Brevet FR3084904A1 — publié le 20200214

Description Titre de l'invention : SYSTÈME À COMMANDE DISTRIBUÉE UTILISANT DES SERVICES ASYNCHRONES DANS UN PUITS DE FORAGE Domaine technique 100011 La présente invention concerne généralement des dispositifs destinés à être utilisés dans des puits. Plus particulièrement, la présente invention concerne des procédés et des systèmes permettant de fournir une commande adaptative asynchrone en temps réel d'un outil utilisé dans un puits. Technique antérieure [0002] Un puits inclut un puits de forage foré à travers une formation souterraine. Les conditions à l'intérieur de la formation souterraine dans laquelle les outils de puits de forage sont utilisés peuvent varier considérablement. Par exemple, la formation à travers laquelle un puits de forage est foré exerce une force variable sur le trépan d'un outil de forage. Cette force variable peut être due au mouvement rotatif du trépan, au poids appliqué au trépan et aux caractéristiques de frottement de chaque couche de la formation. Un trépan peut traverser de nombreux matériaux différents (roche, sable, schiste, argile, etc.) au cours de la formation du puits de forage et des ajustements de divers paramètres de forage sont parfois apportés au cours du processus de forage par un opérateur de forage pour tenir compte des changements observés. Un processus similaire peut être suivi lorsque des outils et des équipements pour les opérations de complétion et de production sont utilisés. L'efficacité des ajustements effectués par l'opérateur est déterminée à l'avenir par le succès ou l'échec des opérations de puits de forage. Brève description des dessins [0003] [fig.l] La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un exemple d'un agencement de forage qui inclut un système de commande asynchrone en temps réel d'un outil de forage selon certains aspects de l'invention. [0004] [fig.2] La figure 2 est un schéma synoptique d'un système de commande asynchrone en temps réel d'un outil de forage selon certains aspects de l'invention. [0005] [fig.3] La figure 3 est un organigramme d'un processus de commande asynchrone en temps réel d'un outil de forage selon certains aspects de l'invention. [0006] [fig.4] La figure 4 est un diagramme d'une architecture logicielle pour la commande asynchrone en temps réel d'un outil de forage selon certains aspects de l'invention. [0007] [fig.5] La figure 5 est un diagramme montrant un flux de données pour l'architecture logicielle représentée à la figure 4, selon certains aspects de l'invention. 2 100081 Ifig.61 La figure 6 est un organigramme d'un autre processus de commande asynchrone en temps réel d'un outil de forage selon certains aspects de l'invention. [0009] [fig.7] La figure 7 est un affichage d'écran qui peut être produit par un système de commande asynchrone en temps réel d'un outil de forage selon certains aspects de l' invention. [0010] [fig.8] La figure 8 est un affichage d'écran qui peut être produit par un système de commande asynchrone en temps réel d'un outil de forage selon certains aspects de l' invention. [0011] [fig.9] La figure 9 est un affichage d'écran qui peut être produit par un système de commande asynchrone en temps réel d'un outil de forage selon certains aspects de l' invention. Description des modes de réalisation [0012] Certains aspects et caractéristiques concernent un système qui détermine effi- cacement les points dc consigne optimaux d'un actionneur afin de répondre à un objectif de commande d'équipements, tels que des systèmes de forage, de production, de complétion ou d'autres opérations associées à la production de pétrole ou de gaz à partir d'un puits dc forage. Aux fins de certains exemples décrits ici, un jumeau numérique peut être un intermédiaire pour l'équipement. Les points de consigne optimaux pouvant être commandés peuvent être calculés, en tcnant compte des contraintes ct des informations obtenues à partir de modèles distribués, et peuvent être utilisés pour la commande et l'automatisation en boucle fermée en temps réel ou pour l'affichage consultatif. [0013] Certains aspects et caractéristiques fournissent une plate-forme qui peut recevoir des données via une interface Internet des objets (loT), utiliser et communiquer avec plusieurs algorithmes de manière asynchrone ct efficace pour projeter des points dc consigne optimaux pour des paramètres pouvant être commandés afin d'optimiser des opérations telles que le forage, le pompage, la production ou la complétion avec toutes contraintes. La méthodologie facilite le calcul rapide et efficace des points de consigne requis. Les algorithmes peuvent inclure plusieurs micro-services et applications d'analyse, chacun d'entre eux pouvant être qualifié de service. Chaque service peut fournir des données via un bus de messagerie en temps réel de manière asynchrone et les données peuvent être obtenues par un orchestrateur central qui agrège toutes les données et appelle un moteur de résolveur pour déterminer des paramètres optimisés pour un état actuel dans le temps à envoyer aux systèmes de commande ou à afficher sur un tableau de bord. L'orchestrateur central qui agrège les données de manière