專利名稱：等效密度的液壓校準(zhǔn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油井鉆井，特別涉及更加有效的相當(dāng)循環(huán)密度(ECD)的校準(zhǔn)和其它的液壓測(cè)量。
在天然烴類(例如石油)儲(chǔ)藏層的開發(fā)、建井完成和開采過程中，采用各種遙測(cè)系統(tǒng)和技術(shù)以便能夠在地面以實(shí)時(shí)的方式方便地進(jìn)行井下測(cè)量。特別是，MWD(隨鉆測(cè)量)和LWD(隨鉆測(cè)井)技術(shù)包括位于井孔內(nèi)的傳感裝置或探測(cè)裝置在鉆井過程中的數(shù)據(jù)傳輸。井孔傳感裝置可位于鉆頭中、井底(或井孔)鉆具組件(BHA)中、在位于泥漿馬達(dá)上方的鉆桿柱中或者在地下鉆桿柱的其它任何部分中。目前MWD／LWD遙測(cè)系統(tǒng)利用貫通鉆桿柱自身的鉆井流體或泥漿脈沖遙測(cè)、電磁遙測(cè)或聲波遙測(cè)將所測(cè)得的數(shù)據(jù)輸送到地面并且保持有限的帶寬(數(shù)據(jù)畢特率通常在1千赫茲的范圍內(nèi)或更低)。
油井和天然氣井通常是利用循環(huán)鉆井流體系統(tǒng)鉆出的。在這樣一種系統(tǒng)中，從在地面上的一個(gè)儲(chǔ)蓄池通過空心的鉆桿柱向下泵送鉆井流體或“泥漿”以使所述鉆井流體在鉆頭處從鉆桿柱排出并且利用在井孔和鉆桿柱之間的環(huán)空返回到地面。所述鉆井泥漿用于保持所述井孔內(nèi)的流體靜壓力以使被鉆頭穿透的巖層的內(nèi)部壓力得到控制，并且提供了一種從井孔中清除巖屑以及將這些巖屑輸送到地面的方法。所述鉆井泥漿還用于鉆頭的冷卻和潤(rùn)滑。
在泥漿脈沖遙測(cè)技術(shù)中，利用一個(gè)泥漿壓力脈沖產(chǎn)生裝置傳輸井下傳感裝置的數(shù)據(jù)，所述泥漿壓力脈沖產(chǎn)生裝置是鉆桿柱的一個(gè)部分。所述產(chǎn)生裝置通常利用一個(gè)閥或報(bào)警裝置在鉆井流體或泥漿柱中產(chǎn)生壓力脈沖。這只有當(dāng)泥漿流量(Q)足夠大并且用于驅(qū)動(dòng)一種循環(huán)泥漿流的泵接通時(shí)才能進(jìn)行。例如，在美國(guó)專利No．4，785，300；No．4，847，815；No．4，825，421；No．4，839，870和No．5，073，877中披露了一些適用MWD技術(shù)的產(chǎn)生裝置。
利用適合的裝置(例如壓力傳感器、應(yīng)變儀、加速計(jì)以及類似裝置)在地面檢測(cè)所述脈沖，這些裝置通常直接與鉆桿柱或立管相連。也可利用其它的技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴慕邮掌骱吞幚砥鳎缤ㄟ^包括導(dǎo)電線和／或光纖的硬線纜繩的鋼絲繩附帶工具，所述導(dǎo)電線和／或光纖能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)降孛?所述鋼絲繩附帶工具的功能通常包括利用電感耦合或其它原理使所述鋼絲繩附帶工具與附近的井下MWD或LWD工具相連通)。常規(guī)泥漿脈沖遙測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度是很低的，例如每秒3-6畢特，該數(shù)據(jù)傳輸速度大大低于鋼絲繩系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度。
一種MWD測(cè)量是隨鉆環(huán)空壓力(APWD)，所述隨鉆環(huán)空壓力(APWD)提供了一種井下壓力測(cè)量。在APWD中，設(shè)置一個(gè)環(huán)空傳感器以測(cè)量井下環(huán)空壓力，通常還包括溫度。例如利用泥漿脈沖遙測(cè)使這些數(shù)據(jù)的讀數(shù)或測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)降孛妗Ｔ诘孛嫣?，可利用一個(gè)處理器分析壓力數(shù)據(jù)。當(dāng)在其它鉆井參數(shù)的范圍內(nèi)以及利用液壓原理監(jiān)測(cè)壓力時(shí)，能夠識(shí)別不希望的鉆井環(huán)境，提出補(bǔ)救程序并且有利于防止在開發(fā)過程中出現(xiàn)嚴(yán)重問題。實(shí)時(shí)地獲得井下環(huán)空壓力信息在大位移鉆井、高壓／高溫(HPHT)鉆井、小口徑鉆井以及在可能存在較大流動(dòng)摩擦壓力損失或非常小的允許壓力限度的深水環(huán)境下是特別需要的。
APWD壓力測(cè)量還可用于確定等效泥漿密度，這是另一種有用的井下測(cè)量。等效密度通常被稱為等效循環(huán)密度(ECD)，在技術(shù)上它是當(dāng)泥漿在循環(huán)時(shí)的等效泥漿密度。當(dāng)泥漿不循環(huán)時(shí)，等效密度被稱為等效靜密度(ESD)。ECD一詞在廣義上通常包括ECD和ESD兩種概念，并且是表示在環(huán)空中流動(dòng)的流體整體測(cè)量結(jié)果的一個(gè)重要參數(shù)。
ECD是利用所測(cè)得的壓力除以真垂向井深(TVD)計(jì)算出來的，在地面上它是已知的。根據(jù)一個(gè)給定的APWD壓力測(cè)量所計(jì)算的ECD可被稱為一個(gè)ECD測(cè)量結(jié)果或測(cè)得的ECD。如果測(cè)得的ECD與一些期望的ECD相比太高或太低，那么可采用校正或其它響應(yīng)步驟以將ECD保持在一個(gè)所希望的范圍內(nèi)。例如，一個(gè)較高的ECD可能表示巖屑沒有被有效地清除，一個(gè)較低的ECD可能表示有氣體流入。這樣，由于ECD能夠有助于防止鉆井成本高的問題(主要涉及的是井眼凈化不好)并且有助于確定跳動(dòng)、流入以及其它可能導(dǎo)致不安全鉆井環(huán)境的現(xiàn)象。
這樣，通過測(cè)量壓力并利用該測(cè)量結(jié)果確定ECD、以及利用將該ECD測(cè)量結(jié)果與一些基線或期望的ECD測(cè)量結(jié)果對(duì)比，可得到用于將ECD保持在一個(gè)所希望范圍內(nèi)的校正步驟。這能夠有助于防止泥漿漏失并且保持井孔的完整性(包括抽吸控制、波動(dòng)以及凝膠破壞效果)。類似地，這還可用于監(jiān)測(cè)井下壓力測(cè)量結(jié)果。
與液壓相關(guān)的測(cè)量如井下APWD壓力測(cè)量和由此得到的測(cè)量如等效密度測(cè)量一般可稱為液壓測(cè)量。除了ECD和井下壓力，也可用于測(cè)量和監(jiān)測(cè)其它液壓測(cè)量，如立管壓力、內(nèi)部壓力和渦輪機(jī)RPM(TRPM)等。TRPM是井下渦輪機(jī)的每分鐘轉(zhuǎn)速(RPM)，井下渦輪機(jī)在泥漿流過時(shí)產(chǎn)生電能。此電能經(jīng)常用于為井下工具供電。內(nèi)部壓力是鉆桿內(nèi)的壓力，一般用隨鉆內(nèi)部壓力(IPWD)傳感器測(cè)量，用于檢測(cè)鉆桿泄漏及其位置。IPWD傳感器一般與APWD傳感器一樣，但不同的是它在鉆桿內(nèi)是環(huán)面。
然而，液壓測(cè)量如井下壓力和ECD測(cè)量對(duì)各種事件和因素是敏感的。因此，為了診斷事件和分析在確定的主要條件下的實(shí)時(shí)液壓測(cè)量，有必要考慮很多因素的可能性。在當(dāng)前技術(shù)下，復(fù)雜的模擬和仿真對(duì)這樣的分析是不充分的，因?yàn)橛绊憠毫y(cè)量的一些因素不能簡(jiǎn)單地預(yù)知或模擬。影響壓力測(cè)量的因素包括泥漿特性(包括與壓力和溫度相關(guān)的變化)、流量、流態(tài)、鉆桿柱每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)、鉆桿偏心度和孔的幾何形狀(尺寸和形狀)。
