专利名称：利用动态环空压力控制系统确定井眼中地层流体控制事件的方法
技术领域：
本发明大体涉及穿过地下岩层钻出井眼的领域。更具体地，本发明涉及一种用于确定诸如钻井液的流失或地层流体进入井眼中的井眼流体控制事件的方法。
背景技术：
在地下地层进行勘探以及生产油气在根本上需要一种方法来到达地层以及从地层抽取油气。到达和抽取通常是通过借助钻机从地表到含油气地层钻出井眼而实现的。在最简单的形式中，陆基钻机被用于支承安装在钻柱的端部上的钻头。钻柱通常由一连串的钻管或者类似的管状区段首尾相连地连接而形成。钻柱由位于地表的钻机结构支承。由基流体(通常为水或油)以及各种添加物组成的钻井液被向下泵送到钻柱中的中央开口中。钻井液经过旋转钻头主体中被称为“喷嘴”的开口而离开钻柱。钻井液随后向上循环返回 至IJ井眼壁与钻柱之间形成的环状空间，携带来自于钻头的岩屑，从而清洁井眼。钻井液同时被积聚，从而使得由钻井液施加的流体静压力大于周围的地层流体压力，由此防止地层流体进入到井眼中。钻井液静压力通常大于地层流体压力还会导致流体进入到岩层孔隙中或者“侵入，，岩层。为了降低由于这种侵入的钻井液流失量，钻井液中的某些添加物粘附到井眼壁上的可渗透岩层，由此在岩层壁上形成了相对不可渗透的“泥饼”。这种泥饼大体上终止了连续的侵入，这有助于在将保护性管道或者套管设定到井眼中作为钻井程序一部分之前保持以及保护岩层，这在下面将会进一步说明。钻井液的积累从而施加超过岩层压力的流体静压力通常被称作“超平衡钻井”。钻井液最终返回到地表，在此钻井液被传送到泥浆处理系统，该系统通常包括以下部件例如将固体从钻井液中除去的摇床台、将溶解的气体从钻井液中除去的除气器、存储罐或者“泥浆池”、以及用于将各种化学品或添加物添加到经由前述部件处理的流体中的手动或者自动装置。清洁的、经处理的钻井液流通常被测量，从而确定由于前述流体侵入而导致的流失到岩层的流体流失。返回的固体和流体(在处理之前)可被研究，从而确定在钻井操作中使用的各种地层特性。一旦钻井液在泥浆池中得到处理，那么它随后被泵送到泥浆池之外以及被再次泵送到钻柱顶部中。上面所述的超平衡钻井技术是一种最常用的地层流体压力控制方法。超平衡钻井主要依赖于由环状空间(“环空”)中的钻井液柱所产生的流体静压力来限制地层流体进入到井眼中。由于超过了岩层孔隙压力，因此环空流体压力能够有助于阻止地层流体突然入流到井眼中，例如气涌。当这种气涌发生时，钻井液的密度会增加，从而阻止地层流体进一步入流到井眼中。然而，密度增加(“加重”)将添加物添加到钻井液中(a)不能足够快速来应对地层流体入流；以及(b)会导致环空中的流体静压力超过岩层裂缝压力，从而使得岩层中产生裂纹或裂缝。岩层中裂缝或裂纹的产生通常会导致钻井液流失到岩层，可能会不利地影响含油气岩层的近井眼渗透性。在气涌的情况下，井眼操作员会选择关闭设置在钻机平台下方的环空密封装置(被称为“防喷器BOP”)，从而控制气体在环空中移动上升。在控制气涌入流时，在BOP被关闭之后，气体从环空排出以及钻井液密度在重启钻井操作之前被增加。超平衡钻井的使用还影响了钻井操作期间套管必须设定的深度。钻井操作从“导管”被推入到地面中开始。防喷器组通常连接到导管的顶部，以及钻机被设置在防喷器组的上方。借助钻机方钻杆或者顶部驱动使得整个钻柱旋转，具有钻头的钻柱会选择性地旋转，或者钻头可以使用安装在钻柱中钻头上方由钻井液提供动力的电机而独立于钻柱旋转。如上面所提到，操作者会钻穿地层(“裸井眼”)，直到钻井深度的钻井液压力接近于岩层裂缝压力。在这个时候，通常将套管柱插入以及悬挂在井眼中，从地表向下到最低的钻井深度。注水泥套管鞋被放置在钻柱上并且专用水泥被转移穿过钻柱以及转移到注水泥套管鞋之夕卜，从而在环空上行并且随后转移环空内的任意流体。岩层壁与套管外部之间的水泥有效地支承岩层以及隔离岩层而与井眼环空分开。进一步裸眼钻井能够在套管柱下方进行，其中钻井液在套管底部下方的钻孔裸眼中再次提供压力控制和岩层保护。当流体密度必须增加从而控制较深岩层中地层流体压力时，套管能够保护较浅岩层免受由钻井液的流体静压力所引起的破裂。 图I是在中间井眼区段中的钻井过程期间使用钻井液密度来控制岩层压力的示例性示意图。顶部水平线代表由钻井液施加的流体静压力以及垂直线代表井眼的整个垂直深度。地层流体(孔隙)压力图由直线10所表示。如上面所提到，在超平衡钻井中，出于压力控制以及井眼稳定性的原因，钻井液密度被选择成使得它的压力超过岩层孔隙压力一定量。直线12表示岩层裂缝压力。超过岩层裂缝压力的井眼流体压力会导致钻井液挤压岩层壁，从而达到井眼壁中裂开小的裂痕或裂缝的程度。此外，钻井液压力超过岩层压力并且导致显著的流体侵入。流体侵入会导致降低的渗透性、不利地影响岩层开采以及其它问题。由钻井液和它的添加物所产生的压力由直线14所表示，并且大体上是整个垂直深度的线性函数。由没有任何添加物的流体(也就是淡水)所产生的流体静压力由直线16所表
/Jn ο在上面所述的“开环”钻井液系统中，其中从井眼返回的钻井液仅仅暴露于大气压力，而井眼中的环空压力在本质上是井眼流体密度相对于井眼深度的线性函数。最严格的意义上，这仅仅当钻井液静止时是真实的。实际上，钻井液的有效密度会在钻井操作期间由于移动钻井液时的摩擦而发生改变，然而所导致的环空压力通常与垂直深度线性相关。在图I的示例中，钻井液的流体静压力16以及孔隙压力10通常在井眼的中间区段内彼此追踪(track)，直到大约7000英尺的深度。此后，孔隙压力10(地层的孔隙空间中的流体压力)以一速度增加到高于从7000英尺到大约9300英尺深度的区段内等同水柱。这种异常的岩层压力会在井眼穿过岩层区段的位置处产生，该岩层区段与前一个岩层相比具有显著不同的特性。由钻井液维持的流体静压力14在大约7000英尺之前会可靠地高于孔隙压力。在7000-9300英尺的区段内，孔隙压力10与流体静压力14之间的差值被显著地减小，降低了钻井操作期间的安全限度。如果孔隙压力超过流体静压力的话，这个区段内会导致气涌，其中流体和气体进入井眼中有可能需要启动Β0Ρ。如上面所提到，尽管额外的加重材料可被添加到钻井液中用于增加它的流体静压力，但是这在应对气涌时通常是低效的，原因是需要时间来增加井眼中气涌深度处的流体密度。