УПРАВЛЕНИЕ КРУТИЛЬНЫМИ КОЛЕБАНИЯМИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЕСА

1. Способ бурения ствола скважины буровой установкой, включающий:
вращение бурильной колонны и бурового долота с помощью системы привода буровой установки;
приложение начального веса бурильной колонны в качестве осевой нагрузки на долото (WOB– weight on bit) буровой установки;
измерение свойств буровой установки для получения ожидаемой скорости вращения бурового долота; и
изменение веса бурильной колонны в качестве WOB буровой установки таким образом, чтобы соответствующее изменение осевой нагрузки, действующей в скважине на буровое долото, происходило приблизительно одновременно с изменением ожидаемой скорости вращения бурового долота.
2. Способ бурения ствола скважины по п. 1, отличающийся тем, что приложение начального веса бурильной колонны в качестве WOB буровой установки включает в себя опускание подвижного блока буровой установки, на котором подвешена бурильная колонна.
3. Способ бурения ствола скважины по п. 1, отличающийся тем, что измерение свойств буровой установки включает измерение по меньшей мере одного свойства буровой установки, выбранного из: скорости вращения бурильной колонны на буровой установке; крутящего момента бурильной колонны на буровой установке; и крутильного импеданса бурильной колонны на поверхности.
4. Способ бурения ствола скважины по п. 1, отличающийся тем, что изменение веса бурильной колонны в качестве WOB буровой установки включает в себя опускание подвижного блока буровой установки, на котором подвешена бурильная колонна.
5. Способ бурения ствола скважины по п. 1, отличающийся тем, что изменение веса бурильной колонны в качестве WOB буровой установки включает в себя поднятие подвижного блока буровой установки, на котором подвешена бурильная колонна.
6. Способ бурения ствола скважины по п. 1, дополнительно включающий повторение этапов: измерения свойств буровой установки и изменения веса бурильной колонны в качестве WOB буровой установки, отличающийся тем, что вес изменяется на другую величину по сравнению с повторяемым предыдущим этапом изменения.
7. Способ бурения ствола скважины по п. 1, дополнительно включающий:
определение для бурового долота наклона кривой графика зависимости крутящего момента в бурильной колонне на буровой установке от веса бурильной колонны в качестве WOB буровой установки по меньшей мере одним способом, выбранным из: испытания бурового долота, данные, полученные в процессе бурения с помощью бурового долота, и моделирование бурового долота в процессе смоделированной операции бурения; и
определение размера колебаний крутящего момента в бурильной колонне на буровой установке.
8. Способ бурения ствола скважины по п. 7, отличающийся тем, что изменение веса бурильной колонны в качестве WOB буровой установки включает изменение на выбранный процент среднего веса бурильной колонны в качестве WOB буровой установки.
9. Способ бурения ствола скважины по п. 8, отличающийся тем, что указанный процент составляет от около 5% до около 10%.
10. Способ бурения ствола скважины по п. 1, отличающийся тем, что этапы по п. 1 включают первый способ уменьшения прерывистого проскальзывания, а способ бурения ствола скважины дополнительно включает использование первого способа уменьшения прерывистого проскальзывания в сочетании со вторым способом уменьшения прерывистого проскальзывания.
11. Способ бурения ствола скважины по п. 10, отличающийся тем, что второй способ уменьшения прерывистого проскальзывания включает:
установку требуемой скорости вращения бурильной колонны на буровой установке;
определение восходящей скорости вращения, соответствующей энергии вращения, движущейся вверх по вращающейся бурильной колонне;
определение нисходящей скорости вращения, соответствующей энергии, движущейся вниз по вращающейся бурильной колонне;
получение оптимальной скорости вращения бурильной колонны, которая ограничивает энергию нисходящего вращения; и
управление системой привода для вращения бурильной колонны с требуемой скоростью вращения.
12. Способ бурения ствола скважины по п. 1, отличающийся тем, что изменение веса бурильной колонны в качестве WOB буровой установки дополнительно включает:
управление целевым объектом управления WOB, который представляет собой предварительно определенный сигнал, суммируемый с сигналом, полученным из линейной комбинации с задержкой измерений скорости вращения и крутящего момента бурильной колонны на поверхности, причем задержка представляет собой разницу между временем распространения крутильного и осевого компонента от поверхности до окрестности долота.