在地面已經(jīng)知道RPM和流量。然而因?yàn)橛绊憠毫y(cè)量并從而導(dǎo)致ECD校準(zhǔn)不可預(yù)測(cè)和在地面上始終不知或可知的其他因素，有必要在現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)液壓測(cè)量，也就是建立一個(gè)基線，所說基線顯示對(duì)于一給定的流量Q和鉆桿柱RPM，液壓測(cè)量(例如井下壓力或ECD)應(yīng)該為如何。一般用術(shù)語“ECD校準(zhǔn)”、“液壓校準(zhǔn)”和“液壓指紋”來描述這樣的校準(zhǔn)。
液壓校準(zhǔn)是指在不同流量和RPM下進(jìn)行液壓測(cè)量，所以在給定流量和RPM的隨后實(shí)時(shí)液壓測(cè)量能與在主要流量和RPM下的期望或基線液壓測(cè)量相比較。例如，在具體的ECD校準(zhǔn)中，利用在不同流量和RPM下的ECD校準(zhǔn)測(cè)量或數(shù)據(jù)點(diǎn)來建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫指示在一給定的流量和RPM下，ECD測(cè)量應(yīng)該是多少。因此，隨后在給定流量和RPM的實(shí)時(shí)ECD測(cè)量能與在數(shù)據(jù)庫中的期望(值)或基線ECD(值)相比較。
傳統(tǒng)的ECD校準(zhǔn)在隨機(jī)方式下進(jìn)行，通過在不同流量和鉆桿柱RPM的隨機(jī)范圍下在套管鞋中直接測(cè)量APWD來提供多個(gè)ECD校準(zhǔn)測(cè)量。現(xiàn)在參照

圖1，表示用于ECD校準(zhǔn)的傳統(tǒng)液壓矩形矩陣100。如圖所示，進(jìn)行幾個(gè)在不同RPM和流量下的ECD讀數(shù)或測(cè)量，例如ECD11等等。每個(gè)這樣的ECD校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量可稱為一個(gè)校準(zhǔn)。然后校準(zhǔn)點(diǎn)用在查閱表(LUT)中。在隨后鉆探期間實(shí)時(shí)進(jìn)行的每個(gè)ECD測(cè)量與在ECD測(cè)量期間使用的最接近主要RPM和流量的RPM和流量下的存儲(chǔ)在LUT中的ECD值相比較。除了使用最接近的數(shù)值之外，也使用“由眼睛”插補(bǔ)。一種現(xiàn)有技術(shù)的ECD校準(zhǔn)方法由M．D．Green等描述在“An Intergrated Solution of Extended-reach DrillingProblems in the Niakuk Fild，AlaskaPart II Hydraulics，CuttingsTransport and PWD”中，SPE 56564，Presented at the 1999 SPE AnnualTechnical Conference and Exhibition，Houston，Texas，USA，3-6October 1999。
傳統(tǒng)的ECD和其他液壓測(cè)量方法有幾個(gè)缺點(diǎn)。首先，選擇用于ECD校準(zhǔn)的各種流量和RPM一般獨(dú)自構(gòu)成一校準(zhǔn)點(diǎn)矩形矩陣，如圖1所示。例如如果矩形不是最佳的，這將導(dǎo)致進(jìn)行不必要的ECD校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量。其次，在此技術(shù)中，不清楚多少不同的流量和RPM必需建立在液壓矩陣中。例如，一個(gè)3X3矩陣可能太小，而一個(gè)9X9矩陣又可能太大。因此，有時(shí)在一次嘗試中進(jìn)行太多的ECD測(cè)量來確保足夠的ECD數(shù)據(jù)點(diǎn)以建立一個(gè)用于隨后任意流量和RPM的ECD基線。
此外，一個(gè)給定的矩形矩陣一般用于特定的泥漿特性和一特定的幾何孔形，并且即使孔的幾何形狀改變和／或泥漿特性有一些改變也能在鉆井時(shí)進(jìn)行使用而不會(huì)產(chǎn)生變化。這一點(diǎn)限制了動(dòng)態(tài)鉆探條件下ECD校準(zhǔn)點(diǎn)的有效性。
另外一個(gè)缺點(diǎn)是，一些ECD校準(zhǔn)點(diǎn)不能始終實(shí)時(shí)也就是在校準(zhǔn)過程期間有用，因?yàn)橐恍┳x數(shù)中的流量不足以啟動(dòng)泥漿脈沖遙測(cè)。足以啟動(dòng)泥漿脈沖遙測(cè)的最小流量可稱作QMWD。一個(gè)不足以用于泥漿脈沖遙測(cè)的流量可稱為“低”流量(也就是Q＜QMWD)；一個(gè)足以啟動(dòng)泥漿脈沖遙測(cè)的流量可稱為“高”流量(也就是Q＞QMWD)。這樣，對(duì)于在低流量下測(cè)量的ECD校準(zhǔn)點(diǎn)，如矩陣100的ECD11，所測(cè)量的ECD存儲(chǔ)在APWD工具的存儲(chǔ)器或記錄里并且不能被訪問，直至將APWD工具和BHA從井孔中拉出(POOH)返回到地面，或除非一鋼絲繩或其它工具在鉆桿中工作以訪問存儲(chǔ)數(shù)據(jù)?；谶@些原因，傳統(tǒng)的ECD校準(zhǔn)是費(fèi)時(shí)(例如兩個(gè)小時(shí))的，浪費(fèi)寶貴的鉆機(jī)時(shí)間，和／或提高了成本。
因此，有必要改進(jìn)液壓校準(zhǔn)的技術(shù)，包括ECD校準(zhǔn)，它可以避免現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
在本發(fā)明中，在鉆探井孔的鉆探系統(tǒng)中從地面位置進(jìn)行液壓校準(zhǔn)測(cè)量。進(jìn)行許多液壓校準(zhǔn)測(cè)量，每個(gè)液壓校準(zhǔn)測(cè)量是在一液壓校準(zhǔn)范圍內(nèi)各自的鉆桿柱RPM和流量下進(jìn)行的。然后確定一液壓基線函數(shù)，該函數(shù)在一預(yù)定精度內(nèi)預(yù)報(bào)多個(gè)液壓校準(zhǔn)測(cè)量中的每一個(gè)液壓校準(zhǔn)測(cè)量。
圖1表示一個(gè)在現(xiàn)有技術(shù)中用于ECD校準(zhǔn)的傳統(tǒng)矩形液壓矩陣?yán)?；圖2表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的石油鉆機(jī)的示意圖，該鉆機(jī)具有一個(gè)APWD工具和用于進(jìn)行ECD校準(zhǔn)的地基處理設(shè)備；圖3A-C表示本發(fā)明ECD校準(zhǔn)的ECD校準(zhǔn)點(diǎn)選擇；圖4表示圖3A-C中ECD校準(zhǔn)點(diǎn)的順序；圖5A-B是一個(gè)流程圖，表示本發(fā)明的ECD校準(zhǔn)方法；圖6表示用于本發(fā)明ECD校準(zhǔn)的加權(quán)函數(shù)“f”的圖形；圖7表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在9個(gè)ECD校準(zhǔn)點(diǎn)之間完全插補(bǔ)的例子。
本發(fā)明提供了一種有效的液壓校準(zhǔn)技術(shù)，以更快更精確地獲得一個(gè)液壓測(cè)量基線函數(shù)，該函數(shù)用于隨后的隨鉆液壓測(cè)量。如下面將進(jìn)一步詳細(xì)描述的，采用選定數(shù)量的校準(zhǔn)點(diǎn)，總體上講在最小數(shù)量點(diǎn)的情況下，校準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定為使數(shù)據(jù)最大化并覆蓋所預(yù)期的范圍此外，所測(cè)量的校準(zhǔn)點(diǎn)按時(shí)間順序是一個(gè)交互的順序，在低流量下的每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)后面跟隨著一個(gè)高流量下的校準(zhǔn)點(diǎn)，所以成對(duì)的校準(zhǔn)點(diǎn)可以實(shí)時(shí)傳送給地面，從而避免了延遲或使用有線傳輸?shù)谋匾院唾M(fèi)用。
