钻探系统及用于监测和显示用于钻探系统的钻探操作的钻探参数的方法

钻探系统及用于监测和显示用于钻探系统的钻探操作的钻探参数的方法
【专利摘要】本发明涉及钻探系统及用于监测和显示用于钻探系统的钻探操作的钻探参数的方法，具体地公开了一种用于监测用于地下钻探操作的钻探参数的钻探系统和方法。
【专利说明】钻探系统及用于监测和显示用于钻探系统的钻探操作的钻探参数的方法
[0001]相关串请的交叉引用
[0002]本申请是美国外观设计申请N0.29/460，812的继续申请，该外观设计申请于2013年7月15日提交，出于所有目的，该外观设计申请的全部内容以参引的方式被结合在本申请中。
[0003]版权记录
[0004]本专利文件的公开内容的一部分包括受到版权保护的材料。该版权所有者并不反对任何人对该专利文献或该专利公开内容进行复制，就像它在专利商标局专利文档或档案中所出版的那样，然而在别的方面无论如何均保留所有的版权权利。

【技术领域】
[0005]本发明涉及一种用于在土壤地层(earthen format1n)中形成钻孔的钻探系统，并且尤其涉及一种钻探系统和一种用于监测用于地下钻探操作的钻探参数的方法。

【背景技术】
[0006]诸如燃气、油、或地热钻探之类的地下钻探通常涉及贯穿地底深处的地层进行钻孔。这种钻孔通过将钻头连接至称之为“钻杆”的长管段以形成通常称之为“钻柱”的组件来形成。钻柱从地表延伸至钻孔的底部。钻头旋转，使得钻头推进到土壤中，从而形成钻孔。在旋转钻探中，通过在地表处旋转钻柱来旋转所述钻头。泥浆马达可用于如已知的那样来旋转钻头。一般而言，当钻头钻入到地层中的钻入速度(“R0P”)尽可能高，同时钻探系统的振动尽可能低时，获得了最佳钻探。钻入速度是多个变量的函数，所述多个变量包括钻头的旋转速度和钻压(“W0B”)。钻探环境并且尤其是硬岩钻探会将相当大的振动和冲击引入到钻柱中，这对于钻探性能具有负面影响。通过钻头的旋转、用于使钻头旋转的马达、钻探泥浆的泵送及钻柱中的不稳定等导致振动。振动会导致钻柱的多个部件的过早毁损、钻头的过早磨钝，或者会导致钻探系统部件的严重故障。最佳钻探应该把钻探系统的振动和这种振动对各种操作参数或钻柱部件的冲击考虑在内。钻探环境及该钻探系统在钻探操作期间的振动会使对于钻架操作者而言难于确保钻探参数如所期望地或最佳地操作。


【发明内容】

[0007]本公开内容的实施方式是一种用于在土壤地层中形成钻孔的钻探系统。所述钻探系统可包括钻柱，所述钻柱构造成旋转以在钻探操作期间在土壤地层中形成钻孔。所述钻柱根据一个或一个或多个钻探参数操作以形成钻孔。所述钻探系统可包括多个传感器，所述多个传感器构造成在钻探操作期间获得钻探数据，所述钻探数据表征一个或多个钻探参数，所述多个传感器中的至少一个由钻柱支承。该钻柱系统可还包括计算装置，所述计算装置构造成基于从多个传感器获得的钻探数据来确定用于钻探操作的一个或多个钻探参数的第一组多个操作范围。所述第一组多个操作范围可基于在操作范围期间操作钻柱的第一持续时间。所述第一组多个操作范围包括用于一个或多个钻探参数中的每一个的至少一个优选操作范围和用于一个或多个钻探参数中的每一个的至少一个次优选操作范围。计算装置可还构造成确定用于一个或多个钻探参数的第二组更新的多个操作范围。所述第二组更新的多个操作范围基于在第一持续时间之后操作钻柱的第二持续时间，所述第二组更新的多个操作范围包括用于一个或多个钻探参数中的每一个的至少一个优选操作范围和至少一个次优选操作范围。第二组更新的多个操作范围的至少一个优选操作范围可不同于用于第一组多个操作范围的至少一个优选操作范围。计算装置可包括诸如图形用户界面之类的用户界面，所述用户界面构造成在计算机显示器上显示用于一个或多个钻探参数的第一组多个操作范围的视觉表示。该用户界面构造成在第一持续时间之后，显示用于一个或多个钻探参数的第二组更新的多个操作范围的视觉表示。
[0008]本公开内容的另一实施方式是用于监测和显示用于钻柱的一个或多个钻探参数的计算机执行方法、系统和非暂时性的有形计算机可读取介质，所述钻柱操作以在土壤地层中形成钻孔。该方法包括经由计算机处理器确定用于钻探操作所用的一个或多个钻探参数的第一组多个操作范围。所述第一组多个操作范围可基于在钻探操作期间操作钻柱的第一持续时间。所述第一组多个操作范围包括用于一个或多个钻探参数中的每一个的至少一个优选操作范围和用于一个或多个钻探参数中的每一个的至少一个次优选操作范围。响应于通过计算机处理器确定第一组多个操作范围的步骤，该方法可包括经由图形用户界面在计算机显示器上显示用于一个或多个钻探参数的第一组多个操作范围的视觉表示。该方法包括经由计算机处理器确定用于一个或多个钻探参数的第二组更新的多个操作范围。所述第二组更新的多个操作范围可基于在第一持续时间之后操作钻柱的第二持续时间。第二组更新的多个操作范围包括用于一个或多个钻探参数中的每一个的至少一个优选操作范围和至少一个次优选操作范围。第二组更新的多个操作范围的至少一个优选操作范围不同于用于第一组多个操作范围的至少一个优选操作范围。响应于确定第二组更新的多个操作范围的步骤，该方法可经由图形用户界面在计算机显示器上显示用于一个或多个钻探操作参数的第二组更新的多个操作范围。

【专利附图】

【附图说明】
[0009]对于本申请的说明性实施方式的前述总结以及下列详细说明将在结合附图进行阅读时得到最佳理解。出于说明本申请的目的，在视图中示出了说明性的实施方式。然而，应该理解的是，本申请并不限于所示的精确结构和手段。在视图中:
[0010]图1根据本公开内容的实施方式的钻探系统的示意图；
[0011]图2A是在图1中所示的钻探系统中使用的计算装置的框图；
[0012]图2B是示出了图1中所示的钻探系统的一个或多个计算装置的网络的框图；
[0013]图3是工艺流程图，示出了用于监测和显示用于图1中所示的钻探系统的钻探操作的钻探参数的方法；
[0014]图4A是与图2A中所示的计算装置相关联的用户界面的显像，示出了用于图1中所示的钻探系统的钻探操作的多个输入；
[0015]图4B是与图2A中所示的计算装置相关联的用户界面的显像，示出了一个或多个钻探参数可如何与用于图1中所示的钻探系统的钻探操作的示例性钻探数据相关联；
[0016]图4C和图4D是与图2A中所示的计算装置相关联的图形用户界面的显像，示出了用于一个或多个钻探参数的多个操作范围和实际操作参数；
[0017]图5A和图5B是示出了图4C和图4D中所示的用户界面的一部分的显像，分别示出了用于钻压(WOB)的第一组多个操作范围和用于钻压的第二组更新的多个操作范围；
[0018]图6A和图6B是示出了图4C和图4D中所示的用户界面的一部分的显像，分别示出了用于钻入速度(ROP)的第一组多个操作范围和用于钻入速度的第二组更新的多个操作范围；
[0019]图7A和图7B是示出了图4C和图4D中所示的用户界面的一部分的显像，分别示出了用于钻探泥浆流动速率的第一组多个操作范围和用于钻探泥浆流动速率的第二组更新的多个操作范围；
[0020]图8A和图8B是示出了图4C和图4D中所示的用户界面的一部分的显像，分别示出了用于钻头旋转速度(RPM)的第一组多个操作范围和用于钻头旋转速度的第二组更新的多个操作范围；以及
[0021]图9A和图9B是示出了图4C和图4D中所示的用户界面的一部分的显像，分别示出了用于压差的第一组多个操作范围和用于压差的第二组更新的多个操作范围。

【具体实施方式】
[0022]参照图1，钻探系统或钻探设备I构造成在钻探操作期间在土壤地层3中钻出钻孔2。钻探系统I包括用于在土壤地层3中形成钻孔2的钻柱4以及至少一个计算装置100。该计算装置100可包括一个或多个软件应用。该计算装置100和所述一个或多个软件应用执行多种用于监测钻探操作、控制钻探操作、和显示与钻探操作相关的信息的方法，如在下文中进一步详细说明的那样。尽管将钻孔2示出为竖直钻孔，但本文中所描述的系统和方法可用于定向钻探操作。例如，钻柱4可构造成在土壤地层3中形成这样的钻孔2，所述钻孔2的一部分沿着横向于与土壤地层3的地表11垂直的轴线的方向取向。