该时间是由于钻井液必须移动穿过几千英尺的钻管而达到钻头深度所导致的，更不用说填充环空来增加环空中的流体静压力。为了克服前述的、使用开环流体循环系统的钻井的局限性，已经提出了多种钻井系统，被称为“动态环空压力控制”(DAPC)系统。美国专利No. 6，904，981中公开了一种这样的系统，该专利授予van Riet并且转让给Shell Oil Company。’981专利中公开的DAPC系统包括流体背压系统，其中从井眼排出的流体被选择性地控制，从而在井眼底部保持选定的压力，以及流体被向下泵送到钻井液返回系统，从而在泥浆泵关闭时保持环空压力。还设置有压力监测系统，用于对探测到的井眼压力进行监测、对预期井眼压力建模以便进一步钻井、以及控制流体背压系统。通过上面流体入流以及流体流失事件的讨论可以推断出，探测到这些事件是重要的，并且由此在任何这种事件开始之后应当尽可能快速地采取校正措施，从而使得校正措施起到作用。尤其是在气涌的情况下，原因是气涌在环空中向上流动，由于入侵气体所导致的流体静压力降低，气体体积增加，因此在环空中连续地移动大体积的钻井液。钻井液的移 动导致了环空上流体静压力的降低，这以恶性循环方式进一步加剧了气体膨胀。由此致力于更多工作来进行钻井控制事件的早期、准确探测。本领域中公知的使用开环流体循环系统来探测钻井控制事件的多项技术在Niedermayr等提出的美国专利No. 6，820, 702中进行了描述。通常地，本领域中公知的、用于通过开环流体循环系统来探测钻井控制事件的技术将会使用流入到井眼中的流体体积与流出井眼之外的流体体积之间的差值来推断出这种事件的存在。进一步，本领域中公知的钻井控制事件技术依赖于对流入井眼内以及流出井眼外的精确测量，从而用于事件的探测。因此需要一种改进的方法，来确定出钻井控制事件的存在，这种方法在某些情况下可与闭环流体循环系统(例如DAPC系统)共同使用。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种用于在穿过地下地层的井眼的钻井期间通过控制地层压力来确定存在井眼流体控制事件的方法。根据本发明的这个方面的方法包括通过延伸到井眼中的钻柱选择性地泵送钻井液、使所述钻井液从所述钻柱的底端的钻头流出、并且进入所述钻柱与所述井眼之间的环状空间。所述钻井液在靠近地表处离开所述环状空间。在发生以下事件中的至少一个时确定存在钻井控制事件选择的泵送的速度保持大体恒定并且所述环状空间的压力增大，以及选择的泵送的速度保持大体恒定并且所述环状空间的压力降低。根据本发明的另一个方面的一种用于在穿过地下地层的井眼的钻井期间通过控制地层压力来确定存在井眼流体控制事件的方法包括通过延伸到井眼中的钻柱泵送钻井液、使所述钻井液从所述钻柱的底端的钻头流出、并且进入所述钻柱与所述井眼之间的环状空间。被泵送到所述钻柱中的所述钻井液的压力被测量。所述钻井液在靠近地表处从所述环状空间被排出。在发生以下事件中的至少一个时确定存在钻井控制事件泵送的钻井液的压力保持大体恒定并且所述环状空间的出口中的压力增大、以及泵送的钻井液的压力保持大体恒定并且所述环状空间的出口中的压力降低。通过下面的描述以及附加的权利要求，本发明的其它方面和优点将会变得清楚。
图I是显示环空压力以及岩层孔隙及裂缝压力的示意图。图2A和2B是可以根据本发明的方法使用的装置的两个不同实施例的示意图。图3是在图2所示实施例中使用的压力监测和控制系统的方框图。图4是压力监测和控制系统的操作的功能框图。图5是显示预测的环空压力相对于测量的环空压力的相互关系的示意图。图6是显示在某些模型参数修改之后在图5中所示预测的环空压力相对于测量的环空压力的相互关系的不意图。图7是显示DAPC系统如何用于在超平衡条件下控制岩层孔隙压力变动的示意图。 图8是显示在平衡钻井时施加的DAPC操作的示意图。图9A和9B是显示DAPC系统如何被用于在停泵/开泵情况下抵消环空压力下降和尖峰的不意图。图10显示了 DAPC系统的另一个实施例，其仅仅使用钻机泥浆泵来将选定的流体压力提供给钻柱和环空。图IlA到IlE显示了在各种井眼流体控制事件期间期望的钻柱泵送流体压力与测量的井眼环空压力的示意图。
具体实施例方式I.钻井循环系统、以及背压控制系统的第一实施例图2A是显示了具有动态环空压力控制(DAPC)系统的一个实施例的路基钻井系统的示意图，该DAPC系统可用于本发明。可以理解的是，离岸钻井系统也可具有使用根据本发明方法的DAPC系统。钻井系统100被显示成包括钻机102，该钻机被用于支持钻井操作。钻机102上使用的许多部件，例如方钻杆、动力夹具、卡瓦、绞车、以及其它设备都出于说明的清楚性而没有单独地显示在附图中。钻机102被用于支承钻柱112，该钻柱被用于钻出穿过地层(例如显示为地层104)的井眼。如图2A中所示，井眼106已经部分地钻出，并且保护管或套管108和水泥109已被设置到井眼106中钻出部分的一部分当中的适当位置。在当前实施例中，套管关闭机构、或者井下套管阀110被安装到套管108中，从而可选地关闭环空以及有效地充当阀，当钻头120设置在阀110上方时关闭井眼106的裸眼区段(井眼106位于套管108底部下方的部分)。钻柱112支承底部钻具组合(BHA) 113，该组合包括钻头120、泥浆马达118、随钻测量以及随钻测井(MWD/LWD)传感器套装119，该传感器套装优选地包括压力传感器116，用于确定出井眼106中的环空压力。钻柱112包括止回阀，防止流体从环空回流到钻柱112的内部。MWD/LWD套装119优选地包括遥测包122，其被用于传输压力数据、MWD/LWD传感器数据、以及在地表接收的钻井信息。尽管图2A显示了利用泥浆压力调制遥测系统的BHA，但是可理解的是，其它遥测系统例如射频(RF)、电磁(EM)或者钻柱传动系统同样可用于本发明。如上面背景技术段落中所提到，钻井操作需要使用钻井液150，其通常存储在罐136中。罐136与一个或多个钻机泥浆泵138流体相通，所述泵通过导管140泵送钻井液150。导管140连接到钻柱112中穿过旋转控制头或者“旋转BOP” 142的最上部区段或者“接头”。旋转BOP 142在启动时驱使球形弹性密封元件旋转向上，在钻柱112周围封闭以及隔离环空中的流体压力，但是仍然使得钻柱能够旋转。