泥浆和固井设备系统的集成的制作方法

本文献基于并要求于2017年9月25日提交的美国专利申请序列号：15/714,488的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

背景技术：

勘探、钻井和完井油气井通常是复杂、费时且最终非常昂贵的工作。在其中操作或生产现场的构造或环境带来增加的挑战的某些钻井和完井操作的情况下，这可能尤其如此。

在某些钻井操作中，操作环境可能带来若干自然挑战，从而极大地影响操作费用。在陆地钻井的情况下，通常会采取措施减少开支，例如将设备和设备空间保持在最低限度。也就是说，对于给定的陆地操作，所需设备数量或类型以及必要住宿的任何增加，都会导致陆地设置和操作费用的大幅增加。在某些情况下，可以通过限制使用的设备来节省开支。但是，即使在设备选择方面做出了某些牺牲，在陆上操作中仍需要冗余和最大程度地设备使用。

与大多数钻机一样，陆地钻机通常包括泥浆泵送组件和水泥泵送组件以及大量其他钻井设备。特别地，这些组件交替地用于完成地下井并为其提供套管。即，当钻头向下推进以形成并延伸至地下以下的井孔时，泥浆泵送组件被用于相对于前进的钻头附近的位置提供流体并清除碎屑。一旦用钻头将井孔钻至所需的深度，泥浆循环将暂时停止，同时钻头和相关的钻杆将带回地面。然后可将一段井孔套管向下推进到井孔中。一旦井孔套管正确定位并且泥浆循环终止，就可以操作水泥泵组件将水泥浆泵送通过井孔，从而将井孔套管固定到位。然后可以重复该过程，直到完成所需深度的井为止。即，进一步的钻井、泥浆循环和附加的井孔套管的前进可以继续，如随后所述的通过随后的固井和套管的固定来周期性地中断。

考虑到在不正确的完井阶段水泥浆或泥浆污染的潜在灾难性后果，每个系统已使其设备都分别维护和隔离。

技术实现要素：

提供该概述是为了介绍一些构思的选择，这些构思将在下面的详细描述中进一步描述。该概述不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用于帮助限制所要求保护的主题的范围。

在一个方面，本公开的实施例涉及一种井操作设施，该井操作设施包括第一泵，用于将泥浆和水泥输送到井孔；第二泵，用于将泥浆输送到井孔；第三泵，用于将泥浆输送到井孔；入口歧管，联接至每个泵，用于将泥浆和/或水泥输送至泵；以及排出歧管，联接至各个泵，用于在一压力下输送泥浆和/或水泥。在一些实施例中，第一泵、第二泵和第三泵被构造成彼此隔离并且被串联、并联或彼此备用地使用。

在另一方面，本公开的实施例涉及一种将流体输送到井孔的方法。该方法可以包括在第一排出压力下通过泵将泥浆或水泥之一泵送到井孔，使水循环通过泵以清洁第一泵，以及在第二排出压力下通过泵将泥浆或水泥中的另一个泵送到井孔。

在另一方面，本公开的实施例涉及一种将流体混合并泵送至井中的方法。该方法可以包括通过单个泵控制流体流入到井中，该流体为泥浆流体或水泥流体，顺序地执行对流体的所述控制步骤，使得泥浆流体和水泥流体通过单泵被顺序地置于井中。

在另一方面，本公开的实施例涉及一种用于执行泥浆和固井操作的钻井系统的计算机化控制系统。该系统可以包括与泵系统通信的通信设备、与通信设备通信的处理设备。在一些实施例中，处理设备被配置为存储泵系统的数据，配置泵系统的设置，包括泥浆操作和固井操作，以及在泥浆操作和固井操作之间切换泵系统。

附图说明

图1示出了根据一实施例的用于将一种或多种流体输送到井孔的井操作过程的框图；

图2示出了根据一实施例的用于将一种或多种流体输送到井孔的井操作过程的流程图；

图3示出了根据一实施例的用于通过第二泵将一种或多种流体输送到井孔的井操作过程的控制系统框图；

图4示出了根据一实施例的用于将一种或多种流体输送到井孔的井操作过程的计算系统框图。

应当注意，附图的一些细节已经被简化并且被绘制以促进对实施例的理解，而不是维持严格的结构准确性、细节和比例。

具体实施方式

现在将详细参考本公开的实施例，其示例在附图中示出。在附图和以下描述中，在方便的地方，相同的附图标记用于表示相同的元件。应当理解，以下描述并非旨在详尽地示出所有示例，而仅仅是示例性的。

本公开的实施例总体上涉及提供一种集成的计量和歧管平台系统，用于供应多个泵以在油田操作中的井场处供应水泥浆或泥浆。在一个或多个实施例中，多个泵可在泥浆和水泥浆之间交替或依次泵送泥浆和水泥浆。还提供了用于操作集成的计量和歧管平台系统的方法的实施例，该计量和歧管平台系统用于在油田操作中的井场处供应水泥浆或泥浆。