這里也提供了一個(gè)獲得校準(zhǔn)點(diǎn)基線函數(shù)或曲線的改進(jìn)技術(shù)。下面將詳細(xì)描述關(guān)于ECD校準(zhǔn)的本發(fā)明的液壓校準(zhǔn)。對(duì)于ECD校準(zhǔn)，其目的是發(fā)現(xiàn)充分接近適合所有測(cè)量的ECD校準(zhǔn)點(diǎn)的公式關(guān)系ECD=F(RPM，Q)。
石油鉆塔系統(tǒng)現(xiàn)在參考圖2，圖2表示一石油鉆塔系統(tǒng)200的示意圖，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該系統(tǒng)具有一個(gè)APWD工具和用于完成ECD校準(zhǔn)的設(shè)置在地面上的處理設(shè)備。石油鉆塔系統(tǒng)200有一個(gè)與鉆桿柱211連接的APWD工具210，所述鉆桿柱211有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭212，該鉆頭與鉆桿柱211的端部連接并用于鉆出一個(gè)穿過巖層214的井孔213。
當(dāng)鉆桿柱211由鉆機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，大量鉆井流體(鉆探泥漿)由一個(gè)或多個(gè)泥漿泵215連續(xù)不斷地通過鉆桿柱211向下泵送并從鉆頭212排出，以冷卻和潤(rùn)滑鉆頭并帶走由鉆頭所鉆出的巖屑。泥漿沿著環(huán)空216返回到地面，所說環(huán)空存在于井孔213的孔壁和鉆桿柱211的外部之間。循環(huán)泥漿流能夠用于將一壓力脈沖信號(hào)從APWD工具210傳送到地面。
APWD工具是MWD或LWD工具的一部分，并且是鉆桿柱的一個(gè)整體部分。APWD工具210用APWD傳感器201測(cè)量環(huán)空壓力和溫度。除了由APWD傳感器201測(cè)量井下壓力和溫度之外，包括APWD工具210的MWD或LWD工具的其它傳感器可以測(cè)量以下參數(shù)，例如孔的方向和傾角，γ輻射、鉆頭上的重量和扭矩，井下鉆探泥漿或結(jié)構(gòu)的電阻系數(shù)或?qū)щ娐?，中子光譜等。在一替換實(shí)施例中，APWD工具210僅可測(cè)量壓力而不能測(cè)量溫度。由傳感器201和其它傳感器(未示出)監(jiān)測(cè)的井下壓力和其他環(huán)境及鉆探測(cè)量數(shù)據(jù)由編碼器202編碼，所述編碼器202能夠調(diào)節(jié)表示用于通過泥漿脈沖遙測(cè)信號(hào)傳輸給地面的測(cè)量數(shù)據(jù)的傳感器電信號(hào)。
MWD工具和APWD工具210工作的電能由一來自電池和／或井下渦輪機(jī)的電能提供。工具210還包括一個(gè)調(diào)制器或泥漿報(bào)警器203，為了在泥漿中產(chǎn)生壓力脈沖，所說調(diào)節(jié)器或泥漿報(bào)警器203選擇性地中斷或阻斷通過鉆桿柱的鉆探泥漿流，從而將調(diào)制后的信號(hào)傳輸給地面。
調(diào)制器203是這樣控制的，即壓力脈沖以與來自測(cè)量裝置201的編碼信號(hào)相對(duì)應(yīng)的編碼聲音數(shù)據(jù)信號(hào)形式產(chǎn)生。一般為二進(jìn)制編碼序列形式的這些信號(hào)通過鉆桿柱中的泥漿流傳輸?shù)降孛?。可以使用任何適用的信號(hào)調(diào)制技術(shù)。井下聲音遙測(cè)的許多可能的調(diào)制方案由S．P．Monroe描述在“Applying digital Data-Encoding Techniques to Mud PulseTelemetry”中，proceeding of the 5th SPE Petro1eum ComputerConference，Denver，Jun．25th-28th，1990，SPE20326，pp．7-16。
當(dāng)這些信號(hào)到達(dá)地面時(shí)，它們由一個(gè)適當(dāng)?shù)男盘?hào)檢測(cè)器也就是一個(gè)機(jī)電轉(zhuǎn)換器如立管壓力轉(zhuǎn)換器(SPT)217來檢測(cè)和編碼。適用于將聲音信號(hào)／壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器也可以在公開的英國(guó)專利GB-A-2140599、美國(guó)專利US5222049和公開的國(guó)際專利申請(qǐng)WO-A-95／14845中找到。
SPT217的模擬信號(hào)在一個(gè)適當(dāng)?shù)念l率下經(jīng)過適當(dāng)?shù)倪^濾和采樣，以得到一個(gè)模擬信號(hào)的數(shù)字編碼，該數(shù)字編碼然后可以被計(jì)算機(jī)218進(jìn)一步處理，該計(jì)算機(jī)可以是一個(gè)具有適當(dāng)程序處理器的專用或通用計(jì)算機(jī)。特別是，APWD傳感器201提供一個(gè)壓力讀數(shù)或測(cè)量，該讀數(shù)或測(cè)量由調(diào)制器203通過泥漿脈沖傳輸給SPT217，SPT217將此數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼提供給計(jì)算機(jī)218。在一實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)接收壓力數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成ECD數(shù)據(jù)。壓力、ECD和其他數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或記錄在存儲(chǔ)器中，同樣也在顯示器或其他顯示設(shè)備上顯示供操作者觀察。
ECD校準(zhǔn)點(diǎn)的選擇和定位在本發(fā)明中，選擇和定位校準(zhǔn)點(diǎn)以便使為獲得一ECD基線函數(shù)所必需的ECD測(cè)量的數(shù)量最小。ECD基線函數(shù)對(duì)于給定的RPM和流量表示的是在缺少巖屑或其他意料不到的情況下ECD的讀數(shù)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3A-C，RPM-流量圖表示本發(fā)明ECD校準(zhǔn)的ECD校準(zhǔn)點(diǎn)選擇。確定最大安全RPM(RPMSAFE)和最大安全流量(QSAFE)，以建立所必須做的任何ECD校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量的外限。如將在下面參照?qǐng)D5A的步驟501-502所詳細(xì)描述的，將這些安全點(diǎn)選擇為RPM和流量的組合，在此導(dǎo)致某些最大的可容許ECD(ECDMAX)。
在一實(shí)施例中，經(jīng)驗(yàn)表明，如果采用這里所描述的校準(zhǔn)外限和“重心”方法的話，一個(gè)ECD校準(zhǔn)所必需的最佳數(shù)量點(diǎn)不超過9個(gè)。根據(jù)本發(fā)明在所有9個(gè)點(diǎn)測(cè)量之后，就應(yīng)該能得到一個(gè)成功的適配。然而在少于頭3次測(cè)量的早期也可能得到一個(gè)成功的適配。
如圖3A所示，原點(diǎn)(0，0)加上RPMSAFE和QSAFE限定了一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域由四個(gè)邊界點(diǎn)限定(0，0)、(QSAFE，0)、(0，RPMSAFE)(QSAFE，RPMSAFE)。這些最初的4個(gè)ECD校準(zhǔn)點(diǎn)ECD1、ECD2、ECD3、ECD4限定了校準(zhǔn)范圍，也就是，所有校準(zhǔn)點(diǎn)將在此校準(zhǔn)范圍內(nèi)測(cè)量。為了用最小校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量得到此區(qū)域的“最佳覆蓋”，又一個(gè)ECD校準(zhǔn)點(diǎn)(ECD5)應(yīng)該位于此區(qū)域的“重心”，如圖3B所示。此點(diǎn)將位于校準(zhǔn)范圍的重心或其附近，也就是在(QSAFE／2，RPMSAFE／2)。
