Brevet FR3074834A1 — publié le 20190614

17-IPM-101600-U1-FR -1- [TITRE] OPTIMISATION ACCÉLÉRÉE PAR RECUIT SIMULÉ POUR UN FORAGE EN TEMPS RÉEL Domaine technique [0001] La présente invention concerne de manière générale des dispositifs destinés à être utilisés dans des systèmes de puits. Plus spécifiquement, mais non à titre de limitation, cette invention concerne la commande optimisée en temps réel d'un outil de forage pendant le forage d'un puits de forage. Contexte [0002] Un puits inclut un puits de forage foré à travers une formation souterraine. Les conditions à l'intérieur de la formation souterraine où le trépan de forage passe lorsque le puits de forage est en cours de forage changent continuellement. Par exemple, la formation à travers laquelle un puits de forage est foré exerce une force variable sur le trépan de forage. Cette force variable peut être due au mouvement de rotation du trépan de forage, au poids appliqué sur le trépan de forage et aux caractéristiques de frottement de chaque strate de la formation. Un trépan de forage peut traverser de nombreuses matières différentes, la roche, le sable, le schiste, l'argile, etc. au cours de la formation du puits de forage et des réglages des divers paramètres de forage sont parfois effectués pendant le processus de forage par un opérateur de forage pour tenir compte de changements observés. Brève description des dessins [0003] La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un exemple de système de puits qui inclut un dispositif informatique de commande d'un outil de forage selon certains aspects de l'invention. [0004] La figure 2 est un schéma fonctionnel d'un dispositif informatique de commande d'un outil de forage selon certains aspects de l'invention. [0005] La figure 3 est un organigramme illustrant un processus de commande d'un outil de forage selon certains aspects de l'invention. 2017-IPM-101600-U1-FR -2- [DESCRIPTION] Description détaillée [0006] Certains aspects et certaines caractéristiques se rapportent à un système qui améliore, et rend plus efficace, la projection d'une valeur optimisée pour un paramètre de forage sélectionné tel que la vitesse de pénétration (ROP) en réglant des paramètres pouvant être commandés tels que le poids sur le trépan (WOB) et la vitesse de rotation du trépan de forage, pour les opérations de forage. Les paramètres pouvant être commandés peuvent être calculés, en prenant en compte les contraintes d'intervalle, et les paramètres peuvent être utilisés pour la commande en boucle fermée en temps réel et l'automatisation dans le forage pour maintenir la valeur optimisée du paramètre de forage sélectionné. [0007] Certains aspects et certaines caractéristiques utilisent l'optimisation bayésienne et par recuit simulé pour projeter rapidement et avec précision les paramètres de forage optimaux pouvant être commandés pour l'optimisation du forage. Dans certains aspects, un procédé ou un système est basé sur l'augmentation au maximum d'un paramètre de forage résultant, tel que la ROP. Certains aspects et certaines caractéristiques incluent l'utilisation d'une valeur initiale ou de valeurs initiales obtenues à partir du recuit simulé. Ces valeurs initiales peuvent être appelées ici des points d'exploration. Le système peut projeter des paramètres de forage optimisés pouvant être commandés dans un laps de temps donné avec moins de puissance de calcul et de stockage, car l'approche peut accélérer l'optimisation et par rapport aux approches n'utilisant pas le recuit simulé pour produire les points d'exploration, comme celles qui utilisent une fonction d'acquisition pour fournir des points d'exploration. Alternativement, avec une ressource informatique donnée, la vitesse de calcul du processus peut réduire le temps d'optimisation requis, fournir des résultats plus précis et converger plus rapidement vers la bonne solution car des points d'exploration précis sont fournis par le recuit simulé. [0008] Dans certains exemples, un système comprend un outil de forage et un dispositif informatique en communication avec l'outil de forage. Le dispositif informatique comprend un dispositif de mémoire non transitoire stockant des instructions qui sont exécutables par le dispositif informatique pour amener le dispositif informatique à effectuer des opérations. Les opérations comprennent la génération d'au moins une valeur pour au moins un paramètre de forage pouvant être commandé à l'aide d'un recuit simulé, l'exécution d'une optimisation bayésienne d'une fonction de perte à l'aide de l'au moins une valeur pour optimiser l'au moins un paramètre de forage pouvant être 2017-IPM-101600-U1-FR -3- commandé pour produire une valeur optimisée pour