[0023]继续参照图1，钻探系统或钻探设备I包括由地表11支承的钻塔(derrick)9。钻塔9支承钻柱4。钻柱4具有顶端4a、底端4b、设置于钻柱4的顶端4a处的顶部接头(sub) 45、和设置于钻柱4的底端4b处的井下组件6。钻柱4可还包括多个钻探管段(未示出)，所述多个钻探管段连接在一起以形成钻柱。井下组件6包括顶端6a和底端6b。钻头8联接至井下组件6的远端6b。钻探系统I具有诸如顶部驱动器或旋转平台之类的原动机(prime mover)，其构造成旋转钻柱4以控制钻头8的旋转速度(PRM)和该钻头8上的扭矩。钻柱4和钻头8的旋转由此限定出钻孔2。按照惯例，泵10构造成将诸如钻探泥浆之类的流体14向下泵送通过钻柱4中的内部通道。在于钻头8处离开之后，返回的钻探泥浆16向上经过形成在土壤地层3中的处于钻柱4与钻孔2之间的环形通道而流至地表11。泥浆马达40(例如螺旋容积式泵或“莫诺(Moineau)式”泵)可以结合到井下组件6中。泥浆马达由通过泵且围绕在上述环形通道中的钻柱4周围的钻探泥浆14的流动来驱动。泥浆马达可旋转该钻头8。
[0024]如在本文中所使用的钻探操作指的是限定出钻孔2的一个或多个钻探行程(drill run)。例如，钻探操作可包括用于限定钻孔2的竖直段的第一钻探行程、用于限定钻孔2的弯曲段的第二钻探行程、和用于限定出钻孔2的水平段的第三钻探行程。多于或少于三个钻探行程都是可能的。对于困难的钻探操作而言，出于烃类抽提的目的，可完成多达10-15个钻进行程以限定出钻孔2。应该明白的是，可将一个或多个井下组件用于每一个相应的钻探行程。如本文中所描述的系统、方法、软件应用可用于执行下列方法，所述方法监测和控制钻探操作以及监测和控制钻探操作中的特定钻探行程。
[0025]在所示实施方式中，计算装置100构造成导致对于用于钻探参数中的每一个的多个操作范围的视觉表示的显像并且构造成随着钻探操作进行来更新该显像。如将在下文中进一步详细说明的那样，计算装置100可导致用于特定钻探参数的操作设定点或目标、优选操作范围、次优选操作范围、和不优选的或极限操作范围的显示。由于计算装置100可导致对于操作参数的多个范围的视觉表示的显像，因此，用户可观察到在钻探操作期间调整一个钻探参数对于另一个钻探参数的影响。
[0026]参照图1，钻探系统I可包括多个传感器，所述多个传感器构造成在钻探操作期间测量钻探数据。钻探数据可包括预期操作参数，例如，用于钻压(WOB)的预期操作参数、钻头旋转速度RPM、和用于给定钻探计划的穿入速度钻入速度(ROP)。传感器可由钻柱井下组件支承或者设置于地表11。在所示实施方式中，钻柱顶部接头45包括用于测量钻探数据的一个或多个传感器。例如，所述一个或多个传感器可以是应变仪48，所述应变仪48测量顶部接头45上的轴向载荷(或起吊载荷)、弯曲载荷和扭转载荷。该顶部接头45传感器还包括三轴加速度计49，该三轴加速度计49感测钻柱4的顶端4a处的振动。
[0027]继续参照图1，井下组件6可还包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器构造成测量钻孔中的一个或多个钻探参数。此外，该井下组件6包括振动分析系统46,该振动分析系统46构造成基于与从钻孔中的传感器获得的钻探操作有关的信息来确定多个振动参数。在下文中将进一步详细说明振动分析模块。井下组件传感器可呈应变仪、加速度计及磁力仪的形式。例如，井下组件6可包括测量钻压(WOB)的井下应变仪7。在名称为“用于测量在钻井中操作的钻头上的重量和扭矩的设备”的美国专利文献N0.6，547，016描述了一种用于利用井下应变仪测量钻压的系统，因此，将该专利文献全部以参引的方式结合到本文中。此外，应变仪7可构造成测量钻头扭矩(“Τ0Β”)和钻头弯曲弯矩(“BOB”)以及钻压。在替代实施方式中，钻柱可包括接头(未示出标号)，该结构接头结合了用于测量钻压(WOB)、钻头扭矩(TOB)和钻头弯曲钻头弯矩(BOB)的传感器。这种接头可称之为“WTB接头”。
[0028]此外，井下组件传感器可还包括至少一个磁力仪42。该磁力仪构造成利用例如在名称为“用于确定钻柱的角度取向的方法和系统”的美国专利文献N0.7，681，663中的技术来测量钻头8的瞬时旋转速度，该美国专利文献的全部内容以参引的方式结合到本文中。井下组件传感器可还包括沿x、y和z轴(未示出)取向(通常范围为±250g)的机械振动仪44，该加速度计机械振动仪44构造成测量轴向和横向振动。尽管机械振动仪加速度计44示出为设置在井下组件6上，但是应该明白的是，可将多个机械振动仪加速度计44沿钻柱4安装于沿钻柱4的多个位置，使得可对沿该钻柱的多个位置处的轴向和横向振动信息进行测量。
[0029]如上所述，井下组件6包括振动分析系统46。该振动分析系统46构造成从加速度计44接收与钻柱4的轴向、横向和扭转振动相关的数据。基于从加速度计接收到的信息，该振动分析系统46可确定钻柱4上的加速度计的位置处的测量到的轴向振动的振幅和频率以及由于前后涡动所导致的测量到的横向振动的振幅和频率。测量到的轴向和横向振动的幅度和频率可被称之为测量到的振动信息。所述测量到的振动信息还可被传送至地表11并且由计算装置100进行处理。该振动分析系统46可还从磁力仪42接收与钻柱在磁力仪42位置处的瞬时旋转速度相关的数据。该振动分析系统46随后确定由于粘滞滑动所导致的扭转振动的振幅和频率。通过计算钻柱在给定时间段内的最大瞬时旋转速度与最小瞬时旋转速度之间的差异来确定测量到的实际扭转振动的频率和振幅。由此，测量到的振动信息可还包括测量到的扭转振动。
[0030]井下组件可还包括至少第一压力传感器51和第二压力传感器52，所述第一压力传感器51和所述第二压力传感器52测量流过钻孔2中的钻探系统部件的钻探泥浆的压力。例如，第一压力传感器51和第二压力传感器52分别测量(沿钻孔向下)流经钻柱4的钻探泥浆的压力和沿钻孔向上流经钻孔壁与钻柱4之间的环形间隙的钻探泥浆的压力。压差被认为是沿钻孔向下流动的钻探泥浆与沿钻孔向上流动的钻探泥浆之间的压力差。压力信息可被传送至计算装置100。
[0031]此外，钻探系统I可还包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器设置在地表处，例如设置在钻塔9上。例如，钻探系统可包括用于确定钻压的起吊载荷传感器30和用于感测钻柱4的钻柱旋转速度的附加传感器32。起吊载荷传感器30例如通过利用应变仪测量绞车缆线(未编号)中的张力来测量钻头的悬挂重量。该缆线行进通过三个支承件并且所述支承件将已知的横向位移施加在该缆线上。应变仪测量缆线中由于张力而导致的横向应变的大小，该横向应变的大小随后用于计算轴向载荷和钻压。
[0032]钻探系统I可还包括钻探数据获取系统12，该钻探数据获取系统12与计算装置100电子通信。该钻探数据获取系统12构造成接收、处理和存储已经如上所述从多种井下和地表传感器获得的数据。因此，多种用于传送的系统和方法均可用于在钻柱部件与钻探数据获取系统12之间传送数据。例如，在有线管道实施方案中，来自井下组件传感器的数据被传送至顶部接头45。来自顶部接头45传感器的数据以及来自有线管道系统中的井下组件传感器的数据可利用无线遥测装置被传送至钻探数据获取系统12和/或计算装置100。一个这种用于无线遥测装置的方法公开在于2009年2月20日提交的名称为“来自旋转元件的同步遥测术”的美国专利申请N0.12/389, 950中，该美国专利申请的全部内容以参引的方式被结合到本文中。此外，钻探系统I可包括泥浆脉冲遥测系统。例如，泥浆脉冲装置5可被结合到井下组件6中。该泥浆脉冲遥测系统将诸如来自振动分析系统46的振动信息之类的来自井下装置的数据编码，利用脉冲装置5将编码脉冲传送至地表11。此夕卜，钻探数据可利用诸如声学传送或电磁传送之类的其它方式传送至地表。
[0033]参照图2A，任何适用的计算装置100可构造成群集(host) 了用于监测、控制和预测如在本文中所述的钻探操作信息的软件应用。将会明白的是，计算装置100可包括任何适当的装置，所述任何适当的装置的示例包括台式计算装置、服务器计算装置、便携式计算装置，例如笔记本计算机、平板电脑、或者智能手机。在图2A中所示的示例性实施方式中，计算装置100包括处理部分102、存储部分104、输入/输出部分106、和用户界面(UI)部分108。所强调的是，该计算装置100的方框图描绘是示例性的且并非意在暗示特定实施方案和/或构造。处理部分102、存储部分104、输入/输出部分106和用户界面部分108可被联接在一起以允许在其间进行通信。如应该了解到的那样，上述部件中的任一部件可横越一个或多个分离的装置和/或位置进行分布。例如，处理部分102、存储部分104、输入/输出部分106和用户界面部分108中的任一个均可与钻探数据获取系统12电子通信，钻探数据获取系统12如上所述可以是与如本文中所述的计算装置100相似的计算装置。此外，处理部分102、存储部分104、输入/输出部分106和用户界面部分108中的任一个均能够从设置在钻柱4上的振动分析系统46和/或传感器接收钻探数据。
