专利名称：使用目标函数的钻井咨询系统和方法
技术领域：
本公开一般地涉及用于改进钻井作业的系统和方法。更具体地，本公开涉及可结合烃相关钻井作业实施以改进钻井特性的系统和方法。
背景技术：
本章节旨在向读者介绍现有技术的各个方面，其可能与本发明的实施方式相关。 相信该讨论有助于向读者提供促进对本发明具体技术更好理解的信息。因此，应当理解，应据此阅读该陈述，而不必作为对现有技术的承认。油气工业在烃资源的勘探和开发中花费大量的作业成本进行钻井。因为装置和人力开支基于时间，可认为钻井成本是时间的函数。至少以两种方式可使钻井时间最小化 1)使钻进速率(ROP)(即，钻头穿透土地的速率)最大化；和2~)使非钻井的钻井时间(rig time)(例如，装卸装置以替换或修复装置、在钻井期间搭建井如安装套管和/或对井进行其他处理所花的时间)最小化。以往的努力试图致力于这些方法的每一个。例如，持续发展钻井装置以在促进更高的ROP时改进装置的寿命和装置的效率二者。而且，已经做出各种努力以模拟和/或控制钻井作业，以避免损坏装置和/或限制ROP的条件，如振动、钻头泥包等。许多降低钻井作业成本的尝试已经集中在增加R0P。例如，美国专利号 6,026,912 ；6，293，356 ；和6，382，331，每篇提出了用于增加ROP的模型和方程。在这些专利公开的方法中，操作员收集关于钻井作业的数据和确定可被改变以增加钻进速率的单个控制变量。在大多数例子中，控制变量是钻压(WOB)；模拟WOB和ROP之间的关系；并改变 WOB以增加R0P。尽管这些方法可在给定时间点产生增加的R0P，但是该具体的参数变化不可能是在所有环境下整体钻井特性的最大益处。例如，钻头故障和/或其他机械问题可能源于WOB和/或ROP的增加。在活跃钻井期间，尽管ROP增加可进一步加快钻井，但是由损坏装置和需要替换和/或修理装置的装置装卸引入的耽搁可导致明显更慢的整体钻井特性。此外，其他参数的变化，如钻柱旋转速率(RPM)的变化，比沿着单个变量的简单优化，可更有优势并产生更好的钻井特性。因为钻井特性不仅仅通过瞬时钻进速率测量，所以如在上面提到的专利中讨论的那些方法固有地受到限制。其他研究已经显示，通过考虑钻井作业的机械比能(Mechanical Specific Energy)和设计可使机械比能(MSE)最小化的钻井作业来提高钻进速率。例如， 美国专利公开号US2008-010MM和国际公开号W02007/073430——为了所有目的其每一篇通过引用以其整体并入本文——公开了在增加钻进速率的努力中使用的计算和/或监测 MSE的方法。具体地，钻井作业随着时间的MSE用于确定限制钻进速率的钻井条件，通常称作塌积限制因素(founder limiter)。一旦塌积限制因素已经被确定，可改变一种或多种钻井变量以克服塌积限制因素并增加R0P。作为一个例子，MSE模式可指示，钻头泥包限制 R0P。可在正在进行的钻井作业期间或通过装卸和改变装置，采用各种措施从钻头清除切屑并提高ROP。近来，在使用人工神经网络优化钻井作业方面已经产生了额外的兴趣，例如 US6, 732，052B2、US7, 142，986B2,和US7, 172，037B2。但是，基于神经网络的方法的局限性抑制了它们的进一步应用。例如，结果精确性对于训练数据集和网络结构的质量是敏感的。 其他问题是优化基于局部检索并且可能难于处理新的或高度可变的模式。在另一种实例中，美国专利5，842，149公开了旨在自动调整钻井参数的闭环钻井系统。但是，该系统需要查表以提供ROP和钻井参数之间的关系。因此，优化结果取决于该表的有效性和用于产生该数据的方法，所以该系统可能缺乏对于不包括在该表中的钻井条件的适宜性。另一种限制是需要井下的数据以进行优化。尽管这些过去的方法已经对钻井作业提供了一些改进，但是随着开发更难到达油藏中的烃资源并随着钻井成本的持续升高，仍然需要更加先进和更适宜的方法。