Раскрыты система и способ направления бурового долота, которые обеспечивают модификацию стохастического движения бурового долота или отклоняющее воздействие на стохастическое движение бурового долота для изменения направления бурения, обеспечиваемого системой бурения. Осуществляют мониторинг направления бурового долота для определения совпадения направления с предпочтительным направлением. Если направление не достаточно близко к предпочтительному или заданному направлению, можно обеспечить управление стохастическим движением бурового долота в стволе скважины и/или может быть осуществлена концентрация движений бурового долота или отклоняющее воздействие на движение бурового долота под действием бокового усилия, действующего на буровое долото для направления бурения, для изменения направления бурения с целью его приближения к предпочтительному направлению. Может быть использован любой из механизмов управления стохастическим перемещением или механизмов отклоняющего воздействия. В некоторых вариантах осуществления могут быть использованы обычные механизмы управления направлением перемещения в дополнение к механизмам управления стохастическим движением или отклоняющего воздействия на боковое усилие.

[0001] Способ управления системой наклонно-направленного бурения, содержащий оборудование низа бурильной колонны, включающее в себя буровое долото для наклонно-направленного бурения ствола скважины в пласте земли, содержащий следующие стадии:

[0002] Способ по п.1, в котором буровое долото способно создавать боковое усилие вращения вдоль фиксированного направления относительно бурового долота в процессе бурения.

[0003] Способ по п.1, дополнительно содержащий использование по меньшей мере одной из системы "point-the-bit" и системы "push-the-bit" для создания бокового усилия, действующего на буровое долото.

[0004] Способ по п.1, дополнительно содержащий обеспечение связи с заданной конечной точкой с места на поверхности земли.

[0005] Машиночитаемый носитель, содержащий машинно-выполняемые команды для осуществления машинно-реализуемого способа управления системой наклонно-направленного бурения для наклонно-направленного бурения ствола скважины в пласте земли по п.1.

[0006] Система направления бурового долота, предназначенная для оказания воздействия на неустойчивое движение бурового долота для обеспечения направленного бурения буровым долотом в заранее заданном направлении относительно земли, содержащая генератор бокового усилия для создания бокового усилия на буровое долото, механизм отклоняющего воздействия для отклонения созданного генератором бокового усилия посредством усиления составляющих радиального движения бурового долота в заданном направлении бурового долота относительно земли и содержащий стационарный относительно ствола скважины комплект калибрующих элементов, неконцентрически присоединенных к буровому долоту, датчик направления для определения направления бурового долота в скважине, управляющее устройство для сравнения заданного направления с направлением, определенным датчиком, при этом механизм отклоняющего воздействия способен приводиться в действие, когда определенное датчиком направление отклоняется от заданного направления или диапазона заданных направлений.

[0007] Система направления бурового долота по п.6, в которой генератор бокового усилия содержит буровое долото, способное прилагать боковое усилие вращения вдоль фиксированного направления относительно бурового долота, и механизм отклоняющего воздействия способен обеспечить отклоняющее воздействие на боковое усилие вращения, в результате чего буровое долото способно стремиться повернуться по направлению к заданному направлению.

[0008] Система по п.6, в которой буровое долото способно действовать как генератор бокового усилия и создавать боковое усилие вращения вдоль фиксированного направления относительно бурового долота.

[0009] Система направления бурового долота по п.6, в которой управляющее устройство расположено в скважине.

[0010] Система направления бурового долота по п.6, в которой заданное направление определено на поверхности и передано оборудованию низа бурильной колонны.

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение относится в целом к бурению скважины и, но не в качестве ограничения, к управлению направлением при бурении скважины.

Во многих отраслях часто желательно осуществить наклонно-направленное бурение скважины в пласте земли или бурение скважины с отбором керна в подземных пластах с тем, чтобы буровая скважина и/или скважина для отбора керна могли обходить и/или проходить через залежи и/или резервуары в пласте для достижения заданной цели в пласте и/или тому подобном. При бурении скважин или бурении с отбором керна в подземных пластах иногда желательно обеспечить возможность изменения направления и управления направлением бурения, например для направления буровой скважины к заданной цели или для обеспечения горизонтального направления в пределах зоны, содержащей углеводороды, как только цель будет достигнута. Также может быть желательным корректировать отклонения от заданного направления при бурении прямолинейного ствола скважины или для регулирования направления ствола скважины для избежания препятствий.

Например, в нефтегазодобывающей отрасли, например, буровую скважину могут бурить так, чтобы она пересекала определенный подземный пласт в определенном месте. В некоторых процессах бурения для бурения заданной буровой скважины траектория бурения в пласте земли может быть запланирована заранее, и обеспечивается возможность управления системой бурения для обеспечения соответствия данной траектории. В других процессах или в комбинации с предыдущими процессами цель для буровой скважины может быть определена, и может быть осуществлен мониторинг хода бурения скважины в пласте земли в процессе бурения, и могут быть предприняты шаги для обеспечения того, что скважина достигнет заданной цели. Кроме того, работой системы бурения можно управлять для обеспечения экономичного бурения, т.е. бурения в пласте земли с максимально возможной скоростью, бурения, уменьшающего износ долота, оптимального бурения в пласте земли и оптимального износа долота и/или т.п.

Один вариант бурения называется "наклонно-направленным бурением". Наклонно-направленное бурение представляет собой преднамеренное отклонение буровой скважины/ствола скважины от траектории, которую скважина/ствол скважины имели бы естественным образом. Другими словами, наклонно-направленное бурение представляет собой управление направлением перемещения бурильной колонны так, чтобы она перемещалась в заданном направлении.

Наклонно-направленное бурение предпочтительно при бурении в открытом море, поскольку оно обеспечивает возможность бурения многих скважин с одной платформы. Наклонно-направленное бурение также обеспечивает возможность горизонтального бурения в резервуаре. Горизонтальное бурение обеспечивает возможность того, что ствол скважины большей длины пересекает резервуар, что повышает нефтеотдачу из скважины.

Система наклонно-направленного бурения также может с равным успехом использоваться на операции вертикального бурения. Часто буровое долото будет отклоняться от запланированной траектории бурения из-за непредсказуемого характера пластов, через которые проходит долото, или из-за изменяющихся сил, которые воздействуют на буровое долото. Когда возникает подобное отклонение, система наклонно-направленного бурения может быть использована для возврата бурового долота к заданному направлению.

Процесс мониторинга для наклонно-направленного бурения буровой скважины может включать в себя определение местоположения бурового долота в пласте земли, определение ориентации бурового долота в пласте земли, определение нагрузки на буровое долото в системе бурения, определение скорости бурения в пласте земли, определение свойств пробуриваемого пласта земли, определение свойств подземного пласта, окружающего буровое долото, прогнозирование для определения свойств пластов, находящихся впереди бурового долота, сейсмический анализ пласта земли, определение свойств резервуаров и т.д. вблизи бурового долота, измерение давления, температуры и/или т.п. в буровой скважине и/или вокруг буровой скважины и/или т.п. В любом процессе для наклонно-направленного бурения буровой скважины независимо от того, является ли он отслеживанием заранее запланированной траектории, мониторингом процесса бурения и/или условий бурения и/или т.п., необходимо обеспечивать возможность управления направлением перемещения системы бурения.

