使用随钻井下压力测量来检测和减轻流入的制作方法

使用随钻井下压力测量来检测和减轻流入的制作方法
【专利摘要】钻井系统可包括水力模型和流控制设备，该模型确定建模的流体摩擦压力和施加于该建模的摩擦压力的校正因子，且该流控制设备响应于校正因子的变化而自动受控。钻井方法可包括钻掘井眼，钻井期间流体通过井眼循环，确定施加于建模的流体摩擦压力的校正因子，以及至少部分地基于校正因子的变化来控制钻井。
【专利说明】使用随钻井下压力测量来检测和减轻流入
【技术领域】
[0001]本公开一般涉及与钻掘地下井结合使用的设备以及执行的操作，在下述一个示例中，更具体地提供使用随钻井下压力测量以检测和减轻流入。
【背景技术】
[0002]可使用水力模型来控制钻井作业，例如，在压力管理、欠平衡、过平衡、或控制压力钻井方面。一般，在钻井作业期间，目标是把井眼压力维持在期望值上。不幸地，钻井期间进入井眼的流入可破坏正常的钻井作业，且如果不检查可导致危险情况。
[0003]因此可理解，在本【技术领域】中不断需要对检测和减轻钻井期间的流入的改进。
【专利附图】

【附图说明】
[0004]图1是可实施本公开的原理的钻井系统以及相关联的方法的代表性局部剖视图。
[0005]图2是钻井系统和方法的另一个不例的代表性不意图。
[0006]图3是可与图1和2的系统和方法一起使用的压力和流控制系统的代表性示意图。
[0007]图4是其中记录了流入事件的代表性钻井录井。
[0008]图5是检测和减轻流入的方法的代表性流程图。
【具体实施方式】
[0009]在图1中代表性地示出的是可实施本公开的原理的钻井系统10以及相关联的方法。然而，应该清楚地理解，系统10以及方法仅是实践中本公开的原理的应用的一个示例，且大量的其它示例都是可能的。因此，本公开的范围完全不局限于这里描述的和/或在附图中描绘的系统10以及方法的细节。
[0010]在图1的示例中，通过旋转位于钻柱16末端的钻头14来钻掘井眼12。使通常称之为泥浆的钻井液18循环向下通过钻柱16，从钻头14出来，并且向上通过形成在钻柱和井眼12之间的环形区域20，从而使钻头冷却、润滑钻柱、除去钻屑、以及提供井底压力控制的测量。止回阀21 (—般是挡板式检查阀)防止钻井液18的流向上通过钻柱16(例如，当正在钻柱中建立连接时)。
[0011]在压力管理钻井(managed pressure drilling)以及在其它类型的钻井作业中，井眼压力的控制是极重要的。优选地，精确地控制井眼压力以防止流体过度损耗到围绕井眼12的地层中、不期望的地层压裂、不期望的地层流体流入井眼等。
[0012]在典型的压力管理钻井中，在不超过地层的破裂压力(fracture pressure)的情况下，期望将井眼压力维持为稍大于由井眼所穿透的地层的孔隙压力。在其中孔隙压力和破裂压力之间的裕度相对小的情况中，这个技术是特别有用的。
[0013]在典型的欠平衡钻井中，期望将井眼压力维持为略小于孔隙压力，藉此得到来自地层的流体的受控流入。在典型的过平衡钻井中，期望将井眼压力维持为略大于孔隙压力，藉此防止(或至少减轻)来自地层的流体流入。
[0014]可把氮气或另外的气体或另外重量较轻的流体添加到钻井液18中以便进行压力控制。例如，在欠平衡钻井作业中这个技术是有用的。
[0015]在系统10中，使用旋转控制设备22 (RCD)关闭环形区域20 (例如，隔离它与大气的连通，并且在地表处或接近地表处对环形区域加压力)，获得对井眼压力的附加控制。RCD22密封井口 24上的钻柱16。虽然没有在图1中示出，但是钻柱16将向上延伸通过RCD22从而连接到,例如,旋转台(未示出)、立管管线(standpipe line)26、方钻杆(未示出)、顶部驱动、和/或其它常规钻井装置。
[0016]钻井液18经由与RCD22下面的环形区域20连通的翼阀28排出井口 24。然后流体18通过泥浆返回管线30、73流到阻流管汇32，它包括冗余阻流器34 ( 一次可仅使用其中的一个)。通过可变地限制通过工作阻流器34 (多个)的流体18的流动，把背压力施加到环形区域20。
[0017]在其它示例中，可阻流器34外的流控制设备把背压力施加至环形区域20。例如，可使用阀或其它类型的流控制设备来限制流或转向流，从而调整施加至环形区域20的背压力。
[0018]在图1的示例中，流过阻流器34的限制越大，施加至环形区域20的背压力就越大。因此，可通过改变施加至环形区域20的背压力来方便地调整井下压力(例如，在井眼12底部的压力、井下套管底环处的压力、特定地层或区域处的压力等)。可使用水力模型，如下更完整地描述地，来确定在地表处或地表附近施加至环形区域20的压力，这导致期望的井下压力，以使操作者(或自动控制系统)可易于地确定如何调整在地表处或地表附近施加至环形区域的压力(这可方便地测量到)从而得到期望的井下压力。
