使用隨鑽井下壓力測量來檢測和減輕流入的製作方法

2023-09-21 06:45:55 2

使用隨鑽井下壓力測量來檢測和減輕流入的製作方法
【專利摘要】鑽井系統可包括水力模型和流控制設備，該模型確定建模的流體摩擦壓力和施加於該建模的摩擦壓力的校正因子，且該流控制設備響應於校正因子的變化而自動受控。鑽井方法可包括鑽掘井眼，鑽井期間流體通過井眼循環，確定施加於建模的流體摩擦壓力的校正因子，以及至少部分地基於校正因子的變化來控制鑽井。
【專利說明】使用隨鑽井下壓力測量來檢測和減輕流入
【技術領域】
[0001]本公開一般涉及與鑽掘地下井結合使用的設備以及執行的操作，在下述一個示例中，更具體地提供使用隨鑽井下壓力測量以檢測和減輕流入。
【背景技術】
[0002]可使用水力模型來控制鑽井作業，例如，在壓力管理、欠平衡、過平衡、或控制壓力鑽井方面。一般，在鑽井作業期間，目標是把井眼壓力維持在期望值上。不幸地，鑽井期間進入井眼的流入可破壞正常的鑽井作業，且如果不檢查可導致危險情況。
[0003]因此可理解，在本【技術領域】中不斷需要對檢測和減輕鑽井期間的流入的改進。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]圖1是可實施本公開的原理的鑽井系統以及相關聯的方法的代表性局部剖視圖。
[0005]圖2是鑽井系統和方法的另一個不例的代表性不意圖。
[0006]圖3是可與圖1和2的系統和方法一起使用的壓力和流控制系統的代表性示意圖。
[0007]圖4是其中記錄了流入事件的代表性鑽井錄井。
[0008]圖5是檢測和減輕流入的方法的代表性流程圖。
【具體實施方式】
[0009]在圖1中代表性地示出的是可實施本公開的原理的鑽井系統10以及相關聯的方法。然而，應該清楚地理解，系統10以及方法僅是實踐中本公開的原理的應用的一個示例，且大量的其它示例都是可能的。因此，本公開的範圍完全不局限於這裡描述的和/或在附圖中描繪的系統10以及方法的細節。
[0010]在圖1的示例中，通過旋轉位於鑽柱16末端的鑽頭14來鑽掘井眼12。使通常稱之為泥漿的鑽井液18循環向下通過鑽柱16，從鑽頭14出來，並且向上通過形成在鑽柱和井眼12之間的環形區域20，從而使鑽頭冷卻、潤滑鑽柱、除去鑽屑、以及提供井底壓力控制的測量。止回閥21 (—般是擋板式檢查閥)防止鑽井液18的流向上通過鑽柱16(例如，當正在鑽柱中建立連接時)。
[0011]在壓力管理鑽井(managed pressure drilling)以及在其它類型的鑽井作業中，井眼壓力的控制是極重要的。優選地，精確地控制井眼壓力以防止流體過度損耗到圍繞井眼12的地層中、不期望的地層壓裂、不期望的地層流體流入井眼等。
[0012]在典型的壓力管理鑽井中，在不超過地層的破裂壓力(fracture pressure)的情況下，期望將井眼壓力維持為稍大於由井眼所穿透的地層的孔隙壓力。在其中孔隙壓力和破裂壓力之間的裕度相對小的情況中，這個技術是特別有用的。
[0013]在典型的欠平衡鑽井中，期望將井眼壓力維持為略小於孔隙壓力，藉此得到來自地層的流體的受控流入。在典型的過平衡鑽井中，期望將井眼壓力維持為略大於孔隙壓力，藉此防止(或至少減輕)來自地層的流體流入。
[0014]可把氮氣或另外的氣體或另外重量較輕的流體添加到鑽井液18中以便進行壓力控制。例如，在欠平衡鑽井作業中這個技術是有用的。
[0015]在系統10中，使用旋轉控制設備22 (RCD)關閉環形區域20 (例如，隔離它與大氣的連通，並且在地表處或接近地表處對環形區域加壓力)，獲得對井眼壓力的附加控制。RCD22密封井口 24上的鑽柱16。雖然沒有在圖1中示出，但是鑽柱16將向上延伸通過RCD22從而連接到,例如,旋轉臺(未示出)、立管管線(standpipe line)26、方鑽杆(未示出)、頂部驅動、和/或其它常規鑽井裝置。
[0016]鑽井液18經由與RCD22下面的環形區域20連通的翼閥28排出井口 24。然後流體18通過泥漿返回管線30、73流到阻流管匯32，它包括冗餘阻流器34 ( 一次可僅使用其中的一個)。通過可變地限制通過工作阻流器34 (多個)的流體18的流動，把背壓力施加到環形區域20。
[0017]在其它示例中，可阻流器34外的流控制設備把背壓力施加至環形區域20。例如，可使用閥或其它類型的流控制設備來限制流或轉向流，從而調整施加至環形區域20的背壓力。
[0018]在圖1的示例中，流過阻流器34的限制越大，施加至環形區域20的背壓力就越大。因此，可通過改變施加至環形區域20的背壓力來方便地調整井下壓力(例如，在井眼12底部的壓力、井下套管底環處的壓力、特定地層或區域處的壓力等)。可使用水力模型，如下更完整地描述地，來確定在地表處或地表附近施加至環形區域20的壓力，這導致期望的井下壓力，以使操作者(或自動控制系統)可易於地確定如何調整在地表處或地表附近施加至環形區域的壓力(這可方便地測量到)從而得到期望的井下壓力。
