Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА, СПОСОБ И КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПРОГРАММНЫЙ ПРОДУКТ ДЛЯ СИМУЛЯЦИИ СЦЕНАРИЕВ СОБЫТИЯ БУРЕНИЯ

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Перекрестные ссылки на родственные заявки

Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США № 13/546,571, поданной 11 июля 2012, содержимое которой специально включено в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение в общем относится к симуляторам забоя скважины и, более конкретно, к системе для симуляции задержанного давления в кольцевом пространстве и движения устья скважины во время сценариев события бурения на забое скважины.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Существование задержанного давления в кольцевом пространстве и движения устья скважины, вызванные температурами добычи, известно в промышленности. Обычно аналитикам приходится вручную вычислять увеличение задержанного давления в кольцевом пространстве, вызванное температурами добычи, или использовать электронные таблицы или другие алгоритмы вычисления для примерного определения результата. Однако ни одно из этих усилий не предоставляет гарантию требуемого качества для таких сложных вычислений. Более того, эти подходы сфокусированы на событиях добычи, тем самым полностью игнорируя влияние температуры и давления на забое скважины, которые оказывают на скважину во время операции бурения.

Соответственно ввиду вышеприведенных недостатков в данной области техники есть необходимость в систематической методологии рабочего процесса, которая прогнозирует и/или определяет влияние температуры и давления, которые оказывают на задержанное давление в кольцевом пространстве и движение устья скважины во время операции бурения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 иллюстрирует блок-схему системы симуляции забоя скважины согласно примерному варианту осуществления изобретения.

Фиг. 2 является схемой последовательности операций, иллюстрирующей поток данных, ассоциированный с примерной методологией изобретения.

Фиг. 3A и 3B являются снимками экрана для окон начальных и конечных условий задержанного давления в кольцевом пространстве и истории нагрузки при движении устья скважины согласно примерному варианту осуществления изобретения.

Фиг. 4A и 4B являются снимками экрана, иллюстрирующими полную и частичную конфигурацию ствола скважины согласно примерному варианту осуществления изобретения.

Фиг. 5A иллюстрирует сводную таблицу расширения флюидов в кольцевом пространстве многорядной колонны, произведенную согласно примерному варианту осуществления изобретения.

Фиг. 5B иллюстрирует табличные результаты по фиг. 5A в графической форме согласно примерному варианту осуществления изобретения.

ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Иллюстративные варианты осуществления и родственные методологии изобретения описаны ниже, так как они могут быть использованы в системе для симуляции задержанного давления в кольцевом пространстве и движения устья скважины во время сценариев (бурения) на забое скважины. В интересах ясности не все признаки действительной реализации или методологии описаны в этом описании. Конечно будет понятно, что при разработке любого такого действительного варианта осуществления, огромное количество характерных для реализации решений должно быть принято для достижения конкретных целей разработчиков, таких как согласованность с ограничениями, относящимися к системе и относящимися к бизнесу, которые будут варьироваться от одной реализации к другой. Более того, будет понятно, что такие усилия по разработке могут быть сложными и затратными по времени, но все же будут рутинной задачей для специалистов в данной области техники, имеющих преимущество этого раскрытия. Дополнительные аспекты и преимущества различных вариантов осуществления и родственных методологий изобретения станут понятны из рассмотрения нижеследующего описания и чертежей.

Фиг. 1 показывает блок-схему системы 100 симуляции забоя скважины согласно примерному варианту осуществления изобретения. В одном варианте осуществления система 100 симуляции забоя скважины включает в себя по меньшей мере один процессор 102, невременное компьютерно-читаемое хранилище 104, приемопередатчик/модуль 105 сетевой связи, опциональные устройства 106 I/O и опциональный дисплей 108, все взаимосоединенные системной шиной 109. Программные инструкции, исполняемые процессором 102 для реализации программных инструкций, хранящихся внутри симулятора 110 забоя скважины в соответствии с примерными вариантами осуществления, описанными в настоящем документе, могут храниться в хранилище 104 или некотором другом компьютерно-читаемом носителе.

