自动井涌和损失检测的制作方法

自动井涌和损失检测
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年10月31日提交的序列号为62/929064的美国临时专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。


背景技术：

3.井下流体增加和损失检测提供与钻井工作安全性和完整性相关的数据。实现这种检测的一种方式是通过监测流量并使用流量模型来推断井下增加和损失状态。然而，这种监测和建模实现起来可能很昂贵，因为它可能依赖于不容易获得的测量。其他监测流体增加和损失的方法依赖于坑体积测量(即工作(active)坑中的泥浆体积/液位)或流动桨测量。虽然坑体积法通常更容易部署，但它们提供的井涌(kick)检测能力可能效率较低且不太可靠。特别地，在井下泥浆增加/损失事件和坑泥浆液位的响应变化之间可能有相对长的延迟。出现这种延迟的部分原因是地面设备作为坑和井之间的缓冲器，减缓泥浆流的脉冲，最终改变坑泥浆的液位。
4.此外，坑体积监测可能相对不灵活。例如，可以对停泵进行指纹识别，并将其用作基线参考，以推断随后观察到的活跃坑泥浆体积变化是否正常。如果后续时间段的流动条件不同于对比样本中的流动条件，则无法从泥浆体积变化中得出可靠的得失状态结论。此外，这种技术依赖于实际反映正常操作的感兴趣周期；如果一段时间的异常操作被认为是基线(baseline)或正常操作，那么随后的异常可能被遗漏，或者正常工作可能被错误地标记为异常。
5.此外，坑体积监测技术可将正常地面事件，例如坑之间的转移解释为井下增加或损失，导致井下事件的错误确定(例如，错误的井涌警报)。为了解决这种地面事件，当前的实践要求钻井现场的操作者在与泥浆工程师讨论后，当他们意识到例如转移时，在泥浆录井报告上记录实时评论。因此，一旦确认发生了向工作系统的转移，操作员就可以解除增加报警。然而，这种实践依赖于人类用户进行观察，并且及时地将无错信息手动输入到测井中。此外，操作者的反应可能需要时间，因为操作者可能同时负责多个其他任务，导致延迟，从而可能导致长的假井涌警报周期。


技术实现要素：

6.提供本概述以介绍将在下文详细描述中进一步描述的一些概念的选择。该概述不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用作限制所要求保护的主题的范围的帮助。
7.本公开的实施例提供了一种用于监测和控制钻机中的泥浆流动系统的方法，包括测量工作泥浆坑中的工作泥浆体积和非工作泥浆坑中的非工作泥浆体积，对工作泥浆坑中的建模的工作泥浆体积进行建模，通过计算工作泥浆体积的测量值和建模的工作泥浆体积之间的差值来确定泥浆体积平衡，基于非工作泥浆坑中非工作泥浆体积的测量值的变化和泥浆体积平衡的变化的组合，检测从非工作泥浆坑到工作泥浆坑的泥浆转移，以及基于泥
浆体积平衡自动检测井下增加和损失。
8.本公开的实施例还提供了包括一个或多个处理器的计算系统和包括一个或多个存储指令的非暂时性计算机可读介质的存储系统，当由一个或多个处理器中的至少一个执行指令时，使计算系统执行操作。所述操作包括测量工作泥浆坑中的工作泥浆体积和非工作泥浆坑中的非工作泥浆体积，对工作泥浆坑中的建模的工作泥浆体积进行建模，通过计算工作泥浆体积的测量值和建模的工作泥浆体积之间的差值来确定泥浆体积平衡，基于非工作泥浆坑中非工作泥浆体积的测量值的变化和泥浆体积平衡的变化的组合，检测从非工作泥浆坑到工作泥浆坑的泥浆转移，以及基于泥浆体积平衡自动检测井下增加和损失。
9.本公开的实施例还提供了一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在由计算系统的至少一个处理器执行时，使计算系统执行操作。所述操作包括测量工作泥浆坑中的工作泥浆体积和非工作泥浆坑中的非工作泥浆体积，对工作泥浆坑中的建模的工作泥浆体积进行建模，通过计算工作泥浆体积的测量值和建模的工作泥浆体积之间的差值来确定泥浆体积平衡，基于非工作泥浆坑中非工作泥浆体积的测量值的变化和泥浆体积平衡的变化的组合，检测从非工作泥浆坑到工作泥浆坑的泥浆转移，以及基于泥浆体积平衡自动检测井下增加和损失。
附图说明
10.结合附图阅读以下详细说明，可更好地理解本发明。需要强调的是，根据工业中的标准实践，各种特征没有按比例绘制。事实上，为了讨论清楚，各种特征的尺寸可以任意增加或减少。
11.图1示出了根据一实施例的钻井系统示例的示意图。
