构化使得可操作来使用不同无线传输模式进行无线地通信。例如，手持式移动通信装置的网络接口可包括在诸如由通信服务提供商提供的无线广域网(WAN)上无线通信的部件。手持式移动通信装置的网络接口还可包括在无线局域网(LAN)(诸如W1-Fi网络)上或通过蓝牙无线通信的部件。手持式移动通信装置可使用W1-Fi来耦接本地路由器而通过互联网连接而连接到钻井现场。蓝牙还可用来通过互联网连接而连接到钻井现场。蓝牙连接的范围了小于W1-Fi连接。蓝牙、W1-Fi或其它短程无线设备也可用来使手持式移动通信装置与本地装置一起操作，诸如但不限于外部键盘、可与手持式移动通信装置的GUI —起操作的外部指向装置、打印机和本地外部数据存储装置。
[0194]图16图示使用手持式移动通信装置1630来监控和控制在钻井现场1615的钻井操作的例示性架构的实施方案。钻井操作可以是钻井工具1605的定向钻井操作。在钻井现场1615的钻井操作可被结构化成包括的部件类似于图1的钻井现场的部件。钻井工具1605可包括收集数据且将数据发送到地表的许多不同传感器。数据可包括关于钻井工具1605的部件的数据，其可包括关于钻井工具1605的部件的内部的数据和关于可直接接触钻井工具1605外部的钻井工具1605部分的数据。数据还可包括用来分析地层的数据，钻井工具1605在所述地层中操作。可从产生进入地层的探测信号并且响应探测信号从地层收集信号的传感器来收集这种地层数据。收集的信号可包括在定向钻井操作之前的信号。
[0195]钻井工具1605可将数据发送到位于钻井现场的现场计算机1620。现场计算机1620可处理来自钻井工具1605的一些或全部数据并且将结果发送到其它位置，包括手持式移动通信装置1630。现场计算机1620可在没有分析数据和/或处理数据的情况下将数据发送到其它位置，包括手持式移动通信装置1630。或者，可在井下钻井工具105的处理单元中分析数据且一组结果被发送到地表。所述组结果还可在现场计算机1620或其它位置(包括手持式移动通信装置1630)进一步被处理和/或分析。如果现场计算机1620仅仅用作为通信路由装置，那么其可由通信路由器代替。现场计算机1620可结构化成与计算机和通信路由器组合。现场计算机1620与手持式移动通信装置1630之间通过无线网络的通信科包括现场计算机1620与无线网络1625之间的其它通信介质。
[0196]手持式移动通信装置1630可从无线网络1625或无线网络1625组合无线地接收数据。无线网络1625组合可包括一个或多个无线WAN和/或一个或多个无线LANS的组合。手持式移动通信装置1630可将数据以各种格式显示在手持式移动通信装置1630的GUI屏幕上。手持式移动通信装置1630中的下伏API可操作来操纵数据而进一步分析与钻井现场1615的钻井工具1605关联的钻井操作并且将这种进一步分析的结果显示在其GUI上。如果数据在手持式移动通信装置1630接收之前是未被分析的数据，那么手持式移动通信装置1630中的下伏API可操作来分析数据并且将结果显示在手持式移动通信装置1630的⑶I上。
[0197]手持式移动通信装置1630中产生的命令可使用无线网络1625从手持式移动通信装置1630发送回到钻井现场1615来控制钻井工具1605的操作。可在现场计算机1620中接收命令用于进一步评估，用于以转发到钻井工具1605的格式进行处理，或用于直接转发到钻井工具1605。现场计算机1620可结构化成与计算机和通信路由器组合。
[0198]在各个实施方案中，用于在钻井现场实施定向钻井操作的过程可协同使用手持式移动通信装置来进行。这个过程可包括在手持式移动通信装置中从布置在井下钻井现场的一个或多个传感器无线地接收数据，其中一个或多个传感器中的至少一个输出有关于井下部件的性能属性的数据。井下部件可包括用来实施定向钻井操作的钻柱的部分。井下部件可来自于由井下钻井马达和旋转导向工具组成的群组。性能属性可选自由以下项组成的群组:井下部件每个单元时间的转数、跨过井下部件的操作压力差和井下部件的扭矩输出。数据可通过钻井现场的现场计算机或钻井现场的通信路由装置从一个或多个传感器被发送到手持式移动通信装置。这种方法可包括以数据表示、图形表示或图形表示和数字表示的组合将数据显示在手持式移动通信装置的GUI屏幕上。与钻井操作关联的额外数据可被无线发送到手持式移动通信装置，其中基于数据的信息被显示在手持式移动通信装置的GUI屏幕上。使用手持式移动通信装置的⑶I屏幕，可产生控制命令且被发送到钻井现场来控制定向钻井操作。除了这些功能之外，可由手持式移动通信装置产生命令且被发送到钻井现场来控制定向钻井操作，自动地不使用GUI。可在手持式移动通信装置中设置自动功能的越权控制。
