监控旋转导向系统的操作状况

技术领域

本说明书主要涉及监控旋转导向系统的操作状况。

背景技术

定向钻井系统可配置为控制井眼的方向。在定向钻井——也称为水平钻井中，将非垂直井眼钻穿地层以到达目标，例如水库或碳氢化合物库。定向钻井系统通常采用专用的井下设备来形成非垂直井眼。旋转导向系统(RSS)是可用于此目的的一种井下钻井设备。

RSS包括内轴和钻头，以及其他组件。RSS可以由通过地面计算机系统提供的命令来控制。RSS可以通过在钻进时沿指定方向弯曲轴来响应这些命令。但是，RSS容易受到其操作过程中或井下环境状况造成的损坏。

发明内容

示例性钻井系统包括具有内轴的旋转导向系统(RSS)，该内轴被配置为在由钻井系统执行的钻井期间旋转。该示例性系统包括与内轴相关联的一个或多个传感器，以基于由旋转导向系统执行的钻井来获得一个或多个读数。示例系统还包括一个或多个处理设备，以接收基于一个或多个读数的数据，并处理数据以生成基于一个或多个读数的输出。该示例系统可以单独或组合地包括以下一个或多个特征。

钻井系统可以包括被配置为接收数据并将数据输出到一个或多个处理设备的随钻测量组件。钻井系统的一个或多个处理设备可以是位于地面上的计算系统的一部分，并且旋转导向系统可以相对于地面位于井下。

钻井系统可以包括一个或多个振动传感器，以感测轴在旋转期间的振动。一个或多个读数可以表示轴的振动。钻井系统可以包括一个或一个或多个扭矩传感器，以感测在轴旋转期间的扭矩。一个或多个读数可以表示轴承受的扭矩。钻井系统可以包括一个或多个侵蚀传感器，以感测由于钻井而导致的轴的侵蚀。一个或多个读数可以表示轴的侵蚀。钻井系统可以包括一个或多个温度传感器，以感测钻井时轴的温度。一个或多个读数可以表示轴的温度。钻井系统可包括一个或多个传感器，传感器包括以下两个或多个的组合：一个或多个振动传感器以感测轴在旋转期间的振动、一个或多个扭矩传感器以感测轴在旋转期间的扭矩、一个或多个侵蚀传感器以感测钻井造成的轴侵蚀、以及一个或多个温度传感器以感测在钻井过程中轴的温度。

一个或多个处理设备生成的输出可包括旋转导向系统的预期寿命。一个或多个处理设备生成的输出可以包括旋转导向系统的故障状况。故障状况可以基于超过预定最大温度的温度。故障状况可以基于轴的结构完整性。

示例方法包括将一个或多个传感器与旋转导向系统的内轴相关联。当使用旋转导向系统执行钻井时，内轴可以旋转。该示例性方法包括基于钻井期间来自一个或多个传感器的读数来获得信息。读数包括内轴的一种或多种状况。该示例方法包括处理信息以生成输出，并使用该输出来控制钻井、生成视觉显示、或既用于控制钻井也用于生成视觉显示。示例方法可以单独地或组合地包括以下特征中的一个或多个。

所获得的信息可以代表读数并且可以在一个或多个处理设备处直接从一个或多个传感器接收。一个或多个处理设备可以使用输出来控制钻、生成视觉显示、或者既用于控制钻井也用于生成视觉显示。

旋转导向系统可以位于井下，并且一个或多个处理设备可以是位于地面的计算系统的一部分。

获取信息可以包括在随钻测量组件处接收代表读数的数据。随钻测量组件可以连接至旋转导向系统，并可以根据读数生成信息。随钻测量组件可以生成信息，并且可以在一个或多个处理设备处从随钻测量组件接收信息。

旋转导向系统和随钻测量组件可以位于井下，并且一个或多个处理设备可以是位于地面的计算系统的一部分。

一个或多个传感器可包括一个或多个振动传感器，以感测轴旋转期间的振动。读数可以表示轴的振动。一个或多个传感器可以包括一个或多个扭矩传感器，以感测轴在旋转期间的扭矩。读数可以表示轴所承受的扭矩。一个或多个传感器可以包括一个或多个侵蚀传感器，以感测由于钻井而造成的轴的侵蚀。读数可以表示轴的侵蚀。一个或多个传感器可以包括一个或多个温度传感器，以感测轴在钻井时的温度。读数可以表示轴的温度。一个或多个传感器可以包括以下两个或多个的组合：一个或多个振动传感器，用于感测轴在旋转期间的振动；一个或多个扭矩传感器，用于感测轴在旋转期间承受扭矩；一个或多个侵蚀传感器，用于感测由于钻井而引起的轴的侵蚀，以及一个或多个温度传感器，用于感测钻井时轴的温度。

输出可以包括旋转导向系统的预期寿命或旋转导向系统的故障状况。故障状况可以基于温度超过预定的最大温度。故障状况可以基于轴的结构完整性。该方法可以包括在钻井之前校准一个或多个传感器。输出可以包括旋转导向系统的效率等级。可以通过将读数与来自旋转导向系统井上的一个或多个其他传感器的读数进行比较来确定效率等级。

本说明书中所述的任何两个或更多个特征，包括本发明内容部分中的特征，可以组合以形成本说明书中未具体描述的实施。

本说明书中描述的系统、技术和过程，或者系统、技术和过程的一部分，可以实施为计算机程序产品、由计算机程序产品控制、或既实施为计算机程序产品又受其控制，该计算机程序产品包括存储在一个或多个非暂时性机器可读存储介质上的指令，并且该指令可在一个或多个处理设备上执行以控制(例如，协调)本文所述的操作。本说明书中描述的系统、技术和过程，或者系统、技术和过程的一部分，可以被实施为一种装置、方法或电子系统，其可以包括一个或多个处理设备和用于存储可执行以实施各种操作的指令的存储器。