如所描述的，取决于操作的哪个阶段有效，可以在井孔内存在(并泵入)不同类型的流体，包括泥浆和水泥浆。但是，这些流体的用途完全不同。泥浆通过井孔循环，目的是润滑，冷却并促进钻头的前进。另一方面，将水泥引入井孔中，目的是将井孔套管稳定在安全的最终位置。因此，在错误的时间引入这些流体中的任何一个可能对井的正确完井有严重的后果。例如，在用于固井的位置处存在不超过约1％-3％的泥浆可防止水泥浆凝结并在该位置处的井孔套管和井孔壁之间形成适当的粘结。另一方面，钻井过程中泥浆中的水泥污染物可能会阻碍钻井并完全阻止井孔套管的前进。这些情况中的任何一种都可能造成严重后果，也许需要关闭整个操作过程才能在新位置重新钻孔，这可能要花费数十万美元，即使不是更多的话。

鉴于在完井的不适当阶段水泥浆或泥浆污染的潜在灾难性后果，常规泥浆泵送组件和水泥泵送组件在钻机上分别维护并彼此隔离。因此，泥浆泵送组件在主动钻井操作期间有90％-97％的时间运行，是从钻机上的一个位置使用多个高马力原动机、泵和其他设备进行操作的。当固井时间临近时，泥浆循环终止并且从钻机上单独的固井室或位置开始，上述水泥泵送组件将使用其自身相对较低马力的原动机、泵和相关设备进行操作。尽管鉴于如上所述的污染的潜在后果是可以理解的，但是对完全分开的组件和相关设备的维护对已经稀缺的占地面积成本很高。

泥浆和水泥系统的集成将提供一设备，以在单个系统中混合和输送井下的泥浆和水泥，从而为两个操作提供单一服务并降低污染的风险。在一些实施例中，集成设备可以包括高压泵、混合系统、液体添加剂系统、大容量存储系统和控制架构，所有这些都可以在泥浆和水泥操作中使用。

现在参考图1，集成井操作设施1000包括第一泵105、第二泵205和第三泵305。集成井操作设施1000还可以包括混合系统400、液体添加剂系统500和大容量存储系统600。在一些实施例中，集成井操作设施1000还可包括清洁系统700。

第一泵105、第二泵205和第三泵305可以彼此集成和/或联接和/或集成或联接到混合系统400，使得第一泵105、第二泵205和第三泵305可以与水泥浆、泥浆或水一起使用。在一些实施例中，位于集成井操作设施1000中的设备可具有由陆地钻井操作的钻机供应的动力。第一泵105、第二泵205和第三泵305可以容易地连接到包括管道、电力和计算机网络的集成井操作设施1000中。

在一些实施例中，第一泵105、第二泵205和第三泵305可以一起位于水泥混合器和多用途泵(cmmp)平台上。但是，还可以预见，一个或多个泵可以与一个或多个其他泵相距一定距离，例如在不同的滑台(skid)和/或平台上。在一些实施例中，第一泵105、第二泵205和第三泵305可以位于cmmp平台内的各个滑台上。

在又一些实施例中，混合系统400、液体添加剂系统500、大容量存储系统600和清洁系统700可以全部或以任何组合的方式位于cmmp平台上。cmmp平台可以是移动单元或滑台，两者都可以在陆地钻井操作中移动到各个位置。通过将第一泵105、第二泵205、第三泵305、混合系统400、液体添加剂系统500、大容量存储系统600和清洁系统700的各种组合定位在移动平台上，节省空间和重量降低运营成本并为井运营设施提供其他优势。在一个或多个实施例中，混合系统400、液体添加剂系统500、大容量存储系统600和清洁系统700可以位于与cmmp平台分离的拖车上。

现在参考图1继续，第一泵105和第二泵205可以用作泥浆泵。在一些实施例中，第一泵105和第二泵205可以是三重泵。在其他实施例中，第一泵105和第二泵205可以是五重泵或任何能够以期望的性质提供流体的泵。在一些实施例中，第一泵105和第二泵205不必是相同类型的泵。在一些实施例中，第一泵105和第二泵205将高压下的泥浆泵入井孔作为主要责任或功能。泥浆，在压力下离开钻头，清除钻屑并将其移出井孔。泥浆和钻屑可能会通过泥浆振动筛，泥浆筛将泥浆和钻屑分开，并使泥浆返回泥浆罐进行再循环。出于地质目的，定期对钻屑进行采样，但大部分都被丢弃。在一些实施例中，第一泵105和第二泵205可以串联运行。在其他实施例中，第一泵105和第二泵205可以并联运行。

