用于钻孔信息管理和资源规划的方法和系统与流程

本案是申请号：201280039852.0，发明名称为：用于钻孔信息管理和资源规划的方法和系统的分案申请。

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年6月14提交的美国临时专利申请号61/496906的优先权，并且将该临时申请的全部公开内容通过参考并入以用于任何目的。

本发明涉及用于钻孔项目的管理系统，并且更特别地涉及用于管理与地下定向钻孔项目关联的信息的系统，但不限于此，所述信息包括例如钻孔计划，钻孔数据，材料消耗，设备磨损，设备维护以及项目成本。

背景技术：

经由定向钻孔（有时称为“斜向钻孔”）对非垂直井进行钻孔的做法在能源和矿业行业中变得非常普遍。与垂直钻孔相比，定向钻孔暴露地下储藏的更大截面，并且允许从单个钻孔位置到达多个地下位置，从而减少了与操作多个钻机有关的成本。此外，定向钻孔通常允许达到垂直通路难以或不可能达到的地下地层，诸如例如位于居住区下面的地层或位于水体或其他自然障碍物下面的地层。

虽然定向钻孔有很多优点，但与完成井相关的高成本通常被认为是定向钻孔的最大缺点。这是由于以下事实：定向钻孔通常由于必要的数据采集步骤而比垂直钻孔慢得多。因此，控制和管理成本成为定向钻孔期间的主要顾虑。

技术实现要素：

本发明涉及用于钻孔项目的管理系统，并且更特别地涉及用于管理与地下定向钻孔项目关联的信息的系统，但不限于此，所述信息包括例如钻孔计划，钻孔数据，材料消耗，设备磨损，设备维护，钻孔性能以及项目成本。在一个方面，本发明涉及用于执行定向钻孔项目的方法。该方法包括在数据库上存储钻孔项目数据，将钻孔项目数据从该数据库传输到具有条形码扫描器的第二计算机，以及利用该条形码扫描器将设备信息输入到第二计算机。该方法还包括将校准数据从第二计算机传输到第一计算机，根据钻孔项目数据通过第一计算机来执行钻孔计划，并且将勘测信息从井下探针组件传输到第一计算机。

在另一方面，本发明涉及管理钻孔项目的方法。该方法包括在数据库上存储钻孔项目数据，经由该数据库汇编钻孔需求数据，将钻孔需求数据传输到钻孔管理实体，通过具有条形码扫描器的第二计算机从数据库获取钻孔项目数据。该方法还包括利用条形码扫描器将设备信息输入到第二计算机中，将校准数据从第二计算机传输到第一计算机，以及根据钻孔项目数据经由第一计算机来执行钻孔计划。

在另一方面，本发明涉及钻孔信息管理系统。该钻孔信息管理系统包括布置在钻柱上的探针组件，经由布置在钻杆中的导体可互操作地耦合到探针组件的第一计算机，以及与第一计算机通信的第二计算机。第二计算机包括条形码扫描器。该钻孔信息管理系统包括与第二计算机通信的数据库。钻孔项目数据被从该数据库传输到第二计算机，以及校准数据被从第二计算机传输到第一计算机。第一计算机根据钻孔项目数据执行钻孔计划。

上面已经概述了本发明的一些特征和技术优势，以便可以更好地理解接下来的本发明的详细描述。之后将描述本发明的附加特征和优势，它们形成了本发明的权利要求的主题。

附图说明

为了更完整地理解本发明以及其进一步的目的和优势，现在将结合附图来对以下描述进行参考，在附图中：

图1a是根据示例性实施例的钻孔信息管理系统的示意图；

图1b是根据示例性实施例的利用计算机的钻孔信息管理系统的示意图；

图1c是根据示例性实施例的利用存储器设备的钻孔信息管理系统的示意图；

图2是根据示例性实施例的钻杆的横截面图；

图3是根据示例性实施例的用于规划定向钻孔项目的过程的流程图；

图4a是根据示例性实施例的钻孔数据分析过程的流程图；

图4b是根据示例性实施例的利用存储器设备的钻孔数据分析过程的流程图；以及

图5是根据示例性实施例的钻孔预测过程的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图来更完整地描述本发明的各实施例。然而，本发明可以按许多不同形式实现并且不应被解释为限于本文阐述的实施例。