l'au moins un paramètre de forage pouvant être commandé afin d'obtenir une valeur prédite pour un paramètre de forage sélectionné. La valeur optimisée peut être appliquée à un outil de forage pour obtenir la valeur prédite pour le paramètre de forage sélectionné. [0009] Dans certains exemples, le paramètre de forage sélectionné est la vitesse de pénétration et, dans certains exemples, les paramètres de forage pouvant être commandés incluent au moins l'un de la vitesse de rotation (RPM) ou du WOB. Dans certains exemples, les contraintes d'intervalle sont associées au couple et à la traînée, ou au tourbillonnement. Dans certains exemples, les opérations effectuées par le dispositif informatique comprennent l'application de la valeur optimisée pour l'au moins un paramètre de forage pouvant être commandé à l'outil de forage afin d'obtenir une commande en boucle fermée en temps réel par une mise à jour continue des paramètres pertinents. [0010] La figure 1 est une vue de côté en coupe transversale d'un exemple de système de puits 100 selon certains aspects. Le système de puits 100 inclut un puits de forage 102 s'étendant à travers une formation souterraine 104 contenant des hydrocarbures. Dans cet exemple, le puits de forage 102 est vertical, mais dans d'autres exemples, le puits de forage 102 peut, en plus ou en variante, être horizontal ou dévié. [0011] Dans cet exemple, le puits de forage 102 inclut une colonne de tubage 106 (par exemple, un tubage métallique) s'étendant depuis la surface de puits 108 dans la formation souterraine 104. La colonne de tubage 106 peut fournir un conduit par lequel des fluides de formation, tels que des fluides de production produits à partir de la formation souterraine 104, peuvent se déplacer du puits de forage 102 vers la surface de puits 108. Dans d'autres exemples, le puits de forage 102 peut ne pas présenter de colonne de tubage 106. [0012] Le puits de forage 102 peut inclure un outil de puits 114 pour réaliser une ou plusieurs tâches dans le puits de forage 102. Des exemples de l'outil de puits 114 peuvent comprendre un outil de sécurité, un outil de soupape, un outil de garniture, un outil de forage, un outil de surveillance, un outil de test de formation, un outil de diagraphie en cours de forage ou toute combinaison de ceux-ci. Dans certains exemples, l'outil de forage 114 est déployé dans le puits de forage 102 en utilisant un câble métallique 110, un câble lisse ou un tube enroulé, qui peut être enroulé autour d'un treuil 118 ou d'une poulie à la surface de puits 108. Aux fins de l'exemple de technique 2017-IPM-101600-U1-FR -4- d'optimisation décrite ici, on peut supposer que l'outil de puits 114 est ou comprend un outil de forage. [0013] Le système de puits 100 peut également comprendre un dispositif informatique 112. Le dispositif informatique 112 peut être positionné à la surface de puits 108 ou ailleurs (par exemple, hors site). Le dispositif informatique 112 peut être en communication avec l'outil de puits 114, un capteur ou un autre dispositif électronique. Par exemple, le dispositif informatique 112 peut avoir une interface de communication pour transmettre des informations à et recevoir des informations d'une autre interface de communication 116 de l'outil de puits 114. [0014] Dans certains exemples, le dispositif informatique 112 peut recevoir des informations provenant du fond de trou (ou d'ailleurs) sensiblement en temps réel, ce que l'on peut appeler des données en temps réel. Les données en temps réel peuvent inclure des informations relatives au système de puits 100. Par exemple, l'outil de puits 114 peut diffuser des données en temps réel au dispositif informatique 112, où les données en temps réel incluent des informations sur l'orientation ou l'emplacement de l'outil de puits 114 dans le puits de forage 102, ou une vitesse de déplacement de l'outil de puits 114 à travers le puits de forage 102. Dans un exemple, l'outil de puits 114 est un outil de forage avec un trépan de forage. Le dispositif informatique 112 peut utiliser les données en temps réel et le recuit simulé avec optimisation bayésienne comme décrit ici avec la vitesse de pénétration (ROP) de l'outil de forage 114 à travers la formation souterraine 104 comme paramètre de forage sélectionné. Un exemple plus spécifique du dispositif informatique 112 est décrit plus en détail ci-dessous par rapport à la figure 2. [0015] La figure 2 représente un exemple de dispositif informatique 112 selon un exemple. Le dispositif informatique 112 peut inclure un dispositif de traitement 202, un bus 204, une interface de communication 206, un dispositif de mémoire 208, un dispositif d'entrée utilisateur 224 et un