[0019]可經由多個壓力傳感器36、38、40在地表處或地表附近測量施加至環形區域20的壓力，每個傳感器都與環形區域連通。壓力傳感器36感測RCD22下但是在防噴器(BOP)組42上的壓力。壓力傳感器38感測井口中在BOP組42下的壓力。壓力傳感器40感測阻流管匯32上遊的泥漿返回管線30、73中的壓力。
[0020]另一個壓力傳感器44感測立管管線26中的壓力。又一個壓力傳感器46觀測在阻流管匯32下遊但是在分離器48、振動篩50、和泥漿坑52上遊的壓力。另外的傳感器包括溫度傳感器54、56、科裡奧利流量計58、以及流量計62、64、66。
[0021]這些傳感器並非都是必需的。例如，系統10可只包括三個流量計62、64、66中的兩個。然而，在確定鑽井作業期間施加於環形區域20的壓力應該是多少方面，來自所有可用傳感器的輸入可對於水力模型是有用的。
[0022]如果期望，可使用其它傳感器類型。例如，流量計58不必定是科裡奧利流量計，因為可替代地使用渦輪流量計、聲學流量計、或另外類型的流量計。
[0023]此外，鑽柱16可包括它自己的傳感器60，例如，來直接測量井下壓力。這樣的傳感器60是熟悉本領域技術的人員已知的類型，如隨鑽壓力(PWD)、隨鑽測量(MWD)、和/或隨鑽測井(LWD)。這些鑽柱傳感器系統通常提供至少壓力測量，還可提供溫度測量、檢測鑽柱特性(諸如振動、鑽壓、粘滑等)、地層特性(諸如電阻率、密度等)、和/或其它測量值。可使用各種形式的有線或無線遙測(聲學、壓力脈衝、電磁等)把井下傳感器測量值發送到地表。[0024]如果期望，系統10中可包括附加傳感器。例如，可使用另一個流量計67來測量流體18排出井口 24的流速，另一個科裡奧利流量計(未示出)可直接互連鑽機泥漿泵68的上遊或下遊等。
[0025]如果期望，系統10可包括更少的傳感器。例如，替代使用流量計62或任何其它流量計，通過計數泵衝程可確定鑽機泥漿泵68的輸出。
[0026]注意，分離器48可以是3或4相分離器，或泥漿氣體分離器(有時稱之為「泥氣分離器(poor boy degasser)」)。然而,在系統10中不必定使用分離器48。
[0027]鑽井液18通過鑽機泥漿泵68泵入通過立管管線26並進入鑽柱16內部。泵68接收來自泥漿坑52的流體18，並且使其經由立管管匯70流到立管管線26。然後流體18循環向下通過鑽柱16、向上通過環形區域20、通過泥漿返回管線30、73、通過阻流管匯32，然後經由分離器48和振動篩50到泥漿坑52以便調整和再循環。
[0028]注意，在至此所述的系統10中，不可使用阻流器34來控制施加至環形區域20的背壓力以控制井下壓力，除非流體18正流過阻流器。在常規的過平衡鑽井作業中，例如，任何時候當在鑽柱16中建立連接時(例如，當井眼12鑽掘得更深時，把另一個長度的鑽井管道添加到鑽柱中)，會發生缺少流體18的流，並且缺乏循環將要求通過流體18的密度來單獨調整井下壓力。
[0029]然而，在系統10中，當在鑽柱16中建立連接時，即使在流體18不循環通過鑽柱16和環形區域20的情況下，也可維持通過阻流器34的流體18的流。因此，即使可不使用分離的背壓力泵，仍可通過限制通過阻流器34的流體18的流而把壓力施加至環形區域20。
[0030]當流體18沒有通過鑽柱16和環形區域20循環時(例如，當在鑽柱中建立連接時)，流體經由旁路管線72、75從泵68流到阻流管匯32。因此，流體18可旁通立管管線
26、鑽柱16以及環形區域20，並且可直接從泵68流到仍與環形區域20保持連通的泥漿返回管線30。通過阻流器34限制的這個流將藉此導致把壓力施加至環形區域20 (例如，在典型的壓力管理鑽井中)。
[0031]如圖1中描繪，旁路管線75和泥漿返回管線30兩者都經由單個管線73與環形區域20連通。然而，旁路管線75和泥漿返回管線30替代地可分開連接到井口 24，例如，使用附加的翼閥(例如，在RCD22下面)，在該情況中，管線30、75的每一個直接與環形區域20連通。
[0032]雖然這樣在井場處需要一些附加的管道，但是環形區域上壓力的效果與把旁路管線75和泥漿返回管線30連接到公共管線73時基本上相同。因此，應該理解，可使用系統10的部件的各種不同的配置，這仍保持在本公開的範圍內。
[0033]由阻流器或其它類型的流控制設備74來調整通過旁路管線72、75的流體18的流。管線72是旁路流控制設備74的上遊，而管線75是旁路流控制設備的下遊。
[0034]基本上由閥或其它類型的流控制設備76來控制通過立管管線26的流體18的流。由於通過每個立管和旁路管線26、72的流體18的流速對於確定這些流如何影響井眼壓力方面是有用的，圖1中描繪的流量計64、66在這些管線中是互連的。