[0199]图17示出用来监控和控制定向钻井操作的例示性方法的实施方案的特征。这种方法和类似方法可使用如本文教示的装置和架构来实施。在1710中，在移动装置中无线地接收数据，其中移动装置是手持式移动通信装置。(为了便于讨论，手持式移动通信装置在下文关于用来监控和控制定向钻井操作的方法的例示性特征的讨论中被称为移动装置。)数据可包括钻井现场的井下定向钻井操作的性能数据。数据了包括与定向钻井操作时使用且布置在井下的一个或多个钻井部件的性能属性有关的数据。一个或多个钻井部件可包括钻井马达和旋转导向工具。性能属性包括一个或多个钻井部件的每单位时间的转数、跨过一个或多个钻井部件的操作压力差或一个或多个钻井部件的扭矩输出中的一个或多个。移动装置可以是智能手机。移动装置可以是平板计算机。移动装置可以是膝上型计算机。
[0200]在移动装置中接收数据可响应于将选择位置的钻井操作的信息发送到适当系统(局部位于钻井现场或RTO中心)或发送到选择钻井现场的钻井工具的请求而发生。数字指令、数据结构、对象类或各种组合可与移动装置中一个或多个处理器的执行协同使用来使用移动装置启动和进行钻井操作的监控和控制。可在移动装置的GUI屏幕上选择钻井应用。选择钻井现场的请求可投射在⑶I屏幕上。可使用通过输入钻井现场的识别来识别选择钻井现场的输入或从具有一组可行钻井现场的GUI屏幕上的下拉框选择钻井现场。在选择钻井现场之后，移动装置可与选择钻井现场处的适当系统或钻井工具建立通信来发送信息请求。请求可作为轮询活动被发送，其中请求在固定时间段自动发送到先前已经选择的选定钻井现场。
[0201]在移动装置中接收数据可包括用钻井现场的通信单元在安全通信路径上接收数据。在安全通信路径上接收数据可包括使用第三方认证程序来进行移动装置或移动装置的用户的认证。第三方认证过程可使用安全服务器，其中用移动装置在无线网络上建立安全通信，而服务器可与钻井现场的通信单元在陆基网络上通信。使用陆基网络可包括使用互联网。
[0202]在1720中，数据表示显示在移动装置的GUI屏幕上。多个数据表示可响应于从移动装置的界面屏幕或用户输入装置而单独显示。这些多个数据表示可包括呈不同选择格式的选择部分，其作为不用页面呈现在移动装置的CTI屏幕上。Gn屏幕可以是触摸屏。可配置触摸屏幕而在屏幕上提供用户输入装置。一些手持式移动通信装置可包括内置打字机式键，其可被物理启动。键可被配置成英文(qwerty)键盘。显示数据表示可包括以图形表示、数字表示或数字表示和图形表示的组合显示在移动装置的图形用户界面屏幕上。显示数据表示可包括在实施定向钻井操作期间将数据表示显示在移动装置的GUI屏幕上。将数据表示显示在移动装置的GUI屏幕上可包括显示布置成钻柱的部分的井下部件的图形表示，其示出井下部件内部的动画运动。显示数据表示可包括相对于定向钻井操作的钻孔工具显示地层图像。显示图像可包括显示钻井工具在地层中的规划路径。显示地层中钻井工具的规划路径包括作为示出建立路径的动画来显示规划路径。显示数据表示可包括显示地层图像，其由地层的特性或钻井操作与地层的关系表示，诸如但不限于电阻值、孔隙度值、钻井的实际垂直方向(TVD)值以及地层和/或钻井操作的参数的其它值。
[0203]将被显示的数据可被无线发送到移动装置，其中数据存储在移动装置上。这个数据可在移动装置上修改且用来在移动装置上产生额外信息而分析有关于钻井操作的数据，包括钻井工具属性和功能、地层属性和钻井工具与地层的关系。处理数据可以各种表示显示在移动装置的GUI上。或者，每个表示可在个别基础上以数据流的方式从钻井现场的计算机、RTO中心或其它来源发送到移动装置。可使用移动装置的⑶I产生互动命令且被发送到提供数据的计算机，其中在计算机上进行分析和数据修改，且根据针对结果的表示格式将结果发送回到移动装置。
[0204]监控和控制定向钻井操作的方法还可包括基于发送到手持式移动通信装置将控制命令从手持式移动通信装置传输到与钻井现场处定向钻井操作关联的控制单元来基于控制命令控制定向钻井操作的一个或多个钻井任务。监控和控制定向钻井操作的方法还可包括在手持式移动通信装置中进行钻井现场的井下定向钻井操作的模拟。这些模拟可用来分析和指导钻孔操作的另外任务。在手持式移动通信装置中进行模拟可包括作为训练工具进行模拟，其可允许针对训练目的 使用实际数据。监控和控制定向钻井操作的方法还可包括将命令从移动装置传输到定向钻井操作的钻井工具来修改钻井工具的操作或收集额外数据。监控和控制定向钻井操作的方法还可包括实施定向钻井操作且由移动装置指导定向钻井操作。
