УСТРОЙСТВО И СПОСОБ НАВЕДЕНИЯ НА ЦЕЛЬ ПРИ НАПРАВЛЕННОМ БУРЕНИИ Российский патент 2016 года по МПК E21B47/02 E21B7/04 E21B44/00 E02F5/18 

Уровень техники

Настоящая заявка относится в общем по меньшей мере к области подземного направленного бурения, а более конкретно, к системе наведения на цель при направленном бурении, устройству и связанному с ним способу.

В качестве бурового инструмента известна регулируемая бурильная головка, которая может нести датчики, трансмиттеры и электронику. Управление буровым инструментом, как правило, осуществляется через бурильную колонну, которая выдвигается от буровой установки. Бурильная колонна чаще всего выполняется из секций бурильных труб, которые могут упоминаться в дальнейшем как буровые штанги, которые могут выборочно присоединяться друг к другу для подачи и извлечения бурильной колонны. Наведение часто выполняется с использованием скошенной поверхности на бурильной головке. Продвижение вперед бурильной колонны с вращением должно приводить к перемещению бурового инструмента прямо вперед, тогда как продвижение бурильной колонны со скосом, ориентированным под некоторым фиксированным углом, должно приводить к отклонению бурового инструмента в некотором направлении.

Один известный подход для направления бурового инструмента включает в себя то, что можно назвать как система самонаведения или управления. Обычно такая система вырабатывает команды управления, которые должны в конечном счете приводить к направлению бурового инструмента на цель. Однако заявители отдают себе отчет в том, что известные системы в значительной мере ограничены неинтерпретируемым для оператора отображением фактических команд управления. Основываясь исключительно на доступе к командам управления, мастерство оператора приобретает первостепенное значение с точки зрения правильной интерпретации или трансляции команд управления в работу машины буровой установки для успешного направления бурового инструмента на целевое местоположение. Например, оператор опирается на сбор информации от различных источников и местоположений для того, чтобы надлежащим образом обеспечить входные действия для буровой установки, которые приводят к тому, что буровой инструмент соответствующим образом реагирует на заданную команду управления.

Другой известный подход для направления бурового инструмента включает в себя то, что можно назвать как заданная траектория или схема скважины. Такая схема скважины обычно задается заранее перед фактической операцией горизонтально направленного бурения. Схему скважины можно выполнить в соответствии с требованиями заказчика для удовлетворения любого набора условий, таких как, например, обход существующих инженерных коммуникаций, конструкций, препятствий и/или границ землевладения. Пример такой усовершенствованной системы приведен в патенте США №6035951 (далее по тексту патент ′951), который включен сюда путем ссылки и подробно описан со ссылкой на фиг. 17-19 патента. Каждая из последних фигур включает в себя координатор 630 управления, который может использоваться оператором для направления бурового инструмента вдоль заданной траектории, которая обозначена ссылочной позицией 626 на фиг. 17 патента ′951. Во время бурения оператор должен переводить данные с дисплея координатора управления в запуски машины, применяемые к буровой установке для возврата бурового инструмента на заданную траекторию, в ответ на отклонения от нее, и для продвижения бурового инструмента вдоль заданной траектории.

Приведенные выше примеры уровня техники и недостатков, которые связаны с ними, предназначены для иллюстрации и не являются ограничительными. Другие недостатки уровня техники станут очевидны специалистам в данной области техники после прочтения описания и изучения чертежей.

Сущность изобретения

Следующие варианты осуществления изобретения и их аспекты описаны и проиллюстрированы в сочетании с системами, инструментами и способами, которые являются примерными и иллюстративными, а не ограничивающими объем изобретения. В различных реализациях одна или более из вышеописанных проблем уменьшены или устранены, в то время как другие варианты выполнения изобретения направлены на другие улучшения.

В общем, устройство и связанные с ним способы раскрыты для использования с системой для выполнения горизонтально направленного бурения, включающей бурильную колонну, продолжающуюся от буровой установки до бурового инструмента, так что буровым инструментом управляют на основании его ориентации по крену. Система включает в себя устройство для выработки команд управления для направления бурового инструмента на положение цели. В одном аспекте изобретения, дисплей выполнен с возможностью избирательного отображения следующих команд: команды поворота, команды толкания и команды вращения, в ответ, по меньшей мере частично, на команды управления. Оператору может быть визуально показана каждая из команд: поворота, толкания и вращения.

В другом аспекте изобретения дисплей выполнен с возможностью отображения индикатора управления в позиционной взаимосвязи с индикатором цели на дисплее, и индикатор управления выполнен с возможностью представления информации, которая является текущей ориентацией по крену бурового инструмента, в сочетании с отображением желаемого направления наведения для наведения бурового инструмента на положение цели.

В еще одном аспекте изобретения, описаны устройство и соответствующий способ для использования с системой для выполнения горизонтально направленного бурения, включающей бурильную колонну, которая продолжается от буровой установки до бурового инструмента таким образом, что буровым инструментом управляют на основе его ориентации по крену, и буровой инструмент передает сигнал текущей ориентации по крену, который имеет заданное разрешение, чтобы определить набор заранее определенных, разнесенных по углу положений ориентации по крену, каждое из которых может быть точно определено с помощью сигнала текущей ориентации по крену. Устройство и соответствующий способ включают в себя устройство для выработки команды вертикального управления и команды горизонтального управления, так что соотношение команд управления между командой вертикального управления и командой горизонтального управления определяет желательное направление наведения для направления бурового инструмента на цель, при этом желательное направление наведения не ограничивается заранее определенными разнесенными ориентациями по крену, которые определены заданным разрешением измерительного преобразователя. Дисплей выполнен с возможностью отображения индикатора управления в смещенной позиционной взаимосвязи относительно индикатора цели на основе команд управления, при этом индикатор управления графически представляет модифицированное желательное направление наведения, которое основано на желательном направлении наведения, по меньшей мере когда желательное направление наведения находится между заранее определенными разнесенными положениями по крену, и модифицированное направление наведения соответствует ближайшему из заранее определенных положений ориентации по крену, так что модифицированное желательное направление наведения по крену совпадает с одной из заранее определенных разнесенных ориентации по крену.

В еще одном аспекте изобретения, описаны устройство и соответствующий способ для использования с системой для выполнения горизонтально направленного бурения, включающей бурильную колонну, которая продолжается от буровой установки до бурового инструмента, такую что буровой инструмент управляется на основе своей ориентации по крену, а система -выполнена- с возможностью выработки команд управления, таких что буровой инструмент может наводиться на цель. Устройство и соответствующий способ включают в себя дисплей, выполненный с возможностью отображения индикатора управления в позиционной взаимосвязи с индикатором цели на основе команд управления. На дисплее показана координатная сетка, которая исходит от индикатора цели или индикатора управления.

В дополнение к примерным аспектам и вариантам осуществления изобретения, описанным выше, дополнительные аспекты и варианты станут очевидными исходя из чертежей и последующего описания.

Краткое описание чертежей

Примерные варианты осуществления изобретения показаны на ссылочных фигурах чертежей. Предполагается, что варианты осуществления и фигуры, раскрытые здесь, являются иллюстративными, а не ограничивающими.

Фиг. 1 - схематичный вид, по высоте, области, в которой устройство для наведения на цель и связанный с ним способ, согласно настоящему изобретению, используются для направления бурового инструмента на местоположение цели.

Фиг. 2 - схематичный снимок экрана, иллюстрирующий внешний вид варианта осуществления команды поворота совместно с дополнительными признаками.

Фиг. 3 - схематичный снимок экрана, иллюстрирующий внешний вид варианта осуществления команды толкания совместно с дополнительными признаками.

Фиг. 4 - схематичный снимок экрана, иллюстрирующий внешний вид варианта осуществления команды вращения совместно с дополнительными признаками.

Фиг. 5 - схема последовательности операций, которая иллюстрирует вариант осуществления способа для работы способа наведения на цель согласно настоящему изобретению.

Фиг. 6 - схематичный снимок экрана, иллюстрирующий внешний вид варианта осуществления индикатора управления согласно настоящему изобретению.

Фиг. 7 схематично иллюстрирует внешний вид вариантов осуществления снимка экрана индикатора наведения настоящего изобретения для постепенного увеличения значений тангажа.

Фиг. 8 схематично иллюстрирует внешний вид вариантов осуществления снимка экрана индикатора управления настоящего изобретения для постепенного уменьшения значений тангажа.

Фиг. 9 - схема последовательности операций, которая иллюстрирует вариант осуществления способа выработки индикатора управления согласно настоящему изобретению.

Фиг. 10 - схематичный снимок экрана, иллюстрирующий внешний вид варианта осуществления команды поворота, где индикатор управления отцентрирован, и индикатор цели перемещается вокруг индикатора управления на основе команд управления.

Раскрытие изобретения

Нижеследующее представленное описание позволит специалисту в данной области техники осуществить и использовать изобретение. Различные модификации показанных вариантов осуществления будут очевидны специалистам, и общие принципы, раскрытые здесь, могут быть применены и к другим вариантам осуществления изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не должно ограничиваться показанными вариантами осуществления, но должно соответствовать самому широкому объему согласно принципам и признакам, описанным в данном документе, включая модификации и эквиваленты. Следует отметить, что чертежи выполнены не в масштабе и являются схематичными по характеру, с тем чтобы лучше иллюстрировать признаки, представляющие интерес. Описательные термины, такие, например, как вверх/вниз, вправо, влево и т.п., могут быть выбраны для лучшего понимания читателем различных видов, показанных на фигурах, и никоим образом не являются ограничивающими изобретение.