[0034]在多个实施方式中，输入/输出部分106包括计算装置100的接收器、计算装置100的传送器、或用于有线连接的电子连接器、或其组合。该输入/输出部分106能够接收和/或提供与同诸如国际互联网之类的网络进行通信相关的信息。如应该了解到的那样，传送和接收功能可还由位于计算装置100的外部的一个或多个装置提供。例如，输入/输出部分106可与沿钻孔向下设置在井下组件6上的一个或多个传感器和/或钻探数据获取系统12电子通信。
[0035]取决于处理器的确切构造和类型，存储部分104可以是易失性的(例如某些类型的随机存取存储器(RAM))、非易失性的(例如只读存储器(ROM)、闪存等)、或者其组合。计算装置100可包括附加存储器(例如，可移动存储器和/或固定存储器)，所述附加存储器包括但不限于磁带、闪存、智能卡、CD-ROM、数字通用光盘(DVD)或其它光学存储器、卡型盒式磁带机、磁带、磁盘存储器或其它磁存储装置、通用串行总线(USB)兼容存储器、或者可用于存储信息并可由计算装置100存取的任何其它介质。
[0036]计算装置100还可包括用户界面部分108，该用户界面部分108包括输入装置110和/或显示器112 (输入装置110和显示器112未示出)，该用户界面部分108使得用户能够与计算装置100通信。用户界面108可包括输入装置，所述输入装置提供用于经由例如按钮、软键盘、鼠标、声动控制器、触屏、计算装置100的运动、视觉线索(例如，在计算装置100上的摄像机前移动手)等来控制计算装置100的能力。用户界面108可经由图形用户界面提供输出，所述输出包括视觉信息，例如经由显示器112对于用于一个或多个钻探参数的操作范围的视觉表示。其它输出可包括声频信息(例如，经由扬声器)、机械信息(例如，经由振动机构)、或其组合。在多种构造中，用户界面108可包括显示器、触屏、键盘、鼠标、加速度计、运动检测器、扬声器、麦克风、摄像机、或者其组合。用户界面108可还包括用于输入诸如指纹信息、视网膜信息、声音信息、和/或面部特征信息之类的生物统计信息以便获得用于访问计算装置100的具体生物统计信息的任何适用的装置。
[0037]参照图2B，示出了示例性的且适用的通信体系结构，该通信体系结构可有助于监测钻探系统I的钻探操作。这种示例性体系结构可包括一个或多个计算装置100、150和160，所述一个或多个计算装置中的每一个均可经由共用的通信网络180而与数据库170和钻探数据获取系统12电子通信。尽管被示意性地示出为与计算装置100分离开，但数据库170也可以是计算装置100的存储部分104的部件。应该明白的是，可设想出多种适用的替代通信体系结构。当已将钻探控制和监测应用安装到诸如上述计算装置之类的计算装置100上时，它可在诸如国际互联网之类的共用网络180上的其它计算装置之间传递信息。对于当前构造，用户24可经由网络180将与一个或多个钻探参数有关的信息传送至井下组件6的供应商的计算装置150，或者导致这种传送发生，或者作为替换经由网络180将所述信息传递至另一第三方26 (例如钻探系统所有者)的计算装置160。第三方26可经由显示器查看如在本文中所述的用于一个或多个钻探参数的多个操作范围。
[0038]图2B中所示的计算装置100可由例如井位处的钻架操作者、井位所有者、钻探公司、和/或钻探系统部件的任何制造商或供应商、或诸如提供钻柱设计服务的第三方之类的其它服务提供商完全或部分操作。如应该了解到的那样，上述参与者中的每一个和/或其它相关的参与者可操作任何数量的相应的计算机并且可利用包括例如诸如国际互联网之类的广域网(WAN)或局域网(LAN)的任何数量的网络内部地和外部地通信。数据库170可例如用于存储与一个或多个钻探参数、来自前一钻探行程的多个操作范围、当前钻探行程相关的数据和与用于钻柱部件的模型相关的数据。
[0039]参照图3，诸如计算装置之类的钻探系统I群集了下列软件应用，所述软件应用促使处理器102执行用于获得、确定和显示用于包括至少最佳操作参数的钻探参数的多个操作范围的方法200。在方框210中，软件应用可获得与一个或多个钻探参数相关的钻探信息。例如，钻探应用可从其中存储有钻探信息的一个或多个计算机可读存储介质存取钻探信息。此外，如应该了解到的那样，软件应用可导致用户界面在计算机显示器上显示用于钻探操作信息入口的一个或多个域。同样，软件应用可接收钻探信息。
[0040]在方框220中，软件应用可经由处理器确定用于一个或多个钻探参数的第一组多个操作范围。所述第一组操作范围可基于在钻探操作期间操作钻柱4的第一持续时间或时刻或时间。所述第一组多个操作范围的确定可基于在步骤210中获得的钻探信息以及在钻探操作期间获得的实际的和测量到的钻探信息。
[0041]一个或多个钻探参数可还包括第一或控制组的钻探参数,所述钻探参数通常可由钻探设备操作者进行控制。控制组的钻探参数可用于帮助控制钻探操作并且可以是可被最佳化的钻探参数。在下文中对最佳化进行讨论。控制组的钻探参数包括但不限于钻入速度(ROP)、钻压(WOB)、泥浆流速、钻头旋转速度和压差。此外，钻探参数可包括第二或过程相关组的钻探参数，所述钻探参数的值是钻探操作的结果。过程相关组的钻探参数可包括扭矩(千英尺-磅(kft-lb))、旋转速度(RPM)、马达速度(RPM)、机械比能(千磅/平方英寸(ksi))、均方误差(MSE)离散(千磅/平方英寸(ksi))、机械比能的斜率(千磅/平方英寸(ksi))、压力(千磅/平方英寸(ksi))、涡动、钻头跳动、和粘滞滑动。应该了解到的是，在显示钻探参数期间可使用任何单位制。过程相关的钻探参数是测量值或计算值并且无需是可最佳化的，如上所述。软件应用构造成在控制钻探参数和过程相关的钻探参数之间进行区分，并且构造成因此显示可适用的操作范围。例如，控制组的钻探参数可包括最佳操作范围以及优选操作范围。包括控制组的钻探参数和过程相关的钻探参数的每一个钻探参数可以根据名为用于监测和控制地下钻探的系统和方法的美国专利N0.8，453，764(’764专利)中描述的方法和系统进行测量、计算和/或预测，该美国专利的全部内容以参引的方式被结合在本文中。此外，在本公开内容的实施方式中，本公开内容可还包括存取和利用表示钻柱的预限定模型和预期钻探参数的数据，例如在’ 764专利中所述。
[0042]返回至方框220，软件应用可限定每个操作范围的端点(参见图5A-9B中的端点460,462....474)，使得用户界面可产生一种显像，该显像示出了一个操作范围与另一操作范围所具有的关联性。在下文中对与如何确定所述端点相关的细节进行讨论。
[0043]在方框220中确定的多个操作范围可包括I)用于每一个钻探参数的至少一个优选的操作范围，和2)用于每一个钻探参数的至少一个次优选的操作范围。优选操作范围可具有多于一个(多个)的优选操作范围。例如，优选操作范围可包括最佳操作范围和正常操作范围。次优选的操作范围可具有多于一个(多个)次优选的操作范围。次优选的操作范围可包括高操作范围、恶劣操作范围、和危险操作范围中的至少一种。因此，多个操作范围可以被称之为第一、第二、第三...等操作范围。例如，第一操作范围指的是最佳操作范围，第二操作范围指的是正常操作范围，第三操作范围指的是高操作范围，第四操作范围指的是恶劣操作范围，并且第五操作范围指的是危险操作范围。每一个钻探参数可包括前述操作范围中的一个或多个。在某些情况下，特定钻探参数可包括最佳操作范围，如在下文中进一步详细说明的那样。