第一泵105和第二泵205的尺寸可设定成以足以进行泥浆操作的速率和压力以及足以充当主泥浆泵的速率和压力操作。在一个或多个实施例中，第一泵105和第二泵205可用作主泥浆泵和/或备用水泥泵。在其他实施例中，第一泵105和第二泵205的尺寸适用于宽范围的泵送，例如但不限于高流速、长持续时间、高压和低流量。在一些实施例中，第一泵105和第二泵205的尺寸可以相等，而在其他实施例中，它们的尺寸可以不同。

第三泵305可以是多用途泵；它可以用作水泥泵或泥浆泵。具体而言，它既可以发挥两种功能，又可以在给定的井眼被用作泥浆泵和水泥泵之间交替。在一些实施例中，第三泵305可以是三重泵。在其他实施例中，第三泵305可以是五重泵或任何能够以期望的性质提供流体的泵。第三泵305的尺寸可以等于第一泵105和第二泵205。在一些实施例中，第三泵305可以是柱塞泵或活塞/缸套泵(linerpump)。第三泵305的尺寸适于以足以用于固井操作的速率和压力以及足以充当地面管柱操作中的备用泥浆泵或补充泥浆泵的速率和压力进行操作。在一些实施例中，第三泵305可用作主水泥泵、用于地面套管的主泥浆泵和/或用于中长钻柱钻井的备用泥浆泵。在其他实施例中，第三泵305的尺寸适于用于宽范围的泵送，例如但不限于高流速、长持续时间、高压和低流量。在一些实施例中，第三泵305可以包括位于cmmp内的变频驱动器。在其他实施例中，可以提供驱动器的冗余，使得第三泵305可以连续地操作。在一些实施例中，第三泵305可以与第一泵105和/或第二泵205串联运行。在其他实施例中，第三泵305可以与第一泵105和第二泵205并联运行。

在一些实施例中，第一泵105、第二泵205和第三泵305可以由用于集成井操作设施1000的电源电驱动，该电源例如但不限于钻机发电机。

在一些实施例中，第一泵105联接到用于接收多种流体的入口110、用于在第一压力下输送第一流体(例如泥浆)的第一出口120以及用于在第二压力下输送第二流体(例如水泥)的第二出口125。入口110可联接至入口歧管1110。第一出口120可联接至第一出口歧管1120，第二出口125可联接至第二出口歧管1125。第一出口歧管1120通过管线1220以第一压力将第一流体输送至井孔。第二出口歧管1125通过管线1225以第二压力将第二流体输送至井孔。根据所泵送的流体的类型，可以选择适当的压力，即对于泥浆而言较高的压力而对于水泥而言较低的压力。

虽然关于为泥浆和/或水泥的流体进行了讨论，但是钻井过程中使用的其他流体也可以由第一泵105、第二泵205和第三泵305泵送。例如，可使用集成井操作设施1000设备泵送井孔清洁液(如隔离液、洗涤液或清扫液)、漏失循环处理液和置换液(如比内斯(bines)或完井液)。

在一些实施例中，第二泵205联接到用于接收多种流体的入口210、用于在第一压力下输送第一流体(例如泥浆)的第一出口220，以及用于在第二压力下输送第二流体(例如水泥)的第二出口225，类似于关于第一泵105所描述的。入口210可以联接至入口歧管1110。第一出口220可以联接至第一出口歧管1120，并且第二出口225可以联接到第二出口歧管1125。还可以预见，第二泵205如果不作为水泥备用泵运行，则可以不具有第二出口。

在一些实施例中，第三泵305联接到用于接收多种流体的入口310、用于在第一压力下输送第一流体(例如泥浆)的第一出口320以及用于在第二压力下输送第二流体(例如水泥)的第二出口325，类似于关于第一泵105所描述的。入口310可以联接至入口歧管1110。第一出口320可以联接至第一出口歧管1120，并且第二出口325可以联接至第二出口歧管1125。还可以预见，第三泵305如果不作为水泥备用泵运行，则可以不具有第二出口。

通过阀装置(未示出，但是本领域普通技术人员可以理解)，入口110、210、310可以全部彼此隔离，并且与第一泵105、第二泵205和第三泵305隔离。在一些实施例中，入口110、210、310可以是例如六英寸的吸入管线，或者特别地尺寸适合于钻孔操作。入口歧管1110的尺寸可适用于井眼操作(包括钻井和固井两者)。

通过阀装置(未示出，但是本领域普通技术人员可以理解)，第一出口120、220、320可以全部彼此隔离，并且于第一泵105、第二泵205和第三泵305隔离。在一些实施例中，第一出口120、220、320可以是例如三英寸的排出管线，或者特别地尺寸适合于钻井操作。第一出口歧管1120的尺寸可适用于钻井操作。

通过阀装置(未示出，但是本领域普通技术人员可以理解)，第二出口125、225、325可以全部彼此隔离，并且与第一泵105、第二泵205和第三泵305隔离。在一些实施例中，第二出口125、225、325可以是例如三英寸的排出管线，或者特别地尺寸适合于钻井操作。例如，第二出口歧管1125的尺寸可适用于固井操作。