进一步期望的改进可包括将优化努力从增加ROP扩展到优化通过如R0P、效率、停工时间等因素的组合测量的钻井特性。另外的改进可包括将优化努力从单个控制变量的迭代控制扩展到多个控制变量的控制。而且，改进可包括开发在正在进行的钻井作业期间能够建议作业变化的系统和方法。尽管当以该角度考虑时，可容易地理解这种研究目标，但是在实现这些目的的任何一个时存在许多挑战。例如，改进的系统和方法应当能够正确模拟钻井变量变化和ROP 和/或MSE(或钻井特性的其他可测量参数)结果之间的动态。改进的系统和方法可另外地或替代地适合根据可影响钻井特性的多个变量——只有其中一些是可控的和/或可测量的——确定作业的有效且安全的区域。另外或可选地，改进的系统和方法可适应实时对钻进条件的变化产生反应，如对岩性变化或钻井条件的其他不可控变化作出响应。当异常钻井事件发生时，改进的系统和方法可能够在它出现时检测到它并产生减轻问题的建议。因此，存在对提高钻井特性的系统或方法的需要，该钻井特性通过比仅仅钻进速率更稳健和预示性的因素测量。另外或可选地，存在对通过控制至少一种可控钻井变量改进钻井特性的系统或方法的需要。在一些实施中，在正在进行的钻井作业期间，可至少基本上实时产生和/或执行控制这种可控钻井变量的建议。本发明提供了这样的系统和方法，其提供一种或多种这些改进和/或满足一种或多种这些需要。
发明内容
本方法涉及用于钻井筒的方法和系统，所述井筒如在烃生产相关作业中使用的井筒。示例性方法包括1)接收关于表征正在进行的井筒钻井作业的钻井参数的数据，其中所述钻井参数的至少一种是可控的；幻使用统计模型确定与并入两个或更多个钻井特性测量值的目标函数显著相关的至少一种可控钻井参数；3)为至少一种可控钻井参数产生作业建议，其中所述作业建议被选择以优化目标函数；4)至少部分基于所产生的作业建议，对至少一种可控钻井参数决定作业更新；和5)在正在进行的钻井作业中执行所决定的作业更新的至少一种。本公开进一步涉及与钻井作业结合使用的基于计算机的系统。示例性的基于计算机的系统可包括1)适合执行指令的处理器；幻与处理器通信的存储介质；和幻至少一个可被处理器获取并保存在存储介质中的指令组。所述至少一个指令组适合执行本文所描述的方法。例如，指令组可适合1)接收关于表征正在进行的井筒钻井作业的钻井参数的数据，其中所述钻井参数的至少一种是可控的；幻使用统计模型确定与并入两个或更多个钻井特性测量值的目标函数显著相关的至少一种可控钻井参数；幻为至少一种可控钻井参数产生作业建议，其中所述建议被选择以优化目标函数；和4)输出所产生的作业建议用于在控制正在进行的钻井作业中考虑。本公开还涉及钻机和适合执行本文所描述方法的其他钻井装置。例如，本公开涉及钻机系统，其包括1)通信系统，其适合接收关于与正在进行的井筒钻井作业相关的至少两种钻井参数的数据；幻根据本文描述的基于计算机的系统，如适合执行本文描述方法的基于计算机的系统；和3)输出系统，其适合传送所产生的作业建议用于在控制钻井作业中考虑。钻井装置可进一步包括控制系统，其适合至少部分基于所产生的作业建议决定作业更新并在钻井作业期间执行所决定作业更新的至少一种。控制系统可适合至少基本上自动执行所决定的作业更新的至少一种。附图简述当阅读下列详细描述和当参考附图时，本技术前面的和其他优点可变得明显，其中
图1是井的示意图，其显示可在其中执行本系统和方法的环境；图2是用于更新作业参数以优化钻井作业的方法的流程图；图3是本发明范围内系统的示意图；图4示意性图解了对数据流使用移动窗口(moving window)算法的方法；图5图解了可在本发明中使用的窗口大小和统计相关性各种性质之间的示例性关系；图6示意性图解了使用移动分析窗口连同移动模式探测窗口的方法；图7是比较分析窗口数据与模式探测窗口数据的基于残差(residual)的方法的图示；图8是产生作业建议的基于PCA的方法的简化图示；图9图解了钻进速率和钻压之间的关系；图10图解了钻进速率、钻压和旋转速率之间的关系；图11是在本系统和方法中使用历史数据的方法的流程图；图12提供了在显示钻井参数与钻进速率相关性的本系统和方法中使用的代表性数据；图13图解了钻井参数与图12中数据的机械比能(MSE)的相关性历史；图14提供了与图12相似但是针对在不同地层中的钻井作业的代表性数据和相关性；图15显示了钻井参数与ROP的相关性历史；钻井参数与目标函数(OBJ)的相关性历史，和钻井参数与MSE的相关性历史；图16提供了图解不同目标函数影响的另外相关性历史；图17提供了钻井参数与具体目标函数的相关性历史；