Обратимся теперь к чертежам, на которых одинаковые элементы могут быть обозначены одинаковыми ссылочными позициями на всех различных фигурах. Фиг. 1 иллюстрирует один вариант осуществления системы для выполнения подземных работ, в общем обозначенной ссылочной позицией 10. Система включает в себя портативное устройство 20, которое показано расположенным на поверхности 22 земли, а также дополнительно в увеличенном виде на вставке. Следует отметить, что межкомпонентная кабельная разводка в устройстве 20 не показана, чтобы сохранить иллюстративную ясность, но предполагается, что она присутствует и ее может легко реализовать специалист в данной области техники с учетом этого полного раскрытия изобретения. Устройство 20 включает в себя трехосный антенный кластер 26, измеряющий три ортогональные компоненты потока магнитной индукции, показанные как b_x, b_y и b_z. Один подходящий антенный кластер раскрыт в патенте США №6005532, который принадлежит заявителю настоящей заявки и включен сюда путем ссылки. Антенный кластер 26 электрически соединен с секцией 32 приемника. Компоновка 34 датчика наклона может быть предусмотрена для измерения гравитационных углов, из которых можно определить составляющие магнитного потока в системе координат уровней.

Устройство 20 может дополнительно включать в себя графический дисплей 36, устройство 38 телеметрии с антенной 40 и секцией 42 обработки, соединенные соответствующим образом с различными компонентами. Секция обработки может включать в себя цифровой сигнальный процессор (DSP), который выполнен с возможностью выполнения различных процедур, которые необходимы во время работы. Следует иметь в виду, что графический дисплей 36 может быть сенсорным экраном для облегчения оператору выбора различных кнопок, которые определены на экране, и/или может быть облегчена прокрутка между различными кнопками, которые определены на экране, для выполнения выбора оператором. Такой сенсорный экран можно использовать отдельно или в комбинации с устройством 48 ввода таким, например, как вспомогательная клавиатура. Вспомогательную клавиатуру можно использовать без сенсорного экрана. Более того, можно использовать многочисленные разновидности устройства ввода, и можно использовать колесики прокрутки и другие подходящие, широко известные виды устройства выбора. Секция обработки может включать в себя компоненты, такие как, например, один или более процессоров, память любого подходящего типа и аналого-цифровые преобразователи. Как хорошо известно в данной области техники, аналого-цифровые преобразователи способны обнаруживать частоту, которая по меньшей мере в два раза больше наивысшей частоты, представляющей интерес. GPS (система глобального позиционирования) приемник 50 можно включить наряду с GPS-антенной 52. GPS-компоненты можно измерять для того, чтобы обеспечить повышенную точность определения местоположения. При желании можно добавить другие компоненты (не показаны), такие как, например, магнитометр, для облегчения определения местоположения относительно направления бурения, и ультразвуковые преобразователи для измерения высоты устройства над поверхностью земли.

В настоящем примере устройство 20 можно избирательно выполнить двумя различными путями в отношении обеспечения цели для бурового инструмента 60, который создает локационное поле 62, такое как, например, электромагнитный сигнал диполя. В первой конфигурации, устройство 20 непосредственно служит в качестве цели. Во второй конфигурации, устройство 20 может направлять буровой инструмент на смещенную цель Т, которая расположена под устройством. Обе конфигурации описаны, например, в патенте США №6250402 (в дальнейшем патент ′402), который включен сюда путем ссылки, так, что команды управления влево/вправо (Y) и вверх/вниз (ΔZ) могут быть сформированы для направления бурового инструмента на устройство или на смещенную цель. Кроме того, эта компоновка определяет глубину D бурового инструмента и расстояние S по горизонтали от бурового инструмента до цели, например, в соответствии с патентом ′402. В патенте США №6727704, который включен сюда путем ссылки, раскрывает усовершенствованные способы выработки команд управления и соответствующей информации, в которых местоположение цели не ограничивается местонахождением непосредственно под портативным устройством. Вся информация может передаваться из антенны 40 для телеметрии для использования на буровой установке 70, как будет дополнительно описано непосредственно в дальнейшем. В еще одной конфигурации заданное положение может соответствовать положению вдоль заранее определенной схемы скважины 80 (то есть заданной траектории) так, как это описано выше, например, в отношении патента ′951. В настоящем примере заданная траектория изображена пунктирной линией и показана только частично. В еще одной конфигурации в портативном устройстве может использоваться джойстик или другой подходящий механизм, который позволяет оператору портативного устройства непосредственно вырабатывать команды приведения в действие буровой установки. В качестве неограничивающего примера одно из таких устройств описано в патенте США №6079506 (далее патент ′506), который включен сюда во всей своей полноте путем ссылки. В частности, переносное портативное устройство 140 включает в себя джойстик 148, как показано на фигурах 3 и 4 патента ′506. Используя такой джойстик можно избирательным образом выдавать оператору на буровой установке любой подходящий набор команд приведения в действие буровой установки. Независимо от конкретной технологии, которая формирует данные для управления бурового инструмента, технологии, которые описаны ниже, могут использовать такие данные для выработки команд приведения в действие буровой установки. С помощью настоящего полного описания изобретения обычный специалист в данной области техники может легко адаптировать любую систему, которая в достаточной степени вырабатывает команды управления в соответствии с исследованиями, которые был обнаружены в данном документе.

По-прежнему ссылаясь на фиг. 1, система 10 дополнительно включает в себя буровую установку 7, содержащую салазки 82, для перемещения вдоль длины противолежащей пары реек 83. Буровой инструмент 26 включает в себя ассиметричную грань 84 и крепится на противоположном конце к бурильной колонне 86. Как правило, бурильная колонна 86 состоит из множества прикрепляемых с возможностью съема секций бурильных труб, так что буровая установка может с усилием вводить бурильную колонну в грунт, используя перемещение в направлении стрелки 88 и отводить бурильную колонну в ответ противоположное перемещение. Секции бурильных труб могут устанавливаться через проход для переноса бурового раствора или флюида, который выпускается из бурового инструмента под давлением, чтобы способствовать проходке через грунт, а также для охлаждения бурильной головки. В общем буровой раствор также служит для приостановления и вывода выбранной породы на поверхность вдоль внешней длины бурильной колонны. Управление можно выполнить хорошо известным способом путем ориентации ассиметричной грани 84 таким образом, чтобы буровой инструмент отклонялся в желательном направлении в грунте в ответ на толкательное движение вперед, которое можно назвать "режим толкания". Поворот или вращение бурильной колонны с помощью буровой установки будет, как правило, приводить к продвижению бурового инструмента вперед или прямо, что можно назвать режим "вращения" или "продвижения".

В настоящем примере предполагается перемещение бурового инструмента в пределах главной системы координат XYZ. В целях упрощения в настоящем примере ось X может быть по меньшей мере в общем одинаковой по протяженности с поверхностью земли и лежать в общем выше намеченной траектории бурового инструмента, однако можно принять любое другое подходящее расположение осей координат. Начало главной системы координат указано ссылочной позицией 90, по существу, в точке, где буровой инструмент входит в землю. Хотя декартова система координат используется в качестве базиса для главных систем координат, используемых в различных вариантах осуществления изобретения, которые раскрыты в данном документе, следует понимать, что эта терминология используется для описательных целей и можно использовать любую подходящую систему координат. Как отмечено, ось X проходит вперед, ось Y проходит вправо, если смотреть в направлении вперед вдоль оси X, и ось Z направлена вниз.

Оператор (не показан) управляет операцией бурения на пульте 100 управления (лучше всего видно на увеличенной вставке), которая непосредственно включает в себя приемник 102 телеметрии, соединенный с антенной 104 телеметрии, экран 106 дисплея, устройство ввода, такое как клавиатура ПО, устройство 112 обработки, которое может включать в себя подходящие интерфейсы и память, а также один или более процессоров. В иллюстративных целях и в прилагаемой формуле изобретения упоминается, что термин дисплей можно рассматривать как подходящее устройство, которое, по меньшей мере, способно иллюстрировать вариант осуществления различных экранных иллюстраций, которые показаны на фигурах. Посредством неограничивающего примера такое подходящее устройство, например, включает в себя пульт 100 управления и устройство 20, а также любой подходящий экран дисплея, который связан или приводится в действие подходящим устройством обработки. Множество рычагов 114 управления, например, управляет перемещением салазок 82. В одном варианте осуществления экран 106 может представлять собой сенсорный экран, поэтому клавиатура 110 может быть вспомогательной.