Силы, которые действуют на буровое долото во время операции бурения, включают силу тяжести, крутящий момент, развиваемый долотом, торцевую нагрузку, приложенную к долоту, и изгибающий момент от бурового оборудования. Данные силы совместно с типом пробуриваемых пластов и наклоном пластов относительно ствола скважины могут создавать сложную систему взаимодействующих сил в процессе бурения.

Система бурения может включать в себя систему "роторного бурения", в которой оборудование нижней части бурильной колонны, включая буровое долото, соединено с бурильной колонной, которая может быть приведена в действие/приведена во вращение от буровой платформы. В системе роторного бурения наклонно-направленное бурение буровой скважины может быть обеспечено посредством изменения таких факторов, как нагрузка на долото, частота вращения и т.д.

Что касается роторного бурения, то известные способы наклонно-направленного бурения включают в себя использование роторной управляемой системы. В роторной управляемой системе бурильную колонну приводят во вращение с поверхности, и скважинные устройства обеспечивают бурение буровым долотом в заданном направлении. Вращение бурильной колонны обеспечивает значительное уменьшение частоты возникновений подвешивания или прихватывания бурильной колонны во время бурения.

Роторные управляемые системы бурения, предназначенные для бурения наклонных буровых скважин в пласте, могут быть в целом классифицированы как системы "point-the-bit" или как системы "push-the-bit". В системе "point-the-bit" ось вращения бурового долота отклоняется от локальной оси оборудования низа бурильной колонны, по существу, в направлении новой скважины. Скважина удлиняется в соответствии с обычной геометрией с тремя точками контакта, определяемой точками касания верхнего и нижнего стабилизаторов и буровым долотом. Угол отклонения оси бурового долота в сочетании с конечным расстоянием между буровым долотом и нижним стабилизатором приводит к неколлинеарному состоянию, необходимому для образования кривой. Существует много способов, которыми это может быть достигнуто, включая фиксированный изгиб [неподвижный коленчатый патрубок] в том месте в оборудовании низа бурильной колонны, которое находится рядом с нижним стабилизатором, или изгибание приводного вала бурового долота, распределяемое между верхним и нижним стабилизаторами.

Управление положением долота может включать в себя использование скважинного двигателя для приведения бурового долота во вращение, при этом двигатель и буровое долото смонтированы на бурильной колонне, которая включает в себя угловой фитинг. В подобной системе буровое долото может быть присоединено к двигателю посредством шарнирного или поворотного механизма/соединения, скважинного кривого переводника или т.п., при этом буровое долото может быть наклонено относительно двигателя. Когда требуется изменение направления бурения, вращение бурильной колонны может быть прекращено, и долото посредством использования скважинного двигателя может быть установлено в стволе скважины в требуемом направлении, и вращение бурового долота может обеспечить начало бурения в заданном направлении. При такой конструкции направление бурения зависит от углового положения бурильной колонны.

При управлении положением системы с долотом в его идеализированном виде не требуется, чтобы буровое долото осуществляло врезание в боковом направлении, поскольку ось долота непрерывно вращается в направлении криволинейной скважины. Примеры роторных управляемых систем типа "point-the-bit" и того, как они работают, описаны в публикациях заявок на патент США № № 2002/0011359; 2001/0052428 и патентах США № № 6394193; 6364034; 6244361; 6158529; 6092610 и 5113953, которые все включены в данное описание путем ссылки.

В системах и способах "push-the-bit" используется приложение силы к стенке ствола скважины для изгибания бурильной колонны и/или приложение усилия к буровому долоту для бурения в предпочтительном направлении. В роторной управляемой системе типа "push-the-bit" требуемое состояние неколлинеарности достигается посредством обеспечения приложения силы или создания смещения посредством механизма в направлении, которое имеет предпочтительную ориентацию относительно направления распространения скважины. Существует много способов, которыми это может быть осуществлено, включая подходы, базирующиеся на отсутствии вращения (относительно ствола скважины) и смещении, а также эксцентриковые исполнительные механизмы, которые обеспечивают приложение силы к буровому долоту в заданном управляемом направлении. Управление направлением перемещения также обеспечивается посредством создания неколлинеарности между буровым долотом и, по меньшей мере, двумя другими точками касания. Требуется, чтобы в его идеализированном виде буровое долото осуществляло врезание в боковом направлении для образования криволинейной скважины. Примеры роторных управляемых систем типа "push-the-bit" и того, как они работают, описаны в патентах США № № 5265682; 5553678; 5803185; 6089332; 5695015; 5685379; 5706905; 5553679; 5673763; 5520255; 5603385; 5582259; 5778992; 5971085, которые все включены в данное описание путем ссылки.

Известные варианты роторных управляемых систем снабжены механизмом "вращения в противоположном направлении", который вращается в направлении, противоположном по отношению к направлению вращения бурильной колонны. Как правило, вращение в противоположном направлении осуществляется с той же частотой, что и вращение бурильной колонны, так что секция, вращающаяся в противоположном направлении, сохраняет одно и то же угловое положение относительно внутреннего пространства буровой скважины. Поскольку секция, вращающаяся в противоположном направлении, не вращается относительно ствола скважины, специалисты в данной области техники часто называют ее "геостационарной". В данном описании не делается никакого различия между терминами "вращающийся в противоположном направлении" и "геостационарный".

В системе "push-the-bit", как правило, используется или внутренний, или наружный стабилизатор вращения в противоположном направлении. Стабилизатор вращения в противоположном направлении остается под фиксированным углом (или геостационарным) относительно стенки ствола скважины. Когда направление буровой скважины должно быть изменено, исполнительный механизм обеспечивает поджим башмака к стенке ствола буровой скважины в направлении, противоположном по отношению к заданному отклонению. В результате обеспечивается принудительное смещение бурового долота в заданном направлении.

Усилие, создаваемое исполнительными механизмами/башмаками, уравновешивается усилием, вызывающим изгибание оборудования низа бурильной колонны, и создается сила реакции, действующая посредством исполнительных механизмов/башмаков на противоположную сторону оборудования низа бурильной колонны, и сила реакции действует на резцы бурового долота, в результате чего осуществляется управление направлением скважины. В некоторых ситуациях сила, действующая со стороны башмаков/исполнительных механизмов, может быть достаточно большой, что может вызвать эрозию пласта там, где применяется система.

Например, в системе Schlumberger ™ Powerdrive ™ используются три башмака, расположенные вокруг секции оборудования низа бурильной колонны с возможностью их синхронного "развертывания" (перевода в рабочее положение) от оборудования низа бурильной колонны для толкания долота в некотором направлении и управления направлением пробуриваемой скважины. В данной системе башмаки смонтированы рядом с долотом, на расстоянии 1-4 фута (0,3048-1,2392 м) за долотом и приводятся в действие/в движение потоком бурового раствора, отбираемого из циркулирующего бурового раствора. В других системах нагрузка на долото, создаваемая системой бурения, или отклоняющий клин, или т.п. могут быть использованы для направления системы бурения в стволе скважины.