图18提供了钻井参数与具体目标函数的另一相关性历史；图19是验证算法的流程图；和图20是验证算法的图示。发明详述在下面详细说明中，连同数个实施方式描述了本发明的具体方面和特征。但是，就下列的描述具体到本技术的特定实施方式或特定用途而言，其旨在仅仅是阐述性的并仅仅提供对示例性实施方式的简明描述。而且，在关于具体实施方式
描述具体方面或特征的情况下，这些方面和特征适当时可在本发明的其他实施方式中出现和/或用本发明的其他实施方式执行。因此，本发明不限于下面描述的具体实施方式
。而相反地，本发明包括落入所附权利要求范围内的所有选择、修改和等价物。图1图解了在钻井工地100处相对一般性的钻井作业的侧示图。提供图1主要是图解可使用本系统和方法的背景。如所图解的，钻井工地100是陆地钻井工地，钻机102布置在井104上方。钻机102包括钻柱106，所述钻柱106包括布置在其末端的钻头108。图 1中所图解的设备以几乎示意性的形式显示以显示其代表性性质。本系统和方法可连同任何目前可获得的钻井装置使用并期望可用于任何将来开发的钻井装置。类似地，本系统和方法不限于基于陆地的钻井工地，而是可关于进行钻井作业的海上、深水、北极和其他各种环境使用。尽管本系统和方法可关于任何钻井作业使用，但期望它们主要用于和烃如油气的开采相关的钻井作业。另外，应该注意，对钻井作业的提及旨在广泛地理解。操作员使用各种器械和方法——其中一些是与常规推进钻井进入原始地层不同的——能够从地层中除去岩石。例如，在各种实施中扩眼作业也从地层中除去岩石。因此，本文涉及钻井参数、 钻井特性测量值等的讨论指在从地层中切掉岩石的任何各种作业期间的参数、测量值和特性。如在钻井工业中所熟知的，许多因素影响钻井作业的效率，包括在操作员控制内的因素和超出操作员控制的因素。为了本申请的目的，术语钻井条件将用于一般指在钻井作业期间井筒中的条件。钻井条件由多种钻井参数组成，其中一些涉及井筒和/或地层的环境和其他的涉及钻井活性本身。例如，钻井参数可包括旋转速率、钻压、钻头和钻柱的特性、泥浆比重、泥浆流速、地层岩性、地层空隙压力、扭矩、压力、温度、钻进速率、机械比能、振动测量值等。从上面所列出的可理解，一些钻井参数是可控的而其他是不可控的。类似地，一些可直接测量和其他的必须根据一种或多种其他测量参数计算。随着钻井作业进展，钻头108以称作钻进速率(108)的速率前进穿过地层110，所述速率通常计算为随着时间所测量的钻井深度。因为地层条件是位置依赖性的，所以钻井条件必定随着时间而变化。而且，钻井条件可以以显著降低钻井作业效率的方式和/或产生较不优选作业条件的方式变化。因此，研究持续在寻找预测和探测钻井条件变化的改进方法。如在上面背景技术中所描述的，过去的研究集中在监测钻井效率、钻进速率的测量， 和寻求改变钻井参数以增加钻进速率。这种努力已经具体化为两个范例1)迭代改变单个可控钻井参数——典型地为钻压，同时监测钻进速率直到获得最大钻进速率；和2、监测钻井作业的机械比能以表征限制钻进速率和确定克服塌积限制因素的钻井参数变化的一个或多个钻井事件(塌积限制因素)。本系统和方法提供对这些范例的至少一种改进。如图2中所图解的，本发明包括钻井筒的方法200。图2提供了本文公开方法的概述，其将在下面扩展。在它的最简单解释中，本钻井方法包括1)在202中，接收关于正在进行的钻井作业的数据，具体地是关于表征钻井作业的钻井参数的数据；2)在204中，使用统计模型确定与钻井特性显著相关的至少一种可控钻井参数；幻在206中，产生作业建议以优化钻井特性；4)在208中，决定作业更新；和5)在210中，执行作业更新。