asynchrone peut appeler le moteur de résolveur sur la base d'un déclencheur temporel provenant d'une source de données d'origine dans un flux en temps réel. 3 [0014] Dans certains exemples, un système inclut un équipement de puits de forage et un dispositif de traitement couplé en communication à l'équipement de puits de forage. Un dispositif de mémoire non transitoire inclut des instructions qui sont exécutables par le dispositif de traitement pour l'amener à effectuer des opérations. Les opérations incluent la réception de manière asynchrone de la télémétrie sur un ou plusieurs orchestrateurs couplés en communication à un bus de messagerie en temps réel (RTMB), l'appel d'un service pour obtenir des résultats basés sur la télémétrie, la publication des résultats sur le bus de messagerie en temps réel pour être utilisés par les orchestrateurs, et la reconversion ou la mise à jour d'un ou de plusieurs modèles distribués entre les orchestrateurs à l'aide des résultats. Les opérations incluent en outre la résolution d'un objectif à l'aide d'un ou de plusieurs des modèles afin de générer des points de consigne permettant de commander l'équipement de puits de forage et l'envoi d'un affichage consultatif ou à l'équipement de puits de forage. [0015] Ces exemples donnés à titre d'illustration sont destinés à familiariser le lecteur avec le sujet général traité ici et ne sont pas destinés à limiter la portée des concepts décrits. Les sections suivantes décrivent diverses caractéristiques et exemples supplémentaires en référence aux dessins, dans lesquels les mêmes numéros désignent des éléments identiques, et des descriptions directionnelles sont utilisées pour décrire les aspects illustratifs mais, comme les aspects illustratifs, ne doivent pas être utilisées pour limiter la présente invention. [0016] La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un exemple d'un système de puits 100 qui peut utiliser un ou plusieurs principes de la présente invention. Un puits de forage peut être créé en forant dans le sol 102 à l'aide du système de forage 100. Le système de forage 100 peut être configuré pour entraîner un ensemble de trou inférieur (BHA) 104 positionné ou autrement disposé au fond d'un train de forage 106 déployé dans le sol 102 à partir d'un derrick 108 disposé au niveau de la surface 110. Le derrick 108 inclut une tige carrée 112 utilisée pour abaisser et relever le train de forage 106. Le BHA 104 peut inclure un trépan de forage 114 couplé de manière fonctionnelle à un train d'outil 116, qui peut être déplacé axialement à l'intérieur d'un puits de forage foré 118 en étant fixé au train de forage 106. Le trahi d'outil 116 peut inclure un ou plusieurs capteurs 109 pour déterminer les conditions du trépan de forage et du puits de forage, et renvoyer des valeurs pour différents paramètres à la surface par le biais d'un câblage (non représenté) ou par un signal sans fil. La combinaison de toute structure de support (dans cet exemple, un derrick 108), de tout moteur, de toutes connexions électriques et de tout support pour le train de forage et le train d'outil peut être appelée ici agencement de forage. [0017] Pendant le fonctionnement, le trépan de forage 114 pénètre dans le sol 102 et crée ainsi le puits de forage 118. Le BHA 104 assure la commande du trépan de forage 114 à mesure qu'il avance dans le sol 102. Le fluide ou la « boue » provenant d'un réservoir de houe 120 peut être pompé en fond de puits à l'aide d'une pompe à bouc 122 alimentée par une source d'alimentation adjacente, telle qu'une machine motrice ou un moteur 124. La bouc peut être pompée du réservoir de bouc 120, à travers une colonne montante 126, qui amène la houe dans le train de forage 106 et la transporte vers le trépan de forage 114. La bouc sort d'une ou de plusieurs buscs (non représentées) agencées dans le trépan de forage 114 et, dans le procédé, refroidit le trépan de forage 114. Après avoir quitté le trépan de forage 114, la houe retourne à la surface 110 via l'espace annulaire défini entre le puits de forage 118 et le train de forage 106 et, dans le procédé, renvoie des déblais de forage et des débris à la surface. Les déblais et le mélange de houes sont passés à travers une conduite d'écoulement 128 et sont traités de telle sorte qu'une bouc nettoyée est à nouveau renvoyée dans le trou à travers la colonne montante 126. [0018] Toujours en référence à la figure 1, l'agencement de forage et tous les capteurs 109 (à travers l'agencement de forage ou directement) sont connectés à un dispositif informatique 140a. À la figure 1, le dispositif informatique 140a est illustré comme étant déployé dans un véhicule 142, cependant, un dispositif informatique destiné à recevoir des données provenant de capteurs 109 et du trépan de forage de commande 114 de l'outil de forage peut être installé dans un bâtiment tel qu'un abri de chantier, être portatif ou être situé à distance. Dans certains exemples, le dispositif informatique 140a peut traiter au moins une partie des données reçues et peut transmettre les données traitées ou non traitées à un autre dispositif informatique 140b via un réseau câblé ou sans fil 146. L'autre