如圖3C所示，最初的5個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)限定了4個(gè)區(qū)域，這四個(gè)區(qū)域可以用北、南、東和西區(qū)域或校準(zhǔn)方格的分區(qū)來表示。每個(gè)分區(qū)可以用各自的分別位于每個(gè)分區(qū)或單元重心的ECD校準(zhǔn)點(diǎn)(ECD6，ECD7，ECD8，ECD9)來最佳覆蓋。在一個(gè)可選實(shí)施例中，四個(gè)分區(qū)的每一個(gè)分區(qū)用隨后的校準(zhǔn)點(diǎn)還可以再分，但是經(jīng)驗(yàn)結(jié)果表明，9個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)就足以得到一個(gè)與所檢測(cè)數(shù)據(jù)良好適配的函數(shù)。
ECD校準(zhǔn)點(diǎn)的排序在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，APWD工具210操作如下。在低和高流量期間，APWD工具210連續(xù)進(jìn)行壓力測(cè)量并將壓力測(cè)量值存儲(chǔ)在局部存儲(chǔ)器中。在一給定流量和RPM及進(jìn)行壓力測(cè)量的情況下，啟動(dòng)泵215的過程可以認(rèn)為是一個(gè)測(cè)量階段。在這樣的測(cè)量階段中，所測(cè)量的連續(xù)壓力讀數(shù)將趨向于下降(或上升)，例如以指數(shù)方式，從最初的測(cè)量值下降(或上升)到較穩(wěn)定的測(cè)量值。這樣，接近測(cè)量階段終點(diǎn)的最后壓力測(cè)量將是一個(gè)穩(wěn)定的壓力測(cè)量，只要此測(cè)量階段持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間以實(shí)現(xiàn)測(cè)量的穩(wěn)定。最后的穩(wěn)定壓力測(cè)量是為校準(zhǔn)目的所需的壓力測(cè)量。
在高流量的過程中，每一個(gè)連續(xù)測(cè)得的壓力測(cè)量存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中并且還通過泥漿脈沖遙測(cè)被傳輸?shù)降孛?。但是，在低流量的過程中，沒有數(shù)據(jù)通過泥漿脈沖遙測(cè)被傳輸?shù)降孛?。但是，在一個(gè)低流量測(cè)量階段結(jié)束時(shí)，所述APWD工具存儲(chǔ)器被處理以包含與所述測(cè)量階段相對(duì)應(yīng)的最終穩(wěn)定壓力測(cè)量。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，APWD工具210是這樣配置的，即，在高流量下測(cè)量階段開始時(shí)，此工具首先將包含前一個(gè)低流量測(cè)量階段中存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的最后穩(wěn)定壓力測(cè)量的原始數(shù)據(jù)信息傳輸給地面。這樣，在一足以允許泥漿脈沖遙測(cè)的流量下啟動(dòng)泵215，APWD工具自動(dòng)傳輸以前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息，繼之以恢復(fù)實(shí)時(shí)壓力測(cè)量和傳輸。
在當(dāng)前高流量測(cè)量階段進(jìn)行的壓力測(cè)量將趨向于穩(wěn)定，并且其中一個(gè)在當(dāng)前高流量測(cè)量階段終點(diǎn)附近所傳輸?shù)漠?dāng)前壓力測(cè)量值在地面上可以用作當(dāng)前測(cè)量階段的穩(wěn)定壓力測(cè)量值。在一實(shí)施例中，在當(dāng)前高流量測(cè)量階段期間所作的最后壓力測(cè)量值被當(dāng)作此測(cè)量階段的穩(wěn)定壓力測(cè)量，因?yàn)閹г紨?shù)據(jù)信息傳輸?shù)姆€(wěn)定低流量壓力測(cè)量將是所進(jìn)行的低流量測(cè)量階段期間所作的最終壓力測(cè)量。
這樣，在本發(fā)明中，ECD／壓力測(cè)量是這樣排序的，即每個(gè)低流量測(cè)量階段后面是一個(gè)高流量測(cè)量階段。這就保證了在測(cè)量過程中低和高流量情況下的所有壓力測(cè)量實(shí)時(shí)傳輸給地面。因此，只要一個(gè)高流量測(cè)量跟隨著每個(gè)低流量測(cè)量，本發(fā)明允許即使在低流量情況下也能進(jìn)行井下壓力測(cè)量。
實(shí)際上，在低和高流量階段之間變換進(jìn)行ECD測(cè)量。這就保證了在一低流量下進(jìn)行的每個(gè)壓力或ECD測(cè)量后面跟隨著一個(gè)高流量下的測(cè)量，所以APWD工具210傳輸所存儲(chǔ)的壓力測(cè)量值和當(dāng)前的壓力測(cè)量值。因此，ECD校準(zhǔn)點(diǎn)排序成能夠允許實(shí)時(shí)傳輸壓力測(cè)量，一個(gè)是存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中在低流量下進(jìn)行的前一個(gè)壓力測(cè)量，一個(gè)是當(dāng)前高流量下進(jìn)行的當(dāng)前壓力測(cè)量。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖3A-C中ECD校準(zhǔn)點(diǎn)的排序。此排序保證了在低流量下的每個(gè)ECD校準(zhǔn)點(diǎn)后面跟隨著一個(gè)高流量下的ECD校準(zhǔn)點(diǎn)。例如，低流量測(cè)量階段期間在低流量測(cè)量階段的終點(diǎn)進(jìn)行的第一壓力測(cè)量值存儲(chǔ)在APWD工具的局部存儲(chǔ)器中。在下一個(gè)(高流量)測(cè)量階段，在高流量測(cè)量階段開始時(shí)，此第一校準(zhǔn)壓力測(cè)量傳輸給地面，隨后是每個(gè)當(dāng)前的壓力測(cè)量，包括在地面上可作為當(dāng)前壓力測(cè)量階段的穩(wěn)定壓力測(cè)量的最后的當(dāng)前壓力測(cè)量。這樣，對(duì)于每個(gè)跟隨在低流量測(cè)量階段后的高流量測(cè)量階段，地面上接收了兩個(gè)穩(wěn)定壓力測(cè)量。如上所述，這兩個(gè)穩(wěn)定的壓力測(cè)量由計(jì)算機(jī)218轉(zhuǎn)換成ECD測(cè)量。
因此，在一個(gè)實(shí)施例中，9個(gè)ECD校準(zhǔn)點(diǎn)如圖4所示排列。在QSAFE和RPMSAFE確定之前，首先測(cè)量ECD校準(zhǔn)點(diǎn)ECD1和ECD2，因?yàn)檫@些測(cè)量用于設(shè)定QSAFE和RPMSAFE，也就是準(zhǔn)確的校準(zhǔn)范圍邊界。ECD3在隨后的剩下的ECD測(cè)量中測(cè)量，測(cè)量是成對(duì)進(jìn)行的?，F(xiàn)在參照?qǐng)D5A-B，表示本發(fā)明ECD校準(zhǔn)方法500的流程圖。
為了開始校準(zhǔn)階段，收集各種輸入?yún)?shù)，如步驟501所示及在標(biāo)題為“定義”下的部分所定義的，包括最大允許流量(QMAX)、最大允許RPM(RPMMAX)、最大容許ECD(ECDMAX)和QMWD。這些參數(shù)用于確定ECD2的位置，也就是用于確定RPM2和Q2。步驟501的輸入數(shù)據(jù)可以輸入到一個(gè)在PC219中運(yùn)行的合適ECD校準(zhǔn)程序中，如電子制表軟件。