Несмотря на то, что системы и способы приложения силы к стенке ствола буровой скважины и использования сил реакции для толкания бурового долота в определенном направлении или смещения долота в заданном направлении могут быть использованы вместе с системами бурения, включая систему роторного бурения, данные системы и способы могут иметь недостатки. Например, подобные системы и способы могут потребовать приложения больших сил к стенке ствола буровой скважины для изгибания бурильной колонны и/или направления бурового долота в стволе скважины; подобные силы могут составлять порядка 5 кН или более, что может потребовать создания больших/сложных скважинных двигателей или т.п. Кроме того, во многих системах и способах может использоваться неоднократное принудительное выдвигание башмаков/исполнительного механизма наружу в стенку ствола буровой скважины при вращении оборудования низа бурильной колонны для создания сил реакции, вызывающих толкание бурового долота, что может потребовать сложных/дорогостоящих/характеризующихся высокими эксплуатационными расходами систем синхронизации, сложных систем управления и/или т.п.

Известно, что буровое долото "скачет" или стучит в буровой скважине непредсказуемым или даже случайным образом. Данное стохастическое движение, как правило, является недетерминированным вследствие того, что текущее состояние не полностью определяет следующее состояние долота. Технологии "point-the-bit" и "push-the-bit" используются для принудительного смещения бурового долота в определенном направлении и преодоления тенденции к "стуку" бурового долота. Данные технологии не учитывают стохастического "скакания", которому буровое долото скорее всего будет подвержено при отсутствии направленной силы.

Сущность изобретения

В одном варианте осуществления настоящее изобретение обеспечивает способ управления системой направления для наклонно-направленного бурения буровой скважины. В одном варианте осуществления управление системой наклонно-направленного бурения обеспечивается посредством управления стохастическим движением оборудования низа бурильной колонны, включающего в себя буровое долото и предусмотренного в системе наклонно-направленного бурения в буровой скважине и/или регулирования сил реакции между оборудованием низа бурильной колонны и внутренней стенкой/боковой стенкой ствола скважины, когда боковое усилие приложено к оборудованию низа бурильной колонны/буровому долоту. Данные способы и системы управления направлением перемещения могут обеспечить изменение направления скважинной системы с меньшими усилиями/при менее сложном машинном оборудовании/с меньшими затратами по сравнению с обычными механизмами управления направлением перемещения. В одном варианте осуществления осуществляют мониторинг направления бурения, обеспечиваемого системой бурения, и данные по отслеживаемому направлению бурения вместе с заданной конечной точкой пробуриваемого ствола скважины. После этого осуществляют управление системой наклонно-направленного бурения для бурения ствола скважины так, чтобы достичь заданной конечной точки, посредством коррекции управления направлением перемещения, обеспечиваемой посредством управления стохастическим движением и/или отклоняющего воздействия на боковое усилие, действующее на оборудование низа бурильной колонны/буровое долото. Может быть использовано любое число механизмов отклоняющего воздействия, например, таких как описанные, например, в одновременно находящейся на рассмотрении заявке на патент США, поданной того же числа, что и настоящая заявка, озаглавленной "Система и способ наклонно-направленного бурения буровой скважины посредством системы роторного бурения", которая фактически полностью включена путем ссылки в данное описание. В некоторых вариантах осуществления могут быть предусмотрены обычные механизмы управления направлением перемещения для дополнения механизма отклоняющего воздействия или в качестве альтернативы механизму отклоняющего воздействия.

Дополнительные области применения настоящего изобретения станут очевидными из подробного описания, приведенного ниже. Следует понимать, что несмотря на то, что подробное описание и конкретные примеры показывают различные варианты осуществления, они предназначены только для иллюстрации и не предназначены для обязательного ограничения объема раскрытия изобретения.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение ниже описано в сочетании с приложенными чертежами, на которых изображено следующее:

фиг. 1А показывает систему на буровой площадке, в которой может быть использовано настоящее изобретение;

фиг. 1В - блок-схему одного варианта осуществления системы направления бурового долота;

фиг. 2 - схему последовательности операций для одного варианта осуществления способа управления направлением бурового долота;

фиг. 3 - конечный автомат для управления системой направления бурового долота.

На приложенных чертежах аналогичные компоненты и/или элементы могут иметь одну и ту же ссылочную позицию. Кроме того, различные компоненты одного и того же типа могут быть обозначены посредством сопровождения ссылочной позиции штрихом и второй ссылочной позиции, которая отличается для аналогичных компонентов. Если только первая ссылочная позиция используется в описании, описание применимо к любому из аналогичных компонентов, имеющих одну и ту же первую ссылочную позицию, независимо от второй ссылочной позиции.

Подробное описание

В нижеследующем описании представлены только предпочтительные приведенные в качестве примеров варианты осуществления, и данное описание не предназначено для ограничения объема, применимости или конфигурации изобретения. Скорее, нижеследующее описание предпочтительных приведенных в качестве примеров вариантов осуществления обеспечит специалистов в данной области техники описанием, создающим возможность реализации предпочтительных приведенных в качестве примеров вариантов осуществления. Следует понимать, что различные изменения могут быть выполнены в отношении функций и расположения элементов без отхода от сущности и объема, определяемых приложенной формулой изобретения.

Фиг. 1А иллюстрирует систему на буровой площадке, в которой может быть использовано настоящее изобретение. Буровая площадка может находиться на суше или в открытом море. В данной приведенной в качестве примера системе ствол 11 скважины образован в подземных пластах посредством роторного бурения хорошо известным образом. В вариантах осуществления изобретения также может быть использовано наклонно-направленное бурение, как будет описано в дальнейшем.

Бурильная колонна 12 подвешена в стволе 11 скважины и имеет оборудование 100 низа бурильной колонны, которое включает в себя буровое долото 105 на нижнем конце бурильной колонны. Наземная система включает в себя оборудование 10 подвышечного основания и буровой вышки, расположенное над стволом 11 скважины. Оборудование 10 включает в себя ротор 16, ведущую бурильную трубу 17, крюк 18 и вертлюг 19. Бурильная колонна 12 приводится во вращение посредством ротора 16, к которому подается питание непоказанными средствами и который введен во взаимодействие с ведущей бурильной трубой 17 на верхнем конце бурильной колонны. Бурильная колонна 12 подвешена на крюке 18 и прикреплена к талевому блоку (также не показанному) посредством ведущей бурильной трубы 17 и вертлюга 19, который обеспечивает возможность вращения бурильной колонны относительно крюка. Как хорошо известно, в альтернативном варианте может быть использована система верхнего привода (привода на вертлюг).

В данном варианте осуществления наземная система дополнительно включает в себя промывочную жидкость или буровой раствор 26, хранящийся в приемной емкости 27 для бурового раствора, образованной на буровой площадке. Насос 29 обеспечивает подачу бурового раствора 26 во внутреннее пространство бурильной колонны 12 посредством канала в вертлюге 19, в результате чего буровой раствор проходит вниз по бурильной колонне 12, как показано направленной стрелкой 8. Буровой раствор выходит из бурильной колонны 12 через отверстия в буровом долоте 105 и затем циркулирует вверх через кольцевую зону между наружной стороной бурильной колонны и стенкой ствола скважины, как показано направленными стрелками 9. Хорошо известным данным образом буровой раствор смазывает буровое долото 105 и уносит выбуренную породу пласта к поверхности, когда он возвращается в приемную емкость 27 для рециркуляции.