dispositif informatique 140b peut être hors site, par exemple dans un centre de traitement de données ou situé à proximité du dispositif informatique 140a. L'un ou les deux dispositifs informatiques peuvent exécuter des instructions de code de programme informatique permettant à un processeur d'agir en tant qu'orchestrateur, service ou micro-service. Les dispositifs informatiques 140 a et b peuvent inclure un processeur hiterfacé avec un autre matériel via un bus et une mémoire, qui peut inclure tout support tangible lisible pal- ordinateur (et non transitoire) approprié, tel qu'une mémoire vive, une mémoire morte, une mémoire EEPROM ou similaire, peuvent comporter des composants de programme qui configurent le fonctionnement des dispositifs informatiques 140 a et b. Dans certains aspects, les dispositifs informatiques 140 a et b peuvent inclure des composants d'interface d'entrée/de sortie (par exemple, un écran, une imprimante, un clavier, une surface tactile et une souris) et un stockage supplémentaire. [0019] Les dispositifs informatiques 140 a et b peuvent inclure des dispositifs de commu- nication 144 a et b. Les dispositifs de communication 144 a et b peuvent représenter un ou plusieurs composants quelconques facilitant une connexion réseau. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, les dispositifs de communication 144 a et h sont sans fil et peuvent inclure des interfaces sans fil telles que TEEE 802.11, Bluctooth ou des interfaces radio pour accéder aux réseaux téléphoniques cellulaires (par exemple, émetteur-récepteur/antenne pour accéder à un réseau CDMA, GSM, UMTS ou d'autres réseaux de communication mobile). Dans certains exemples, les dispositifs de communication 144 a et h peuvent utiliser des ondes acoustiques, des ondes de surface, des vibrations, des ondes optiques ou une induction (par exemple une induction magnétique) pour entamer des communications sans fil. Dans d'autres exemples, les dispositifs de communication 144 a et h peuvent être câblés et peuvent inclure des interfaces telles qu'une interface Ethernet, USB, TEEE 1394 ou une interface à fibre optique. Les dispositifs informatiques 140 a et h peuvent recevoir des communications câblées ou sans fil entre eux et effectuer une ou plusieurs tâches basées sur les communications. Ces communications peuvent inclure des communications sur le RTMB, qui peuvent être mises en oeuvre presque sur tout type de couche de communication physique. Les ressources informatiques présentées à titre d'exemples dans la présente description peuvent être adaptées à de multiples agencements d'équipement et peuvent communiquer sous le contrôle d'un orchestrateur. Les orchestrateurs sont décrits plus en détail ci-dessous. La transmission entre dispositifs informatiques peut être prise en charge par la réplication de données. On ne saurait trop insister sur le fait que le système de forage présenté ci-dessus n'est qu'un exemple. Le système distribué décrit ici peut également être utilisé avec d'autres équipements. Des exemples non limitatifs incluent les équipements utilisés pour la production, la complétion, l'exploration ou l'aménagement de réservoirs. [0020] La figure 2 est un schéma fonctionnel d'un exemple d'un système 200 destiné à mettre en oeuvre tout ou partie d'une plate-forme d'optimisation en temps réel (RTOP) selon certains aspects. Par exemple, le système 200 peut être utilisé pour mettre en oeuvre un ou plusieurs orchestrateurs. Dans certains exemples, les composants représentés sur la figure 2 (par exemple, le dispositif informatique 140, la source d'alimentation 220 et le dispositif de communications 144) peuvent être intégrés dans une seule structure. Par exemple, les composants peuvent être dans un seul boîtier. Le bus de messages en temps réel 221 peut également être inclus dans le dispositif informatique, ou en variante peut être séparé. Le micro-service 222 peut également être inclus dans le dispositif informatique 140 ou être séparé. Dans d'autres exemples, la plupart ou la totalité des composants représentés sur la figure 2 peuvent être distribués (par exemple, dans des boîtiers séparés) et en communication électrique les uns avec les autres. [0021] Le système 200 inclut un dispositif informatique 140. Le dispositif informatique 140 peut inclure un processeur 204, une mémoire 207 et un bus interne 206. Le processeur 6 204 peut exécuter une ou plusieurs opérations d'instructions de code de programme informatique 210 destinées à mettre en oeuvre des instructions 211 de code de programme informatique ou d'un orchestrateur pour exécuter d'autres opérations liées à la commande asynchrone en temps réel d'un équipement de puits de forage et en relation avec divers services, notamment un serveur à distance de mise en file d'attente de messages (RMQ). Le processeur 204 peut exécuter des instructions stockées dans la mémoire 207 pour effectuer les opérations. Le processeur 204 peut inclure un dispositif de traitement ou plusieurs dispositifs de traitement. Des exemples non limitatifs du processeur 204 incluent une matrice de portes programmables par l'utilisateur (« FPGA »), un circuit intégré spécifique à une application (