商业可供的旋转Β0Ρ,例如NationalOilwell Varco, 10000 Richmond Avenue, Houston, Texas 77042 所制造的，能够隔离高达IOOOOpsi (68947. 6kPa)的环空压力。钻井液150被向下泵送穿过钻柱112以及BHA 113中的内部通路，并且通过钻头120中的喷口或者喷嘴排出，由此钻井液150使岩屑从钻头120循环离开以及通过钻柱112与井眼106之间的环状空间115以及通过套管108与钻柱112之间形成的环状空间而使岩屑向上返回。钻井液150最终返回到地表并且穿过分流器142、导管124以及各种缓冲箱和遥测接收器系统(没有单独地显示出来)。此后，钻井液150继续前进到达背压系统131。钻井液150进入到背压系统131中并且流过流量计126。流量计126可以是质量平衡型或者是其它足够高分辨率的类型，以计量流出钻井的流体。通过流量计152的测量结果，系统操作者能够确定多少钻井液150已经通过钻柱112泵送到钻井中。泵冲程计数器的使用还能够被用于代替流量计152。通常地，在被补偿用于被钻井眼的附加体积时，被泵送和返回的钻井液量在稳定状态情况下是大体 上相同的。在补偿用于瞬时效应和被钻井眼的附加体积、以及基于泵送的钻井液150量与返回的钻井液150量之间的差值，系统操作员能够确定钻井液150是否流失到地层104，这表示已经发生岩层断裂或者崩塌，即显著的负钻井液差。同样地，显著的正钻井液差则表示地层流体从地层104进入到井眼106中。返回的钻井液150继续前进到达抗磨损、可控孔口节流器130。可以理解的是，已经存在有被设计用于在钻井液150包含大量岩屑及其它固体的环境下工作的节流器。节流器130优选为这种类型并且进一步能够在可变压力下、可变开口或孔径、以及通过多个工作周期进行操作。钻井液150离开节流器130并且流经阀装置5。钻井液150能够首先被可选的脱气装置I处理或者直接到达一系列过滤器和摇床台129，所述过滤器和摇床台被设计成从钻井液150除去全部污染物，包括岩屑。钻井液150随后返回到罐136。在阀装置125之前设置有流环119A，用于将钻井液150直接引导到背压泵128的入口。可选择地，背压泵128入口可被提供来自于罐136的流体，该流体穿过与补给罐流体相通的导管119B。补给罐通常用在钻机上，用于在管道起下钻操作期间(使整个钻柱或者它的大部分子设备从井眼中退出以及插入到井眼中)监测流体增加或者流失。在本发明中，补给罐的功能性优选地被保持。阀装置125可被用于对环119A、导管119B进行选择或者用于隔离背压系统。尽管通过选择流动环119A，背压泵128能够利用返回的钻井液产生背压，但是可以理解的是，返回的钻井液会包含没有被过滤器/摇床台129去除的污染物。在这种情况下，背压泵128上的磨损会增加。由此，对于背压泵128而言，优选的钻井液供应应当是导管119A，以将再处理的钻井液提供到背压泵128的入口。在操作中，阀装置125选择导管119A或是导管119B，以及背压泵128被使用，从而确保足够的流量流经节流器130的上游一侧，从而能够在环空115中保持背压，即便是在没有钻井液从环空115流出时。在本实施例中，背压泵128能够提供最高大约2200psi (15168. 5kPa)的压力；然而系统设计者可以自行选择更高的压力泵。可以理解的是，泵128可以以任意方式定位，从而使得它与环空流体相通，该环空是钻井的排出导管。提供背压的能力是对一般钻井液控制系统的显著改进。由钻井液提供的环空中的压力是钻井液密度以及实际垂直深度的函数，并且通常近似为线性函数。如上所述，加入到罐136中钻井液的添加物必须被泵送井底，从而最终改变由钻井液150所施加的压力梯度。该系统可包括在导管100上的流量计152，从而测量被泵送到环空115中的流体量。可以理解的是，通过监测流量计126、152以及由此监测由背压泵128所泵送的体积，能够确定流失到地层的钻井液150量或者相反地确定进入到井眼106的地层流体量。该系统中还包括用于监测井眼压力条件以及预测井眼106和环空115压力特性的设备。图2B显示了 DAPC系统的替代实施例。在这个实施例中，当穿过井眼的流量由于任何原因而需要关闭时，不需要背压泵来保持足够的流量穿过节流器。在这个实施例中，附加的阀装置6被设置到导管140上钻机泥浆泵138的下游。这个阀装置6允许来自于钻机泥浆泵138的钻井液被完全地从导管140转向到导管7，由此使来自于钻机泥浆泵138流量转向，所述流量否则会进入钻柱112的内部通路中。通过保持钻机泵138的作用以及将泵138的输出转向到环空115，确保了足够的流量穿过节流器以控制环空背压。2. DAPC监测系统 图3是DAPC系统的压力监测系统146的方框图。压力监测系统146的系统输入可任选地包括由MWD/LWD传感器套装119中的适当传感器所测量的、通过MWD遥测套装122发送到地表的以及被地表的换能器设备(未示出)所接收的井底压力202。其它系统输入可任选地包括泵压力200、来自于流量计152的输入流量204或者通过计算泵的排量以及泵的运行速度而得出的进入钻井中的流速计算值、钻穿速率以及钻柱旋转速度、以及根据井底压力测量值所需精确性可从BHA 113的适当传感器(没有单独地显示出)传送的钻头上的可选轴向作用力(“钻压”或者W0B)以及钻头上的可选转矩(TOB)。在需要时，返回的泥浆流量通过可选的流量计126而被测量。表示各种数据输入的信号从控制单元230 (其自身可包括钻机控制单元232以及钻井操作员站234)传输到DAPC处理器236以及背压可编程逻辑控制器(PLC) 238，所有这些可通过共用数据网络240来连接。DAPC处理器236完成三个功能监测钻井操作期间井眼压力的状态、预测对于连续钻井的井眼响应、以及将指令发送到背压PLC从而控制节流器130的孔径以及选择性地操作背压泵128。下面进一步描述与DAPC处理器236相关的特定逻辑。3.背压的计算图4中显示了 DAPC压力监测系统146的功能性的示意性模型。DAPC处理器236包括程序，用于执行“控制”功能以及“实时模型校准”功能。DAPC处理器236从各种来源接收数据以及基于输入参数的数值连续地实时地计算出修正的背压设定值。