在定向钻孔项目期间，给钻孔操作员提供井路径，该井路径是由工程师和地质学家在钻孔之前预定的。当开始定向钻孔项目时，利用井下仪器进行频繁勘测以提供包括例如井眼的斜度（pitch）和方位角的勘测数据。如本文使用的，术语“斜度”指的是井眼相对于垂直平面的偏离的角度测量。如本文使用的，术语“方位角”指的是投影到水平面上的井眼相对于正北的角度。在一些情况中，诸如例如随钻测量工具（mwd）和随钻记录（lwd）工具之类的工具被添加到钻柱以提供连续的更新测量，允许实时或近实时的监测和调整。

图1a是根据示例性实施例的钻孔信息管理系统的示意图。钻孔信息管理系统100包括耦合到钻杆118的探针组件102。探针组件102与第一计算机106通信。钻孔信息管理系统100还包括可互操作地耦合到第一计算机106的第二计算机108和可互操作地耦合到第二计算机108的数据库110。探针组件102包括电池组111和多个钻孔数据采集仪器，诸如例如定向传感器113和聚焦伽马传感器115，该定向传感器113具有例如三轴磁力计和三轴加速度计。在典型的实施例中，定向传感器113精度为倾斜度大约0.1度以及方位角大约0.3度。在典型的实施例中，聚焦伽马传感器115精度在大约5%内。在典型的实施例中，探针组件102包含在防爆压力筒114中，该防爆压力筒由诸如例如铜铍合金或其他非磁合金的材料构成。探针组件102经由多个减震器和接线片（未明显示出）安装到钻杆118上。在典型的实施例中，钻杆118耦合到邻近的钻杆（未明显示出）以形成钻柱116。

仍参考图1a，第一计算机106例如是井口计算机。第一计算机106包括用户界面119，诸如例如触摸屏。在典型的实施例中，第一计算机106包含在适用于各种钻孔环境（诸如例如在可能爆炸的大气中钻孔）中的防爆外壳中。第一计算机106包括触摸屏键盘121，使得用户能够记录数据，诸如例如钻柱116的长度和钻柱116的位置。在典型的实施例中，第一计算机106能够在大约-20℃和大约45℃之间的温度范围内操作。第一计算机106包括具有图形能力的实时时钟。在操作期间，第一计算机106能够对照规划的孔设计来实时监测实际钻孔。第一计算机106基于例如斜度、方位角和深度来计算孔眼的位置。在其他实施例中，第一计算机106可以连接到布置在例如探针组件102上的多个换能器。第一计算机106可以在钻孔期间监测该多个换能器以获得例如插入压力、水流和旋转速度的测量结果。第一计算机106经由用户界面119显示钻孔计划和轮廓曲线图，执行工具校准，并且可以作为钻孔深度的函数来显示测量结果，诸如例如伽马计数和伽马前刃面（gammatoolface）。此外，第一计算机106还可以显示环境数据，诸如例如温度和振动。在典型的实施例中，第一计算机106能够支持多种语言，诸如例如中文、俄语和英语。

仍参考图1a，在典型的实施例中，第二计算机108包含在防爆外壳中。第二计算机108例如是手持设备；但是，本领域技术人员将认识到可以使用任何适当的数据传输设备。第二计算机108包括具有图形能力的实时时钟并且能够经由无线协议（诸如例如无线局域网（诸如例如wifi^®）或个人区域网络（诸如例如蓝牙^®））将数据传输到第一计算机106和数据库110并且从第一计算机106和数据库110接收数据。但是，在各种可选实施例中，第二计算机108可以经由有线连接（未明显示出）与第一计算机106和数据库110通信。在操作期间，第二计算机108校准探针组件102。在典型的实施例中，探针组件102基于地球的磁场（通常称为“磁方位角”）导出方位角。校准确定磁方位角和由矿山勘测格网导出的方位角（通常称为“格网方位角”）之间的差异。通过沿着格网方位角将探针组件102定向并且比较由探针组件102确定的磁方位角与由勘测员确定的格网方位角来执行校准。在校准期间，沿着纵轴旋转探针组件以获得多个数据点。可以在各个格网方位角处执行若干校准。

