+Rb+Rc))))
[0101] (RjR1 · Rj · R0 · Rg · Rf · Rh
[0102] -R1 · Rj · R0 · Rg · Rf-Ri · Rj · Rf · Rh
[0103] -R1 · R0 · Rf · Rh-Rj · Rg · Rf · Rh
[0104] +R1 · R〇 · Rf
[0105] +R1 · Rf · Rh-Rj · Rf · Rh+Rj · Rg) ) Rl)
[0106] 在上式中，每个R1均表示方框的可靠性函数。例如，如果心具有威布尔分布，则每 个m = ，以此类推。将每个部件的可靠性函数代入上述最后的Rsa公式中将得到 (例如MPD海上钻井系统的）作为时间的函数的系统可靠性解析式，或者Rs(t)。
[0107] 可基于子系统的寿命评估来构建子系统的可靠性函数。MH)钻井系统是具有许多 子系统（或部件）的复杂机电系统。通常情况下，一些部件不是全新的。例如，深水钻井平 台在其工作期限中会进行许多不同的钻井操作。虽然许多部件可替换（例如，钻柱、钻头）， 但是其它部件在不同的钻井操作中被重复使用（例如，栗、Β0Ρ)。知道这些部件或子系统还 有多少剩余使用寿命是很重要的。
[0108] 在本公开的一个实施例中，子系统的可靠性函数利用关于该子系统的失效概率、 寿命消耗或者剩余使用寿命的数据。在一方面，可利用函数主要分量分析（FPCA)模型，通 过实时监测和分析钻井系统部件来获得这样的数据。FPCA方法的详细内容披露在由2014 年4月29日提交的美国申请号为No. 14/265, 257、申请名称为"用于监测钻井系统的系统 及方法"的相关申请中，其全部内容通过引用并入本文中。
[0109] 在美国申请号为No. 14/265,257的申请中公开的所述方法适用于井下钻具和地 面设备。例如，在MH)钻井系统中，RCD具有多个密封件和轴承；背压栗和压力传感器必须 精确。这些部件的正常运行对于井控来说是关键的。
[0110] MPD钻井系统中的井下钻具包括具有钻头和钻铤的钻井组件。还可包括井下发动 机、旋转导向系统、遥测发射器，以及随钻测量（MffD)仪器和随钻测井（LWD)仪器。井下钻 具还包括钻杆、套管以及将钻孔划分成不同部分的打包器。
[0111] 在本实施例的一个方面，使用FPCA模型来评估这些部件的寿命消耗。例如，将传 感器安装在RCD上以监测轴承和高压密封件的振动或声音。流量计、压力传感器、振动探测 器、温度传感器均安装在泥浆循环栗上。使用传感器信号作为输入至FPCA模型的输入以评 估轴承、密封件或栗的寿命消耗。依次使用部件的寿命消耗来评估子系统的使用寿命。将 子系统的使用寿命用于RBD模型中来评估MH)钻井系统的可靠性。
[0112] 根据本公开的又一个方面，使用石川图作为针对风险评估的可靠性模型。例如，可 根据设备、方法、操作者、材料、环境和数据测量值对井喷的成因进行分类。每个类别具有其 自身的成因要素。例如，BOP或RCD中的设备失效是可能导致井喷的成因要素。
[0113] 根据本发明的另一方面，使用帕累托图作为可靠性模型来确定系统失效的最重要 成因。例如，针对Mro海上钻井中的井涌来说，三个首要成因为井漏（20%)、起钻期间抽汲 (15%)以及异常的岩层压力（15%)。因此，消除这三个成因可使系统的可靠性加倍。
[0114] 根据本公开的又一个方面，可独立地或与其它可靠性模型组合地使用可靠性模 型，以实现高系统可靠性。例如，可应用所有的可靠性模型来研究井喷、确定重要的因果关 系并提出针对钻井系统的改造。分析可以是定性地（例如石川图）或是定量地（例如FTA 和RBD)。另外，可遮蔽模型分析得出的结果以去除不可靠的结果或者不合理的结果。
[0115] 已经对本公开的实施例进行了详细描述。通过参考并实践本公开，本领域技术人 员将显而易见失效实施例。因此，意图说明的是本说明书及附图仅作为示例而用于示范，本 公开的真实范围由如下权利要求阐明。
【主权项】
1. 一种用于压力可控钻井MPD操作的方法，包括： 设计包括旋转控制装置RCD、钻柱止回阀NRV和节流歧管的MH)钻井系统； 提供针对所述MPD操作的失效模式的概率的第一可靠性模型； 基于所述第一可靠性模型来评估所述失效模式的概率；以及 设计第一井控方案以检测基于所述第一可靠性模型所评估的失效模式， 其中，所述第一可靠性模型选自失效模式和效果分析FMEA、故障树分析FTA、石川图、 帕累托图、可靠性框图RBD及其组合。