用于檢測鉆進操作期間鉆進流體流量變化的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于檢測鉆進操作期間鉆進流體流量的變化的方法和系統(tǒng)。尤其是，本發(fā)明描述了一種提供鉆進期間井涌或流體損耗的早期指示的方法。
【背景技術】
[0002]在油井或氣井鉆進操作中，鉆進流體(例如"泥漿")通過鉆管的內(nèi)部從鉆頭出來至井眼中，然后沿著環(huán)空(鉆柱與井眼的壁之間的空間或套管柱的內(nèi)部的空間)向上返回到地面而連續(xù)地循環(huán)。鉆進流體典型地由粘土、化學添加劑和油基或水基組成。這種流體有若干目的，包括但不限于:(I)控制地層壓力；⑵清理井眼中的地層碎肩；(3)潤滑、冷卻及清洗鉆頭和鉆柱；(4)穩(wěn)固井眼；和(5)限制鉆進流體到地下地層中的損耗。
[0003]在操作期間，地層壓力的控制典型地包括提供鉆進流體，以施加比所鉆進的儲層中的壓力更大的流體靜壓力。如果不維持這樣的壓力，則鉆進流體的壓力可能下降到地層壓力以下，這可能引起通常被稱作"井涌"的現(xiàn)象。這是地層流體從地層流出并進入到井眼中的情況。如果井涌沒有被早期識別并采取校正措施，井涌可能導致流體從地層意外地流出。
[0004]鉆進操作期間普遍遇到的另一個挑戰(zhàn)是"流體損耗"。這是鉆進流體從井眼流出并進入到地層中的情況。雖然在常規(guī)操作期間典型地存在一定的流體損耗，但是由流體損耗引起的過大壓力可能導致對地層產(chǎn)生意外影響。
[0005]為了最小化〃井涌〃或〃流體損耗〃，人們已知的是監(jiān)測下列變化:(I)鉆進流體從井眼流出地面的流量的變化；(2)在鉆機中容納鉆進流體的泥漿池中的鉆進流體的體積的變化；和/或⑶泵送壓力和/或泵速度的變化。但是，這些方法可能不是最好的。
[0006]鉆進流體流量的監(jiān)測，例如可以包括:使用各種流量計，或測量鉆機的回流罐中的鉆進流體高度，監(jiān)測流量增大或減小。流量計可能不夠足夠敏感來檢測小的流量變化，并且難以設置在各種不同構造的鉆機上。
[0007]同樣，泥漿池的監(jiān)測也可能對回流泥漿流量的小的增加不敏感。
[0008]泵送壓力和泵速度的變化可能指示其它工作條件，例如鉆柱中的泄漏("沖刷(washout)〃)ο
[0009]因而所希望的是提供一種流量檢測方法，該方法克服了現(xiàn)有技術的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]在第一個方面中，本發(fā)明提供了一種檢測鉆進操作期間回流鉆進流體流量變化的方法，鉆進操作包括將鉆進流體泵送到井眼中的鉆頭和在井眼的井頭處接收具有溶解地層氣體的回流鉆進流體，該方法包括下列步驟:以測定流量(measured rate)將至少一種示蹤氣體注入到回流鉆進流體中；在所述至少一種示蹤氣體的注入的下游某一位置處從回流鉆進流體抽取第一氣體樣本；測量第一氣體樣本中示蹤氣體的第一濃度；在所述位置處從回流鉆進流體抽取第二氣體樣本；測量第二氣體樣本中示蹤氣體的第二濃度；確定第一樣本和第二樣本中所測量的示蹤氣體濃度的變化；和利用所測量的濃度的變化來推斷回流鉆進流體的流量的變化。
[0011]依照本發(fā)明的一個實施例，所測量的示蹤氣體的濃度的減小指示流體流量的增大，以及所測量的示蹤氣體的濃度的增大指示流體流量的減小。
[0012]在一個實施例中，提供一種在鉆進操作期間檢測井涌或流體損耗的方法，其中，該方法包括如上所述檢測回流鉆進流體流量的變化，以及其中，鉆進流體流量的增大指示井涌，鉆進流體流量的減小指示流體損耗。
[0013]在本發(fā)明的另一個方面中，提供一種鉆進系統(tǒng)，所述鉆進系統(tǒng)包括:鉆柱，所述鉆柱包括用于鉆進井眼的鉆頭；用于將鉆進流體沿著井眼向下泵送到鉆頭附近的鉆進流體泵，其中采用具有溶解的地層氣體的回流鉆進流體的形式的至少一些鉆進流體向上回流到井眼的井頭；用于以恒定流量將示蹤氣體注入到回流鉆進流體中的示蹤氣體注入器；用于接收帶有所注入的示蹤氣體的回流鉆進流體的流送管；用于從由流送管接收的回流鉆進流體抽取氣體樣本的氣體抽取器；和用以確定氣體樣本中示蹤氣體的濃度的氣體分析設備。
[0014]在一種形式中，所述鉆進系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)記錄單元，所述數(shù)據(jù)記錄單元用于記錄氣體樣本中示蹤氣體的濃度，并根據(jù)示蹤氣體的一個或多個先前測量的濃度，確定示蹤氣體濃度的變化，其中，所測量的示蹤氣體的濃度的減小指示回流鉆進流體流量的增大，所測量的示蹤氣體的濃度的增大指示回流鉆進流體流量的減小。
[0015]在一種形式中，所述氣體分析設備包括氣相色譜儀。所述系統(tǒng)還可以包括用于以恒定流量向氣相色譜儀提供所抽取的氣體的真空空氣泵。
