用于钻井泥浆的多模态分析和处理的装置和方法_4

文档序号:9215804阅读:来源:国知局
18的至少一个径向速度分布 40, v(r),其中,径向参数r是从导管24的中心测量的,使得r = 0是导管24的中心,而r =R是流36的边缘。所述至少一个磁共振图像38经由通信线路50和通信总线46传送到 处理器42。在一些实施例中,通信线路50包括部分的通信总线46。
[0082] 现在简要地参照以下附图,其中,图4示出根据本发明实施例的构造为与钻机(泥 浆流入305、泥浆流出309)联合操作的分析系统的多个分析模块(308a-d)。图5示出根 据本发明实施例的以"一个在另一个中"的构造被构造为与钻机(泥浆流入305、泥浆流 出309)联合操作的分析系统的一部分的多个分析模块(308a-b)。图6示出根据本发明实 施例的与钻机联合操作的分析系统,分析系统(307)的流入能够流体地连接到输出的回收 钻井泥浆取样出口(305),分析系统的流出(309)能够流体地连接到钻机(301),通信线路 (313)在钻机与分析系统之间,用于泥浆质量的控制。图7示出根据本发明实施例的与钻机 联合操作的分析系统,分析系统(307)的流入能够流体地连接到输出的回收钻井泥浆取样 出口(305),通信线路(313)在钻机与分析系统之间,用于泥浆质量的控制,其中另一通信 线路(314)实现钻井泥浆的反馈控制。图8示出根据本发明实施例的与两个钻机(301a和 301b)联合操作的分析系统,其中存在分析系统的两个入口(分别是305和315),以及钻机 与分析系统之间的用于泥浆质量控制的通信线路(313);以及图9示出根据本发明实施例 的与钻机联合操作的认证分析系统。更多的细节和例子在下面提供。
[0083]现在参照图9。在该图中示出的实施例中,分析系统(307)提供了对钻井泥浆、钻 井过程和钻井产物的时间分辨分析。第一分析模块307在井孔的上游被布置在位置320处, 以获得进入井孔的钻井泥浆的曲线,第二分析模块被放置在井孔的下游(305),以获得离开 井孔的钻井泥浆的曲线。如果流速R f和两个分析模块之间的距离L是已知的,那么钻井泥 浆经过它们之间的距离所消耗的时间A tf容易地计算为L/Rf。通过记录两个分析模块所 进行的测量的时间,可以获得所述泥浆样品的时间分辨的多层分布曲线(Pt,400)。通过使 第二分析装置进行的测量与第一分析模块进行测量之后的△ tf相关联,或在分批模式中通 过使用第一分析装置在时间t进行测量并使用第二分析模块在时间t+At f?行测量,可以 在连续的条件下获得时间分辨曲线。如果第二测量是在第一测量之后的时间t+Atf+S (S 可以是负的)做出的,也能够获得多层分布曲线。由此,这种多层曲线可以考虑到流动已达 到钻孔的不同深度的部分。
[0084] 如以上所述,除了其它功能,钻井泥浆被用来控制地下压力、润滑钻头、稳定井孔, 并携带钻肩到地面。随着钻头将岩石研磨成钻肩,这些钻肩被夹带在泥浆流中并被携带到 地面。为了使泥浆返回到再循环泥浆系统并使固体变得更容易处理,固体必须从泥浆中分 离。
[0085]由此,根据本发明的一个实施例,其中,有用地提供以下系统:为了回收钻井泥浆, 使用了固体控制装备,并且使用了典型的四阶段固体控制装备。在第一阶段中:利用振动 筛:根据钻机大小,在第一阶段固体控制分离中使用1至3台振动筛,例如使用API 4-060 振动筛完成。超过400 ym的钻肩在这个阶段中被分离。然后,使用除砂器和除泥器,作为 第二和第三阶段的分离。泥浆清洁器被用于这些阶段。它是震动筛、除砂器和除泥器的组 合。对于较小尺寸的钻机(通常在750马力之下),通过振动筛和泥浆清洁器处理的泥浆 可以用于钻井。在某些情况下,例如当钻井深度大且需要高标准的泥浆时,沉降式离心机将 被用作第四阶段的分离。当更细的固体要被分离时,例如用于气体切割钻井泥浆,真空脱气 机、泥浆/气体分离器(液气分离器)和点火设备将被使用。
[0086] 与所述泥浆回收方案并行,通过按照下面的方案集成地利用NMR/MRI分析系统, 以改善用过的钻井泥浆的回收,并使它的特性恢复到预定的特性范围:(i)限定最佳钻井 泥浆的参数和值;(ii)优选地但不排他地,在回收的初始阶段,当钻井泥浆离开井孔的出 口时,在线地且原位地分析用过的钻井泥浆的参数和值;(iii)将所述最优参数和值与所 述在线取得的参数和值进行比较,即确定"最佳钻井泥浆"的那些预定参数和值与"实际钻 井泥浆"的相应参数和值之间的差异,从而确定需要哪一回收步骤,并进一步限定参数和 值;例如回收温度、每个回收步骤的操作时间、与所述泥浆混合的组分的种类和数量、混合 参数等,其中,所述组分可从水、膨润土等、含钙的盐及其组合物、表面活性剂(例如,阴离 子、阳离子或两性离子表面活性剂)、新鲜的钻井泥浆、不与水混溶的溶液等中选择。(iv) 回收用过的钻井泥浆,同时连续地NMR/MRI分析其性能,由此在线地反馈回收系统,直到 回收的钻井泥浆的特性与存储的"最佳钻井泥浆"的特性相等(加上或减去允许的预定度 量)。由此,这种新颖的NMR/MRI-钻井泥浆回收集成系统提供了在线、原位、一个连续步骤 的钻井,其中利用了最佳钻井泥浆,即具有预定特性的钻井泥浆,所述特性如流变特性、流 体相位特性、碱度(钙含量等)、分散特性等。