例如，這些參數(shù)可以通過詢問鉆機(jī)客戶或操作者最大的可容許參數(shù)來確定。例如，ECDMAX是客戶同意、避免“液壓”損害的ECD最大值。此對(duì)應(yīng)于(RPM，Q)組合，保證了ECD不會(huì)超過套管鞋的壓裂梯度。類似地，RPMMAX和QMAX是客戶同意的、避免“機(jī)械”損害的RPM和Q的最大值。例如RPMMAX和QMAX是可由鉆機(jī)設(shè)備、套管或孔所控制的RPM和Q的最大值。ECD基線函數(shù)所要求的精度用εMAX表示?？捎冒酰考觼?ppg)表示，例如εMAX可以為±0．1ppg。這表示函數(shù)ECD=F(RPM，Q)預(yù)報(bào)每個(gè)所測(cè)量的ECD校準(zhǔn)點(diǎn)的精度。
理論上，ECD2應(yīng)該選擇在由QSAFE和RPMSAFE所限定的校準(zhǔn)范圍的重心，然而這些點(diǎn)是未知的。因而RPM2和Q2選擇如下。首先，如步驟502所示，Q2選擇成QMWD和最大允許流量QMAX一半中的較高者，也就是，Q2=MAX(QMAX／2，QMWD)。這就保證了Q2將足夠高以啟動(dòng)泥漿脈沖遙測(cè)，如果需要靠近由QMAX所限定的范圍的中間，也可更高。根據(jù)Q2沿其軸線的位置比例，RPM2位于0與最大允許RPM(RPMMAX)之間相應(yīng)的位置上，也就是，RPM2=RPMMAX·(Q2／QMAX)。
一旦確定了校準(zhǔn)點(diǎn)ECD2的位置，就測(cè)量(校準(zhǔn))了校準(zhǔn)點(diǎn)ECD1和ECD2。首先在Q=0的流量下校準(zhǔn)原點(diǎn)處的ECD校準(zhǔn)點(diǎn)ECD1，當(dāng)然該流量是一個(gè)低流量不足以啟動(dòng)泥漿脈沖遙測(cè)。這樣，當(dāng)泵215關(guān)掉后，壓力測(cè)量就存儲(chǔ)在APWD工具210的存儲(chǔ)器中。其次，在流量Q2和RPM2下啟動(dòng)泵215來測(cè)量ECD校準(zhǔn)點(diǎn)ECD2，這里Q2應(yīng)該保證是一個(gè)高流量。在校準(zhǔn)點(diǎn)ECD2測(cè)量期間，APWD工具首先將對(duì)應(yīng)于點(diǎn)ECD1的壓力讀數(shù)傳輸給地面計(jì)算機(jī)218。然后APWD工具進(jìn)行將當(dāng)前壓力讀數(shù)傳輸給地面，這些數(shù)據(jù)中的一個(gè)(例如最后一個(gè))在地面上將被選作ECD2。計(jì)算機(jī)218將這兩個(gè)校準(zhǔn)壓力讀數(shù)傳輸給用于校準(zhǔn)點(diǎn)ECD1和ECD2的ECD測(cè)量。
然后，分析點(diǎn)ECD1和ECD2的ECD讀數(shù)來選擇QSAFE和RPMSAFE以最佳界定校準(zhǔn)精確范圍，如步驟502所示。這些校準(zhǔn)點(diǎn)由計(jì)算機(jī)218確定，該計(jì)算機(jī)將相應(yīng)的壓力測(cè)量轉(zhuǎn)換成ECD測(cè)量，以及例如將結(jié)果顯示在監(jiān)視器或其他顯示設(shè)備上。計(jì)算機(jī)218所顯示的ECD測(cè)量進(jìn)入一個(gè)適用的應(yīng)用程序，如一個(gè)電子制表程序，該程序運(yùn)行在計(jì)算機(jī)如膝上型計(jì)算機(jī)219上，并確定RPM和流量應(yīng)該如何設(shè)定和在后面的ECD測(cè)量中如何使用。
在一實(shí)施例中，第一次假設(shè)是，僅僅對(duì)于預(yù)報(bào)QSAFE和RPMSAFE的目的來說，ECD關(guān)于Q和RPM是線性的。因此，具有兩個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)[(0，0)，(Q2，RPM2)]和兩個(gè)相應(yīng)的ECD值(ECD1和ECD2)，我們可以線性推斷什么樣的(QSAFE，RPMSAFE)將導(dǎo)致ECDMAX。一個(gè)附加約束要求，QSAFE和RPMSAFE分別不能超過QMAX和RPMMAX。因而QSAFE=MIN[QMAX，{Q2·(ECDMAX-ECD1)／(ECD2-ECD1)}]RPMSAFE=MIN[RPMMAX，{RPM2·(ECDMAX-ECD1)／(ECD2-ECD1)}]在這一點(diǎn)上，確定了校準(zhǔn)范圍。校準(zhǔn)點(diǎn)ECD2將處在或至少接近此范圍的重心，也就是Q2=MAX(QMAX／2，QMWD)QSAFE／2；RPM2=RPMMAX，(Q2／QMAX)RPMSAFE／2．
其次，在Q3=QSAFE和RPM3=RPMSAFE的位置測(cè)量ECD校準(zhǔn)點(diǎn)ECD3。這是在一個(gè)高流量下的測(cè)量(因?yàn)镼SAFE／2確保大于或等于QMWD)。因此，在校準(zhǔn)點(diǎn)ECD3測(cè)量后，校準(zhǔn)點(diǎn)ECD1、ECD2和ECD3的ECD測(cè)量在地面上是可獲得的。
在這一點(diǎn)上，如步驟503所示，一個(gè)適用的曲線擬合程序，如一個(gè)適當(dāng)配置的電子制表軟件，可以在計(jì)算機(jī)如PC219上運(yùn)行來試圖發(fā)現(xiàn)一個(gè)函數(shù)(ECD基線曲線或函數(shù))，該函數(shù)在指定的準(zhǔn)確度內(nèi)符合這三個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)。這可以通過將迄今為止所測(cè)量的ECD校準(zhǔn)點(diǎn)輸入PC219來進(jìn)行，并由計(jì)算機(jī)218來顯示。如果殘余符合度(residual fit)或誤差ε2＜εmax2，那么根據(jù)這三個(gè)點(diǎn)所產(chǎn)生的ECD基線函數(shù)能夠使用并且校準(zhǔn)程序可以中止。因而此ECD基線函數(shù)在隨后的鉆探期間可用于分析目的。
另外，測(cè)量隨后的兩個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)ECD4，ECD5(步驟504)并嘗試進(jìn)行一第二次擬合(步驟505)。另外，如果由ECD基線函數(shù)所產(chǎn)生的曲線在指定的精度范圍之內(nèi)與5個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)相符，校準(zhǔn)程序可以中止；否則，測(cè)量隨后的兩個(gè)點(diǎn)(ECD6和ECD7)(步驟506)并嘗試進(jìn)行又一次(第三次)曲線擬合(步驟507)。如果ECD基線函數(shù)在指定的精度范圍內(nèi)與這7個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)相符，可以停止校準(zhǔn)程序；否則，測(cè)量最后兩個(gè)點(diǎn)(ECD8和ECD9)(步驟508)，然后進(jìn)行完全插補(bǔ)(步驟509)，預(yù)期得到一個(gè)適用的ECD基線函數(shù)。
因而，在一實(shí)施例中，在第一次的三個(gè)ECD測(cè)量之后，在地面進(jìn)行和接收每次ECD數(shù)據(jù)測(cè)量，嘗試產(chǎn)生一個(gè)與迄今為止所測(cè)量數(shù)據(jù)相擬合的函數(shù)。因而，在測(cè)量點(diǎn)ECD3之后進(jìn)行這樣的嘗試；在點(diǎn)ECD4和ECD5之后；在點(diǎn)ECD6和ECD7之后；以及又在ECD8和ECD9之后進(jìn)行這樣的嘗試。通常，當(dāng)完成ECD校準(zhǔn)后，其目的是發(fā)現(xiàn)一個(gè)足夠接近符合所測(cè)量ECD校準(zhǔn)點(diǎn)的公式關(guān)系ECD=F(RPM，Q)。曲線擬合技術(shù)和在本發(fā)明中所采用的相應(yīng)的公式將在下面標(biāo)題為“ECD基線曲線擬合”部分中詳細(xì)描述。