13. Способ бурения ствола скважины по п. 12, отличающийся тем, что разность между временем распространения крутильного и осевого компонента определяется с использованием корреляции измерений, выполненных на поверхности.
14. Способ бурения ствола скважины по п. 12, отличающийся тем, что разность между временем распространения крутильного и осевого компонента определяется с использованием моделирования.
15. Способ бурения ствола скважины по п. 12, отличающийся тем, что разность между временем распространения крутильного и осевого компонента определяется с использованием корреляции измерений, выполненных на поверхности, а также моделирования.
16. Способ бурения ствола скважины по п. 12, отличающийся тем, что сигнал, полученный из линейной комбинации измерений с задержкой, подвергается обработке фильтром высоких частот с граничной частотой выше первой заданной частоты, причем первая заданная частота ниже, чем резонансная частота системы.
17. Способ бурения ствола скважины по п. 12, отличающийся тем, что сигнал, полученный из линейной комбинации измерений с задержкой, подвергается обработке фильтром низких частот с граничной частотой ниже второй заданной частоты, причем вторая заданная частота выше, чем резонансная частота системы.
18. Способ бурения ствола скважины по п. 1, дополнительно включающий:
мониторинг крутильных колебаний бурового долота посредством измерения скорости вращения в скважине при изменении веса бурильной колонны в качестве WOB буровой установки.
19. Автобурильщик для управления системой буровой установки, имеющей бурильную колонну и буровое долото, содержащий:
датчик вращения, который принимает сигнал, соответствующий скорости вращения бурильной колонны на буровой установке;
процессор;
энергонезависимый носитель данных; и
набор машиночитаемых инструкций, хранящихся на энергонезависимом носителе данных, при этом инструкции при выполнении их процессором позволяют автобурильщику:
приложить начальный вес бурильной колонны в качестве WOB буровой установки;
измерить свойства буровой установки для получения ожидаемой скорости вращения бурового долота; и
изменить вес бурильной колонны в качестве WOB буровой установки таким образом, чтобы соответствующее изменение осевой нагрузки, действующей в скважине на буровое долото, происходило приблизительно одновременно с изменением ожидаемой скорости вращения бурового долота.
20. Автобурильщик для управления системой буровой установки по п. 19, отличающийся тем, что набор машиночитаемых инструкций дополнительно содержит инструкции, которые при выполнении их процессором позволяют автобурильщику: приложить начальный вес бурильной колонны в качестве WOB буровой установки, опустив подвижный блок буровой установки, на котором подвешена бурильная колонна.
21. Автобурильщик для управления системой буровой установки по п. 19, отличающийся тем, что набор машиночитаемых инструкций дополнительно содержит инструкции, которые при выполнении их процессором позволяют автобурильщику: измерять свойства буровой установки путем измерения по меньшей мере одного свойства буровой установки, выбранного из: скорости вращения бурильной колонны на буровой установке; крутящего момента бурильной колонны на буровой установке; и крутильного импеданса бурильной колонны на поверхности.
22. Автобурильщик для управления системой буровой установки по п. 19, отличающийся тем, что набор машиночитаемых инструкций дополнительно содержит инструкции, которые при выполнении их процессором позволяют автобурильщику: изменить вес бурильной колонны в качестве WOB буровой установки, опустив подвижный блок буровой установки, на котором подвешена бурильная колонна.
23. Автобурильщик для управления системой буровой установки по п. 19, отличающийся тем, что набор машиночитаемых инструкций дополнительно содержит инструкции, которые при выполнении их процессором позволяют автобурильщику: изменить вес бурильной колонны в качестве WOB буровой установки, подняв подвижный блок буровой установки, на котором подвешена бурильная колонна.
24. Автобурильщик для управления системой буровой установки по п. 19, отличающийся тем, что набор машиночитаемых инструкций дополнительно содержит инструкции, которые при выполнении их процессором позволяют автобурильщику: повторять следующие этапы: измерение свойств буровой установки и изменение веса бурильной колонны в качестве WOB буровой установки, отличающийся тем, что вес изменяется на другую величину по сравнению с повторяемым предыдущим этапом изменения.