[0044]最佳操作范围420 (图5A)是用于特定钻探参数的操作值的范围，其可产生用于给定钻探计划的最高的钻入速度。该钻探计划可考虑到预期钻入速度和对于钻柱部件的预期磨损。此外，最佳操作范围的确定可考虑到用于在钻探期间由传感器获得的若干钻探参数、地表数据和井下数据的预期操作值和实际操作值。例如，最佳操作范围考虑到了钻入速度、旋转速度、扭矩、钻压、流速、压差、均方误差、以及横向、轴向和扭转振动数据，如在下文中进一步详细说明的那样。由此，根据示例性实施方式，最佳操作范围可以是用于特定钻探参数的操作值的范围，其可产生最高的钻入速度并且在钻柱部件上产生程度最小的磨损。该钻探计划可由此包括对于钻柱部件磨损的评估。预期磨损可基于钻探行程期间遇到的预期的预计振动程度和处于预计振动程度下的钻柱部件的损失性能分析。可根据美国专利N0.8，453，764中公开的系统和方法来确定可表示钻柱部件的磨损的振动数据和损失性能分析，该美国专利以参引的方式被结合到本文中。
[0045]继续参照图3，根据方框220中的示例性实施方式，软件应用可确定用于最佳操作范围的端点。端点确定可基于:1)在最佳钻探操作(在下文中进一步讨论)期间获得的存储在数据库170或存储部分104中的数据，2)在前一钻探行程中获得并存储在数据库170或存储部分104中的数据，或者3)在当前钻探行程期间实时获得的可存储在数据库170和/或存储部分104中的数据。在最佳钻探操作之后(或者在钻探行程期间)，软件应用可确定、例如可导致作为旋转速度、流速、压差的函数的钻压的显像，该显像示出了均方误差、以及横向、轴向和扭转振动数据是如何在每个给定钻探参数设定点改变的。参见图4B，图4B示出了显像350，该显像350包括用于钻探操作所用的过程相关的钻探参数的示例性图形352a至352h。应该了解到的是，I)旋转速度可显示成钻压、流速、和压差的函数，和2)流速可显示为旋转速度、钻压、和压差等的函数。软件应用可由此通过考虑钻压、旋转速度、流速、压差如何与在钻探操作期间获得的均方误差和横向、轴向和扭转振动数据相关来确定用于钻压、旋转速度、流速、压差的最佳操作范围。尽管下面参照最佳钻探操作来讨论对于最佳操作范围端点的确定，但是应当了解到的是，软件应用构造成导致钻探行程期间的最佳操作范围的显像。
[0046]根据用于最佳钻探操作的示例性实施方式，对于最佳钻探操作，可对用于诸如旋转速度、钻压、流速和压差之类的钻探参数的设定点参数进行选择。最佳钻探参数由此是一个或多个钻探最佳行程，所述一个或多个钻探最佳行程用于获得确定最佳操作范围的端点所需要的信息。例如，最佳钻探操作可被启动，并且可改变旋转速度、钻压、流速和压差。对钻探操作的改变可被测量以解释旋转速度、钻压、流速和压差的变化。特别地，最佳钻探操作可根据最佳矩阵(optimizat1n matrix)进行。最佳矩阵可限定两个钻探参数，例如钻压和旋转速度，这两个钻探参数在最佳钻探行程期间改变。例如，可以选择等于60rpm的旋转速度和等于20k Ib (千磅)WOB的WOB作为钻探设定点。对于每个相应的钻探参数，最佳矩阵将用于旋转速度和钻压的数值改变预定量，例如加上或减去5、10、20等。在示例性实施方式中，选定的旋转速度可以为50、60和70rpm(每分钟转数)并且钻压的选定数值可以是20千磅(k-lb)、25千磅和30千磅。其它矩阵可将旋转速度选择成50、60和70rpm，用于流速值的选定值可以是525、550和575。应该了解到的是，诸如实验工具的设计之类的其它方法可用于确定和/或发展用于最佳钻探操作的钻探参数设定点。然后针对在上述最佳矩阵中所限定的每一个钻探参数组合开始最佳钻探行程。每一个最佳钻探行程可以继续进行预定的持续时间，例如足以测量相关数据并将相关数据传送至计算装置100的时间段。应该了解到的是，数据获取时间可基于在钻探系统中使用的特定传感器和控制系统以及正获取的数据的类型进行改变。例如，当仅将振动数据发送至计算装置用于确定最佳操作范围时，每个最佳钻探行程将持续进行至少这样的时长，所述时长是钻柱中的传感器测量振动数据并将振动数据传送至钻探数据获取系统12和/或计算装置100所花费的时长。每个最佳钻探行程将随后持续进行至少特定的持续时间。如果与振动数据一起传送其它数据，最佳钻探行程可继续进行更长的持续时间。来自每个最佳钻探行程的数据可被存储在数据库170或者存储部分104中。
[0047]软件应用可基于用于钻入速度的最大值来确定端点，其考虑到在钻探最佳操作期间获得的振动数据，利用上述美国专利N0.8，453，764中公开的系统和方法产生了钻柱部件的最小的预期磨损。此外，软件应用可还使得用户能够输入用于端点最佳化确定的信息。例如，用户可限制用于进行最佳化分析的特定数据。图形用户界面构造成导致用于随着时间的流逝而获得和测量到的数据的对数图的显像。用户然后可选择在最佳钻探操作期间用于执行最佳化分析的时间范围。应该了解到的是，可将其它方法用于确定用于钻探参数的最佳操作范围，只要该最佳操作考虑到包括振动信息和预期钻柱部件使用寿命的钻探信息即可。换言之，最佳操作范围可如上所述进行计算，或者可基于与钻柱部件和预计的振动信息相关的信息。
[0048]正常操作范围430 (图5A)和最佳操作范围420可以重叠。例如,最佳操作范围420可落入到优选或正常操作范围430的一部分内。高操作范围440 (图5A)被限定成钻探参数处于操作中时的高级别。恶劣操作范围451 (图5A)是恶劣的操作级别。危险操作范围450 (图5A)被限定成操作在该特定范围继续进行将导致灾难性损伤或者系统故障的操作范围。
[0049]由于钻探环境的复杂性，例如钻柱的压力、轴向振动、横向振动和扭转振动、土壤地层特性、和钻柱设计及特性，因此预期钻探性能与具体钻探参数的值之间的关系对于每一个钻探参数而言可以不是线性的。换言之，对于每一个钻探参数而言，可存在正常操作范围、高操作范围、恶劣操作范围和危险操作范围，这些操作范围与给定钻探参数的尺度(scale)的线性增加无关。已经发现的是，特定钻探参数可具有正常的和最佳的操作范围，所述正常的和最佳的操作范围是有界限的，或者落在次优选的操作范围(例如参见图5A和图5B)之间。每一个钻探参数可由此具有、并且可被显示为具有多于一个的(例如多个)正常操作范围、多于一个的(例如多个)高操作范围、多于一个的(例如多个)危险操作范围。运行软件应用的计算装置100可如上在方框220中所述确定用于每一个钻探参数的多个操作范围、用于每一个钻探参数的具体操作范围的界限和数量，并显示沿钻探参数的尺度的那些范围。随着在钻探操作期间测量钻探参数，用户可随后设想出多个钻探参数之间的复杂关系。操作范围可被更新成从一个钻探行程至另一钻探行程的钻探状况改变或钻探操作转变。
[0050]再次参照图3，在方框230中，软件应用可导致用户界面例如在计算装置100的显示屏上显示用于一个或多个钻探操作参数的第一组多个操作范围的视觉表示。在方框230中，软件操作可导致处理器102向用户界面发起指令以在方框230中响应于确定第一组多个操作范围的步骤来显示多个操作范围的视觉表示。在方框230中，软件应用可还导致用户界面相对于次优选的操作范围中的每一个来设置每一个优选操作范围，以便在视觉上表明优选操作范围是否设置在两个次优选的操作范围之间，例如如在图5A和图5B中所示。此外，操作范围的视觉表示可以是不同的颜色(图5A-9B)。例如，最佳操作范围可以蓝色表示(参见图5A-9B中的带420)并且正常操作范围可以绿色表示(参见图5A-9B中的带430)。高操作范围可以黄色表示(参见图5A-9B中的带440)并且恶劣操作范围可以桔色表示(参见图5A-9B中的带451)。危险操作范围可以红色表示(参见图5A-9B中的带450)。应该了解到的是，任何颜色或视觉提示可用于表示不同的操作信息。此外，视图可根据美国专利商标局法规利用对于不同颜色的标准表达来描绘，并且出于进行清楚地说明的目的，本文中的说明指的是具体颜色。
[0051]在方框240中，软件应用可接收表示钻探参数的实际操作值的数据。例如，如上所述，传感器中的一个或多个可获得表示钻探操作期间的钻柱部件的操作值的数据。尽管在某些示例中传感器可测量钻柱对于钻探操作的物理响应，例如瞬时旋转速度，但是设置在井下组件中的处理器可计算用于测量到的物理响应的钻探参数。用于钻探参数的实际操作值可被传送至地表11处的计算装置100并且被存储在计算装置100的存储部分104中，用于被软件应用进行访问。作为选择或者附加地，物理响应数据可被传送至地表处的计算装置100，并且可在地表处计算用于预期钻探参数的实际操作值。此外，软件应用可接收钻柱的物理响应并且计算用于钻探参数的实际操作值。表示实际操作参数的数据可经由上述通信系统而被传送至地表计算装置。