Оборудование 100 низа бурильной колонны согласно данному варианту осуществления содержит модуль 130 для измерений в процессе бурения, вращающуюся управляемую систему и двигатель, и буровое долото 105.

Модуль 120 для каротажа в процессе бурения размещен в утяжеленной бурильной трубе особого типа, как известно в данной области техники, и может содержать один или множество каротажных приборов известных типов. Также следует понимать, что можно использовать несколько модулей для каротажа в процессе бурения и/или измерений в процессе бурения, например, как показано ссылочной позицией 120А (ссылки на модуль, находящийся в месте, обозначенном ссылочной позицией 120, во всем описании могут альтернативно означать также модуль, находящийся в месте, обозначенном ссылочной позицией 120А). Модуль для каротажа в процессе бурения включает в себя средства, выполненные с возможностью измерения, обработки и хранения информации, а также сообщения с наземным оборудованием. В данном варианте осуществления модуль для каротажа в процессе бурения включает в себя устройство для измерения давления.

Модуль 130 для измерений в процессе бурения также размещен в утяжеленной бурильной трубе особого типа, как известно в данной области техники, и может содержать одно или несколько устройств для измерения характеристик бурильной колонны и бурового долота. Прибор для измерений в процессе бурения включает в себя устройство (непоказанное) для выработки электроэнергии, подаваемой к скважинной системе. Как правило, он может включать в себя турбогенератор, работающий на буровом растворе и приводимый в действие потоком бурового раствора (промывочной жидкости), при этом следует понимать, что могут быть использованы другие энергетические и/или батарейные системы. В данном варианте осуществления модуль для измерений в процессе бурения включает в себя одно или несколько из измерительных устройств следующих типов: устройство для измерения нагрузки на буровое долото, устройство для измерения крутящего момента, устройство для измерения вибраций, устройство для измерения ударной нагрузки, устройство для измерения прерывистого перемещения (прилипания проскальзывания), устройство для определения направления и устройство для измерения наклона.

Наиболее предпочтительным использованием системы, описанной здесь, является использование при управлении направлением или наклонно-направленном бурении. В данном варианте осуществления использована вращающаяся управляемая подсистема 150 (фиг. 1А). Наклонно-направленное бурение представляет собой преднамеренное отклонение ствола скважины от траектории, которую он бы получил естественным образом. Другими словами, наклонно-направленное бурение представляет собой управление направлением перемещения бурильной колонны так, чтобы она перемещалась в заданном (желательном) направлении. Наклонно-направленное бурение, например, предпочтительно при морском бурении, поскольку оно обеспечивает возможность бурения многих скважин с одной платформы. Наклонно-направленное бурение также обеспечивает возможность горизонтального бурения в резервуаре. Горизонтальное бурение обеспечивает возможность того, что ствол скважины большей длины будет пересекать резервуар, что повышает нефтеотдачу из скважины. Система наклонно-направленного бурения также может быть использована на операции вертикального бурения с равным успехом. Часто буровое долото будет отклоняться от запланированной траектории бурения из-за непредсказуемого характера пластов, через которые проходит долото, или из-за изменяющихся сил, которые воздействуют на буровое долото. Когда возникает подобное отклонение, система направленного бурения может быть использована для возврата бурового долота к заданному направлению. Известный способ наклонно-направленного бурения включает в себя использование роторной управляемой системы. В роторной управляемой системе бурильную колонну приводят во вращение с поверхности, и скважинные устройства обеспечивают бурение буровым долотом в заданном направлении. Вращение бурильной колонны обеспечивает значительное уменьшение частоты возникновений случаев подвешивания или прихватывания бурильной колонны во время бурения.

Роторные управляемые системы бурения, предназначенные для бурения наклонных буровых скважин в пласте, могут быть в целом классифицированы или в качестве систем "point-the-bit" или в качестве систем "push-the-bit". В системе "point-the-bit" ось вращения бурового долота отклоняется от локальной оси оборудования низа бурильной колонны, по существу, в направлении новой скважины. Скважина удлиняется в соответствии с обычной геометрией с тремя точками контакта, определяемой точками касания верхнего и нижнего стабилизаторов и буровым долотом. Угол отклонения оси бурового долота в сочетании с конечным расстоянием между буровым долотом и нижним стабилизатором приводит к неколлинеарному состоянию, необходимому для образования кривой. Существует много способов, которыми это может быть достигнуто, включая фиксированный изгиб (неподвижный изогнутый патрубок) в том месте в оборудовании низа бурильной колонны, которое находится рядом с нижним стабилизатором, или изгибание приводного вала бурового долота, распределяемое между верхним и нижним стабилизаторами. В идеализированном варианте не требуется, чтобы буровое долото осуществляло врезание в боковом направлении, поскольку ось долота непрерывно вращается в направлении криволинейной скважины. Примеры роторных управляемых систем типа "point-the-bit" и того, как они работают, описаны в публикациях заявок на патент США № № 2002/0011359; 2001/0052428 и патентах США № № 6394193; 6364034; 6244361; 6158529; 6092610 и 5113953, которые все включены в данное описание путем ссылки. В роторной управляемой системе типа "push-the-bit" обычно отсутствует механизм, специально предназначенный для отклонения оси долота от локальной оси оборудования низа бурильной колонны; вместо этого требуемое состояние неколлинеарности достигается посредством обеспечения приложения силы со стороны или одного из верхнего и нижнего стабилизаторов, или как верхнего, так и нижнего стабилизаторов или смещения или одного из верхнего и нижнего стабилизаторов, или как верхнего, так и нижнего стабилизаторов в направлении, которое имеет предпочтительную ориентацию относительно направления распространения скважины. Существует много способов, которыми это может быть осуществлено, включая использование невращающихся (относительно скважины) эксцентриковых стабилизаторов (подходы, базирующиеся на смещении) и эксцентриковых исполнительных механизмов, которые обеспечивают приложение силы к буровому долоту в желательном (заданном) управляемом направлении. Управление направлением перемещения также обеспечивается посредством создания неколлинеарности между буровым долотом и по меньшей мере двумя другими точками касания. Требуется, чтобы в его идеализированном виде буровое долото осуществляло врезание в боковом направлении для образования криволинейной скважины. Примеры роторных управляемых систем типа "push-the-bit" и того, как они работают, описаны в патентах США № № 5265682; 5553678; 5803185; 6089332; 5695015; 5685379; 5706905; 5553679; 5673763; 5520255; 5603385; 5582259; 5778992; 5971085, которые все включены в данное описание путем ссылки.

На фиг. 1В показана блок-схема варианта осуществления системы 160 направления бурового долота. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения наземный процессор 164 расположен на поверхности земли для управления бурильной колонной на поверхности. Бурильной колонной можно управлять на поверхности посредством изменения частоты вращения бурильной колонны, изменения нагрузки на долото, создаваемой бурильной колонной, и/или т.п. По существу, наземный процессор 164 может взаимодействовать с устройством 172 управления вращением бурильной колонны и/или устройством 168 для регулирования нагрузки на долото и управлять устройством 172 управления вращением бурильной колонны и/или устройством 168 для регулирования нагрузки на долото. Часто человек занимается управлением операциями бурения, и наземный процессор 164 может иметь дисплей, графический пользовательский интерфейс или т.п. для передачи информации/команд бурильщику.