[0035]然而，即使只使用流量計62、64，也可確定通過立管管線26的流速，並且即使只使用流量計62、66，也可確定通過旁路管線72的流速。因此，應該理解，系統10不必須包括圖1中描繪的和這裡描述的所有傳感器，而是系統可替代地包括附加的傳感器，不同組合和/或類型的傳感器等。
[0036]在圖1的示例中，在鑽柱中建立連接之後，可使用旁路流控制設備78以及限流器80來填充立管管線26和鑽柱16，並且在打開流控制設備76之前，可用於均衡立管管線和泥漿返回管線30、73之間的壓力。否則，在立管管線26和鑽柱16並且用流體18填充並加壓之前的突然打開流控制設備76，可導致環形區域20中不期望的壓力瞬變(例如，當立管管線26和鑽柱16充以流體時到阻流管匯32的流暫時丟失，等)。
[0037]通過在建立連接之後打開立管旁路流控制設備78，允許流體18填充立管管線26和鑽柱16，同時基本大部分流體繼續通過旁路管線72流動，藉此能繼續控制把壓力施加至環形區域20。在立管管線26中的壓力已經與泥漿返回管線30、73和旁路管線75中的壓力均衡之後，可打開流控制設備76，且然後可關閉流控制設備74，慢慢地把較大比例的流體18從旁路管線72轉向到立管管線26。
[0038]在鑽柱16中建立連接之前，可執行相似的過程，但是是反向的，以逐漸把流體18的流從立管管線26轉向到旁路管線72，準備把更多的鑽管添加到鑽柱16中。S卩，可逐漸地打開流控制設備74，以慢慢地把較大比例的流體18從立管管線26轉向到旁路管線72，然後可關閉流控制設備76。
[0039]注意，可把控制設備78和限流器80集成在單個元件中(例如，其中具有流限制的流控制設備)，並且可把流控制設備76、78集成到單個流控制設備81中(例如，單個阻流器，它可在建立鑽管連接之後，逐漸打開，慢慢地填充並加壓立管管線26和鑽柱16，然後充分打開以允許鑽掘時的最大流)。
[0040]然而，由於典型的常規鑽機配備有立管匯70中的閥的形式的流控制設備76，並且立管閥的使用被結合到通常鑽井實踐中的，所以可獨立操作的流控制設備76、78保留了流控制設備76的使用。流控制設備76、78有時統稱如下仿佛它們是單個流控制設備81，但是應該理解，流控制設備81可包括獨立的流控制設備76、78。
[0041]圖2中代表性地示出另一個示例。在本示例中，流控制設備76連接到鑽機的立管匯70的上遊。這個配置具有特定優勢，諸如，無需修改鑽機的立管匯70或匯和方鑽杆之間的管線，可像正常鑽井作業中那樣使用鑽機的立管排氣閥82來排放立管管線26 (不需要鑽機團隊(rig』 s crew)改變過程)，等。
[0042]例如使用快速連接器84 (諸如,錘擊接頭(hammer union))等,流控制設備76可互連在鑽機泵68和立管匯70之間。這將允許流控制設備76能方便地適配各種鑽機泵管線的互連。
[0043]可使用特別適配的全自動化流控制設備76 (例如，通過圖3中描繪的控制器96自動控制)，以便控制通過立管管線26的流，代替使用鑽機的立管匯70中的常規立管閥。可定製整個流控制設備81以便像這裡描述的那樣使用(例如，用於控制通過立管管線26的流，連同轉向立管管線和旁路管線72之間的流體18從而藉此控制環形區域20中的壓力，等)，而不是用於常規鑽井目的。
[0044]在圖2的示例中，任選地使用可遠程控制的閥或其它流控制設備160，以把流體18的流從立管管線26轉向到阻流管匯32下遊的泥漿返回管線30，以便把信號、數據、命令等發送到井下工具(諸如圖1的包括傳感器60、包括泥漿馬達、偏移設備、操縱控制等在內的其它裝置的井底鑽具組合)。遙測控制器162控制設備160，遙測控制器162可把信息編碼為井下工具可檢測的分流的序列(例如，通過井下工具的流的某種減小是源自設備160把流相應從立管管線26轉向到泥漿返回管線30)。
[0045]在美國德克薩斯州休斯敦的Halliburton Energy Services有限公司(哈裡伯頓能源服務有限公司)銷售的GEO-SPAn(TM)系統中提供合適的遙測控制器和合適的可遠程操作的流控制設備。遙測控制器162可連接到INSITE(TM)系統或控制系統90中的其它捕獲和控制接口 94。然而，可使用其它類型的遙測控制器和流控制設備也符合本公開的範圍。
[0046]注意，優選地，每個流控制設備74、76、78和阻流器34是可遠程和自動控制的，從而通過在地表處或接近地表處保持期望的環形區域壓力來維持期望的井下壓力。然而，可手動控制這些流控制設備74、76、78和阻流器34中的任何一個或多個，這也符合本公開的範圍。
[0047]在圖3中示意性地示出可與系統10和圖1和2的相關聯的方法一起使用的壓力和流控制系統90。優選地，控制系統90是全自動的，雖然也可使用一些人類介入，例如，來防範不恰當的操作、啟動某些例程、更新參數等。