[0019]可经由多个压力传感器36、38、40在地表处或地表附近测量施加至环形区域20的压力，每个传感器都与环形区域连通。压力传感器36感测RCD22下但是在防喷器(BOP)组42上的压力。压力传感器38感测井口中在BOP组42下的压力。压力传感器40感测阻流管汇32上游的泥浆返回管线30、73中的压力。
[0020]另一个压力传感器44感测立管管线26中的压力。又一个压力传感器46观测在阻流管汇32下游但是在分离器48、振动筛50、和泥浆坑52上游的压力。另外的传感器包括温度传感器54、56、科里奥利流量计58、以及流量计62、64、66。
[0021]这些传感器并非都是必需的。例如，系统10可只包括三个流量计62、64、66中的两个。然而，在确定钻井作业期间施加于环形区域20的压力应该是多少方面，来自所有可用传感器的输入可对于水力模型是有用的。
[0022]如果期望，可使用其它传感器类型。例如，流量计58不必定是科里奥利流量计，因为可替代地使用涡轮流量计、声学流量计、或另外类型的流量计。
[0023]此外，钻柱16可包括它自己的传感器60，例如，来直接测量井下压力。这样的传感器60是熟悉本领域技术的人员已知的类型，如随钻压力(PWD)、随钻测量(MWD)、和/或随钻测井(LWD)。这些钻柱传感器系统通常提供至少压力测量，还可提供温度测量、检测钻柱特性(诸如振动、钻压、粘滑等)、地层特性(诸如电阻率、密度等)、和/或其它测量值。可使用各种形式的有线或无线遥测(声学、压力脉冲、电磁等)把井下传感器测量值发送到地表。[0024]如果期望，系统10中可包括附加传感器。例如，可使用另一个流量计67来测量流体18排出井口 24的流速，另一个科里奥利流量计(未示出)可直接互连钻机泥浆泵68的上游或下游等。
[0025]如果期望，系统10可包括更少的传感器。例如，替代使用流量计62或任何其它流量计，通过计数泵冲程可确定钻机泥浆泵68的输出。
[0026]注意，分离器48可以是3或4相分离器，或泥浆气体分离器(有时称之为“泥气分离器(poor boy degasser)”)。然而,在系统10中不必定使用分离器48。
[0027]钻井液18通过钻机泥浆泵68泵入通过立管管线26并进入钻柱16内部。泵68接收来自泥浆坑52的流体18，并且使其经由立管管汇70流到立管管线26。然后流体18循环向下通过钻柱16、向上通过环形区域20、通过泥浆返回管线30、73、通过阻流管汇32，然后经由分离器48和振动筛50到泥浆坑52以便调整和再循环。
[0028]注意，在至此所述的系统10中，不可使用阻流器34来控制施加至环形区域20的背压力以控制井下压力，除非流体18正流过阻流器。在常规的过平衡钻井作业中，例如，任何时候当在钻柱16中建立连接时(例如，当井眼12钻掘得更深时，把另一个长度的钻井管道添加到钻柱中)，会发生缺少流体18的流，并且缺乏循环将要求通过流体18的密度来单独调整井下压力。
[0029]然而，在系统10中，当在钻柱16中建立连接时，即使在流体18不循环通过钻柱16和环形区域20的情况下，也可维持通过阻流器34的流体18的流。因此，即使可不使用分离的背压力泵，仍可通过限制通过阻流器34的流体18的流而把压力施加至环形区域20。
[0030]当流体18没有通过钻柱16和环形区域20循环时(例如，当在钻柱中建立连接时)，流体经由旁路管线72、75从泵68流到阻流管汇32。因此，流体18可旁通立管管线
26、钻柱16以及环形区域20，并且可直接从泵68流到仍与环形区域20保持连通的泥浆返回管线30。通过阻流器34限制的这个流将藉此导致把压力施加至环形区域20 (例如，在典型的压力管理钻井中)。
[0031]如图1中描绘，旁路管线75和泥浆返回管线30两者都经由单个管线73与环形区域20连通。然而，旁路管线75和泥浆返回管线30替代地可分开连接到井口 24，例如，使用附加的翼阀(例如，在RCD22下面)，在该情况中，管线30、75的每一个直接与环形区域20连通。
[0032]虽然这样在井场处需要一些附加的管道，但是环形区域上压力的效果与把旁路管线75和泥浆返回管线30连接到公共管线73时基本上相同。因此，应该理解，可使用系统10的部件的各种不同的配置，这仍保持在本公开的范围内。
[0033]由阻流器或其它类型的流控制设备74来调整通过旁路管线72、75的流体18的流。管线72是旁路流控制设备74的上游，而管线75是旁路流控制设备的下游。
[0034]基本上由阀或其它类型的流控制设备76来控制通过立管管线26的流体18的流。由于通过每个立管和旁路管线26、72的流体18的流速对于确定这些流如何影响井眼压力方面是有用的，图1中描绘的流量计64、66在这些管线中是互连的。