2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述失效模式选自由以下项所构成的组：无法产生 钻井泥浆、井漏、泥浆池液面增高、不正确的泥浆重量测量液面、泥浆特性改变、压井重泥浆 缺失、无法刺入内部防喷器IBOP或者全启式安全阀FOSV、管线断裂、压力控制损失、到达地 表的未预料气体、立管内有气体、栗管线阻塞、栗失效、井孔不稳定、连续的井孔涌入、高井 底压力BHP、岩层破裂、井涌、BHP猛增、不成功的井控、循环损失、无法补救泥浆损失和高当 量循环密度ECD。3. 如权利要求1所述的方法，还包括： 提供针对所述MH)操作的失效模式的概率的第二可靠性模型； 基于所述第二可靠性模型来评估所述失效模式的概率；以及 设计第二井控方案以检测基于所述第二可靠性模型所评估的失效模式， 其中，所述第二可靠性模型选自由失效模式和效果分析FMEA、故障树分析FTA、石川 图、帕累托图、可靠性框图RBD及其组合构成的组。4. 如权利要求3所述的方法，还包括： 比较所述第一井控方案的结果和所述第二井控方案的结果；以及 从所述第一井控方案和所述第二井控方案中选择井控方案进行实施。5. 如权利要求3所述的方法，还包括： 还提供一个或多个可靠性模型； 基于所述一个或多个可靠性模型来评估所述失效模式的概率；以及 设计一个或多个井控方案以检测基于相应的一个或多个可靠性模型所评估的失效模 式， 其中，所述一个或多个可靠性模型不同于所述第一可靠性模型和所述第二可靠性模 型，并且选自由失效模式和效果分析FMEA、故障树分析FTA、鱼骨分析、帕累托图、可靠性框 图RBD及其组合构成的组。6. 如权利要求2所述的方法，其中，所述可靠性模型为RBD，其中将所述MH)钻井系统 描述为子系统的网络，其中所述MH)钻井系统的可靠性函数基于所述子系统的可靠性函数 来表示。7. 如权利要求6所述的方法，其中，所述Mro钻井系统的寿命或者所述Mro钻井系统的 子系统的寿命根据正态分布、指数分布或威布尔分布来表示。8. 如权利要求6所述的方法，其中，使用函数主要分量分析FPCA来获得所述Mro钻井 系统的子系统的寿命。9. 如权利要求2所述的方法，其中，所述可靠性模型为FMEA，其中针对所述失效模式计 算 RPN。10. 如权利要求2所述的方法，其中，所述可靠性模型为FTA，其中针对所述失效模式计 算 RPN。11. 如权利要求2所述的方法，其中，所述可靠性模型为石川图，其中使用所述石川图 来识别最频繁地导致井控损失的失效模式。12. 如权利要求2所述方法，其中，所述可靠性模型为帕累托图，其中使用所述帕累托 图来识别导致井控损失的失效模式。13. 如权利要求3所述的方法，还包括基于所选择的井控方案来修改所述MH)钻井系统 的设计。14. 如权利要求1所述方法，其中，在海底钻井作业中使用MPD系统。15. -种压力可控钻井系统，包括： 旋转控制装置RCD、钻柱止回阀NRV、节流歧管和多个井下钻具，其中 使用一个或多个可靠性模型对所述系统的可靠性进行评估，所述一个或多个可靠性模 型选自由失效模式和效果分析FMEA、故障树分析FTA、石川图、帕累托图、可靠性框图RBD及 其组合构成的组。16. 如权利要求15所述的系统，其中，所述系统的失效选自由以下项所构成的组：无法 产生钻井泥浆、井漏、泥浆池液面增高、不正确的泥浆重量测量液面、泥浆特性改变、压井重 泥浆缺失、无法刺入内部防喷器IBOP或者全启式安全阀FOSV、管线断裂、压力控制损失、到 达地表的未预料气体、立管内有气体、栗管线阻塞、栗失效、井孔不稳定、连续的井孔涌入、 高井底压力BHP、岩层破裂、井涌、BHP猛增、不成功的井控、循环损失、无法补救泥浆损失和 高当量循环密度ECD。17. 如权利要求15所述的系统，其中，所述系统用于海底钻井作业中。18. 如权利要求15所述的系统，其中，所述钻井系统的一个或多个零件已被使用过，并 且所述零件的剩余寿命是通过使用函数主要分量分析FPCA来进行评估的，其中将所述零 件的剩余寿命用于所述可靠性框图RBD中。
【专利摘要】本发明提供了一种压力可控钻井(MPD)系统以及用于评估和优化的方法。例如，使用诸如失效模式与影响分析(FMEA)、故障树分析(FTA)、石川图、帕累托图、可靠性框图(RBD)的可靠性模型来评估该系统的可靠性。MPD钻井系统适用于海上钻井作业。
【IPC分类】E21B47/10, E21B21/08, E21B21/10
【公开号】CN105019842
【申请号】CN201510208956
【发明人】詹晟, 赵金海, 郑和荣, 许卫平
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中石化休斯顿研究开发中心
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年4月28日
【公告号】US20150308237