[0048]控制系統90包括水力模型92、數據捕獲和控制接口 94以及控制器96 (諸如可編程邏輯控制器或PLC、經合適編程的計算機等)。雖然在圖3中分立地描述這些元件92、94、96,但是可把它們的任何或全部結合到單個元件中，或這些元件的功能可分成另外的元件、可提供其它附加元件和/或功能等。
[0049]在控制系統90中使用水力模型92來確定地表處或接近地表處的期望的環形區域壓力，以得到期望的井下壓力。水力模型92利用諸如井幾何形狀、流體性質、以及鄰井(offset well)信息(諸如地熱梯度、孔隙壓力梯度等)之類的數據，以及由數據捕獲和控制接口 94捕獲的實時傳感器數據，來作出這個確定。
[0050]因此，在水力模型92和數據捕獲和控制接口 94之間存在持續的雙向數據和信息傳輸。重要的是要理解，數據捕獲和控制接口 94工作來維持從傳感器44、54、66、62、64、60、58、46、36、38、40、56、67到水力模型92的基本連續的實時數據流，以使水力模型具有它適配而改變情況和更新期望環形區域壓力所需要的信息，並且水力模型用於向數據捕獲和控制接口基本連續地提供要求的環形區域壓力值。
[0051]作為控制系統90中的水力模型92使用的合適的水力模型是美國德克薩斯州休斯敦的 Halliburton Energy Services 有限公司銷售的 REAL TIME HYDRAULICS (TM)或 GBSETPOINT(TM)。另一個合適的水力模型是以商標名IRIS(TM)提供的，且又一個合適的水力模型可從挪威的特隆赫姆的SINTEF得到。在控制系統90中可使用任何合適的水力模型而與本公開的原理符合。
[0052]在控制系統90中用作數據捕獲或控制接口 94的合適的數據捕獲或控制接口是Halliburton Energy Services 有限公司銷售的 SENTRY? INSITE(TM)和 INSITE(TM)。在控制系統90中可使用任何合適的數據捕獲和控制接口而與本公開的原理符合。
[0053]控制器96用於通過控制泥漿返回阻流器34和其它設備的操作來維持期望設置點環形區域壓力。當從數據捕獲和控制接口 94把更新的期望環形區域壓力發送到控制器96時，控制器使用該期望環形區域壓力作為設置點，並且以一個方式來控制阻流器34的操作(例如，按需增加或減少通過阻流器的流阻力)以維持環形區域20中的設置點壓力。可更多地關合阻流器34以增加流阻力，或更多地打開以減小流阻力。[0054]通過將設置點壓力與測量到的環形區域壓力(諸如由傳感器36、38、40中任何一個感測到的)進行比較來完成設置點壓力的維持，並且如果測量到的壓力大於設置點壓力則減小通過阻流器34的流阻力，如果測量到的壓力小於設置點壓力則增加通過阻流器34的流阻力。當然，如果設置點和測量到的壓力相同，則不需要調節阻流器34。這個過程優選是自動化的，以致不需要人工介入，雖然如果期望可使用人工介入。
[0055]還可使用控制器96來控制立管流控制設備76、78以及旁路流控制設備74的操作。因此可在進行鑽柱16中的連接之前，使用控制器96來自動進行流體18的流從立管管線26轉向到旁路管線72的過程，然後在進行連接之後，使流從旁路管線轉向到立管管線，然後恢復流體18的正常循環以便鑽井。同樣，在這些自動化過程中不需要人工介入，雖然如果需要的話可使用人工介入，例如，依次啟動每個過程，人工地作業系統的部件等。
[0056]在系統90中可使用數據驗證和預測技術以防備使用有差錯的數據而保證確定的值是符合(in line with)預測值的，等。在國際申請PCT/US11/59743中描述了合適的數據驗證和預測技術，但是如果期望可使用其它技術。 [0057]當在開放式循環系統中鑽井時，已經使用隨鑽壓力(PWD)壓力測量工具來監測井底壓力，並且已經用來檢測井眼事件。具有壓力管理鑽井(MPD)以及使用阻流器34或其它類型的流控制設備來維持期望井眼壓力，已經大大地限制了檢測事件的PWD測量的使用。
[0058]可通過下面的公式給出通過水力模型92計算的用於調節流體摩擦壓力的校正因子CF:
[0059]CF = (PffD psi — WHP —水靜力)/ 模型摩擦力(I)
[0060]其中PWD psi是由互連在鑽柱16中的PWD工具(諸如傳感器60)進行的壓力測量，WHP是在或接近地表處(例如，在井口 24處)測量到的環形區域壓力，而水靜力是井眼中一個位置處的由於在該位置上面的流體18的柱(column)的重量引起的靜態井眼壓力(例如，在沒有通過鑽柱和環形區域20的循環的情況下)。基於測量到的流體18的密度和測量到的井眼位置上面的流體柱的真實的垂直深度，來計算水靜力。