[0035]然而，即使只使用流量计62、64，也可确定通过立管管线26的流速，并且即使只使用流量计62、66，也可确定通过旁路管线72的流速。因此，应该理解，系统10不必须包括图1中描绘的和这里描述的所有传感器，而是系统可替代地包括附加的传感器，不同组合和/或类型的传感器等。
[0036]在图1的示例中，在钻柱中建立连接之后，可使用旁路流控制设备78以及限流器80来填充立管管线26和钻柱16，并且在打开流控制设备76之前，可用于均衡立管管线和泥浆返回管线30、73之间的压力。否则，在立管管线26和钻柱16并且用流体18填充并加压之前的突然打开流控制设备76，可导致环形区域20中不期望的压力瞬变(例如，当立管管线26和钻柱16充以流体时到阻流管汇32的流暂时丢失，等)。
[0037]通过在建立连接之后打开立管旁路流控制设备78，允许流体18填充立管管线26和钻柱16，同时基本大部分流体继续通过旁路管线72流动，藉此能继续控制把压力施加至环形区域20。在立管管线26中的压力已经与泥浆返回管线30、73和旁路管线75中的压力均衡之后，可打开流控制设备76，且然后可关闭流控制设备74，慢慢地把较大比例的流体18从旁路管线72转向到立管管线26。
[0038]在钻柱16中建立连接之前，可执行相似的过程，但是是反向的，以逐渐把流体18的流从立管管线26转向到旁路管线72，准备把更多的钻管添加到钻柱16中。S卩，可逐渐地打开流控制设备74，以慢慢地把较大比例的流体18从立管管线26转向到旁路管线72，然后可关闭流控制设备76。
[0039]注意，可把控制设备78和限流器80集成在单个元件中(例如，其中具有流限制的流控制设备)，并且可把流控制设备76、78集成到单个流控制设备81中(例如，单个阻流器，它可在建立钻管连接之后，逐渐打开，慢慢地填充并加压立管管线26和钻柱16，然后充分打开以允许钻掘时的最大流)。
[0040]然而，由于典型的常规钻机配备有立管汇70中的阀的形式的流控制设备76，并且立管阀的使用被结合到通常钻井实践中的，所以可独立操作的流控制设备76、78保留了流控制设备76的使用。流控制设备76、78有时统称如下仿佛它们是单个流控制设备81，但是应该理解，流控制设备81可包括独立的流控制设备76、78。
[0041]图2中代表性地示出另一个示例。在本示例中，流控制设备76连接到钻机的立管汇70的上游。这个配置具有特定优势，诸如，无需修改钻机的立管汇70或汇和方钻杆之间的管线，可像正常钻井作业中那样使用钻机的立管排气阀82来排放立管管线26 (不需要钻机团队(rig’ s crew)改变过程)，等。
[0042]例如使用快速连接器84 (诸如,锤击接头(hammer union))等,流控制设备76可互连在钻机泵68和立管汇70之间。这将允许流控制设备76能方便地适配各种钻机泵管线的互连。
[0043]可使用特别适配的全自动化流控制设备76 (例如，通过图3中描绘的控制器96自动控制)，以便控制通过立管管线26的流，代替使用钻机的立管汇70中的常规立管阀。可定制整个流控制设备81以便像这里描述的那样使用(例如，用于控制通过立管管线26的流，连同转向立管管线和旁路管线72之间的流体18从而藉此控制环形区域20中的压力，等)，而不是用于常规钻井目的。
[0044]在图2的示例中，任选地使用可远程控制的阀或其它流控制设备160，以把流体18的流从立管管线26转向到阻流管汇32下游的泥浆返回管线30，以便把信号、数据、命令等发送到井下工具(诸如图1的包括传感器60、包括泥浆马达、偏移设备、操纵控制等在内的其它装置的井底钻具组合)。遥测控制器162控制设备160，遥测控制器162可把信息编码为井下工具可检测的分流的序列(例如，通过井下工具的流的某种减小是源自设备160把流相应从立管管线26转向到泥浆返回管线30)。
[0045]在美国德克萨斯州休斯敦的Halliburton Energy Services有限公司(哈里伯顿能源服务有限公司)销售的GEO-SPAn(TM)系统中提供合适的遥测控制器和合适的可远程操作的流控制设备。遥测控制器162可连接到INSITE(TM)系统或控制系统90中的其它捕获和控制接口 94。然而，可使用其它类型的遥测控制器和流控制设备也符合本公开的范围。
[0046]注意，优选地，每个流控制设备74、76、78和阻流器34是可远程和自动控制的，从而通过在地表处或接近地表处保持期望的环形区域压力来维持期望的井下压力。然而，可手动控制这些流控制设备74、76、78和阻流器34中的任何一个或多个，这也符合本公开的范围。
[0047]在图3中示意性地示出可与系统10和图1和2的相关联的方法一起使用的压力和流控制系统90。优选地，控制系统90是全自动的，虽然也可使用一些人类介入，例如，来防范不恰当的操作、启动某些例程、更新参数等。