在一些实施例中，第二出口125、225、325和第二出口歧管1125可以是可选的，并且第一出口120、220、320和第一出口歧管1120的尺寸和额定值可适于处理第一压力下的第一流体和在第二压力下的第二流体。

在一些实施例中，入口歧管1110由来自混合组件400的排出装置410供给。混合组件400可包括向井下供应水泥浆所需的设备，例如但不限于压缩机、一个或多个水泥仓(silo)、调压罐(surgecan)、混合器、混合桶(tub)、溢流桶和一个或多个泵。混合组件400还可以包括向井下供应泥浆所必需的设备，例如但不限于泥浆存储器、至少一个泥浆罐、一个或多个泵、一个或多个页岩振动筛、进料斗、混合器等。本领域普通技术人员将能够设计和确定要位于混合组件400中的各种设备的尺寸，以在钻井操作期间完成固井和泥浆操作。在一些实施例中，可以通过在混合组件400内具有多功能设备以在固井和泥浆操作中使用来消除冗余。在一些实施例中，混合组件400包括一个或多个泥坑。

混合组件400可以由液体添加剂系统500和大容量存储系统600供给。在一些实施例中，混合组件400也可以由清洁系统700供给。

在一些实施例中，液体添加剂系统组件500将液体添加剂输送到混合组件400。液体添加剂系统500包括本领域普通技术人员已知的用于将各种液体添加剂添加到水泥浆、泥浆或两者中的设备。在一些实施例中，液体添加剂系统500可以包括一个或多个用于存储一种或多种添加剂的容器、用于以受控的速率移动物质的仪表以及用于将多种物质混合成混合物的混合器。此外，添加剂可以不限于胶凝剂，而可以包括用于井眼流体配方中的任何添加剂，包括水泥和泥浆。在一些实施例中，液体添加剂系统500可以经由液体排出装置510联接至混合组件400。

在一些实施例中，大容量存储系统600将泥浆或水泥或其组分输送到混合组件400。大容量存储系统600可以包括可以互换使用的多个大容量存储仓。在一些实施例中，大容量存储系统600可以经由固体排出装置610联接至混合组件400。

在一些实施例中，提供清洁系统700以使水(和/或清洁溶液)在整个集成井操作设施1000中循环。水可以从清洁系统700循环通过第一泵105、第二泵205、第三泵305、位于混合组件400中的设备以及包括所有管道和歧管的大容量存储系统。水流用于清洁位于其中的设备。在一些实施例中，清洁系统700可以经由水排出装置710联接到混合组件400。

在一些实施例中，集成井操作设施1000可包括用于引导井操作的控制单元2000，包括但不限于泥浆泵送和固井操作。因此，单个操作员可以从集成井操作设施1000的单个位置引导用于包括钻井和固井的钻井操作的流体，从而有效地简化了操作员与第一泵105、第二泵205和第三泵305以及位于集成井操作设施1000中的所有设备的接口。在其他实施例中，可以为第一泵105、第二泵205、第三泵305、混合系统400、液体添加剂系统500、大容量存储系统600和清洁系统700。在一些实施例中，控制单元2000可以位于钻井现场处，位于单元的终端处，或者可以远程地定位在例如司钻室，所有位置均具有紧急停止功能。在一些实施例中，控制单元2000可以被集成到钻机控制系统中。在一些实施例中，控制单元2000可以手动地或在自动控制下操作设备。在一些实施例中，单个操作员可以从单个位置引导完井操作，从而有效地简化了操作员与集成井操作设施1000的接口。在一些实施例中，控制单元2000提供了容纳主计算机、通信设备以及视频监视器的命令中心。

在一些实施例中，集成井操作设施1000可以包括多个子系统，其可以提供对水压，水率、浆密度、再循环浆压力、再循环泥浆压力和井下泵送速率的自动控制。可以从本地远程hmi本地或远程地控制集成井操作设施1000以进行井操作。在操作期间，可以在hmi屏幕上激活集成井操作设施1000以进行控制。每个子系统独立地操作，但是响应于来自控制单元2000的控制。第一泵105、第二泵205和第三泵305可以包括自动组合和相互关联的密度和泵送控制以及预定的混合和泵送阶段的可选顺序控制。至少对于水率控制子系统、泥浆密度控制子系统、泥浆密度控制系统和井下泵速控制子系统，控制单元2000生成控制信号，该控制信号与由操作员通过与控制单元2000连接的hmi输入的设定点相关。控制单元2000还向水压、再循环泥浆压力控制子系统和再循环泥浆压力控制子系统提供设定点控制信号。子系统可以单独运行以将控制简化为提供更多容错系统的单输入、单输出控制回路。

