使用壓力隨鑽測量的井控制的製作方法
2023-06-03 13:56:56 1
專利名稱：使用壓力隨鑽測量的井控制的製作方法
技術領域：
本發明總的來說涉及用於控制井中的鑽孔壓力的方法和裝置。更為具體的說，本發明涉及在鑽探測量時採用連續實時壓力來在鑽孔壓力低於孔隙壓力或高於斷裂壓力之後使得重新控制鑽孔壓力的方法和裝置。
背景技術：
當鑽探井時典型地使用鑽探流體。這個流體具有多個功能，其中之一是在開放的井筒中提供壓力以防止流體從地層流入。因此，在開放的井筒中的壓力典型地保持在比地層的孔隙空間中的流體壓力(孔隙壓力)更高的壓力。地層流體流入井筒被稱為井湧。因為進入井筒的地層流體一般具有比鑽探流體更低的密度，井湧將會潛在地減少在井中的流體靜力學壓力，並且允許地層流體加速流入。如果沒有合適地控制，這個流入已知為井噴並且將造成井、鑽機的損失，並且可能危及操作鑽機的工作人員的生命。因此，當不需要地層流體流入(通常總是這個情況)時，地層孔隙壓力限定了用於在開放井筒(也就是，暴露的鑽孔)中可允許的井筒壓力的下限。
開放井筒延伸到最下面的套管柱之下，將該套管柱用水泥粘合到套管靴處的地層並且在該套管靴上面一些距離。在延伸進多孔地層的開放井筒中，來自鑽探流體的沉積物收集在井筒壁上並且形成過濾塊。該過濾塊形成了在一定孔隙壓力下可滲透地層中包括的地層流體和以較高壓力循環的井筒流體之間的重要障礙。因此，過濾塊提供鄧緩衝，該緩衝允許井筒壓力保持在孔隙壓力之上而沒有造成進入地層的鑽探流體的顯著損失。
為了最大化鑽探速率，需要將井筒壓力保持在孔隙壓力之上，但是應該相當接近於該孔隙壓力。隨著井筒壓力增加，鑽探速率將減小，並且如果允許井筒壓力增加到超過地層斷裂壓力(斷裂壓力)的點，會發生地層斷裂。一旦地層斷裂，環狀空間中流動的回流將離開開放井筒，由此減少井筒中的流體柱。如果不替換這個流體，井筒壓力將下降並允許地層流體進入井筒，引起井湧甚至可能引起井噴。因此，地層斷裂壓力限定了用於開放井筒中可允許的井筒壓力的上限。典型地，恰好在套管靴之下的地層具有開放井筒中最低的斷裂壓力，並且因此其是在控制最大環狀空間壓力的該深度處的斷裂壓力。
通過作用在地層的特定深度的過負荷來部分地確定斷裂壓力。該過負荷包括覆蓋在特定高度的地層之上並且因此必須由其支撐的所有巖石和其它材料。在海上油井中，過負荷不僅包括土壤的沉積物而且還包括在泥水分界線之上的水。該土壤、或沉積物的密度提供大約1psi每英尺的過負荷梯度。海水的密度提供了約0.45psi/ft的過負荷梯度。在給定深度的孔隙壓力由在該深度之上的流體的流體靜力學壓力來部分地確定。這些流體包括在海底/泥水分界線之下的地層中的流體以及從海底到海面的海水。通常認為0.465psi/ft的地層流體梯度是正常的。典型的海水壓力梯度是大約0.45psi/ft。
在表面和淺水井中，海水(或地下水)和土壤之間的梯度差異通常創建了提供足夠壓力範圍以允許使用現有鑽探技術的孔隙壓力分布和斷裂壓力分布。圖1示出了孔隙壓力PP和斷裂壓力FG的示意性表示。在井筒中建立的壓力基本上由井筒流體的流體靜力學壓力、以及因為流體循環和/或管道移動引起的壓力變化所確定。對於任何給定的開放孔間隔，可允許的壓力區域存在於孔隙壓力分布和關於最深套管靴和井底部之間的該井部分的斷裂壓力分布之間。
清潔的鑽探流體在井中通過鑽柱循環，並且之後通過在井筒壁和鑽柱之間的環狀空間返回到表面。在海上鑽探操作中，使用升降機來容納在海底和位於表面上的鑽探鑽機之間的環狀空間流體。特別考慮在該環狀空間中產生的壓力，因為它是在直接作用在暴露的井筒之上的環狀空間中的流體。