仍参考图1a，第二计算机108能够经由显示器123显示计划中的钻孔数据和轮廓图。在典型的实施例中，第二计算机108能够支持多个语言，诸如例如中文、俄语和英语。第一计算机106和第二计算机108已经通过示例被描述为单独的设备；但是，在各种可选实施例中，第一计算机106和第二计算机108可以被组合在单个设备中，诸如例如单个计算机中。

仍参考图1a，第二计算机108包括条形码扫描器120，用于接收与钻孔过程有关的设备信息352（在图3中示出）。设备信息352可以包括例如在钻孔过程中使用的部件和设备的标识，在钻孔期间使用的耗材的标识以及在钻孔期间使用的耗材的量。本领域技术人员将认识到在各种可选实施例中，第二计算机108可以经由任何适当的设备（诸如例如快速响应（qr）代码阅读器或rfid接收器）来接收设备信息352。在钻孔期间，第二计算机108收集项目参数，诸如例如设备的服务的持续时间、在切换期间进行的活动以及产生的设备或钻孔问题的通知。在典型的实施例中，第二计算机108经由例如语音记录或照片来记录设备和钻孔问题的通知。虽然第一计算机106和第二计算机108在图1a中被描述为独立的设备；但是本领域技术人员将认识到，在其他实施例中，第一计算机106和第二计算机108可以被组合在单个设备中，诸如例如单个计算机中。

仍参考图1a，在典型的实施例中，数据库110是虚拟管理数据库；但是，本领域技术人员将认识到，在各种可选实施例中，可以使用任何适当的数据库，诸如例如sql、odbc等。在操作期间，数据库110汇编从第二计算机108接收的信息并且产生例如钻孔曲线图、服务的每日账单，花费与预算比较、估计完成时间和项目费用，项目关键性能指标，耗材订单，部件订单，库存订单，重建安排以及安全和风险管理信息。在各种实施例中，数据库110存储与钻孔过程有关的库存信息。在典型的实施例中，数据库110产生从第二计算机108接收的信息的曲线图，所述信息包括例如相对于计划的孔眼定向，伽马多边形、库存水平、设备使用时间以及时间管理图。数据库110被安装在例如具有多个用户的远程服务器上；但是，在各种可选实施例中，数据库110可以被安装在独立的计算机上。在典型的实施例中，数据库110能够支持多种语言，诸如例如中文、俄语和英语。在操作期间，钻孔信息管理系统100的供应商可以访问存储在数据库110上的信息。供应商可以在例如诊断、孔眼设计、钻孔问题以及设备问题方面帮助钻孔信息管理系统100的用户。此外，供应商可以发送关于例如钻孔信息管理系统100的维修和耗材需求的提醒。

图1b是根据示例性实施例的利用第三计算机的钻孔信息管理系统的示意图。在第二计算机108与数据库110之间的通信不可能的情况下，利用第三计算机152。在典型的实施例中，第三计算机152是独立的不需要互联网连接的数据库管理系统。本地数据库被安装在第三计算机152上。在第三计算机152与数据库110之间的通信是可能的时间段期间，第三计算机152与数据库110同步。在典型的实施例中，第三计算机152经由无线协议（诸如例如无线局域网（诸如例如wifi^®）或个人区域网络（诸如例如蓝牙^®））与数据库通信。在典型的实施例中，第三计算机152能够支持多种语言，诸如例如中文、俄语和英语。在操作期间，第三计算机152汇编从第二计算机108接收的信息并且产生例如钻孔曲线图、服务的每日账单，花费与预算比较、估计完成时间和项目费用，项目关键性能指标，耗材订单，部件订单，库存订单，重建安排以及安全和风险管理信息。在各种可选实施例中，第三计算机152还可以存储与钻孔过程有关的库存信息。

