調(diào)節(jié)鉆井液循環(huán)系統(tǒng)中的鉆井液壓力的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及使鉆井液循環(huán)通過井眼。
[0002] 背景
[0003] 在使用鉆機(jī)的井眼鉆井情形中，鉆井液循環(huán)系統(tǒng)用一個(gè)或多個(gè)泥漿泵來循環(huán)（或 泵送）鉆井液（例如鉆井泥漿）。如現(xiàn)有技術(shù)圖1和圖2中所示出，鉆井液循環(huán)系統(tǒng)10使 鉆井泥漿（流體，F(xiàn))經(jīng)過本領(lǐng)域中稱為鉆井管12的特殊管以及連接到鉆柱的鉆鋌，向下移 動(dòng)到井眼50。流體經(jīng)過鉆頭中的口（噴口）離開，采收鉆肩C，并將鉆肩沿井眼50的環(huán)體 40 (圖2)向上運(yùn)送。再次參看圖1，泥漿泵30從泥漿罐22吸取泥漿F，并將泥漿F泵送到 排送管道24之外，沿立管26向上、穿過水龍帶28、穿過方鉆桿或頂部傳動(dòng)單元31，并進(jìn)入 到鉆井管12的中心孔、鉆鋌和鉆頭中。泥漿F和鉆肩C沿環(huán)體40向上返回到地面（圖2)。 在地面處，泥漿和鉆肩穿過出口（未圖示）離開井眼，并經(jīng)由泥漿返回路線60被運(yùn)送到鉆 肩移除系統(tǒng)。在返回路線的結(jié)尾，泥漿F和鉆肩C流到本領(lǐng)域中稱為振動(dòng)篩62的振動(dòng)網(wǎng)篩 上。較細(xì)的固體可通過沉砂井64來移除?？捎脙?chǔ)存在化學(xué)槽罐66中的化學(xué)藥品來處理泥 漿，且接著將泥漿提供到泥漿罐22中，在那重復(fù)所述過程。
[0004] 鉆井液循環(huán)系統(tǒng)在壓力下遞送大量泥漿流，用于鉆機(jī)操作。循環(huán)系統(tǒng)將泥漿遞送 到鉆桿，以沿鉆井管的鉆柱向下流動(dòng)，并穿過附加到鉆桿下端的鉆頭流出。除冷卻鉆頭之 外，泥漿還通過鉆頭中的一組開口，以液壓方式?jīng)_走井眼的面。泥漿另外沖走在鉆頭前進(jìn)時(shí) 產(chǎn)生的碎片、石肩和鉆肩。循環(huán)系統(tǒng)使泥漿在鉆桿外側(cè)的環(huán)狀空間中以及鉆井過程所形成 的開孔的內(nèi)部上流動(dòng)。以此方式，循環(huán)系統(tǒng)使泥漿流過鉆頭，并流到井眼之外。
[0005] 泥漿以足夠的速度流過鉆桿和環(huán)狀空間，以將比泥漿重的碎片、碎肩和鉆肩移到 地面。泥漿的速度也應(yīng)足以冷卻鉆頭。泵處的井口壓力充分高，以使泥漿在所要速度下流 動(dòng)，且還克服沿流動(dòng)路徑的大量流動(dòng)壓阻。在一些情形中，循環(huán)系統(tǒng)可使泥漿以較高的體積 流率（例如，500到1000加侖每分鐘）且以高達(dá)5000PSI的壓力流過鉆頭和井眼。可使用 鉆機(jī)的環(huán)境可導(dǎo)致鉆柱經(jīng)歷封隔，例如當(dāng)鉆肩或碎片（或兩者）阻塞鉆井泥漿在鉆孔與鉆 柱、鉆鋌或鉆頭，或其組合之間的環(huán)體中的流動(dòng)路徑時(shí)。因此，井下壓力可快速增加，從而導(dǎo) 致一個(gè)或多個(gè)井下構(gòu)造的斷裂，且甚至可能導(dǎo)致井眼的損失。
【附圖說明】
[0006] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的實(shí)例。
[0007] 圖2是流過鉆柱以及鉆柱與井眼之間的環(huán)體的鉆井泥漿的實(shí)例。
[0008] 圖3是包括釋壓裝置的鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的實(shí)例。
[0009] 圖4是用以調(diào)節(jié)鉆井液循環(huán)系統(tǒng)中的鉆井液壓力的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的實(shí)例。
[0010] 圖5是調(diào)節(jié)鉆井液循環(huán)系統(tǒng)中的鉆井液壓力的第一實(shí)例過程的流程圖。
[0011] 圖6是調(diào)節(jié)鉆井液循環(huán)系統(tǒng)中的鉆井液壓力的第二實(shí)例過程的流程圖。
[0012] 圖7是圖1的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的架構(gòu)的實(shí)例。
[0013] 各圖中的相同參考編號(hào)和名稱指示相同元件。
[0014]詳述