流動通過環狀空間、典型地已知為回流的流體包括切割自該井的鑽探流體和可能進入井筒的任何地層流體。鑽探流體典型地具有相當恆定的密度，並且因此，在井筒中的流體靜力學壓力和深度之間的關係典型地可以由開始於流體體積頂部的單一梯度近似。在海上鑽探情況中，流體體積的頂部通常是在表面平臺上的升降機的頂部。
給定鑽探流體的壓力分布根據鑽探流體是循環的(動態的)還是不循環的(靜態的)而改變。這兩種壓力分布由圖1中的靜態壓力SP和動態壓力DP分布表示。在動態情況中，當回流向上流動到在鑽柱和井筒壁之間的環狀空間時存在壓力損失。這個壓力損失添加到環狀空間中的鑽探流體的壓力。因此，必須考慮這個另外的壓力以保證將鑽探維持在孔隙壓力梯度和斷裂壓力梯度分布之間的可接受的壓力範圍。
因為動態壓力DP高於靜態壓力SP，因此在暴露井筒的最高點處，也就是套管靴最低點處的動態壓力由深度D1處的斷裂壓力FG所限制。因此，較低的靜態壓力SP必須被維持在開放井筒中最深點D2處的孔隙壓力PP之上。因此，對於暴露井筒L1的特定長度的可允許壓力範圍由到達在套管靴深度D1處的斷裂壓力FG的動態壓力DP和到達在井D2底部的孔隙壓力PP的靜態壓力SP所限制，如圖1所示。
因此，在一般鑽探實踐中，選擇鑽探流體的密度使得動態壓力儘可能合理地接近於在套管靴處的斷裂壓力。這就最大化了能夠使用該密度的流體鑽探的深度。一旦靜態壓力接近井底部的孔隙壓力，則設置套管的另一個柱並且重複相同處理。即使當使用保守鑽探技術時，井筒壓力也可能在孔隙壓力和斷裂壓力之間的可接受範圍之外，並且因此產生井湧。可以通過在停止抽吸之後向上流動通過環狀空間的鑽探流體來識別井湧。還可以由鑽探流體存儲箱中流體高度的突然增加識別井湧。在檢測到井湧之後，必須採取措施來控制井湧。
有兩種常用方法來控制井湧，即鑽探者方法和工程師方法。在兩種方法中，都必須關閉該井並允許井筒壓力穩定。當在孔底部的壓力等於地層壓力時壓力將是處於穩定。在鑽柱表面和套管環狀空間指示的壓力能夠用於計算在井筒底部的壓力。通過在關閉狀態的井，在井筒底部的壓力將等於地層壓力。
當使用鑽探者方法時，一旦井筒壓力穩定，重新啟動泵並且鑽探流體通過井循環。維持在套管中的壓力使得沒有額外的地層流體流入該井並且流體循環直到移去了進入井筒的任何氣體。之後製備更高密度的鑽探流體並且其通過該井循環以使得井筒壓力回到所需壓力範圍之中。因此，當使用鑽探者方法抑制井湧時，在井筒中的流體完全循環兩次。
當使用工程師方法時，當井筒壓力穩定時，計算地層壓力。基於計算的地層壓力，製備更高密度鑽探流體的混合物並且其通過該井循環以抑制井湧，並且循環出在井筒中的任何地層流體。在這個循環期間，維持環狀空間壓力直到高重量的鑽探流體完全循環通過該井。相對於兩個循環的鑽探者方法，使用工程師方法是在單一循環中抑制井湧。
關於井控制的關鍵參數是確定地層壓力和據此調節井筒壓力。如果允許井筒壓力減小到在特定深度的孔隙壓力以下，則地層流體將進入該井。如果井筒壓力超過在特定深度的斷裂壓力，則地層將斷裂並且井筒流體可能進入地層。常規上，使用鑽探管和在表面測量的環狀空間壓力計算向下鑽進壓力。為精確測量這些表面壓力，通常停止循環，以允許穩定該向下鑽進壓力並消除井筒壓力的任何動態分量，並且完全關閉該井。這當然會使用有價值的鑽機時間並且涉及停止鑽探，這可能引起諸如鑽柱粘結的其它問題。
