在鉆探流體循環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行分流來調(diào)節(jié)鉆探流體壓力的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及使鉆探流體循環(huán)通過地面栗和井筒中的管道。 技術(shù)背景
[0002] 在使用鉆機(jī)進(jìn)行井筒鉆探的情況下，鉆探流體循環(huán)系統(tǒng)利用一個(gè)或多個(gè)泥漿栗循 環(huán)（或栗送）鉆探流體（例如，鉆探泥漿）。例如，鉆探流體循環(huán)系統(tǒng)可以使鉆探泥漿通過 特殊的管（本領(lǐng)域中稱為鉆管）和連接至鉆柱的鉆環(huán)向下移動(dòng)到井筒中。流體通過鉆頭中 的端口（噴口）離開，獲得鉆肩并且將所述鉆肩沿著井筒的環(huán)隙向上載運(yùn)。泥漿栗可以從泥 漿罐進(jìn)行抽吸并且可以將泥漿栗送到排出管道外，沿著立管向上，穿過水龍帶，穿過Kelly 或頂部驅(qū)動(dòng)單元，并且進(jìn)入到鉆管、鉆環(huán)和鉆頭的中心孔中。泥漿和鉆肩沿著環(huán)隙向上返回 到地面。在地面上，泥漿和鉆肩通過出口離開井筒，并且可以通過泥漿返回線路發(fā)送到鉆肩 去除系統(tǒng)。在返回線路的終點(diǎn)，可以使泥漿和鉆肩流到本領(lǐng)域中稱為Shale Shaker的振動(dòng) 篩上?？梢酝ㄟ^分沙器去除較細(xì)的固體?？梢岳脙?chǔ)存在化學(xué)罐中的化學(xué)制品對(duì)泥漿進(jìn)行 處理并且隨后可以將泥漿提供到泥漿罐中，在泥漿罐中可以重復(fù)該方法。
[0003]鉆探流體循環(huán)系統(tǒng)在壓力下輸送大量泥漿流以用于進(jìn)行鉆機(jī)操作。例如，該循環(huán) 系統(tǒng)可以使泥漿輸送到鉆桿以沿著鉆管的鉆柱向下流動(dòng)并且通過附加于鉆桿下端的鉆頭 流出。除了冷卻鉆頭外，泥漿還通過鉆頭中的一組開口液壓地沖洗井筒的面。另外，泥漿還 沖洗掉鉆頭前進(jìn)時(shí)所產(chǎn)生的碎肩、石肩和鉆肩。該循環(huán)系統(tǒng)可以使泥漿在鉆桿外部的和通 過鉆探方法形成的裸眼內(nèi)部的環(huán)隙中流動(dòng)。以此方式，該循環(huán)系統(tǒng)可以使泥漿流過鉆頭并 且流出井筒。
[0004] 泥漿以充分的速度流過鉆桿和環(huán)隙以使比泥漿更重的碎肩、石肩和鉆肩移動(dòng)到地 面上。泥漿的速度也應(yīng)當(dāng)是充分的以冷卻鉆頭。栗處的井口壓力是充分高的以使泥漿以所 需速度流動(dòng)并且還用于克服沿流動(dòng)路徑的實(shí)質(zhì)性的流動(dòng)壓力阻力。在一些情況下，該循環(huán) 系統(tǒng)可以使泥漿以高的體積流率（例如，500至1，000加侖每分鐘）和高達(dá)5, 000PSI的壓 力流過鉆頭和井筒。如果鉆探流體由于鉆探泥漿壓力的不平衡流入井筒中并且沿著環(huán)隙向 上流動(dòng)或流動(dòng)到鉆管的內(nèi)部，那么可以引起稱為井涌的現(xiàn)象。如果井沒有關(guān)閉，那么當(dāng)?shù)貙?流體到達(dá)地面時(shí)，井涌可以逐步升級(jí)為井噴。
[0005] 附圖描述
[0006]圖1是包括壓力控制裝置的示例性鉆探流體循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。
[0007]圖2是用于調(diào)節(jié)鉆探流體循環(huán)系統(tǒng)中的鉆探流體壓力的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的示例的示 意圖。
[0008]圖3是調(diào)節(jié)鉆探流體循環(huán)系統(tǒng)中的鉆探流體壓力的示例性方法的流程圖。
[0009] 圖4是圖1的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的示例性架構(gòu)的框圖。
[0010] 各個(gè)附圖中的相同的參考標(biāo)號(hào)和標(biāo)識(shí)指示相同的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 本公開描述了用于在鉆探流體循環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行分流來調(diào)節(jié)鉆探流體壓力的系統(tǒng) 和方法。本公開中所描述的系統(tǒng)和方法可以實(shí)施為壓井的一部分，即用于防止例如在井底 壓力恒定的情況下，正在鉆探的井出現(xiàn)井噴前兆。司鉆法是用于壓井的示例性方法，在該方 法中使鉆探流體在井中循環(huán)兩次。在第一循環(huán)中，利用原始泥漿重量使流入液循環(huán)出井。通 過使循環(huán)鉆管壓力通過第一循環(huán)保持恒定來維持恒定的井底壓力。如果原始泥漿重量不足 以平衡地層壓力，那么通過在第二循環(huán)中使更重的泥漿（壓井泥漿）循環(huán)來進(jìn)行壓井。
[0012] 為了在第二循環(huán)期間保持恒定的井底壓力，可以實(shí)施兩種方法之一。在一種方法 中，在將壓井泥漿從地面栗送到鉆頭時(shí)，使套管壓力保持恒定，并且此后使鉆管壓力保持恒 定直到觀察到壓井泥漿返回到地面。或者，在第二循環(huán)期間，可以在將壓井泥漿從地面栗送 到鉆頭時(shí)循環(huán)并且遵循鉆管壓力安排，并且此后可以使鉆管壓力保持恒定。
[0013] 等候加重法是壓井的另一種示例性方法，其中使鉆探流體循環(huán)一次。使流入液循 環(huán)出井，并且在一個(gè)循環(huán)中栗送壓井泥漿。雖然將壓井泥漿從地面栗送到鉆頭，但循環(huán)并且 遵循鉆管壓力安排。此后使鉆管壓力保持恒定直到觀察到壓井泥漿返回到地面。