背压设定值随后被发送到可编程逻辑控制器238，其产生用于背压泵(图2A中的128)以及节流器(图2A中的130)的控制信号。输入参数分成三个主要组。第一组是相对固定的参数250，包括以下参数例如井眼和套管柱的几何形状、钻头喷嘴直径、以及井眼轨迹。尽管认识到实际的井眼轨迹会相对于规划的轨迹发生改变，但是可以引入方差来对规划的轨迹进行校正。同样这个参数组里还有环空(图2A中的115)中的钻井液的温度分布以及钻井液的组分。与轨迹参数一样，这些是大体公知的并且在井眼钻井操作的短时期内不会发生改变。特别地，通过DAPC系统，一个目标是尽管流速发生改变，但是能够通过使用背压系统提供附加压力来控制地表附近的环空压力，从而保持井底压力相对恒定。第二组参数252本质上是可变的并且大体上被实时地监测以及记录下来。共用数据网络240将这些数据发送到DAPC处理器236。这些数据可包括分别由入口流量计152和返回流量计126中的一个或者全部而提供的流速数据、钻柱的钻进速度(ROP)或者轴向速度、钻柱的旋转速度、钻头深度、以及井眼深度，后两个是通过钻井公知钻机传感器的数据而推导出来。最后的参数是井底压力254，其由井底MWD/LWD传感器套装119所提供并且能够使用泥浆脉冲遥测包122而被发送到地表。一个其它输入参数是设定点井底压力256，或者是钻头处、靠近钻头或在井眼中某些指定位置的等同循环密度。在功能上，控制模块258试图利用各种模块计算出整个井眼长度上各个位置的环空(图2A中的115)中的压力，所述模块被设计用于各种地层和流体参数。环空中的压力不仅是井眼中流体柱的流体静压力或者重量的函数，而且包括由钻井操作所导致的压力包括钻柱导致的流体排量、在环空中上行返回的钻井液流所导致的摩擦损失、以及其它因素。为了计算出钻井内的压力，控制模块258中的程序将井眼视为有限数目的区段，每个区段都被指定为一段井眼长度。在每个区段中，动态压力和钻井液重量(流体静压力)被计算，并且被用于确定关于所述区段的压力差值262。这些区段随后被合计并且整个井眼分布的 压力差值被确定。公知的是，将钻井液150泵送到井眼中的流量在某些方面与钻井液150的流动速度相关并且该速度在钻井液150穿过钻柱而被泵送到井眼中时被用于确定动态压力流失。钻井液150的密度在各个区段被计算，考虑钻井液压缩性、估计的岩屑负载以及对于特定区段的钻井液150热膨胀，其自身与井眼中该区段的温度分布相关。对于该区段在估计温度下的流体粘性对于确定该区段的动态压力流失同样重要。钻井液的组分同样被考虑用于确定压缩性以及热膨胀系数。钻柱轴向移动速率与钻柱移动到井眼中或者移出井眼之外时钻井操作期间遇到的“喘振”和“抽吸”压力相关。由于旋转在环空中的流体与钻柱之间产生摩擦力，因此钻柱旋转还被用于确定动态压力。钻头深度、井眼深度、以及井眼和钻柱的几何形状全部被用于帮助产生被建模的井眼区段。为了计算钻井液的密度，本实施例不仅考虑由钻井液150施加的流体静压力，而且考虑钻井液压缩、钻井液热膨胀以及钻井操作期间观察到的钻井液的岩屑负载。可以理解的是，当钻井液返回到表面以及被再处理以用于进一步使用时，岩屑负载能够被确定。所有这些因素都能够被用于计算环空中钻井液的“静态压力”。动态压力计算包括在确定静态压力时的多种相同因素。然而，动态压力计算还考虑多种其它因素。一种是钻井液流是层流的还是湍流的。钻井液流是层流的还是湍流的与估计的粗糙度、井眼尺寸以及钻井液的流动速度相关。这种计算还要考虑到相关区段的特定几何形状。这包括井眼偏心度以及影响井眼环空任意区段中观察到的流速的特定钻柱区段形状(例如螺纹连接或者“箱/销”锻粗件)。动态压力计算进一步包括井眼中的岩屑积累、以及流体流变学以及钻柱移动(轴向的以及旋转的)对流体动态压力的影响。可以理解的是，模型的本质以及输入参数的可用性将会影响模型的相对精度，但是原理保持相同。整个环空的压力差值262被计算并且与控制模块264中的设定压力256进行对t匕。期望的背压266随后被确定并且被发送到可编程逻辑控制器238，其产生用于背压泵128和节流器130的控制信号。通常地，背压是通过减小节流器孔径而增加。背压是通过增大节流器孔径而降低。如下面进一步详细说明，在任意时刻的特定节流器孔径能够用作发生钻井控制事件的指示器，即地层流体从一个或多个岩层进入到井眼中(“井涌”)，或者钻井液离开井眼以及进入与井眼相邻的一个或多个地层中(“流失循环”)。4.背压的校准和校正上面的讨论通常如何使用井底压力而计算背压。这个参数在井底被确定并且通常使用泥浆压力脉冲而被向上传送到泥浆柱。由于用于泥浆脉冲遥测的数据带宽是非常低的并且该带宽也被其它MWD/LWD功能以及钻柱控制功能所使用，因此井底压力大体上不能实时地输入到DAPC模型。由此，可理解的是，在使用泥浆脉冲遥测向上传输到地表的测量井底压力与该深度的预测井底压力之间存在差值。当这种情况发生时，DAPC系统计算出参数的调整以及将其实施在模型中，从而生成井底压力的新的最佳估计值。对于模型的校正可以通过改变任一可变参数进行。在本实施例中，钻井液密度和钻井液粘度中的任意一个被修改，从而将预测井底压力校正到实际井底压力。此外，在本实施例中，实际的井底压力测量值仅仅用于校准计算的井底压力，而不是用来预测井底环空压力。通过大体上连续的井底遥测从而大体上能够实现井眼底部附近的压力和温度的实时传输，由此实际当中可包括 实时的井底压力和温度信息来校正模型。当井底压力的测量值与其它实时输入之间存在延迟时，DAPC控制系统236进一步操作从而对输入进行索引，从而使得实时输入适当地与延迟的井底传输输入相互关联。钻机传感器输入、计算出的压力差值以及背压压力、以及井底测量值可以是“时间标识的”或者“深度标识的”，从而使得输入和结果能够与随后接收的井底数据适当地相互关联。使用基于一组最近时间标识的实际压力测量值的回归分析，模型能够被调整从而更精确地预测实际压力以及需要的背压。在没有时间标识或者深度标识的情况下，同样的回归分析操作可被用于对比实际的和计算的井底压力。图5显示了 DAPC控制系统的操作，阐明了未校准的DAPC模型。应当认识的是，由于被选择以及传输到井口的信号存在时间延迟，因此随钻井底压力(PWD)400会适时地变动。