12.图2示出了根据一实施例的钻井系统的泥浆系统的控制框图。
13.图3示出了根据一实施例的泥浆系统的概念图。
14.图4示出了根据一实施例的用于对泥浆系统中的泥浆流进行建模的过程的流程图。
15.图5示出了根据一实施例的流量和工作体积(基于工作坑中的泥浆体积)的曲线图。
16.图6示出了包括下行链路的泥浆系统实施例的概念图。
17.图7示出了根据一实施例的作为时间函数的非工作泥浆体积、流量、工作泥浆体积和泥浆体积平衡的曲线图。
18.图8示出了根据一实施例的用于检测和考虑泥浆转移的过程的流程图。
19.图9示出了根据一实施例的用于控制泥浆系统的方法的流程图。
20.图10示出了根据一实施例的测量的和理论的(计算的/建模的)工作泥浆体积，以及实时和调整的泥浆体积平衡的曲线图。
21.图11示出了根据一实施例的计算系统的示意图。
具体实施方式
22.现在将公开以下要求保护的主题的说明性示例。为了清楚起见，在本说明书中没有描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在任何这种实际实施方式的开发中，可以做出
许多特定于实施方式的决策来实现开发者的特定目标，例如符合与系统相关和与商业相关的约束，这将因实施方式而异。此外，应当理解，对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说，这种开发努力，即使复杂且耗时，也将是常规任务。
23.此外，如本文所用，冠词“一”旨在具有其在专利领域中的普通含义，即“一个或多个”本文中，术语“约”当应用于一个值时，通常意味着在用于产生该值的设备的公差范围内，或者在一些示例中，意味着加或减10％，或加或减5％，或加或减1％，除非另有明确说明。此外，本文使用的术语“基本上”是指例如大部分、或几乎全部、或全部、或范围为约51％至约100％的量。此外，此处的示例仅是说明性的，并且是为了讨论的目的而不是为了限制。术语“或”的任何使用都意味着非排他性的，例如，“a或b”意味着a、b或a和b两者
24.图1示出了根据一实施例的钻井系统100的示例的示意图。钻井系统100可以设置在井场，该井场可以是陆上或海上井场，钻井系统100可以包括这里描述的各种元件的任意组合。
25.钻井系统100可通过使用悬挂在钻孔11内的钻柱12进行旋转钻井，在地下地层中形成钻孔11。钻井系统100可包括位于钻孔11上方的平台和井架组件10。平台和井架组件10可包括钻井设备，例如转台16、方钻杆17、吊钩18和/或旋转接头19。钻柱12可以通过转台16旋转，转台16在钻柱12的上端接合方钻杆17。钻柱12可以通过方钻杆17和旋转接头19悬挂在附接到游动滑车的吊钩18上，这允许钻柱12相对于吊钩18旋转。在另一个实施例中，可以利用顶部驱动系统来代替转台16和/或方钻杆17，以从钻孔11上方的地面旋转钻柱12。钻柱12可以由多个节段125组装而成，节段125可以是或包括管道和/或钻铤。
26.钻井系统100还可包括连接至钻柱12下端的bha 120。bha120可以包括随钻测井(以下称为“lwd”)工具130、随钻测量(以下称为“mwd”)工具140、马达150、钻头122或它们的组合。钻井系统100还可包括储存在井场形成的工作坑27a中的钻井液或“泥浆”26。应该理解的是，坑可以是挖入地下的结构，例如，适当地加衬以防止渗漏。在其他实施例中，坑可以是单独的容纳结构，例如罐或其他容器。
27.钻井系统100的泵29可将泥浆26从工作坑27a输送至钻柱12的内部，通过旋转接头19中的端口延伸至钻孔11，这可使泥浆26通过钻柱12和bha 120向下流动，如箭头8所示。泥浆26可以经由钻头122中的端口排出，然后通过钻柱12的外部和钻孔11的壁之间的环形空间向上循环，如箭头9所示。泥浆26可以润滑钻头122和/或可以将地层切屑带到邻近钻孔11的表面。泥浆26可以返回到工作坑27a用于清洁和再循环。
28.钻井系统100还可包括一个或多个非工作坑27b。非工作坑27b可以包含储备的泥浆26，其可以周期性地、根据需要等被供应(“转移”)到工作坑27a。例如，地层渗透性、地面损失和/或井下事件可以缓慢地减少工作坑27a中的泥浆26的量，因此来自非工作坑27b的泥浆26可以被供应到工作坑27a(例如，经由一个或多个输送泵)以再供应工作坑27a。此外，在一些情况下，泥浆26的成分可以通过将泥浆26从非工作坑27b转移到工作坑27a来改变。