[0048]控制系统90包括水力模型92、数据捕获和控制接口 94以及控制器96 (诸如可编程逻辑控制器或PLC、经合适编程的计算机等)。虽然在图3中分立地描述这些元件92、94、96,但是可把它们的任何或全部结合到单个元件中，或这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]在控制系统90中使用水力模型92来确定地表处或接近地表处的期望的环形区域压力，以得到期望的井下压力。水力模型92利用诸如井几何形状、流体性质、以及邻井(offset well)信息(诸如地热梯度、孔隙压力梯度等)之类的数据，以及由数据捕获和控制接口 94捕获的实时传感器数据，来作出这个确定。
[0050]因此，在水力模型92和数据捕获和控制接口 94之间存在持续的双向数据和信息传输。重要的是要理解，数据捕获和控制接口 94工作来维持从传感器44、54、66、62、64、60、58、46、36、38、40、56、67到水力模型92的基本连续的实时数据流，以使水力模型具有它适配而改变情况和更新期望环形区域压力所需要的信息，并且水力模型用于向数据捕获和控制接口基本连续地提供要求的环形区域压力值。
[0051]作为控制系统90中的水力模型92使用的合适的水力模型是美国德克萨斯州休斯敦的 Halliburton Energy Services 有限公司销售的 REAL TIME HYDRAULICS (TM)或 GBSETPOINT(TM)。另一个合适的水力模型是以商标名IRIS(TM)提供的，且又一个合适的水力模型可从挪威的特隆赫姆的SINTEF得到。在控制系统90中可使用任何合适的水力模型而与本公开的原理符合。
[0052]在控制系统90中用作数据捕获或控制接口 94的合适的数据捕获或控制接口是Halliburton Energy Services 有限公司销售的 SENTRY? INSITE(TM)和 INSITE(TM)。在控制系统90中可使用任何合适的数据捕获和控制接口而与本公开的原理符合。
[0053]控制器96用于通过控制泥浆返回阻流器34和其它设备的操作来维持期望设置点环形区域压力。当从数据捕获和控制接口 94把更新的期望环形区域压力发送到控制器96时，控制器使用该期望环形区域压力作为设置点，并且以一个方式来控制阻流器34的操作(例如，按需增加或减少通过阻流器的流阻力)以维持环形区域20中的设置点压力。可更多地关合阻流器34以增加流阻力，或更多地打开以减小流阻力。[0054]通过将设置点压力与测量到的环形区域压力(诸如由传感器36、38、40中任何一个感测到的)进行比较来完成设置点压力的维持，并且如果测量到的压力大于设置点压力则减小通过阻流器34的流阻力，如果测量到的压力小于设置点压力则增加通过阻流器34的流阻力。当然，如果设置点和测量到的压力相同，则不需要调节阻流器34。这个过程优选是自动化的，以致不需要人工介入，虽然如果期望可使用人工介入。
[0055]还可使用控制器96来控制立管流控制设备76、78以及旁路流控制设备74的操作。因此可在进行钻柱16中的连接之前，使用控制器96来自动进行流体18的流从立管管线26转向到旁路管线72的过程，然后在进行连接之后，使流从旁路管线转向到立管管线，然后恢复流体18的正常循环以便钻井。同样，在这些自动化过程中不需要人工介入，虽然如果需要的话可使用人工介入，例如，依次启动每个过程，人工地操作系统的部件等。
[0056]在系统90中可使用数据验证和预测技术以防备使用有差错的数据而保证确定的值是符合(in line with)预测值的，等。在国际申请PCT/US11/59743中描述了合适的数据验证和预测技术，但是如果期望可使用其它技术。 [0057]当在开放式循环系统中钻井时，已经使用随钻压力(PWD)压力测量工具来监测井底压力，并且已经用来检测井眼事件。具有压力管理钻井(MPD)以及使用阻流器34或其它类型的流控制设备来维持期望井眼压力，已经大大地限制了检测事件的PWD测量的使用。
[0058]可通过下面的公式给出通过水力模型92计算的用于调节流体摩擦压力的校正因子CF:
[0059]CF = (PffD psi — WHP —水静力)/ 模型摩擦力(I)
[0060]其中PWD psi是由互连在钻柱16中的PWD工具(诸如传感器60)进行的压力测量，WHP是在或接近地表处(例如，在井口 24处)测量到的环形区域压力，而水静力是井眼中一个位置处的由于在该位置上面的流体18的柱(column)的重量引起的静态井眼压力(例如，在没有通过钻柱和环形区域20的循环的情况下)。基于测量到的流体18的密度和测量到的井眼位置上面的流体柱的真实的垂直深度，来计算水静力。
[0061]由水力模型92实时计算模型摩擦力。把校正因子CF施加于模型摩擦力(CF*模型摩擦力)以计算实际摩擦压力(摩擦力)。