接收关于正在进行的钻井作业的数据的步骤202包括接收关于表征正在进行的钻井作业的钻井参数的数据。所接收的钻井参数的至少一种是可控的钻井参数，如旋转速率、钻压、泥浆流速等。可以任何合适的方式使用目前可得的装置或将来开发的技术接收数据。类似地，关于钻井参数的数据可来自任何合适的来源。例如，关于一些钻井参数的数据可从地表工具适当地收集，而其他数据可从井下的测量设备更合适地收集。作为一个更具体的例子，可从地表装置或从井下装置，或从地表装置和井下装置两者，接收关于钻头旋转速率——一个示例性钻井参数——的数据。地表装置可为钻井装置提供作为输入提供的受控旋转速率或提供井下实际钻头速率的测量值。井下的钻头旋转速率还可使用一种或多种井下工具测量和/或计算。任何合适的技术可与本系统和方法合作使用以提供关于任何合适种类(assortment)的钻井参数的数据，条件是钻井参数与正在进行的钻井作业有关并可用于表征正在进行的钻井作业，并且条件是钻井参数的至少一种可由操作员直接或间接地控制。如上面所指出，方法包括在204中使用统计模型确定至少一种与目标函数或一种或多种目标函数显著相关的可控钻井参数，所述目标函数并入了两个或更多个钻井特性测量值，如R0P、MSE、振动测量值等，和它们的数学组合。在一些实施中，两个或更多个统计模型可合作、同步、迭代或以其他组合使用以确定显著相关的和可控的钻井参数。在一些实施中，可使用统计模型基本上实时使用接收的数据。下面进一步详细描述示例性统计模型。概括地，统计模型使一种或多种钻井参数与并入两个或更多个钻井特性测量值的至少一种目标函数相关，并决定目标函数和钻井参数之间的相关性程度。例如，目标函数可以是钻进速率(ROP)、机械比能(MSE)和/或它们的数学组合之间的数学关系。目标函数因此还可以是R0P、MSE、钻压、钻柱、钻头旋转速率、施加到钻柱的扭矩、施加到钻头的扭矩、振动测量值、水马力(例如，泥浆流速、粘度、压力等)等和它们的数学组合的函数。下面提供了使用统计方法以确定相关钻井参数的另外细节和例子。继续参看图2，在206中产生作业建议的步骤包括为至少一种可控钻井参数产生建议。选择产生的作业建议以优化并入两个或更多个钻井特性测量值的目标函数。在一些实施中，建议可提供定性建议，如增加、减少或维持给定的钻井参数(例如，钻压、旋转速率等)。另外或可选地，建议可提供定量建议，如增加钻井参数一具体量或百分数，或减少钻井参数至具体值或值的范围。作业建议的产生可以是统计方法的产物和/或除了统计方法输出之外还可使用输入。在一些实施中，统计方法可产生作业建议作为确定相关钻井参数的部分，例如确定相关的参数和它们应该被调整或更新以优化钻井特性测量值或目标函数的方式。此外，在一些实施中，作业建议可进行边界限制，如最大旋转速率、最小可接受泥浆流速、上驱动扭矩极限等，其代表物理装置极限或通过考虑钻井过程的其他作业方面得到的极限。例如，可存在输送钻屑到地表的最小可接受泥浆流速和/或可存在等量循环密度在其以上变得太大的最大可接受速率。继续讨论图2，在208中决定作业更新的步骤包括对至少一种可控钻井参数决定作业更新，其中所决定的作业更新至少部分基于所产生的作业建议。与作业建议的产生类似并且如将在下面更详细讨论的，为给定的钻井参数所决定的作业更新可包括定向的更新和/或定量的更新。例如，为给定的钻井参数所决定的作业更新可选自增加/减少/维持命令或可量化钻井参数应该被改变的程度，如钻压增加或减少了 X和旋转速率增加或减少了 Y。可通过一个或多个操作员(即，在钻井现场或与钻井装置通信的个体)和基于计算机的系统执行决定作业更新的步骤。例如，钻井装置越来越自动化并且一些实施可适合单独或连同其他数据或信息考虑作业建议，并对一种或多种钻井参数决定作业更新。