Наземный процессор 164 может управлять направлением/устанавливать направление бурения в пласте земли посредством управления наземными и/или скважинными устройствами для изменения одного или нескольких параметров бурения, таких как нагрузка на долото, частота вращения, приложение бокового усилия к оборудованию низа бурильной колонны и/или т.п. В других вариантах осуществления настоящего изобретения скважинное управляющее устройство 184 может управлять направлением бурения. Информация о траектории бурения может быть передана скважинному управляющему устройству 184, и скважинное управляющее устройство 184 может управлять параметрами бурения для управления направлением бурения. Траектория бурения может быть изменена в соответствии с новыми данными посредством сообщений, передаваемых скважинному управляющему устройству 184 в процессе бурения. В некоторых вариантах осуществления может быть желательно, чтобы скважинное управляющее устройство 184 управляло направлением бурения из-за трудностей при передаче информации из некоторого места в скважине к поверхности. Кроме того, скважинное управляющее устройство 184 может быть расположено ближе к скважинным устройствам и/или обладать лучшими возможностями взаимодействия (связи) со скважинными устройствами, предназначенными для изменения параметров бурения, такими как устройства для создания бокового усилия, чем наземный процессор 164. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения система наклонно-направленного бурения может содержать как наземный процессор 164 и скважинное управляющее устройство 184, так и или наземный процессор 164, или скважинное управляющее устройство 184, и управление направлением бурения может осуществляться совместно наземным процессором 164 и/или скважинным управляющим устройством 184.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения оборудование 180 низа бурильной колонны, предусмотренное в системе наклонно-направленного бурения, может быть соединено с механизмом 196 стохастического управления направлением перемещения и/или механизмом 192 отклоняющего воздействия. Механизм 196 стохастического управления направлением перемещения может представлять собой механизм, который управляет взаимодействиями между оборудованием 180 низа бурильной колонны и/или буровым долотом 194 и внутренней стенкой ствола скважины, бурение которого осуществляется посредством системы наклонно-направленного бурения.

Взаимодействия могут происходить между наружной поверхностью оборудования 180 низа бурильной колонны и/или бурового долота 194 и/или калибрующих элементов (башмаков) (недоказанных) на оборудовании 180 низа бурильной колонны и/или буровом долоте 194 в процессе бурения в результате стохастического/радиального движения оборудования 180 низа бурильной колонны и/или бурового долота 194 в стволе скважины. Взаимодействия между оборудованием 180 низа бурильной колонны и/или буровым долотом 194 и внутренней стенкой могут включать соударения между оборудованием 180 низа бурильной колонны и/или буровым долотом 194 и внутренней стенкой и/или непрерывные взаимодействия между оборудованием 180 низа бурильной колонны и/или буровым долотом 194 и внутренней стенкой со случаями возникновения увеличенных или уменьшенных сил взаимодействия между оборудованием 180 низа бурильной колонны и/или буровым долотом 194 и внутренней стенкой, т.е. оборудование 180 низа бурильной колонны и/или буровое долото 194 могут находиться, по существу, в непрерывном контакте с внутренней стенкой, но радиальное движение оборудования 180 низа бурильной колонны и/или бурового долота 194 в процессе бурения может вызвать создание стохастических контактных усилий между оборудованием 180 низа бурильной колонны и/или буровым долотом 194 и внутренней стенкой. Как представлено в заявке на патент США № 11/839381, поданной 15 августа 2007 г., озаглавленной "Система и способ управления системой бурения для бурения скважины в пласте земли", может быть осуществлено управление соударениями и/или стохастическими контактными усилиями, концентрация соударений и/или стохастических контактных усилий и/или отклоняющее воздействие на соударения и/или стохастические контактные усилия для обеспечения направления бурового долота 194 для направленного бурения ствола скважины.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения оборудование 180 низа бурильной колонны, предусмотренное в системе наклонно-направленного бурения, может быть соединено с механизмом 192 отклоняющего воздействия. Механизм 192 отклоняющего воздействия может содержать систему, подобную описанной в заявке на патент США, поданной того же числа, что и настоящая заявка, и озаглавленной "Система и способ наклонно-направленного бурения буровой скважины посредством системы роторного бурения", которая может обеспечить отклоняющее воздействие на боковое усилие/концентрацию бокового усилия, действующего на оборудование 180 низа бурильной колонны и/или буровое долото 194.

Информация может быть передана от наземного процессора 164 и/или скважинного управляющего устройства 184 оборудованию 180 низа бурильной колонны, при этом данная информация может включать в себя ориентацию или направление, достижение которых желательно для бурового долота 194, выбор различных механизмов 192, 196 отклоняющего воздействия и управления направлением перемещения, подлежащих использованию для обеспечения бурения в желательном направлении, и/или т.п. В некоторых вариантах осуществления направление может быть определено относительно любой фиксированной точки, такой как земля. Информация может дополнительно обеспечивать управляющую информацию для оборудования 180 низа бурильной колонны, механизма 192 отклоняющего воздействия и/или механизма 196 стохастического управления направлением перемещения.

Оборудование 180 низа бурильной колонны может включать в себя скважинное управляющее устройство 184, датчик 188 ориентации или направления, датчик 199 вращения долота, один или несколько механизмов 192 отклоняющего воздействия и один или несколько механизмов 196 стохастического управления направлением перемещения. Типовое оборудование низа бурильной колонны (ВНА) может иметь больше управляющих систем, которые не показаны на фиг. 1В. Информация может быть передана к оборудованию 180 низа бурильной колонны от наземного процессора 164 и/или скважинного управляющего устройства 184 для указания предпочтительного направления бурения. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения управление механизмами 192, 196 отклоняющего воздействия и управления направлением перемещения может быть осуществлено наземным процессором 164 и/или скважинным управляющим устройством 184 для управления направлением перемещения системы бурения. В некоторых вариантах осуществления скважинное управляющее устройство 184 может обеспечить управление работой механизмов 192, 196 отклоняющего воздействия и управления направлением перемещения в реальном времени посредством информации, собранной от датчиков 188, 199 направления и вращения долота.

Просто в качестве примера можно указать, что наземный процессор 164 и/или скважинное управляющее устройство 184 могут взаимодействовать (могут иметь связь) с датчиками бурения, такими как датчики, измеряющие нагрузку на долото, крутящий момент, частоту вращения бурильной колонны, износ долота, давление в стволе скважины, температуру в стволе скважины и/или т.п. Кроме того, датчики, измеряющие характеристики пласта, подвергаемого бурению, такие как поровое давление, тип пласта или т.п., также могут взаимодействовать (иметь связь) с наземным процессором 164 и/или скважинным управляющим устройством 184. Наземный процессор 164 и/или скважинное управляющее устройство 184 могут обрабатывать сигналы от датчиков и заданную конечную точку для ствола скважины и управлять оборудованием 180 низа бурильной колонны для обеспечения направленного бурения ствола скважины для достижения заданной конечной точки. Заданная конечная точка может определять траекторию, которая проходит через зону пласта, содержащую углеводород, может представлять собой общую конечную точку, которая обеспечивает подобную траекторию, может представлять собой более конкретную конечную точку, которой следует достичь в определенном месте в пласте, может представлять собой временную конечную точку, которая может быть заменена дальней конечной точкой после ее достижения, и/или т.п.