[0062]在正常的压力管理钻井条件下，上述公式的分子(PWD ps1- WHP —水静力)是井眼12中测量到的摩擦压力的判定，并且是实时值(分子中的每一项都是可得到的以便以实时用于公式中)。PWD数据传输频率可以是数秒到数分，并且每次接收到PWD数据，可把公式(I)应用于计算校正因子CF。
[0063]在正常情况中，在建模的摩擦压力和测量到的摩擦压力(在上述公式中分别为分母和分子)之间的差异应该是极小的，所以CF应该近似于I。如果CF增加，这表示井眼12中的流体摩擦力正在增加(例如，井眼中有更多钻屑、井眼部分倒塌物等)。如果CF开始减少，这表示减少的流体摩擦，这可能是气举的结果(例如，当气体向上流到地表时，环形区域20中气体膨胀，从而减小了环形区域流体18柱的有效密度)。
[0064]在压力管理钻井中(例如，用在地表处或接近地表处对大气封闭的环形区域20钻掘，并且调整环形区域20中的压力从而调整井下压力)，可使用下面公式控制一个或多个阻流器34 (这些阻流器34限制来自环形区域的流体18的流):
[0065]WHP =期望的一摩擦力一水静力(2)[0066]其中期望的是在井眼中任何位置处的期望压力(例如，在井眼的底部或远端、在套管底环处、在由井眼穿透的欠压力(under-pressured)区处等)，并且摩擦力是由于环形区域20中流体摩擦力引起的压力(摩擦力=CF*模型摩擦力，如上所述)。
[0067]如果WHP大于上述公式中给出的值，则可进一步打开阻流器34 (多个)(导致对于流的限制较小)，并且如果WHP小于上述公式中给出的值，则可进一步关合阻流器(导致对流进行更大的限制)。因此，对于控制阻流器34(多个)的操作，或以其他方式精确地控制井眼12压力，使用公式⑵中各项的合适的值来计算WHP是极重要的。
[0068]已经发现，在其中PWD工具或其它压力传感器60是钻柱16的一部分的情况中，在发生流入(influx)之后，水力模型92将调节CF(例如，应用上述公式(I))以维持期望井眼压力(见图4中描绘的测井示例)。当控制系统90，用自动(例如，自动化地控制阻流器(多个)34以维持期望井眼压力)以及用水力模型92来控制井眼12压力时，当发生这样的流入时，CF可快速减小(例如，小到.001)。
[0069]如此小的CF是不正确的，因为具有任何循环流体18在井眼12中存在摩擦力。然而，在流入期间公式I中的误差是在水静力项中(例如，在用于计算静水压力的静态流体密度中)。在流入期间，当气体迁移到环形区域20上并且流入流体(例如，凝析气等)从单相过渡到多相流体时，在环形区域20中的静水压力减小。
[0070]为了使用PWD进行井涌检测并且在MPD作业中防止井涌，可通过水力模型92计算的校正因子CF的的实时监测、趋势分析应用、和/或神经网络分析等进行井涌(流入)的标识。如果期望，可使用从CF特性中标识流入的其它技术(例如，CF的斜率、二阶导数等的评估)。在CF的实时分析期间，如果在某个时刻发生预定的回归或侵犯(aggression),可触发报警，并且水力模型92可开始校正控制算法的水静力项以防止任何进一步的流入。
[0071]在下文更充分讨论如下的一种算法，该算法将防止流入的增加:
[0072]经调节的丽=以前的丽一((以前的摩擦力一观察到的摩擦力)/(.052*TVD))(3)
[0073]其中经调节的MW是用于计算水静力项的经调节的泥浆重量(流体18密度)，以前的MW是下一个以前计算的或测量的流体密度，以前的摩擦力是下一个以前的经建模的摩擦压力，观察的摩擦力是当前计算的摩擦压力(例如，使用公式2)，而TVD是真实的垂直深度。注意，.052项用于把每加仑的以磅为单位的泥浆重量转换成每平方英寸的磅数(当乘以英尺表示的TVD时)。如果使用其它单位，则这个转换因子将改变。
[0074]重复地应用，公式3将调节水静力项直到CF实质上等于I。一旦流入在环形区域20夕卜，CF将开始增加，并且使用同一个公式，将适当地调节水静力项。
[0075]—旦标识了流入(例如，使用实时监测、趋势分析应用、神经网络分析等)，就可重复应用公式3，逐渐地减小公式I的水静力项。在实际实践中，这将导致公式I的水静力项逐渐减小，直到CF项稳定和开始再次增加。
[0076]在图4的示例性测井中，当发生进入井眼的流入时，校正因子减小到接近零。注意，CF的减小开始于坑容积显著增加之前，并且在3P气体读数增加之前。这个(流入和导致的CF减小)是其中可使用这里描述的原理来避免的情况。
[0077]注意，在图4测井中，即使在已经发生流入之后，坑容积已经增加，并且已经在地表处检测到增加的气体，泥浆重量保持不变。通过使用这里描述的原理，减轻流入之后对流体密度的调节的缺乏，以及接着的校正因子CF中的减小。