图1c是根据示例性实施例的利用存储器设备的钻孔信息管理系统的示意图。在第二计算机108、数据库110或第三计算机152之间的通信不可能的情况下，耦合到第一计算机106的存储器设备154被利用。在典型的实施例中，存储器设备154可以是非易失性存储器设备，诸如例如通用串行总线（usb）闪存设备，安全数字（sd）卡，紧致闪存（cf）卡或任何其他适当的存储器设备。在操作期间，存储器设备154接收并存储来自第一计算机106的钻孔信息。存储器设备被手动地从第一计算机106断开并耦合到第三计算机152。存储在存储器设备154上的钻孔信息然后被传输到第三计算机152。在其他实施例中，存储器设备耦合到数据库110而不是第三计算机152。

图2是根据示例性实施例的钻杆118的横截面图。钻杆118包括导体202，导体202被同轴地布置在钻杆118内。在典型的实施例中，导体202被布置为使得当例如钻杆118耦合到邻近的钻杆（未明显示出）时建立隔离的电连接。导体202通过定中心器204被横向固定在钻杆118内。定中心器204由至少一个凹槽206固定就位，所述凹槽206在钻杆118的每一端处被切割到钻杆118的内径中。具有o环210的配件208被布置在钻杆118的每一端处。配件208在钻杆118与邻近设备（诸如例如探针组件102（图1a中示出）或邻近钻杆（未明显示出））之间创建基本上水密的连接。在典型的实施例中，导体202用在气体和可能爆炸的环境中是安全的。

现在参考图3，其中示出了根据示例性实施例的用于规划定向钻孔项目的过程的流程图。过程300开始于步骤302。在步骤304，钻孔项目数据被传输到并存储在数据库110上。钻孔项目数据包括例如孔眼计划，项目信息，工具校准信息，特殊指示，库存水平，运送的耗材，以及软件和手动更新。在步骤306，由现场钻孔操作员从数据库110获取钻孔项目数据并将其传输到第二计算机108。在步骤308，现场钻孔操作员将校准数据从第二计算机108传输到第一计算机106。在典型的实施例中，校准数据包括在上面关于图1a描述的校准过程期间收集的数据点。在步骤310，现场钻孔操作员利用条形码扫描器120输入设备信息到第二计算机108中。在步骤312，现场钻孔操作员使用第一计算机106来根据钻孔项目数据执行钻孔计划。虽然步骤312在图3中被描述为在步骤310后发生，但是本领域技术人员将认识到步骤310可以与步骤312同时执行或在步骤312后执行。此外，如图3中所示，步骤310可以在步骤312的执行期间被重复。在步骤314，第一计算机106向探针组件102提供请求信号。该请求信号激活探针组件102内的电池组111（图1a中示出）。在步骤316，探针组件102将勘测信息传输到第一计算机106进行处理。该勘测信息包括例如孔眼名称、射孔数（shotnumber）、左右偏离量、上下偏离量、方位角、斜度、日期、时间以及作为井深的函数的振动和冲击的读数。

仍参考图3，勘测信息还可以包括伽马多边形曲线图，其是特定水平勘测深度处的聚焦伽马读数的图形表示。伽马多边形曲线图是天然本底伽马辐射作为径向坐标以及伽马前刃面作为角坐标的极坐标曲线图。本底伽马辐射通常是以每秒钟计数（cps）来测量的。在特定伽马前刃面处的伽马读数的大小是正被钻孔的岩石的类型和钻柱116到页岩或其他发射伽马的地层的接近度的指示。在典型的实施例中，在各个勘测深度处产生一系列的伽马多边形曲线图。该系列的伽马多边形曲线图允许用户基于cps的差异确定煤层内的相对布置。在步骤318，当勘测信息已经被传输到第一计算机106时，电池组111被去激活并且钻孔开始。过程300在步骤320结束。