由此，在DAPC预测压力404与随钻非时间标识压力或环空压力(PWD)测量值400之间存在明显偏移。当PWD被时间标识以及在时刻402移位返回时，PWD402与DAPC预测压力404之间的差值要明显小于与非时间移位PWD400相对比的差值。尽管如此，DAPC预测压力明显不同。如上提到，这个差值是通过修改钻井液150的密度及粘度或者两者的模型输入而被解决。基于新的估计值，在图6中，DAPC预测压力404更紧密地追踪着实际的井底压力402。由此，DAPC模型使用实际的井底压力来校准预测压力以及修改模型输入，从而更精确地反映出贯穿整个井眼分布的井底压力。基于DAPC预测压力，DAPC控制系统236将会计算需要的背压水平266以及将其传输到可编程逻辑控制器(图4中的238)。可编程控制器238随后基于使用的实施例根据需要而生成必要的控制信号，发送到到节流器130必要阀和背压泵128。在特定的实施例中，每次开启钻机泥浆泵之后，DAPC系统对预测井底压力的计算都被延迟，至少直到泥浆泵出口处的钻井泥浆压力大约等于节流器入口处的背压。本实施例的目的是克服由重启钻机泥浆泵之后泥浆循环系统的装料所导致的压力建模中多个不利的人为缺陷。可以理解的是，当钻机泥浆泵被首次开启时、例如在将一段新的钻管增加到钻柱之后(“形成连接”)，大量的钻井泥浆将会由于钻柱中的空隙以及泥浆的压缩(此时泥浆被钻机泥浆泵压缩到需要克服循环系统中全部摩擦力的程度)而被添加到整个钻柱和井眼循环系统体积。在井眼的钻井液排出回路中没有设置流量计的情况下，本实施例具有特别的益处。5. DAPC系统的应用使用DAPC控制背压系统的优点可以在图7的示意图中容易地观察到。钻井液的流体静压力由线302所表示。如图所示，流体静压力根据下述公式作为井眼深度的线性函数而增大P=P gTVD+C (I)其中P是压力，P是钻井液比重，TVD是井眼的整个垂直深度，g是地球重力常量，以及C是由背压系统施加的背压。在水梯度流体静压力302的情况下，钻井液的密度是水的密度。此外，在开路循环系统中，背压C总是为零。为了确保环空压力超过地层孔隙压力300，钻井液被加重(它的密度增加)，由此增大了针对井眼中深度而施加的压力。孔隙压力分布300在图7中可以看到是线性的，直到它离开套管20的时刻，在这种情况下，它暴露于 实际的地层压力，导致了地层压力的突然增大。在正常操作下，钻井液密度必须进行选择，从而使得套管20下方的环空压力超过地层孔隙压力。通过对比，DAPC控制背压系统的使用允许操作者大体上实现了环空压力中的步进改变。DAPC压力线303在图7中显示为响应于X处孔隙压力观察到的增大；背压C可以增力口，从而与图I中直线14所示常规环空压力技术相比使环空压力响应于增大的孔隙压力从300增加到303。DAPC系统进一步提供了优点能够响应于孔隙压力降低(如300c中所示)而降低背压。可以理解的是，DAPC保持的环空压力303与孔隙压力300c之间的差值(被称为超平衡压力)能够显著地小于使用传统压力控制方法(如图8中所说明)的超平衡压力。高度超平衡情况会通过迫使更多数量的井眼钻井液进入到地层中从而不利地影响地层渗透性，以及可能不能够控制钻井液流失，由此不能以及时且安全的方式防止井眼的进一步钻进。图8是显示了在平衡钻井(ABD)环境下或者近ABD环境下，DAPC系统的一个应用的示意图。图8中的情形显示了区段320a中的孔隙压力梯度大体上是线性的并且地层中的流体通过常规环空压力321a而被维持受控制。孔隙压力发生突然增大，如320b所示。一般过程是在这时设置套管20并且利用本领域公知的压力控制技术，该步骤是增加钻井液密度来防止地层流体入流或井眼不稳定性。所得到的密度增加改变了钻井液的压力梯度，如321b所示。由此，以这种方式对传统钻孔的限制在于321b与降低的破裂梯度323b相交叉，限制了钻到规划的整体深度400的可能性。使用DAPC系统，基于在320b观察到的压力增大而控制井眼的技术是将背压施加到环空中的钻井液，从而使整个环空压力分布向右移位，从而使得在井眼被钻进时，与压力分布321b所表示的相比，压力分布322更加紧密地匹配孔隙压力320a、320b和320c。这个方法允许整个整个钻井被钻进到规划的整体深度400，而不必插入套管柱20。DAPC系统还被用于控制主要钻井控制事件，例如流体入流。对于本领域公知的方法，在大量地层流体入流的事件(例如气涌)中，仅有的实际井眼压力控制方法是关闭Β0Ρ，从而有效地以水力方式“封井”(密封)井眼，通过节流器以及压井管汇来释放过多的环空压力，以及加重钻井液从而提供附加的环空压力。这项技术需要时间来对井眼进行控制。一个替换性方法是“司钻法”，其使用连续的钻井液循环而不关闭井眼。“等待压井法”方法包括使大量加重的钻井液(例如18磅每加仑ppg, 3. 157kg/L)循环供应。当探测到气涌或地层流体入流时，大量加重的流体被添加到井下以及在井下循环，导致入流流体进入到循环钻井液中的溶液中。入流流体在接近表面时通过波义耳定律识别而开始离开溶液并且通过节流器歧管而被释放。可以理解的是，尽管司钻法提供了连续的钻井液循环，但是它仍然需要额外的循环时间，而没有使用等待压井法的钻头，从而防止额外的地层流体入流以及允许地层气体与当前具有更高密度的钻井液一起进入到循环中。 利用当前的DAPC技术，当探测到地层流体入流时，与增加大量的加重钻井液相对t匕，背压被增加。与司钻法相类似，泥浆循环连续进行。通过环空压力的增加，地层流体入流进入到循环钻井液中的溶液当中并且通过节流器歧管被释放。由于压力已经增加并且能够以附加背压继续循环，因此不再需要立即循环到大量加重的钻井液。此外，由于背压直接施加到环空，因此与等待直到大量加重的钻井液循环到环空中相反，地层流体被快速地迫使进入到溶液中。DAPC技术的附加应用与其在非连续循环系统中的使用相关联。如上所述，连续循环系统被用于帮助稳定地层，当泥浆泵被关闭从而形成/中断新的管道连接时避免发生突然的压力下降502。当泵被重新打开用于钻井操作时，这个压力下降502由此紧接着压力尖峰504。这在图9A中显示。环空压力500的这些改变会不利地影响井眼泥浆饼，并且会导致钻井液侵入地层中。