[0078]由于图4测井中描绘的校正因子CF的减小先于坑容积增加和地表处气体读数的增加，应该理解，这个CF减少可作为发生流入的早期指示。使用上述实时监测、趋势分析应用、神经网络分析技术等，可易于标识流入一指示CF减小，以致可向操作者报警，可采取补救措施(诸如使用上述公式3来修改水静力项等)，并且防止进一步的流入。
[0079]早期井涌(流入)检测和防止的这个方法与现有的方法显著地不同。通过监测阻流器调节和质量流(mass flow)差异(出井的质量流减去入井的质量流)通常为具有MPD的井涌检测，这些技术过去已经产生混合的结果。
[0080]当按上述方式使用PWD工具(或其它井下压力测量设备，诸如MWD工具)进行测量时，即使流入导致流体密度的变化，也可正确地确定校正因子CF。在井眼12中具有压力测量工具(PWD、MWD等)的情况下，这允许增强井眼压力控制。
[0081]现在附加地参考图5，代表性地示出钻井期间用于检测和减轻进入井眼12的流入的方法100的示例性流程图。可与上述钻井系统10和压力和流控制系统90 —起使用方法100，或可与其它系统一起使用该方法。
[0082]在步骤102处，确定校正因子CF。基于测量到的井眼12压力(例如，来自传感器60，诸如PWD或MWD工具)、在地表处或接近地表处测量到的环形区域20压力(WHP)、从测量到的流体密度和真实垂直深度计算的静水压力、以及来自水力模型92的摩擦压力，可使用公式I来计算校正因子CF。在转让给本申请的受让人的美国专利N0.8240398中提供校正因子CF的进一步说明。
[0083]在步骤104中使用校正因子CF来计算实际摩擦压力。使用实际摩擦压力(摩擦力)来计算在地表处或接近地表处的期望环形区域20压力(WHP)，这在井眼12中一个位置处产生期望压力。为了这个目的可使用公式2。
[0084]在步骤106中，评估步骤102中确定的校正因子CF。如上所述，CF的相对高的值表示环形区域20中增加的流体摩擦力，例如，由于增加的钻井钻屑、部分井眼坍塌等引起的。快速减小的CF表示进入井眼的流入。可在步骤106中使用本领域技术人员众知的技术，诸如趋势分析、神经网络、斜率和/或二次导数分析等，以标识何时正在发生或已经发生流入或其它类型的事件。
[0085]在步骤108中，调节流体18的密度以便减轻步骤16中表示的事件的影响。例如，如果步骤106中表示流入，则在步骤108中，可增量地减少流体18密度(例如，泥浆重量MW)以致也减小了公式2中使用的所计算的水静力项。为了这个目的可使用公式3。流体18密度的减小对应于由于流入、气体膨胀等引起的环形区域20中的密度减小。
[0086]注意，没有减小流体18的实际密度。而是，通过减小计算静水压力使用的泥浆重量MW而增量地减小公式2中使用的水静力项，以致增量地增加所施加的压力(公式3中的WHP)。
[0087]增加的施加的压力WHP终于防止流入进一步进入井眼12，此时，校正因子CF开始增加，并且作为重复应用步骤102、104和108的结果，用于计算公式2中的水静力项的流体密度MW将增加。最终，校正因子CF应该稳定为约一，因为条件返回到正常。
[0088]可期望限制增加的施加的WHP，例如，以便防止损坏脆弱或敏感的地层。在该情况中，可只减小公式2中水静力项达预定量，和/或，对于施加的WHP可设置预定的最大水平，以致井眼12中某个位置处的压力不超过最大水平。还(或可选地)可设置施加的WHP的极限以便防止损坏装置(诸如，地表压力控制和流装置)。
[0089]如果步骤106中对校正因子CF的评估(例如，通过趋势分析、神经网络、斜率和/或二阶导数的分析等)指示大多流入已经进入井眼12，并且应该开始井控制程序，则可自动地把流体18转向到钻机井控制装置。例如，在图2的示意图中，流体18的流可从阻流管汇32转向到钻机阻流管汇(例如，经由阻流器管线)。
[0090]响应于校正因子CF的增加(例如，表示增加的钻井钻屑、部分井眼坍塌等)，公式2中的水静力项可替代为增量地增加。这导致在地表处或接近地表处施加至井眼12的较小压力，如果期望，例如，以补偿环形区域20中增加的钻井钻屑容积等。可增量地增加水静力项直到校正因子CF开始减小。
[0091]现在可充分理解，上述公开对井眼压力控制的领域提供了重要的改进。在上述一个示例中，使用校正因子CF来计算井眼12中的流体摩擦压力，并且校正因子的减小表示已经发生流入。响应于检测到校正因子CF中的预定变化可增量地改变流体18密度项，例如，以便减轻流入的影响。
[0092]通过上述公开对本领域提供钻井方法。在一个示例中，所述方法可包括:钻掘井眼12，在钻井期间通过井眼12循环流体18 ;确定施加于建模的流体摩擦压力的校正因子CF ；以及至少部分基于该校正因子CF的变化来控制钻井。
[0093]可通过水力模型92产生建模的流体摩擦压力。