另外或可选地，钻井装置和与本方法相关的基于计算机的系统可适合向至少部分基于作业建议决定作业更新的使用者如操作员提供作业建议。至少部分基于作业建议，使用“猪定律(hog laws)，，或其他基于经验的方法和/或通过使用基于计算机的系统，使用者可决定作业更新。最后，在210中在正在进行的钻井作业中执行所决定的作业更新的至少一种的步骤可包括至少部分基于所决定的作业更新，修改和/或维持正在进行的钻井作业的至少一个方面。在一些实施中，如当从作业建议通过基于计算机的系统决定作业更新时，可自动进行作业更新的实施而不用使用者干预或批准。另外或可选地，通过基于计算机的系统决定的作业更新可提供给使用者，用于在执行之前考虑和批准。例如，可将提出的所决定作业更新的视觉显示提供给使用者，使用者可全部或部分接受所述提出的所决定作业更新而在提供和执行之间没有实质步骤。例如，提出的更新可提供有'接受'和'改变'命令按钮或控制并提供有'接受所有'功能。在这种实施中，所决定的作业更新的执行可被理解为基本上自动的，因为使用者不需要进行计算或模拟来决定作业更新或进行数个人工步骤以实现执行。另外或可选地，使用者或其他操作员考虑作业建议和决定作业更新之后，使用者可实现所决定的作业更新的执行。尽管在上面描述的方法的范围内和所附权利要求的范围内的实施的具体实例在下面描述，但是应当认为上面提供的并连同图2的描述图解了对之前努力范例的至少一种改进。具体地，并且如上面所指出的，本方法和系统基于并入至少两种钻井特性测量值的目标函数的优化能够为至少一种可控钻井参数产生作业建议。用于确定至少一种显著相关的可控钻井参数的统计建�：褪褂糜肟煽刈昃问δ苌舷喙氐淖昃匦圆饬恐涤欣谡庵纸ㄒ榈牟�。下面提供了合适关系和统计模型的具体例子，用于加强对本系统和方法的理解。但是，应当理解其他关系和/或建模技术可用于上述方法的实施。图3示意性图解了在本发明范围内的系统。在一些实施中，系统包括与钻井作业结合使用的基于计算机的系统300。该基于计算机的系统可以是计算机系统，可以是基于网络的计算系统，和/或可以是集成入钻井工地处装置的计算机。基于计算机的系统300包括处理器302，存储介质304和至少一个指令组306。处理器302适合执行指令并可包括通常在计算系统中使用的现在已知的或将来开发的一种或多种处理器。存储介质304适合与处理器302通信，并且适合于存储数据和其他信息，其包括至少一个指令组306。存储介质 304可包括多种形式的电子存储介质，其包括以任何合适的方式通信的一种或多种存储介质。适当的处理器(一种或多种)和存储介质(一种或多种)和它们彼此关系的选择可取决于具体实施。例如，一些实施可使用多个处理器和适合使用多个处理器的指令组以便增加计算步骤的速度。另外或可选地，一些实施可基于多个存储介质期望的或具体构造的存储介质期望的足够数量或多样的数据。仍另外或可选地，基于计算机的系统的一种或多种部件可远离其他部件定位并可经过任何合适的电子通信系统连接。例如，本系统和方法的一些实施可参考来自其他井的历史数据，一些实施中所述数据可从通过网络技术连接的中央服务器获得。本领域普通技术人员能够选择并配置基本的计算部件以形成基于计算机的系统。重要地，图3的基于计算机的系统300是多于一个处理器302和存储介质304。本公开基于计算机的系统300进一步包括可被处理器获取并保存在存储介质中的至少一个指令组306。至少一个指令组306适合执行图2的方法，如上述和/或如下述。如所图解的，基于计算机的系统300在数据输入口 308接收数据并在数据输出口 310输出数据。至少一个指令组306适合输出所产生的作业建议，用于在控制钻井作业中考虑。在一些实施中， 产生的作业建议可被输出到显示器312用于被使用者考虑。在其他实施中，产生的作业建议可提供为可听信号，如不同特性的高或低谐音(chime)以发送WOB、RPM或一些其他钻井参数的所推荐增加或减少的信号。在现代钻井系统中，司钻的任务是监测屏幕指示器和可听指示器——单独或结合视觉表达，可以是传送所产生建议的有效方法。