[0061]由水力模型92實時計算模型摩擦力。把校正因子CF施加於模型摩擦力(CF*模型摩擦力)以計算實際摩擦壓力(摩擦力)。
[0062]在正常的壓力管理鑽井條件下，上述公式的分子(PWD ps1- WHP —水靜力)是井眼12中測量到的摩擦壓力的判定，並且是實時值(分子中的每一項都是可得到的以便以實時用於公式中)。PWD數據傳輸頻率可以是數秒到數分，並且每次接收到PWD數據，可把公式(I)應用於計算校正因子CF。
[0063]在正常情況中，在建模的摩擦壓力和測量到的摩擦壓力(在上述公式中分別為分母和分子)之間的差異應該是極小的，所以CF應該近似於I。如果CF增加，這表示井眼12中的流體摩擦力正在增加(例如，井眼中有更多鑽屑、井眼部分倒塌物等)。如果CF開始減少，這表示減少的流體摩擦，這可能是氣舉的結果(例如，當氣體向上流到地表時，環形區域20中氣體膨脹，從而減小了環形區域流體18柱的有效密度)。
[0064]在壓力管理鑽井中(例如，用在地表處或接近地表處對大氣封閉的環形區域20鑽掘，並且調整環形區域20中的壓力從而調整井下壓力)，可使用下面公式控制一個或多個阻流器34 (這些阻流器34限制來自環形區域的流體18的流):
[0065]WHP =期望的一摩擦力一水靜力(2)[0066]其中期望的是在井眼中任何位置處的期望壓力(例如，在井眼的底部或遠端、在套管底環處、在由井眼穿透的欠壓力(under-pressured)區處等)，並且摩擦力是由於環形區域20中流體摩擦力引起的壓力(摩擦力=CF*模型摩擦力，如上所述)。
[0067]如果WHP大於上述公式中給出的值，則可進一步打開阻流器34 (多個)(導致對於流的限制較小)，並且如果WHP小於上述公式中給出的值，則可進一步關合阻流器(導致對流進行更大的限制)。因此，對於控制阻流器34(多個)的操作，或以其他方式精確地控制井眼12壓力，使用公式⑵中各項的合適的值來計算WHP是極重要的。
[0068]已經發現，在其中PWD工具或其它壓力傳感器60是鑽柱16的一部分的情況中，在發生流入(influx)之後，水力模型92將調節CF(例如，應用上述公式(I))以維持期望井眼壓力(見圖4中描繪的測井示例)。當控制系統90，用自動(例如，自動化地控制阻流器(多個)34以維持期望井眼壓力)以及用水力模型92來控制井眼12壓力時，當發生這樣的流入時，CF可快速減小(例如，小到.001)。
[0069]如此小的CF是不正確的，因為具有任何循環流體18在井眼12中存在摩擦力。然而，在流入期間公式I中的誤差是在水靜力項中(例如，在用於計算靜水壓力的靜態流體密度中)。在流入期間，當氣體遷移到環形區域20上並且流入流體(例如，凝析氣等)從單相過渡到多相流體時，在環形區域20中的靜水壓力減小。
[0070]為了使用PWD進行井湧檢測並且在MPD作業中防止井湧，可通過水力模型92計算的校正因子CF的的實時監測、趨勢分析應用、和/或神經網絡分析等進行井湧(流入)的標識。如果期望，可使用從CF特性中標識流入的其它技術(例如，CF的斜率、二階導數等的評估)。在CF的實時分析期間，如果在某個時刻發生預定的回歸或侵犯(aggression),可觸發報警，並且水力模型92可開始校正控制算法的水靜力項以防止任何進一步的流入。
[0071]在下文更充分討論如下的一種算法，該算法將防止流入的增加:
[0072]經調節的麗=以前的麗一((以前的摩擦力一觀察到的摩擦力)/(.052*TVD))(3)
[0073]其中經調節的MW是用於計算水靜力項的經調節的泥漿重量(流體18密度)，以前的MW是下一個以前計算的或測量的流體密度，以前的摩擦力是下一個以前的經建模的摩擦壓力，觀察的摩擦力是當前計算的摩擦壓力(例如，使用公式2)，而TVD是真實的垂直深度。注意，.052項用於把每加侖的以磅為單位的泥漿重量轉換成每平方英寸的磅數(當乘以英尺表示的TVD時)。如果使用其它單位，則這個轉換因子將改變。
[0074]重複地應用，公式3將調節水靜力項直到CF實質上等於I。一旦流入在環形區域20夕卜，CF將開始增加，並且使用同一個公式，將適當地調節水靜力項。
[0075]—旦標識了流入(例如，使用實時監測、趨勢分析應用、神經網絡分析等)，就可重複應用公式3，逐漸地減小公式I的水靜力項。在實際實踐中，這將導致公式I的水靜力項逐漸減小，直到CF項穩定和開始再次增加。
[0076]在圖4的示例性測井中，當發生進入井眼的流入時，校正因子減小到接近零。注意，CF的減小開始於坑容積顯著增加之前，並且在3P氣體讀數增加之前。這個(流入和導致的CF減小)是其中可使用這裡描述的原理來避免的情況。
[0077]注意，在圖4測井中，即使在已經發生流入之後，坑容積已經增加，並且已經在地表處檢測到增加的氣體，泥漿重量保持不變。通過使用這裡描述的原理，減輕流入之後對流體密度的調節的缺乏，以及接著的校正因子CF中的減小。