一些鑽探操作試圖使用隨鑽測量(MWD)技術確定地層壓力。現有技術的MWD方法的一個缺點在於很多工具基於間歇方式將壓力測量數據傳送回表面。很多MWD工具包括若干測量工具，諸如伽馬射線傳感器、中子傳感器以及比重計，並且典型地一次僅將一種測量傳送回表面。因此，報告壓力數據之間的間隔可能多達2分鐘。
將數據傳送回表面能夠由若干遙測方法之一實現。一種典型的現有技術的遙測方法是泥漿脈衝遙測。由通過鑽探流體的一系列壓力脈衝傳送信號。由在表面的設備接收這些小的壓力變化並將其處理為有用的信息。當流體沒有循環或者當流體以低速循環時泥漿脈衝遙測不工作。因此，當關閉井並且流體不循環時，泥漿脈衝遙測具有非常小的應用性，並且因此標準MWD工具也具有非常小的應用性。
雖然當井不循環時MWD工具不能經泥漿脈衝遙測傳送數據，但很多MWD工具能夠繼續進行測量並且在存儲器中存儲收集的數據。之後，在當將整個鑽探組件被拉出孔之後，在隨後的時間可以從存儲器中檢柱該數據。以這種方式，當鑽柱移動通過井筒時，操作者能夠了解他們是正在擦井(也就是，將流體拉入井筒)，還是衝擊井(也就是，增加井筒壓力)。
發送數據到表面的另一遙測技術是電磁遙測。將低頻無線電波通過地層傳送到在表面的接收器。電磁遙測是深度有限的，並且信號在水中快速衰減。因此，對於在深水鑽探的井，信號將非常好地傳播通過土壤但是將不能傳播通過深水。因此，海下接收器將不得不被安裝在泥漿線處，這是不實際的。
因此，現有技術中仍然需要用於基於從井底部接收的實時壓力數據確定和調節井筒壓力的方法和裝置。因此，本發明的實施例涉及用於使用實時壓力數據進行自動壓力控制處理的方法和裝置，其意在克服現有技術的限制。
發明內容
因此，在這裡提供了用於監視和控制在井筒中的壓力的方法和裝置。本發明的優選實施例的特徵在於，使用實時底部孔壓力測量的鑽探系統和適於自動控制諸如鑽探流體重量、抽吸速率和阻氣門起動的參數的控制系統。在優選實施例中，該控制系統接收來自底部孔壓力傳感器以及壓力傳感器、泥漿體積傳感器和位於表面的流量計的輸入。之後該控制系統調節鑽探流體密度、抽吸速率或阻氣門起動中的一個或多個，以檢測、關閉和循環出井筒流入物。
一個優選實施例包括用於在鑽頭處於孔底部時檢測和控制進入井筒的地層流體流入的方法。一旦通過向下鑽進壓力測定或通過質量流量速率平衡檢測到井湧，可以關閉井並且由向下鑽進壓力傳感器測量地層壓力。一旦循環停止就進行向下鑽進壓力測量，或者在循環繼續時進行向下鑽進壓力測量。一旦建立了地層壓力，控制系統調節鑽探流體密度、抽吸速率或阻氣門起動的中一個或多個，以循環出井筒流入物。
因此，本發明包括使得它能夠使用實時向下鑽進壓力數據以實質上改進井湧和其它井筒壓力異常的的特徵和優點的組合。本發明的這些和多種其它特徵和優點對於本領域普通技術人員來說，在讀取下面本發明的優選實施例的詳細說明和參考附圖中的情況下將是顯而易見的。
為了更為清楚地理解優選實施例，將參考附圖，其中
圖1是井的壓力-深度分布的圖形表示；並且圖2是根據本發明構造的鑽探系統的一個實施例的示意性表示。
具體實施例方式
在下面的說明中，在這個說明書和附圖中分別使用相同的附圖標記來標記相似的部分。附圖不需要成比例。可以以放大的比例示出本發明的某些特徵，或者某些以示意性的形式，並且為了清楚和簡明可能不示出現有元件的某些細節。本發明可以具有不同形式的實施例。在附圖中示出，並且在這裡將要詳細描述本發明的特定實施例，應該理解，本公開是本發明的原理的示例，並且不意在限定本發明到這裡所述和所示的。完全認可下面討論的實施例的不同教導將單獨或以任何合適的組合的方式和產生所需結果。