dispositif d'affichage 226. Dans certains exemples, tout ou partie des composants représentés dans la figure 2 peuvent être intégrés dans une structure unique, telle qu'un boîtier unique. Dans d'autres exemples, tout ou partie des composants représentés dans la figure 2 peuvent être répartis (par exemple, dans des boîtiers séparés) et en communication les uns avec les autres. [0016] Le dispositif de traitement 202 peut exécuter une ou plusieurs opérations pour optimiser les paramètres de commande d'une opération de puits de forage. Le dispositif de traitement 202 peut exécuter des instructions stockées dans le 2017-IPM-101600-U1-FR -5- dispositif de mémoire 208 pour effectuer les opérations. Le dispositif de traitement 202 peut inclure un dispositif de traitement ou plusieurs dispositifs de traitement. Des exemples non limitatifs du dispositif de traitement 202 comprennent un réseau de portes programmable par l'utilisateur (« FPGA »), un circuit intégré spécifique à l'application (« ASIC »), un dispositif de microprocesseur, etc. [0017] Le dispositif de traitement 202 peut être couplé de manière communicative au dispositif de mémoire 208 via le bus 204. Le dispositif de mémoire non volatile 208 peut inclure n'importe quel type de dispositif de mémoire qui conserve les informations stockées lorsqu'il est mis hors tension. Des exemples non limitatifs du dispositif de mémoire 208 incluent une mémoire morte programmable électriquement effaçable (« EEPROM »), une mémoire flash, ou tout autre type de mémoire non volatile. Dans certains exemples, au moins une partie du dispositif de mémoire 208 peut inclure un support non transitoire lisible par ordinateur à partir duquel le dispositif de traitement 202 peut lire des instructions. Un support lisible par ordinateur peut inclure des dispositifs de stockage électroniques, optiques, magnétiques ou autres, capables de fournir au dispositif de traitement 202 des instructions lisibles par ordinateur ou un autre code de programme. Des exemples non limitatifs d'un support lisible par ordinateur incluent (mais sans s'y limiter) un ou plusieurs disques magnétiques, une ou plusieurs puces de mémoire, une mémoire morte (ROM), une mémoire vive (RAM), un ASIC, un dispositif de traitement configure, un stockage optique ou tout autre support à partir duquel un dispositif de traitement informatique peut lire des instructions. Les instructions peuvent inclure le traitement d'instructions spécifiques au dispositif générées par un compilateur ou un interpréteur à partir d'un code écrit dans un langage de programmation informatique approprié, y compris, par exemple, C, C++, C#, etc. [0018] Dans certains exemples, le dispositif de mémoire 208 peut inclure des données discrètes 210, telles que des points d'exploration potentiels. Le recuit simulé décrit ici sélectionne une valeur initiale parmi des points d'exploration potentiels, qui peuvent être stockés à partir d'opérations précédentes. Le dispositif de mémoire 208 peut également inclure des contraintes 211, telles que des contraintes techniques et des contraintes d'intervalle. Dans certains exemples, le dispositif de mémoire 208 peut inclure des instructions de code de programme informatique 212 pour recuit simulé (SA). Le dispositif de mémoire 208 peut inclure un modèle technique ROP 214. Le dispositif de mémoire 208 peut inclure un optimiseur 220. L'optimiseur peut être par exemple des instructions de programme informatique pour effectuer une optimisation bayésienne de la 2017-IPM-101600-U1-FR -6- ROP et produire des valeurs optimales pour des paramètres pouvant être commandés tels que le WOB et la RPM. Les résultats de l'optimiseur peuvent être stockés en tant que valeurs de sortie 222 dans le dispositif de mémoire 208. [0019] Dans certains exemples, le dispositif informatique 112 inclut une interface de communication 206. L'interface de communication 206 peut représenter un ou plusieurs composants qui facilitent une connexion réseau ou facilitent autrement la communication entre des dispositifs électroniques. Par exemple, l'interface de communication 206 peut être connectée à l'outil de puits 114 par l'intermédiaire de l'interface de communication 116. Les exemples incluent, mais sans s'y limiter, des interfaces filaires telles que Ethernet, USB, IEEE 1394 et/ou des interfaces sans fil telles que IEEE 802.11, Bluetooth, des interfaces de communication en champ proche (NFC), des interfaces RFID ou des interfaces radio pour l'accès aux réseaux téléphoniques cellulaires (par exemple, émetteur-récepteur/antenne pour accéder à un réseau CDMA, GSM, UMTS ou à un autre réseau de communication mobile). [0020] Dans certains exemples, le dispositif