В некоторых вариантах осуществления информация о траектории бурения для получения ствола скважины с желательным направлением может быть передана наземному процессору 164 и/или скважинному управляющему устройству 184, и наземный процессор 164 и/или скважинное управляющее устройство 184 могут управлять оборудованием 180 низа бурильной колонны для поддержания траектории бурения. Тем не менее, это может привести к образованию изгибающегося ствола скважины, при этом могут не учитываться предпочтительные условия бурения вне траектории бурения и может быть не создана возможность временной задержки, которая может быть априорной при изменении направления бурения посредством использования механизмов 192, 196 отклоняющего воздействия или управления направлением перемещения. Например, механизм 196 стохастического управления направлением перемещения обеспечивает управление стохастическим движением бурового долота 194 для направления обеспечиваемого системой бурения, и механизм 192 отклоняющего воздействия обеспечивает отклоняющее воздействие на боковое усилие/концентрацию бокового усилия для направления обеспечиваемого системой бурения, при этом использование обоих указанных механизмов может предусматривать постепенные изменения направления ствола скважины. По существу, вместо заданных траекторий, наземный процессор 164 и/или скважинное управляющее устройство 184 могут обрабатывать данные о желательной (заданной) конечной точке для ствола скважины, данные измерений при бурении, данные измерений характеристик пласта, данные о текущем направлении бурения, о степени воздействия на изменение направления бурения со стороны механизмов 192, 196 отклоняющего воздействия и/или стохастического управления направлением перемещения и/или т.п. для определения того, каким образом управлять механизмами 192, 196 отклоняющего воздействия и/или стохастического управления направлением перемещения для управления направлением перемещения системы бурения для достижения заданной конечной точки. В некоторых вариантах осуществления система Periscope ™, система EcoScope ™, система Stethoscope ™ и/или т.п. могут быть использованы для определения того, как направлять бурение ствола скважины.

Система Periscope ™ отображает границы пластов и четко показывает наилучшее направление перемещения, и широкий диапазон измерений обеспечивает раннее предупреждение того, что требуются корректировки при управлении направлением перемещения, чтобы обойти воду, или избежать осложнений в процессе бурения, или избежать выхода из заданного резервуара.

Система EcoScope ™ может служить в качестве прибора для каротажа в процессе бурения, который может использовать данные по электрическому удельному сопротивлению, пористости по данным нейтронного каротажа и азимутальному гамма-каротажу и плотности для оценки пласта и его свойств в процессе бурения. Измерения для оптимизации бурения могут включать измерения давления в кольцевом пространстве в процессе бурения, измерения в скважине посредством скважинного профиломера и измерения ударной нагрузки. Система Stethoscope ™ может обеспечить улучшение решений по управлению направлением перемещением в скважине (геонавигационных решений) и решений по останову в скважине при измерениях пластового давления в реальном времени. Быстро принимаемые решения могут базироваться на результатах, полученных от системы Stethoscope ™, для того, чтобы устранить время, затрачиваемое на бурение пластов с пониженным давлением, и могут обеспечить сохранение зон с начальным пластовым давлением, предусмотренных для разбуривания или заканчивания боковых стволов из существующей скважины.

Исследования для выполнения измерений в процессе каротажа, предназначенные для процессов наклонно-направленного и горизонтального бурения, выполняются для определения ориентации и положения оборудования низа бурильной колонны [Conti, 1999]. Азимутальный угол, угол наклона и угол торца бурильного инструмента определяют ориентацию оборудования низа бурильной колонны, в то время как широта, долгота и высота определяют положение оборудования низа бурильной колонны. Высота непосредственно определяет истинную глубину расположения оборудования низа бурильной колонны в вертикальном направлении. Способы геофизических исследований для выполнения измерений в процессе бурения по предшествующему уровню техники базируются на магнитных методах исследований, которые предусматривают использование трехосных магнитометров и трехосных акселерометров, расположенных в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Трехосные акселерометры осуществляют мониторинг поля земного тяготения для получения угла наклона и угла торца бурильной колонны. Данная информация объединяется с измерениями поля земного тяготения, выполняемыми магнитометром, для получения азимута.

Для этого в настоящее время используются два разных подхода, с одной стороны, роторные управляемые системы, в которых ось вращения бурового долота отклоняется в желательном направлении, в то время когда вся бурильная колонна приводится во вращение с поверхности, или забойные двигатели в комбинации со скважинными кривыми переводниками или корпусами, при использовании которых только нижний конец бурильной колонны приводится во вращение под действием забойного двигателя. Система для геофизических исследований может включать в себя систему для измерений в процессе бурения и/или систему для каротажа в процессе бурения для определения параметров ориентации в процессе выполнения операции бурения и/или измерения параметров пласта или измерений в стволе скважины. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, особенно в неглубоких скважинах горизонтального типа, оборудование низа бурильной колонны и/или буровое долото могут быть снабжены маяком или т.п., излучающим электромагнитное излучение или порождающим колебания, которые могут проходить через пласт земли, подвергаемый бурению, и по меньшей мере один приемник может быть использован на поверхности для приема передаваемых сигналов и обеспечить определение местоположение оборудования низа бурильной колонны и/или направления бурения.

Данные о бурении, которые могут включать данные о направлении, данные об управлении направлением перемещения/отклоняющем воздействии, данные каротажа в процессе бурения, данные идентификации границ в зоне переднего обзора [расположенных впереди] и/или т.п., могут быть переданы скважинному управляющему устройству 184 и/или от оборудования 180 низа бурильной колонны обратно к наземному процессору 164 на поверхности. Данные о направлении бурового долота могут периодически передаваться наземному процессору 164 вместе с данными, относящимися к использованию различных механизмов 192, 196 отклоняющего воздействия и управления направлением перемещения. Информационная база 176 данных о траектории ствола скважины может хранить информацию, собранную в скважине (забое скважины), для получения данных о том, как ствол скважины проходит через пласт. Информационная база 176 данных о траектории ствола скважины может быть расположена на поверхности или в скважине. Наземный процессор 164 и/или скважинное управляющее устройство 184 могут выполнять пересчет для определения наилучшей ориентации или направления, подлежащего использованию для бурового долота 194, и передавать эти данные оборудованию 180 низа бурильной колонны для аннулирования любых предшествующих команд. Кроме того, эффективность различных механизмов 192, 196 отклоняющего воздействия и управления направлением перемещения может быть проанализирована вместе с другой информацией, собранной о пласте, для получения "указаний" в скважине в отношении того, как наилучшим образом использовать имеющиеся механизмы 192, 196 отклоняющего воздействия и управления направлением перемещения для обеспечения геометрических характеристик ствола скважины, желательных для конкретной буровой площадки.