Хотя на фиг. 1 явным образом не показано, будет понятно, что система 100 симуляции забоя скважины может быть соединена с одной или более публичными и/или частными сетями посредством соответствующих сетевых соединений. Также будет понятно, что программные инструкции, содержащие симулятор 110 забоя скважины, могут также быть выгружены в хранилище 104 с CD-ROM или других соответствующих носителей информации посредством проводных или беспроводных средств.

Фиг. 1 дополнительно иллюстрирует блок-схему симулятора 110 забоя скважины согласно примерному варианту осуществления изобретения. Как будет описано ниже, симулятор 110 забоя скважины содержит модуль 112 прогнозирования бурения, модуль 114 прогнозирования добычи, модуль 116 напряжения обсадной трубы, модуль 118 напряжения насосно-компрессорной колонны и модуль 120 многорядной колонны. На основе входных переменных, которые описаны ниже, алгоритмы различных модулей комбинируются для выработки рабочего процесса анализа устья скважины по изобретению.

Модуль 112 прогнозирования бурения симулирует, или моделирует, события бурения и ассоциированные характеристики скважины, такие как температурные и барические условия бурения, присутствующие на забое скважины во время операций каротажа, подъема и опускания трубы, операций с обсадными трубами и цементирования. Модуль 114 прогнозирования добычи моделирует события добычи и ассоциированные характеристики скважины, такие как температурные и барические условия добычи, присутствующие на забое скважины во время операций циркуляции, добычи и закачки. Модуль 116 напряжения обсадной трубы моделирует напряжения, вызванные нагрузками, созданными изменениями от начальных до конечных температурных и барических условий, воздействующих на обсадную трубу. Модуль 118 напряжения насосно-компрессорной колонны симулирует напряжения, вызванные нагрузками, созданными изменениями от начальных до конечных температурных и барических условий, воздействующих на насосно-компрессорную колонну. Смоделированные данные, принятые от вышеуказанных модулей, затем подаются в модуль 120 многорядной колонны, который анализирует и затем моделирует расширение флюидов в кольцевом пространстве и движение устья скважины, присутствующие в системе, заданной первоначальными входными переменными. Специалисты в данной области техники, имеющие преимущество этого раскрытия, понимают, что есть разнообразные алгоритмы моделирования, которые могут быть использованы для достижения результатов вышеуказанных модулей.

Фиг. 2 иллюстрирует поток данных системы 100 симуляции забоя скважины согласно примерной методологии изобретения. На этапе 200 механическая конфигурация скважины задается с использованием ручных или автоматических средств. Например, пользователь может ввести переменные скважины посредством устройства 106 I/O и дисплея 108. Однако переменные могут также быть приняты посредством модуля 105 сетевой связи или вызваны из памяти процессором 102. В этом примерном варианте осуществления входные переменные задают конфигурацию скважины, такие как, например, число колонн, размеры обсадной трубы и скважины, флюиды за каждой колонной, типы цемента, и ненарушенные статичные температуры на забое скважины. На основе этих входных переменных на этапе 202 с использованием модуля 112 прогнозирования бурения процессор 102 моделирует температурные и барические условия, присутствующие во время операций бурения, каротажа, подъема и опускания трубы, операций с обсадными трубами и цементирования. На этапе 204 процессор 102 затем выводит начальные температуру и давление бурения для ствола скважины.

Дополнительно обращаясь к фиг. 2, на этапе 206 процессор 102 выводит «конечные» температуру и давление бурения. Здесь «конечные» может также относиться к текущим температуре и давлению бурения для ствола скважины, если изобретение используется для анализирования ствола скважины в реальном времени. Если это такой случай, «конечными» температурой и давлением будут текущие температура и давление ствола скважины во время этой конкретной стадии операции бурения, которую пытаются симулировать. Более того, изобретение может быть использовано для моделирования определенного этапа бурения или другой операции. Если так, выбранная операционная стадия будет диктовать «конечные» температуру и давление.