[0016]在另一種形式中，所述鉆進系統(tǒng)還包括用于在存在下列情況時提供通知的裝置:所抽取的氣體中示蹤氣體的濃度變化在一規(guī)定范圍或值以外；或回流鉆進流體流量的增大或減小在一規(guī)定范圍或值以外。
[0017]在本發(fā)明的另一個方面中，提供了一種檢測鉆進操作期間回流鉆進流體流量變化的方法，鉆進操作包括將鉆進流體泵送到井眼中的鉆頭和在井眼的井頭處接收回流鉆進流體，所述方法包括下列步驟:在第一離散時間段，將至少一種示蹤氣體注入到回流鉆進流體中；在所述至少一種示蹤氣體注入處下游的某一位置處檢測回流鉆進流體中來自第一離散時間段的示蹤氣體；測量在第一離散時間段對示蹤氣體的注入與在所述位置處對來自第一離散時間段的示蹤氣體的檢測之間的第一時間延遲；在第二離散時間段，將至少一種示蹤氣體注入到回流鉆進流體中；在所述位置處檢測回流鉆進流體中來自第二離散時間段的示蹤氣體；測量在第二時間段對示蹤氣體的注入與在所述位置處對來自第二時間段的示蹤氣體的檢測之間的第二時間延遲，確定第一時間延遲與第二時間延遲之間所測量的時間延遲的變化；和利用所測量的時間延遲的變化來推斷回流鉆進流體的流量的變化。
[0018]在一種形式中，這可以通過脈動地將示蹤氣體注入到回流鉆進流體中而實現(xiàn)，以允許檢測和監(jiān)測流量的變化。
【附圖說明】
[0019]圖1顯示了本發(fā)明的鉆進系統(tǒng)的簡圖；
[0020]圖2是代表檢測井涌或流體損耗的方法的步驟的示圖；和
[0021]圖3是顯示了鉆進深度、所測量的示蹤氣體濃度、所測量的地層氣體和所計算的鉆進流體流量的記錄曲線的假想實例。
【具體實施方式】
[0022]鉆進系統(tǒng)
[0023]圖1示出了依照第一實施例的鉆進系統(tǒng)I的簡圖。鉆進系統(tǒng)I包括鉆柱3，所述鉆柱具有位于一個端部處的用于鉆進井眼7的鉆頭5。鉆進流體泵9經(jīng)由鉆柱3沿著井眼7向下泵送鉆進流體，其中，鉆進流體在鉆頭5處或在鉆頭附近排出。然后，鉆進流體經(jīng)由鉆柱3周圍的環(huán)空11回流到井眼7的井頭13。回流鉆進流體包括來自井眼7周圍的地層中的溶解的地層氣體。設置示蹤氣體注入器15來以測定的流量將示蹤氣體注入到回流鉆進流體中。帶有示蹤氣體的回流鉆進流體在流送管17中傳送，隨后，氣體抽取器21從回流鉆進流體中抽取示蹤和地層氣體的樣本。所抽取的氣體(包括示蹤氣體和地層氣體)接著被提供給用于確定所抽取的氣體樣本中示蹤氣體的濃度的氣體分析設備23?？梢栽O置一泥漿振動篩19來從回流鉆進流體中移除切肩及其它固體，回流鉆進流體再循環(huán)到鉆進流體泵9以沿著井眼7向下泵送。在一個實施例中，該系統(tǒng)I包括用于監(jiān)測和/或控制鉆進操作的監(jiān)測或控制系統(tǒng)25。監(jiān)測或控制系統(tǒng)25從氣體分析設備23接收數(shù)據(jù)，并通過用戶界面27顯示原始數(shù)據(jù)或處理的數(shù)據(jù)。
[0024]注意，本發(fā)明的某些方面可以在可由計算機執(zhí)行的系統(tǒng)和計算機方法的概括內(nèi)容中描述和實施。這樣的計算機可執(zhí)行指令可以包括程序、過程、對象、組元、數(shù)據(jù)結構和可用于執(zhí)行特定任務和處理抽象數(shù)據(jù)類型的計算機軟件技術。本發(fā)明的軟件實現(xiàn)可以用不同的語言進行編碼，以便應用在各種計算平臺和環(huán)境中。應該明白，本發(fā)明的范圍和基本原理不局限于任何特定計算機軟件技術。
[0025]而且，供計算機處理器使用的制品，例如⑶、預先錄制的盤或其它等效裝置，可以包括記錄在其上的用于指導計算機處理器便于實施和實現(xiàn)本發(fā)明的計算機程序存儲介質(zhì)和程序裝置。這樣的裝置和制品也落入本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
[0026]現(xiàn)在將詳細地描述鉆進系統(tǒng)I的部件。鉆柱3、鉆頭5、鉆進流體泵9和泥漿振動篩19是油氣鉆進工業(yè)中已知的，沒有必要進一步詳細地論述這些部件。
[0027]示蹤氣體注入器
[0028]示蹤氣體注入器15將一種或更多種示蹤氣體注入到回流鉆進流體中。注入點可以位于接收回流鉆進流體的井頭13處或附近，或者可以位于在回流鉆進流體被注入到井頭13之后的回流鉆進流體的流(處于井頭13處或附近)中。
[0029]理想地，示蹤氣體以恒定流量被引入到鉆進流體中。這可以通過氣量計進行調(diào)節(jié)，以確保不蹤氣體隨著時間推移以恒定體積被引入(例如升氣體/每分鐘)。在一個實施例中，可能所希望的是，保持被引入的示蹤氣體的恒定壓力和/或溫度以確保示蹤氣體的恒定質(zhì)量流量。替代性地，通過測量包括壓力、溫度、氣體流速、隨著時間推移被引入的氣體體積等等以及計算保持進入