[0014] 可以實(shí)施本公開中所描述的技術(shù)以維持鉆探流體根據(jù)鉆管壓力安排流過其中的 管道中的鉆探流體壓力。例如，在司鉆法的第一循環(huán)和第二循環(huán)中，可以實(shí)施計(jì)算機(jī)實(shí)施的 方法以便通過操作壓力控制裝置來根據(jù)鉆管壓力安排維持連接至井筒入口的排出管道中 的鉆探流體壓力，以使來自排出管道的鉆探流體通過旁路管道自動(dòng)分流到例如泥漿鉆頭。 另外，例如，在等候加重法的循環(huán)中，可以實(shí)施計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法以使來自排出管道的鉆探 流體自動(dòng)分流遠(yuǎn)離排出管道以便根據(jù)鉆管壓力安排維持鉆探流體壓力。另外，可以測量鉆 探流體分流的速率并且將其提供為曲線擬合函數(shù)（如下所述）的輸入以計(jì)算鉆探流體分流 遠(yuǎn)離排出管道的流率。例如，作為使用渦輪流量計(jì)的替代方案或除了使用渦輪流量計(jì)外，還 可以使用分流的流率來校準(zhǔn)流。以此方式，本文所述的技術(shù)可以被實(shí)施用于針對(duì)井涌/井 侵進(jìn)行井控，其中獲得并且記錄緩慢的栗速，并且隨后使用該栗速計(jì)算分流的流率。這些技 術(shù)還可以用于使司鉆法或等候加重法（或兩者）自動(dòng)化。
[0015] 根據(jù)本文所述技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式，可以使鉆探流體自動(dòng)分流到泥漿鉆頭，而不是通 過修改注入流率來使司鉆這么做。也可以使井控的司鉆法自動(dòng)化。類似地，也可以使井控 的等候加重法自動(dòng)化?？梢允褂糜趯?shí)現(xiàn)和記錄栗速的方法自動(dòng)化。可以改善分流的流率的 計(jì)算。
[0016] 圖1是包括壓力控制裝置104的示例性鉆探流體循環(huán)系統(tǒng)100的示意圖?？梢栽?地面上使用附接至鉆柱115的井底端的鉆頭114鉆出井筒102。鉆柱115可以從至少一個(gè) 地面鉆探流體栗30的排出口到Kelly或頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)33連接至排出管道24。排出管道 24(其使得鉆探流體栗30與井筒102的入口相連接）可以例如是金屬導(dǎo)管，該金屬導(dǎo)管是 管道系統(tǒng)泥漿栗排出壓力通路的一部分，用于使鉆探流體（例如，鉆探泥漿）行進(jìn)到附接至 鉆柱115井底端的鉆頭114。排出管道24可以包括鉆機(jī)立管26。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，壓力 控制裝置1〇4(例如，鉆機(jī)栗分流器（RPD)歧管閥）可以具有連接至排出管道24的入口并 且具有例如通過旁路管道105連接至泥漿返回管線60的出口。栗30可操作用于將鉆探流 體通過排出管道24以一定鉆探流體流率排出。
[0017] 可以使鉆探流體循環(huán)系統(tǒng)100和壓力控制裝置104連接至設(shè)置在地面上的計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)106以調(diào)節(jié)鉆探流體循環(huán)系統(tǒng)100中的鉆探流體壓力。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106 (例如，臺(tái)式計(jì) 算機(jī)、膝上型電腦、平板計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)服務(wù)器系統(tǒng)等）可以包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)108,所述 計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)存儲(chǔ)可由處理器110執(zhí)行以在鉆探流體循環(huán)系統(tǒng)1〇〇中進(jìn)行分流從而調(diào)節(jié) 鉆探流體壓力的計(jì)算機(jī)指令。
[0018] 在一些實(shí)現(xiàn)方式中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106可以接收壓力測量信號(hào)，該壓力測量信號(hào)表 示排出管道24中的鉆探流體的壓力。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106可以確定，排出管道24中的鉆探流體 的目標(biāo)壓力參數(shù)沒有得到滿足。作為響應(yīng)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106可以調(diào)節(jié)壓力控制裝置104以 將排出管道中的鉆探流體的壓力修改成接近目標(biāo)壓力參數(shù)。為此，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106可以至 少部分地打開壓力控制裝置104并且將鉆探流體以所選擇的流率釋放到旁路管道105中。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106可以基于通過壓力測量信號(hào)表示的壓力和旁路管道105中的所選擇的流率 來修改排出管道24中的鉆探流體流率，以使得排出管道24中的鉆探流體的目標(biāo)壓力參數(shù) 得到滿足。
[0019] 如本公開中所使用，鉆機(jī)立管26意圖包含排出管道24的從泥漿栗30的排出口到 附接至鉆柱115的Kelly或頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)33的任何部分，并且可以包括該管道的介于該排 出口與