在附图和以下描述中阐述了一种或多种实施方式的细节。根据描述和附图以及权利要求书，其他特征和优点将显而易见。

附图说明

图1是使用用于定向钻井的旋转导向系统(RSS)的示例性石油钻井组件的侧视剖视图。

图2是表示在定向钻井系统的表面处的计算系统的示例的框图。

图3A是示例性内轴和钻头组件的侧视剖视图。

图3B是开裂的示例RSS的侧视剖视图。

图3C是示例RSS的剖视侧视图，示例RSS包括与其内轴相关联的传感器。

图4是示例系统的侧视图，该示例系统包括RSS、随钻测量(MWD)工具、以及与地面计算系统之间的通信回路。

图5是示出用于使用计算出的预期寿命来监控RSS的示例过程的流程图。

图6是示出用于基于传感器测量来监控RSS的示例过程的流程图。

不同附图中相同的参考数字表示相同的元件。

具体实施方式

示例性钻井系统包括具有内轴的旋转导向系统(RSS)，该内轴被配置为在由钻井系统执行的钻井期间旋转。一个或多个传感器与内轴相关联，以基于RSS执行的钻井获得一个或多个读数。将一个或多个处理设备，例如计算系统，配置——例如，进行编程——以基于传感器读数接收数据并处理该数据，以生成基于传感器读数的输出。例如，数据可能与内轴上的应力有关，这可能是井下状况，例如温度、振动、支撑的重量、侵蚀或扭矩的结果。数据可用于以下目的，包括但不限于实时控制RSS的操作，确定RSS的当前状况以及估计RSS的预期寿命。当前状况可能包括RSS的损坏，例如裂缝或其他故障。

该系统可以被配置为实时监控RSS。实时监控对于确定RSS在操作期间何时将要发生故障或即将发生故障可能很有用。就这一点而言，在一些实施例中，实时可以包括考虑到与处理、数据传输、硬件等相关的延迟而连续发生或在时间上彼此跟踪的动作。

图1示出了示例性钻井系统1，其被配置为实施定向钻井。在该示例中，钻井系统1包括钻柱2和井下组件3。井下组件3包括RSS 4。RSS 4包括主体5和内轴6。在钻井期间，内轴6在主体5内旋转。内轴被物理连接到钻头9。因此，内轴6的旋转使钻头9也旋转。在一些实施例中，内轴的旋转可以是连续的并且具有向下的力的分量。产生的旋转和向下的力传递到钻头9。这使得钻头9切穿地层10中的岩石和其他材质以形成井眼。

主体5包括外壳—也称为轴环—8。在操作过程中，内轴6在轴环8内旋转。RSS 4被配置为通过内轴在外壳内的移动来调节钻井角度。调整钻井角度可包括但不限于调整钻井的倾斜度或方位角。可以在RSS内可以任何适当的机制进行物理调整。可以使用位于井下适当位置的随钻测量(MWD)工具7来实施对调整的控制。在图1的示例中，MWD工具7沿着钻井系统1的井下部件定位。

在一些实施例中，MWD工具7可以包括一个或多个处理设备，在本说明书中描述了示处理设备的示例。MWD工具7还可以包括信号调节部件，以接收和处理从例如井上或地面定位的计算系统或RSS之类的信号源接收的信号。可以使用在处理设备或包含在MWD工具中的固态电路上执行的代码来实现信号调节部件。

如所指出的，井上计算系统11可以被配置—例如，编程—以与位于井下的MWD工具7通信。在本说明书中描述了可用于实施计算系统11的计算系统的示例。MWD工具7可通信地耦接到计算系统11。在一些实施例中，MWD工具7和计算系统11都可以被配置为彼此之间无线通信。在一些实施例中，MWD工具7和计算系统11可以使用例如以太网之类的电线连接以进行通信。在一些实施例中，MWD工具7与计算系统11之间的通信可以是有线和无线通信的混合。

MWD工具7与计算系统11之间的通信可以包括但不限于状态信息的交换。例如，MWD工具可以将RSS的位置和操作状态传达给计算系统。在一些示例中，该位置可以由井下的位置或深度来定义。操作状态可以包括旋转速率或与RSS的操作有关的其他参数。状态信息可用于改善钻井。例如，可以响应于状态信息来调整RSS的位置，而无需停止钻井。在一些实施例中，这样的调整可以支持提高钻速(rates of penetration,ROP)和钻井定向精度。

在一些实施例中，MWD工具7与计算系统11之间的通信可以是闭环的。在示例闭环通信系统中，消息的接收者将消息重复发送回消息的发送者。发送者向接收者确认重复消息的准确性。

图4在概念上描绘了包括RSS 4、MWD工具7和计算系统11的通信系统的示例。在该示例中，MWD工具7从计算系统11接收指令(14)。指令可以用于控制RSS或井下另一组件的操作。在一些实施例中，MWD工具7执行、解释或处理所接收的指令以控制RSS 4的操作，如图4中的(15)所示。

通过MWD工具进行控制可以降低RSS偏离编程轨迹的机会。就这一点而言，计算系统11可以例如基于从用户或另一设备接收的编程输入来生成用于RSS的编程轨迹。计算系统可以将该编程轨迹传达给MWD工具。MWD工具可以依次控制RSS的轨迹，以使RSS的轨迹与已编程的轨迹匹配或停留在已编程的轨迹的包络线内。