無論使用哪一種曲線擬合技術(shù)，如上所述，根據(jù)本發(fā)明所產(chǎn)生的ECD校準(zhǔn)點(diǎn)比傳統(tǒng)ECD校準(zhǔn)技術(shù)具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的ECD校準(zhǔn)點(diǎn)具有較好的數(shù)據(jù)點(diǎn)，比簡(jiǎn)單“暴力”型矩形矩陣更符合曲線。此外，由于總體上通過將ECD點(diǎn)放置在各種區(qū)域的重心位置，在此，校準(zhǔn)區(qū)域由ECD點(diǎn)的頂點(diǎn)所分割，所選擇的點(diǎn)具有足夠的校準(zhǔn)覆蓋范圍，所以就需要較少的點(diǎn)。此外，在一系統(tǒng)內(nèi)通過在低流量和高流量點(diǎn)之間變換，該系統(tǒng)允許一存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的在前數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)連同當(dāng)前數(shù)據(jù)一起傳輸，在高泥漿流量(Q)測(cè)量期間，在無需將BHA從井下取出或利用鋼絲繩附帶的工具讀取存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)的情況下，就可以進(jìn)行實(shí)時(shí)ECD測(cè)量。此外，由于ECD點(diǎn)的智能選擇和每次接收到一對(duì)新數(shù)據(jù)點(diǎn)后將曲線與點(diǎn)擬合的嘗試，即使在所有9個(gè)測(cè)量進(jìn)行之前，在某些情況下也可以中斷ECD校準(zhǔn)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，可以利用不同序列的ECD校準(zhǔn)點(diǎn)，只要在低流量的每個(gè)點(diǎn)后跟著一個(gè)高流量點(diǎn)。
ECD基線曲線擬合如上所述，從測(cè)量ECD校準(zhǔn)點(diǎn)所得出的ECD基線函數(shù)為這種形式即ECD=F(RPM，Q)。為了建立這樣一種關(guān)系，嘗試進(jìn)行一種多項(xiàng)式擬合。然而，本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到RPM方向與這樣的擬合是不相關(guān)的，只要考慮環(huán)空摩擦壓力損失；相反的流動(dòng)方向僅改變環(huán)空摩擦壓力損失的符號(hào)。
因而，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，函數(shù)F(RPM，Q)遭受約束，即它必須是對(duì)RPM為偶函數(shù)和對(duì)Q為奇函數(shù)，除了任何的殘余常量，該常量RPM為偶函數(shù)而Q不受約束。如果使用奇數(shù)冪級(jí)的RPM，例如，函數(shù)F(RPM，Q)在O處將是不連續(xù)的以及將不會(huì)是可微分的。因此，在本發(fā)明中，一種多項(xiàng)式擬合是如下形式ECDRPM,Q=F(RPM,Q)=Σj′Even′ajRPMj+Σi′Odd′,j′Even′bi,j.Qi,RPMj------(1)]]>這里aj和bi，j是一些常數(shù)。(可選地，可用一種插補(bǔ)型覆蓋來取代多項(xiàng)式擬合。在此情況下，必須高度注意來確保必要的對(duì)稱保持。)使用具有這些約束的曲線擬合技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它增強(qiáng)了提供靜態(tài)讀數(shù)的條件和提供壓力摩擦損失的條件。這樣，公式(1)可以變成如下的更通用的公式F(RPM,Q,MD,TVD)=Σj′Even′ajRPMj+(Σi′Odd′,j′Even′bi,j.Qi.RPMj)×TVDCSTVD×MDMDCS------(2)]]>泥漿和粘度的輕微變化也能夠計(jì)算出，只要流動(dòng)狀態(tài)(層流或湍流)的變化是無關(guān)緊要的。因此，公式(2)可以進(jìn)一步變化如下 在標(biāo)題“定義”下面的部分包括這里所采用的符號(hào)和縮寫的定義。
“完全插補(bǔ)”型擬合，也就是將本公式所有9個(gè)ECD校準(zhǔn)點(diǎn)的應(yīng)用，即 其中 而F1，6，8(RPM，Q)=A1，6，8+B1，6，8·Q+C1，6，8·RPM2F5，7，8(RPM，Q)=A5，7，8+B5，7，8·Q+C5，7，8·RPM2F4，6，9(RPM，Q)=A4，6，9+B4，6，9·Q+C4，6，9·RPMF3，7，9(RPM，Q)=A3，7，9+B3，7，9·Q+C3，7，9·RPMF2，6，7，8，9(RPM，Q)=A2，6，7，8，9+B2，6，7，8，9·Q+C2，6，7，8，9·RPM+D2，6，7，8，9·Q2+E2，6，7，8，9·RPM2不難理解，上述加權(quán)函數(shù)“F”是對(duì)擬校準(zhǔn)范圍不同區(qū)域的ECD校準(zhǔn)點(diǎn)的簡(jiǎn)單多項(xiàng)式擬合，并且上述加權(quán)函數(shù)“f”是相關(guān)的加權(quán)函數(shù)(為了保證從一個(gè)多項(xiàng)式擬合到另一個(gè)多項(xiàng)式擬合的平滑過渡)。圖6表示用于本發(fā)明ECD校準(zhǔn)的5個(gè)加權(quán)函數(shù)“f”的圖。
在校準(zhǔn)期間，如果根據(jù)公式(4)做了曲線擬合，則完全插補(bǔ)型擬合，提供了所觀察到的不同ECD點(diǎn)的“最好”再現(xiàn)，考慮物理限制(對(duì)稱性)并將校準(zhǔn)范圍分成5個(gè)(交疊的)區(qū)域，并且考慮由每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)所覆蓋的單個(gè)區(qū)域。
此外，為了考慮鉆探進(jìn)行時(shí)井孔幾何上的變化和／或泥漿特性的輕微變化，同樣地修改公式(1)以產(chǎn)生公式(3)，也可以修改公式(4)以產(chǎn)生公式(5)ECD=(ρMud-ρMud,O)+F(RPM,O)+{F(RPM,Q)}×TVDCSTVDMDMDCS×vMudvMud,O(5)]]>經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)在參照?qǐng)D7，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖7表示一個(gè)利用9個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)所作的完全插補(bǔ)法的例子，其采用上述公式(4)或(5)。圖7所示舉例數(shù)據(jù)是通過對(duì)一些真實(shí)的但不是最佳的數(shù)據(jù)進(jìn)行本發(fā)明的完全插補(bǔ)以驗(yàn)證插補(bǔ)工作良好且不會(huì)產(chǎn)生任何不正常峰值或其他反常的數(shù)據(jù)而得到的。
將本發(fā)明有效的ECD校準(zhǔn)能將ECD校準(zhǔn)所需的時(shí)間從差不多2小時(shí)縮小到僅僅20分鐘，以及更少(當(dāng)所需校準(zhǔn)點(diǎn)小于9個(gè)時(shí))。此技術(shù)允許產(chǎn)生正常的ECD基線函數(shù)，該函數(shù)允許來自ECD校準(zhǔn)的不連續(xù)測(cè)量之間的ECD值插補(bǔ)。此外，當(dāng)鉆探進(jìn)行和井孔幾何形狀改變和／或泥漿特性輕微改變?nèi)缑芏群驼承愿淖儠r(shí)，本發(fā)明的ECD插補(bǔ)延伸到在套管鞋處所作的ECD校準(zhǔn)的有效范圍。
定義MD測(cè)量深度MDCS套管鞋處的測(cè)量深度TVD 真垂向井深TVDCS套管鞋處的真垂向井深ρMud泥漿重量(MUD WEIGHT)