Во время операции бурения устройство 20 принимает сигнал 62 с использованием антенной решетки 26 и обрабатывает принятый сигнал, например, в соответствии с вышеупомянутым патентом ′402 для выработки команд управления (AY) и (ΔZ), а также глубины D и расстояния S, каждую из которых можно передавать, используя телеметрический сигнал 120, в систему 102 телеметрии на буровую установку. Следует иметь в виду, что локационный сигнал 62 может быть модулированным любым подходящим способом для переноса информации в устройство 20. Такая модулированная информация может включать в себя неограничивающий пример, показания датчика ориентации, такие как показания датчиков ориентации по тангажу и крену, состояние аккумуляторной батареи, температуру, ориентацию по крену, давление бурового раствора, окружающего буровой инструмент, и любую другую информацию, представляющую интерес. Следует отметить, что в качестве альтернативы модуляции локационного сигнала, предметную информацию можно передавать вверх по бурильной колонне в буровую установку, используя электропроводность, такую как компоновку, типа провод в трубе. В любом случае, вся информация может быть доступна на пульте 100 управления на буровой установке. В некоторых вариантах осуществления изобретения команды управления можно вырабатывать без переносного портативного локатора. Примеры таких систем описаны в вышеупомянутом патенте ′951, а также в опубликованной заявке на патент США №2011-0174539, которая включена в настоящее описание во всей своей полноте путем ссылки. В других вариантах осуществления изобретения консоль 100 можно выполнить удаленной от буровой установки, например, в виде портативного/удаленного блока, который включает в себя управление приведением в действие буровой установки, а также дисплей 106.

Теперь все внимание будет направлено на фиг. 2-4, которые являются схематичными иллюстрациями внешнего вида варианта осуществления применения наведения на цель, как это может выглядеть, например, на дисплее 106, показанном на фиг. 1. Следует иметь в виду, что иллюстрации внешнего вида дисплея ограничены чертежом в черно-белых линиях в результате ограничений, налагаемых на фигуры, представленные в контексте патентной заявки и требований к ней, однако можно использовать и полноцветное изображение на дисплее любым подходящим способом. По меньшей мере некоторые особенности применения наведения на цель будут описаны с точки зрения их возможного изображения на цветном дисплее. Кроме того, некоторые особенности могут включать в себя поступательное движение элементов дисплея в манере анимации, например, для моделирования 3-D (трехмерного) изображения. В общем дисплей может включать в себя серию концентрических окружностей 200 с единым центром 202. Радиальные линии 204 могут выходить из центра 202, например, с приращением 15 градусов. Концентрические окружности 200 и радиальные линии 204 совместно используются для моделирования изображения трехмерного туннеля, как будет обсуждаться в дальнейшем. Символ 210 цели размещается также в центре в поз. 202 и может включать в себя перекрестие 212, а также пересечение в форме X, выполненное в пределах окружности 214. Следует отметить, что символ цели можно выполнить в различных конфигурациях, и он не ограничивается описанной конфигурацией. В некоторых вариантах заданное положение можно установить на основании сигнала, подаваемого из портативного устройства 20, тогда как в других вариантах положение цели может представлять собой любое подходящее местоположение вдоль заранее определенной траектории цели. Хотя символ цели не перемещается из центра 202 во время проведения бурения, относительный размер символа цели можно изменить в зависимости от расстояния от фактического положения цели до бурового инструмента, как будет описано в дальнейшем. Указатель 220 тангажа представлен рядом с левым краем дисплея 106 и может показывать самое последнее или текущее значение тангажа, полученное на буровой установке. В примере, показанном на фиг. 2, значение тангажа, равное 0,0%, показано как текущее значение тангажа в окне 222 тангажа рядом с символом 224 бурильной головки, который расположен в центре на дуге 230 тангажа. Положение символа 224 бурильной головки на дуге 230 тангажа может базироваться на текущем значении тангажа. Значение тангажа может находиться в диапазоне по меньшей мере от -30% до+30%. В общем, относительно редко во время операции бурения используют значения, выходящие за пределы этого диапазона. Однако в примере такой операции текущее значение тангажа может быть показано в окне 222 тангажа. Значения тангажа можно точно определить в пересчете на проценты или градусы для любого из экранных дисплеев настоящей заявки. Дисплей 106 может показывать текущее расстояние 240 до цели, которое соответствует текущему значению S, как описано выше. Текущее расстояние, в примере, показанном на фиг. 2, показано как 6 метров (20 футов), 0 метров. Ряд шевронов можно выровнить в линию, чтобы указать на направление цели от индикации дальности.

После описания признаков дисплея наведения на цель, которые являются общими для фиг. 2-4, дополнительные подробности теперь будут предоставлены в сочетании с обсуждением соответствия каждого вида конкретным стадиям операциям бурения, которые включены в общий процесс предоставления оператору инструкций для направления бурового инструмента на цель.

Очевидно, фиг. 2 включает представление указателя 260 крена/тангажа на дисплее, смещение относительно центра 202 цели в контексте выдачи команд оператору на переориентацию или поворот ориентации по крену бурового инструмента перед продолжением. Следует отметить, что уровень крена/тангажа может называться индикатором наведения. Таким образом фиг. 2 можно рассматривать как представление режима команды по крену или повороту. В варианте слово "ПОВОРОТ" или другую подходящую текстовую индикацию можно отображать для передачи текущей команды приведения в действие, хотя это не является обязательным требованием. Текстовая индикация может быть оформлена или представлена с использованием любой подходящей комбинации цветных или анимационно-графических элементов. В другом варианте другой экран дисплея может быть представлен перед появлением экрана, показанного на фиг. 2, включающий более крупную текстовую индикацию, чтобы подчеркнуть оператору, что команда приведения в действие изменяется, аналогичным образом, как и в случае с другими текстовыми индикациями, описанными ниже. Для фиг. 2 можно предположить, что буровой инструмент является стационарным. Указатель крена/тангажа в настоящем варианте показан в общем в виде циферблата, имеющего 12 позиций по окружности. Стрелка 262 крена может показывать текущую ориентацию крена бурового инструмента, например, как декодированную из телеметрического сигнала 120 (фиг. 1). Текущую ориентацию крена можно также показать, например, в виде пузыря 266 крена в центре циферблата. В настоящем примере текущая ориентация крена показана как 12:00 часов. Кроме того, указатель 260 крена/тангажа и смещен по положению и по углу от центра 202, так чтобы интуитивно показать текущее состояние бурового инструмента, как уникальным образом представлено с помощью указателя крена/тангажа, относительно цели, через входные данные крена, которые необходимо получить от оператора. Графическую индикацию можно представить, например, в виде курсора 270 на периферии указателя крена/тангажа для того, чтобы показать угловую ориентацию указателя крена/тангажа относительно часовых положений, отмеченных на нем. То есть указатель крена/тангажа имеет такое угловое смещение относительно цели, чтобы оператор имел возможность, по меньшей мере, в общем посмотреть вдоль длины бурильной колонны в направлении цели. Кроме того, указатель крена/тангажа графически и численно показывает оператору текущую ориентацию по крену бурового инструмента. Таким образом, представление указателя крена/тангажа, описанное здесь, объединяет значительное количество информации в удобном и легком для интерпретации виде. Следует отметить, что угловое смещение можно определить на основании арктангенса (ΔZ/ΔY), отношение команды ΔZ вертикального управления к команде ΔY бокового наведения, где команды наведения доступны через телеметрический сигнал 120.

По-прежнему ссылаясь на фиг. 2, индикация 274 глубины может предоставляться во взаимодействии с указателем крена/тангажа для указания текущей глубины бурового инструмента как декодированной из телеметрического сигнала 120. В настоящем варианте осуществления индикация глубины показана в окне, примыкающем к ряду инвертированных шевронов, которые разнесены между верхним краем дисплея и верхней периферией указателя крена/тангажа. Следует иметь в виду, что индикация глубины и связанные с ней инвертированные шевроны перемещаются вместе с перемещением указателя крена/тангажа вокруг центра 202 на основании команд наведения. Для целей указания оператору на то, что необходима регулировка ориентации по крену, дисплей может привлечь внимание оператора к стрелке 262 крена любым подходящим способом. Например, стрелка может иметь красный цвет, мигать и/или быть анимированной с использованием некоторой комбинации признаков. В то же самое время курсор 270 может проявлять такое же поведение, как стрелка крена или любое подходящее поведение с использованием цвета, анимации и т.п.для указания оператору на то, что необходимы входные данные крена. Кроме того, показания можно предоставить оператору, например, на основании внешнего вида и/или цвета циферблата указателя крена/тангажа. Например, циферблат или некоторую ограниченную часть циферблата можно окрасить желтым цветом или некоторым его оттенком, который можно сохранять до тех пор, пока стрелка 262 крена не совпадет с курсором 270. Можно также обеспечить звуковую индикацию, которая необходима для входных данных крена. В ответ на эту индикацию оператор может поворачивать бурильную колонну с намерением совмещения стрелку 262 крена с курсором 270. При вращении бурового инструмента стрелка крена поворачивается по кругу указателя крена/тангажа, как будет описано в дальнейшем более подробно. В одном варианте реализации изобретения положение координатора 260 наведения можно устанавливать на основе величин и знаков команд наведения X и Y. В некоторых вариантах реализации изобретения индикатор крена можно выполнить отдельно от координатора наведения, например, на циферблате, который появляется вблизи одного угла дисплея.