[0078]由於圖4測井中描繪的校正因子CF的減小先於坑容積增加和地表處氣體讀數的增加，應該理解，這個CF減少可作為發生流入的早期指示。使用上述實時監測、趨勢分析應用、神經網絡分析技術等，可易於標識流入一指示CF減小，以致可向操作者報警，可採取補救措施(諸如使用上述公式3來修改水靜力項等)，並且防止進一步的流入。
[0079]早期井湧(流入)檢測和防止的這個方法與現有的方法顯著地不同。通過監測阻流器調節和質量流(mass flow)差異(出井的質量流減去入井的質量流)通常為具有MPD的井湧檢測，這些技術過去已經產生混合的結果。
[0080]當按上述方式使用PWD工具(或其它井下壓力測量設備，諸如MWD工具)進行測量時，即使流入導致流體密度的變化，也可正確地確定校正因子CF。在井眼12中具有壓力測量工具(PWD、MWD等)的情況下，這允許增強井眼壓力控制。
[0081]現在附加地參考圖5，代表性地示出鑽井期間用於檢測和減輕進入井眼12的流入的方法100的示例性流程圖。可與上述鑽井系統10和壓力和流控制系統90 —起使用方法100，或可與其它系統一起使用該方法。
[0082]在步驟102處，確定校正因子CF。基於測量到的井眼12壓力(例如，來自傳感器60，諸如PWD或MWD工具)、在地表處或接近地表處測量到的環形區域20壓力(WHP)、從測量到的流體密度和真實垂直深度計算的靜水壓力、以及來自水力模型92的摩擦壓力，可使用公式I來計算校正因子CF。在轉讓給本申請的受讓人的美國專利N0.8240398中提供校正因子CF的進一步說明。
[0083]在步驟104中使用校正因子CF來計算實際摩擦壓力。使用實際摩擦壓力(摩擦力)來計算在地表處或接近地表處的期望環形區域20壓力(WHP)，這在井眼12中一個位置處產生期望壓力。為了這個目的可使用公式2。
[0084]在步驟106中，評估步驟102中確定的校正因子CF。如上所述，CF的相對高的值表示環形區域20中增加的流體摩擦力，例如，由於增加的鑽井鑽屑、部分井眼坍塌等引起的。快速減小的CF表示進入井眼的流入。可在步驟106中使用本領域技術人員眾知的技術，諸如趨勢分析、神經網絡、斜率和/或二次導數分析等，以標識何時正在發生或已經發生流入或其它類型的事件。
[0085]在步驟108中，調節流體18的密度以便減輕步驟16中表示的事件的影響。例如，如果步驟106中表示流入，則在步驟108中，可增量地減少流體18密度(例如，泥漿重量MW)以致也減小了公式2中使用的所計算的水靜力項。為了這個目的可使用公式3。流體18密度的減小對應於由於流入、氣體膨脹等引起的環形區域20中的密度減小。
[0086]注意，沒有減小流體18的實際密度。而是，通過減小計算靜水壓力使用的泥漿重量MW而增量地減小公式2中使用的水靜力項，以致增量地增加所施加的壓力(公式3中的WHP)。
[0087]增加的施加的壓力WHP終於防止流入進一步進入井眼12，此時，校正因子CF開始增加，並且作為重複應用步驟102、104和108的結果，用於計算公式2中的水靜力項的流體密度MW將增加。最終，校正因子CF應該穩定為約一，因為條件返回到正常。
[0088]可期望限制增加的施加的WHP，例如，以便防止損壞脆弱或敏感的地層。在該情況中，可只減小公式2中水靜力項達預定量，和/或，對於施加的WHP可設置預定的最大水平，以致井眼12中某個位置處的壓力不超過最大水平。還(或可選地)可設置施加的WHP的極限以便防止損壞裝置(諸如，地表壓力控制和流裝置)。
[0089]如果步驟106中對校正因子CF的評估(例如，通過趨勢分析、神經網絡、斜率和/或二階導數的分析等)指示大多流入已經進入井眼12，並且應該開始井控制程序，則可自動地把流體18轉向到鑽機井控制裝置。例如，在圖2的示意圖中，流體18的流可從阻流管匯32轉向到鑽機阻流管匯(例如，經由阻流器管線)。
[0090]響應於校正因子CF的增加(例如，表示增加的鑽井鑽屑、部分井眼坍塌等)，公式2中的水靜力項可替代為增量地增加。這導致在地表處或接近地表處施加至井眼12的較小壓力，如果期望，例如，以補償環形區域20中增加的鑽井鑽屑容積等。可增量地增加水靜力項直到校正因子CF開始減小。
[0091]現在可充分理解，上述公開對井眼壓力控制的領域提供了重要的改進。在上述一個示例中，使用校正因子CF來計算井眼12中的流體摩擦壓力，並且校正因子的減小表示已經發生流入。響應於檢測到校正因子CF中的預定變化可增量地改變流體18密度項，例如，以便減輕流入的影響。
[0092]通過上述公開對本領域提供鑽井方法。在一個示例中，所述方法可包括:鑽掘井眼12，在鑽井期間通過井眼12循環流體18 ;確定施加於建模的流體摩擦壓力的校正因子CF ；以及至少部分基於該校正因子CF的變化來控制鑽井。