在一些实施例中，可以自动控制的特定条件包括水量、水压、浆液密度、再循环浆液压力和井下泵送速率。这些条件中的每一个都可以是各自独立的控制回路的主体，但是要在控制单元2000的控制下进行。控制单元2000响应于操作-输入的所需操作特征，生成相互关联的进水、进水干水泥和出口井下泵送控制信号。

在一些实施例中，控制单元2000可用于自动化和管理混合组件400、第一泵105、第二泵205和第三泵305之间的流体流向井孔和/或处置。控制单元2000可以允许固井操作与钻机操作的完全集成。在一些实施例中，具有定义的数据布置的工业网络(例如modbustcp、profibus、profinet等)可以将固井系统网络连接到钻机控制网络中。该连接可以是通过使用一个或多个中间翻译设备的直接连接。

集成井操作设施1000可以包括各种流量计/传感器等，使得控制单元2000可以被编程为管理井孔与第一泵105/第二泵205和第三泵305之间的流动以及每个操作之间的变化。控制单元2000还可以被编程为识别集成井操作设施1000内的设备。控制单元2000还可以被编程为隔离集成井操作设施1000内的设备，从而可以限制污染。控制单元2000还可以被编程为在集成井操作设施1000内提供自动的设备清洁循环，及其组合使得可以限制污染。

在一些实施例中，入口歧管1110可以将水泥浆液从混合组件400分别经由第一入口110、第二入口210和第三入口310供应到第一泵105、第二泵205和第三泵305中的任何一个。入口歧管1110可以将水从清洁组件700分别经由第一入口110、第二入口210和第三入口310供应到第一泵105、第二泵205和第三泵305中的任何一个。入口歧管1110可分别经由第一入口110、第二入口210和第三入口310将来自混合组件400的泥浆供应至第一泵105、第二泵205和第三泵305中的任何一个。在操作中，第一泵105、第二泵205和第三泵305中的任何一个都可以用来(在不同的时间)泵送泥浆和水泥。具体地，与井的后面的部分相比，井的顶部通常需要更多数量的泵来泵送其中的泥浆。因此，代替在其余的钻井和完井操作的整个过程中使泥浆泵离线(不使用)，本公开提供了一种多用途泵，其被构造成接收泥浆和水泥并且可以根据操作的阶段被用于泵送任何一种。第三泵305可以是这样的多用途泵。

在操作的一些实施例中，第一泵105和第二泵205可以主要用于将泥浆输送到井下，而第三泵305可以将泥浆和水泥两者(在不同的时间)泵入给定的井中；然而，如果将第一泵105和第二泵205预先构造为也接收水泥，则在第三泵305发生故障的情况下，也可以使用第一泵105和/或第二泵205进行泵送水泥。尽管第一泵105和/或第二泵205通常不能用作多功能泵，但是本公开的实施例可以包括第一泵105和/或第二泵205被构造为照此操作，如果在井操作中会产生这种需求。在此描述实现这种构造的管道。

在一些实施例中，第一出口歧管1120可以经由管线1220以第一压力将水泥浆从第一泵105、第二泵205和第三泵305供应到井孔。第一出口歧管1120可以从第一泵105、第二泵205和第三泵305供水以进行处理。第二出口歧管1125可以经由管线1225以第二压力将泥浆从第一泵105、第二泵205和第三泵305供应到井孔。应当理解，第一压力和第二压力可以不同(具体地，在一个或多个实施例中，第一压力(用于水泥)低于第二压力(用于泥浆))。

根据所泵送的流体，通过使第三泵305能够从混合组件400供给水泥或泥浆并且能够以两种不同的压力将水泥或泥浆输送至井眼，可以发现集成井操作设施1000中的灵活性。根据所泵送的流体，还可以通过使第一泵105和第二泵205能够从混合组件400中供给水泥或泥浆并且能够以两种不同的压力将水泥或泥浆输送到井眼来实现灵活性。因此，第一泵105、第二泵205和第三泵305可以用作彼此的冗余/备用。通过使清洁组件700将水提供给第一泵105、第二泵205和第三泵305，可以清洁泵以限制泵与相关设备和管道之间的污染风险。在一些实施例中，清洁组件400还可以向混合组件400、液体添加剂系统500和大容量存储系统600提供水以给位于其中的所有设备提供水。第一泵105、第二泵205和第三泵30、混合组件400、液体添加剂系统500、大容量存储系统600和清洁组件700之间的隔离可以由许多阀来提供，这可以限制组件之间的污染的风险。