现在参考图4a，其中示出了根据示例性实施例的钻孔数据分析过程的流程图。钻孔数据分析过程400开始于步骤402。在步骤404，探针组件102采集钻孔数据，包括例如方向数据、地球物理数据和环境数据。方向数据可以包括例如工具方位角、工具斜度和工具定向中的至少之一。环境数据可以包括例如井下温度、井下磁场、磁场倾角以及振动度量中的至少之一。地球物理数据可以包括例如与地球物理性质（诸如例如伽马计数和伽马前刃面）有关的数据。

仍参考图4a，在步骤406，经由布置在钻杆118中的导体202将钻孔数据传输到第一计算机106。在步骤408，由第一计算机106经由用户界面119显示钻孔数据。第一计算机106可以按照表格以及图形的格式提供从探针组件102收集的钻孔数据，所述格式包括例如钻孔进度曲线图、钻孔对比计划（drill-to-plan）信息、井下温度、井下地球物理数据以及伽马多边形曲线图。

仍参考图4a，在步骤410，由现场钻孔操作员（未明显示出）获取钻孔数据并且将其传输到第二计算机108。在步骤412，第二计算机108收集消耗数据，包括例如使用的耗材的量、使用的部件、钻孔活动和需要的材料。在步骤414，第二计算机108利用消耗数据来产生与钻孔过程有关的操作数据（包括例如设备操作时间（也称为“绿灯时间”）、延迟时间段长度、延迟时间段原因、部件磨损和设备使用时间）以导出维护需求。在步骤416，由第二计算机108经由显示器123显示钻孔数据、消耗数据和操作数据。

仍参考图4a，在步骤418，第二计算机108将钻孔数据、消耗数据和操作数据传输到数据库110。如图1b中所示，在各个实施例中，钻孔数据和消耗数据可以经由第三计算机152被传输到数据库110。在步骤420，数据库110利用钻孔数据、消耗数据和操作数据生成管理数据。在典型的实施例中，管理数据可以包括例如设备和耗材的订购信息、设备和耗材的递送信息、客户账单信息以及性能对预算信息。在步骤422，钻孔管理实体从数据库110获取管理数据。过程400在步骤424结束。

图4b是根据示例性实施例的利用存储器设备的钻孔数据分析过程的流程图。钻孔数据分析过程450开始于步骤452。在步骤454，探针组件102采集钻孔数据，包括例如方向数据、地球物理数据和环境数据。在步骤456，经由布置在钻管118中的导体202将钻孔数据传输到第一计算机106。在步骤458，由第一计算机106经由用户界面119显示钻孔数据。第一计算机106可以按照表格以及图形的格式提供从探针组件102收集的钻孔数据，所述格式包括例如钻孔进度曲线图、钻孔对比计划信息、井下温度、井下地球物理数据以及伽马多边形曲线图。

仍参考图4b，在步骤460，由第一计算机106将钻孔数据存储在存储器设备154上。在步骤462，将存储器设备154从第一计算机106移除并且传输到第三计算机152。在步骤464，将钻孔数据从存储器设备154传输到第三计算机152。在步骤466，第三计算机152使用钻孔数据产生消耗数据，包括例如使用的耗材的量、使用的部件、钻孔活动和需要的材料。在步骤468，第三计算机152利用消耗数据来产生与钻孔过程有关的操作数据，包括例如设备操作时间（也称为“绿灯时间”）、延迟时间段长度、延迟时间段原因、部件磨损和设备维护需求。在步骤470，可以由第三计算机152显示钻孔数据、消耗数据和操作数据。

仍参考图4b，在步骤472，当第三计算机152和数据库110之间的通信是可能的时，第三计算机152将钻孔数据、消耗数据和操作数据传输到数据库110。在步骤474，数据库110利用钻孔数据、消耗数据和操作数据生成管理数据。在典型的实施例中，管理数据包括例如设备和耗材的订购信息、设备和耗材的递送信息、客户账单信息以及性能对预算信息。在步骤476，钻孔管理实体从数据库110获取管理数据。过程450在步骤478结束。