[0094]校正因子CF的增加可表示井眼12中实际流体摩擦力的增加。校正因子CF的减小可表示井眼中静水压力的减小。
[0095]该方法可包括当校正因子CF减小到预定水平以下时，和/或当校正因子CF以大于预定速率的速率减小时，设置报警。
[0096]控制步骤可包括响应于校正因子CF的变化把流体18的流自动地转向到钻机阻流管汇。
[0097]控制步骤可包括响应于校正因子CF的变化在地表处或接近地表处增加施加至井眼12的压力。压力增加步骤可包括将施加至井眼的压力增加到预定最大水平。
[0098]控制步骤可包括增量地减小公式中的水静力项:WHP =期望的一摩擦力一水静力，其中WHP是在地表处或接近地表处施加至井眼的压力，期望的是在一个井眼位置处的要求的压力，摩擦力是井眼中的流体摩擦力，以及水静力是该位置处的静水压力。
[0099]增量地减小步骤可包括响应于校正因子CF的减小而增量地减小水静力项。
[0100]增量地减小步骤可包括增量地减小水静力项，直到校正因子CF开始增加，直到WHP项达到预定最大水平，和/或直到水静力项已经减小了预定量。
[0101]控制步骤可包括，响应于校正因子CF的增加，增量地增加公式中的水静力项:WHP=期望的一摩擦力一水静力，其中WHP是在地表处或接近地表处施加至井眼的压力，期望的是在一个井眼位置处的要求的压力，摩擦力是井眼中的流体摩擦力，以及水静力是该位置处的静水压力。可增量地增加水静力项直到校正因子CF减小。
[0102]上面还描述了钻井系统10。在一个示例中，系统10可包括水力模型92，该模型确定建模的流体摩擦压力以及施加至建模的摩擦压力的校正因子CF ；以及响应于校正因子CF的变化而自动地受到控制的流控制设备(诸如阻流器34)。[0103]虽然上面已经描述了各个示例，每个示例都具有某些特征，应该理解，一个示例的特定特征没有必要专门用于该示例。而是，上述的和/或附图中描绘的任何特征可与任何示例结合，此外或替代这些示例的任何其它特征。一个示例的特征并不与另一个示例的特征互斥。而是，本公开的范围包括任何特征的任何组合。
[0104]虽然上述每个示例包括特征的某个组合，应该理解，不必定使用一个示例的所有的特征。而是，可使用上述任何特征，而无需还使用任何其它一个或多个特定的特征。
[0105]应该理解，可在各种取向的情况下(诸如倾斜、反向、水平、垂直等)以及各种配置中，利用这里描述的各个实施例，而不偏离本公开的原理。只是描述这些实施例作为本公开的原理的有用应用的示例，这不局限于这些实施例的任何特定细节。
[0106]在代表性示例的上述说明中，为了便于参考附图，使用了方向项(诸如“上面”、“下面”、“较上”、“较下”等)。然而，应该清楚地理解，本公开的范围不局限于这里描述的任何特定的方向。
[0107]在本说明中，以非限制的方式使用术语“包括”、“包含“、以及相似的术语。例如，如果把一个系统、方法、装置、设备等描述为“包括”某个特征或元件，则系统、方法、装置、设备等可包括该特征或元件，并且还可包括其它特征或元件。相似地，认为术语“包含”意味着包含，但是不局限于“。
[0108]当然，熟悉本领域技术的人员在仔细考虑本公开的代表性实施例的上述说明后，容易理解，可对特定实施例进行许多修改、添加、替代、删除和其它改变，本公开的原理设想如此的改变。例如，分开形成的所公开的结构在另一个示例中可组合地形成，反之亦然。
[0109]因此，要清楚地理解，给出的上述详细说明是示意性的，并且只是作为示例，仅通过所附的权利要求书和它们的等效物来限定本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种钻井方法,包括: 钻掘井眼，在钻掘期间，流体通过井眼循环； 确定施加至建模的流体摩擦压力的校正因子；以及 至少部分地基于所述校正因子的变化来控制钻井。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过水力模型生成所述建模的流体摩擦压力。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校正因子的增加表示井眼中实际流体摩擦力的增加。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校正因子的减小表示井眼中静水压力的减小。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括当校正因子减小到预定水平以下时设置报警。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括当所述校正因子以大于预定速率的速率减小时设置报警。