[0093]可通過水力模型92產生建模的流體摩擦壓力。
[0094]校正因子CF的增加可表示井眼12中實際流體摩擦力的增加。校正因子CF的減小可表示井眼中靜水壓力的減小。
[0095]該方法可包括當校正因子CF減小到預定水平以下時，和/或當校正因子CF以大於預定速率的速率減小時，設置報警。
[0096]控制步驟可包括響應於校正因子CF的變化把流體18的流自動地轉向到鑽機阻流管匯。
[0097]控制步驟可包括響應於校正因子CF的變化在地表處或接近地表處增加施加至井眼12的壓力。壓力增加步驟可包括將施加至井眼的壓力增加到預定最大水平。
[0098]控制步驟可包括增量地減小公式中的水靜力項:WHP =期望的一摩擦力一水靜力，其中WHP是在地表處或接近地表處施加至井眼的壓力，期望的是在一個井眼位置處的要求的壓力，摩擦力是井眼中的流體摩擦力，以及水靜力是該位置處的靜水壓力。
[0099]增量地減小步驟可包括響應於校正因子CF的減小而增量地減小水靜力項。
[0100]增量地減小步驟可包括增量地減小水靜力項，直到校正因子CF開始增加，直到WHP項達到預定最大水平，和/或直到水靜力項已經減小了預定量。
[0101]控制步驟可包括，響應於校正因子CF的增加，增量地增加公式中的水靜力項:WHP=期望的一摩擦力一水靜力，其中WHP是在地表處或接近地表處施加至井眼的壓力，期望的是在一個井眼位置處的要求的壓力，摩擦力是井眼中的流體摩擦力，以及水靜力是該位置處的靜水壓力。可增量地增加水靜力項直到校正因子CF減小。
[0102]上面還描述了鑽井系統10。在一個示例中，系統10可包括水力模型92，該模型確定建模的流體摩擦壓力以及施加至建模的摩擦壓力的校正因子CF ；以及響應於校正因子CF的變化而自動地受到控制的流控制設備(諸如阻流器34)。[0103]雖然上面已經描述了各個示例，每個示例都具有某些特徵，應該理解，一個示例的特定特徵沒有必要專門用於該示例。而是，上述的和/或附圖中描繪的任何特徵可與任何示例結合，此外或替代這些示例的任何其它特徵。一個示例的特徵並不與另一個示例的特徵互斥。而是，本公開的範圍包括任何特徵的任何組合。
[0104]雖然上述每個示例包括特徵的某個組合，應該理解，不必定使用一個示例的所有的特徵。而是，可使用上述任何特徵，而無需還使用任何其它一個或多個特定的特徵。
[0105]應該理解，可在各種取向的情況下(諸如傾斜、反向、水平、垂直等)以及各種配置中，利用這裡描述的各個實施例，而不偏離本公開的原理。只是描述這些實施例作為本公開的原理的有用應用的示例，這不局限於這些實施例的任何特定細節。
[0106]在代表性示例的上述說明中，為了便於參考附圖，使用了方向項(諸如「上面」、「下面」、「較上」、「較下」等)。然而，應該清楚地理解，本公開的範圍不局限於這裡描述的任何特定的方向。
[0107]在本說明中，以非限制的方式使用術語「包括」、「包含「、以及相似的術語。例如，如果把一個系統、方法、裝置、設備等描述為「包括」某個特徵或元件，則系統、方法、裝置、設備等可包括該特徵或元件，並且還可包括其它特徵或元件。相似地，認為術語「包含」意味著包含，但是不局限於「。
[0108]當然，熟悉本領域技術的人員在仔細考慮本公開的代表性實施例的上述說明後，容易理解，可對特定實施例進行許多修改、添加、替代、刪除和其它改變，本公開的原理設想如此的改變。例如，分開形成的所公開的結構在另一個示例中可組合地形成，反之亦然。
[0109]因此，要清楚地理解，給出的上述詳細說明是示意性的，並且只是作為示例，僅通過所附的權利要求書和它們的等效物來限定本發明的精神和範圍。
【權利要求】
1.一種鑽井方法,包括: 鑽掘井眼，在鑽掘期間，流體通過井眼循環； 確定施加至建模的流體摩擦壓力的校正因子；以及 至少部分地基於所述校正因子的變化來控制鑽井。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，通過水力模型生成所述建模的流體摩擦壓力。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述校正因子的增加表示井眼中實際流體摩擦力的增加。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述校正因子的減小表示井眼中靜水壓力的減小。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括當校正因子減小到預定水平以下時設置報警。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括當所述校正因子以大於預定速率的速率減小時設置報警。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述控制還包括響應於所述校正因子的變化而自動地把流體流轉向到鑽機阻流管匯。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述控制還包括響應於所述校正因子的變化而增加在地表處或接近地表處施加至井眼的壓力。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述壓力增加還包括將施加至井眼的壓力增加到預定最大水平。