Значения начальных и конечных температуры и давления бурения затем подаются в модуль 116 напряжения обсадной трубы, где процессор 102 симулирует напряжения на колоннах обсадных труб, вызванные нагрузками, созданными изменениями от начальных до конечных температурных и барических условий, воздействующих на эти колонны обсадных труб, на этапе 208. На этапе 210 процессор 102 тогда выводит начальные условия нагружения механического опускания обсадной трубы в модуль 120 многорядной колонны (этап 230).

Обращаясь к этапу 206, конечные температура и давление бурения были определены. В дальнейшем на этапе 212 процессор 102 тогда определяет, является ли конечное событие, которое требуется смоделировать, введенное посредством интерфейса 106, 108, операцией бурения. Если ответ «да», процессор 102 тогда вычисляет, что на этапе 214 была выбрана частичная механическая конфигурация, и самые последние, или конечные, данные о температуре и давлении бурения (этап 206) выводятся в модуль 120 многорядной колонны (этап 230). Однако, если ответ «нет», процессор 102 тогда вычисляет, что требуемой симуляцией не является операция бурения, и этот участок алгоритма останавливается на этапе 219.

Все еще обращаясь к примерной методологии по фиг. 2, на этапе 202 процессор 102 смоделировал температурные и барические условия бурения, присутствующие во время операций бурения, каротажа, подъема и опускания трубы, операций с обсадным трубами и цементирования. В дальнейшем на этапе 218 эти переменные подаются в модуль 114 прогнозирования добычи, где процессор 102 симулирует температурные и барические условия добычи во время операций, таких как операции циркуляции, добычи и закачки. На этапе 220 процессор определяет конечные температуру и давление добычи на основе анализа на этапе 218. На этапе 222 процессор 102 тогда определяет, является ли требуемое событие, которое следует симулировать, событием добычи. Если ответ «да», процессор 102 тогда вычисляет, что полную механическую конфигурацию скважины следует симулировать на этапе 224, и все данные симуляции вводятся в модуль 120 многорядной колонны (этап 230). Однако, если ответ «нет», этот участок алгоритма останавливается на этапе 219.

Обращаясь к этапу 218, после того, как температурные и барические условия добычи были смоделированы, данные подаются в модуль 118 напряжения насосно-компрессорной колонны на этапе 226. Здесь процессор 102 симулирует напряжения насосно-компрессорной колонны, вызванные нагрузками, созданными изменениями от начальных до конечных температурных и барических условий, воздействующих на напряженное состояние насосно-компрессорной колонны. В дальнейшем на этапе 228 процессор 102 выводит начальные условия нагружения механического опускания насосно-компрессорной колонны на этапе 228, и эти данные подаются в модуль 120 многорядной колонны (этап 230). На этапе 230 теперь эти все необходимые данные были поданы в модуль 120 многорядной колонны, конечный (или самый последний) анализ и симуляция системы скважины выполняется процессором 102 для того, чтобы определить расширение флюидов в кольцевом пространстве (т.е. задержанные давления в кольцевом пространстве) и движение устья скважины. Соответственно методология, проиллюстрированная на фиг. 2, может быть использована для симуляции как завершенной, так и частичной конструкций скважины, если требуется, даже в реальном времени посредством связывания конечных термических рабочих условий с событиями бурения.

Также следует отметить, что примерная методология, описанная на фиг. 2, может предусматривать другие рабочие процессы, чем проиллюстрированы здесь. Например, как только начальные и конечные температуры/давления бурения были определены на этапах 204 и 206, они могут быть поданы в модуль 120 многорядной колонны на этапе 230 для того, чтобы определить задержанные давления в кольцевом пространстве. Соответственно обычные специалисты в данной области техники, имеющие преимущество этого раскрытия, понимают, что есть рабочие процессы, отличные от рабочего процесса, описанного ранее, которые могут быть выполнены с использованием изобретения.

Как описано ранее, чтобы провести анализ многорядной колонны с использованием примерных вариантов осуществления изобретения, сначала задаются операции бурения и добычи для того, чтобы установить начальные и конечные температурные условия обсадной трубы и насосно-компрессорной колонны соответственно для каждой колонны. В этой связи примерные варианты осуществления изобретения предоставляют пользовательский интерфейс приложения, который связывает конечные/текущие термальные и барические рабочие условия со сценариями бурения и добычи.