Фиг. 2 дополнительно служит для обсуждения индикатора 278 тангажа, который проходит поперек циферблата указателя. Индикатор тангажа можно называть взаимозаменяемо горизонтом тангажа. Поскольку текущее показание тангажа на фиг. 2 составляет нуль градусов, индикатор тангажа делит пополам циферблат. Как это видно на последующих чертежах, индикатор тангажа может перемещаться вертикально на указателе крена/тангажа в ответ на изменения ориентации по крену. Кроме того, можно использовать любую подходящую схему для определения текущего показания тангажа, в том числе, например, окрашивание цветом, который определяет границу, соответствующую правильному местоположению горизонта тангажа.

Фиг. 3 демонстрирует вариант внешнего вида дисплея 106, реагирующего на оператора, повернувшего бурильную колонну для выравнивания стрелки 262 крена с курсором 270, который показывает оператору команду на нажим или продвижение для толкания или продвижения буровой штанги дальше в грунт без поворота. Слово "толкать" или другая подходящая текстовая индикация может отображаться для того, чтобы передавать текущую команду приведения в действие, хотя это и не является обязательным требованием. Текстовую индикацию можно заключить в рамку и/или представить с использованием подходящей комбинации цветных и/или анимационно-графических элементов. Если оператор пропускает выровненное состояние, например, из-за скручивания бурильной колонны, оператор может просто продолжить поворот бурильной колонны с любым число оборотов до тех пор, пока не достигнет выравнивания. В ответ на достижение выровненного состояния стрелки крена и курсора, может измениться цветовая схема. Например, стрелка крена и/или курсор могут стать зелеными и/или проявлять любое подходящее поведение, такое как, например, мигание, для того чтобы показать оператору, что бурильная колонна должна продвигаться без вращения. Буровой инструмент может затем продвигаться до тех пор, пока не будет показано иное. Во время такого продвижения элементы дисплея 106 могут реагировать таким образом, чтобы показывать оператору, что буровой инструмент перемещается в направлении цели. Окружности 200 могут увеличиваться по диаметру, как показано стрелками 280. Аналогичным образом, окружности 200 могут быть анимированными для уменьшения диаметра в ответ на отвод бурильной колонны.

По-прежнему ссылаясь на фиг. 3, уместно теперь рассмотреть ряд подробностей в отношении выравнивания стрелки 262 крена с курсором 270. В одном варианте, указатель 260 крена/тангажа вместе с курсором 270 можно позиционировать в любой угловой ориентации, которая определяется через текущее отношение команд наведения. Однако в зависимости от возможностей конкретного датчика, который используется в буровом инструменте 60, по восприятию ориентации крена, результат может быть таким, что невозможно достичь идеального выравнивания между стрелкой крена и курсором. В таком варианте другие индикаторы, такие как цвет и/или анимация, могут указывать оператору на то, что целесообразно продвигать бурильную колонну, несмотря на некоторую степень несовпадения между стрелкой крена и курсором. Однако в другом варианте позиционирование указателя 260 крена/тангажа и курсора 270 на основе текущего отношения команд наведения, можно выполнять с учетом возможностей конкретного датчика, который используется в буровом инструменте 60, для измерения ориентации крена. То есть заданный измерительный преобразователь, в общем, включает в себя датчик ориентации по крену или измерительное устройство, имеющее ограниченное разрешение. Например, доступные измерительные преобразователи, имеющие возможность измерения ориентации по крену в 12 позициях (то есть часовые позиции) и возможность измерения ориентации по крену в 24 позициях (1/2 часовой позиции). При постоянной скорости поворота продвижение стрелки 262 крена вокруг указателя крена/тангажа происходит пошагово от одного измеренного положения крена до следующего. В общем, текущее измеренное положение можно округлить на основе телеметрического сигнала до ближайшей допустимой ориентации крена, которую можно показать. В другом варианте указатель 260 крена/тангажа и/или курсор 270 можно позиционно ограничить угловыми ориентациями, которые соответствуют или согласуются с положениями, которые заданный измерительный преобразователь может измерить при округлении текущего отношения команд наведения. Соответственно, указатель 260 крена/тангажа и курсор 270 могут быть расположены в угловых положениях относительно центра 202, которые равномерно разнесены и соответствуют ориентации крена, которые можно показать или измерить с помощью используемого измерительного преобразователя. Таким образом, каждую позицию крена, которую можно показать на указателе 262 крена/тангажа, можно выровнить с курсором 270. Соответственно, дисплей можно выполнить с возможностью наглядной демонстрации индикатора наведения во взаимосвязи с положением смещения относительно индикатора цели на основе команд наведения, так что индикатор управления графически представляет модифицированное желательное направление наведения. Модифицированное направление наведения основано на желательном направлении наведения, так что, когда желательное направление наведения попадает между заранее определенными разнесенными положениями крена, модифицированное направление наведения может соответствовать ближайшему одному из заранее определенных положений ориентации по крену для углового выравнивания модифицированного направления наведения с одной из заранее определенных разнесенных ориентации по крену.

На фиг. 4 показан вариант внешнего вида дисплея 106 в ответ на наведение оператором бурового инструмента по прямой траектории на цель. То есть буровой инструмент должен попасть в цель за счет вращения бурильной колонны при продвижении в режиме "вращения". Внешний вид экрана 106 на фиг. 4 можно рассматривать как выдачу команды вращения оператору. В варианте осуществления, слово "вращать" или другую подходящую текстовую индикацию можно отображать для передачи текущей команды приведения в действие, хотя это и не является обязательным требованием. Текстовую индикацию можно заключить в рамку и/или представить, используя любую подходящую комбинацию цветовых и/или анимационно-графических элементов. Режим вращения можно ввести в ответ на обе команды ΔY и ΔZ наведения с уменьшением менее чем или равным выбранному пороговому значению. Подходящее пороговое значение, посредством неограничивающего примера, можно выбрать в качестве команды наведения +/-5 единиц для измерительного преобразователя, имеющего заданный диапазон 256 единиц для каждой команды наведения. После того, как какая-либо из команд наведения превысила порог, дисплей может возвратиться к режиму команды поворота или режиму команды толкания, показанных на фиг.2 и 3, соответственно. При необходимости дисплей может переключаться между различными режимами команд. Следует отметить, что расстояние 240 до цели показано как пониженное на 4,5 метра (15 футов), 0 метров, тогда как глубина 274 показана как повышенная на 3,6 метра (12 футов, 0 метров). Символ 224 бурильной головки показан в положении на дуге 230 тангажа, который соответствует текущему значению тангажа -2,5 процента, что аналогично показанному в окне 222 тангажа.

По-прежнему ссылаясь на фиг.4, внешний вид дисплея можно изменить любым подходящим способом после ввода режима команды вращения. В одном варианте, символ 210 цели можно увеличить по размеру (в диаметре), при этом оставаясь в центре в пределах указателя 262 крена/тангажа. Внешний вид последнего может также изменяться. В варианте, внешнее кольцо 400 указателя крена/тангажа может изменяться по цвету относительно своего внешнего вида на экранах фиг. 2 и 3, например, преобразовываться в зеленую кольцевую полосу. Внешнее кольцо 400 может быть анимационным, например, чтобы включать в себя секции вращения и/или окрашивание цветом, вращение которого показано стрелкой 402 для демонстрации оператору, что вращение бурильной колонны является желательным. В качестве другой особенности следует отметить, что курсор 270 может исчезать при вводе этого режима отображения.

Фиг. 4 дополнительно иллюстрирует один вариант внешнего вида индикаторов 410а и 410b тенденции тангажа, на которые можно ссылаться обобщенно, используя ссылочную позицию 410. В настоящем примере, индикатор 410а минимального тангажа указывает -2%, тогда как индикатор 410b максимального тангажа указывает +5%. Минимальное и максимальное значение можно определить любым подходящим образом. В одном варианте, минимальное и максимальное значения тангажа можно точно определить, как соответствующие значениям, измеренным в пределах некоторого периода времени, продолжающегося вплоть до настоящего времени, например, в пределах последних 10 секунд. В другом варианте, минимальное и максимальное значения тангажа можно выбрать из заранее определенного числа самых последних значений тангажа, таких как, например, последние 30 показаний тангажа. Индикаторы тенденции тангажа могут показывать условия бурения. Например, когда буровой инструмент подвергается высокой степени вибрации, индикаторы тенденции тангажа в общем будут отличаться друг от друга. Подвергая операции относительного сглаживания, индикаторы тенденции тангажа в общем будут сходиться. В случае, когда буровой инструмент отклонился в ответ на удар о препятствие, такое как горная порода, одно из показаний тенденции тангажа может соответствовать текущему указанному показанию тангажа для бурового инструмента. Индикаторы тенденции тангажа могут быть также полезны, например, для демонстрации того, что скважина является неповрежденной при данных обстоятельствах, когда отдельные показания тангажа могут быть весьма переменными.

Как показано на фиг. 2-4 и как будет показано на дополнительных фигурах, информацию о тангаже можно также предоставить в виде части указателя 262 крена/тангажа. В варианте, "горизонт" на указателе крена/тангажа может перемещаться по вертикали в ответ на текущие показания тангажа таким образом, чтобы горизонт делил пополам показатель крена/тангажа при нулевом тангаже, перемещался вверх, когда тангаж становится более отрицательным, и перемещался вниз, когда тангаж становится более положительным. Любую подходящую схему можно использовать для определения горизонта тангажа, в том числе, например, окрашивание цветом.