在一些实施例中，为了控制RSS的轨迹，MWD工具被配置为实时获得RSS的位置和方向，并将获得的RSS的位置和方向与编程轨迹的RSS的位置和方向进行比较。如果所获得的RSS的位置和方向与编程轨迹的RSS的位置和方向与之间存在偏差，则MWD工具配置为实时地向编程轨迹的RSS的位置和方向调整RSS的位置和方向。例如，如果RSS的实际位置在一个方向上与编程轨迹中RSS的位置偏离10％，则MWD工具可以通过沿相反方向移动RSS 10％来调整RSS的位置。

再次参考图4的示例，MWD工具7还从RSS 4接收信息(16a)，例如测量或读数。MWD工具7可以简单地将接收到的信息中继到计算系统11，或者MWD工具7可以解释或处理接收到的信息，并将基于接收到的信息的结果数据(16b)发送到计算系统11。在MWD工具7处从RSS接收的信息可以从一个或多个传感器上接收，一个或多个传感器被放置在RSS的内轴上，或附近。在一些实施例中，MWD工具7和这些传感器都可以被配置为彼此无线通信。在一些实施例中，MWD工具7和传感器可以使用例如以太网之类的电线连接以进行通信。在一些实施例中，MWD工具7与传感器之间的通信可以是有线和无线通信的混合。

传感器可以被配置和布置成基于使用RSS执行的钻井来获得与RSS的内轴有关的一个或多个读数。传感器的示例包括但不限于一个或多个振动传感器，以感测旋转期间轴的振动。在该示例中，读数可以代表轴的振动。传感器的示例包括但不限于一个或多个扭矩传感器，以感测轴在旋转期间的扭矩。在该示例中，读数可以代表轴在旋转期间的扭矩。传感器的示例包括但不限于一个或多个侵蚀传感器以感测轴的侵蚀。在该示例中，读数可以表示由于轴的旋转或其他状况导致的轴的侵蚀。传感器的示例包括但不限于一个或多个温度传感器，以感测轴的温度或轴所在的井下温度。在该示例中，读数可以代表轴的温度或在轴的旋转期间轴附近的温度。传感器的示例包括但不限于一个或多个重量或负载传感器，以感测由轴支撑的重量。传感器可包括单独的前述传感器的适当组合，或与未特别提及的其他传感器的组合。例如，其他传感器可以包括压力传感器，以感测井下压力。

来自与内轴相关联的传感器的读数可以指示各种钻井状况。这些读数可以按所述那样发送到MWD工具。在一些实施例中，读数可以直接发送到计算系统11。基于读数的数据可以存储在计算机存储器13中，并且由计算机系统11的处理设备17执行的程序可以处理该数据以监控和跟踪RSS状态。该数据可用于记录RSS使用情况并确定RSS的预估剩余寿命。该数据还可以用于识别RSS的结构或操作中的错误。例如，为了检测错误，计算系统可以将数据与可以存储在计算机存储器13(见图1)中的一个或多个基线数据范围进行比较。如果数据在一个或多个基线范围的边界之外，则计算系统11可以确定是否存在错误。在那种情况下，计算系统可以尝试纠正错误、在显示设备上显示错误的指示，或者两者都执行。

在这方面，内轴6可能比其他井下部件承受更大的应力。该应力可能是由于扭矩从钻柱2传递到内轴6的结果，或者是由于在切穿地层10时附接到内轴6的钻头9的阻力引起的。在操作过程中，应力也可能由钻柱引起的振动引起。RSS支撑的重量和井下温度以及其他情况也可能会导致内轴6承受应力。内轴上的应力可能导致RSS比预期的更早地发生故障。

RSS故障可能以多种方式发生。例如，内轴6通过图3A的轴承组件25在外壳8内旋转，该轴承组件25位于外轴环或外壳8与内轴6之间。如果轴承未居中，则轴将不规则地旋转，从而在内轴的外表面上造成不必要的摩擦和磨损。这会导致直径减小和内轴破裂。当内轴上的摩擦增加时，这也可能导致RSS经受更高的温度，这也可能导致早期失效。参考图3B，由于应力可能在内轴6上形成裂纹26。

可能导致内轴故障的另一个钻井事件是钻头卡住。卡住的钻头埋在地层中且无法旋转。试图使钻头在卡住状态下旋转的力会在内轴上突然增加负载，这也可能导致在内轴上形成裂纹。在形成这样的裂纹之后，裂纹可能会响应不断的钻井压力而传播并导致扭曲。在拧断时，内轴完全折断。发生这种情况时，钻井将停止，必须花费时间才能取出折断的工件。此外，必须替换RSS。

可能导致工具故障的直接原因的位置可能在轴承组件25的球窝内。这个点的机械损坏会导致轴承组件25的球窝处出现疲劳裂纹27。该疲劳裂纹可沿内轴6向下传播并导致拧断。在一个示例中，损坏可能是由于过大的扭矩引起的，过大的扭矩在球窝周围的区域以及在球窝内的接触点处引起了微小裂纹，从而沿内轴产生了裂纹。

与RSS相关的实时测量可能有助于预测早期的工具故障，并允许工人更改钻井参数以降低钻井过程中RSS上的应力。在某些情况下，降低RSS的压力可以延长RSS的寿命，并减少不必要的行程来更改RSS和后续操作，例如装配(fishing)、侧向固井和侧向跟踪。

