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] 在使用鉆機的井眼鉆井情形中，鉆井液循環(huán)系統(tǒng)用一個或多個泥漿泵來循環(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單元31，并進入 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)域中稱為振動篩62的振動網(wǎng)篩 上。較細的固體可通過沉砂井64來移除。可用儲存在化學槽罐66中的化學藥品來處理泥 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，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時 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。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，且還克服沿流動路徑的大量流動壓阻。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5000PSI的壓力流過鉆頭和井眼?？墒褂?鉆機的環(huán)境可導致鉆柱經(jīng)歷封隔，例如當鉆肩或碎片（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)體中的流動路徑時。因此，井下壓力可快速增加，從而導 致一個或多個井下構(gòu)造的斷裂，且甚至可能導致井眼的損失。
【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)體的鉆井泥漿的實例。
[0008] 圖3是包括釋壓裝置的鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的實例。
[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算機系統(tǒng)的實例。
[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例過程的流程圖。
[0012] 圖7是圖1的計算機系統(tǒng)的架構(gòu)的實例。
[0013] 各圖中的相同參考編號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)可包括鉆機立管，其可為例如金屬導管（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 機立管中的鉆井液的壓力可快速增加，從而導致一個或多個井下構(gòu)造的斷裂。當井下構(gòu)造 斷裂時，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處的流體靜 壓。鉆井液的突然損失可導致喪失對井的控制，且導致井眼的噴出以及可能的損失?？蓪?施本公開中所描述的計算機系統(tǒng)和計算機實施的方法，以在感測到立管中的流體的壓力參 數(shù)增加時，自動降低鉆機立管中的鉆井液的壓力。在一些實施方式中，所述鉆井液循環(huán)系統(tǒng) 可連接到計算機控制的釋壓裝置，其可響應于接收到來自連接到循環(huán)系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)的 指令，自動降低鉆機立管中的鉆井液的壓力。
[0016] 實施本公開所描述的技術(shù)可提供以下潛在優(yōu)點中的一個或多個。一般來說，可實 施本文所述的技術(shù)來自動降低鉆機立管中的壓力，尤其是在發(fā)生封隔時。這樣做可使井下 構(gòu)造免于在壓力下有害，從而導致不合意的斷裂。此外，在發(fā)生封隔時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失速，或頂部傳動器失速，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)導向、鉆井時進行檢視（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 的手動方法，此處所描述的技術(shù)可更快且更高效。另外，提供計算機指令來控制釋壓裝置可 減少手動關(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立管的釋壓裝置 的手動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的實例。在一些實施方 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算機 系統(tǒng)106,以通過自動操作釋壓裝置104來調(diào)節(jié)鉆井液循環(huán)系統(tǒng)100中的鉆井液壓力。可使 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)動系統(tǒng)30的管道24。管道24可包括鉆機立管26。鉆井液循環(huán)系 統(tǒng)100可包括一個或多個泵30、罐22和固體分離裝置（圖1)。泥漿泵驅(qū)動（即，泵送）鉆 井液F(例如，鉆井泥漿）穿過包括鉆機立管26在內(nèi)的管道24,接著向井下穿過鉆柱115， 進入鉆頭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] 計算機系統(tǒng)106 (例如，桌上型計算機、膝上型計算機、平板計算機、計算機服務(wù)器 系統(tǒng)等）可包括計算機可讀介質(zhì)108,其存儲可由處理器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算機指令。在一些實施方式中，計算機系統(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。計算機系統(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。計算機系統(tǒng)106可從壓力測量信號和流量參數(shù)信號確定管道24中 的鉆井液的目標壓力參數(shù)未得到滿足。響應于確定目標壓力參數(shù)未得到滿足，計算機系統(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 壓力參數(shù)為止。
[0019] 如本文所使用，鉆機立管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 動器31之間的管道的任何地方測量以下項：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 缸位移來計算泥漿泵36的輸出流量。
[0020] 如下文所述，計算機系統(tǒng)106可從鉆機的操作者接收表示封隔的開始的目標壓力 參數(shù)。舉例來說，計算機系統(tǒng)106可在連接到計算機系統(tǒng)106的顯示裝置122中顯示用戶 界面。鉆機的操作者可提供目標壓力參數(shù)。目標壓力參數(shù)可為鉆機立管26中測得的固定 壓力。或者或另外，目標壓力參數(shù)可為鉆機立管26中的壓力基于鉆井液壓力隨時間的趨勢 的變化（例如，增加或減?。┞?。在一些實施方式中，計算機系統(tǒng)106可接收鉆井操作過程 中經(jīng)更新的目標壓力參數(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）的目標壓力參數(shù)可不同。在一些實施方式中，鉆機的操作者可 在不同時刻，根據(jù)鉆井條件，手動更新目標壓力參數(shù)?；蛘呋蛄硗猓勺詣痈履繕藟毫?數(shù)。舉例來說，計算機系統(tǒng)106可實施計算機可執(zhí)行算法，來以指定時間間隔（例如每天） 使目標壓力參數(shù)增加固定（或可變）因子，例如10%。在另一實例中，計算機系統(tǒng)106可實 施計算機可執(zhí)行算法，其可基于現(xiàn)有的目標壓力參數(shù)以及鉆井條件的變化來確定經(jīng)修改的 目標壓力參數(shù)。
[0021] 在鉆井操作期間，計算機系統(tǒng)106可周期性地記錄管道24中的壓力，并將所記錄 的壓力例如存儲在包含于計算機系統(tǒng)106中或連接到計算機系統(tǒng)106的數(shù)據(jù)庫120中。從 所記錄的壓力，計算機系統(tǒng)106可周期性地確定壓力參數(shù)。當計算機系統(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壓力參數(shù)時，接著計算機系統(tǒng)106可部分地打 開釋壓裝置104,從而導致鉆井液流返回到儲液室（例如，泥漿罐22/井坑）。當所述流被 分流時，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會。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)減小到目標壓力參數(shù)