具體的說，本發明的多種實施例提供了多種不同的方法和裝置，用於在控制井中使用向下鑽進壓力數據。本發明的概念是在這樣的環境中進行討論的，即使用基於實時或接近實時方式通過電信號被傳送到表面的向下鑽進壓力數據，來改進井湧期間對於井的控制。雖然優選實施例涉及使用提供和表面的電氣連接的鑽柱，諸如有合成電線的連續管柱或E-盤旋的系統，本發明的實施例可以與能夠提供實時或接近實時壓力數據給控制站的任何系統一起使用。
在當前說明的上下文中，採用開放井筒意味著在最低的套管柱之下的暴露的、暴出的井筒。回流表示朝向表面流動通過在鑽柱和井筒或升降機壁之間的環狀空間的流體。該回流通常包括鑽探流體、切割物，可能的地層流體，以及被注入環狀空間的任何其它流體。細長孔鑽探包括那些具有6 1/2」或更小的直徑的井筒，而不管間隔的長度。具有在6 1/2」和8 1/2」之間的直徑的井筒也可以被認為是細長孔，如果它們具有非常長的間隔。
現在參考圖2，一個實施例是從平臺120操作的鑽探系統100並且其包括鑽柱200，鑽探流體系統300，壓力控制系統400和控制系統500。系統100用於將井130鑽探進地層140。鑽柱200提供了到底部孔組件(BHA)210的流體導管，並且支撐該底部孔組件(BHA)210，該底部孔組件(BHA)210包括鑽頭220，壓力傳感器230和發射器240。鑽探流體系統300包括鑽探流體存儲庫310，循環泵320，以及鑽探流體密度控制系統330。壓力控制系統400包括環狀空間關閉部件410和可調節壓力減輕設備420。
鑽柱200優選的是能夠通過向和從控制系統500和BHA210傳送電信號來雙向通信的盤繞管狀柱。一個示例性的盤繞管狀柱是具有嵌入電導體的合成連續管柱，如在題目為「Well system」的美國專利6,296,066中公開的(將其在這裡完全包括並引入作為參考)。一個優選的遙測系統是在美國專利6,348,376中公開的，將其在這裡完全包括並引入作為參考。該合成連續管柱使用嵌入在管道壁中的電導體來提供在表面和向下鑽進工具之間的通信路徑。用來啟動在表面控制系統和向下鑽進傳感器之間的通信的另一方法是在連續管柱之中延伸的電線，已知為e-盤旋。e-盤旋系統可以和任何類型的連續管柱一起使用。鑽柱200還可以由能夠在BHA210和控制系統500之間中繼信號的任何其它可接受的管狀材料構成。
在優選實施例中，由向下鑽進壓力傳感器230連續監視在井底部的流體靜力學壓力。在優選的系統中，發射器240發送由傳感器230收集的壓力數據給控制系統500，其頻率高達每二分之一秒一次。在檢測到在底部孔壓力變化的情況下，採取反措施來調節井筒壓力，其由傳感器230監視並能夠被據此調節。這個監視和調節優選的由控制系統500通過使用軟體來自動進行。因此，優選實施例提供對底部孔壓力的實時、連續監視。
鑽探流體系統300優選的包括鑽探流體貯存庫310，流體泵320和鑽探流體密度控制系統330。流體泵320將鑽探流體從貯存庫310抽出並且將具有壓力的鑽探流體抽吸到鑽柱200。泵320優選地和控制系統500通信並且由其控制。在優選實施例中，可由控制系統500以電子方式調節抽吸速率和由泵320建立的壓力，也可採用其它調節方式。
提供流體密度控制系統300來調節鑽探流體的密度。可以通過添加另外的固體或流體給鑽探流體來調節密度，以實現所需的鑽探流體密度。在優選實施例中，由密度控制系統300執行的密度調節由控制系統500啟動。