informatique 112 inclut un dispositif d'entrée utilisateur 224. Le dispositif d'entrée utilisateur 224 peut représenter un ou plusieurs composants utilisés pour entrer des données. Des exemples du dispositif d'entrée d'utilisateur 224 peuvent inclure un clavier, une souris, un pavé tactile, un bouton ou un affichage à écran tactile, etc. [0021] Dans certains exemples, le dispositif informatique 112 comprend un dispositif d'affichage 226. Le dispositif d'affichage 226 peut représenter un ou plusieurs composants utilisés pour produire des données. Des exemples du dispositif d'affichage 226 peuvent comprendre un affichage à cristaux liquides (LCD), une télévision, un moniteur d'ordinateur, un écran tactile, etc. Dans certains exemples, le dispositif d'entrée utilisateur 224 et le dispositif d'affichage 226 peuvent être un seul dispositif, tel qu'un écran tactile. [0022] La figure 3 est un organigramme illustrant un exemple de processus 300 de commande d'un outil de forage selon certains aspects. Dans certains aspects, le processus 300 est effectué au moins en partie par les instructions de programme informatique 212 et 220. Au niveau du bloc 302 du processus 300, le dispositif informatique 112 exécute un recuit simulé pour générer des valeurs pour les points d'exploration. Le recuit simulé est un processus statistique par lequel une fonction objectif utilisée pour l'optimisation est statistiquement rendue plus silencieuse au fil du temps. Ce processus est mathématiquement identique au refroidissement qui a lieu pour 2017-IPM-101600-U1-FR -7- recuire le métal. Les points d'exploration sont les valeurs sélectionnées initialement pour les variables à optimiser, par exemple les paramètres de forage pouvant être commandés. Ces points d'exploration peuvent être testés au fil du temps par l'optimisation et les valeurs se rapprochent de la solution idéale. Généralement, les valeurs d'exploration sont sélectionnées aléatoirement par recuit simulé, mais uniquement parmi les valeurs proches de la solution telles que déterminées à partir d'itérations d'optimisation précédentes ou initialement à partir de données échantillonnées, par exemple des données provenant d'un équipement d'exploitation réel ou d'un modèle. [0023] En continuant avec la figure 3, au niveau du bloc 304, on accède au modèle technique stocké 214 pour déterminer des contraintes techniques, lesquelles déterminent des contraintes d'intervalle pour les divers paramètres d'entrée et de sortie. Les exemples de contraintes incluent le tourbillonnement, le couple et la traînée et la vitesse de pompage de fluide. Ces contraintes résultent des limitations physiques et structurelles inhérentes à l'équipement de forage. Le tourbillonnement peut être une résonance perturbatrice dans la colonne de forage à certaines vitesses, généralement mesurées en tours par minute (RPM). Les intervalles autour de ces valeurs RPM peuvent être évités. Les valeurs RPM peuvent changer en fonction de la longueur et de la profondeur de la colonne de forage. La vitesse de pompage peut être la vitesse maximale à laquelle le fluide rempli de débris peut être retiré du puits de forage. La vitesse de pénétration du trépan de forage ne peut pas dépasser celle qui crée la quantité maximale de débris qui peut être retirée du puits de forage par pompage du fluide pendant un laps de temps spécifié. Le couple et la traînée peuvent résulter des forces exercées sur le trépan de forage par frottement avec la formation souterraine dans laquelle le puits de forage est en train d'être formé. [0024] Toujours en référence à la figure 3, au niveau du bloc 306, le dispositif informatique 112 détermine une pénalité à appliquer à la fonction objectif en réduisant ou en augmentant le plus possible la fonction objectif selon que les contraintes sont ou non respectées. Au niveau du bloc 308, le dispositif informatique 112 définit la fonction de perte pour l'optimisation comme une superposition linéaire de la fonction objectif et de la pénalité. Un exemple de fonction de perte (parfois appelée fonction de coût) en tant que superposition linéaire de la fonction objectif réelle et des conditions de pénalité est présenté dans l'équation (1). Dans l'équation (1), la constante de pénalité k dépend de l'échelle de la fonction objectif calculée. fonction de perte = fonction objectif + pénalité 2017-IPM-101600-U1-FR -8- Pénalité = O (La contrainte n'est pas respectée) (1) k * Max (Observations) (La contrainte est respectée et la fonction objectif est réduite le plus possible, k> 1) k * Min (Observations) (La contrainte est respectée et la fonction objectif est augmentée le plus possible, k REVENDICATIONS1. Système comprenant : un