[0205]图18示出可操作来监控和控制钻井现场的钻井操作的手持式移动通信装置1800的例示性部件。手持式移动通信装置1800可包括具有一个或多个处理器的处理器单元1840和操作性地耦接到处理器单元1840的存储器单元1844，存储器单元1844具有存储在其上的指令，当由处理器单元1840执行时，其造成手持式移动通信装置1800实时操作来监控、控制或监控并控制钻井现场的井下定向钻井操作。手持式移动通信装置1800具有无线通信单元，其可操作来接收提供数据的信号，所述数据包括钻井现场的井下定向钻井操作的性能数据，并且可操作来在无线网络上传输信号。通信单元1845中可包括无线通信单元，通信单元1845可结构化有许多不同类型的网络接口或结构化成仅用于无线通信。手持式移动通信装置1800具有的GUI屏幕1846可操作来显示接收的数据表示。手持式移动通信装置1800具有的外壳包含处理器单元1840、图形用户界面屏幕1846、存储器单元1844和具有无线通信单元的通信单元1845，外壳是能够被手持的结构。
[0206]手持式移动通信装置1800可包括图形控制器1842来操作⑶I屏幕1846。手持式移动通信装置1800可包括选择装置1848来协同GUI屏幕1846操作，其中这种选择装置1848包括但不限于作为触摸屏操作GUI屏幕1846的设备、用外部装置(包括但不限于计算机鼠标和键盘)操作GUI屏幕1846的设备。手持式移动通信装置1800包括外围装置1849，其可包括的电路可协同处理器单元1840、存储器单元1844、通信单元1845、⑶I屏幕1846、图形控制器1842或这些部件排列操作来监控、控制或监控和控制钻井现场的钻井操作。手持式移动通信装置1800包括电子装置1847，其可协同处理器单元1840使用来实施与手持式移动通信装置1800关联的任务，其中所述任务不同于监控、控制或监控和控制钻井现场的钻井操作的任务。
[0207]手持式移动通信装置1800还可包括总线1843，其中总线1843在手持式移动通信装置1800之间提供导电性。总线1843可包括单独构造的地址总线、数据总线和控制总线。总线1843还可使用共同导线来提供地址、数据或控制中的一个或多个，其用途可由处理器单元1840进行调节。总线1843可被配置使得手持式移动通信装置1800的部件可分布在被结构化成手持的外壳内。
[0208]存储器单元1844可包括指令来发送命令给钻井现场的钻井工具而控制具钻井操作的钻井工具的定向钻井操作。存储器单元1844可包括指令来模拟钻井现场处的井下定向钻井操作。手持式移动通信装置1800可以是智能手机。手持式移动通信装置1800可以是平板计算机。手持式移动通信装置1800可以是膝上型计算机。另外，手持式移动通信装置1800可被结构化成监控、控制或监控并控制钻井现场的钻井操作，其方式与本文讨论的装置、方案和架构类似或相同。
[0209]在描述中，阐述了许多特定细节(诸如逻辑执行方案、操作码、指定操作数的方式，资源划分/共享/复制的执行方案，系统部件的类型和相互关系以及逻辑划分/集成选择列)以提供对本发明的实施方案的更全面理解。然而，本领域的技术人员将了解本发明的实施方案可在没有这些特定细节的情况下实行。在其它情况中，尚未详细示出控制结构、栅级电路和完整的软件指令序列以免模糊本发明的实施方案。本领域的一般技术人员利用包括的描述将能够在没有过多试验的情况下执行适当功能。
[0210]虽然本文已经图示和描述了特定实施方案，但本领域的一般技术人员将了解计划用来实现相同目的的任何配置可代替示出的特定实施方案。各种实施方案使用本文所描述实施方案的排列和/或组合。应理解，以上描述意图是说明性且非限制性的，且本文所采用的措辞或术语是用于描述的目的。本领域的技术人员将通过学习以上描述而显而易见以上实施方案和其它实施方案的组合。
【主权项】