图5是根据示例性实施例的钻孔预测过程的流程图。钻孔数据分析过程500开始于步骤502。在步骤504，钻孔项目数据被传输到并存储在数据库110上。在步骤506，数据库110汇编钻孔需求数据并将钻孔需求数据递送到钻孔管理实体。钻孔需求数据包括例如设备需求预测、耗材需求预测、预计的项目预算、预计的完成时间、当前库存水平和订购需求。

仍参考图5，在步骤508，由现场钻孔操作员（未明显示出）从数据库110获取钻孔项目数据并将其传输到第二计算机108。在步骤510，现场钻孔操作员利用条形码扫描器120输入设备信息到第二计算机108中。在步骤512，现场钻孔操作员将校准数据从第二计算机108传输到第一计算机106。在典型的实施例中，校准数据包括在上面关于图1a描述的校准过程期间收集的数据点。作为示例，在本文中步骤510被描述为在步骤512之前执行；但是，在各个可选实施例中，步骤510和步骤512可以按照任何顺序执行。在步骤514，现场钻孔操作员使用第一计算机106根据钻孔项目数据来执行钻孔计划。在步骤516，第一计算机106向探针组件102提供请求信号。该请求信号激活探针组件102内的电池组111（图1a中示出）。在步骤518，探针组件102从钻孔环境获得钻孔数据。在典型的实施例中，钻孔数据包括例如方向数据、地球物理数据和环境数据。方向数据包括例如工具方位角、工具斜度和工具定向的至少之一。环境数据包括例如井下温度、井下磁场、磁场倾角以及振动度量的至少之一。地球物理数据可以包括与地球物理性质（诸如例如伽马计数和伽马前刃面）有关的数据。

仍参考图5，在步骤520，经由布置在钻管118中的导体202将钻孔数据传输到第一计算机106。在步骤522，由第一计算机106经由用户界面119显示钻孔数据。第一计算机106例如以表格以及图形的格式提供从探针组件102收集的钻孔数据，所述格式包括例如钻孔进度曲线图、钻孔对比计划信息、井下温度以及井下地球物理数据。在步骤524，由现场钻孔操作员（未明显示出）获取钻孔数据并且将其传输到第二计算机108。在步骤526，第二计算机108经由条形码扫描器120收集消耗数据，包括例如使用的耗材的量、使用的部件、钻孔活动和需要的材料。在步骤528，第二计算机108利用消耗数据来产生与钻孔过程有关的操作数据，包括例如设备操作时间（也称为“绿灯时间”）、延迟时间段长度、延迟时间段原因、部件磨损和设备维护需求。在步骤530，由第二计算机108经由显示器123显示钻孔数据、消耗数据和操作数据。

仍参考图5，在步骤532，第二计算机108将钻孔数据、消耗数据和操作数据传输到数据库110。如图1b中所示，在各个实施例中，钻孔数据、消耗数据以及操作数据可以经由第三计算机152传输到数据库110。在步骤534，数据库110利用钻孔数据、消耗数据和操作数据生成管理数据。管理数据包括例如设备和耗材的订购信息、设备和耗材的递送信息、客户账单信息以及性能对预算信息。在步骤536，数据库110使钻孔数据和消耗数据与钻孔需求数据一致以产生操作变化数据。操作变化数据包括例如相对于预算的成本变化、相对于预测的需求的耗材变化，以及相对于预测的完成时间的持续时间变化。在步骤538，钻孔管理实体从数据库110获取管理数据和操作变化数据。过程500在步骤540结束。

虽然在附图中示出并在前述说明书中描述了本发明的方法和系统的各个实施例，但是要理解的是，本发明不限于公开的实施例，而是在不脱离如本文所述的本发明的精神和范围的情况下能够有许多重新布置、修改和替换。意图是说明书和示例仅被认为是示例性的。