可以任何合适的形式提供可听指示器，包括谐音、铃、音调、描述的命令等。口头命令，如通过计算机产生的声音，容易使用现代技术实施并可以是确保正确消息被司钻听到的有效方式。另外或可选地，产生的作业建议可被输出到适合决定至少一种作业更新的控制系统314。控制系统314 可被集成入基于计算机的系统，或可以是分开的部件。另外或可选地，控制系统314在钻井作业期间可适合自动地、基本上自动地或根据使用者激活执行至少一种所决定的更新。继续讨论图3，本技术的一些实施可包括钻机系统或钻机系统的部件。例如，本系统可包括钻机系统320，其包括本文所描述的基于计算机的系统300。本公开的钻机系统 320可包括通信系统322和输出系统324。通信系统322可适合接收关于与正在进行的钻井作业相关的至少两个钻井参数的数据。输出系统3M可适合传达产生的作业建议和/或所决定的作业更新以在控制钻井作业中考虑。通信系统322可从油田其他部分、从钻机和/ 或井筒，和/或从另一种网络数据源如因特网接收数据。输出系统3M可适合包括显示器、 打印机、控制系统314，或输出产生的作业建议和/或所决定的作业更新的其他装置。在一些实施中，控制系统314可适合至少基本上自动执行所决定的作业更新的至少一种。如上所述，本方法和系统可在任何种类钻井作业中实施。因此，适合执行本文所描述的方法以优化钻井特性的钻机系统在本发明的范围内。例如，本公开方法的各种步骤可使用基于计算机的系统和算法进行，并且本公开方法的结果可通过一种或多种视觉显示，如监视器、打印机等或通过如上所述可听提示，可提供给使用者进行考虑。因此，包括适合执行本描述方法的基于计算机的系统或与其通信的钻井装置在本发明的范围内。如上连同图2所述，本系统和方法涉及通过决定一种或多种可控钻井参数和目标函数之间的关系(或，更精确地，两个或多个钻井特性测量值的数学组合)优化并入两个或更多个钻井特性测量值的目标函数。在一些实施中，就至少两个可控钻井参数而言，两个或多个钻井特性测量值可在适合描述或模拟特性测量值的一种或多种目标函数中具体化。如本文所描述的，在追求最优化的钻井作业时，使目标函数与至少两个可控钻井参数相关可提供另外的好处。仅基于钻进速率的目标函数显示在方程(1)中，并且本文有时参考，以图解本系统和方法与仅寻求使钻进速率最大化的常规方法之间的一个或多个不同。在本发明范围内的示例性目标函数显示在方程(2)和(3)中。如显示的，目标函数可以是两个或多个钻井特性测量值(例如，ROP和/或MSE)的函数和/或可以是可控和可测量参数的函数。OBJ (MSE, ROP) = R0P, (1)
权利要求
1.一种钻井筒的方法，所述方法包括接收关于表征正在进行的井筒钻井作业的钻井参数的数据；其中至少一种所述钻井参数是可控的；使用统计模型确定与并入两个或更多个钻井特性测量值的目标函数显著相关的至少一种可控钻井参数；为至少一种可控钻井参数产生作业建议；其中选择所述作业建议以优化所述目标函数；至少部分基于所产生的作业建议，对至少一种可控钻井参数决定作业更新；和在所述正在进行的钻井作业中执行所决定的作业更新的至少一种。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述统计模型是相关性模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标函数基于下列的一种或多种钻进速率、 机械比能和它们的数学组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述统计模型是窗口主成分分析模型，其适合在所述正在进行的钻井作业期间至少周期性地更新显著相关参数的确定。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所产生的作业建议提供至少一种可控钻井参数的作业改变的定量建议。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述井筒中进行至少一种烃生产相关的作业；其中所述至少一种烃生产相关的作业选自注水作业、处理作业和生产作业。