В примерном варианте осуществления изобретения, когда операция бурения является требуемым событием для моделирования, список вычисленных операций бурения (вычисленных модулем 112 прогнозирования бурения на этапе 202) отображается в выпадающем списке конечных условий в интерфейсе 300 по фиг. 3A и 3B. Интерфейс 300A, также называемый как детальная каротажная диаграмма расширения флюидов в кольцевом пространстве модуля многорядной колонны, используется для осуществления выбора списка вычисленных операций бурения, исходя из которых моделируются задержанные давления в кольцевом пространстве вдоль скважины. Как показано, есть окно 306 для задания начальных условий и вариантов, таких как варианты колонн, начальных операций бурения и кольцевого пространства. В дополнение для каждого интервала бурения могут быть выбраны бурение, циркуляция, подъем из скважины («POOH»), продавленный цемент и частичные периоды бурения с ожиданием затвердевания цемента и т.д. Окно 302 обеспечивает возможность выбора конечных условий, которыми могут быть разнообразные стадии, такие как, например, бурение, циркуляция до POOH, подъем и опускание бурильной колонны или другие операции бурения. Интерфейс 300B, также называемый как детальная каротажная диаграмма движение устья скважины модуля многорядной колонны, используется для осуществления выбора списка вычисленных операций бурения, исходя из которых моделируются движения устья скважины. Окно условий нагрузки используется для задания характеристик нагрузки скважины, как проиллюстрировано.

Примерные варианты осуществления изобретения также предоставляют итеративную логику зависимости между числом колонн, присутствующих в скважине во время выбранного события бурения, начальных условий и конечных условий. Например, если конечным условием 302, выбранным посредством интерфейса 300A, является операция бурения, соответствующая бурильная труба, используемая во время события бурения, включается в текущий список колонн, присутствующих в стволе скважины во время событие бурения, таким образом, обеспечивая возможность для симуляции скважины в реальном времени. Если было выбрано такое событие бурения, условие 304 вентилируемого кольцевого пространства (для пути потока, ассоциированного с событием бурения) может быть предположено системой 100 симуляции забоя скважины для целей анализа задержанного давления в кольцевом пространстве. В альтернативном варианте, однако, выбранным конечным событием может также быть событие добычи.

Фиг. 4A и 4B иллюстрируют снимки экрана полной и частичная конфигурации скважины соответственно согласно примерным вариантам осуществления изобретения. Используя отображаемое схематичное изображение скважины, либо полное, либо частичное, выбираются колонны, требуемые для использования в механизме вычислений симулятора 110, так, чтобы процессор 102 мог начать анализ соответствующих данных. Соответственно на этапе 200 после выбора конфигурации скважины и условий нагружения, соответствующая конфигурация отображается как показано на фиг. 4A или 4B. Здесь проиллюстрированы различные колонны, их конфигурации и соответствующие глубины.

Для того, чтобы обеспечить возможность для моделирования частичных конфигураций скважины, таких как конфигурации, проиллюстрированные на фиг. 4B, примерные варианты осуществления симулятора 110 забоя скважины включают в себя подходящий для работы алгоритм индексации, который удаляет требуемые необязательные трубы, описанные в описании полной конфигурации скважины (фиг. 4A), но не присутствующие в стволе скважины во время выбранного конечного события бурения. Для достижения этого симулятор 110 забоя скважины динамически создает скважину со всеми колоннами, используемыми в текущей операции. Этот динамический объект скважины содержит реализацию для отображения индексов колонн текущей операции в полную конфигурацию скважины. При подсчете колонн для входных данных, подаваемых в механизм инженерных вычислений, используемый симулятором 110, процессор 102 игнорирует колонны, которые должны быть исключены. Процессор 102 следует аналогичному процессу для отображения внутренних диаметров колонн в файле результатов в индексы внутри памяти. Следовательно, процессор 102 генерирует файл входных данных с внутренними трубами, должным образом удаленными с помощью алгоритма индексации, определенного ранее. Результирующий файл входных данных является логически непротиворечивым и используемым механизмом инженерных вычислений (например, процессором 102) для определения других переменных, включающих в себя, например, флюиды, подвески, натяжители, захваты, параметры запорного кольца, вентилирование, стравливание объема, газовая шапка, давление разгерметизации, начальная температура, конечная температура, расширение флюидов в кольцевом пространстве, начальное давление, конечное давление, нагрузки устья скважины и входы натяжителя и т.д., как будет понятно обычным специалистам в данной области техники, имеющим преимущество этого раскрытия.