На фиг. 5 показана блок-схема последовательности операций, в общем показанная ссылочной позицией 500, которая иллюстрирует вариант работы по наведению на цель согласно настоящему изобретению. Способ начинается на этапе 502 и продолжается на этапе 504, на котором анализируют самое последнее положение бурового инструмента и относящуюся к нему полученную информацию, например, через телеметрический сигнал 120. В некоторых вариантах, по меньшей мере некоторая информация, такая как, например, показания ориентации на основе датчика, можно принимать на буровой установке посредством передачи данных, при которой используется бурильная колонна. На этапе 506 тестирование определяет, совмещен ли буровой инструмент с целью. Такое определение может быть основано, например, на величинах команд наведения с учетом порогового значения, как обсуждено выше. Выравнивание можно определить на основе углового разрешения, обеспечиваемого командами управления с учетом ряда положений крена, которые можно обнаружить с помощью заданного измерительного преобразователя.

Например, команды наведения можно округлить до ближайшей ориентации крена, который можно обнаружить (показать) с помощью заданного измерительного преобразователя. Если буровой инструмент выровнен, операция переходит на этап 510 таким образом, что дисплей 106 может выдавать команду на вращение, например, на основании своего внешнего вида, показанного на фиг. 4. С другой стороны, если буровой инструмент не ориентирован на цель, операция затем переходит на соответствующую одну из команд: команду поворота (фиг. 2) или команду толкания (фиг. 3).

Соответственно, на этапе 512 тестируют, совпадает ли угол текущей ориентации по крену бурового инструмента с направлением, в котором необходимо наведение, на основании отношения команд наведения способом, который соответствует представлению команды толкания, например, как это видно на фиг. 3. Как описано выше, команды наведения можно округлить до ближайшей ориентации по крену, которая может быть показана заданным измерительным преобразователем. Если совмещение является соответствующим, то операция продолжается на этапе 514 таким образом, что экран с командой толкания (фиг. 3) или его эквивалент можно представить оператору. Если совмещение не является соответствующим, то работа продолжается на этапе 518 таким образом, что экран с командой поворота (фиг. 2) или его эквивалент можно представить оператору. Вслед за каждой из команд: команды 510 вращения, команды 514 толкания и команды 518 поворота, работа возвращается на этап 504. Описанный процесс можно повторять итерационным образом до тех пор, пока буровой инструмент не достигнет цели. Итерации процесса можно выполнять с любой подходящей скоростью для обновления данных дисплея. В варианте, скорость итераций может быть основана на скорости вращения бурильной колонны. В некоторых вариантах, итерации можно выполнить с быстрой скоростью, которая ограничивается ограничениями, которые наложены на аппаратные средства системы. Например, итерацию можно выполнять каждый раз, когда поступают обновленные данные крена от электроники подземного измерительного преобразователя.

Как показано на фиг. 6, внимание теперь будет направлено на подробное описание указателя 260 крена/тангажа. Сначала следует отметить, что указатель крена/тангажа может быть представлен на дисплее 106 как часть всего дисплея наведения на цель, как показано на фиг. 2-4, или отдельно на дисплее 106, как показано на фиг. 6, и/или на дисплее 36 устройства 20. Внешний вид указателя крена/тангажа может быть идентичен в любом случае, однако по меньшей мере некоторые особенности допускают большую иллюстративную ясность с использованием независимых видов указателя крена/тангажа, самый большой из которых является предметом настоящего обсуждения. Внешний вид указателя 260 крена/тангажа соответствует, по меньшей мере в общем, своему внешнему виду на фиг. 2, включающему в себя «пузырь» 266 крена, показывающий индикацию крена на 12:00 часов, имеющую стрелку 262 крена, совмещенную с положением 12:00 часов. Хотя стрелка крена показана прозрачной для иллюстрации нижележащего циферблата, стрелка крена может иметь любой подходящий цвет и может закрывать циферблат под ней. В настоящем примере индикатор 278 тангажа указывает, что текущее показание тангажа имеет ноль процентов. Как обсуждено выше, местоположение индикатора тангажа может служить границей между различными цветными областями. Например, область 600, расположенная ниже индикатора тангажа, может быть темной или иметь черный цвет, тогда как область, расположенная выше, может быть светлее по цвету. В варианте, переходную зону или область 602, расположенную выше положения индикатора 278 тангажа и имеющую верхнюю границу, определенную пунктирной линией 604, можно постепенно заштриховать, например, от белого, вблизи положения индикатора тангажа, до золотистого оттенка на верхней полоске области, которая почти полностью окрашивается после достижения верхней границы 604. Верхняя часть 604 циферблата может иметь другой цвет, например, синий. Как будет видно, доля каждой из цветовых областей на циферблате указателя крена/тангажа может изменяться в ответ на изменение угла тангажа. Область 602 может перемещаться вертикально вместе с перемещением индикатора 278 тангажа. Ширина по вертикали области 602 может изменяться в ответ на текущее значение тангажа. Например, когда тангаж увеличивается в положительном направлении, область может становиться более узкой по вертикали. И, наоборот, когда тангаж увеличивается в отрицательном направлении, область может расширяться по вертикали или оставаться неизменной. Численные показания можно обеспечить для выбранных положений на циферблате. Например, как это показано. Цветовые схемы можно выбирать для поддержания видимости «пузыря» 266 крена в вариантах, в которых применяется окрашивание «пузыря» крена на основании цветов, применяемых в областях 600, 602 и 610.

На фиг. 7 представлены варианты внешнего вида указателя крена/тангажа на дисплее 106 для все возрастающих положительных значений тангажа, обозначенных ссылочными позициями 700a-f, каждая из которых снабжена иллюстративным значением тангажа и указанным значением крена. Следует иметь в виду, что различные области, описанные выше со ссылкой на фиг. 6, можно легко выполнить для каждого из этих снимков экрана. Посредством неограничивающего примера, положение линии индикатора тангажа можно определить для стандартной системы координат с помощью отрицательного текущего значения тангажа в градусах и дальнейшего умножения его на постоянную, которая, по меньшей мере частично, основана на высоте указателя.

На фиг. 8 представлены варианты внешнего вида указателя крена/тангажа на дисплее 106 для все увеличивающихся отрицательных значений тангажа, обозначенных ссылочными позициями 800a-f, каждая из которых снабжена иллюстративным значением тангажа и указанным значением крена. Следует иметь в виду, что различные области, описанные выше со ссылкой на фиг. 6, можно легко выполнить для каждого из этих снимков экрана.

На фиг. 9 показан вариант осуществления способа, в общем, обозначенный ссылочной позицией 900, для формирования указателя крена/тангажа, как это показано на различных фигурах. На этапе 902 принимают данные, которые могут включать в себя данные тангажа и данные крена. Как описано выше, такие данные можно принимать через телеметрию и/или любым другим подходящим образом, таким как передача из бурового инструмента вплоть до буровой установки через бурильную колонну. Принятые данные декодируют и их можно передать на этап 904 для хранения данных. Эти данные, например, можно хранить в памяти на пульте 100 управления на буровой установке. Новые данные тангажа затем используются на этапе 906 для регулировки показаний тангажа, как это отражается, с помощью указателя 220 тангажа (фиг. 2-4), индикаторов тенденции тангажа ((410а и 410b на фиг. 4) и указателей крена/тангажа, показанных на фиг. 2-4 и 5-8. Теперь данные крена можно аналогичным образом использовать на этапе 910 для регулировки показаний крена, как это отражено указателями крена/тангажа, показанными на фиг. 2-4 и 5-8. Далее на этапах 906 и 910 операция возвращается на этап 902 и может продолжаться в этом цикле на всем протяжении операции системы.

На фиг. 10 показана схематичная иллюстрация внешнего вида другого варианта осуществления изобретения по наведению на цель, как это может выглядеть, например, на дисплее 106, показанном на фиг. 1. Следует отметить, что описание некоторых одинаковых компонентов не повторяется для краткости изложения. В настоящем варианте центр концентрических окружностей 200 находится в центре на указателе 260 крена, символ 210′ цели перемещается относительно указателя крена (то есть индикатора 260 управления), так что система координат является обратной по сравнению с фиг. 2-4. То есть символ цели перемещается вокруг расположенного по центру указателя крена на фиг. 4 на основе команд управления. Радиальная линия 204 проходит от центра указателя крена, например, с приращением 15 градусов. Концентрические окружности 200 и радиальные линии 204 могут моделировать внешний вид трехмерного туннеля с аналогичными анимациями, которые применяются для окружностей 200 в ответ на перемещение вперед и назад бурового инструмента. Символ 210′ цели может включать в себя перекрестие в форме X, образованное внутри круга 214. Следует отметить, что символ цели можно обеспечить в широком диапазоне различных конфигураций и он не ограничивается описанной конфигурацией. Символ цели перемещается относительно центра окружностей 200 на основе команд управления во время продолжающейся операции бурения. В варианте, относительный размер символа цели может изменяться в ответ на расстояние бурового инструмента относительно фактического положения цели, как это было описано выше. Указатель 220 тангажа представлен рядом с левым краем дисплея 106, и он может представлять последнее или текущее значение тангажа, принятое на буровой установке. В примере, показанном на фиг. 10, значение тангажа, равное 0,0%, показано в качестве текущего значения тангажа. Текущее расстояние 240 от цели показано как 4,5 метра (15 футов, 0 дюймов), тогда как текущее показание 274 глубины показывает глубину 3,6 метра (12 футов, 0 дюймов) для бурового инструмента. Ряд шевронов можно выровнить в направлении указателя крена от указателя расстояния.