Только в качестве примера следует указать, что посредством мониторинга изменений в пласте, подвергаемом бурению, граничных условий, характеристик бурения и/или т.п., настройки (установочные параметры) для механизмов 192, 196 отклоняющего воздействия и/или стохастического управления направлением перемещения могут быть определены для обеспечения управления направлением перемещения системы бурения для бурения ствола скважины для достижения заданной конечной точки. Как было отмечено ранее, несмотря на то, что механизмы 192, 196 отклоняющего воздействия и/или стохастического управления направлением перемещения по настоящему изобретению могут потребовать меньшего количества скважинного оборудования, менее сложного скважинного оборудования, образования меньших усилий в скважине и/или т.п., системы могут потребовать задержки времени для обеспечения желательного управления направлением перемещения системы бурения, и наземный процессор 164 и/или скважинное управляющее устройство 184 могут рассчитывать данную задержку времени, используемую при выполнении настройки (задании установочных параметров) для механизмов 192, 196 отклоняющего воздействия и/или стохастического управления направлением перемещения и/или обработки траектории для достижения заданной конечной точки. Кроме того, измерения, выполняемые для каротажа в процессе бурения, могут вызвать изменение заданной конечной точки, и данное изменение может быть обработано для включения в процесс управления направлением перемещения системы бурения посредством механизмов 192, 196 отклоняющего воздействия и/или стохастического управления направлением перемещения.

Датчик 188 направления может определять текущее направление бурового долота 194 и/или оборудования 180 низа бурильной колонны относительно определенной системы координат в трех измерениях (то есть относительно земли или какой-либо другой неподвижной точки). Различные способы и технические средства могут быть использованы для определения текущего направления, например, гиростабилизированная или стабилизированная по крену платформа с гироскопами может быть использована для сравнения с базами отсчета на буровом долоте 194, акселерометры могут быть использованы для отслеживания направления и/или магнитометры могут определять направление относительно магнитного поля Земли. Измерения могут быть искаженными, и фильтр может быть использован для исключения отклоняющихся значений из измерений путем усреднения. В других вариантах осуществления настоящего изобретения микросейсмическая система может быть использована для отслеживания местоположения бурового долота 194 и/или оборудования 180 низа бурильной колонны посредством получения данных о вибрациях в пласте земли путем измерений.

Датчик 199 вращения долота обеспечивает возможность мониторинга фазы вращения для бурового долота 194. Скважинное управляющее устройство 184 может использовать информацию от датчика для обеспечения возможности синхронизированного управления механизмами 192, 196 отклоняющего воздействия и/или стохастического управления направлением перемещения. При наличии информации о фазе отклоняющее воздействие и/или стохастическое управление направлением перемещения может выполняться через каждый цикл вращения или через любое целое число циклов (например, через каждое второе вращение, каждое третье вращение, каждое четвертое вращение, каждое десятое вращение и т.д.). В других вариантах осуществления не используется датчик 199 вращения долота или синхронизированное управление механизмом(ами) 192 отклоняющего воздействия.

Существуют различные механизмы 196 стохастического управления направлением перемещения, которые постоянно обеспечивают перемещение бурового долота. Механизм 196 стохастического управления направлением перемещения намеренно "использует" стохастическое движение бурового долота 194, которое происходит естественным образом. В заданном месте могут быть использованы один или несколько из данных механизмов 196 стохастического управления направлением перемещения для создания ствола скважины, направление которого в пласте изменяется желательным образом. В других вариантах осуществления механизм 196 стохастического управления направлением перемещения совершенно не используется за счет того, что данные варианты базируются на механизмах 192 отклоняющего воздействия для наклонно-направленного бурения.

Скважинное управляющее устройство 184 может использовать информацию, передаваемую от наземного процессора 164, вместе с информацией от датчиков 188, 199 направления и вращения долота для активного управления использованием механизмов 192, 196 отклоняющего воздействия и управления направлением перемещения. Данные по желательному направлению бурового долота наряду с указаниями по использованию различных механизмов 192, 196 отклоняющего воздействия и управления направлением перемещения могут быть переданы от наземного процессора 164. Скважинное управляющее устройство 184 может использовать нечеткую логику, алгоритмы для нейронных сетей, алгоритмы для экспертных систем для принятия решений о том, как и когда воздействовать на направление бурового долота в разных вариантах осуществления. Как правило, скорость передачи данных между оборудованием 180 низа бурильной колонны и наземным процессором 180 не позволяет осуществлять управление в реальном времени с поверхности в данном варианте осуществления, но другие варианты осуществления могут обеспечивать возможность управления с поверхности в реальном времени. Стохастическое направление бурового долота может быть использовано адаптивно менее жестким образом. Например, если желателен будущий поворот в стволе скважины и буровое долото совершит поворот преждевременно, данные о повороте могут быть приняты, и будущий план может быть пересмотрен.

На фиг. 2 показана схема последовательности операций варианта осуществления способа 200-1 для управления направлением бурового долота. В данном варианте осуществления используется механизм отклоняющего воздействия и/или стохастического управления направлением перемещения для управления направлением бурового долота. Показанная часть способа начинается на стадии 204, на которой выполняется анализ пласта и конечной точки для планирования геометрии ствола скважины. Наземный процессор осуществляет управление бурильной колонной, буровой лебедкой и другими системами в блоке 208 для создания ствола скважины согласно плану. Желательное направление бурового долота определяется на стадии 212 и передается скважинному управляющему устройству на стадии 216. Желательное направление может представлять собой одну цель или некоторый диапазон приемлемых направлений.

Скважинное управляющее устройство получает данные о желательном (заданном) направлении вместе с любыми критериями выбора отклонения на стадии 220. Текущее направление бурового долота определяется датчиком направления на стадии 224. На стадии 228 определяется, является ли данное направление приемлемым, на основе команд от наземного процессора. Данный вариант осуществления обеспечивает возможность наличия некоторой гибкости с точки зрения направления и пересмотра плана в зависимости от перемещения бурового долота и эффективности механизма отклоняющего воздействия и/или стохастического управления направлением перемещения. Приемлемым направлением является направление, которое обеспечивает возможность достижения конечной точки буровым долотом, если бы план был пересмотрен. Определенный план может иметь заданные отклонения или диапазоны направлений, которые являются приемлемыми, но по-прежнему позволяют обходить части пласта, проходка через которые нежелательна.

В том случае, если направление неприемлемо, процесс переходит от стадии 228 к стадии 236, в котором механизм отклоняющего воздействия и/или стохастического управления направлением перемещения приводится в действие. Механизм отклоняющего воздействия и/или стохастического управления направлением перемещения может быть приведен в действие однажды или в течение некоторого промежутка времени. Альтернативно, механизм отклоняющего воздействия и/или стохастического управления направлением перемещения может приводиться в действие периодически с обеспечением синхронизации с вращением бурового долота. Механизм отклоняющего воздействия и/или стохастического управления направлением перемещения выбирает или усиливает те составляющие радиального движения бурового долота или бокового усилия, действующего на буровое долото, которые действуют в желательных направлениях.