[0052]在方框250中，响应于接收表示用于钻探操作、或钻探行程的实际操作值的数据，软件应用可导致相对于第一组多个操作范围来显示用于钻探参数中的每一个的实际操作值。软件应用经由上述通信系统在显示实际操作数据之前存取或接收这种数据。随着钻探操作继续进行，这里所述的方法可还导致每一个钻探参数的实际操作值被持续地更新。
[0053]在方框260中，该方法可包括经由计算机处理器来确定用于一个或多个钻探参数的第二组更新的多个操作范围的步骤。如在下文中进一步详细说明的那样，第二组更新的多个操作范围基于操作钻柱的第二时刻或持续时间。第二组更新的多个操作范围至少包括用于一个或多个钻探参数中的每一个钻探参数的优选操作范围和用于一个或多个钻探参数中的每一个钻探参数的次优选的操作范围。
[0054]在方框270中，软件应用可导致用户界面显示用于一个或多个钻探参数的第二组更新的多个操作范围。用户界面可响应于在方框260中确定第二组更新的多个操作范围的步骤来显示所述第二组更新的多个操作范围。
[0055]应该了解到的是，方框210-260中所示的步骤可在钻探操作期间被重复任何次数。例如，该方法可包括确定用于一个或多个钻探参数的第三组更新的多个操作范围的步骤。第三组更新的多个操作范围可基于操作钻柱的第三持续时间，所述第三持续时间在第一和第二持续时间之后。响应于确定第三组更新的多个操作范围，软件应用可经由用户界面显示用于一个或多个钻探操作参数的所述第三组更新的多个操作范围。此外，该方法可在钻探操作中持续地运行单个钻探行程，或者在钻探操作期间持续地运行多个钻探行程。此外，应该了解到的是，第三组多个操作范围和用于钻探参数的相关联的最佳范围的确定可与用于钻探操作的相应的第一和第二操作范围相关联。
[0056]计算装置100并且尤其是图形用户界面可导致一个或多个认证显示界面(未示出)被呈现至用户。一旦经过成功认证，例如，适当用户的标识和密码的登录，用户界面可产生显像300，如图4A中所示。显像300包括多个钻探系统部件数据登录阵列。每一个阵列都包括与相应的钻探系统部件相关联的多个数据登录域。例如，显像302包括钻头或头阵列302，所述钻头或头阵列302包括用于最大钻压和最大/最小钻探泥浆流速的数据登录域320。马达阵列304包括与马达操作相关联的钻探参数，例如使钻柱旋转的马达的操作。马达阵列304可包括例如泥浆的每单位容积的转数、转子与定子比率、最大/最小流速、钻压、全额定压差、全额定扭矩、最大压差、和失速扭矩。随钻测量(MWD)工具阵列306可包括用于与MWD工具相关联的钻探参数的数据登录域326，例如最大/最小允许流速。显像300可还包括旋转转向系统(RSS)阵列310。如应该了解到的那样，当钻柱包括用于定向钻探的旋转转向系统时，使用RSS阵列。该RSS阵列包括用于与RSS工具相关联的钻探参数的数据域328。该显像可包括在所示实施方式中表示为“其它”的附加阵列308，该附加阵列308包括用于可能在钻探操作中使用的其它部件的数据登录域322。此外，孔清洁阵列312可包括用于最小流速的数据登录域324。应该了解到的是，显像300可设置成其它构造并且可按照需要包括其它钻探部件阵列。
[0057]此外，显像300包括包括使得在先钻探操作信息能够被自动填充到数据登录域中的特征。例如，显像300可包括“钻头行程”域318，该“钻头行程”域318可包括钻探操作所执行的每个特定的钻探行程或钻头行程的列表。如果用户例如通过选择“钻头行程#1”来选择前一钻头行程，则软件应用导致用户界面以来自选定的钻头行程的钻探数据来填充多个数据登录域。用户可在域316处输入“取消”，并且将清空数据域。作为选择，用户可输入钻探信息并形成新的“钻头行程”。
[0058]用户可在用于每一个钻探部件阵列302、304、306、308、310和312的数据域中输入用于每一个钻探参数的多个预期参数。例如，如图4A中所示，用户可输入用于用户意欲最佳化或已经显示的每个钻探参数的值。作为选择，数据域可如上所述被自动填充。如果用户并不想要看到用于特定钻探系统部件的操作范围，那么用户可在用于具体钻探部件阵列的每一个数据域中输入“零”或“不适用(n/a)”。接着，用户会单击“选择”域314。基于上述附加钻探信息和输入，软件应用会确定用于每一个钻探参数的具体操作范围。当最佳计算完成时，软件应用导致用户界面产生显像400，该显像400包括数字刻度盘，所述数字刻度盘例如以不同的颜色示出了用于每个选定的钻探参数的操作范围。例如，图4C中所示的显像400包括用于每个钻探参数的数字刻度盘，而图4D中所示的显像400包括仅用于新钻探参数的数字刻度盘，如将在下文中进一步详细说明的那样。随着钻探操作继续进行，软件应用可还示出了用于钻探操作的实际操作范围。在某些时间段后，一个或多个操作范围可基于利用井下传感器的表面获得的钻探信息而被自动更新。
[0059]转向图4B，计算装置100经由软件应用导致用户界面显示该显像350图形，该显像350图形示出了用于钻探参数值的范围的钻探信息。如上所述，显像350可基于钻探最佳操作或实际或实时钻探操作。显像350可包括视觉表示，例如，作为钻压、旋转速度、钻头速度、流速和/或压差(未示出)的函数的过程相关的钻探参数的值的图形352a至352h。因此，显像350可包括用于在均方误差图形352a、均方误差离散图形352b、钻入速度图形352c、轴向振动图形352d、扭转振动(粘滞滑动)图形352h、横向振动图形352g、均方误差流速图形352e、均方误差钻探马达或旋转速度图形352f中显示的过程相关的参数的测量值。如应当了解的那样，每一个图形352a至352h的轴线可按照需要进行改变。例如，如上所述，如果需要，钻头速度可被作为钻压的函数而显示。显像350还包括每一个相应的过程相关的钻探参数的计算出的正常值、最佳值、高值和危险值356a至356h。此外，该显像可包括用于每一个相应的过程相关的钻探参数中的每一个的正常、最佳、高、恶劣和危险操作范围354a至354g。用户界面可还包括用于导致在显像350中示出的最佳钻探参数设定点填充图4C中所示并且在下文中讨论的数字刻度盘410的选择图标。由此，最佳设定点和最佳操作范围可叠置在正常操作范围、高操作范围、恶劣操作范围和危险操作范围上，并且被显示给钻探设备操作者。
[0060]转向图4C，计算装置100经由软件应用导致用户界面在诸如显示屏之类的输出装置的显像400上显示用于一个或多个钻探操作参数的第一组多个操作范围的视觉表示。显像400可包括多个数字刻度盘，所述多个数字刻度盘用图形的方式表现为I)用于一个或多个钻探参数的多个操作范围，2)每一个钻探参数的实际操作值，和3)作为选择，用于每一个钻探参数的操作设定点。
[0061]显像400可包括用于每一个钻探参数的数字刻度盘。例如，显像400包括刻度盘410，该刻度盘410在视觉上描绘了用于钻探操作的钻压(WOB)(千磅(k-lb))的操作信息。尽管图4A中所示的显像400已经被构造成示出了总共十五(15)个钻探参数，出于说明的便利性的目的，在下文中对示出了钻压的刻度盘410进行讨论。应该了解到的是，每一个所示的刻度盘包括具体钻探参数的相似的视觉表示。亥Ij度盘410包括曲线数据带412和诸如箭头之类的实际操作参数指示器414，该实际操作参数指示器414指向用于钻压的实际测量值(示出为处于22千磅条纹)。每一个相应的刻度盘具有预定刻度，该预定刻度对于具体钻探参数而言是特有的。数据带412可包括如所示的端部部分416和418。在替代实施方式中，数据带412可以是环形数据带。此外，尽管示出了曲线形的数据带412，但刻度盘410可被构造成显示用于参数中的每一个的线性数据带。
[0062]数据带412包括用于钻探参数的操作信息的视觉表示。在图4A和图5A中的所示实施方式中，用于钻压的操作信息的视觉表示包括以不同的颜色表示的多个用于钻压的操作范围，如上所述。最佳操作范围420可以蓝色表示，正操作范围430可以绿色表示，高操作范围440可以黄色表示，并且恶劣操作范围451可以桔色表示，并且危险操作范围450可以红色表示。软件应用导致用户界面根据与每一个操作范围相关联的相应的颜色沿每一个相应的刻度盘数据带412来显示操作范围。例如，当选择上述显像300和显像400中的预期钻探操作输入时，软件应用导致用户界面沿与相应的颜色相关联的每一个相应的刻度盘数据带412来显示操作范围。