提供壓力控制系統400來容納和控制在井環狀空間中的壓力。壓力控制系統400包括適於停止流體通過環狀空間的流動的至少一個環狀空間關閉設備410。環狀空間關閉設備410可以是撞擊件或球形井噴防止器、剝離器、或者設計來關閉環繞鑽柱的環狀空間的任何其它裝置。壓力控制系統400還包括能夠用於在環狀空間關閉設備410關閉時，以受控速率減輕來自環狀空間內的壓力的壓力減輕設備，諸如阻氣門420。
優選的井控制系統500還可以用於遠程控制阻氣門420的起動。典型地，現有技術的阻氣門響應於表面壓力計量器的讀數改變由手動把手來起動，以試圖維持恆定的底孔壓力。例如，如果在阻氣門420處壓力開始升高，那麼將打開阻氣門並且釋放一些壓力。一旦壓力降低，將關閉阻氣門並且重新建立壓力。因此，現有技術的阻氣門調節是基於表面壓力而不是向下鑽進壓力。通過監視向下鑽進壓力和阻氣門壓力，本發明的控制系統能夠改進阻氣門的調節以維持所需的恆定的向下鑽進壓力。
在優選實施例中，環狀空間關閉設備410和壓力減輕設備420由控制系統500操作。壓力控制系統400還可以包括壓力測定設備以測量在環狀空間關閉設備410之下的環狀空間中的壓力和測量跨越壓力減輕設備420的壓力。雖然在優選實施例中，壓力控制系統400位於平臺120處，但在可替換實施例中，壓力控制設備可以位於海底，或者位於升降機的基座處。
優選的將控制系統500安置在平臺120上，並且由現有組件構成，且其適於和提供向下鑽進壓力的實時或接近實時測量的任何鑽探系統一起使用。控制系統500可以使用電氣、電子、流體靜力學、氣動、或電-液壓控制的任何組合。優選的控制系統500適於通過控制泵320和密度控制設備330控制進入井筒的鑽探流體的密度和流速。控制系統還優選的控制環狀空間關閉設備410和阻氣門420，其用於控制離開井筒的回流的速率。
在本發明的優選實施例中，在檢測到井湧並關閉井之後，由向下鑽進壓力傳感器230測量向下鑽進壓力並且將其傳送到自動運行或操作井控制處理的控制系統500。本發明的優選實施例作為閉環系統操作，也就是，不需要井控制處理的任何部分的手動操作的自動系統。通過消除在表面的環狀空間壓力測量，本發明的實施例用於自動化兩種現有技術的井控制處理(也就是鑽探者方法和工程師方法)中的一個或另一個。通過測量向下鑽進壓力，本發明的實施例消除了測量表面壓力和計算向下鑽進壓力之間的延遲。
因為消除了延遲，所以不需要關閉泵320或甚至不需要減小抽吸速率。在本發明的實施例中，一旦檢測到井湧，能夠繼續循環，也就是，泵320不需要關閉將減速。該系統能夠非常快地反應以控制井湧。在現有技術中，在該過程中需要通過幾個不同的額外步驟來獲得井控制。可替換地，在本發明中，如果需要，可以非常快地關閉泵320。之後，在系統恢復抽吸或在孔中循環之前允許穩定向下鑽進壓力。在其中關閉泵的間隔期間，不能使用典型的泥漿脈衝遙測。當前發明的實施例允許在減小或停止循環的周期期間連續讀取向下鑽進壓力。
為維持恆定的向下鑽進壓力，可以調節阻氣門420以提供逆向壓力，或者通過改變泵320的速度改變進入井筒的流量或流速。在以上任一情況中，鑽探流體的密度增加，從而使得能夠使井處於被控制中。本發明的實施例不改變井控制背後的理論，而是用於使該過程自動化，由此改進反應時間來很好的控制情形和消除延遲及人工誤差。
