从浮动钻井平台钻探同时对注入和损失的检测的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开一般地涉及与地下井结合利用的仪器和结合执行的操作，且在下述一个实 施例中本公开更特定地提供从浮动钻井平台（floating vessel)钻探同时对注入和损失的 检测。
[0002] 背景
[0003] 在从浮动钻井平台进行的特定类型的钻探操作中，由于波动或潮汐，立管柱 (riser string)体积可随平台上升和下降而变化。这个变化的体积使得难以确定流体是正 在进入还是离开由正被钻探的井眼所穿透的地层。
[0004] 因此，将理解的是在从浮动钻井平台钻探同时检测注入（井涌（kick))和损失的 领域中持续需要改进。
【附图说明】
[0005] 图1是可实现本公开原理的井系统和相关联方法的代表性部分截面视图。
[0006] 图2A和B是可被用于图1的系统和方法中的旋转控制设备和滑动接头的代表性 截面视图。
[0007] 图3-5是用于检测注入和损失的系统和方法的代表性示意图，这些系统和方法可 实现本公开的原理。
[0008] 详细描述
[0009] 在图1中代表性地示出的是用于钻井的系统10及相关联的方法，该系统和方法可 实现本公开的原理。
[0010] 然而，应该清楚理解的是，系统10和方法仅仅是在实践中应用本公开原理的一个 示例，且各种较广范围的其他示例是可能的。因此，本公开的范围完全不限于此处描述的和 /或图中示出的系统10和方法的所有细节。
[0011] 在图1中所示的井系统10中，使用浮动钻机12来钻探井眼14。基本呈管状的钻 柱16具有连接在钻柱下端处的钻头18,且钻头被旋转和/或以其他方式被操作以钻探井眼 14〇
[0012] 钻柱16可由钻机12所旋转，且钻柱可具有用于旋转该钻柱的Moineau型流体马 达（未示出），和/或可由传递至钻头（drill bit)的冲击力来钻探井眼14,等。钻柱16可 以是连续的或分段式的，且钻柱可具有与钻柱相关联用于传输数据信号、命令/控制信号、 功率、流等的金属线、光学波导、流体管道、或其他类型的通信路径。因此，将理解的是，图1 中所示的钻柱16仅仅是可用于井系统10内的各种不同类型钻柱的一个示例。
[0013] 图1中将钻机12图示为包括位于地表位置处（如，位于深或超深水体的表面20 处）的浮动钻井平台21。响应于波动和潮汐，钻井平台21上升和下降。
[0014] 在图1示例中，海底取油立管（marine riser)22在钻机12和位于海底位置处 (如，在泥浆管线处或海床26上）的防喷器组24之间延伸。立管22用作在钻机12与防喷 器组24之间引导钻柱16、用于使得流体在钻机和井眼14之间流动等的导管。
[0015] 互连在立管22和防喷器组24之间的是环形防喷器28。虽然即使在环形防喷器内 没有出现钻柱，典型的环形防喷器可密封防喷器组24的顶部，环形防喷器28被设计为在特 定情况下密封钻柱16周围的环形空间32 (如，紧急时防止流体从井中非故意的释放）。
[0016] 靠近立管22上端的是环形密封设备30,该设备也被设计为密封钻柱16周围的环 形空间32,但是该环形密封设备被设计为当钻柱被用于钻探井眼14的同时来做出此举。如 果钻柱16在钻探井眼14的同时旋转，则环形密封设备32被设计为围绕该旋转的钻柱进行 密封。
[0017] 环形密封设备30可以是作为旋转防喷器、旋转头、旋转转向器、旋转控制设备 (RCD)、钻削动力头（drilling head)等为本领域技术人员已知的类型。环形密封设备32 可以是被动地或主动的，其中该设备的一个或多个密封装置（seal)可总是、或选择性地延 伸至与钻柱16之间的密封接合。
[0018] 环形密封设备32的密封装置（多个）可与钻柱16 -起或不一起旋转。密封装置 优选地将立管22中的环形空间32与地球大气层的通信隔离。
[0019] 钻井液33被包含在钻机12的储存器34内。钻机泵36被用于将钻井液33泵入 地表处的钻柱16。钻井液流过钻柱16且进入井眼14(如，在钻头18处离开钻柱）。