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制还包括响应于所述校正因子的变化而自动地把流体流转向到钻机阻流管汇。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制还包括响应于所述校正因子的变化而增加在地表处或接近地表处施加至井眼的压力。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述压力增加还包括将施加至井眼的压力增加到预定最大水平。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制还包括增量地减小公式中的水静力项:WHP =期望的一摩擦力一水静力，其中WHP是在地表处或接近地表处施加至井眼的压力，期望的是在一个井眼位置处的期望压力，摩擦力是井眼中的流体摩擦力，以及水静力是所述位置处的静水压力。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述增量地减小还包括响应于校正因子的减小而增量地减小水静力项。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述增量地减小还包括增量地减小水静力项，直到所述校正因子开始增加。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述增量地减小还包括增量地减小水静力项，直到WHP项达到预定最大水平。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述增量地减小还包括增量地减小水静力项，直到水静力项已经减小了预定量。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制还包括，响应于所述校正因子的增加，增量地增加公式中的水静力项=WHP =期望的一摩擦力一水静力，其中WHP是在地表处或接近地表处施加至井眼的压力，期望的是在一个井眼位置处的期望压力，摩擦力是井眼中的流体摩擦力，以及水静力是所述位置处的静水压力。
16.一种钻井系统，包括: 水力模型，所述模型确定建模的流体摩擦压力以及施加至建模的摩擦压力的校正因子；以及响应于所述校正因子的变化而自动地受到控制的流控制设备。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述校正因子的增加表示井眼中实际流摩擦力的增加。
18.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述校正因子的减小表示井眼中静水压力的减小。
19.如权利要求16所述的系统，其特征在于，当所述校正因子减小到预定水平以下时设置报警。
20.如权利要求16所述的系统，其特征在于，当所述校正因子以大于预定速率的速率减小时设置报警。
21.如权利要求16所述的系统，其特征在于，响应于所述校正因子的变化而把钻井液的流自动地转向到钻机阻流管汇。
22.如权利要求16所述的系统，其特征在于，响应于所述校正因子的变化而增加在地表处或接近地表处施加至井眼的压力。
23.如权利要求22所述的系统，其特征在于，将施加至井眼的压力增加到预定最大水平。
24.如权利要求16所述的系统，其特征在于，响应于所述校正因子的变化，增量地减小公式中的水静力项:WHP =期望的一摩擦力一水静力，其中WHP是施加于地表处或接近地表处的井眼的压力，期望的是在一个井眼位置处的期望压力，摩擦力是井眼中的流体摩擦力，以及水静力是所述位置处的静水压力。
25.如权利要求24所述的系统，其特征在于，响应于所述校正因子的减小而增量地减小水静力项。
26.如权利要求24所述的系统，其特征在于，增量地减小水静力项，直到所述校正因子增加。
27.如权利要求24所述的系统，其特征在于，增量地减小水静力项，直到WHP项达到预定最大水平。
28.如权利要求24所述的方法，其特征在于，增量地减小水静力项，直到水静力项已经减小了预定量。
29.如权利要求16所述的系统，其特征在于，响应于校正因子的变化，增量地增加公式中的水静力项:WHP =期望的一摩擦力一水静力，其中WHP是施加于地表处或接近地表处的井眼的压力，期望的是在一个井眼位置处的期望压力，摩擦力是井眼中的流体摩擦力，以及水静力是所述位置处的静水压力。
30.如权利要求29所述的系统，其特征在于，增量地增加所述水静力项直到所述校正因子减小。
【文档编号】E21B47/008GK103958830SQ201280058737
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年11月5日 优先权日:2011年11月30日
【发明者】J·R·洛沃恩 申请人:哈里伯顿能源服务公司