В том случае, когда направление является приемлемым, как определено на стадии 228, процесс переходит к стадии 240. В некоторых вариантах осуществления механизм отклоняющего воздействия и/или стохастического управления направлением перемещения может обеспечить управление направлением посредством поддержания направления бурения в желательных (заданных) направлениях. В том случае, когда необходимость в этом отсутствует, поскольку неустойчивое движение бурового долота уже происходит в желательных направлениях, механизм стохастического управления направлением перемещения может не приводиться в действие. Аналогичным образом, в том случае, когда боковое усилие, действующее на буровое долото, такое как боковое усилие, создаваемое системой "push-the-bit", уже действует в желательном направлении, механизм отклоняющего воздействия может не приводиться в действие. На стадии 240 данные о текущем направлении передаются скважинным управляющим устройством наземному процессору. Передача данных может быть осуществлена посредством способов обычной телеметрии или посредством бурильной трубы с проводами или тому подобного. После передачи сообщения процесс возвращается обратно к стадии 212 для дальнейшего управления направлением на основе любой новой команды с поверхности.

Далее рассматривается фиг. 3, на которой показан один вариант осуществления конечного автомата 300-1 для управления системой 100 направления бурового долота. Данная система управления имеет два состояния и переходит из одного состояния в другое на основе определения в состоянии 304 того, соответствует ли направление бурового долота желательному (заданному) направлению или диапазону направлений или нет. Данный вариант осуществления соответствует варианту осуществления по фиг. 2. В том случае, если имеется отклонение от заданной ориентации, выходящее за пределы приемлемого отклонения, система направления бурового долота переходит из состояния 304 в состояние 308. В состоянии 308 осуществляется попытка использовать один или несколько из механизмов отклоняющего воздействия и/или механизмов управления направлением перемещения. В некоторых случаях может быть испробован один и тот же механизм отклоняющего воздействия и/или стохастического управления направлением перемещения с разными параметрами. Например, калибрующий элемент может быть перемещен на одной фазе в цикле вращения долота, но позднее делается попытка на другой фазе при том же или другом перемещении калибрующего элемента.

Также может быть использовано некоторое количество вариантов и модификаций раскрытых вариантов осуществления. Например, изобретение может быть использовано при бурении стволов скважин или колонковом бурении. Управление процессом отклоняющего воздействия разделено между ICIS и оборудованием низа бурильной колонны в вышеприведенных вариантах осуществления. В других вариантах осуществления все управление может осуществляться и в том, и в другом месте.

Специфические подробности приведены в вышеприведенном описании для обеспечения полного понимания вариантов осуществления. Тем не менее, следует понимать, что варианты осуществления могут быть реализованы на практике без данных специфических подробностей. Например, контуры могут быть показаны на блок-схемах, чтобы не затруднять понимания вариантов осуществления из-за излишних подробностей. В других случаях хорошо известные схемы, процессы, алгоритмы, структуры и способы могут быть показаны без ненужных подробностей для избежания затруднения понимания вариантов осуществления.

Реализация на практике способов, блоков, операций и средств, описанных выше, может быть осуществлена различными способами. Например, данные способы, блоки, операции и средства могут быть реализованы посредством аппаратного обеспечения, программного обеспечения или их комбинации. Для реализации в виде аппаратного обеспечения устройства обработки данных могут быть реализованы посредством одной или нескольких проблемно-ориентированных специализированных интегральных микросхем, процессоров цифровой обработки сигналов, устройств цифровой обработки сигналов, программируемых логических устройств, программируемых пользователем вентильных матриц, процессоров, контроллеров, микроконтроллеров, микропроцессоров, других электронных устройств, предназначенных для выполнения описанных выше функций, и/или их комбинации.

Кроме того, следует отметить, что варианты осуществления могут быть описаны в виде процесса, который показан в виде схемы процесса, схемы последовательности операций, схемы информационных потоков, структурной схемы или блок-схемы. Несмотря на то, что схема процесса может описывать операции в виде последовательного процесса, многие из операций могут быть выполнены параллельно или одновременно. Кроме того, порядок операций может быть изменен. Процесс заканчивается, когда его операции завершены, но может иметь дополнительные операции, не включенные в чертеж. Процесс может соответствовать способу, функции, процедуре, стандартной подпрограмме, подпрограмме и т.д. В том случае, когда процесс соответствует функции, его завершение соответствует возврату функции к вызывающей функции или основной функции.

Кроме того, варианты осуществления могут быть реализованы посредством аппаратного обеспечения, программного обеспечения, языков сценариев (скриптовых языков), встроенного программного обеспечения, межплатформенного (промежуточного, связующего) программного обеспечения, микрокода, языков описания аппаратных средств и/или любой их комбинации. В случае реализации посредством программного обеспечения, встроенного программного обеспечения, межплатформенного (промежуточного, связующего) программного обеспечения, языков сценариев (скриптовых языков) и/или микрокода, исходный текст управляющей программы или кодовые сегменты, предназначенные для выполнения необходимых задач, могут храниться на машиночитаемом носителе, таком как носитель информации (запоминающая среда). Кодовый сегмент или машинно-выполняемая команда может представлять собой процедуру, функцию, подпрограмму, программу, стандартную программу, стандартную подпрограмму, модуль, пакет программ, сценарий (скрипт), класс или любую комбинацию команд, структур данных и/или операторов программы. Кодовый сегмент может быть соединен с другим кодовым сегментом или жестко смонтированной схемой посредством передачи и/или приема информации, данных, независимых переменных, параметров и/или содержимого памяти. Информация, независимые переменные, параметры, данные и т.д. могут быть переданы, переадресованы или пересланы посредством любых соответствующих средств, включая разделение (совместное использование) памяти, передачу сообщений, эстафетную (маркерную) передачу данных, передачу по сети и т.д.

Для реализации посредством встроенного программного обеспечения и/или программного обеспечения, методологии могут быть реализованы на практике посредством модулей (например, процедур, функций и так далее), которые выполняют описанные здесь функции. Любой машиночитаемый носитель, реально включающий в себя команды, может быть использован при реализации методологий, описанных здесь. Например, системные программы могут храниться в памяти. Память может быть реализована в процессоре или в виде внешней по отношению к процессору памяти. В используемом здесь смысле термин "память! относится к любому типу постоянного запоминающего устройства, кратковременного запоминающего устройства, энергозависимого запоминающего устройства (запоминающего устройства с разрушением информации при выключении электропитания), энергонезависимого запоминающего устройства (запоминающего устройства с сохранением информации при выключении электропитания) или другого запоминающего устройства и не должен быть ограничен каким-либо определенным типом запоминающего устройства или определенным количеством запоминающих устройств, или типом носителя, на котором хранится информация.

Кроме того, как раскрыто здесь, термин "запоминающая среда" может характеризовать одно или несколько запоминающих устройств для хранения данных, включая постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимое оперативное запоминающее устройство, запоминающее устройство на магнитных сердечниках, запоминающие устройства на магнитных дисках, оптические запоминающие устройства, энергонезависимые электрически перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (флэш-память) и/или другие машиночитаемые носители для хранения информации. Термин "машиночитаемый носитель" включает переносные или стационарные запоминающие устройства, оптические запоминающие устройства, радиоканалы и/или различные другие носители информации, обеспечивающие возможность хранения, которые содержат или несут команды и/или данные, но возможные машиночитаемые носители не ограничены вышеуказанными.

Несмотря на то, что принципы изобретения были описаны выше в связи с конкретными устройствами или способами, следует четко понимать, что данное описание выполнено только в качестве примера, а не в качестве ограничения объема изобретения.