7.根据权利要求1所述的方法，其中基于计算机的系统用于使用所述统计模型并产生作业建议，并且其中所述产生的作业建议被提供给使用者进行考虑。
8.根据权利要求7所述的方法，其中至少一种所述决定的作业更新至少基本上自动地在所述正在进行的钻井作业中执行。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标函数基于下面的一种或多种钻进速率、 机械比能、钻压、钻柱旋转速率、钻头旋转速率、施加到钻柱的扭矩、施加到钻头的扭矩、振动测量值、水马力和它们的数学组合。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所接收的数据临时积聚在移动分析窗口中，并且其中所述统计模型使用至少所述移动分析窗口中的数据。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述分析窗口基于时间和深度的至少一种为时间和/或深度的长度积聚数据；并且其中选择所述分析窗口的长度以提供稳定的统计模型并使得能够确定岩性变化。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所接收的数据临时积聚在模式探测窗口中，然后通过所述分析窗口 ；并且进一步包括至少部分基于所述分析窗口中的数据和所述统计模型开发参数空间；至少部分基于在所述模式探测窗口中所接收的数据，在所述正在进行的钻井作业期间至少基本上实时开发一个或多个主向量，其中所述一个或多个主向量表征在所述模式探测窗口中所接收的数据；至少部分基于所述一个或多个主向量和所述参数空间计算一个或多个残差向量；和比较所述一个或多个残差向量与阈值以决定所述一个或多个主向量是否异常。
13.根据权利要求12所述的方法，其中两个或更多个异常主向量被聚类以确定在所述钻井作业期间异常事件的出现。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括与确定异常事件结合使用所述统计模型更新与所述目标函数显著相关的至少一种钻井参数的确定。
15.根据权利要求14所述的方法，其中使用所述统计模型更新所确定的钻井参数包括1)当确定异常事件后清空所述分析窗口的数据，2)随着时间用接收的数据充填所述分析窗口，3)确定与并入两个或更多个钻井特性测量值的目标函数显著相关的至少一种可控钻井参数，和4)在所述正在进行的钻井作业期间重复所述产生、决定和执行步骤；和其中当所述分析窗口用接收的数据充填时，为至少一种可控钻井参数产生作业建议至少部分基于历史数据。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所聚类的异常主向量具有签名，并且其中来自所聚类的主向量的签名与基准签名相比较，以确定在所述钻井作业期间发生的事件的类型。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括至少部分基于在所述钻井作业期间发生的事件的类型，修改所述正在进行的钻井作业的至少一个方面。
18.与钻井作业结合使用的基于计算机的系统，所述基于计算机的系统包括 适合执行指令的处理器；与所述处理器通信的存储介质；和至少一个可被所述处理器获取并保存在所述存储介质中的指令组；其中所述至少一个指令组适合接收关于表征正在进行的井筒钻井作业的钻井参数的数据；其中所述钻井参数的至少一种是可控的；使用统计模型确定与并入两个或更多个钻井特性测量值的目标函数显著相关的至少一种可控钻井参数；为所述至少一种可控钻井参数产生作业建议，其中选择所述建议以优化所述目标函数；和输出所产生的作业建议用于在控制正在进行的钻井作业中考虑。
19.根据权利要求18所述的基于计算机的系统，其中所产生的作业建议被输出至显示器用于使用者考虑。