29.钻井系统100可包括一个或多个振动器155。振动器155可以接收已经从钻孔11向上循环的泥浆，并且可以从其中移除大的钻屑。振动器155也可以移除一部分钻井泥浆26，例如作为钻屑上的薄膜。从振动器155，泥浆26可以返回到工作坑27a，或者可以以其他方式被调节和准备用于通过钻孔11的再循环。
30.在一些实施例中，钻井系统100还可包括下行链路160。下行链路160可以形成绕过
钻孔11和钻柱12的流动路径的一部分，并将钻井泥浆从泵29直接返回到工作坑27a。下行链路160可以用于与bha120的各个方面进行双向通信。
31.现在转向钻井系统100的至少一部分的处理方法和控制，特别是其泥浆系统，本公开的实施例可结合两种技术用于泥浆流监测和控制。具体地，这些实施例可以建模通过地面设备的泥浆流，并自动识别和跟踪坑之间的泥浆转移。
32.建模地面设备有助于做出考虑瞬态泥浆体积的预测。当泥浆流量变化时，例如在连接期间(例如，因为泵停止和启动)，可以观察到瞬态泥浆体积。该模型可以采用动态(on the fly)重新校准策略，其允许模型适应变化的泥浆特性。控制这种重新校准以避免用异常条件数据训练模型。自动重新校准过程与使用模型实时检测泥浆体积平衡异常的过程并行工作。然后将该预测与测量的体积进行比较，以确定泥浆体积平衡，由此可以确定泥浆的增加或损失。
33.自动检测坑之间的泥浆转移可通过监测非工作泥浆坑并应用分割算法来识别其中测量的泥浆液位的变化周期。基于泥浆体积平衡的变化，可以识别非工作坑中的泥浆体积趋势的变化，并且可以将该变化与流入或流出工作坑的转移相关联。响应于检测到的非工作坑和工作坑之间的转移，可以实时自动调节测量的工作体积。正如这里使用的术语，“实时”是指人类用户容易感知的无延迟发生的事情，目标是“实时”没有任何明显的延迟。
34.图2示出了根据一实施例的泥浆控制系统200的控制框图。泥浆控制系统200可以使用计算系统的一个或多个计算装置来实现，该计算系统可以位于钻井系统100的本地(例如，钻井系统100的物理部件)，或者位于远离钻井系统100的位置，并经由例如互联网连接与之通信。
35.如202处所示，泥浆控制系统200可对钻井系统100中的泥浆进行实时测量，特别是在工作和非工作坑和泵中，如上文参考图1所述。特别是，坑中泥浆的体积可以作为时间的函数来测量。这些测量可用于工作地控制物理泥浆系统(即，钻井系统100的泥浆处理部件)。例如，测量值可被提供给瞬态流动流建模模块204。瞬态流动建模模块204可在钻井系统100中流动的瞬态阶段期间，例如当泵第一次打开时或在其关闭后，对泥浆流动(包括损失)进行建模。
36.瞬态流动流建模模块204的输出可提供给泥浆体积平衡模块206，并用于计算泥浆体积平衡。泥浆体积平衡可以是模型的输出，该模型被配置成建模泥浆系统中的泥浆流，从而预测工作坑中的流体液位。特别地，泥浆体积平衡是在工作坑中测量的泥浆体积和由模型预测的同时在工作坑中的泥浆体积之间的差值异。工作坑可以是规划泥浆体积的方便场所，因为工作坑(和非工作坑，如下所讨论的)中的泥浆体积可以容易地测量，从而为泥浆体积平衡模块206操作的模型提供校准测量。该模型可以考虑泥浆流动系统的各种部件、流体的增加和损失、时间延迟等，并规划在工作坑中的预期量的泥浆。
37.现在参考图3，示出了根据一实施例的钻井系统100的泥浆系统300的概念图。为了进一步理解作为图2的泥浆控制系统200的一部分的瞬态流动流建模模块204和泥浆体积平衡模块206的操作，将参考泥浆系统300的这个视图。
38.当泥浆离开井302时，其包括悬浮在其中的钻屑。泥浆流过流动管线304(例如，管道)并到达振动器306。振动器306提供过滤泥浆的筛网，使得钻屑307从泥浆中分离，并且“清洁的”泥浆返回到一个或多个工作坑308。然后，泥浆被泵出工作坑308并返回到井302，
开始新的循环。在振动器306处，一些泥浆309也随着钻屑307被移除或“丢失”，例如，作为钻屑307周围的泥浆膜。
39.工作坑308中的泥浆体积可能在泵停止和启动时出现峰值(上升或下降)，例如，由于地面设备中的缓冲效应(例如，在振动器306处)。这种行为理论上可以通过将振动器306建模为可渗透介质来再现。
40.在稳态泵流期间，由于振动器306处的钻屑和泥浆损失，工作坑308中的泥浆体积减少。钻屑损失可以从钻屑流中推断出来，钻屑流可以在振动器306的出口处测量。然而，与给定量的钻屑流相关联的泥浆损失可以基于若干因素而变化，因此可以被校准。