ρMud，0ECD校準(zhǔn)期間所用的泥漿重量γMud泥漿粘度гMud，0ECD校準(zhǔn)期間的泥漿粘度APWD 隨鉆環(huán)空壓力RPM 每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)Q 流量ECD 等效循環(huán)密度RPMMax客戶同意的最大RPM(避免“機(jī)械”損害)QMax客戶同意的最大Q(避免“機(jī)械”損害)ECDMax客戶同意的最大ECD(避免“液壓”損害)QMWD啟動(dòng)MWD泥漿脈沖遙測(cè)所必須的流量RPMI不同校準(zhǔn)點(diǎn)的RPMQI不同校準(zhǔn)點(diǎn)的流量RPMSafe在ECD校準(zhǔn)期間不會(huì)超過的RPMQSAFE在ECD校準(zhǔn)期間不會(huì)超過的QECDi在不同校準(zhǔn)點(diǎn)所測(cè)量的ECD(特定的RPMi和Qi)ECDI在不同校準(zhǔn)點(diǎn)所“擬合”的ECD(最小乘方多項(xiàng)式擬合之后)Max 客戶所要求的ECD精度(一般為0．1ppg或更小)測(cè)量ECD與“擬合”ECD之間的最大殘余誤差，定義為Max(︱ECDi-ECD′i︱)iF1，6，8(PPM，Q)對(duì)校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)1，6和8的ECD多項(xiàng)式擬合F5，7，8(RPM，Q)對(duì)校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)5，7和8的ECD多項(xiàng)式擬合F4，6，9(RPM，Q)對(duì)校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)4，6和9的ECD多項(xiàng)式擬合F3，7，9(RPM，Q)對(duì)校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)3，7和9的ECD多項(xiàng)式擬合F2，6，7，8，9(RPM，Q)對(duì)校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)2，6，7，8和9的ECD多項(xiàng)式擬合f1，6，8(RPM，Q)與校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)1，6和8有關(guān)的加權(quán)函數(shù)f5，7，8(RPM，Q)與校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)5，7和8有關(guān)的加權(quán)函數(shù)f4，6，9(RPM，Q)與校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)4，6和9有關(guān)的加權(quán)函數(shù)f3，7，9(RPM，Q)與校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)3，7和9有關(guān)的加權(quán)函數(shù)f2，6，7，8，9(RPM，Q) 與校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)2，6，7，8和9有關(guān)的加權(quán)函數(shù)aj，bi，j，ρ0，q， 均為多項(xiàng)式系數(shù)r2，Q3，qr2，Aα，Bα，Cα，Dα，Eα液壓校準(zhǔn)上面已經(jīng)關(guān)于ECD校準(zhǔn)描述了本發(fā)明。如上所述，當(dāng)泥漿循環(huán)時(shí)，ECD是密度測(cè)量，當(dāng)泥漿不循環(huán)時(shí)，ESD是密度測(cè)量。這樣，在屬類上，ESD和ECD是同樣的，也就是APWD的井下壓力除以TVD。這樣，實(shí)際上本發(fā)明的ECD校準(zhǔn)通常為等效密度測(cè)量的校準(zhǔn)，也就是ECD和ESD的校準(zhǔn)。
如上所述，井下環(huán)空壓力以及ECD是難于模擬的，因?yàn)樗蕾囉谝阎囊蛩厝鏡PM和Q，以及其他因素如泥漿特性、鉆桿偏心度和孔的幾何形狀，這些是不可預(yù)知的和／或難于模擬的。因此，本發(fā)明的校準(zhǔn)不僅可用于校準(zhǔn)ECD，而且也可用于校準(zhǔn)井下壓力和任何其他液壓或與壓力有關(guān)的測(cè)量，這些測(cè)量依賴于RPM和／或流量、也依賴于其他不可預(yù)知的或難于模擬的因素或條件。
因而，在一可選實(shí)施例中，本發(fā)明提供了關(guān)于任何液壓測(cè)量的液壓校準(zhǔn)，它是RPM和／或流量的函數(shù)。這樣的液壓測(cè)量包括壓力本身，如井下壓力或立管壓力，和其他測(cè)量如ECD測(cè)量，該ECD測(cè)量是從壓力測(cè)量得到的或者是此壓力測(cè)量的函數(shù)。這樣，這里所描述的液壓校準(zhǔn)技術(shù)可用于建立一個(gè)關(guān)于ECD、關(guān)于井下壓力或關(guān)于立管壓力的基線函數(shù)。
立管壓力是在地面處被泵送到鉆桿內(nèi)的泥漿流體的壓力，其由地面泥漿泵之后的傳感器測(cè)量。在鉆探期間，立管壓力也是一個(gè)重要的指標(biāo)，它對(duì)沒有發(fā)展成嚴(yán)重問題之前的早期分析和監(jiān)測(cè)問題有用。就象ECD和井下壓力，正常的立管壓力不能始終被可靠模擬。因此，利用上述校準(zhǔn)技術(shù)，在鉆探期間的給定RPM和流量情況下，可以研究出立管壓力基線函數(shù)，該函數(shù)表示正常的或所預(yù)期的立管壓力對(duì)RPM和／或流量的關(guān)系，實(shí)時(shí)立管壓力可以與其相比。
在一可選實(shí)施例中，本發(fā)明的液壓校準(zhǔn)可用于校準(zhǔn)其他液壓或與壓力有關(guān)的測(cè)量，所述測(cè)量依賴于RPM和／或Q，如渦輪機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(TRPM)和隨鉆內(nèi)部壓力(IPWD)。TRPM強(qiáng)烈依賴Q，更少程度上依賴RPM，可以通過將它轉(zhuǎn)換成一泥漿流量來校準(zhǔn)。IPWD壓力也強(qiáng)烈依賴Q，而在較少程度上依賴RPM。
根據(jù)本發(fā)明開發(fā)的液壓基線函數(shù)可用于在隨后的鉆探期間分析和監(jiān)測(cè)每個(gè)液壓測(cè)量。具體來說，如果當(dāng)前液壓測(cè)量(值)與由液壓基線函數(shù)所確定的預(yù)期液壓測(cè)量(值)相比太高或太低，就進(jìn)行修正或其他相應(yīng)的步驟。這樣，在設(shè)定液壓測(cè)量后，隨后進(jìn)行鉆探期間的液壓測(cè)量，每次測(cè)量是在一特定的鉆桿柱RPM和流量下進(jìn)行。對(duì)于每次這樣的當(dāng)前液壓測(cè)量，在當(dāng)前鉆桿柱RPM和流量下，利用液壓基線函數(shù)來確定所預(yù)期的液壓測(cè)量。當(dāng)前液壓測(cè)量與預(yù)期液壓測(cè)量相比較來判斷差別是否超過預(yù)定的界限。如果超過界限，可以進(jìn)行修正此問題的步驟。液壓校準(zhǔn)可以在需要時(shí)重復(fù)進(jìn)行，舉例來說，每數(shù)小時(shí)的鉆探或只要條件發(fā)生顯著變化時(shí)。
應(yīng)該理解的是，為了解釋本發(fā)明的特性，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離附屬權(quán)利要求描述的本發(fā)明原則和范圍的情況下，可以對(duì)上述細(xì)節(jié)、材料和部件配置作出各種改變。
權(quán)利要求
