УПРАВЛЕНИЕ ВРАЩЕНИЕМ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

1. Устройство, содержащее
систему управления для управления приводом, выполненным с возможностью вращения бурильной колонны для образования ствола скважины, проходящего в подземный пласт, которая содержит:
первый контроллер, выполненный с возможностью управления вращением привода; и
второй контроллер, соединенный с возможностью связи с первым контроллером, при этом во время операций бурения первый и/или второй контроллер выполнены с возможностью:
генерирования команды скорости вращения на основе информации о состоянии, указывающей рабочее состояние бурильной колонны; и, таким образом,
побуждения привода изменять скорость вращения бурильной колонны на основе команды скорости вращения.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый контроллер является экземпляром первого уровня контроллеров, каждый из которых выполнен с возможностью управления соответствующим экземпляром множества приводных механизмов; и второй контроллер является экземпляром второго уровня контроллеров, каждый из которых соединен с возможностью связи с соответствующим экземпляром первого уровня контроллеров.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что каждый экземпляр второго уровня контроллеров соединен с возможностью связи с другим экземпляром второго уровня контроллеров.
4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что каждый экземпляр второго уровня контроллеров соединен с возможностью связи с другим экземпляром второго уровня контроллеров через промышленную шину.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый контроллер представляет собой или содержит частотно-регулируемый привод (VFD).
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что второй контроллер представляет собой или содержит программируемый логический контроллер (PLC).
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый и/или второй контроллер содержит процессор и запоминающее устройство, в котором хранятся исполняемые инструкции программного кода, содержащие алгоритм скачкообразного движения, причем первый и/или второй контроллер выполнен с возможностью получения входных параметров алгоритма скачкообразного движения, и во время операций бурения первый и/или второй контроллер выполнен с возможностью выполнения инструкций программного кода для генерирования команды скорости вращения на основе информации о состоянии и входных параметров, тем самым побуждая привод изменять скорость вращения бурильной колонны на основе команды скорости вращения, чтобы уменьшить вращательные волны, распространяющиеся вдоль бурильной колонны.
8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что система управления дополнительно содержит третий контроллер, соединенный с возможностью связи со вторым контроллером, и при этом третий контроллер, а не первый или второй контроллер содержит процессор и запоминающее устройство, в котором хранятся исполняемые инструкции программного кода, содержащие алгоритм скачкообразного движения; выполнен с возможностью получения информации о состоянии и входных параметров; и выполнен с возможностью выполнения инструкций программного кода для генерирования команды скорости вращения на основе информации о состоянии и входных параметров, тем самым побуждая привод изменять скорость вращения бурильной колонны на основании команды скорости вращения, чтобы уменьшить вращательные волны, распространяющиеся вдоль бурильной колонны.
9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что во время операций бурения: команда скорости вращения передается от третьего контроллера первому контроллеру через второй контроллер; и первый контроллер выполнен с возможностью побуждения привода изменять скорость вращения бурильной колонны на основе команды скорости вращения, чтобы уменьшить вращательные волны, распространяющиеся вдоль бурильной колонны.
10. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что третий контроллер соединен с возможностью связи со вторым контроллером с помощью шины данных.
11. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что третий контроллер соединен с возможностью связи со вторым контроллером с помощью виртуальной сети связи.
12. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что третий контроллер представляет собой или содержит персональный компьютер (PC) или промышленный компьютер (IPC).
13. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что второй контроллер содержит процессор и запоминающее устройство, в котором хранятся исполняемые инструкции программного кода, содержащие алгоритм скачкообразного движения, при этом второй контроллер выполнен с возможностью получения информации о состоянии и входных параметров, и при этом во время операций бурения: второй контроллер выполнен с возможностью выполнения инструкций программного кода, побуждающих второй контроллер генерировать команду скорости вращения на основе информации о состоянии и входных параметров; команда скорости вращения передается от второго контроллера первому контроллеру; и первый контроллер выполнен с возможностью побуждения привода изменять скорость вращения бурильной колонны на основе команды скорости вращения, чтобы уменьшить вращательные волны, распространяющиеся вдоль бурильной колонны.
14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что второй контроллер выполнен с возможностью получения входных параметров, а первый контроллер выполнен с возможностью получения входных параметров от второго контроллера.
15. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что первый контроллер содержит процессор и запоминающее устройство, в котором хранятся исполняемые инструкции программного кода, содержащие алгоритм скачкообразного движения, при этом первый контроллер выполнен с возможностью получения входных параметров, при этом первый контроллер выполнен с возможностью генерирования информации о состоянии, и при этом во время операций бурения: первый контроллер выполнен с возможностью выполнения инструкций программного кода, побуждающих первый контроллер генерировать команду скорости вращения на основе информации о состоянии и входных параметров; и первый контроллер выполнен с возможностью побуждения привода изменять скорость вращения бурильной колонны на основе команды скорости вращения, чтобы уменьшить вращательные волны, распространяющиеся вдоль бурильной колонны.
16. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что входные параметры указывают по меньшей мере одно из следующего: требуемая средняя скорость вращения бурильной колонны в процессе выполнения операций бурения; физическая характеристика бурильной колонны; и числовой параметр алгоритма скачкообразного движения.
17. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что первый и/или второй контроллер выполнен с возможностью получения входных параметров от оператора-человека через интерфейс человек-машина (HMI).
18. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что информация о состоянии является первой информацией о состоянии, указывающей рабочее состояние бурильной колонны на поверхности буровой площадки, от которой проходит ствол скважины, и при этом во время операций бурения: первый и/или второй контроллер выполнен с возможностью генерирования команды скорости вращения, по меньшей мере частично, на основе второй информации о состоянии, указывающей рабочее состояние бурильной колонны в скважине; сгенерированная команда скорости вращения побуждает привод вращать бурильную колонну по существу с постоянной скоростью вращения, когда вторая информация о состоянии указывает на то, что вдоль бурильной колонны не распространяются никакие вращательные волны; и сгенерированная команда скорости вращения побуждает привод изменять скорость вращения бурильной колонны, чтобы уменьшить вращательные волны, распространяющиеся вдоль бурильной колонны, когда вторая информация о состоянии указывает, что вращательные волны распространяются вдоль бурильной колонны.
19. Устройство по п. 18, отличающееся тем, что система управления дополнительно содержит датчик, соединенный с возможностью связи с первым и/или вторым контроллером, и при этом датчик выполнен с возможностью генерирования второй информации о состоянии.
20. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что датчик расположен в скважине внутри бурильной колонны.
21. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что входные параметры содержат числовые параметры алгоритма скачкообразного движения; информация о состоянии является первой информацией о состоянии, указывающей рабочее состояние бурильной колонны на поверхности буровой площадки, от которой проходит ствол скважины; и во время операций бурения первый и/или второй контроллер выполнен с возможностью: получения второй информации о состоянии, указывающей рабочее состояние бурильной колонны в скважине; и изменения одного или большего количества числовых параметров алгоритма скачкообразного движения, чтобы изменить команду скорости вращения, генерируемую первым и/или вторым контроллером, и, таким образом, обеспечить уменьшение вращательных волн, распространяющихся вдоль бурильной колонны, когда информация о втором состоянии указывает на то, что вращательные волны, распространяющиеся вдоль бурильной колонны, не уменьшаются.
22. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что информация о состоянии указывает по меньшей мере одно из следующего: скорость вращения бурильной колонны; и крутящий момент, прилагаемый к буровому снаряду приводом.
23. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый контроллер выполнен с возможностью генерирования информации о состоянии во время операций бурения.
24. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система управления дополнительно содержит датчик, выполненный с возможностью генерирования информации о состоянии, и при этом датчик соединен с возможностью связи с первым и/или вторым контроллером.
25. Устройство по п. 24, отличающееся тем, что датчик представляет собой первый датчик, расположенный на поверхности буровой площадки, от которой проходит ствол скважины; информация о состоянии является первой информацией о состоянии, указывающей рабочее состояние бурильной колонны на поверхности буровой площадки; система управления дополнительно содержит второй датчик, расположенный внутри скважины в бурильной колонне и соединенный с возможностью связи с первым и/или вторым контроллером; и во время операций бурения: второй датчик выполнен с возможностью генерирования второй информации о состоянии, указывающей рабочее состояние бурильной колонны в скважине; и первый и/или второй контроллер выполнен с возможностью генерирования команды скорости вращения на основе первой и второй информации о состоянии.