传感器读数或测量值可用于检测或预测RSS中的故障，例如先前所述的故障。图3C和4中示出了示例传感器放置。传感器28和29可以代表可以与内轴6相关联的不同类型的传感器。例如，这些传感器可以被放置在形成于内轴6的主体内的袋子或腔内。在该示例中，内轴6可以被制造为具有空腔，或者该空腔可以在制造后形成。可以选择用于制造内轴的材料来考虑或补偿位于靠近空腔的位置处的轴的较小厚度。

传感器可以沿着内轴6放置在不同的位置。例如，可以在沿着内轴6的不同位置放置两个相同类型的传感器。在一个示例中，可以将这些传感器放置为跨越内轴的一部分，该部分预计会承受大量的应力或超过预定最大值的应力。在这方面，内轴在不同的位置可能经受不同的状况。可将一个或多个传感器放置在内轴上最靠近钻头的一点上。这样的传感器可以提供表示在钻头和内轴的连接点附近的状况的信息，连接点可能是故障点。靠近钻头进行的传感器测量可能表明应调整钻井参数或应停止钻井并应维护(service)RSS。钻井参数可以包括但不限于影响钻井系统的钻速(ROP)的参数，例如内轴、钻头或两者的转速或角度。传感器可以放置在与RSS关联的各个位置。传感器也可以放置在靠近或位于钻柱上进一步井上的MWD工具的位置。可以在整个钻柱2和井下组件3的不同位置放置多个传感器。可以使用不同类型的传感器，这些传感器可以提供井下钻井状况的数据。

如所指出的，用于测量内轴6上的井下力的传感器的示例可以包括振动传感器。可以将振动传感器放置在内轴6上或相对于内轴6放置。先前已经描述了示例位置，尽管也可以使用与RSS相关联的不同位置。从传感器获得的表示振动测量的数据可以无线发送到MWD工具7或计算系统11。在计算系统11或其他位置，可以将该数据与表示内轴可接受振动的基线数据进行比较。与基线数据的比较可能表明内轴受到的振动过大。如果振动过大，可以调整适当的钻井参数，以减少钻头上的振动。可以这样做以延长RSS的寿命。靠近钻头的振动可能表明应调整钻井参数或应停止钻井并应维修RSS。可以调整的钻井参数可以包括但不限于影响钻井系统的钻速(ROP)的参数，例如内轴、钻头或两者的转速或角度。可以使用的振动传感器的示例包括但不限于加速度计、压电传感器和微机电(MEMS)设备。振动传感器的位置可以在RSS上或附近的不同位置。

如所指出的，用于测量RSS 4上的井下力的传感器的另一示例包括扭矩传感器。扭矩传感器可以放置在内轴6上或相对于内轴6的不同位置。示例位置在前文已经描述。来自这些传感器的数据可以表示在切穿地层时钻头的旋转所导致的内轴6上的扭矩，或者是钻柱1的旋转所导致的内轴6上的扭矩。扭矩传感器可以沿着内轴6放置在不同的位置。例如，可能有两个扭矩传感器沿着内轴6放置在不同的位置。在示例中，可以将这些传感器放置为跨越内轴的一部分，该部分预计会承受大的扭矩或超过预定最大扭矩的扭矩。就这一点而言，内轴在不同位置处可能承受不同的扭矩。最靠近钻头的部分所承受的扭矩可能大于内轴靠近井下工具7的井上部分的扭矩。因此，可以将一个或多个扭矩传感器放置在内轴6上最靠近钻头9的位置。这样的传感器可以提供表示钻头和内轴连接点附近状况的信息，该连接点可能是故障点。两个扭矩传感器可以跨越钻头9与内轴6之间的连接，或者跨内轴6与MWD工具7之间的连接。从传感器获得的表示扭矩的数据可以无线发送到MWD工具7或计算系统11。在系统11或其他地方，可以将数据与表示内轴上可承受扭矩的基线数据进行比较。与基线的比较可能表明内轴承受的扭矩过大。如果扭矩过大，可以调整适当的钻孔参数，以减小内轴上的扭矩。可以调整的钻井参数可以包括但不限于影响钻井系统的钻速(ROP)的参数，例如内轴、钻头或两者的转速或角度。可以这样做以延长RSS的寿命。可以使用的扭矩传感器的示例包括但不限于应变仪和角位置传感器。扭矩传感器的位置可以在RSS上或附近的不同位置。

如所描述的，用于测量内轴6上的井下应力的传感器的另一个示例可以包括重量传感器，例如轴向载荷传感器。轴向载荷传感器也可以用来测量钻头上的重量。就这一点而言，重量可以构成内轴承受的张力、内轴承受的压缩、或张力和压缩两者。在一些钻井系统中，重量是从地面计算系统11或从MWD工具7测量的。轴向载荷传感器可以放置在内轴6上或相对于内轴6的不同位置。然而，在一些实施例中，将轴向载荷传感器安装在靠近钻头9的位置可以比将轴向载荷传感器安装在更远的地方更准确地检测钻头上的实时重量。来自这些传感器的数据还可以表示由内轴6支撑的重量。较大的重量可能会使内轴承受更大的应力，从而使其更容易弯曲。从传感器获得的表示重量的数据可以无线地发送到MWD工具7或计算系统11。在计算系统11或其他地方，可以将数据与表示支撑的可接受重量的基线数据进行比较。与基线的比较可能表明内轴支撑的重量过大。如果重量过大，可以调整适当的钻井参数，或者可以配置钻柱的组件以减轻或支撑该重量。可以调整的钻井参数可以包括但不限于影响钻井系统的钻速(ROP)的参数，例如内轴、钻头或两者的转速或角度。可以这样做以延长RSS的寿命。可以使用的轴向载荷传感器的示例包括但不限于重量和载荷传感器。轴向载荷传感器的位置可以在RSS上或附近。