1.一種在鉆探系統(tǒng)中用于液壓校準(zhǔn)的方法，該系統(tǒng)用于從地面鉆探一個(gè)井孔，包括下列步驟(a)進(jìn)行多個(gè)液壓校準(zhǔn)測(cè)量，在一液壓校準(zhǔn)范圍內(nèi)，每個(gè)液壓校準(zhǔn)測(cè)量分別在各自的鉆桿柱RPM和流量下進(jìn)行；和(b)確定一個(gè)液壓基線函數(shù)，該函數(shù)在一預(yù)定的精度范圍內(nèi)預(yù)報(bào)多個(gè)液壓校準(zhǔn)測(cè)量中的每一個(gè)液壓校準(zhǔn)測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括下列步驟(c)在鉆探期間，在各自的鉆桿柱RPM和流量下進(jìn)行隨后的液壓測(cè)量；(d)利用液壓基線函數(shù)確定在此鉆桿柱RPM和流量下的預(yù)期液壓測(cè)量；以及(e)將隨后的液壓測(cè)量與預(yù)期液壓測(cè)量進(jìn)行對(duì)比，判斷它們之間的差別是否超過一預(yù)定的界限。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，每個(gè)液壓校準(zhǔn)測(cè)量是一個(gè)等效密度校準(zhǔn)測(cè)量；液壓校準(zhǔn)范圍是一個(gè)等效密度校準(zhǔn)范圍；而液壓基線函數(shù)是一個(gè)等效密度基線函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，液壓校準(zhǔn)測(cè)量是通過進(jìn)行一井下環(huán)空壓力測(cè)量并將所測(cè)量的井下壓力除以在進(jìn)行該壓力測(cè)量處的真垂向井深得到的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，多個(gè)液壓校準(zhǔn)測(cè)量分布在液壓校準(zhǔn)范圍內(nèi)以覆蓋液壓校準(zhǔn)范圍的頂點(diǎn)以及液壓校準(zhǔn)范圍的重心和由所說校準(zhǔn)測(cè)量所限定的分區(qū)的重心。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，液壓基線函數(shù)是一鉆桿柱RPM和流量Q的函數(shù)，在此該函數(shù)對(duì)RPM為偶函數(shù)，對(duì)Q是奇函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(a)包括下列步驟(1)按照一種順序進(jìn)行多個(gè)液壓校準(zhǔn)測(cè)量，所說順序?yàn)槊總€(gè)在不足以進(jìn)行泥漿脈沖遙測(cè)的流量下的液壓校準(zhǔn)測(cè)量之后跟著一個(gè)足以進(jìn)行泥漿脈沖遙測(cè)的流量下的液壓校準(zhǔn)測(cè)量；(2)將每個(gè)在不足以進(jìn)行泥漿脈沖遙測(cè)的流量下的液壓校準(zhǔn)測(cè)量存儲(chǔ)在井孔中的存儲(chǔ)器中；和(3)在流量足以進(jìn)行泥漿脈沖遙測(cè)的當(dāng)前液壓校準(zhǔn)測(cè)量期間，將一存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的液壓校準(zhǔn)測(cè)量和當(dāng)前液壓校準(zhǔn)測(cè)量通過泥漿脈沖遙測(cè)從井孔傳輸?shù)降孛妗?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括如下步驟(4)在測(cè)量第一次的兩個(gè)液壓校準(zhǔn)點(diǎn)后，進(jìn)行隨后的液壓校準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量，根據(jù)已經(jīng)測(cè)量的液壓校準(zhǔn)點(diǎn)來生成液壓基線函數(shù)，并將液壓基線函數(shù)的殘余符合度與殘余符合度界限進(jìn)行對(duì)比，重復(fù)所述生成和對(duì)比過程，直至殘余符合度小于殘余符合度界限或直至測(cè)量完所有的液壓校準(zhǔn)點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(a)和(b)包括下列步驟(1)在液壓校準(zhǔn)范圍的原點(diǎn)進(jìn)行第一次液壓校準(zhǔn)測(cè)量，并將第一次液壓校準(zhǔn)測(cè)量存儲(chǔ)在井孔中的存儲(chǔ)器內(nèi)，其中進(jìn)行第一次液壓校準(zhǔn)測(cè)量時(shí)的流量不足以進(jìn)行泥漿脈沖遙測(cè)，然后在液壓校準(zhǔn)范圍的重心或其附近進(jìn)行第二次液壓校準(zhǔn)測(cè)量，其中進(jìn)行第二次液壓校準(zhǔn)測(cè)量時(shí)的流量足以進(jìn)行泥漿脈沖遙測(cè)，并將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的第一次液壓校準(zhǔn)測(cè)量和第二次液壓校準(zhǔn)測(cè)量通過泥漿脈沖遙測(cè)傳輸?shù)降孛妫?2)在地面根據(jù)第一次和第二次液壓校準(zhǔn)測(cè)量來確定限定了液壓校準(zhǔn)范圍的最大安全RPM和最大安全流量；(3)在此最大安全RPM和此最大安全流量下進(jìn)行第三次液壓校準(zhǔn)測(cè)量，并將第三次液壓校準(zhǔn)測(cè)量通過泥漿脈沖遙測(cè)傳輸給地面，并根據(jù)此前三個(gè)液壓校準(zhǔn)點(diǎn)來生成液壓基線函數(shù)；和(4)如果液壓基線函數(shù)對(duì)此前三個(gè)液壓校準(zhǔn)點(diǎn)的殘余符合度大于殘余符合度界限，那么在零流量和最大安全RPM下進(jìn)行第四次液壓校準(zhǔn)測(cè)量，并將第四次液壓校準(zhǔn)測(cè)量?jī)?chǔ)存在存儲(chǔ)器中，在最大安全流量和零RPM下進(jìn)行第五次液壓校準(zhǔn)測(cè)量，通過泥漿脈沖遙測(cè)將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的第四次液壓校準(zhǔn)測(cè)量以及第五次液壓校準(zhǔn)測(cè)量傳輸給地面，并根據(jù)此前五個(gè)液壓校準(zhǔn)點(diǎn)來生成液壓基線函數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，步驟(a)和(b)還包括下列步驟(5)如果液壓基線函數(shù)對(duì)此前五個(gè)液壓校準(zhǔn)點(diǎn)的殘余符合度大于殘余符合度界限，那么在校準(zhǔn)區(qū)的西區(qū)重心處進(jìn)行第六次液壓校準(zhǔn)測(cè)量，并將第六次液壓校準(zhǔn)測(cè)量?jī)?chǔ)存在存儲(chǔ)器中，在校準(zhǔn)區(qū)的東區(qū)重心處進(jìn)行第七次液壓校準(zhǔn)測(cè)量，通過泥漿脈沖遙測(cè)將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的第六次液壓校準(zhǔn)測(cè)量以及第七次液壓校準(zhǔn)測(cè)量傳輸給地面，并根據(jù)此前七個(gè)液壓校準(zhǔn)點(diǎn)來生成液壓基線函數(shù)；以及(6)如果液壓基線函數(shù)對(duì)此前七個(gè)液壓校準(zhǔn)點(diǎn)的殘余符合度大于殘余符合度界限，那么在校準(zhǔn)區(qū)的北區(qū)重心處進(jìn)行第八次液壓校準(zhǔn)測(cè)量，通過泥漿脈沖遙測(cè)將第八次液壓校準(zhǔn)測(cè)量傳輸給地面，在校準(zhǔn)區(qū)的南區(qū)重心處進(jìn)行第九次液壓校準(zhǔn)測(cè)量，通過泥漿脈沖遙測(cè)將第九次液壓校準(zhǔn)測(cè)量傳輸給地面，并根據(jù)所有九個(gè)液壓校準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)利用完全插補(bǔ)法來生成液壓基線函數(shù)。
全文摘要
在一個(gè)用于從地面鉆探井孔的鉆探系統(tǒng)中,通過進(jìn)行多個(gè)液壓校準(zhǔn)測(cè)量來完成液壓校準(zhǔn),在一液壓校準(zhǔn)范圍內(nèi),每個(gè)液壓校準(zhǔn)測(cè)量分別在各自的鉆桿柱RPM和流量下進(jìn)行。然后確定一個(gè)液壓基線函數(shù),該函數(shù)在一預(yù)定的精度范圍內(nèi)預(yù)報(bào)多個(gè)液壓校準(zhǔn)測(cè)量中的每一個(gè)液壓校準(zhǔn)測(cè)量。
文檔編號(hào)E21B21/08GK1289890SQ0012906
公開日2001年4月4日 申請(qǐng)日期2000年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月29日
發(fā)明者K·格扎拉, I·雷茲默－科珀 申請(qǐng)人:施盧默格控股有限公司