outil de forage ; et un dispositif informatique en communication avec l'outil de forage, le dispositif informatique comprenant un dispositif de mémoire non transitoire comprenant des instructions qui sont exécutables par le dispositif informatique pour amener le dispositif informatique à effectuer des opérations comprenant : la génération d'au moins une valeur pour au moins un paramètre de forage pouvant être commandé en utilisant un recuit simulé ; l'exécution d'une optimisation bayésienne d'une fonction de perte à l'aide de l'au moins une valeur pour optimiser l'au moins un paramètre de forage pouvant être commandé pour produire une valeur optimisée pour l'au moins un paramètre de forage pouvant être commandé afin d'obtenir une valeur prédite pour un paramètre de forage sélectionné ; et l'application de la valeur optimisée à l'outil de forage pour obtenir la valeur prédite pour le paramètre de forage sélectionné. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel le paramètre de forage sélectionné comprend la vitesse de pénétration. 3. Système selon la revendication 1, dans lequel le paramètre de forage pouvant être commandé comprend au moins l'un de la vitesse de rotation ou du poids sur le trépan. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, dans lequel les opérations comprennent en outre : le calcul de contraintes d'intervalle en utilisant au moins une contrainte technique, dans lequel l'optimisation bayésienne est soumise aux contraintes d'intervalle ; et la superposition linéaire d'une pénalité et d'une fonction objectif pour produire la fonction de perte. 2017-IPM-101600-U1-FR -14- 5. Système selon la revendication 4, dans lequel les contraintes d'intervalle sont associées à au moins l'un du couple et de la traînée, ou du tourbillonnement. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, dans lequel les opérations comprennent en outre : la détermination d'une amélioration attendue dans le paramètre de forage sélectionné ; et l'exécution de l'optimisation bayésienne soumise aux contraintes d'intervalle, tandis que l'amélioration attendue du paramètre de forage sélectionné est supérieure à une valeur seuil. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, dans lequel les opérations comprennent en outre : l'accès à un modèle technique pour le paramètre de forage sélectionné ; et la réalisation du recuit simulé en utilisant le modèle technique. 8. Procédé comprenant : la génération d'au moins une valeur pour au moins un paramètre de forage pouvant être commandé en utilisant un recuit simulé ; l'exécution d'une optimisation bayésienne d'une fonction de perte à l'aide de l'au moins une valeur pour optimiser l'au moins un paramètre de forage pouvant être commandé pour produire une valeur optimisée pour l'au moins un paramètre de forage pouvant être commandé afin d'obtenir une valeur prédite pour un paramètre de forage sélectionné ; et l'application de la valeur optimisée à un outil de forage pour obtenir la valeur prédite pour le paramètre de forage sélectionné. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le paramètre de forage sélectionné comprend la vitesse de pénétration. 10. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le paramètre de forage pouvant être commandé comprend au moins l'un de la vitesse de rotation ou du poids sur le trépan. 2017-IPM-101600-U1-FR -15- 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8, 9 ou 10, comprenant en outre : le calcul de contraintes d'intervalle en utilisant au moins une contrainte technique, dans lequel l'optimisation bayésienne est soumise aux contraintes d'intervalle ; et la superposition linéaire d'une pénalité et d'une fonction objectif pour produire la fonction de perte. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel les contraintes d'intervalle sont associées à au moins l'un du couple et de la traînée, ou du tourbillonnement. 13. Procédé selon la revendication 12, comprenant en outre : la détermination d'une amélioration attendue dans le paramètre de forage sélectionné ; et l'exécution de l'optimisation bayésienne soumise aux contraintes d'intervalle, tandis que l'amélioration attendue du paramètre de forage sélectionné est supérieure à une valeur seuil. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8, 9 ou 10, comprenant en outre : l'accès à un modèle technique pour le paramètre de forage sélectionné ; et la réalisation du recuit simulé en utilisant le modèle technique. 15. Support lisible par ordinateur non transitoire qui inclut des instructions qui sont exécutables par un dispositif de traitement pour amener le dispositif de traitement à exécuter un procédé selon l'une quelconque des revendications 8, 9 ou 10.