集成井操作组件1000，特别是电线、液压管线和/或气动管线的端部以及位于其中的设备可以具有即插即用的连接，例如但不限于，那些是由parkerhannifincorp.(明尼苏达州的明尼阿波利斯)或stucchiusainc.(位于伊利诺伊州罗密维尔)出售的。即插即用连接可以将来自集成井操作组件1000的电线、液压管线和/或气动管线连接到第一泵105、第二泵205、第三泵305、混合组件400、液体添加剂系统500、大容量存储系统600和清洁组件700。位于集成井操作组件1000内的集中式引擎可以向位于第一泵105、第二泵205、第三泵305、混合组件400、液体添加剂系统500、大容量存储系统600和清洁组件700中的设备供电。即插即用连接可以集成到第一泵105、第二泵205、第三泵305、混合组件400、液体添加剂系统500、大容量存储系统600、清洁组件700中，以及位于其中的设备可以设置有通用端子，以便当彼此插接时，端子将在包括中央电线、中央液压管线和/或中央气动管线的中央源与所述设备之间进行适当的连接，例如电力，液压或气动连接。

在图2中示出了使用集成井操作设施1000的完井过程3000的实施例。在钻井期间，泥浆可以通过第一泵105、第二泵205和第三泵305中的一个或多个泵入井下。在一些实施例中，第一泵105和第二泵205的尺寸适于保持井下泥浆的一致流动。第一泵105、第二泵205和第三泵305具有各种设备，包括传感器和控制器，用于监视井下泵送的泥浆的流量和组成以及还返回进行再循环。在一些实施例中，可以通过具有第一泵105、第二泵205和第三泵305来提供冗余，使得如果由于某种原因一个泵不能完成钻井操作，则另一个(一些)泵可以投入操作以完成钻井。因此，通过将第三泵305的尺寸和管道设计成容纳两种井眼流体，第三泵305可以具有用于泵送泥浆和/或水泥的双重性。在其他实施例中，第一泵105和第二泵205可以提供备用的水泥泵的冗余度，从而通过尺寸和管道设计成容纳两种井眼流体来提供泵送泥浆和/或水泥的双重性。

在一些实施例中，第三泵305可以作为第一泵105和第二泵205的附加泥浆泵或备用泥浆泵投入使用。在一些实施例中，泥浆可以作为第一泥浆泵在阶段3005(在顶部的初始钻井阶段中，全部使用三个泵)中将第一流体供给到第一泵105、第二泵205和第三泵305的任意组合。为了将泥浆供给到第一泵105、第二泵205和第三泵305，混合组件400、液体添加剂系统500和大容量存储系统600可以基于钻井操作的需求用于混合泥浆。可以操纵阀以确保泥浆从混合组件400经由入口歧管1110流到第一泵105、第二泵205和第三泵305中的任何一个。第一泵105、第二泵205和第三泵305在阶段3010中，将泥浆加压至第一压力。也可以操纵阀以确保泥浆从第一泵105、第二泵205和第三泵305经由第一出口歧管1120和管线1220以第一压力流到井孔。第一压力通常为约3000kpa至约50000kpa，或约3400kpa至约49000kpa。

当确定停止经由入口歧管1110的泥浆流向第一泵105、第二泵205和第三泵305时，第一泵105、第二泵205和第三泵305可以与混合组件400隔离。可以操纵阀门以确保作为第二流体的水可以经由水入口710从清洁组件700流到混合组件400、液体添加剂系统500、大容量存储系统和在阶段3015中的第一泵105、第二泵205和第三泵305。然后可以使水在整个管道和第一泵105、第二泵205和第三泵305中循环以清洁在阶段3020中的第一泵105、第二泵205和第三泵305以及相关设备中的多个。可通过阀门控制循环，以确保水可从第一泵105、第二泵205和第三泵305流入处理设施。

在一些实施例中，为了完成该井，可以经由第一泵105、第二泵205和第三泵305中的一个或任意组合来泵送水泥。可以将水泥作为第三流体供给至阶段3025中的第一泵105、第二泵205和第三泵305。为了输送水泥到第一泵105、第二泵205和第三泵305，混合组件400、液体添加剂系统500和大容量储存系统600可用于基于钻井操作的需求来混合水泥。可以操纵阀以确保泥浆从混合组件400经由入口歧管1110流到第一泵105、第二泵205和第三泵305中的任何一个。第一泵105、第二泵205和第三泵305在阶段3030中将水泥加压到第二压力。阀也可以被操纵以确保来自第一泵105、第二泵205和第三泵305的水泥从第二出口歧管1125经由管线1225以第二压力流到井孔。第二压力通常在约3000kpa至约70000kpa或3400kpa至69000kpa的范围内。

可选地，当确定停止水泥流时，第一泵105、第二泵205和第三泵305可以与混合组件400隔离。可以操纵阀门以确保水可以在阶段3015的重复中，从清洁组件700经由水入口710流到第一入口215。然后，水可以在整个管道和多用途泵205中循环，以在阶段3015的重复中清洗多用途泵205和相关设备。循环可通过阀来控制，以确保水可从多用途泵205从第一出口235流到处理设施。