[0087] 使用NMR作为用于钻井测井的方法在本领域中是公知的。例如,欧洲专利 No. EP0835463公开了一种基于自旋-晶格松弛时间T1、晶格松弛时间T2和扩散常数D对 油和水的不同值的NMR测井方法。
[0088]由此,根据本发明的一个实施例,提供了分析钻井参数的时间分辨或非时间分辨 方法,其在上面所公开的集成NMR/MRI钻井泥浆回收系统中是特别有用的。所述方法尤其 包括以下步骤:在泥浆被重新用在钻孔中之前(T influx),对一系列的钻井泥浆的NMR/MRI图 像进行成像和计时的至少一个步骤;使所述时间分辨成像的钻井泥浆在所述钻孔内连续地 或分批地流动,同时钻出所述孔;在流动期之后,即在钻井泥浆流入与其从孔流出之间的时 间长度之后,对在钻孔中使用之后(T。^^)的一系列的钻井泥浆NMR/MRI图像进行成像和 计时的至少一个步骤;比较所述流入泥浆(在T influx时刻)与所述流出泥浆(在T wtflOT时 亥IJ)的至少一个参数;从而确定所述参数的变化,并分析与钻井相关的参数:如碎肩的形状 和尺寸、颗粒分布和光滑度等。
[0089] 根据本发明的另一实施例,提出了分析钻出产物的类似方法。这种方法尤其包括 以下步骤:在泥浆被重新用在钻孔中之前,对一系列的钻井泥浆的NMR/MRI图像进行成像 和计时的至少一个步骤(T influx);使所述时间分辨成像的钻井泥浆在所述钻孔内连续地或 分批地流动,同时钻出所述孔,从而提供所述钻井泥浆作为钻井产物的流动载体,所述钻井 产物例如是坚实地、土样、水油、气体、矿石、煤炭等;在流动期之后,即在钻井泥浆的流入与 其从所述孔流出之间的时间长度之后,生成在钻孔中使用之后的钻井泥浆的至少一个图像 CUflJ ;然后比较所述流入泥浆(在Tinflux时刻)与所述流出泥浆(在I\utflOT时刻)的至 少一个参数;从而确定所述参数的变化,并分析所述钻井产物。
[0090] 在这些方法中,上述比较所述流入泥浆(在Tinflux时刻)与所述流出泥浆(在 时刻)的至少一个参数的步骤还可以包括测量如上面所讨论的所述松弛时间Tl、T2 和扩散系数D的步骤,以及在Tinflux或在T。_1("或两者,对一系列的钻井泥浆NMR/MRI图像 进行成像和计时的步骤。
[0091] 完全在本发明的范围之内的是提供一种新颖的分析系统,用于分析和处理钻井泥 浆。所述分析系统尤其包括:连接到钻机(301)的输出的回收钻井泥浆取样出口(参见例 如图3中的构件305);和耦合到所述出口的分析系统(307),构造成借助于多个分析模块 (例如,308)提供所述泥浆样品的时间分辨多层分布曲线。
[0092] 根据本文所提出的技术的一个实施例,上述分析系统包括粘度计,用于确定:表观 粘度;塑性粘度(PV),是流体流动阻力;屈服点(YP),是流体初始流动阻力或使流体运动所 需的应力;以及膨润土钻井泥浆的屈服点。
[0093]附加地或可选地,并且根据本文所提出的技术的又一实施例,上述的分析系统 包括下列中的至少一种:温度计、二氧化碳分析装置如FTIR光谱气体分析仪、原子吸收 光谱仪(AAS)、原子发射光谱仪(AES)、原子荧光光谱仪(AFS)、阿尔法粒子X射线光谱仪 (APXS);毛细管电泳(CE)、色谱法、比色法、计算机断层摄影法、循环伏安法(CV)、差示扫描 量热计(DSC)、电子顺磁共振(EPR,ESR)、能量色散谱(EDS/EDX)、场流分离法(FFF)、流动注 射分析(FIA)、气相色谱法(GC)、气相色谱-质谱法(GC-MS)、气相色谱-红外光谱(GC-IR)、 凝胶渗透色谱-红外光谱(GPC-IR)、高效液相色谱法(HPLC)、高效液相色谱-红外光谱 (HPLC-IR)、离子微探针(IM)、感应耦合等离子体(ICP)、离子选择性电极(ISE)、激光诱导 击穿光谱(LIBS)、液相色谱-红外光谱(LC-IR),液相色谱-质谱法(LC-MS)、质谱法(MS), 穆斯堡尔谱、中子活化分析、核磁共振(NMR)、粒子激发X射线发射光谱(PIXE)、热裂解气 相色谱质谱法(PY-GC-MS)、拉曼光谱、折射率测定、共振增强多光子电离(REMPI)、透射电 子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、X-射线荧光光谱(XRF)、X射线显微 镜(XRM)、自动或半自动滴定仪,例如,通过用硝酸银溶液滴定用于分析氯化物,通过用标准 Vesenate溶液滴定用于例如Mg+ 2的分析,以及它们的任何组合。
[0094] 附加地或可选地,并且根据本文所提出的技术的又一实施例,上述的分析系统包 括下列中的至少一种:流量计,例如机械流量计,如活塞流量计/旋转活塞、齿轮流量计、 椭圆齿轮流量计、斜齿轮、章动盘流量计、可变面积流量计、涡轮流量计、沃尔特曼流量计 (Woltmann
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