如所指出的，用于测量内轴6所承受的井下状况的传感器的另一个示例包括温度传感器。可以将一个或多个温度传感器放置在内轴6上或相对于内轴6的不同位置。来自这些传感器的数据可以表示内轴6在操作期间承受的温度。从传感器获得的表示温度的数据可以无线发送到MWD工具7或计算系统11。在计算系统11或其他位置，可以将该数据与表示内轴上或内轴附近可接受温度的基线数据进行比较。与基线的比较可能表明内轴承受的温度过高。如果温度过高，可以调整适当的钻井参数以降低井下温度。可以调整的钻井参数可以包括但不限于影响钻井系统的钻速(ROP)的参数，例如内轴、钻头或两者的转速或角度。

在一个示例中，可以预先确定可接受的地层(formation)温度并将其作为可接受的状况20存储在计算机存储器13中。地层温度可以是例如350华氏度(F)。在某些情况下，内轴6处传感器的温度读数高于地层温度200°F至300°F可能会导致系统故障。实时测量还可以指示RSS内轴的温度何时快速升高。如果检测到温度超出可接受范围，则计算系统11可以发送指令以停止钻井或调整钻井参数，例如先前描述的那些。温度传感器可以放置在RSS上或附近的不同位置处。

如上所述，用于测量内轴6上的井下力的传感器的示例包括侵蚀传感器。侵蚀传感器可以放置在内轴6上或相对于内轴6的其他位置。在一个示例中，侵蚀传感器可以放置在内轴6的表面上。内轴表面上的传感器可以用于测量RSS主体状况，例如沿RSS表面的侵蚀。来自这些传感器的数据可以表示内轴6的侵蚀。在某些示例中，侵蚀构成了从内轴6的外部损失材料。在某些情况下，当轴承组件24的位置未对准时，可能会发生侵蚀，这可能会导致内轴不规则地旋转。这会在内轴和RSS外部组件之间造成不必要的摩擦和磨损。内轴上的磨损可能会产生裂纹。从传感器获得的表示侵蚀的数据可以无线发送到MWD工具7或计算系统11。在计算系统11或其他位置，可以将数据与表示内轴上可接受的侵蚀量的基线数据进行比较。与基线的比较可能表明内轴上的侵蚀过大。如果存在过度侵蚀，可以调整适当的钻孔参数以减少内轴的侵蚀。可以这样做以延长RSS的寿命。在某些情况下，如果侵蚀足够严重，则可以更换RSS或RSS的组件。侵蚀传感器可以放置在RSS上或附近的不同位置。

与内轴相关联的传感器可以包括前述振动传感器、扭矩传感器、重量传感器、温度传感器和侵蚀传感器的任何适当的组合。在一些实施例中，每个传感器的单个实例可以与内轴相关联。在一些实施例中，每个传感器或不同类型的传感器的多个实例可以与内轴相关联。在一些实施例中，传感器的单个实例可以测量前述参数中的两者。例如，单个传感器可以被配置为测量温度和振动两者。此外，前文描述的类型的传感器可以布置在RSS 4的井上，并且可以用于与关联RSS 4的内轴6的传感器测量相同的参数。与井上传感器关联的处理可以与本说明书中针对与内轴相关联的传感器所描述的相同或相似。

参照图2，计算系统11包括显示设备12和计算机存储器13。计算机存储器13可以包含存储的RSS数据19，该RSS数据19可以包括RSS 4的可接受状况20。可接受状况20可以是可接受状况的范围的形式。这些状况可以是来自与RSS相关联的不同传感器的可接受的测量值。例如，对于与RSS关联的每个传感器，可以存在表示与传感器关联的可接受状况的存储的测量范围。存在可接受温度的范围，其表示RSS 4在钻孔期间可能经受的可接受温度的范围。可接受状况20可以是基线的形式。例如，对于与RSS关联的每个传感器，可以存在代表与传感器关联的可接受条件的存储的基线。基线可以是钻井期间RSS4可能承受的最高可接受温度。存储的RSS数据19可以包括来自与RSS相关联的传感器的存储的传感器数据。所存储的RSS数据19可以包括关于RSS 4的信息，其包括但不限于型号、制造商、最后一次使用RSS4的时间、最后一次校准RSS的时间以及最后一次对RSS进行维护的时间。计算系统11还可以包括模块18，其可以是存储在计算机存储器13中的计算机程序或例程，并且包括在被执行时执行一个或多个功能的可执行指令。

模块18执行的功能的示例可以包括将从RSS 4接收的传感器数据与存储的可接受状况20(例如，基线)进行比较。模块可以是监控模块21，并且可以用于通过将从RSS 4接收的传感器数据与存储的可接受条件20进行比较来监控RSS的状况。在另一个示例中，模块可以是预期寿命模块22，并且可以用于计算RSS 4的预期寿命。在另一个示例中，模块可以是校准模块23，并且可以用于在钻孔之前或在钻井操作之间校准与RSS 4关联的传感器或位于钻柱2上不同位置的传感器。在另一个示例中，模块可以是效率(efficiency)模块24，并且可以用于确定RSS 4、钻柱2或钻柱的另一组件的效率。模块18还可以被执行以在显示设备12的显示屏上显示图形输出或警报。模块18还可以用于向井下发送指令到MWD工具7或RSS4。这些指令可以是例如停止钻井或调整钻井参数的指令。模块18可以执行未描述的其他功能，其可以取决于特定的钻井操作或特定的井下组件。