10.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述控制還包括增量地減小公式中的水靜力項:WHP =期望的一摩擦力一水靜力，其中WHP是在地表處或接近地表處施加至井眼的壓力，期望的是在一個井眼位置處的期望壓力，摩擦力是井眼中的流體摩擦力，以及水靜力是所述位置處的靜水壓力。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述增量地減小還包括響應於校正因子的減小而增量地減小水靜力項。
12.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述增量地減小還包括增量地減小水靜力項，直到所述校正因子開始增加。
13.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述增量地減小還包括增量地減小水靜力項，直到WHP項達到預定最大水平。
14.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述增量地減小還包括增量地減小水靜力項，直到水靜力項已經減小了預定量。
15.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述控制還包括，響應於所述校正因子的增加，增量地增加公式中的水靜力項=WHP =期望的一摩擦力一水靜力，其中WHP是在地表處或接近地表處施加至井眼的壓力，期望的是在一個井眼位置處的期望壓力，摩擦力是井眼中的流體摩擦力，以及水靜力是所述位置處的靜水壓力。
16.一種鑽井系統，包括: 水力模型，所述模型確定建模的流體摩擦壓力以及施加至建模的摩擦壓力的校正因子；以及響應於所述校正因子的變化而自動地受到控制的流控制設備。
17.如權利要求16所述的系統，其特徵在於，所述校正因子的增加表示井眼中實際流摩擦力的增加。
18.如權利要求16所述的系統，其特徵在於，所述校正因子的減小表示井眼中靜水壓力的減小。
19.如權利要求16所述的系統，其特徵在於，當所述校正因子減小到預定水平以下時設置報警。
20.如權利要求16所述的系統，其特徵在於，當所述校正因子以大於預定速率的速率減小時設置報警。
21.如權利要求16所述的系統，其特徵在於，響應於所述校正因子的變化而把鑽井液的流自動地轉向到鑽機阻流管匯。
22.如權利要求16所述的系統，其特徵在於，響應於所述校正因子的變化而增加在地表處或接近地表處施加至井眼的壓力。
23.如權利要求22所述的系統，其特徵在於，將施加至井眼的壓力增加到預定最大水平。
24.如權利要求16所述的系統，其特徵在於，響應於所述校正因子的變化，增量地減小公式中的水靜力項:WHP =期望的一摩擦力一水靜力，其中WHP是施加於地表處或接近地表處的井眼的壓力，期望的是在一個井眼位置處的期望壓力，摩擦力是井眼中的流體摩擦力，以及水靜力是所述位置處的靜水壓力。
25.如權利要求24所述的系統，其特徵在於，響應於所述校正因子的減小而增量地減小水靜力項。
26.如權利要求24所述的系統，其特徵在於，增量地減小水靜力項，直到所述校正因子增加。
27.如權利要求24所述的系統，其特徵在於，增量地減小水靜力項，直到WHP項達到預定最大水平。
28.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，增量地減小水靜力項，直到水靜力項已經減小了預定量。
29.如權利要求16所述的系統，其特徵在於，響應於校正因子的變化，增量地增加公式中的水靜力項:WHP =期望的一摩擦力一水靜力，其中WHP是施加於地表處或接近地表處的井眼的壓力，期望的是在一個井眼位置處的期望壓力，摩擦力是井眼中的流體摩擦力，以及水靜力是所述位置處的靜水壓力。
30.如權利要求29所述的系統，其特徵在於，增量地增加所述水靜力項直到所述校正因子減小。
【文檔編號】E21B47/008GK103958830SQ201280058737
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年11月5日 優先權日:2011年11月30日
【發明者】J·R·洛沃恩 申請人:哈裡伯頓能源服務公司