25. Автобурильщик для управления системой буровой установки по п. 19, отличающийся тем, что набор машиночитаемых инструкций дополнительно содержит инструкции, которые при выполнении их процессором позволяют автобурильщику:
определить для бурового долота наклон кривой графика зависимости крутящего момента в бурильной колонне на буровой установке от веса бурильной колонны в качестве WOB буровой установки по меньшей мере одним способом, выбранным из: испытания бурового долота, получение данных в процессе бурения с помощью бурового долота, и моделирование бурового долота в процессе моделирования операции бурения; и
определить величину колебаний крутящего момента в бурильной колонне на буровой установке.
26. Автобурильщик для управления системой буровой установки по п. 25, отличающийся тем, что набор машиночитаемых инструкций дополнительно содержит инструкции, которые при выполнении их процессором позволяют автобурильщику: изменить вес бурильной колонны в качестве WOB буровой установки на определенный процент от среднего веса бурильной колонны в качестве WOB буровой установки.
27. Автобурильщик для управления системой буровой установки по п. 26, отличающийся тем, что указанный процент составляет от около 5% до около 10%.
28. Автобурильщик для управления системой буровой установки по п. 19, отличающийся тем, что набор машиночитаемых инструкций по п. 19 содержит первый способ уменьшения прерывистого проскальзывания, и автобурильщик дополнительно содержит дополнительный набор машиночитаемых инструкций, содержащих второй способ уменьшения прерывистого проскальзывания.
29. Автобурильщик для управления системой буровой установки по п. 28, отличающийся тем, что второй набор машиночитаемых инструкций содержит инструкции, которые при выполнении их процессором позволяют автобурильщику:
установить требуемую скорость вращения бурильной колонны на буровой установке;
определить восходящую составляющую энергии вращения, движущуюся вверх по вращающейся бурильной колонне;
определить нисходящую составляющую энергии, движущуюся вниз по вращающейся бурильной колонне;
получить оптимальную скорость вращения бурильной колонны, которая ограничивает энергию нисходящего вращения; и
управлять системой привода для вращения бурильной колонны с требуемой скоростью вращения.
30. Автобурильщик для управления системой буровой установки по п. 19, отличающийся тем, что набор машиночитаемых инструкций, хранящихся на энергонезависимом носителе данных, при исполнении процессором дополнительно позволяет автобурильщику изменять вес бурильной колонны в качестве WOB бурильной установки посредством:
управление целевым объектом управления WOB, который представляет собой предварительно определенный сигнал, суммируемый с сигналом, полученным из линейной комбинации с задержкой измерений скорости вращения и крутящего момента бурильной колонны на поверхности, причем задержка представляет собой разницу между временем распространения крутильного и осевого компонента от поверхности до окрестности долота.
31. Автобурильщик для управления системой буровой установки по п. 30, отличающийся тем, что разность между временем распространения крутильного и осевого компонента определяется с использованием корреляции измерений, выполненных на поверхности.
32. Автобурильщик для управления системой буровой установки по п. 30, отличающийся тем, что разность между временем распространения крутильного и осевого компонента определяется с использованием моделирования.
33. Автобурильщик для управления системой буровой установки по п. 30, отличающийся тем, что разность между временем распространения крутильного и осевого компонента определяется с использованием корреляции измерений, выполненных на поверхности, дополненной моделированем.
34. Автобурильщик для управления системой буровой установки по п. 30, отличающийся тем, что сигнал, полученный из линейной комбинации измерений с задержкой, подвергается обработке фильтром высоких частот с граничной частотой выше первой заданной частоты, причем первая заданная частота ниже, чем резонансная частота системы.
35. Автобурильщик для управления системой буровой установки по п. 30, отличающийся тем, что сигнал, полученный из линейной комбинации измерений с задержкой, подвергается обработке фильтром низких частот с граничной частотой ниже второй заданной частоты, причем вторая заданная частота выше, чем резонансная частота системы.
36. Автобурильщик для управления системой буровой установки по п. 19, отличающийся тем, что набор машиночитаемых инструкций, хранящихся на энергонезависимом носителе данных, при выполнении процессором дополнительно позволяет автобурильщику:
осуществлять мониторинг крутильных колебаний бурового долота посредством измерения скорости вращения в скважине при изменении веса бурильной колонны в качестве WOB буровой установки.