20.根据权利要求18所述的基于计算机的系统，其中所产生的作业建议被输出至适合在所述钻井作业期间执行所述作业建议的至少一种的控制系统。
21.根据权利要求18所述的基于计算机的系统，其中所述至少一个指令组适合使用窗口主成分分析，以在所述正在进行的钻井作业期间至少周期性地更新显著相关参数的确定。
22.根据权利要求21所述的基于计算机的系统，其中所产生的作业建议提供至少一种可控钻井参数的作业改变的定量建议。
23.根据权利要求18所述的基于计算机的系统，其中被所述至少一个指令组使用的所述目标函数基于下面的一种或多种钻进速率、机械比能、钻压、钻柱旋转速率、钻头旋转速率、施加到钻柱的扭矩、施加到钻头的扭矩、振动测量值、水马力和它们的数学组合。
24.根据权利要求18所述的基于计算机的系统，其中所述至少一个指令组适合在移动分析窗口中临时积聚所接收的数据，并且其中所述统计模型至少使用所述移动分析窗口中的数据。
25.根据权利要求M所述的基于计算机的系统，其中所述至少一个指令组进一步适合至少部分基于所述分析窗口中的数据和所述统计模型开发参数空间； 在模式探测窗口中临时积聚接收的数据，然后经过所述分析窗口 ； 至少部分基于在所述模式探测窗口中所接收的数据，在所述正在进行的钻井作业期间，基本上实时开发一个或多个主向量，其中所述一个或多个主向量表征在所述模式探测窗口中所接收的数据；至少部分基于所述一个或多个主向量和所述参数空间计算一个或多个残差向量；和比较一个或多个残差向量与阈值以决定所述一个或多个主向量是否异常。
26.根据权利要求25所述的基于计算机的系统，其中所述至少一个指令组适合聚类两个或更多个异常主向量，并且至少部分基于所聚类的主向量确定在所述钻井作业期间的异常事件。
27.根据权利要求沈所述的基于计算机的系统，其中所述至少一个指令组适合更新与所述目标函数显著相关的参数的确定。
28.根据权利要求27所述的基于计算机的系统，其中更新所述显著相关参数的确定包括1)当确定异常事件后清空所述分析窗口的数据，2)随着时间用接收的数据充填所述分析窗口，幻确定与所述目标函数显著相关的至少一种可控钻井参数，和4)在所述正在进行的钻井作业期间重复所述产生和输出步骤；和其中当所述分析窗口用接收的数据充填时， 为所述至少一种可控钻井参数产生作业建议至少部分基于历史数据。
29.根据权利要求沈所述的基于计算机的系统，其中所聚类的异常主向量具有签名， 并且其中至少一个指令组适合比较来自所聚类的主向量的签名与基准签名，以确定在所述钻井作业期间发生事件的类型。
30.钻机系统，包括通信系统，其适合接收关于与正在进行的井筒钻井作业相关的至少一种钻井参数的数据；根据权利要求18- 任一项所述的基于计算机的系统；和输出系统，其适合传送所产生的作业建议用于在控制钻井作业中考虑。
31.根据权利要求30所述的钻机系统，进一步包括控制系统，其适合至少部分基于所产生的作业建议决定作业更新并且在所述钻井作业期间执行所决定的作业更新的至少一种。
32.根据权利要求31所述的钻机系统，其中所述控制系统适合至少基本上自动地执行所决定的作业更新的至少一种。
全文摘要
用于控制钻井作业的方法和系统，包括使用统计模型确定与并入两个或更多个钻井特性测量值的目标函数显著相关的至少一种可控钻井参数。该方法和系统至少部分基于统计模型为至少一种可控钻井参数进一步产生作业建议。选择作业建议以优化目标函数。
文档编号G01V1/40GK102472825SQ201080035074
公开日2012年5月23日 申请日期2010年6月28日 优先权日2009年8月7日
发明者E·A·O·彼蒂格尔, J·R·贝利, J·王, K·古玛兰, L·王, N-R·V·班格鲁, P·徐, S·F·索沃茨, V·古普塔 申请人:埃克森美孚上游研究公司
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