关于预期寿命模块22，RSS 4或其他钻井组件的预期寿命可以基于钻井所花费的持续时间或所钻井的距离。例如，预期寿命可以是RSS 4的内轴6何时失效的预测，并且可以由RSS 4的钻井时间或钻井距离确定。钻井部件的制造商可以提供预定的预期寿命，该预期寿命指示井下组件3或RSS 4在失效之前将持续多长时间。预期寿命可能基于预期的钻井状况。如果与预期的钻井条件存在偏差，例如RSS 4承受高应力时的钻井过程中的时刻或事件，则预期寿命可能会缩短。结果，RSS 4可能会在达到预定预期寿命结束之前出现故障。

在示例中，可以使用来自与RSS 4相关联的一个或多个传感器的测量值来预测RSS4的预期寿命。图5是示出可以由预期寿命模块22执行的示例性操作的流程图。如图5中示例所示，预期寿命模块22从与RSS相关联的传感器接收测量值(30)。传感器的示例如前文所述。测量值被存储(31)在存储器中。预期寿命模块22基于所接收的传感器测量值来更新(32)RSS的预期寿命的正在进行的估计。预期寿命可以是预测，可以基于不同的传感器测量值。首先，可以为RSS 4分配预期寿命，其可以预测RSS 4发生故障之前的持续时间。从RSS 4接收到的传感器测量值以及在钻井过程中花费的时间可用于持续更新(32)预期寿命。RSS4的预期寿命可以实时更新以反映RSS 4进行钻井的时间，并且可能会随时间变短。响应于收到的传感器测量值，预计寿命可能会进一步缩短。例如，如果效率模块24所接收的传感器测量值在可接受状况20的范围之外，则除了基于钻井时长而缩短预期寿命之外，还可以更新(32)预测预期寿命以减少预测的预期寿命。响应于传感器测量值而缩短的预期寿命的量可能与传感器测量值超出可接受状况的程度有关。可以基于从相同或不同类型的一个或多个传感器获得的测量值来更新预期寿命。用于更新预期寿命的计算可能会对某些传感器(测量关节articular状况的)加权，从而对RSS 4的预期寿命产生更大的影响。用于更新预期寿命的计算也可能考虑到传感器位于RSS 4的位置。

当计算更新的预期寿命(32)时，预期寿命模块22确定RSS 4的剩余寿命。预期寿命模块22可以确定RSS 4是否接近故障(33)。当更新的预期寿命(32)达到最小值或下限时，可以确定RSS 4接近故障。如果RSS 4接近故障，例如如果更新的预期寿命(32)达到最小值，则预期寿命模块22可以发送指令以显示警报以停止钻井(34)。如果RSS 4不是接近故障，例如如果更新的预期寿命(32)尚未达到最小值，则预期模块22可以继续监控RSS 4并跟踪预期寿命(35)。最小值可以是任何适当的编程的时间量，并且可以指示RSS 4即将发生故障。可以将编程的最小值或下限值与存储的RSS数据19一起存储在计算机存储器13中。例如，存储的最小值可以是30分钟。在该示例中，如果更新的预期寿命(32)小于或等于30分钟，则预期寿命模块22可以发送指令以显示警报以停止钻探(34)。如果更新的预期寿命(32)大于30分钟，则预期寿命模块22可以继续监控RSS4并跟踪预期寿命(35)。

警报或显示可以呈现在显示设备12的屏幕上，以显示给钻井现场的工人。警报或显示可能呈现在现场或远程工作人员的智能手机上。该警报可以是无线发送的文本或电子邮件的形式。该显示可以包括代表预测的预期寿命的不同值的颜色。显示屏可能以钻井的分、秒或小时为单位显示预期寿命，指示在RSS 4被预测发生故障之前剩余的时间量。另外，来自预期寿命模块22的显示警报的指令可以包括向警报或信号灯发出信号，这可以警告在钻井现场或远程位置的工人。

如果达到最小值并且指示RSS 4停止钻井，则可以将井下组件3从孔中拉出并进行维护。预测RSS故障并更新预测寿命可以防止RSS损坏。在某些情况下，如有必要，可以对RSS4进行维护和修理，并进一步用于其他钻井作业。RSS 4的预期寿命可以由预期寿命模块22跟踪并存储在计算机内存13中。可以在多种用途中跟踪预期寿命。预期寿命可以从所描述的一个或多个传感器测量值计算得出，或者从其他类型的获取用于监控RSS 4状况的测量值的传感器计算得出。此外，初始预期寿命还可以考虑计划的钻井方向、计划的地层类型、或可以在钻井之前确定并可能影响RSS 4预期寿命的因素的任何其他组合。

另一个示例模块是监控模块21。监控模块21可以起到从RSS 4(36)接收传感器测量值并确认钻井条件没有使RSS 4承受大量的应力或磨损的作用。监控模块21确定从与RSS4关联的传感器接收的测量值是否超过基线或在存储在计算系统11的计算机存储器13中的可接受状况20的范围之外。可以从所描述的与RSS 4关联的不同类型的传感器或测量RSS 4状况的不同类型的传感器接收传感器测量值。