[0015] 本公開描述一種用于調(diào)節(jié)鉆井液循環(huán)系統(tǒng)中的鉆井液壓力的系統(tǒng)和方法。所述循 環(huán)系統(tǒng)可包括鉆機(jī)立管，其可為例如金屬導(dǎo)管（作為管道系統(tǒng)泥漿泵釋壓路徑的部分），供 鉆井液（例如，鉆井泥漿）行進(jìn)到附接于鉆柱的井下端的鉆頭。如果發(fā)生井下封隔，那么鉆 機(jī)立管中的鉆井液的壓力可快速增加，從而導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)井下構(gòu)造的斷裂。當(dāng)井下構(gòu)造 斷裂時(shí)，鉆井液可能流失到構(gòu)造中，從而減少鉆井液柱，這降低了井眼中若干點(diǎn)處的流體靜 壓。鉆井液的突然損失可導(dǎo)致喪失對井的控制，且導(dǎo)致井眼的噴出以及可能的損失?？蓪?shí) 施本公開中所描述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法，以在感測到立管中的流體的壓力參 數(shù)增加時(shí)，自動(dòng)降低鉆機(jī)立管中的鉆井液的壓力。在一些實(shí)施方式中，所述鉆井液循環(huán)系統(tǒng) 可連接到計(jì)算機(jī)控制的釋壓裝置，其可響應(yīng)于接收到來自連接到循環(huán)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的 指令，自動(dòng)降低鉆機(jī)立管中的鉆井液的壓力。
[0016] 實(shí)施本公開所描述的技術(shù)可提供以下潛在優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)。一般來說，可實(shí) 施本文所述的技術(shù)來自動(dòng)降低鉆機(jī)立管中的壓力，尤其是在發(fā)生封隔時(shí)。這樣做可使井下 構(gòu)造免于在壓力下有害，從而導(dǎo)致不合意的斷裂。此外，在發(fā)生封隔時(shí)降低壓力可防止泥漿 泵上的破裂盤破裂。降低壓力還可防止泥漿電機(jī)失速，或頂部傳動(dòng)器失速，或兩者。避免地 面泥漿系統(tǒng)和底部鉆具總成上的壓力峰值可減少所有地面設(shè)備（如泥漿泵、沖洗管等）以 及井下總成（如旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向、鉆井時(shí)進(jìn)行檢視（MWD)工具）和壓力激活的設(shè)備（如液壓激活 造斜器和液壓激活鉆孔器）上的磨損。相對于在封隔期間關(guān)閉包括在循環(huán)系統(tǒng)中的泥漿泵 的手動(dòng)方法，此處所描述的技術(shù)可更快且更高效。另外，提供計(jì)算機(jī)指令來控制釋壓裝置可 減少手動(dòng)關(guān)閉泥漿泵所需的勞力。此處所述的技術(shù)相對于控制連接到鉆機(jī)立管的釋壓裝置 的手動(dòng)方法也更快且更高效。
[0017] 圖3是本公開的包括釋壓裝置104的鉆井液循環(huán)系統(tǒng)100的實(shí)例。在一些實(shí)施方 式中，釋壓裝置104可連接到鉆井液泵30的排出口與鉆柱115的入口之間的管道24。舉例 來說，釋壓裝置104的入口可連接到管道24。釋壓裝置104的出口可例如經(jīng)由管道105連 接到泥漿返回路線60。鉆井液循環(huán)系統(tǒng)100和釋壓裝置104可連接到安置在地面的計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)106,以通過自動(dòng)操作釋壓裝置104來調(diào)節(jié)鉆井液循環(huán)系統(tǒng)100中的鉆井液壓力?？墒?用附接到鉆柱115的井下端的鉆頭114在地上鉆井眼102,鉆柱115連接到從泥漿泵的排 出口到方鉆桿或頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)30的管道24。管道24可包括鉆機(jī)立管26。鉆井液循環(huán)系 統(tǒng)100可包括一個(gè)或多個(gè)泵30、罐22和固體分離裝置（圖1)。泥漿泵驅(qū)動(dòng)（即，泵送）鉆 井液F(例如，鉆井泥漿）穿過包括鉆機(jī)立管26在內(nèi)的管道24,接著向井下穿過鉆柱115， 進(jìn)入鉆頭114中并從鉆頭114出來，且向井上穿過鉆柱115與井眼102的內(nèi)壁之間的環(huán)體 103〇
[0018] 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106 (例如，桌上型計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)服務(wù)器 系統(tǒng)等）可包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)108,其存儲(chǔ)可由處理器110執(zhí)行來調(diào)節(jié)鉆井液循環(huán)系統(tǒng) 100中的鉆井液壓力的計(jì)算機(jī)指令。在一些實(shí)施方式中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106可接收表示管道24 中的鉆井液的壓力的壓力測量信號(hào)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106可接收表示穿過管道24的鉆井液的 流量的流量參數(shù)信號(hào)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106可從壓力測量信號(hào)和流量參數(shù)信號(hào)確定管道24中 的鉆井液的目標(biāo)壓力參數(shù)未得到滿足。響應(yīng)于確定目標(biāo)壓力參數(shù)未得到滿足，計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 106可降低管道24中的鉆井液的壓力，直到通過至少部分地打開釋壓裝置104來滿足目標(biāo) 壓力參數(shù)為止。