1.一种方法，其包括: 在移动装置中无线地接收数据，所述数据包括在钻井现场的井下定向钻井操作的性能数据，所述移动装置是手持式移动通信装置；和 将所述数据的表示显示在所述移动装置的图形用户界面屏幕上。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括基于所述数据将控制命令从所述移动装置传输到与所述钻井现场的所述定向钻井操作相关联的控制单元来基于所述控制命令控制所述定向钻井操作的一个或多个钻井任务。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括单独响应于由所述移动装置的所述界面屏幕或用户输入装置启动的信号而显示所述数据的多个表示。4.根据权利要求1所述的方法，其中显示所述数据的所述表示包括以图形表示、数字表示或数字表示和图形表示的组合显示在所述移动装置的所述图形用户界面屏幕上。5.根据权利要求1所述的方法，其中显示所述数据的所述表示包括在实施所述定向钻井操作期间将所述数据的所述表示显示在所述移动装置的所述图形用户界面屏幕上。6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述数据的所述表示显示在所述移动装置的所述图形用户界面屏幕上包括显示布置成钻柱的部分的井下部件的图形表示，其示出所述井下部件内部的动画运动。7.根据权利要求1所述的方法，其中显示所述数据的所述表示包括相对于所述定向钻井操作的钻井工具显示地层图像。8.根据权利要求7所述的方法，其中显示所述图像包括显示所述地层中的所述钻井工具的规划路径。9.根据权利要求7所述的方法，其中显示所述地层中所述钻井工具的所述规划路径包括作为示出建立所述路径的动画来显示所述规划路径。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述移动装置是智能手机。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述移动装置是平板计算机。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述移动装置是膝上型计算机。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括在所述移动装置中进行在所述钻井现场的所述井下定向钻井操作的模拟。14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述移动装置中进行所述模拟包括作为训练工具执行所述模拟。15.根据权利要求13所述的方法，其中所述方法包括将命令从所述移动装置传输到所述定向钻井操作的钻井工具来修改所述钻井工具的操作或收集额外数据。16.根据权利要求1所述的方法，其中在所述移动装置中无线地接收数据包括用所述钻井现场处的通信单元在安全通信路径上接收所述数据。17.根据权利要求16所述的方法，其中在所述安全通信路径上接收所述数据包括使用第三方认证程序来进行所述移动装置或所述移动装置的用户的认证。18.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据包括与所述定向钻井操作中使用且布置在井下的一个或多个钻井部件的性能属性有关的数据。19.根据权利要求18所述的方法，其中所述一个或多个钻井部件包括钻井马达和旋转导向工具。20.根据权利要求18所述的方法，其中所述性能属性包括所述一个或多个钻井部件的每单位时间的转数、跨过所述一个或多个钻井部件的操作压力差或所述一个或多个钻井部件的扭矩输出中的一个或多个。21.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括由所述移动装置实施所述定向钻井操作以及引导所述定向钻井操作。22.一种机器可读装置，其包括存储在其上的指令，当由处理器执行时，其造成移动装置实施包括以下操作的操作: 在所述移动装置中无线地接收数据，所述数据包括在钻井现场的井下定向钻井操作的性能数据，所述移动装置是手持式移动通信装置；和 将所述数据的表示显示在所述移动装置的图形用户界面屏幕上。23.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中所述指令包括基于所述数据将控制命令从所述移动装置传输到与所述钻井现场的所述定向钻井操作相关联的控制单元来基于所述控制命令控制所述定向钻井操作的一个或多个钻井任务的指令。24.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中所述指令包括单独响应于由所述移动装置的所述界面屏幕或用户输入装置启动的信号而显示所述数据的多个表示的指令。25.