По-прежнему, обращаясь к фиг. 10, ряд шестиугольников 1000 проходит от указателя 260 крена до цели 210′. Диаметр каждого шестиугольника можно постепенно уменьшать по размеру с увеличением расстояния от указателя крена бурового инструмента. Ориентацию по углу каждого шестиугольника в ряду можно определить на основании кривизны бурильной колонны в соответствующей точке на траектории бурения. Таким образом, дисплей интуитивно иллюстрирует 3-D кривизну вдоль траектории. Шестиугольники не являются ограничивающим примером, любой подходящий символ или символы можно использовать для представления предстоящей траектории бурения. Траекторию бурения и соответствующую кривизну можно установить любым подходящим образом, например, основанным на предварительном планировании предполагаемой траектории, которую определяют перед бурением или в процессе работы. Следует отметить, что снимок экрана, показанный на фиг. 10, является аналогичным иллюстрации, показанной на фиг. 2, при иллюстрации команды поворота. Конечно, могут быть использованы цветовые схемы и/или анимация, которые соответствуют вышеприведенному описанию, с большой гибкостью, оставаясь в пределах объема изобретения. Специалисты в данной области техники смогут легко реализовать дисплей, соответствующий команде толкания (фиг. 3), располагая настоящим описанием. Команда поворота и/или команда толкания в соответствии с фиг. 10 могут легко использоваться совместно с командой вращения (фиг. 4) для формирования полного набора команд, поскольку индикаторы цели и управления совмещаются для команды вращения.

Хотя обсуждения приведены выше в рамках отображения команд приведения в действие в основном в отношении визуального дисплея, следует иметь в виду, что команды приведения в действие могут передаваться оператору любым подходящим способом. Посредством неограничивающего примера, в вариантах осуществления могут использоваться звуковые команды приведения в действие, тактильные команды приведения в действие на основе касания, сопротивление органов управления буровой установки, например, рычагов управления для выполнения действий оператора, контроль вибрации органов управления буровой установки, чтобы показать на соответствующие и/или несоответствующие органы управления для конкретной команды приведения в действие, или любые подходящие их комбинации, в том числе комбинации, в которых используется визуальное отображение.

Считается, что дисплеи, представленные в вышеизложенном описании, обеспечивают интуитивное представление информации, которая требуется для успешного завершения конкретной операции бурения в контексте системы самоуправления или системы наведения на цель. Утверждается, что такие дисплеи не были разработаны до сих пор. Ход операции бурения контролируют таким образом, чтобы обеспечить выдачу соответствующих показаний оператору, использую пользовательский режим отображения для каждого показания, который значительно увеличивает вероятность успешного завершения данной операции бурения в наиболее оперативном порядке. В частности, дисплей, выбранный с возможностью избирательного и автоматического предоставления оператору показаний в качестве команд приведения в действие буровой установки, включающих в себя команду поворота, команду толкания и команду вращения в ответ на, по меньшей мере частично, команду управления. Следует иметь в виду, что набор из одной или более команд приведения в действие позволяет выполнить то, что достаточно для работы данной буровой установки, и что набор команд приведения в действие не ограничивается специфическими командами, которые были подробно описаны в данном документе. То есть набор команд приведения в действие можно настроить любым желательным образом, например, на основании одной или более команд приведения в действие, описанных в данном документе, других команд приведения в действие или любой подходящей комбинации команд приведения в действие. В варианте осуществления в любой заданный момент времени во время выполнения бурения, дисплей может выдавать соответствующую одну из команд приведения в действие буровой установки. То есть оператор может всегда рассчитывать на наличие навигации в виде текущей команды приведения в действие буровой установки. В дополнение к отображению команд приведения в действие буровой установки, дисплей может отслеживать релевантную информацию, такую как, например, текущую ориентацию по крену бурового инструмента в индикаторе управления для обеспечения интуитивного представления фактического рабочего статуса буровой установки и бурового инструмента, выполненного как единое целое и с учетом текущей команды приведения в действие буровой установки. Более того, необходимость для оператора интерпретировать или транслировать команду наведения совместно с другой информацией, такой как, например, текущая ориентация по крену бурового инструмента для формулировки соответствующих действий буровой установки, устранена эффективным образом.

Вышеизложенное описание изобретения было представлено в целях иллюстрации и описания. Оно не предназначено быть исчерпывающим или ограничивать изобретение точной раскрытой формой или формами, и другие модификации изменения возможны в свете вышеизложенных идей изобретения, где специалистам в данной области техники будут понятны некоторые модификации, перестановки, добавления и их подкомбинации.

Все элементы, части и этапы, описанные здесь, предпочтительно включены в данный документ. Следует понимать, что любой из этих элементов, частей и этапов можно заменить другими элементами, частями и этапами или вообще исключить их как будет очевидно специалистам в данной области техники.

КОНЦЕПЦИИ

В этом документе раскрыты по меньшей мере следующие концепции.

Концепция 1. Устройство в системе для выполнения горизонтально направленного бурения, включающей в себя бурильную колонну, продолжающуюся от буровой установки до бурового инструмента таким образом, чтобы буровой инструмент управлялся на основании своей ориентации по крену, причем упомянутая система включает в себя устройство для выработки команд управления для направления бурового инструмента на положение цели, причем устройство содержит:

дисплей, выполненный с возможностью избирательно отображать каждую из команд: поворота, толкания и вращения, в ответ, по меньшей мере частично, на команды управления.

Концепция 2. Устройство по концепции 1, в котором дисплей выполнен с возможностью визуального отображения для оператора каждой из упомянутых команд: поворота, толкания и вращения.

Концепция 3. Устройство по концепции 1 или 2, в котором дисплей показывает индикатор управления, который позиционируется на дисплее на основании команд управления, и индикатор управления показывает упомянутую ориентацию по крену бурового инструмента.

Концепция 4. Устройство по концепции 3, в котором индикатор управления графическим образом показывает ориентацию по крену на циферблате.

Концепция 5. Устройство по концепции 3, в котором индикатор управления численным образом показывает ориентацию по крену.

Концепция 6. Устройство по концепциям 1-5, в котором система вырабатывает команды управления, включающие в себя команду вертикального управления и команду горизонтального управления, и в котором дисплей выполнен с возможностью переключения между командой вращения и каждой из команды толкания и команды поворота на основании порогового значения величины каждой из команды вертикального управления и команды горизонтального управления.

Концепция 7. Устройство по концепции 6, в котором величина каждой из команды толкания и команды поворота точно определена в диапазоне 256 единиц, а пороговое значение меньше, чем или равно 5 единицам.

Концепция 8. Устройство по концепции 6, в котором индикатор управления выполнен с возможностью изменения внешнего вида, когда команда поворота выдается в результате сравнения внешнего вида команды толкания и команды вращения.

Концепция 9. Устройство по концепции 8, в котором индикатор управления выполнен с возможностью включать в себя первый диаметр, соответствующий команде толкания и команде вращения, и второй, больший диаметр, соответствующий команде поворота.

Концепция 10. Устройство по концепции 9, в котором дисплей показывает индикатор цели, и упомянутый дисплей выполнен с возможностью центрирования индикатора управления на индикаторе цели в ответ на команду вертикального управления и команду горизонтального управления, которые удовлетворяют упомянутому пороговому значению.

Концепция 11. Устройство по концепциям 1-10, в котором положение цели определяется в фиксированном отношении к портативному устройству, которое передает сигнал самонаведения.

Концепция 12. Устройство по концепциям 1-11, в котором положение цели представляет собой точку вдоль заранее определенного плана скважины.

Концепция 13. Устройство в системе для выполнения горизонтально направленного бурения, включающей в себя бурильную колонну, продолжающуюся от буровой установки до бурового инструмента таким образом, чтобы буровой инструмент управлялся на основании своей ориентации по крену, при этом упомянутая система включает в себя устройство для выработки команд управления для направления бурового инструмента на положение цели, причем устройство содержит:

дисплей, выполненный с возможностью показывать индикатор управления в позиционной взаимосвязи с индикатором цели на упомянутом дисплее, и упомянутый индикатор управления выполнен с возможностью предоставления информации, которая представляет текущую ориентацию по крену бурового инструмента в сочетании с отображением желательного направления управления для управления бурового инструмента на положение цели.

Концепция 14. Устройство по концепции 13, в котором индикатор управления графическим образом показывает текущую ориентацию по крену на циферблате.

Концепция 15. Устройство по концепции 13, в котором индикатор управления включает в себя стрелку крена, которая показывает текущую ориентацию по крену.

Концепция 16. Устройство по концепции 15, в котором стрелка крена выполнена с возможностью пошагового перемещения между множеством заранее определенных положений крена на циферблате в ответ на текущую ориентацию по крену бурового инструмента.

Концепция 17. Устройство по концепции 13, в котором индикатор управления численно показывает текущую ориентацию по крену бурового инструмента.

Концепция 18. Устройство по концепциям 13-17, в котором индикатор управления графически показывает текущую ориентацию по тангажу бурового инструмента.