在使用循环泥浆的同时钻井为研磨钻头提供了润滑和一定程度的冷却。当井孔在地面下延伸得更深时，泥浆的循环还可以清除切屑和碎屑。在一些实施例中，从控制单元2000引导泥浆循环和钻井。一旦已经达到井孔的给定深度，就可以采用控制单元2000来停止所指示的泥浆循环并缩回钻杆。因此，可确保井孔套管的一段固井。控制单元2000还可用于引导随后的固井施工。在一些实施例中，控制单元2000还可控制混合组件400、液体添加剂系统500和大容量存储系统600的操作。

在一些实施例中，控制单元2000远离cmmp。在其他实施例中，控制单元2000的组件可以位于cmmp上或附近。还可以预见，控制单元2000可以包括多个hmi，允许用户从司钻的椅子上或从单元本身来操作控制单元。例如，在一些实施例中，例如在泥浆操作期间，司钻可以从司钻的椅子处的hmi控制第一泵105、第二泵205和第三泵305。在其他实施例中，远程用户可以在通过钻机网络进行泥浆操作期间控制第一泵105、第二泵205和第三泵305。可以在钻机网络和司钻之间切换控制。当从钻井过渡到固井时，可以预见的是，由于可能涉及钻井和固井的人员不同，因此控制单元2000可以从cmmp单元本地的hmi终端进行操作。当新用户寻求对控制单元2000的访问时，控制单元2000可以通知先前的用户已经请求了控制，并提示用户访问或拒绝该访问，其中系统还可以在一定时间段到期时自动切换访问。此外，还可以预见，可以优先确定hmi，以便一个位置可以覆盖另一个位置。因此，可以预见，当从钻井过渡到固井时，对cmmp的控制可以从司钻的椅子切换到单元终端，以便固井人员可以控制固井(包括水泥浆的混合和泵送)。固井完成后，控制权可能会回到司钻的椅子。此外，还可以预见，在钻井和固井过程中，都可以从单个位置(如司钻的椅子)控制泵的运行。另外，还可以预见，控制单元2000可以被设计为使得在任何给定时间，只有单个用户控制操作所述系统。

控制单元2000还可以从位于集成井操作设施1000各处的各种传感器收集数据。基于该数据，控制器2000可用于控制泥浆泵送和固井操作。来自控制单元2000的数据可以被传送到钻机网络。数据可以包括状态(只读)标签、数据标签和控制标签。此外，还可以预见，控制单元或网络还可以包括电子表格，例如，以将数据关联为可用和可读的形式，以向网络通知所发送的数据的形式和类型。

在一些实施例中，控制单元2000可以控制混合组件400、液体添加剂系统500和大容量存储系统600的操作。基于控制单元收集的数据，控制单元2000可以修改控制泥浆成分或水泥成分。控制单元2000还可以控制集成井操作组件1000何时从泵送泥浆切换到泵送水泥浆。控制单元2000还可以控制清洁系统700，使得当在泥浆操作和水泥操作之间切换时，对集成井操作组件1000进行清洁。

参考图3，示出了控制系统框图的实施例。控制系统2000可以包括若干子系统、组件、控制器和接口，以控制和监视井操作设施1000的操作。可编程逻辑控制器(plc)2005可以联接到混合组件远程输入/输出(ri/o)2400和泵组件远程输入/输出(ri/o)2105，例如分别通过以太网2110和2115。用于辅助马达的一个或多个起动器2010可以例如通过profibus网络2015连接到plc2005。用于主马达的一个或多个可调速驱动器2020可以例如通过profibus网络2020连接到plc2005。超压关闭(opsd)系统2030可以例如通过modbus网络2035连接到plc2005。远程输入/输出(ri/o)设备2040可以例如通过profibus网络2045连接到plc2005。钻机主管工业个人计算机(sipc)2050可以例如通过modbus网络2055连接到plc2005。plc2005还可以例如通过modbus网络2065连接到人机界面(hmi)2060。在一些实施例中，hmi2060可以位于泵的本地，并且井操作设施1000的控制可以在靠近泵的区域中进行。在一些实施例中，可以通过modbus网络2075将大容量控制系统(bcs)可编程逻辑控制器(plc)2070连接到plc2005。然而，如上所述，在一个或多个实施例中，还意图控制井眼操作设施1000可以从钻机的椅子(未示出)执行，这可以经由钻机网络5000发生。在一些实施例中，plc和ri/o可以互换，这意味着ri/o可以是plc，plc可以是ri/o。在一些实施例中，控制系统2000还可以具有从液体添加剂系统500、大容量控制系统600、漏失循环系统等中添加/移除设备的能力。在一些实施例中，这些设备可以类似的方式连接，例如但不限于profinet、profibus、modbustcp、can等。

