钻探系统及其井涌报警机制与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钻探系统，尤其涉及在进行油井钻探过程中对井涌(Kick)的发生进行预测的报警机制及方法。
【背景技术】
[0002]从地下地层(Subsurface Format1n)来寻找并开探碳氢化合物(Hydrocarbon),如石油已经进行了数十年，例如在海地钻井开采石油。通常，在钻探海上油井(OffshoreWell)时，可转动的钻头(Drill Bit)设置在钻柱(Drill String)末端以从海床下钻出钻井孔。表面平台，如海面平台或钻探船通过钻柱对钻头进行控制。同时，立管(Riser，或称隔水管)设置来连接海面平台和海床上形成的井口(Wellhead)。钻柱穿过立管来导引钻头到井口处。
[0003]在钻井过程中，钻柱从海面平台获得必要的能量驱动钻头转动。其间，来自设置在海面平台的流体罐的钻探流体(或者钻探泥衆，Drilling mud)通过钻柱到达钻头,然后通过设置在钻柱和立管壳体间的环形空间返回流体罐。钻探流体维持了一定的静水压力(Hydrostatic Pressure)来平衡来自钻井孔的流体的压力并对钻头进行冷却。另外，钻探流体与钻井孔形成过程中产生的物料相混合以携带其到海面进行后续处理。
[0004]在一些情况下，从海床中进入钻井孔中的流体的压力会大于钻探流体的压力，其可导致往钻井孔中进入不期望的流体，这在行业中可称为井涌。通常可通过返回的钻探流体流量大于来自钻柱中的钻探流体的流量的情况来确定井涌的发生。在一定的情况下，井涌的发生具有潜在的风险，其可造成设备损坏及对操作人员和环境造成不利影响。
[0005]操作人员密切关注这种不期望发生的流体所造成的潜在风险的可能并在海面持续的监测钻探流体的流入及流出。比如，在钻探操作过程中时时监测流体罐中钻探流体的水平等参数来评估是否发生井涌，如果评估结果为发生井涌，则发出报警信号同时触发后续的井涌保护操作，例如关闭封井装置(Blowout preventer, BOP)上合适的闸板(Ram)等。
[0006]然而，有些实际上没有发生井涌的情况下，在某些其他干扰因素的影响下，也可能会使监测井涌的监测装置发生误判断，进而发出错误的报警并进入后续的井涌保护操作。如此，大大浪费了能源及降低了效率。
[0007]所以，需要提供一种新的能更加精准的预测井涌发生的机制及方法来解决上述问题。
【发明内容】
[0008]现在归纳本发明的一个或多个方面以便于本发明的基本理解，其中该归纳并不是本发明的扩展性纵览，且并非旨在标识本发明的某些要素，也并非旨在划出其范围。相反，该归纳的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前用简化形式呈现本发明的一些概念。
[0009]本发明的一个方面在于提供一种钻探系统，包括:
[0010]具有钻柱、钻头及立管的钻探组合；
[0011]井涌报警机制，包括:
[0012]钻探控制器，用于输出启动信号以启动钻探操作及用于输出中断信号以中断钻探操作；
[0013]若干主侦测装置，用于在钻探操作下侦测若干与井涌相关的特征信号；
[0014]重量侦测装置，用于在中断状态下侦测与井涌相关的重量信号；及
[0015]处理器，用于基于该特征信号及重量信号评估是否发生井涌。
[0016]本发明的另一方面在于提供一种井涌报警方法，包括:
[0017]a)启动钻探系统的钻探操作；
[0018]b)在钻探操作下，监测若干与井涌相关的特征信号；
[0019]c)判断监测到的特征信号是否不正常，如果发现至少一个不正常，执行步骤d)，否则返回步骤b)；
[0020]d)中断钻探操作；
[0021]e)在中断状态下，监测与井涌相关的重量信号；
[0022]f)判断监测到的重量信号是否不正常，如果发现不正常，执行步骤i)，否则执行步骤g);
[0023]g)综合分析所有的特征信号；
[0024]h)基于上述综合分析结果，判断是否发生了井涌，如果是，执行步骤i)，否则返回步骤a);及
[0025]i)产生井涌报警信号。
[0026]本发明的再一方面在于提供另一种井涌报警方法，包括:
[0027]a)启动钻探系统的钻探操作；
[0028]b)在钻探操作下，监测若干与井涌相关的特征信号；
[0029]c)判断监测到的特征信号是否不正常，如果发现至少一个不正常，执行步骤d)，否则返回步骤b)；
[0030]d)中断钻探操作；
[0031]e)在中断状态下，监测与井涌相关的重量信号；
[0032]f)判断监测到的重量信号是否不正常，如果发现不正常，执行步骤i)，否则执行步骤g);
[0033]g)重新监测上述不正常的特征信号；
[0034]h)判断重新监测的特征信号是否返回落入了正常的范围，如果是，返回步骤a)，否则执行步骤i) '及
[0035]i)产生井涌报警信号。
[0036]相较于现有技术，本发明除了在钻探操作中根据时时监控的与井涌相关的特征信号来预测井涌的发生以外，还进一步在上述初步判断的基础上中断钻探操作，并在中断状态下监控与井涌相关的重量信号，然后结合上述特征信号与该重量信号来综合预测井涌发生的可能性，因此大大提高了预测的准确性，降低了误判的发生，进而提高了工作效率。
【附图说明】
[0037]通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中:
[0038]图1为本发明钻探系统的较佳实施方式的示意图。
[0039]图2为本发明钻探系统中的井涌报警机制的较佳实施方式的电路框图。
[0040]图3为本发明钻探系统中的井涌报警方法的较佳实施方式的流程图。
[0041]图4为本发明钻探系统中的井涌报警方法的另一较佳实施方式的流程图。
【具体实施方式】
[0042]以下将描述本发明的【具体实施方式】，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。
[0043]除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的器件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的器件或者物件及其等同器件，并不排除其他器件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。
[0044]请参考图1，为本发明钻探系统100的较佳实施方式的示意图。本发明实施方式中，该钻探系统100可用来钻探钻井孔，以开探碳氢化合物，如化石燃料(Fossil Fuels)。在非限定实施方式中，钻井孔包括陆上钻井孔(Onshore Well)或海上钻井孔(OffshoreWell)。在本较佳实施方式中，该钻探系统100用来开探海上钻井孔，仅仅为了方便举例说明。
[0045]如图1所示的例子,钻探系统100通常包括位于海面上的平台101及连接平台101和位于海床107上的钻井孔(Wellbore) 132的钻探组合103。在非限定的实施方式中，该钻探组合103可能包括一个钻柱110、一个钻头114、一个立管111、一个封井装置115及一个低位海下油管截油装置(Lower Marine Riser Package, LMRP) 113。通常地,该钻探组合103位于该连接平台101的下方，并且部分位于海水里面，以用于开凿该钻井孔132。需要说明的是，图1仅仅是一个示意图，该钻探组合103可能还包括其他的零件，由于与本发明的设计关联不大，故这里未示出，以方便说明。
[0046]在非限定的实施方式中，该钻柱110包括一个钻杆(Drill Pipe)，其由多个具有一定长度的管道首尾相连形成。钻头114安装在钻柱110的末端并且可旋转地在海床107下进行开凿作业。该钻柱110可用来输送钻头114从而来延伸在海床107下的开凿。同时，来自平台101的钻探流体116，通过钻柱110输送到钻井孔132中。
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