41.因此，为了在给定时间点计算工作坑308中的理论泥浆体积，可建模瞬态流动期和稳态流动期期间的损失。为此，可以估计两个系数：地面损失系数β(例如，来自振动器306)和渗透率系数k(代表井304延伸穿过的地下地层)。例如，渗透率系数k在瞬态流动期期间，例如泵启动和泵停止期间，主要影响工作坑308中的泥浆体积。另一方面，在稳态流动期期间，地面损失系数β影响工作坑308中的泥浆体积。
42.因此，校准策略同样可分为两个阶段。现在参考图4，示出了根据实施例的校准过程400的流程图。过程400可包括在泥浆流的瞬态期期间计算渗透率系数，如在402处。具体地，渗透率系数k可以在瞬态期期间被校准。可以选择泵启动来提供瞬态期。尽管泵停止也可以提供瞬态流动期，并且因此一些实施例可以使用泵停止作为瞬态流动期，但是在泵停止期间可能存在异常工作(例如，井涌)的更高风险。
43.对于校准的第二阶段，如在404处，可选择稳态流动期来校准地面损失系数β。稳态流动期可以在泵启动之后(例如，在泥浆开始流动的持续时间之后)和泵停止之前经历。出于校准的目的，可以选择第一稳态流动期，即在第一次泵启动和第一次泵停止之间，因为它可能带来影响泥浆流的异常工作最低风险；然而，在其他实施例中，可以选择稳态流动的其他周期。因此，在至少一些情况下，在第二稳态流动期期间(例如，在第二泵启动之后和第二泵停止之前)，地面损失系数β可以不被重新校准。
44.然后可至少部分基于计算的表面泥浆损失系数β和渗透率系数k对泥浆系统300中的泥浆流进行建模，如在406处。例如，为了计算这些系数，从而产生准确的泥浆流模型，模块204、206可以通过考虑振动器306中的质量守恒方程开始。
45.流出振动器306的清洁泥浆的体积流量可使用达西定律(darcy’s law)表示。也就是说，振动器306可以表现得类似于具有给定渗透性、面积和厚度的多孔介质。积聚在振动器筛网上的清洁泥浆的高度表示为δh。
46.作为第一近似值，可忽略流动管线影响。例如，假设流动管线主要是由于波的传播而造成泥浆流动的延迟。也可能出现一些阻尼效应，但是它们的影响可能包括在振动器筛网的孔隙度建模中。阻尼和孔隙度效应可以用一阶系统来近似。因此，流动管线出口的流量可以近似计算。另一种近似方法是，泥浆密度在每一部分都有小的变化。
47.然后可确定工作坑中的质量守恒方程。井出口处的泥浆是两相介质，具有清洁的泥浆和钻屑，这可以允许确定作为时间函数的泥浆密度。此外，钻屑可被认为具有大致恒定的密度，因此剩余的未知数是清洁泥浆的密度，其可与泥浆密度和移除的钻屑的密度之间的差值异相关。
48.通常不测量泥浆振动器的体积，但其计算是对工作体积的最终计算有用的中间数
据。尽管计算出的振动器体积可能无法与实际测量值进行比较以进行验证，但可以使用一些物理条件来控制其计算。例如，它的全局行为符合一阶系统。
49.与泵停止相比，从物理角度来看，泵启动时的振动器体积更容易解决。如果前一次泵停止和泵启动之间的时间足够长，那么在泵启动开始时可以认为振动器的体积接近于零，因为在泵关闭时，振动器筛网上方的泥浆可能已经通过振动器筛网排出。因此，在实践中，对于泵的启动，振动器的初始条件可以是已知的，例如，振动器体积是静止的。
50.泵停止结束时计算的振动器体积可能不会达到零，但趋向于零。具体地，计算的振动器体积遵循一阶响应，该一阶响应渐进地接近稳态值(泵停止时为零)。因此，在下一次泵启动开始时，即使最后一次泵停止和泵启动之间的时间足够长(取决于时间常数τ)，初始计算的振动器体积也不为零(但接近零)。
51.此外，该一阶模型在其他时间也会引入误差累积。因此，过程400可包括确定何时重新校准任一系数或两个系数，如在408处。工作体积的计算基于迭代方法。因此，为了减少误差传播，可以在每次泵启动期间执行全局摇动器常数k的重新校准或调整，并且如果泵关闭足够长，可以在每次泵启动开始时将摇动器体积重置为零。如果渗透率系数k校准一次，由于一阶假设，工作坑中的理论泥浆体积会偏离测量体积。
52.图5示出了根据一实施例的泥浆系统中的工作体积(即，工作坑中的泥浆体积)和流量的曲线图，二者均为时间的函数。在该图中，有三个由泵启动引起的瞬态流量校准期。这些部分被标记为部分501、502、503，并代表泥浆系统中的瞬态流态。渗透率系数k可以在每个部分501-503期间被校准。相比之下，在正常条件下，地面损失系数β可能不会改变，因为它与地面设备中的泥浆损失以及过滤后的钻屑有关，如上所述的。在校准期，可以计算渗透率系数k，以确保测量的工作体积和计算的体积之间的拟合。此外，系数的校准可以发生在全局振动器常数k的第一次校准之后