[0063]继续参照图4C，根据所示实施方式，显像400包括用于每一组受控钻探参数的刻度盘410、510、610、710和810和用于每一个过程相关的钻探参数的刻度盘902、904、...918,920ο如所示，显像400包括描绘了 WOB的刻度盘510，如上所述。刻度盘510在视觉上描绘了用于钻探操作的钻入速度(ROP)(英尺/小时(ft/hr))的操作信息。刻度盘610在视觉上描绘了用于在钻探操作期间流过钻柱中的通道的泥浆的流速的操作信息。刻度盘710在视觉上描绘了用于钻头的旋转速度(RPM(每分钟转数))的操作信息。刻度盘810在视觉上描绘了用于钻探操作的压差(磅/平方英寸(PSI))的操作信息。压差是沿钻孔向下的方向流过钻柱4的钻探泥浆的压力与沿钻孔向上的方向行进流过位于钻柱与钻孔壁之间的环形通道的钻探泥浆的压力之间的压力差。
[0064]如上所述，显像400可还包括用于每个过程相关的钻探参数的刻度盘。刻度盘922在视觉上描绘了用于在钻探操作中施加至钻柱4的扭矩(千英尺-磅(kft-lb))的操作信息。刻度盘904在视觉上描绘了用于旋转速度(RMP)的操作信息。刻度盘906在视觉上描绘了用于钻探操作的马达速度(RMP)的操作信息。在该示例中的马达速度是能够落在具体操作范围(例如优选的或次优选的)内并且是与过程相关的测量值。刻度盘908在视觉上描绘了用于钻探操作的机械比能(千磅/平方英寸(ksi))的操作信息。刻度盘910在视觉上描绘了用于在钻探操作期间测量机械比能(千磅/平方英寸)的离散或易变性的操作信息。刻度盘912在视觉上描绘了用于钻探操作的机械比能(千磅/平方英寸)的斜率的操作信息。刻度盘914在视觉上描绘了用于竖管压力(千磅/平方英寸)的操作信息。亥IJ度盘916、918和920在视觉上描绘了与钻柱振动相关联的多种参数。例如，刻度盘916在视觉上描绘了用于钻柱在钻探操作期间的涡动的操作信息。在该示例中的涡动与钻柱4的横向振动相关联并且可如上所述经由振动分析系统46加以确定。刻度盘918在视觉上描绘了用于钻探操作的钻头的测量到的钻头跳动的操作信息。在该示例中的钻头跳动与钻柱4的轴向振动相关联并且可如上所述经由振动分析系统46加以确定。刻度盘912在视觉上描绘了用于钻探操作所用的钻柱4的粘滑行为的操作信息。在该示例中的粘滞滑动与钻柱4的扭转振动相关联,并且可如上所述经由振动分析系统46加以确定。
[0065]转向图4D，用户24经由用户界面108可改变显像400以限制描绘所示钻探操作信息的数字刻度盘。例如，图4C中所示的显像400已经被构造成示出了十五(15)个钻探参数，所述钻探参数包括既受控且过程相关的钻探参数。图4D中所示的显像400已经被构造成示出了六(6)个钻探参数，所述六个钻探参数包括用于钻入速度的刻度盘510、用于钻压的刻度盘410、用于流速的刻度盘610、用于马达rpm的刻度盘906、用于钻头旋转速度的刻度盘710、和用于压差的刻度盘810。应该了解到的是,用户24经由用户界面可选择任何数量的刻度盘，所述刻度盘在显像400上利用在上文中关于显像300进行讨论的数据登录步骤进行描绘。由此，显像400提供了对于用于每一个钻探参数的多个操作范围的实时视觉表示。所显像出的操作范围基于实际操作状况和/或存储在数据库170和存储部分104中的与井下组件6的具体情况相关的信息。
[0066]在最佳操作范围420与正常操作范围430之间的差异取决于钻探操作和预定钻探计划。当钻探参数在最佳范围420中操作时，一个或多个附加参数可落在正常操作范围430内，例如使得钻头涡动最小化，并且均方误差离散是低的，从而表明钻柱以与预定钻探计划相一致的方式操作。在高或者黄色操作范围440内的操作会表明，钻探参数超出了正常操作范围。例如，刻度盘510中的实际钻入速度可落在优选的、或绿色的操作范围430内，并且刻度盘410中所示的钻压和刻度盘920中所示的粘滞滑动被示出为在高范围440 (在每一个刻度盘510和920中的黄色)中操作。然而，如在刻度盘710中所示的钻头RPM在以蓝色示出的最佳优选范围420内操作。在优选范围430中操作钻入速度可以是可被查看显像400的用户24所接受的，并且将不会启动钻探过程控制中的具体调节。通过提供用于一个或多个钻探参数的一个或多个操作范围的视觉表示，用户24可观察调整钻探参数对于钻探操作的影响。
[0067]如上所述，每一个钻探参数都可具有用于每一个级别或操作范围(例如正常、高、恶劣、和危险操作范围)的多于一个(例如多个)操作范围。每级操作范围中的关系可以并不是线性的。例如，用于钻探参数的值的增加(减少)并非必定意味着，从正常操作范围至危险操作范围的逐步升级将会是连续进行的。参照图4B、5A和5B，钻压可具有第一高操作范围440和第二高操作范围442。用于钻压的正常或绿色操作范围430可邻近于第一高操作范围440和第二高操作范围442，并且被第一高操作范围440和第二高操作范围442定界。钻压中从值为O (邻近于端点416)至值为30 (邻近于端点418)的任何线性增加并非必定表明钻探操作将随着钻压增加而以最佳钻压运行。
[0068]计算装置100可导致用户界面在数字刻度盘带412上显示每一个操作范围，以考虑到多个操作范围以及它们的沿钻探参数的特定尺度的关系。如上所述，计算装置100经由处理部分102可确定用于每个具体操作范围的操作范围端点并且导致用户界面沿显像400中的刻度盘的数据带以相应的颜色来显示相应的操作范围。范围端点可被限定为两个操作范围相邻的操作值，例如处于钻压等于5(千磅(k-lb))的位置处(图5A)。根据上述方法，计算装置100显示每一个操作范围和范围端点(460、462、464、...470,472)，以便限定用于每一个钻探参数的每一个操作范围的视觉表示。
[0069]参照图5A，计算装置100可导致用户界面显示刻度盘410，该刻度盘410包括用于钻压的邻近于第二高(或次优选的)操作范围442且邻近于数据带端点418的最佳操作范围420的视觉表示。第二正常(或第二优选的)操作范围430可邻近于第一次高操作范围440和第二次高操作范围442并且处于第一次高操作范围440和第二次高操作范围442之间。此外，在图5A中所示的说明性实施方式中，计算装置100经由处理部分102确定用于钻探操作的危险操作范围450处于等于零(O)的钻压(或数据带端部部分416)与处于第一端点460处的等于5 (千磅)的钻压之间。此外，恶劣操作范围451处于等于5(千磅)的钻压或第一端点460与等于10 (千磅)的钻压或第二端点462之间。第一高范围440从端点462延伸至端点464，正常操作范围430从端点464延伸至端点466，并且第二高操作范围442从端点466延伸至端点468。最佳范围420从端点468延伸至数据带端点部分418 (或等于30的钻压)。
[0070]现在转向图5A至图9B，计算装置100构造成更新所显示的操作范围以考虑钻探状态随着时间的推移而发生的变化。如上所述，显像400提供了用于钻探参数的第一组多个操作范围的在诸如一(I)秒(S)之类的第一持续时间内的视觉显示。显像400可被更新成提供用于钻探参数的第二组更新的多个操作范围在诸如一(I)秒之类的第二持续时间内的视觉显示。数据可被计算装置100以每秒一次的方式接收，尽管应该了解到的是，数据可以被以大于每秒一次的速率接收。当接收到数据时，用户界面可导致以每(I)秒至五(5)秒至少一次的方式显示信息。应该了解到的是，显示时间数据可比一(I)秒至五(5)秒快。第二持续时间在第一持续时间之后。应该了解到的是，该持续时间可以毫秒、秒、分或是更长的持续时间为单位进行测量。此外，如在本文中所示或所描绘的显像400是钻探参数的操作信息在离散时刻或瞬时时刻下的显示。应该了解到的是，显像400可以是动态的。由此，尽管在本文中仅示出和描绘了第一持续时间和第二持续时间，但应当了解到的是，对于显像400的多个相继的且连续的更新都是可能的且是实时的。例如，计算装置100可构造成导致具有用于钻探参数的另外的更新的多个操作范围的显像400的持续更新。由此，当钻探操作继续时，计算装置可导致最佳操作范围以基于钻探探状况进行自动更新。