如图9B中所示，DAPC系统背压506可在关闭泥浆泵之后施加到环空，将环空压力从停泵情况下的突然下降减轻到较为柔和的压力下降502。在开启泵之前，背压被降低，从而使得压力尖峰504也被降低。由此，DAPC背压系统在钻孔情况期间能够保持相对稳定的井底压力。6.通过DAPC系统确定钻井控制事件已经确定，DAPC系统(例如上面参考图2A到9B所说明的以及下面将参考图10进一步说明的系统)能够被用于确定钻井控制事件的存在。钻井控制事件包括流体从井眼周围地层的入流、以及井眼中的流体出流到周围地层中。通过将计算出的井底压力与实际的井底压力进行对比，能够探测到入流事件(被称为“井涌”)。计算井底压力能够采用流体静力学模型进行，该模型基于环空中期望的平均流体密度(通常是泵送穿过钻柱的钻井液的密度)而确定井底压力。实际记录的井底压力通常靠近钻头借助环空压力传感器或者某些其它形式的井底压力测量手段(该手段测量实际的井底压力)而进行测量。如果发生入流并且在入流流体与井眼中的钻井液之间存在密度差异，那么模型计算的与实际的井眼井下压力将会由于计算出的流体柱压力与实际测量压力中的差值而发生偏离，无论流体柱是静止的还是动态的。这个偏离能够被DAPC系统记录为错误并且能够采取校正措施从而将井底压力保持在期望的数值(设定点压力)，如果入流密度小于钻井中钻井液密度的话则通过减小节流器的孔径，或者如果入流密度大于钻井中钻井液密度的话则稍稍增大节流器的孔径。当泵送的钻井液流速没有改变时，由这种井底压力差值所导致的节流器孔径改变被用作已经发生入流的指示。入流的另一个特性是节流器孔径会由于地表处增加的钻井液排出速度而稍稍增大以及随后在新的孔径下稳定，根据入流流体密度以及由额外流体流所导致的摩擦，该孔径可能小于、大于或者等于之前的节流器孔径。如果入流继续以及密度小于钻井液的密度以及摩擦压力下降并不显著，那么井眼中流体的平均密度将会继续降低并且节流器孔径将会响应DAPC系统试图将井底压力保持在设定点数值而持续关闭。相反地，如果入流流体密度大于井眼流体密度，那么随着流体入流继续，井眼环空中流体柱的密度将会增加，由此导致DAPC系统连续地增加节流器孔径而摩擦压力下降并不显著。DAPC系统基于预测的井底压力相对于实际测量的井底压力的调整而确定新的节流器孔径。在低密度流体入流的情况下，预测的井底压力将会小于先前的预测值，原因是流体入流已经连续降低了环空中流体柱的平均密度而入流引起的增加流量所导致的摩擦压力下降不足以增加井底压力。这将会持续地指示错误以及DAPC系统将会通过持续地关闭节流器而校正错误，只要入流持续以及井眼中的平均流体密度持续降低。对于入流流体相比钻井液密度更高的情况下，例如当用油基钻井液钻井时来自于盐水区域的入流，那么DAPC系统将会打开节流器孔径从而降低表面环空压力，从而补偿环空中流体的增加的平均密度，只要入流持续、平均密度增加以及入流引起的摩擦压力下降不足以增加井底压力。另一种情况是当入流密度实际上等于当前井眼流体密度时。在这种情况下，节流器可稍稍打开，原因是排出体积增加而入流引起的摩擦压力下降不足以增加井底压力以及随后在新的孔径或者新的平均孔径下持续进行(由于使用PID控制器238使节流器孔径波 动，这种波动通常是正弦曲线的)。DAPC系统将会产生错误，节流器孔径已经改变而没有水力模型而计算的改变，原因是模型使用多个标准参数来计算井底压力，一个参数是在没有流量计126的情况下进入钻井中的流量。只要泵送速度没有改变，或者泵送速度的改变没有显示出节流器孔径被DAPC系统改变，则将会导致错误。由此，没有其它明显的原因的话，节流器孔径的持续增加会推断出是井涌，当进来的地层流体的密度大体上等于钻井泥浆时而井眼几何形状足够大和/或入流流速足够低从而不会导致井底压力由井眼中增加的摩擦所导致的显著增加。水力模型的操作以及对节流器孔径的控制的上述说明被提供作为各种钻井控制事件探测的背景以及可通过DAPC系统执行的缓解方法。在一个方法中，由DAPC系统所控制的节流器的孔径被监测。孔径可通过连接到节流器控制元件的位置传感器而被监测。一种适用于与DAPC系统的位置传感器类型是线性差动变压器(LVDT)。在进入到钻井中的流体流速没有任何改变以及流体被泵送到钻井中时流体压力没有任何改变的情况下，如果节流器孔径由DAPC系统改变超过短暂时间段，那么这种孔径改变的测量值可被用于识别钻井中的流体入流或者流体流失事件，如上所述。在一个特定示例中，如果节流器处于大体固定的开口(例如由位置传感器所确定)、如果泵送到井眼中的流体流速保持大体恒定、以及如果环状空间排出导管中的压力增加的话，那么可以确定进入到井眼中的流体入流。在一个相反示例中，如果节流器处于大体固定的开口、如果泵送到井眼中的流体流速保持大体恒定、以及如果环状空间排出导管中的压力降低的话，那么可以确定井眼的流体流失。DAPC系统的另一个实施方式可设置用于对节流器孔径进行自动控制，但是没有任何与节流器孔径实际如何相关的测量。在这种实施方式中，没有设置监测节流器孔径控制位置的设备。在这种实施方式中，能够推断出流体入流或者流体流失事件的存在，而没有与节流器孔径控制的位置相关的特定测量。在这种实施方式中，进入到井眼中的流速以及从井眼流出的流速的至少一个被测量。实际的井底流体压力也可被测量，例如通过设置在仪器中的环空压力传感器(通常被称为随钻压力[“PWD”]传感器)，所述仪器定位在钻柱中并且靠近钻柱底部。在一个示例中，进入井眼中的流体流速被测量，以及地表或者地表附近的井眼环空上的流体压力被测量。采用与DAPC系统共同操作的水力模型，预期的井底流体压力被计算。井底压力计算值的输入包括流体密度(泥浆重量)、流体流速以及地表或地表附近的环空压力。在测量出的井底压力不同于计算出的井底压力的情况下，可以推断出钻井入流或者流体流失。DAPC系统可导致节流器孔径改变，直到测量的井底压力匹配计算出的井底压力。由于测量的井底压力与计算出的井底压力之间的差值，DAPC系统可自动地改变进入的流体密度(泥浆重量)作为水力模型的输入，从而使得测量的井底压力与计算出的井底压力近似地匹配。提供对于输入流体密度的改变，原因是在钻井控制事件期间进入到井眼中的流体流速以及环空压力都没有显著地改变。由此，为了使得计算出的井底压力匹配测量的井底压力，必须改变输入流体密度和流体流速中的至少一个。