[0019] 如本文所使用，鉆機(jī)立管26既定包含從泥漿泵的排出口到附接到鉆柱115的方鉆 桿或頂部傳動(dòng)系統(tǒng)30的管道24的任何部分，且可包括所述排出口與方鉆桿或頂部傳動(dòng)系 統(tǒng)30之間的管道的任何部分。因此，將理解，可在沿泥漿泵30的排出口與方鉆桿/頂部傳 動(dòng)器31之間的管道的任何地方測量以下項(xiàng)：立管壓力和立管流率。管道24中的流率可替 代或另外地基于已知的流率方法來確定，所述流率方法用于基于容積式泥漿泵的速度和汽 缸位移來計(jì)算泥漿泵36的輸出流量。
[0020] 如下文所述，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106可從鉆機(jī)的操作者接收表示封隔的開始的目標(biāo)壓力 參數(shù)。舉例來說，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106可在連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106的顯示裝置122中顯示用戶 界面。鉆機(jī)的操作者可提供目標(biāo)壓力參數(shù)。目標(biāo)壓力參數(shù)可為鉆機(jī)立管26中測得的固定 壓力。或者或另外，目標(biāo)壓力參數(shù)可為鉆機(jī)立管26中的壓力基于鉆井液壓力隨時(shí)間的趨勢 的變化（例如，增加或減?。┞?。在一些實(shí)施方式中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106可接收鉆井操作過程 中經(jīng)更新的目標(biāo)壓力參數(shù)。舉例來說，用于不同鉆井條件（例如，不同鉆井深度、不同鉆頭 構(gòu)造、不同井以及其它條件）的目標(biāo)壓力參數(shù)可不同。在一些實(shí)施方式中，鉆機(jī)的操作者可 在不同時(shí)刻，根據(jù)鉆井條件，手動(dòng)更新目標(biāo)壓力參數(shù)?；蛘呋蛄硗猓勺詣?dòng)更新目標(biāo)壓力參 數(shù)。舉例來說，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106可實(shí)施計(jì)算機(jī)可執(zhí)行算法，來以指定時(shí)間間隔（例如每天） 使目標(biāo)壓力參數(shù)增加固定（或可變）因子，例如10%。在另一實(shí)例中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106可實(shí) 施計(jì)算機(jī)可執(zhí)行算法，其可基于現(xiàn)有的目標(biāo)壓力參數(shù)以及鉆井條件的變化來確定經(jīng)修改的 目標(biāo)壓力參數(shù)。
[0021] 在鉆井操作期間，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106可周期性地記錄管道24中的壓力，并將所記錄 的壓力例如存儲(chǔ)在包含于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106中或連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106的數(shù)據(jù)庫120中。從 所記錄的壓力，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106可周期性地確定壓力參數(shù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106確定所述所 確定的壓力參數(shù)超過從操作者接收到的目標(biāo)壓力參數(shù)時(shí)，接著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106可部分地打 開釋壓裝置104,從而導(dǎo)致鉆井液流返回到儲(chǔ)液室（例如，泥漿罐22/井坑）。當(dāng)所述流被 分流時(shí)，管道24中的壓力將減小，從而防止或減少井下構(gòu)造歸因于封隔而斷裂的機(jī)會(huì)。操 作者可關(guān)閉包括在鉆井液循環(huán)系統(tǒng)100中的泥漿泵，直到壓力參數(shù)減小到目標(biāo)壓力參數(shù)