[0020] 然后，钻井液33经由扼流管汇38、气体分离器或"可怜男孩（poor boy) "脱气装 置40、固体分离器42等流过环形空间32回到储存器34。然而，应该理解的是，在本公开范 围内可使用其他类型的钻井液操作、调节、和处理装置及其组合。
[0021] 可使用压力控制系统（未示出）来控制井眼14内的压力。压力控制系统可操作 扼流管汇38,以使得期望量的背压施加至环形空间32。压力控制系统还可调节其他装置 (如，泵36、竖管（standpipe)控制阀、将来自泵36的流转向至扼流管汇38上游处的钻井 液返回管线84的转向器等）的操作。
[0022] 在不同情况下，可期望井眼14内的压力小于、大于、或等于由井眼所穿透的地层 46内的孔隙压力。一般，期望井眼压力小于地层46的压裂压力。
[0023] 本领域技术人员使用术语，诸如欠平衡钻探、控压钻探、在平衡钻探、常规过平衡 钻探等，来描述井眼钻探期间如何控制井眼压力。压力控制系统可被用于控制任何类型的 钻探操作中的井眼压力，且在井眼压力和地层46孔隙和/或压裂压力之间具有任何期望的 关系。
[0024] 压力控制系统可被用于在沿井眼14的任何位置处、且为了任何目的，随着时间推 移控制压力。例如，可期望精确地控制井眼14底部处、或在相对于地层46的特定位置处、 或在压力敏感区域（诸如，在套管靴部（casing shoe)48处）的压力。对于井眼压力的控 制可出于如下目的：避免地层46压裂、避免钻井液33损失、防止地层流体的不期望的注入 进入井眼14、防止对于地层的损害等。
[0025] 在控压钻探（MPD)操作中，仔细地控制钻头18处和沿着裸井段的井眼14内的压 力（静水压力加流体摩擦压力）从而维持在略高于地层46的压力。如果井眼14压力落在 低于地层46压力，此举可导致"井涌"或地层流体的不期望的注入进入井眼。可选地，如果 井眼14压力变得显著大于地层46压力，钻井液33可离开环形空间32且损失进入地层。
[0026] 井涌和损失两者均是不期望的钻探事件，在可安全地恢复Mro前，这样的钻探事 件可需要由钻探操作人员进行合适的修正动作。如果井涌和损失被迅速发现，可能更容易 来抵制井涌和损失。这些问题易于随时间更加劣化，且如果没有快速检测到井涌或损失，则 微小事件可变成大事件。
[0027] 在用常规的陆上钻机执行Mro时，相对容易检测到损失和井涌。简单地测量进入 井眼和离开井眼的钻井液的量。在常规钻探中，这些流应该通常是相等的。当进入的等于 离开的时，则没有出现任何井涌或损失。当离开井眼的流体体积超过被泵入的流体体积时， 指示井涌，且反之，当被泵入井眼的流体体积超过返回的流体体积时，指示损失。
[0028] 在浮动钻井平台21上执行MH)操作期间，钻探期间即使是以恒定速率泵入钻井液 33,来自井眼14的返回并不恒定这样的事实使得对于井涌和损失的检测复杂化。浮动钻井 平台21经由伸缩节44 (也被称为滑动结或伸缩接头）连接至海底取油立管22,从而容纳由 于波动和潮汐影响引起的钻井平台21的垂直运动。
[0029] 由于伸缩节44随着波动和潮汐运动延伸和收缩，在钻柱16的外径和立管22的内 径之间的环形空间32的体积发生变化。因此，即使进入钻柱的泵速率维持不变，钻探同时 从环形空间32流出的流体33随着钻井平台21的运动而变化。由于离开井的流体33的体 积总是在变化，因此通过简单地测量离开井和进入井的流体之间的流速的差异来检测井涌 和损失变得是有问题的。
[0030] 幸运的是，可易于由如下式发现环形空间32的体积的瞬态变化与浮动钻井平台 21的垂直速度之间的关系：
[0031] Δ V (t) = Av (t) (1)
[0032] 其中AV(t)是离开井的体积的变化，A是伸缩节44的差动面积，且V(t)是浮动 钻井平台21的垂直速度。
[0033] 在式（1)中，从伸缩节44的几何形状中易于计算出面积A。一般而言，可存在两种 类型的伸缩节44,它们代表性地图示在图2A和B中。
[0034] 大多数伸缩节44类似于图2A中所示。为了一般