在一 个实施例中，如果作为水力模型输入的、流体密度与进入的流体流速中至少一个的改变超过了选定的阈值，那么DAPC系统会产生警报信号。 在部分实施例中，DAPC系统可改变节流器孔径，从而使得测量的井底压力向着计算出的井底压力逼近。在另一个实施例中，预期的井底压力可以使用流体密度(泥浆重量)、流出井眼的流体流速以及靠近地表的环空压力作为输入，通过水力模型计算。计算出的井底压力与测量的井底压力进行对比。如果两个压力不同，那么DAPC系统可以自动地改变输入到水力模型的流体密度，直到压力近似地匹配。如果流体密度的改变超过选定阈值，那么DAPC系统会产生警报信号。DAPC系统还可操作节流器来使得测量的井底压力大体上匹配计算的井底压力。在另一个实施例中，DAPC系统会改变测量的井底压力，直到输入流体密度的改变稳定下来。在另一个实施例中，DAPC系统会改变测量的井底压力，直到它到达新的设定点数值。在前述实施方式中的任一当中，如果计算出的井底压力与测量的井底压力的差值超过选定阈值，那么同样可以产生警报信号。在其它示例中，通过当钻井液被泵送到钻柱中时钻井液压力的测量值，能够确定井眼流体控制事件的存在。参考图2A，这种压力可通过设置在来自于泵138的排出管路中的压力计或者传感器139而被测量。当流体从环状空间排出时流体的压力还可同时地通过排出管路中(导管124)的压力计139A而被测量。本实施例可以与上面所述的DAPC系统共同使用或者与背景部分段落中描述的“开环”系统共同使用。在这种情况下，导管124将通常地连接到被称为“井口喇叭口”的装置。开环系统中由压力计139A测得的压力变化将会与井口喇叭口或类似装置中的流体水平相关联，假定其中的流体水平总是至少与导管124的海拔高度相同。在当前示例中，如果泵送到钻柱中的流体压力保持恒定以及导管124中的流体压力增加，那么钻井控制事件可通过开环系统而确定。如果存在流体入流(被称为“井涌”)，环空压力将会增加以及泵送到钻柱中的流体压力将会根据入流类型(例如是气体、油、淡水或者盐水)以及入流流速而增加或者降低。
这种情况可以与进入到井眼中的流体入流相关联。相反地，如果泵送到钻柱中的流体压力保持恒定以及导管124中的流体压力降低，那么可以探测到流体流失事件。在其它情况下，如果泵送流体压力增加，以及导管124中的流体压力降低或者保持恒定，可以推断出井眼环状空间装填有岩屑，或者钻头排出喷嘴或者路线(未示出)和/或导管124被堵塞。在其它情况下，如果一部分钻柱开始从内部通路向环状空间泄露钻井液，那么通过被泵送到钻柱中的流体测量压力的降低以及导管124中测量的大体恒定压力，可以推断出发生了“冲蚀”。参考图IlA到11E，参考测量的钻井液泵送压力(“钻柱压力”)以及测量的井眼环空压力，各种井眼流体控制事件的示例以图形方式显示。两种压力可如上所述通过其它技术而被测量。图IlA显示了在发生流体入流(油或者水)或者如果排出管路或者钻井系统中的其它管路被堵塞的话，测量的钻柱压力301A以及测量的环空压力301B随着时间的示意图。通常地，两种测量压力将随着时间增加。图IlB显示了在发生气体入流的事件中， 测量的钻柱压力302A以及环空压力302B的示意图。由于气体的压缩性，钻柱压力302A会降低，而环空压力302B会随着时间增加。图IlC显示了流体流失事件或者钻机泵问题的示例，其中钻柱压力303A以及环空压力303B都随着时间降低。图IlD显示了管道冲蚀或者钻柱中其它泄露的示例。由304A显示的钻柱压力随着时间降低，以及环空压力304B可保持成大体恒定。在钻头堵塞或者井眼“桥接”(例如岩屑的沉淀和填满或者井眼壁的塌落从而堵塞环状空间)的情况下，在图IlE的示意图中所示，钻柱压力305A会增加以及环空压力305B会随着时间降低。7.使用唯一的钻机泥浆泵的背压控制系统的替代实施例能够提供选定的、可控的环空流体压力而不需要附加的泵来将背压提供到环空，当这种背压必须由泵产生时，如上面参考图2B所述。使用钻机泥浆泵的背压系统的另一个实施例在图10中以示意图形式所显示。显示为138的钻机泥浆泵以选定流速和压力排出钻井泥浆，这通常在钻井操作期间执行。在当前实施例中，第一流量计152可被设置在泵138下游的钻井泥浆流动路径中。当钻井液从泵138排出时，第一流量计152可被用于测量钻井液的流速。可选择地，通过监测泵的运动而估计泥浆排出体积的常见“冲程计数器”可被用于估计泵138的整体流速。钻井液流量随后施加到第一可控孔口节流器130A，该节流器的出口最终连接到立管602(该立管自身连接到钻柱内部通路的进口 )。在常规钻井操作期间，第一节流器130A通常完全地打开。从泵138排出的钻井液还连接到第二可控孔口节流器130B，该节流器的出口最终连接到钻井排出口(环空604)。如前面描述的实施例，钻井的内部被显示为142的旋转控制头或球形BOP所密封。在图10中没有显示的是钻柱以及钻井中位于旋转控制头142下方的其它部件，原因是它们在本质上与在其它实施例中所用的相同，特别是例如在图2中所示的。第三可控孔口节流器103能够连接在环空604与泥浆罐或泥浆池(图2中的136)之间并且控制钻井泥浆离开钻井时的压力从而对环空上保持选定的背压，类似于先前所述实施例中所执行的那样。第一可控孔口节流器103A以及第二可控孔口节流器103B的下游均可包括各自的流量计152AU52B。与冲程计数器(未示出)或者泵排出口上的第一流量计152 —起作用，从泵138进入到立管中以及进入到环空中的钻井液的流速可被确定。流量计152U52A、152B被显示成具有它们各自的信号输出，该信号输出连接到DAPC单元236中的PLC238，其在本质上与图3中所示的对应装置相同。来自于PLC238的控制输出被提供用于操作三个可控孔口节流器130、130A、130B。为了在操作期间在钻柱中形成连接或者断开连接，必须释放钻柱顶部的全部流体压力，同时必须持续保持环空顶部的流体压力，该环空水力地连接到返回管路604。为了实现必要的压力功能，PLC238可操作第一可控孔口节流器103A从而完全地关闭。随后，泄放阀或转储阀600可以在PLC238的操作性控制下被打开，从而释放所有的钻井液压力。钻柱中的止回阀或者单向阀保持住钻柱中其下方的压力。