作為實例，在井控制情形的情況中，現有技術的一個問題是調節鑽探流體密度和抽吸速率以及之後確定井筒壓力過度增加還是減少。例如，如果因為鑽探流體太輕而存在井湧，則地層流體流入將增加井筒壓力。之後增加鑽探流體的密度，但是如果過度增加該鑽探流體的密度，則靜水壓頭將變得過大使得它超過斷裂壓力並會丟失到地層中，使得井湧發展成為井噴。實時向下鑽進壓力測量提供了必要的信息，用以避免增加鑽探流體的密度超過所需的水平。
當井流體流入鑽孔時可能發生的另一問題是一些地層可能會脫落進鑽孔。該材料可以累積在鑽孔中並且引起鑽探組件或其它工具粘結。該材料還可能跨越在鑽孔之間並且阻止循環通過環狀空間中的橋。這個循環的損失可以由實時壓力傳感器測量的壓力的增加來快速識別。因為本發明的實施例能夠快速識別循環的損失或工具粘結，所以優選的控制系統還能夠用於控制向下鑽進循環替代通道的使用，該替代通道可以打開以允許連續循環。循環替代通道可以位於沿著鑽頭之上的鑽柱的若干間隔處。
優選的控制系統的另一優點在於，如果阻氣門420開始堵塞或在阻氣門兩端出現過度壓力下降，那麼可以改變循環速率以維持恆定的底孔壓力。因此，在阻氣門420處監視壓力，使得當壓力開始增加或減少，諸如因為環狀空間被堵塞或一些其它原因向下鑽進壓力改變時，優選的井控制系統500會自動檢測阻氣門420的壓力變化並且據此改變井控制處理。
例如，如果井控制處理的目的是使底孔壓力保持在特定值，並且如果在阻氣門420的壓力被維持在預定水平，則基於在阻氣門的壓力或者改變阻氣門口尺寸，或者改變泵速率。常規上，典型地在阻氣門處有壓力計量器。在本發明的優選實施例中，在阻氣門處具有自動壓力計量器。
通過減小在井控制情形期間的壓力變化，使用實時向下鑽進壓力測量還最小化了在井控制處理期間在套管靴上的壓力。因為在鑽孔中的壓力上下變動，因此如果沒有密切監視的話，在套管靴的壓力可能超出在靴處(典型的開放井筒中的最弱點)的斷裂壓力。
本發明的優選實施例還提供能夠停止循環過程而不存在將另外的流體引入鑽孔或不需要地增加在環狀空間的壓力的危險的選項。因為向下鑽進壓力的實時測量是獨立於該循環而提供的，因此可以停止循環並且繼續監視向下鑽進壓力而不存在環狀空間壓力下降到孔隙壓力以下或者升高到斷裂壓力之上的危險。在現有技術中，停止循環直到建立了靜態條件以讀取表面壓力並之後計算底孔壓力。可以以降低的速率繼續循環而不減少向下鑽進壓力測量的可用性。在阻氣門向環狀空間中的回流中施加逆向壓力的地方可能需要減小的循環速率。在這個情況中，循環必須非常慢並且因此不太可能支持泥漿脈衝遙測。
通過關閉井，其目的在於當鑽探流體的密度增加時維持恆定的向下鑽進壓力以抑制井湧。隨著更高密度的流體被抽吸進井，流體的一個分量向下流入鑽孔，而流體的另一分量流出鑽孔。因此，改變循環速率以維持恆定的底孔壓力是非常重要的，而這是通過在表面監視壓力計量器很難做到的。重要的是，在底孔壓力向上傳播通過鑽孔到表面的延遲之後讀取表面壓力讀數。因此，表面壓力讀數是基於在先前的時間點發生的向下鑽進壓力讀數。在優選實施例中，該向下鑽進壓力是實時讀取的。
本發明的實施例避免了操作者在表面手動測量表面壓力，之後嘗試計算向下鑽進壓力(這需要時間來計算)，並且之後適當地調節鑽探流體的重量。優選實施例全部實時和自動地執行那些功能。在本發明的優選實施例中，處理器計算機控制泵速率、阻氣門尺寸和與檢測井湧的井控制相關聯的其它參數。
例如，可以通過以可變速率將加重的流體抽吸進入井以維持恆定的底孔壓力，可以使井控制處理自動化。另一方法是以恆定速率抽吸並且之後改變在表面的阻氣門尺寸以維持在孔中的恆定壓力，可以使該處理自動化。