53.由于地面损失系数β与设备配置相关，因此在正常条件下可能是恒定的。然而，当振动器306的一个或多个筛网被堵塞时，地面损失系数β可能改变，因为这减少了钻屑过滤并增加了振动器306上方的泥浆缓冲。此外，当钻屑流量变化时，地面损失系数β可能变化，因为钻屑流量变化可能导致泥浆覆层条件的改变。钻屑流量变化可以由泥浆体积平衡模型自动识别，并且泥浆损失系数重新校准可以在没有任何操作者输入的情况下自动触发。然而，振动器筛网堵塞可能难以预测。因此，操作者可能仍然需要采取预防措施来清洁滤器或手动重新校准地面损失系数β。
54.图6示出了泥浆系统300的另一个实施例。在该实施例中，除了上面讨论的其他部件之外，泥浆系统300包括下行链路600，例如，如上面参照图1所示和讨论的。下行链路600的提供可以导致修改的泥浆体积模型。特别地，在包括下行链路600的情况下，工作坑的体积可以至少部分地表示为下行链路600分流的流量的函数。
55.回到图2，瞬态流动流建模模块204用于校准泥浆体积平衡模块206，如上所述的。如所示，泥浆控制系统200还可以包括转移识别模块208和转移补偿模块210。在202进行的测量可被提供给转移补偿模块210和转移识别模块208，转移补偿模块210和转移识别模块208可修改在模块206中计算的泥浆体积平衡。
56.转移识别模块208可通过监测非工作坑和工作坑中的泥浆体积的变化来进行，例如，使用变化点或任何合适的分割算法。变化点算法可以设置有适当的阈值，例如1立方米，
以消除由噪声引起的误报。此外，如果节段长度大于坑体积噪声的两倍，则“节段”，例如体积的变化，可以被认为是“显著的”。
57.因此，转移识别模块208通常可以是被动的，监测坑中的泥浆液位，直到检测到下降或上升或两者，例如，通过参考模块206的泥浆体积平衡。在这一点上，例如通过检查各个坑中的泥浆体积来确定液位的相应变化，来确定该减少或增加是否影响另一个坑中的液位。例如，如果一个非工作坑中的泥浆液面下降，转移到另一个非工作坑中可能会导致另一个非工作坑中的液位相应增加，并且这种转移可能不会影响工作系统。相比之下，从非工作泥浆坑到工作泥浆坑的泥浆转移可以通过至少一个非工作坑中的泥浆体积减少、工作坑中的体积增加来标记，并且可以影响泥浆流动系统中的泥浆体积。
58.泥浆体积平衡可用于交叉检查转移。泥浆体积平衡计算为实测工作体积和理论工作体积之间的差值。如上所述，泥浆体积平衡对瞬态效应进行了补偿，并且具有比原始测量的工作体积更稳定的特性，例如在工作坑中。因此，当在泵流量变化期间发生向工作坑的转移时，仅根据观察工作坑中的泥浆体积可能难以识别。然而，在泥浆体积平衡上观察转移要容易得多。因此，泥浆平衡被用作转移交叉检查的参考。
59.图7示出了在普通时间段内，非工作坑701中的泥浆体积、泥浆流量702(例如，通过泵)、工作坑703中的泥浆体积和泥浆平衡704(工作坑中的实际和理论泥浆体积之间的差值异)的图表。可以看出，非工作坑701中的泥浆体积可以相对稳定，直到705所示的转移事件。转移事件705由非工作坑中流体体积的测量减少来表示；但是，这可能并不代表泥浆系统中泥浆体积的增加，除非工作坑中的液体体积有相应的延迟增加。
60.此外，如泥浆流量702的曲线图所示，泥浆流量702在转移事件705时可能不稳定。在702中，泵已经被关闭和打开，再次关闭，并且在转移事件705开始时处于瞬态阶段。因此，从曲线图703中可以看出，液位发生了变化，但是不清楚这是由泵中的瞬态流动引起的还是由来自非工作坑的流体转移引起的，并且正如在时间上更早看到的，瞬态流动已经导致工作坑中的液位增加。然而，泥浆体积平衡至少消除了一些来自工作坑体积的瞬态流量的影响。如果泥浆体积平衡偏离超过阈值，如转移事件705期间相对急剧的上升所指示的，则它代表工作坑的泥浆增加事件。再加上非工作坑中泥浆量的减少，可以推断发生了转移，而不是已经发生井下泥浆增量事件(井涌)。因此，有一个双因素测试来确定转移的存在，并区分转移与井下增加/损失事件：非工作坑中泥浆体积的变化，以及工作坑中泥浆体积平衡的增加。
61.然后可调节工作坑中的泥浆体积以补偿转移。这通过图2中转移补偿模块210和泥浆体积平衡模块206之间的求和来说明。补偿使用泥浆体积平衡变化。事实上，泥浆体积平衡不受瞬态效应的影响，例如，不受泵流量变化的影响，不受振动器处钻屑回收冲击的影响，不受地面损失的影响。因此，转移过程中泥浆平衡的变化可以代表从另一个坑转移或转移到另一个坑的泥浆量。