Концепция 19. Устройство по концепции 18, в котором индикатор управления включает в себя горизонт тангажа, который показывает упомянутую текущую ориентацию по тангажу.

Концепция 20. Устройство по концепциям 13-19, в котором упомянутый буровой инструмент показывает ориентацию по тангажу, и показание тангажа, характеризующее ориентацию по тангажу, по меньшей мере периодически передается в упомянутый дисплей, а дисплей выполнен с возможностью показывать текущую ориентацию по тангажу в сочетании с тенденцией тангажа, включающей в себя минимальный тангаж и максимальный тангаж, на основании множества переданных показаний тангажа.

Концепция 21. Устройство по концепциям 13-20, в котором положение индикатора цели неподвижно на дисплее, а индикатор управления перемещается вокруг индикатора цели для предоставления позиционной взаимосвязи.

Концепция 22. Устройство по концепциям 13-21, в котором положение индикатора управления неподвижно на дисплее, а индикатор цели перемещается вокруг индикатора управления для представления позиционной взаимосвязи.

Концепция 23. Устройство по концепции 22, в котором дисплей выполнен с возможностью демонстрации ряда геометрических форм, которые направляются от индикатора управления к индикатору цели.

Концепция 24. Устройство в системе для выполнения горизонтально направленного бурения, включающей в себя бурильную колонну, продолжающуюся от буровой установки до бурового инструмента таким образом, чтобы буровой инструмент управлялся на основании своей ориентации по крену, и упомянутый буровой инструмент передает сигнал текущей ориентации по крену, который имеет заданное разрешение для определения набора заранее определенных, разнесенных по углу положений ориентации по крену, каждая из которых точно определяется с помощью сигнала текущей ориентации по крену, причем устройство содержит:

устройство для выработки команды вертикального управления и команды горизонтального управления таким образом, чтобы отношение команд управления между командой вертикального управления и командой горизонтального управления определяло желательное направление наведения для направления бурового инструмента на цель, а желательное направление наведения не ограничивалось бы упомянутыми заранее определенными разнесенными ориентациями по крену, определяемыми заданным разрешением измерительного преобразователя; и

дисплей, выполненный с возможностью изображать индикатор управления в смещенной позиционной взаимосвязи относительно индикатора цели на основе команд управления, и упомянутый индикатор управления графически представляет модифицированное желательное направление наведения, которое основано на желательном направлении наведения по меньшей мере тогда, когда желательное направление наведения попадает между заранее определенными разнесенными положениями крена, при этом модифицированное направление наведения соответствует ближайшему из заранее определенных положений ориентации по крену таким образом, чтобы модифицированное желательное направление наведения было совмещено по углу с одной из заранее определенных разнесенных ориентации по крену.

Концепция 25. Устройство по концепции 24, в котором каждая команда управления точно определяется диапазоном из 256 единиц, и заданное разрешение сигнала текущей ориентации по крену не больше, чем 24 часовых позиций, так что модифицированное направление наведения округляется до одной из часовых позиций.

Концепция 26. Устройство в системе для выполнения горизонтально направленного бурения, включающей в себя бурильную колонну, продолжающуюся от буровой установки до бурового инструмента таким образом, чтобы буровой инструмент управлялся на основании своей ориентации по крену, и система выполнена с возможностью выработки команд управления таким образом, чтобы буровой инструмент наводился на цель, причем устройство содержит:

дисплей, выполненный с возможностью отображать индикатор управления в позиционной взаимосвязи с индикатором цели на основе команд управления; и

координатную сетку, показанную на дисплее и имеющую начало на выбранном индикаторе: индикаторе цели или индикаторе управления.

Концепция 27. Устройство по концепции 26, в котором координатная сетка включает в себя множество элементов, и по меньшей мере некоторые элементы координатной сетки выполнены с возможностью перемещения в ответ на перемещения бурового инструмента к цели.

Концепция 28. Устройство по концепции 27, в котором координатная сетка схематично представляет трехмерную туннельную конструкцию.

Концепция 29. Устройство по концепции 28, в котором координатная сетка выполнена таким образом, чтобы перемещение упомянутых элементов имитировало перемещение бурового инструмента в пределах трехмерной туннельной конструкции.

Концепция 30. В системе для выполнения горизонтально направленного бурения, включающей в себя бурильную колонну, продолжающуюся от буровой установки до бурового инструмента таким образом, чтобы буровая установка управлялась на основании своей ориентации по крену, причем система включает в себя устройство для выработки команд управления для направления бурового инструмента на положение цели, причем способ содержит этап, на котором:

избирательно визуально отображают каждую из команд: команду поворота, команду толкания и команду вращения, в ответ по меньшей мере частично на команды управления.

Концепция 31. В системе для выполнения горизонтально направленного бурения, включающей в себя бурильную колонну, продолжающуюся от буровой установки до бурового инструмента таким образом, чтобы буровой инструмент управлялся на основании своей ориентации по крену, причем упомянутая система включает в себя устройство для выработки команд управления для направления бурового инструмента на положение цели, причем устройство содержит:

дисплей, выполненный с возможностью избирательно отображать каждую из команд: команду поворота, команду толкания и команду вращения, в ответ, по меньшей мере частично, на команды управления.

Концепция 32. В системе для выполнения горизонтально направленного бурения, включающей в себя бурильную колонну, продолжающуюся от буровой установки до бурового инструмента таким образом, чтобы буровой инструмент управлялся на основании своей ориентации по крену, причем упомянутая система включает в себя устройство для выработки команд управления для направления бурового инструмента на положение цели, причем устройство содержит:

дисплей, выполненный с возможностью показывать индикатор управления в позиционной взаимосвязи с индикатором цели на упомянутом дисплее, и упомянутый индикатор управления выполнен с возможностью предоставления информации, которая представляет собой текущую ориентацию по крену бурового инструмента в сочетании с отображением желательного направления управления для наведения бурового инструмента на положение цели.

Концепция 33. В системе для выполнения горизонтально направленного бурения, включающей в себя бурильную колонну, продолжающуюся от буровой установки до бурового инструмента таким образом, чтобы буровой инструмент управлялся на основании своей ориентации по крену и упомянутый буровой инструмент передавал сигнал текущей ориентации по крену, который показывает заданное разрешение для определения набора из заранее определенных, разнесенных по углу положений ориентации по крену, каждое из которых можно точно определить с помощью сигнала текущей ориентации по крену, причем устройство содержит:

устройство для выработки команды вертикального управления и команды горизонтального управления таким образом, чтобы отношение команд управления между командой вертикального управления и командой горизонтального управления определяло желательное направление наведения для направления бурового инструмента на цель, и желательное направление наведения не ограничивается упомянутыми заранее определенными разнесенными ориентациями по крену, определяемыми заданным разрешением измерительного преобразователя; и

дисплей, выполненный с возможностью отображения индикатора управления в смещенной позиционной взаимосвязи относительно индикатора цели на основании команд управления, и упомянутый индикатор управления графически представляет модифицированное желательное направление наведения, которое основано на желательном направлении наведения по меньшей мере тогда, когда желательное направление наведения попадает между заранее определенными разнесенными положениями крена, и модифицированное направление наведения соответствует ближайшему положению из заранее определенных положений ориентации по крену, таким образом, чтобы модифицированное желательное направление наведения совмещалось по углу с одной из заранее определенных разнесенных ориентации по крену.

Концепция 34. В системе для выполнения горизонтально направленного бурения, включающей в себя бурильную колонну, продолжающуюся от буровой установки до бурового инструмента таким образом, чтобы буровой инструмент управлялся на основании своей ориентации по крену, и система выполнена с возможностью выработки команд управления таким образом, чтобы буровой инструмент мог наводиться на цель, причем устройство содержит:

дисплей, выполненный с возможностью отображения индикатора управления в позиционной взаимосвязи с индикатором цели на основании команд управления; и

координатную сетку, показанную на дисплее и берущую начало на выбранном индикаторе: индикаторе цели или индикаторе управления.

Концепция 35. Устройство в системе для выполнения горизонтально направленного бурения, включающей в себя бурильную колонну, продолжающуюся от буровой установки до бурового инструмента таким образом, чтобы буровой инструмент управляется на основании своей ориентации по крену, причем упомянутая система включает в себя устройство выработки команд управления для направления бурового инструмента на положение цели, причем устройство содержит:

визуальные индикаторы каждой из команд: команды поворота, команды толкания и команды вращения в ответ по меньшей мере частично на команды управления.

Концепция 36. Способы использования любой из концепций 1-35.

Концепция 37. Способы выполнения любой из концепций 1-35.

Концепция 38. Устройство, используемое совместно с системой для выполнения горизонтально направленного бурения, причем система включает в себя бурильную колонну, продолжающуюся от буровой установки до бурового инструмента таким образом, чтобы буровой инструмент управлялся на основании ориентации по крену. Система также включает в себя устройство для выработки команд управления для направления бурового инструмента на положение цели. В ответ, по меньшей мере частично, на команды управления, дисплей выполнен с возможностью избирательно показывать команды поворота, команды толкания и команды вращения. Описан индикатор управления, который показывает текущую ориентацию по крену бурового инструмента. 3-D сетка может быть анимационной и центрированной на индикаторе управления или индикаторе цели. Округление отношения команд управления может ограничить отображение ориентации по крену цели только ориентациями, которые способен измерить и отобразить заданный измерительный преобразователь.