通常，操作者監視在表面的壓力計量器。但是，基於底孔壓力的表面讀數具有延遲，因為底孔壓力必須傳播到表面。因此，相對於在孔底部的實際壓力改變，抽吸速率的調節是在延遲的基礎上執行的。但是，如果採用與向下鑽進實時的壓力測量，則實質上即時地讀取了向下鑽進壓力，因而可以更好地控制該井控制處理。
優選實施例包括了在維持環狀空間流量上的逆向壓力的阻氣門中遠程控制的、可調節的口，並且提供了阻氣門的自動控制以維持所需的底孔壓力。另外，在向下鑽進中循環的流體密度可以由自動流體密度控制系統控制。不僅能夠快速改變鑽探流體的密度，而且還可以有計算機計算的調度，用於鑽探流體密度增加和抽吸速率，使得流動通過該系統的流體的體積和密度是已知的。優選的系統還可以測量流出井的回流的密度和流速。之後可以改變抽吸速率，流體密度或阻氣門口尺寸以維持所需的恆定壓力。
在細長孔鑽探中，流速的監視變得非常重要，因為井中流體體積的小的改變會轉變為對井高度的顯著影響。如果流入等於流出，那麼該井處於受控之中。如果流出的流體多於流入的流體，那麼存在井流體流入鑽孔。如果流入的流體的體積大於流出的流體的體積，那麼鑽探流體正在流入地層，也就是，流體洩漏進地層。這是用於檢測井湧或檢測循環損失。
鑽探流體的密度和通過鑽柱抽吸的鑽探流體所處的速率很容易在表面測量。操作者還將知道進入升降機環狀空間中的氣體注入速率以及從井出來的回流的密度和流速。因此，通過井的質量流速可以由下式表示QDρD+QIρI＝QRρR等式1其中QD和ρD分別是進入井的鑽探流體的流速和密度，並且Q1和ρI分別是進入升降機的注入流體的流速和密度，並且QR和ρR分別是離開井的鑽探流體的流速和密度。
只要進入井的流體的總速率等於離開井的流體的總速率，該井就在控制中。如果流入流體等於流出流體，則操作者知道該井處於受控中，因為平衡的流速指示沒有鑽探流體進入地層並且沒有地層流體進入井筒。如果流出流體大於流入流體，那麼地層流體正在進入井，也就是，井湧。如果流出流體小於流入流體，那麼鑽探流體正在進入地層而損失，也就是，在井中損失。監視進入和離開井的質量流速提供了對現有技術的常規流體高度監視技術的替換方案。
離開井的流體的流速包括被添加到井底部的切割物以及循環鑽探流體和注入流體。切割物以及在井底部的空隙是在這個計算中必須考慮的額外因素。當鑽探鑽孔底部時，存在進入的體積損失。切割物的體積損失應該被從進入的分量中減去。考慮到該控制損失，切割物的測量通常可以忽略。在觀看鑽探時間周期中，切割物測量可以忽略或者不是一個問題。體積損失和返回到表面的切割物彼此抵消，並且能夠從等式中消去。當存在氣體流入時，例如，在從井出來的質量流速中出現了嚴重階躍。因此，可以使用質量平衡方法來維持對井的控制。
在這裡提出的實施例僅是說明性的並不限定本發明的範圍或在其中的細節。應該認可在不脫離本發明的範圍和在這裡公開的發明概念的情況下，可以做出在這裡公開的很多其它修改和改進。因為可以在本發明概念的範圍中做出很多修改和不同的實施例，包括在下文中想到的等效結構或材料，並且因為可以在這裡根據說明性的公理需要詳細說明的實施例中做出很多變更，應該理解在這裡的詳細說明僅是示例性而不是限定性的含義。
權利要求
1.一種井控制方法，包括通過向下鑽進壓力傳感器測量壓力；傳送壓力測量數據給控制系統；以及調節井關閉、鑽探流體密度、抽吸速率或阻氣門起動中的至少一個，以改變向下鑽進壓力，其中所述調節是由控制系統執行而不需要任何手動介入。