62.图8示出了根据一实施例的作为泥浆控制系统(例如泥浆控制系统200)的操作的一部分的用于检测泥浆系统(例如泥浆系统300)中的转移的过程800的流程图。过程800可以包括监测非工作坑中的泥浆体积，如在802处。例如，可以对其应用变化点分析或其他分割技术，例如以连续的方式。
63.在某一点处，802处的监测工作可指示其中一个非工作坑(或非工作坑，如果泥浆
系统300包括单个非工作坑)中的泥浆液位发生变化，如在804处。如上所讨论的，泥浆液位的变化可能超过阈值，例如，以考虑测量中的噪声。泥浆液面的变化可以是非工作坑中泥浆液面的增加或减少。因此，非工作坑中的泥浆液位是确定是否发生转移的第一个触发因素。如果非工作坑中的这种泥浆液面变化不先于工作坑中的泥浆液面变化，则工作坑中的泥浆液面变化可归因于井下增加/损失事件或不是由转移引起的另一事件。
64.一旦在804处识别出非工作坑中泥浆液位的变化，过程800可继续确定另一非工作坑中泥浆液位是否有相应的变化，如在806处。例如，在某些情况下，可能有一个以上的非工作坑，并且可能有原因在这些非工作坑之间转移流体，例如，改变成分、平衡液位等。因此，如果一个非工作坑中的体积改变，过程800检查以查看另一个非工作泥浆坑中的泥浆体积是否考虑了这种改变，这将使泥浆保持在工作系统之外，从而不影响工作泥浆体积。如果另一个非工作坑泥浆液位发生变化以考虑第一坑的变化，则过程800进行到808，在808处，非工作坑的边界(基线液位)发生变化，并且过程800返回到在802处监测工作坑中的泥浆液位。
65.如果在其他非工作坑中没有相应的变化(或者如果没有其他非工作坑，或者如果非工作坑中的变化没有完全考虑在802处识别的非工作坑中的变化)，则过程800可继续确定在工作坑的泥浆体积中是否有相应的变化，如在810处。如上所述，这可以基于泥浆体积平衡来评估，即，将工作坑中的预测泥浆体积与测量值进行比较，而不是或除了比较工作坑中的原始体积变化之外。如果在810处检测到的工作坑的液位没有相应的变化，则在系统或井中可能会发生一些其他事件，这些事件可以单独解决。
66.如果在工作坑中存在相应的变化(例如，通过泥浆体积平衡证明)，则确定已经发生了从非工作泥浆坑到工作泥浆坑的泥浆转移。因此，井涌警报可能不合适。这样，如果反冲警报已经被激活，则它可以被解除，如在812处，或者不被激活。过程800然后可以继续改变工作泥浆体积的边界814，以便使建模的泥浆体积回到与测量的泥浆体积一致(例如，重新校准模型，使得泥浆平衡为零或接近零)。
67.图9示出了根据一实施例的用于监测和/或控制钻机的泥浆系统的方法900的流程图。方法900可包括在泥浆系统中泵送泥浆，如在902处。此外，方法900可包括在瞬态流动期建模泥浆损失，如在904处。泵启动和停止后，可能会立即出现瞬态流动期。在一实施例中，瞬态流动期的泥浆损失可能主要是由于地层渗透性，并且这种损失可以如上所述建模，例如使用渗透率系数k。
68.此外，方法900可包括在稳态流动期期间建模泥浆损失，如在906处。稳态流动期期间的泥浆损失可能主要归因于表面泥浆损失，例如来自振动器的泥浆损失以及钻屑。在一些实施例中，稳态流动期期间的泥浆损失可以基于地面损失系数β来建模，如上所讨论的。
69.方法900还可包括监测(例如，连续或定期测量)泥浆系统的工作和非工作坑中的泥浆体积液位，如908处。工作坑是指在正常泵送作业期间泥浆循环通过的坑。非工作坑可以储存泥浆储备，并且泥浆可以从非工作坑转移到工作坑，用于泥浆系统。因此，在正常泵送作业过程中，流体不会连续循环通过非工作坑并流入/流出井。
70.在泥浆系统的操作过程中，部分基于泥浆损失，还基于其他因素，例如泥浆流量、地面设备、下行链路操作等。方法900可以包括计算工作坑的泥浆平衡，如在910处。工作坑的泥浆平衡可以是工作坑中测量的泥浆体积和模型预测的泥浆体积之间的差值异。
71.方法900可定期(重新)校准瞬态损失和/或稳态损失中的一个或两个的模型，如在912处。以上讨论了这些损失(loss,损失)的校准。在一些实施例中，稳态损失可以在第一稳态流动期期间被校准，然后当表面或流动条件改变时，例如当振动器筛网堵塞时，被重新校准。瞬态损失可以在第一次泵启动后，或在每次泵启动后等重新校准。