[0071]参照图5A和图5B,刻度盘410a包括用于钻探操作的钻压的多个操作范围在第一时刻下(或第一持续时间内)的视觉表示。图5B中所示的刻度盘410b是用于钻探操作的钻压的多个操作范围在第二时刻下(或第二持续时间内)的视觉表示。在刻度盘410b中的用于钻压的操作范围已如上所述基于钻探操作的实际处理状况和/或测量到的处理状况进行更新。例如，基于钻探操作和与钻探操作相关的数据，已更新了最佳操作范围。如在图5B中所示，计算装置100已经导致第三高操作范围444的显像。第三高操作范围从端点470延伸至数据带端部部分418。正常范围430已沿刻度盘数据带412移位并且邻近于第一次高操作范围440和第二次高操作范围442。
[0072]参照图6A和图6B，刻度盘510a包括用于钻探操作的钻入速度的多个操作范围在第一时刻下(或第一持续时间内)的视觉表示。图5B中所示的刻度盘510b是用于钻探操作的钻入速度的多个操作范围在第二时刻下(或第二持续时间内)的视觉表示。在刻度盘410b中的用于钻入速度的操作范围已被如上所述基于钻探操作的实际处理状况和/或测量处理状况进行更新。明确地说，刻度盘510a和510b (图5B)包括最佳操作范围420、正常操作范围430、高操作范围440和恶劣或危险操作范围450。如在图6B中所示，计算装置100已使最佳优选操作范围420的界限从处于250至400英尺/小时移位至处于300至400英寸/小时。
[0073]参照图7A和图7B,亥Ij度盘610a包括用于钻探泥衆的流速的多个操作范围在第一时刻下或第一持续时间内的视觉表示。图7B中所示的刻度盘610b是用于钻探操作的流动的多个操作范围在第二时刻下或第二持续时间内的视觉表示。在刻度盘610b中的用于流速的操作范围已被如上所述基于钻探操作的实际处理状况和/或测量到的处理状况进行更新。明确地说，刻度盘610a和610b (图7B)分别包括最佳操作范围420、正常操作范围430、第一高操作范围440、第二高操作范围442和第三高操作范围444、和危险操作范围450或恶劣操作范围451。如在图7B中所示，计算装置100已使最佳操作范围420的界限移位至处于第二高操作范围442与第三高操作范围444之间。
[0074]参照图8A，刻度盘510a包括用于钻探操作的钻头旋转速度的多个操作范围在第一时刻下(或第一持续时间内)的视觉表示。图8B中所示的刻度盘710b是用于钻探操作的钻头旋转速度的多个操作范围在第二时刻下(或第二持续时间内)的视觉表示。在刻度盘710b中的用于钻头旋转速度的操作范围已被如上所述基于钻探操作的实际处理状况和/或测量到的处理状况进行更新。明确地说，刻度盘710a和710b (图5B)包括最佳操作范围420、多个正常操作范围430、432和434、多个高操作范围440、442、444和446、以及一对危险操作范围450和452。如图7B中所示，已经增大了最佳范围420的界限，从而叠加了正常操作范围434。
[0075]参照图9A和图9B,刻度盘810a包括用于钻探操作的压差的多个操作范围在第一时刻下(或第一持续时间内)的视觉表示。图5B中所示的刻度盘710b是用于钻探操作的压差的多个操作范围在第二时刻下(或第二持续时间内)的视觉表示。在刻度盘710b中的用于钻头旋转速度的操作范围已被如上所述基于钻探操作的实际处理状况和/或测量到的处理状况进行更新。明确地说，对于压差而言，刻度盘710a和710b (图5B)包括最佳操作范围420、多个正常操作范围432和434、多个高操作范围440和442、以及危险操作范围450。如图7B中所示，已将最佳操作范围420和正常操作范围430的界限和位置已被更新以反映钻探操作的变化的操作状况。
[0076]尽管在本文中描述了用于执行所公开技术的装置的示例性实施方式，但是作为基础的原理可被应用于能够如在本文中所述通信和呈现信息的任何计算装置、处理器、或系统。本文中所述的多种技术可与硬件或软件或在适当的情况下与两者相结合来实现。由此，可实现本文中所述的方法和设备，或者其特定方面或部分可呈现在诸如软磁盘、CD-ROM、硬盘驱动器、或其它机器可读的存储介质(计算机可读存储介质)之类的有形存储介质中具体体现的程序代码(即，指令)，其中，当将程序代码加载到诸如计算机之类的机器并由所述机器执行时，所述机器变成用于执行在本文中所述技术的设备。在可编程的计算机上执行程序代码的情况下，计算装置将主要包括处理器、可由处理器读取的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)、至少一个输入装置、和至少一个输入装置，如上所述。如果需要，程序可在组件中实现或以机器语言实现。该语言可以是已编译语言并且与硬件执行设备相结合。
[0077]本文中所述的技术也可经由以程序代码的形式具体体现的通信或经由诸如这种泥浆遥测技术和上述用于钻探操作的其它数据传递方法之类的任何其它传送形式来实践，所述程序代码被传送通过一些传送介质，例如传送过电线或电缆、通过光导纤维。当实现在通用处理器上时，程序代码与处理器相结合以提供操作以施行上述功能的独特设备。此外，与本文中所述的技术结合使用的任何存储技术可总是硬件与软件的结合体。
[0078]尽管本文中所述的技术可被实施并已被结合多幅视图的多种实施方式进行描述，但将会了解到的是，可使用其它相似实施方式，或者可在不背离所述实施方式的情况下，对所述实施方式作出变化和添加。例如，应该了解到的是，上文中所公开的步骤可以上述序列执行，或者以任何其它序列随意执行。此外，所属领域技术人员将会认识到在本申请中所述的技术可应用于任何环境，无论是无线环境还是有线环境，并且所述技术可应用于经由通信网路连接并越过所述网络相互作用的任何数量的这种装置。因此，在本文中所述的技术应当并不限于任何单个实施方式，而是应该被根据所附权利要求在阔度和范围上进行解释。
【权利要求】
1.一种用于在土壤地层中形成钻孔的钻探系统，所述系统包括: 钻柱，所述钻柱构造成旋转以在钻探操作期间在土壤地层中形成所述钻孔，所述钻柱根据一个或一个或多个钻探参数操作以在土壤地层中形成所述钻孔； 多个传感器，所述多个传感器构造成在所述钻探操作期间获得钻探数据，所述钻探数据表征所述一个或多个钻探参数，所述多个传感器中的至少一个由所述钻柱支承；和 计算装置，所述计算装置构造成I)基于从所述多个传感器获得的所述钻探数据来确定用于所述钻探操作的所述一个或多个钻探参数的第一组多个操作范围，所述第一组多个操作范围基于在所述操作范围期间操作所述钻柱的第一持续时间，并且所述第一组多个操作范围包括用于所述一个或多个钻探参数中的每一个的至少一个优选操作范围和用于所述一个或多个钻探参数中的每一个的至少一个次优选操作范围，并且2)确定用于所述一个或多个钻探操作参数的第二组更新的多个操作范围，所述第二组更新的多个操作范围基于在所述第一持续时间之后操作所述钻柱的第二持续时间，所述第二组更新的多个操作范围包括用于所述一个或多个钻探参数中的每一个的至少一个优选操作范围和至少一个次优选操作范围，其中，所述第二组更新的多个操作范围的至少一个优选操作范围不同于用于所述第一组多个操作范围的至少一个优选操作范围， 所述计算装置包括图形用户界面，所述图形用户界面构造成在计算机显示器上A)显示用于所述一个或多个钻探参数的所述第一组多个操作范围的视觉表示，和B)在所述第一持续时间之后，显示用于所述一个或多个钻探参数的所述第二组更新的多个操作范围的视觉表示。
2.根据权利要求1所述的钻探系统，其中，所述一个或多个钻探参数是钻压(WOB)、钻入速度(ROP)、压差、钻头旋转速度、和钻探泥浆流速中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的钻探系统，其中，所述视觉表示是一个或多个刻度盘，并且所述一个或多个刻度盘中的每一个与所述一个或多个钻探参数中的相应一个钻探参数相关联。
4.根据权利要求1所述的钻探系统，其中，相应的所述第一组多个操作范围和所述第二组多个操作范围中的每一个的视觉表示是不同的颜色。
5.根据权利要求1所述的钻探系统，还包括通信系统，所述通信系统构造成将钻探数据从所述多个传感器传送至所述计算装置。
6.根据权利要求1所述的钻探系统，其中，所述至少一个优选操作范围包括最佳操作范围和正常操作范围，并且所述至少一个次优选操作范围包括高操作范围、恶劣操作范围和危险操作范围中的至少一个。