2.如權利要求1所述的方法，其中，該壓力測量數據被實時傳送到控制系統。
3.如權利要求1所述的方法，其中，該壓力測量數據以每秒至少一次的方式被傳送到控制系統。
4.如權利要求1所述的方法，其中，該壓力測量數據被由電導體沿鑽柱傳送。
5.如權利要求4所述的方法，其中，該鑽柱是合成連續管柱且該電導體被集成進該管壁中。
6.如權利要求4所述的方法，其中，該電導體被安置在鑽柱的鑽孔中。
7.一種用於控制井的方法，包括以下步驟檢測進入井的地層流體的流入；調節流出井的流體流量；通過安置在鑽柱上的傳感器測量在井內的壓力；傳送壓力測量數據給控制系統；監視在井內的壓力；以及調節鑽探流體密度、抽吸速率、或阻氣門起動中的至少一個，從而在當地層流體被循環出井並且密度增加的鑽探流體被循環進井時維持在井中的恆定壓力。
8.如權利要求7所述的方法，其中，該控制系統通過監視由向下鑽進壓力傳感器提供的壓力數據來檢測地層流體的流入。
9.如權利要求7所述的方法，其中，該控制系統通過識別質量流速或流入和流出井的流體的體積中的不平衡來檢測地層流體的流入。
10.如權利要求7所述的方法，其中，該控制系統通過調節阻氣門起動來調整井的底孔壓力。
11.如權利要求7所述的方法，其中，該壓力測量數據被實時傳送給控制系統。
12.如權利要求7所述的方法，其中，該壓力測量數據以每秒至少一次的方式被傳送到控制系統。
13.如權利要求7所述的方法，其中，該壓力測量數據被由電導體沿鑽柱傳送。
14.如權利要求13所述的方法，其中，該鑽柱是合成連續管柱且該電導體被集成進該管壁中。
15.如權利要求13所述的方法，其中，該電導體被安置在鑽柱的鑽孔中。
16.如權利要求7所述的方法，其中，對該鑽探流體密度、抽吸速率或阻氣門起動中的至少一個的調節是由控制系統進行調整的。
17.一種用於執行洩漏測試的方法，包括將鑽柱安置進相鄰於套管靴的井筒；通過被安置在靠近套管靴的位置中的鑽柱上的壓力傳感器測量在井筒中的壓力；使用泵增加在井筒中的壓力；傳送壓力測量結果給控制系統；以及通過使用控制系統調整井筒壓力，以響應於在套管靴處的測量壓力的改變來自動關閉泵。
18.如權利要求17所述的方法，其中，該壓力測量數據被實時傳送給控制系統。
19.如權利要求17所述的方法，其中，該壓力測量數據以每秒至少一次的方式被傳送到控制系統。
20.如權利要求17所述的方法，其中，該壓力測量數據由電導體沿鑽柱傳送。
21.如權利要求20所述的方法，其中，該鑽柱是合成連續管柱且該電導體被集成進該管壁中。
22.如權利要求20所述的方法，其中，該電導體被安置在鑽柱的鑽孔中。
全文摘要
用於監視和控制在井筒中的壓力的方法和裝置，其特徵在於，使用實時底部孔壓力測量的鑽探系統和適於控制諸如鑽探流體重量、抽吸速率和阻氣門起動的參數的控制系統。在優選實施例中，該控制系統接收來自底部孔壓力傳感器以及壓力傳感器、泥漿體積傳感器和位於表面的流量計的輸入。之後該控制系統調節鑽探流體密度、抽吸速率或阻氣門起動中的一個或多個，以檢測、關閉和循環出井筒流入物。該優選的系統在井控制處理中自動操作而不需要任何鑽手動介入。
文檔編號E21B47/06GK1688793SQ03823773
公開日2005年10月26日 申請日期2003年9月29日 優先權日2002年10月4日
發明者馬丁·達勒·保爾科, 卡雷·約翰·納坎 申請人:哈利伯頓能源服務公司