由此，可以在钻孔操作期间形成连接或者断开连接，从而加长或者缩短钻柱。在这种连接操作期间，通过控制泵138、以及第二可控孔口节流器130B和第三可控孔口节流器130的操作，环空上的选定流体压力被保持。这种控制可通过PLC238而自动 地执行，除了泵可被钻机操作者所控制的情况，原因是它仅仅需要监测泵的流速。在常规钻井操作期间，使用与先前实施例相同的水力模型，通过控制第一节流器130A和第二节流器130B的孔口而选择性地使一部分泵138转向流入到环空返回管路604中，以及通过调节第三节流器130来控制必要的背压，适当的流体压力被保持在水力地连接到井眼环空的环空管路604上。通常地，在钻井期间，第二节流器130B可保持关闭，从而通过控制第三节流器130的孔口，钻井上的背压整体地保持，类似于根据前述实施例保持背压的方式。通常地，可以预料到第二节流器130B将会在连接过程期间打开，类似于先前实施例中背压泵将被操作的时刻。本实施例有利地消除了对于单个泵来保持背压的需要。本实施例相对于图2B中所示的实施例(其使用阀装置来将泥浆流从钻机泥浆泵转向从而保持背压)可具有额外的优点，最重要的是能够进行连接而不需要停止钻机泥浆泵以及流动测量的准确性同时使流体从钻井重新定向到环空返回管路，以确保正确的背压计算。根据特定的设备配置，使用冲程计数器(未示出)以及第三流量计152B，或者分别地使用第一和第二流量计152U52A，可以确定进入环空返回管路604中的泥浆流速。尽管本发明已经参考有限数目的实施例进行描述，但是本领域技术人员在得益于本公开内容后能够理解到可以得出其它实施例，而不会脱离在此公开的发明范围。由此，本发明范围应当仅仅由附加的权利要求所限定。
权利要求
1.一种用于在穿过地下地层的井眼的钻井期间通过控制地层压力来确定存在井眼流体控制事件的方法，所述方法包括 通过延伸到井眼中的钻柱选择性地泵送钻井液、使所述钻井液从所述钻柱的底端的钻头流出、并且进入所述钻柱与所述井眼之间的环状空间； 在靠近地表处从所述环状空间排出所述钻井液； 在发生以下事件中的至少一个时确定存在钻井控制事件选择的泵送的速度保持大体恒定并且所述环状空间的出口中的压力增大，以及选择的泵送的速度保持大体恒定并且所述环状空间的出口中的压力降低。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，还包括靠近所述井眼的上端密封所述环状空间、以及通过可选择孔径的流量控制装置从密封下方排出所述钻井液。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在孔径大体恒定、选择的泵送的速度保持大体恒定以及所述环状空间的出口压力增大时，探测到流体入流。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在孔径大体恒定、选择的泵送的速度保持大体恒定以及所述环状空间的出口压力降低时，探测到流体流失事件。
5.一种用于在穿过地下地层的井眼的钻井期间通过控制地层压力来确定存在井眼流体控制事件的方法，所述方法包括 通过延伸到井眼中的钻柱泵送钻井液、使所述钻井液从所述钻柱的底端的钻头流出、并且进入所述钻柱与所述井眼之间的环状空间； 测量被泵送到所述钻柱中的所述钻井液的压力； 在靠近地表处从所述环状空间排出所述钻井液； 在发生以下事件中的至少一个时确定存在钻井控制事件泵送的钻井液的压力保持大体恒定并且所述环状空间的出口中的压力增大、以及泵送的钻井液的压力保持大体恒定并且所述环状空间的出口中的压力降低。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括靠近所述井眼的上端密封所述环状空间、以及通过可选择孔径的流量控制装置从密封下方排出所述钻井液。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在孔径大体恒定、泵送的钻井液的压力根据流体入流的入流流速类型改变、以及所述环状空间的出口压力增大时，探测到流体入流。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在孔径大体恒定、泵送的钻井液的压力降低、以及所述环状空间的出口压力降低时，探测到流体流失事件。
9.一种用于在穿过地下地层的井眼的钻井期间通过控制地层压力来确定存在钻井水力故障事件的方法，所述方法包括 通过延伸到井眼中的钻柱泵送钻井液、使所述钻井液从所述钻柱的底端的钻头流出、并且进入所述钻柱与所述井眼之间的环状空间； 测量被泵送到所述钻柱中的所述钻井液的压力； 在靠近地表处从所述环状空间排出所述钻井液； 在发生以下事件中的至少一个时确定存在钻井水力故障事件泵送的钻井液的压力保持增大并且所述环状空间的出口中的压力保持大体恒定，以及泵送的钻井液的压力降低并且所述环状空间的出口中的压力保持大体恒定。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述钻井水力故障包括所述钻柱中的冲蚀。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述钻井水力故障包括钻头堵塞。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述钻井水力故障包括所述环状空间中的岩屑装填。
全文摘要
一种用于在穿过地下地层的井眼的钻井期间通过控制地层压力来确定存在井眼流体控制事件的方法包括通过延伸到井眼中的钻柱选择性地泵送钻井液、使所述钻井液从所述钻柱的底端的钻头流出、并且进入所述钻柱与所述井眼之间的环状空间。所述钻井液在靠近地表处离开所述环状空间。在发生以下事件中的至少一个时确定存在钻井控制事件选择的泵送的速度保持大体恒定并且所述环状空间的压力增大，以及选择的泵送的速度保持大体恒定并且所述环状空间的压力降低。
文档编号E21B43/12GK102822445SQ201080047133
公开日2012年12月12日 申请日期2010年8月16日 优先权日2009年8月19日
发明者D·G·赖特斯玛 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司