В примерах, когда конечным условием 302 является операция бурения, данные насосно-компрессорной колонны/давления во входных файлах представляют бурильную трубу. Фиг. 4B иллюстрирует такое представление, в котором данные насосно-компрессорной колонны/давления во входном файле будут представлять бурильную трубу 402. Также, при определенных событиях бурения нет бурильной трубы в секции необсажденной скважины (например, каротаж, и т.д.).

В этой связи процессор 102 игнорирует присутствие колонны, воздействующей на инженерные вычисления расширения флюидов в кольцевом пространстве и движения устья скважины.

В другом примерном варианте осуществления изобретения начальное условие события бурения будет отображать интервалы бурения с применимыми периодами времени для того, чтобы корректно применить температурные и барические условия для периода бурения в пределах события бурения. Если конечной операцией является бурение, отображается механическая конфигурация, относящаяся к конечному событию бурения, учитываемому процессором 102, показывающая удаленные ненужные внутренние колонны (фиг. 4B).

Фиг. 5A иллюстрирует сводную таблицу 500 события бурения с расширением флюидов в кольцевом пространстве многорядной колонны, произведенную согласно примерному варианту осуществления изобретения, как отображено на дисплее 108. Табличные отчеты для каждого кольцевого пространства, подверженного воздействию задержанного давления в кольцевом пространстве, величина возрастающего давления AFE (расширения флюидов в кольцевом пространстве), также как и ассоциированного возрастающего объема, по каждой области (межколонное кольцевое пространство может быть поделено на изолированные области кольцевого пространства) каждого межколонного кольцевого пространства. Также, на фиг. 5A система 100 симуляции забоя скважины дает сводный отчет о событии бурения со смещением движения устья многорядной скважины, с подробностями о результатах смещения устья скважины (увеличение по каждой нагрузке и накопленную).

Фиг. 5B иллюстрирует табличные результаты по фиг. 5A в графической форме, отображаемые на дисплее 108, для простоты визуализации согласно примерному варианту осуществления изобретения. Как показано, давления 502 иллюстрируют задержанные давления в кольцевом пространстве для каждого кольцевого пространства, и стрелка 504 обозначает смещение устья скважины.

Соответственно примерные варианты осуществления изобретения могут быть использованы для проведения общего анализа системы скважины во время фазы проектирования или в реальном времени. Они также могут быть использованы для анализа влияния термального расширения флюидов кольцевого пространства и/или влияния нагрузок, прилагаемых к устью скважины во время периода эксплуатации скважины, также как и воздействия нагрузки на целостность трубных элементов скважины. Изобретение дополнительно определяет давления из-за расширения флюидов кольцевого пространства и позиции (например, смещения) устья скважины во время операции бурения. Соответственно давления нагрузки и значения ассоциированного смещения устья скважины используются для определения целостности заданного набора трубных элементов скважины в завершенной скважине или во время операции бурения.

Хотя были показаны и описаны различные варианты осуществления и методологии, изобретение не ограничено такими вариантами осуществления и методологиями, и будет понятно включение всех модификаций и вариаций, как будет понятно специалистам в данной области техники. Вследствие этого следует понимать, что изобретение не ограничено конкретными раскрытыми формами. Скорее, целью изобретения является покрыть все модификации, эквиваленты и альтернативные варианты, попадающие в пределы сущности и объема изобретения, как задано посредством формулы изобретения.