調節鉆井液循環系統中的鉆井液壓力技術方案

本發明專利技術公開一種用于調節鉆井液循環系統中的鉆井液壓力的系統和方法。在一個實施方案中，一種鉆井液循環系統包括連接到釋壓裝置(104)的處理器(110)，所述釋壓裝置(104)連接到鉆井液泵(30)的排出口與鉆柱(31)的入口之間的管道。所述處理器接收表示所述管道中的所述鉆井液的壓力的壓力測量信號，以及表示經過所述管道的所述鉆井液的流量的流量參數信號。從所述壓力測量信號和所述流量參數信號，所述處理器確定所述管道中的所述鉆井液的目標壓力參數未得到滿足。作為響應，所述處理器通過至少部分地打開所述釋壓裝置來降低所述管道中的所述鉆井液的所述壓力，直到滿足所述目標壓力參數為止。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本公開涉及使鉆井液循環通過井眼。 背景 在使用鉆機的井眼鉆井情形中，鉆井液循環系統用一個或多個泥漿泵來循環（或 泵送）鉆井液（例如鉆井泥漿）。如現有技術圖1和圖2中所示出，鉆井液循環系統10使 鉆井泥漿（流體，F)經過本領域中稱為鉆井管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，并經由泥漿返回路線60被運送到鉆 肩移除系統。在返回路線的結尾，泥漿F和鉆肩C流到本領域中稱為振動篩62的振動網篩 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。 鉆井液循環系統在壓力下遞送大量泥漿流，用于鉆機操作。循環系統將泥漿遞送 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，以液壓方式沖走井眼的面。泥漿另外沖走在鉆頭前進時 產生的碎片、石肩和鉆肩。循環系統使泥漿在鉆桿外側的環狀空間中以及鉆井過程所形成 的開孔的內部上流動。以此方式，循環系統使泥漿流過鉆頭，并流到井眼之外。 泥漿以足夠的速度流過鉆桿和環狀空間，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，循環系統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。可使用 鉆機的環境可導致鉆柱經歷封隔，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造的斷裂，且甚至可能導致井眼的損失。【附圖說明】 圖1是現有技術鉆井液循環系統的實例。 圖2是流過鉆柱以及鉆柱與井眼之間的環體的鉆井泥漿的實例。 圖3是包括釋壓裝置的鉆井液循環系統的實例。 圖4是用以調節鉆井液循環系統中的鉆井液壓力的計算機系統的實例。 圖5是調節鉆井液循環系統中的鉆井液壓力的第一實例過程的流程圖。 圖6是調節鉆井液循環系統中的鉆井液壓力的第二實例過程的流程圖。 圖7是圖1的計算機系統的架構的實例。 各圖中的相同參考編號和名稱指示相同元件。詳述 本公開描述一種用于調節鉆井液循環系統中的鉆井液壓力的系統和方法。所述循 環系統可包括鉆機立管，其可為例如金屬導管（作為管道系統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造的斷裂。當井下構造 斷裂時，鉆井液可能流失到構造中，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。可實 施本公開中所描述的計算機系統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，所述鉆井液循環系統 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系統的計算機系統的 指令，自動降低鉆機立管中的鉆井液的壓力。 實施本公開所描述的技術可提供以下潛在優點中的一個或多個。一般來說，可實 施本文所述的技術來自動降低鉆機立管中的壓力，尤其是在發生封隔時。這樣做可使井下 構造免于在壓力下有害，從而導致不合意的斷裂。此外，在發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 面泥漿系統和底部鉆具總成上的壓力峰值可減少所有地面設備（如泥漿泵、沖洗管等）以 及井下總成（如旋轉導向、鉆井時進行檢視（MWD)工具）和壓力激活的設備（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閉包括在循環系統中的泥漿泵 的手動方法，此處所描述的技術可更快且更高效。另外，提供計算機指令來控制釋壓裝置可 減少手動關閉泥漿泵所需的勞力。此處所述的技術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。 圖3是本公開的包括釋壓裝置104的鉆井液循環系統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的出口可例如經由管道105連 接到泥漿返回路線60。鉆井液循環系統100和釋壓裝置104可連接到安置在地面的計算機 系統106,以通過自動操作釋壓裝置104來調節鉆井液循環系統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動系統30的管道24。管道24可包括鉆機立管26。鉆井液循環系 統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的內壁之間的環體 103〇 計算機系統106 (例如，桌上型計算機、膝上型計算機、平板計算機、計算機服務器 系統等）可包括計算機可讀介質108,其存儲可由處理器110執行來調節鉆井液循環系統 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106可接收表示穿過管道24的鉆井液的 流量的流量參數信號。計算機系統106可從壓力測量信號和流量參數信號確定管道24中 的鉆井液的目標壓力參數未得到滿足。響應于確定目標壓力參數未得到滿足，計算機系統 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 壓力參數為止。 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。 如下文所述，計算機系統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。舉例來說，計算機系統106可在連接到計算機系統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。目標壓力參數可為鉆機立管26中測得的固定 壓力。或者或另外，目標壓力參數可為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于調節鉆井液壓力的系統，所述系統包括：釋壓裝置，其連接到鉆井液泵的排出口與鉆柱的入口之間的管道；以及處理器，其連接到所述釋壓裝置，所述處理器被配置來：接收表示所述管道中的所述鉆井液的壓力的壓力測量信號，接收表示經過所述管道的所述鉆井液的流量的流量參數信號，從所述壓力測量信號和所述流量參數信號確定所述管道中的所述鉆井液的目標壓力參數未得到滿足，且響應于確定所述目標壓力參數未得到滿足，通過至少部分地打開所述釋壓裝置來降低所述管道中的所述鉆井液的所述壓力，直到滿足所述目標壓力參數為止。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】

【專利技術屬性】
技術研發人員：L·奧伊，
申請(專利權)人：哈里伯頓能源服務公司，
類型：發明
國別省市：美國;US