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中显示所述数据的所述表示包括以图形表示、数字表示或数字表示和图形表示的组合而显示在所述移动装置的所述图形用户界面屏幕上。26.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中显示所述数据的所述表示包括在所述定向钻井操作的实施过程中将所述数据的所述表示显示在所述移动装置的所述图形用户界面屏幕上。27.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中将所述数据的所述表示显示在所述移动装置的所述图形用户界面屏幕上包括显示布置成钻柱的部分的井下部件的图形表示，其示出所述井下部件内部的动画运动。28.根据权利要求22所述的机器可读装置，显示所述数据的所述表示包括相对于所述定向钻井操作的钻井工具显示地层图像以及显示所述地层中的所述钻井工具的规划路径。29.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中所述移动装置是智能电话、平板计算机或膝上型计算机。30.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中所述指令包括在所述移动装置中进行在所述钻井现场的所述井下定向钻井操作的模拟的指令。31.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中所述指令包括将命令从所述移动装置传输到所述定向钻井操作的钻井工具来修改所述钻井工具的操作或收集额外数据的指令。32.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中所述数据包括与所述定向钻井操作中使用且布置在井下的一个或多个钻井部件的性能属性有关的数据。33.根据权利要求32所述的机器可读装置，其中所述一个或多个钻井部件包括钻井马达和旋转导向工具。34.根据权利要求32所述的机器可读装置，其中所述性能属性包括所述一个或多个钻井部件的每单位时间的转数、跨过所述一个或多个钻井部件的操作压力差或所述一个或多个钻井部件的扭矩输出中的一个或多个。35.根据权利要求22所述的机器可读装置，其中所述指令包括由所述移动装置引导所述定向钻井操作的指令。36.一种移动装置，其包括: 处理器单元，其具有一个或多个处理器； 存储器单元，其操作性地耦接到所述处理器单元，所述存储器单元具有存储在其上的指令，当由所述处理器单元执行时，其造成所述移动装置实施操作来监控、控制或监控并控制钻井现场的井下定向钻井操作； 无线通信单元，其可操作来无线接收提供数据的信号，所述数据包括所述钻井现场的所述井下定向钻井操作的性能数据，并且可操作来在无线网络上传输信号； 图形用户界面屏幕，其可操作来显示所述数据的表示；和 外壳，其容纳所述处理器单元、所述图形用户界面屏幕、所述 存储器单元和所述无线通信单元，所述外壳是能够手持的结构。37.根据权利要求36所述的移动装置，其中所述移动装置是智能手机。38.根据权利要求36所述的移动装置，其中所述移动装置是平板计算机。39.根据权利要求36所述的移动装置，其中所述移动装置是膝上型计算机。40.根据权利要求36所述的移动装置，其中指令包括模拟在所述钻井现场的所述井下定向钻井操作的指令。41.根据权利要求36所述的移动装置，其中指令包括发送命令到所述钻井现场的钻井工具来控制所述钻井工具的钻井操作的指令。
【专利摘要】各个实施方案包括关于在钻井现场的钻井操作使用手持式移动通信装置的设备和方法。所述手持式移动通信装置中可无线地接收关于在钻井现场的一个或多个井下传感器的数据。所述接收数据的表示可显示在所述手持式移动通信装置的图形用户界面屏幕上。所述表示可包括以图形表示、数字表示或图形和数字表示而将所述数据显示在所述图形用户界面屏幕上。公开了另外的设备、系统和方法。
【IPC分类】E21B7/00, E21B44/00
【公开号】CN104903542
【申请号】CN201480004459
【发明人】约翰·K·斯奈德
【申请人】哈利伯顿能源服务公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年2月28日
【公告号】CA2899975A1, WO2014158706A1
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