72.方法900还可包括基于非工作坑中的泥浆体积和泥浆平衡的组合，检测从非工作泥浆坑到工作泥浆坑的泥浆转移，如在914处。如上所讨论的，转移的检测可以是两部分(至少)确定。首先，检测一个非工作坑中泥浆体积的变化。如果非工作坑中的泥浆体积没有变化，则不存在向/从非工作坑的转移，因此工作坑中的泥浆体积的任何变化都可能归因于其他情况，例如井下泥浆的增加或损失。
73.一旦检测到一个非工作坑中的泥浆体积变化，则确定另一个非工作泥浆坑中的泥浆体积是否有相应变化(表示非工作坑和工作坑之间没有转移)或工作坑的泥浆体积是否有相应变化。然而，如上所讨论的，如果泥浆循环进出井，则工作坑中的泥浆体积可能不是静态的，例如，瞬态流动条件可能使得难以识别工作坑体积的变化的识别。
74.因此，方法900可将泥浆转移的检测建立在泥浆体积平衡偏离一定量的基础上，例如，对应于(或大致相同于)非工作坑的泥浆体积的变化。如果泥浆体积平衡的偏差对应于非工作坑中的泥浆体积的变化，则方法900可以确定已经发生了转移，而不是井下增加/损失事件，并且任何井涌警报等可以被解除(或者不被激活)。此外，方法900可包括调整模型(例如，工作坑中的建模的泥浆体积)以考虑转移，如在916处。因此，可以准备泥浆体积平衡，以形成井下增加/损失事件检测的基础，例如，通过准确地建模系统中的“正常”泥浆损失(例如，通过振动器或基于地层渗透性)并考虑泥浆体积平衡的转移，以便允许井下泥浆损失/增加与正常操作和转移相区别。
75.图10示出了根据一实施例的示出了方法900的操作的两个曲线图1000和1002。在第一曲线图1000中，测量的工作泥浆体积1004(即，通过泥浆系统循环的体积，例如在工作坑测量的体积)与理论(基于模型计算的)工作泥浆体积1006进行比较。在第二曲线图1002中，示出了实时泥浆体积平衡(测量的和工作泥浆体积之间的差值异)1008和“调整的”泥浆体积平衡1010，其考虑了转移。
76.如可以看到的，第一曲线图1000中的理论体积1006的趋势通常是下降的。测量的泥浆体积1004对此进行跟踪，直到事件1020发生。事件1020导致测量的泥浆体积1004急剧增加超过理论体积1006。通常，这表示井下泥浆增加(例如井涌)，这可能是一种危险情况，或者泥浆从一个或多个非工作坑转移到工作坑，这不是一种危险情况。
77.第二曲线图1002示出了事件1020的检测如何影响泥浆体积平衡。如从线1004、1006之间的差值异所预期的，泥浆体积平衡在事件1020开始出现峰值。
78.响应于事件1020，在至少一些实施例中，可激活警报，方法900的至少一项任务可确定警报是否合理(例如，井涌已发生/正在发生)。为此，方法900确定是否也有转移，例如，通过参考泥浆体积平衡和非工作多体积，如上所讨论的。转移确定可以与泥浆体积的监测并行发生，或者可以响应于警报被激活而发生。上面详细讨论了转移确定。如果确定了转移，警报可以被解除。
79.在另一个实施例中，不会响应于检测到事件1020而立即激活警报。相反，可以响应于事件1020设置标志或警告，并且方法900可以确定是否应该激活警报。为了做到这一点，
方法900可以检查转移的发生，如上所讨论的。如果发生转移，方法900抑制激活警报，否则激活警报。
80.如果确定转移，可更新工作系统中的泥浆模型，这可用于“修订”泥浆平衡，以考虑泥浆的转移。如在第二曲线图1002中可以看到的，实时泥浆平衡1008被调整为接近零，反映出泥浆模型准确地预测了工作泥浆体积，现在考虑了转移。
81.从用户的角度来看，该修订可能是前瞻性的。例如，在向用户递送泥浆测量值的过程中可能存在延迟或缓冲，使得在用户接收测量值之前，可以在模型中检测和适应转移，并且修正泥浆体积平衡。或者，当确定泥浆转移时，可以以回顾的方式修正泥浆体积平衡。在任一种情况下，如果检测到转移，警报可以最初被激活，然后被解除，或者可以基于是否检测到转移来决定在激活之前是激活还是抑制激活这种警报。
82.因此，可以看出本系统和方法具有若干实际应用。例如，响应于泥浆平衡的增加和/或工作坑体积的增加而自动启动的井涌警报可以被快速且工作地验证或识别为错误的和解除的。特别地，本公开的实施例可以做出稳健的确定，其考虑地面和井中的泥浆损失，以及流体在非工作和工作坑之间的转移。这可以促进泥浆系统的控制和操作，该泥浆系统用于使泥浆循环通过井，例如经由将泥浆从工作坑中泵入井中并返回到工作坑中。