在图6所示的示例过程中，监控模块21可以从RSS 4接收传感器测量值(36)。在接收到测量之后，监控模块21可以继续同时或顺序地分析每个测量。例如，图6示出了监控模块21，通过确定温度是否超出范围来分析来自多个温度传感器之一的温度测量值(37)。可接受范围可以作为存储的RSS数据19内的可接受状况20存储在计算机存储器中。在示例中，该存储的可接受范围可以是基线，其中，如果测量值超过基线，则检测到故障状况。例如，接收温度测量值(36)并进行分析以确定测量值是否超出范围(37)。确定温度是否超出范围可以包括将变量(在该示例中为温度)与基线进行比较。如果变量(在该示例中为温度)超过基线，则监控模块21将检测到该值已经超过基线并且发送指令以显示故障状况(38)。基线的示例可以是地层温度或350°F的工作温度。如果从RSS4处的温度传感器接收到的温度测量值为500°F，则监控模块21将检测到该变量(在该示例中为温度)超过基线，并发送指令以显示故障状况(38)。故障状况可以基于轴的结构完整性。

故障状况的显示(38)可以包括在显示设备12的屏幕上向钻井现场的工人显示的视觉指示。该显示可以在钻井现场或远程位置的工人的智能电话上。警报可以以文本或电子邮件的形式无线发送到远程位置。显示可以包括指示故障状况的类型或检测到的故障状况的严重性的颜色。另外，警报可以发出声音警报或灯，以警告钻井现场的工人或在远程位置的屏幕发出警报。在显示设备12的屏幕上的显示还可以包括窗口，其示出随着时间绘制的多个井下传感器的测量值。这些测量值代表从先前描述的不同传感器类型或确定RSS4状况的任何类型的传感器接收的不同的井下钻井参数。绘制的测量值还可以包括每个传感器测量值的基线，该基线代表用于检测何时出现故障的阈值。显示还可以包括显示来自每个模块的数据的窗口。这些显示功能可能适用于其他模块，并且来自多个模块的数据可以单独或同时显示。

除了响应于检测到的故障状况而发送指令以显示警报之外，监控模块21还可以被编程为在RSS传感器测量值快速变化或快速接近基线时发出警报。

在图6所示的示例中，如果变量超过基线并且检测到故障，则监控模块21可以向RSS4或MWD工具7发送指令以调整钻井参数或停止钻井(39)。钻井参数可以包括但不限于影响钻孔系统的钻速(ROP)的参数，例如内轴、钻头或两者的转速或角度。如果响应于故障状况而调整了RSS 4，则监控模块21可以继续分析从传感器接收的测量值，从该传感器中检测到故障状况。监测模块21可用于在调整钻井参数之后的一段时间内分析这些测量值，并且如果接收到的传感器测量值未返回到基线水平以下，则监测模块21可向RSS4发送指令以进一步调整参数或调整不同的钻井参数。如果接收到的传感器测量值没有返回到基线水平以下，则监控模块21可以指示RSS 4停止。

如果变量(在该示例中为温度)未超过基线并且未检测到故障状况，则监控模块21可以通过分析从其他传感器接收到的测量来进行进一步的评估。例如，在图6中，要分析的另一种测量是振动(40)。在这种情况下，振动是变量，并且通过与基线进行比较来分析振动测量值以确定它们是否超出范围。如果超过基线，则监控模块21将发送指令以显示故障状况(38)，并且将指令发送至RSS 4或MWD工具7以停止或调整钻井参数(39)。如果振动未超过基线并且未检测到故障状况(40)，则监控模块21将通过分析从其他传感器接收到的测量来进行进一步的评估，例如在图6中，另一可以分析的测量可以是钻头(bit)的重量(41)。监控模块21可以分析接收到的传感器测量值并确定它们是否超出范围，这通过将变量与基线进行比较并确定变量是否超过基线来实现。分析图6中的接收到的传感器测量值(37、40、41、42、43)可以同时进行，也可以以图6的示例中显示的顺序进行，或者以不同的顺序进行，并且可以从与RSS 4相关联的其他类型的传感器接收测量值。如图6中的示例所示，如果来自RSS 4的传感器测量值在可接受的范围内，或者未超过基线，则监控模块21将在计算机存储器13中存储接收到的传感器测量值，并继续在钻井过程中监控RSS 4。

另一示例模块可以是如图2所示的校准模块23，其可以用于校准与RSS 4相关联的传感器或位于井下组件3上的不同位置处的传感器。与RSS 4相关联的传感器的校准可以在首次使用之前进行。并且可以在以后的每次使用之前进行。在使用RSS 4一定时间后或当RSS 4达到一定寿命时，可以进行校准。在钻井之前对传感器进行校准可以提高其他模块18的准确性。校准可以用于更新存储的RSS数据19。校准模块23的一个示例功能可以是在钻井之前校准与RSS 4相关联的传感器。这可以包括首先从与RSS 4相关的相同类型的传感器接收测量值，例如，从图3C所示的传感器28和29接收测量值。在一个示例中，可以假设在钻井之前来自传感器28和29的传感器测量值等于或接近相等，并且可以将传感器28和29的初始测量值之间的差异视为误差。例如，可以将误差存储为校准系数或偏移，并且可以将校准系数或偏移应用于钻井期间接收的传感器测量。在另一个示例中，校准模块23可用于通过将RSS传感器测量值与从位于井上的相同类型的其他传感器接收到的测量值进行比较来在钻井之前校准井下组件3。来自放置在井下组件3上的不同位置的相同类型的传感器的初始传感器测量值之间的差异可以被认为是误差。例如，可以将误差存储为校准系数或偏移，并且可以将校准系数或偏移应用于钻井期间接收的传感器测量。校准模块23可以在钻井之前自动启动，或者显示设备12的屏幕上的显示可以提示钻井现场的工人使用计算系统11来启动校准模块23。校准结果可以显示在显示设备12的屏幕上。在一个示例中，校准模块23可以用于将校准系数或误差与存储在计算机存储器13中的基线进行比较，该基线可以表示可接受误差量的阈值。该基线可以以可接受的状况20的形式与存储的RSS数据19一起存储在计算机存储器13中。如果误差超过基线，则校准模块23可以指示在显示设备12的屏幕上显示警报。警报或显示可以是但不限于已描述的示例。