在一些实施例中，plc2005、opsd2030、ri/o2040、钻机sipc(2050)和hmi(2060)可以位于泵单元滑台(skid)2200的室安全区域2300中。室安全区域可以位于限制区域2500附近，该限制区域例如可以包括起动器2010和asd2020。在一些实施例中，bcsplc2075可以位于大容量存储系统600中或附近。混合组件ri/o2400和泵组件ri/o2105可以位于滑台处理区域2600上。在一些实施例中，钻机网络5000可以从plc2005接收数据，而plc2005可以从钻机网络5000接收数据，例如经由profibus网络5005。这样的通信可以经由sipc2050。这提供了钻机网络5000和井操作设施1000之间的交互。如上所述，在一些实施例中，可以远程地(即，从司钻室)控制井操作设施1000。

系统2000可以经由数据标签在子系统之间进行交互并且可以组织数据，使得计算机可以将正被发送到井操作设施1000的数据与正被接收的数据相关联。数据标签例如可以包括只读标签和控制标签。

在一些实施例中，井操作设施1000完全集成到钻机网络中。在一些实施例中，工业网络(modbustcp、profibus、profinet等)可以使用定义的数据布置来连接到井操作设施1000。在一些实施例中，连接可以是直接连接或可以通过一个或多个中间转换设备。

实施例可以在计算系统上实现。可以使用移动设备、台式机、服务器、路由器、交换机、嵌入式设备或其他类型的硬件的任何组合。例如，如图4所示，计算系统400可以包括一个或多个计算机处理器402、非持久性存储器404(例如，易失性存储器，诸如随机存取存储器(ram)、高速缓冲存储器)、持久性存储器406(例如，硬盘，诸如光盘(cd)驱动器或数字多功能磁盘(dvd)驱动器、闪存等的光驱、通信接口412(例如，蓝牙接口、红外接口、网络接口、光学接口等)，以及许多其他元件和功能。

计算机处理器402可以是用于处理指令的集成电路。例如，计算机处理器可以是处理器的一个或多个核或微核。计算系统400还可包括一个或多个输入设备410，例如触摸屏、键盘、鼠标、麦克风、触摸板、电子笔或任何其他类型的输入设备。

通信接口412可以包括用于将计算系统400连接到网络(未示出)(例如，局域网(lan)、诸如因特网的广域网(wan)、移动网络或任何其他类型的网络)的集成电路，和/或其他设备(例如其他计算设备)。

此外，计算系统400可以包括一个或多个输出设备408，例如屏幕(例如，液晶显示器(lcd)、等离子显示器、触摸屏、阴极射线管(crt)监视器、投影仪或其他显示设备)、打印机、外部存储器或任何其他输出设备。一个或多个输出设备可以与输入设备相同或不同。输入和输出设备可以本地或远程地连接到计算机处理器402、非持久性存储器404和持久性存储器406。存在许多不同类型的计算系统，并且前述输入和输出设备可以采用其他形式。

用于执行本公开的实施例的计算机可读程序代码形式的软件指令可以全部或部分地、临时或永久地存储在非暂时性计算机可读介质上，例如cd、dvd、存储设备、软盘、磁带、闪存、物理内存或任何其他计算机可读存储介质。具体地，软件指令可以对应于计算机可读程序代码，该计算机可读程序代码在由处理器执行时被构造为执行本公开的一个或多个实施例。图4中的计算系统400可以连接到网络或者是网络的一部分。

在一个或多个示例性实施例中，可以以硬件、软件、固件或其任意组合来实现所描述的功能。如果以软件实现，则功能可以被存储在计算机可读介质上或被编码作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码。计算机可读介质包括计算机存储介质。存储介质可以是计算机可以访问的任何可用介质。作为示例而非限制，这样的计算机可读介质可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁性存储设备，或可用于承载或存储为指令或数据结构形式的所需程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。本文使用的磁盘和光盘包括光盘(cd)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(dvd)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式复制数据，而光盘则通过激光光学方式复制数据。上述的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。

尽管已经针对一个或多个实施例示出了本教导，但是在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以对示出的示例进行变更和/或修改。另外，虽然可能已经仅针对几种实施方式中的一种实施方式公开了本教导的特定特征，但是这样的特征可以与其他实施方式的一个或多个其他特征组合，这对于任何给定的或特定功能会是期望的和有利的。此外，就在详细的说明书和权利要求中使用术语“包括(including)”、“包括(includes)”、“具有(having)”、“具有(has)”或其变体的程度而言，这些术语旨在以类似于术语“包含(comprising)”的方式包括在内。此外，在本文的讨论和权利要求中，术语“约”表示所列出的值可以有所改变，只要该改变不会导致工艺或结构与所示实施例不一致即可。最后，“示例性”表示该描述用作示例，而不是暗示它是理想的。

通过考虑本文公开的本教导的说明书和实践，本教导的其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。意图是，说明书和示例仅被认为是示例性的，本教导的真实范围和精神由所附权利要求指示。