83.在一些实施例中，本公开的方法可以由计算系统执行。图11示出了根据一些实施例的这种计算系统1100的示例。计算系统1100可以包括计算机或计算机系统1101a，其可以是单独的计算机系统1101a或分布式计算机系统的布置。计算机系统1101a包括一个或多个分析模块1102，其被配置为根据一些实施例执行各种任务，例如本文公开的一种或多种方法。为了执行这些不同的任务，分析模块1102独立地或一个或多个处理器1104协同地执行，该(多个)处理器1104连接到一个或多个存储介质1106。(多个)处理器1104还连接到网络接口1107以允许计算机系统1101a通过数据网络1109与一个或多个附加计算机系统和/或计算系统，例如1101b、1101c和/或1101d通信(注意计算机系统1101b、1101c和/或1101d可以或可以不与计算机系统1101a共享相同的架构，并且可以位于不同的物理位置，例如，计算机系统1101a和1101b可以位于处理设施中，同时与一台或多台计算机1101c和/或1101d通信，所述一台或多台计算机系统位于一个或多个数据中心，和/或位于不同大陆的不同国家)。
84.处理器可以包括微处理器、微控制器、处理器模块或子系统、可编程集成电路、可编程门阵列或另一控制或计算设备。
85.存储介质1106可以实施为一个或多个计算机可读或机器可读存储介质。注意，虽然在图11的示例实施例中，存储介质1106被描绘为在计算机系统1101a内，但在一些实施例中，存储介质1106可以分布在计算系统1101a的多个内部和/或外部外壳内和/或跨过计算系统1101a和/或附加的计算系统。存储介质1106可以包括一种或多种不同形式的存储器，包括半导体存储器设备，例如动态或静态随机存取存储器(dram或sram)、可擦除和可编程只读存储器(eprom)、电可擦除和可编程只读存储器(eeprom)和闪存、磁盘(例如固定、软盘和可移动磁盘)、其他磁性介质(包括磁带)、光学介质(例如光盘(cd)或数字视频磁盘(dvd)、磁盘或其他类型的光学存储装置，或其他类型的存储设备。注意，上面讨论的指令可以在一个计算机可读或机器可读存储介质上提供，或者可以在分布在可能具有多个节点的大型系统中的多个计算机可读或机器可读存储介质上提供。这种计算机可读
或机器可读存储介质或介质被认为是物品(或制造物品)的一部分。制品或制造物品可以指任何制造的单个部件或多个部件。一个或多个存储介质可以位于运行机器可读指令的机器中，或者位于可以通过网络从其下载机器可读指令以供执行的远程站点。
86.在一些实施例中，计算系统1100包含一个或多个泥浆控制模块1108。在计算系统1100的示例中，计算机系统1101a包括泥浆控制模块1108。在一些实施例中，单个泥浆控制模块可以用于执行本文公开的方法的一个或多个实施例的一些方面。在其他实施例中，可以使用多个泥浆控制模块来执行本文方法的一些方面。
87.应当理解，计算系统1100仅仅是计算系统的一个示例，并且计算系统1100可以具有比所示更多或更少的部件，可以组合未在图11的示例实施例中描绘的附加部件，和/或计算系统1100可以具有图11中描绘的部件的不同配置或布置。图11中所示的各种部件可以用硬件、软件或硬件和软件的组合来实施，包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路。
88.此外，本文描述的处理方法中的步骤可以通过在诸如通用处理器或诸如asic、fpga、pld或其他适当设备的专用芯片等信息处理装置中运行一个或多个功能模块来实施。这些模块、这些模块的组合和/或它们与通用硬件的组合包括在本公开的范围内。
89.计算解释、模型和/或其他解释辅助可以以迭代方式被细化；这个概念适用于这里讨论的方法。这可以包括使用基于算法执行的反馈循环，例如在计算设备(例如，计算系统1100，图11)处，和/或通过用户的手动控制，用户可以确定给定的步骤、动作是否、模板、模型或曲线组已变得足够准确，用于评估正在考虑的地下三维地质构造。
90.为了解释的目的，以上描述已经参照特定实施例进行了描述。然而，上述说明性讨论并不旨在穷举或限制所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化都是可能的。此外，这里描述的方法的要素被说明和描述的顺序可以重新排列，和/或两个或更多个要素可以同时出现。选择和描述实施例是为了最好地解释本公开的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够最好地利用公开的实施例和具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例。