Изобретение относится к области подземного направленного бурения, а более конкретно к системе наведения на цель при направленном бурении, устройству и связанному с ним способу. Устройство, используемое совместно с системой для выполнения горизонтально направленного бурения; система включает в себя бурильную колонну, вытянутую от буровой установки до бурового инструмента, так чтобы буровой инструмент управлялся на основании ориентации по крену. Система также включает в себя устройство для выработки команд управления для направления бурового инструмента на положение цели. В ответ, по меньшей мере частично, на указанные команды управления, дисплей выполнен с возможностью избирательного отображения команды поворота, команды толкания и командой вращения. Описан индикатор управления, который показывает текущую ориентацию по крену бурового инструмента. 3-D сетка может быть анимационной и отцентрированной на индикаторе управления или индикаторе цели. Округление отношения команд управления позволяет ограничить отображение лишь такими ориентациями по крену цели, которые может измерить и показать заданный измерительный преобразователь бурового инструмента. 5 н. и 25 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство в системе для выполнения горизонтально направленного бурения, включающей в себя бурильную колонну, вытянутую от буровой установки до бурового инструмента, так что буровой инструмент управляется на основании своей ориентации по крену, причем система включает в себя устройство для выработки команд управления для направления бурового инструмента на положение цели, содержащее:
дисплей, выполненный с возможностью избирательного отображения каждой из следующих команд: команда поворота, команда толкания и команда вращения, в ответ, по меньшей мере частично, на указанные команды управления.

2. Устройство по п. 1, в котором дисплей выполнен с возможностью визуального отображения для оператора каждой из упомянутых команд: команды поворота, команды толкания и команды вращения.

3. Устройство по п. 1, в котором на дисплее изображается индикатор управления, позиционируемый на основании команд управления, причем индикатор управления отображает упомянутую ориентацию по крену бурового инструмента.

4. Устройство по п. 3, в котором индикатор управления графически отображает ориентацию по крену на циферблате.

5. Устройство по п. 3, в котором индикатор управления численно отображает ориентацию по крену.

6. Устройство по п. 1, в котором указанная система вырабатывает команды управления, включающие в себя команду вертикального управления и команду горизонтального управления, при этом дисплей выполнен с возможностью переключения между командой вращения и командой толкания, а также между командой вращения и командой поворота на основании порогового значения величины каждой из указанных команд: команды вертикального управления и команды горизонтального управления.

7. Устройство по п. 6, в котором величина каждой из указанных команд: команды толкания и команды поворота, определяется в диапазоне 256 единиц, а пороговое значение меньше или равно 5 единицам.

8. Устройство по п. 6, в котором индикатор управления выполнен с возможностью изменения внешнего вида, когда выдается команда поворота, по сравнению с внешним видом команды толкания и команды вращения.

9. Устройство по п. 8, в котором индикатор управления выполнен с возможностью включать в себя первый диаметр, соответствующий команде толкания и команде вращения, и второй, больший, диаметр, соответствующий команде поворота.

10. Устройство по п. 9, в котором дисплей показывает индикатор цели, при этом дисплей выполнен с возможностью размещения центра индикатора управления на индикаторе цели в ответ на команду вертикального наведения и команду горизонтального наведения, которые удовлетворяют упомянутому пороговому значению.

11. Устройство по п. 1, в котором положение цели определяется при фиксированной связи с портативным устройством, которое передает сигнал самонаведения.

12. Устройство по п. 1, в котором положение цели представляет собой точку вдоль заранее определенной схемы скважины.

13. Устройство в системе для выполнения горизонтально направленного бурения, включающей в себя бурильную колонну, вытянутую от буровой установки до бурового инструмента, так что буровой инструмент управляется на основании своей ориентации по крену, причем система включает в себя устройство для выработки команд управления для направления бурового инструмента на положение цели, содержащее:
дисплей, выполненный с возможностью изображать индикатор управления в позиционной взаимосвязи с индикатором цели на упомянутом дисплее, при этом упомянутый индикатор управления выполнен с возможностью предоставления информации, которая представляет собой текущую ориентацию по крену бурового инструмента в сочетании с отображением желательного направления управления для наведения бурового инструмента на положение цели.

14. Устройство по п. 13, в котором индикатор управления графически показывает текущую ориентацию по крену на циферблате.

15. Устройство по п.13, в котором индикатор управления включает в себя стрелку крена, которая показывает текущую ориентацию по крену.

16. Устройство по п.15, в котором стрелка крена выполнена с возможностью пошагового перемещения между множеством заранее определенных положений крена на циферблате в ответ на текущую ориентацию по крену бурового инструмента.

17. Устройство по п. 13, в котором индикатор управления численно показывает текущую ориентацию по крену бурового инструмента.

18. Устройство по п. 13, в котором индикатор управления графически показывает текущую ориентацию по тангажу бурового инструмента.

19. Устройство по п. 18, в котором индикатор управления включает в себя горизонт тангажа, который показывает упомянутую текущую ориентацию по тангажу.

20. Устройство по п. 13, в котором упомянутый буровой инструмент показывает ориентацию по тангажу, и показание тангажа, характеризующее ориентацию по тангажу, по меньшей мере периодически передается в упомянутый дисплей, при этом дисплей выполнен с возможностью показывать текущую ориентацию по тангажу в сочетании с тенденцией тангажа, включающей минимальный тангаж и максимальный тангаж, на основании множества переданных показаний тангажа.

21. Устройство по п. 13, в котором положение индикатора цели на дисплее неподвижно, а индикатор управления перемещается вокруг индикатора цели для представления позиционной взаимосвязи.

22. Устройство по п. 13, в котором положение индикатора управления на дисплее неподвижно, а индикатор цели перемещается вокруг индикатора управления для представления позиционной взаимосвязи.

23. Устройство по п. 22, в котором дисплей выполнен с возможностью демонстрации ряда геометрических форм, которые направляются от индикатора управления к индикатору цели.

24. Устройство в системе для выполнения горизонтально направленного бурения, включающей в себя бурильную колонну, вытянутую от буровой установки до бурового инструмента, так что буровой инструмент управляется на основании своей ориентации по крену, и упомянутый буровой инструмент передает сигнал текущей ориентации по крену, который имеет заданное разрешение для определения набора заранее определенных, разнесенных по углу положений ориентации по крену, каждое из которых точно определяется с помощью сигнала текущей ориентации по крену, содержащее:
устройство для выработки команды вертикального управления и команды горизонтального управления, так что отношение команд управления между командой вертикального управления и командой горизонтального управления определяет желательное направление наведения для направления бурового инструмента на цель, и желательное направление наведения не ограничено упомянутыми заранее определенными разнесенными ориентациями по крену, определяемыми заданным разрешением измерительного преобразователя; и
дисплей, выполненный с возможностью изображать индикатор управления в смещенной позиционной взаимосвязи относительно индикатора цели на основе команд управления, и упомянутый индикатор управления графически представляет модифицированное желательное направление наведения, которое основано на желательном направлении наведения по меньшей мере, когда желательное направление наведения попадает между указанными заранее определенными разнесенными положениями по крену, при этом модифицированное направление наведения соответствует ближайшему положению из указанных заранее определенных положений ориентации по крену, так чтобы модифицированное желательное направление наведения совмещалось по углу с одной из указанных заранее определенных разнесенных ориентаций по крену.

25. Устройство по п. 24, в котором каждая команда управления точно определена посредством множества значений из 256 единиц, а заданное разрешение сигнала текущей ориентации по крену определяется не более чем 24-часовыми позициями на циферблате, так что модифицированное направление наведения округляется до положения одной из часовых позиций.

26. Устройство в системе для выполнения горизонтально направленного бурения, включающей в себя бурильную колонну, вытянутую от буровой установки до бурового инструмента, так что буровой инструмент управляется на основании своей ориентации по крену, причем система выполнена с возможностью выработки команд управления таким образом, чтобы буровой инструмент наводился на цель, содержащее:
дисплей, выполненный с возможностью изображать индикатор управления в позиционной взаимосвязи с индикатором цели на основе указанных команд управления; и
координатную сетку, показанную на дисплее, началом которой выбран индикатор цели или индикатор управления.

27. Устройство по п. 26, в котором координатная сетка включает в себя множество элементов и по меньшей мере некоторые элементы координатной сетки выполнены с возможностью перемещения в ответ на перемещения бурового инструмента к цели.

28. Устройство по п. 27, в котором координатная сетка схематично представляет трехмерную туннельную конструкцию.

29. Устройство по п. 28, в котором координатная сетка выполнена таким образом, что перемещение упомянутых элементов имитирует перемещение бурового инструмента в пределах трехмерной туннельной конструкции.

30. В системе для выполнения горизонтально направленного бурения, включающей в себя бурильную колонну, вытянутую от буровой установки до бурового инструмента, так что буровой инструмент управляется на основании своей ориентации по крену, причем система включает в себя устройство для выработки команд управления для направления бурового инструмента на положение цели, способ, включающий:
избирательное и визуальное отображение каждой из следующих команд: команда поворота, команда толкания и команда вращения, в ответ, по меньшей мере частично, на указанные команды управления.