另一个示例模块可以是如图2所示的效率模块24，其可以用于确定RSS 4或井下组件3的另一个组件的效率。效率可以描述为显示RSS 4或内轴6相对于井下组件3的性能指标。RSS 4的效率可以表示为RSS 4或内轴6的测量值与井下组件3的另一组件的测量值之间的比较。效率模块24可以使用从与RSS 4关联的一种或多种类型的传感器接收的测量值来确定RSS 4的效率。效率模块24可以从RSS 4接收传感器测量值。在一个示例中，测量值可以是温度。如所描述的，可以将传感器放置在与井下组件3和RSS 4相关联的不同配置和位置中。可以从RSS 4的内轴6内的点接收温度测量值，并且还可以从RSS的内轴6的表面获得温度测量值。还可以从位于RSS 4井上，例如MWD工具7附近的传感器接收温度测量值。获得的温度也可以从RSS 4主体5上的传感器获得。效率模块24可以使用温度来确定效率，或通过比较从不同的井下组件部件(包括但不限于RSS 4、RSS 5的主体、RSS 4的内轴6或MWD工具7)获得的温度测量值来帮助使用其他传感器测量来确定效率。例如，从内轴6的表面接收到的温度测量值比从MWD工具7附近的传感器接收到的温度测量值高得多，这可能表明内轴6处的应力更高。许多情况都可能导致温度升高，包括在内轴6和外壳体8之间发生的摩擦。效率模块24可以根据内轴6和MWD工具7的温度之间的比较来确定内轴6的工作效率低于井下组件3的MWD工具7。效率模块24可以使用从沿着包括RSS 4的井下组件3上的不同点放置的不同传感器和多个相同类型的传感器接收到的测量值。效率模块24可以用于确定RSS 4比井下组件3的其他组件工作效率高或是低。如果发现RSS 4与井下组件3的其他组件相比工作效率低，则RSS4的预期寿命可能会比其他组件的预期寿命短。当RSS的预期寿命短于井下组件3的其他组件时，RSS 4可能会在井下组件3的其他组件之前失效。效率模块24可用于将校准系数或误差与存储在计算机存储器13中的基线进行比较，该基线可表示可接受误差量的阈值。该基线可以以可接受状况20的形式与存储的RSS数据19一起存储在计算机存储器13中。如果误差超过基线，则校准模块23可以指示在显示设备12的屏幕上显示警报。

效率模块24可以指示以与其他模块类似的方式来警告钻井现场的工人，并且可以是在显示设备12的屏幕上的视觉显示的形式，或者是闪光灯或颜色的形式。警报也可以是声音警报的形式。警报可以以智能手机或电子邮件上的文本形式发送到远程位置的工作人员。警报的类型可以取决于效率模块24所计算出的效率水平，例如，所计算出的效率低于基线效率多少。例如，如果RSS 4的效率低并且持续下降，则警报可以是闪烁的屏幕或声音警报的形式。警报或显示可以是但不限于已描述的示例。

本说明书中描述的系统和过程(process)的全部或部分及其各种修改(以下称为“过程”)可以至少部分地由一台或多台计算机来控制，一台或多台计算机使用有形地体现在一个或多个信息载体，例如一个或多个非暂时性机器可读存储介质中的一个或多个计算机程序。可以以任何形式的编程语言(包括编译或解释语言)编写计算机程序，并且可以以任何形式进行部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或其他适合在计算环境中使用的单元。可以将计算机程序部署为在一个站点上的一台计算机上或在分布在多个站点上并通过网络互连的多台计算机上执行。

与控制过程相关联的动作可以由执行一个或多个计算机程序以控制先前描述的全部或一些操作的一个或多个可编程处理器来执行。所有或部分过程可以由专用逻辑电路控制，例如FPGA(现场可编程门阵列)、ASIC(专用集成电路)或FPGA和ASIC两者。

例如，适合于执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储区或随机访问存储区或其两者接收指令和数据。计算机的元件包括一个或多个用于执行指令的处理器以及一个或多个用于存储指令和数据的存储区域设备。通常，计算机还将包括或可操作地耦合以从一个或多个机器可读存储介质(例如用于存储数据的大容量存储设备，例如磁盘、磁光盘或光盘)接收数据、或将数据传输到该一个或多个机器可读存储介质、或同时接收和传输数据。适用于体现计算机程序指令和数据的非暂时性机器可读存储介质包括所有形式的非易失性存储区，例如包括半导体存储区设备，例如EPROM(可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦可编程只读存储器)和闪存区域设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及CD-ROM(光盘只读存储器)和DVD-ROM(数字多功能光盘只读存储器)。

所描述的不同实施例的元件可以组合以形成先前未具体阐述的其他实施例。元件可以被排除在所描述的过程之外，而不会不利地影响它们的操作或总体上系统的操作。此外，可以将各种单独的元件组合成一个或多个单独的元件以执行本说明书中描述的功能。

在本说明书中未具体描述的其他实现方式也在所附权利要求的范围内。