7.一种用于监测和显示用于钻柱的一个或多个钻探参数的计算机执行方法，所述钻柱操作以在土壤地层中形成钻孔，所述方法包括下列步骤: 经由计算机处理器确定用于钻探操作的所述一个或多个钻探参数的第一组多个操作范围，所述第一组多个操作范围基于在所述钻探操作期间操作所述钻柱的第一持续时间，并且所述第一组多个操作范围包括用于所述一个或多个钻探参数中的每一个的至少一个优选操作范围和用于所述一个或多个钻探参数中的每一个的至少一个次优选操作范围； 响应于通过所述计算机处理器确定所述第一组多个操作范围的步骤，经由用户界面在计算机显示器上显示用于所述一个或多个钻探参数的所述第一组多个操作范围的视觉表示； 经由所述计算机处理器确定用于所述一个或多个钻探参数的第二组更新的多个操作范围，所述第二组更新的多个操作范围基于在所述第一持续时间之后操作所述钻柱的第二持续时间，并且所述第二组更新的多个操作范围包括用于所述一个或多个钻探参数中的每一个的至少一个优选操作范围和至少一个次优选操作范围，其中，所述第二组更新的多个操作范围的至少一个优选操作范围不同于用于所述第一组多个操作范围的至少一个优选操作范围；以及 响应于确定所述第二组更新的多个操作范围的步骤，经由所述用户界面在所述计算机显示器上显示用于所述一个或多个钻探操作参数的所述第二组更新的多个操作范围。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述一个或多个钻探参数包括钻压(WOB)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述一个或多个钻探参数还包括钻入速度(ROP)、压差、钻头旋转速度、和钻探泥浆流速中的至少一个。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，在显示所述第一组多个操作范围的视觉表示的所述步骤中，所述视觉表示是一个或多个刻度盘，并且所述一个或多个刻度盘中的每一个与所述一个或多个钻探参数中的相应一个钻探参数相关联。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述一个或多个刻度盘中的每一个是曲线刻度盘或直线刻度盘。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，相应的所述第一组多个操作范围和所述第二组多个操作范围中的每一个的视觉表示是不同的颜色。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二组多个操作范围中的每一个的视觉表示是不同的颜色，其中，所述第二组多个操作范围的视觉表示的颜色与相应的所述第一组多个操作范围的相应颜色相关联。
14.根据权利要求7所述的方法，其中，确定所述第一组多个操作范围的步骤还包括存取表征所述钻柱的预定模型和预期钻探参数的数据；以及基于表征所述预定模型的数据和所述一个或多个钻探参数中的至少一个来限定所述第一组多个操作范围中的每一个的端点。
15.根据权利要求7所述的方法，还包括经由所述图形用户界面显示用于所述一个或多个钻探参数中的每一个相对于所述第一组多个操作范围的实际操作值的步骤。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括经由通信系统接收信息的步骤，所述信息表征用于所述一个或多个钻探参数中的每一个的实际操作值。
17.根据权利要求7所述的方法，其中，用于所述第一组多个操作范围和所述第二组多个操作范围中的每一个的所述至少一个优选操作范围包括相应的多个优选操作范围。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述相应的多个优选操作范围包括最佳操作范围和正常操作范围。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，用于所述第一组多个操作范围和所述第二组多个操作范围中的每一个的所述至少一个次优选操作范围包括相应的多个次优选操作范围。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述相应的多个次优选操作范围包括高操作范围、恶劣操作范围、和危险操作范围中的至少两个。
21.根据权利要求1所述的方法，还包括下列步骤: 经由所述计算机处理器确定用于所述一个或多个钻探参数的第三组更新的多个操作范围，所述第三组更新的多个操作范围基于在所述第二持续时间之后操作所述钻柱的第三持续时间，并且所述第三组更新的多个操作范围包括用于所述一个或多个钻探参数中的每一个的至少一个优选操作范围和至少一个次优选操作范围，其中，所述第三组更新的多个操作范围的至少一个优选操作范围不同于用于所述第二组更新的多个操作范围的至少一个优选操作范围；以及 响应于确定所述第三组更新的多个操作范围的步骤，经由所述用户界面在所述计算机显示器上显示用于所述一个或多个钻探操作参数的所述第三组更新的多个操作范围。
22.—个或多个非暂时性的有形计算机可读取存储介质，所述存储介质上具有共同存储的指令，一旦由计算机系统中的一个或多个处理器执行，所述指令就导致所述计算机系统至少: 确定用于钻探操作的一个或多个钻探参数的第一组多个操作范围，所述第一组多个操作范围基于在所述钻探操作期间操作所述钻柱的第一持续时间，并且所述第一组多个操作范围包括用于所述一个或多个钻探参数中的每一个的至少一个优选操作范围和用于所述一个或多个钻探参数中的每一个的至少一个次优选操作范围； 经由用户界面在计算机显示器上显示用于所述一个或多个钻探参数的所述第一组多个操作范围的视觉显示； 确定用于所述一个或多个钻探操作参数的第二组更新的多个操作范围，所述第二组更新的多个操作范围基于在所述第一持续时间之后操作所述钻柱的第二持续时间，并且所述第二组更新的多个操作范围包括用于所述一个或多个钻探参数中的每一个的至少一个优选操作范围和至少一个次优选操作范围，其中，所述第二组更新的多个操作范围的至少一个优选操作范围不同于用于所述第一组多个操作范围的至少一个优选操作范围；以及 经由所述用户界面在所述计算机显示器上显示用于所述一个或多个钻探操作参数的所述第二组更新的多个操作范围。
23.根据权利要求22所述的非暂时性的有形计算机可读取存储介质，其中，所述一个或多个钻探参数是钻压(WOB)、钻入速度(ROP)、压差、钻头旋转速度、和钻探泥浆流速中的至少一个。
24.根据权利要求23所述的非暂时性的有形计算机可读取存储介质，其中，在所述第一组多个操作范围的视觉表示的显像中，所述视觉表示是一个或多个刻度盘，并且所述一个或多个刻度盘中的每一个与所述一个或多个钻探参数中的相应一个钻探参数相关联。
25.根据权利要求24所述的非暂时性的有形计算机可读取存储介质，其中，所述一个或多个刻度盘中的每一个是曲线刻度盘或直线刻度盘。
26.根据权利要求22所述的非暂时性的有形计算机可读取存储介质，其中，相应的所述第一组多个操作范围和所述第二组多个操作范围中的每一个的视觉表示是不同的颜色。
27.根据权利要求22所述的非暂时性的有形计算机可读取存储介质，其中，所述第一组多个操作范围的确定还包括基于表征用于所述钻探系统的预定模型和所述一个或多个钻探参数的数据中的至少一个限定所述第一组多个操作范围中的每一个的端点。
28.根据权利要求22所述的非暂时性的有形计算机可读取存储介质，其中，用于所述第一组多个操作范围和所述第二组多个操作范围中的每一个的所述至少一个优选操作范围包括相应的多个优选操作范围。
29.根据权利要求28所述的非暂时性的有形计算机可读取存储介质，其中，所述多个优选操作范围包括最佳操作范围和正常操作范围。
30.根据权利要求12所述的非暂时性的有形计算机可读取存储介质，其中，用于所述第一组多个操作范围和所述第二组多个操作范围中的每一个的所述至少一个次优选操作范围包括相应的多个次优选操作范围。
31.根据权利要求30所述的非暂时性的有形计算机可读取存储介质，其中，所述多个次优选操作范围包括高操作范围、恶劣操作范围和危险操作范围中的至少两个。
【文档编号】E21B47/00GK104295233SQ201410327955
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2013年7月15日
【发明者】马克·埃尔斯沃思·瓦塞尔, 鲁道夫·波普斯库 申请人:Aps技术公司