在钻探流体循环系统中进行分流来调节钻探流体压力的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及使钻探流体循环通过地面栗和井筒中的管道。 技术背景
[0002] 在使用钻机进行井筒钻探的情况下，钻探流体循环系统利用一个或多个泥浆栗循 环（或栗送）钻探流体（例如，钻探泥浆）。例如，钻探流体循环系统可以使钻探泥浆通过 特殊的管（本领域中称为钻管）和连接至钻柱的钻环向下移动到井筒中。流体通过钻头中 的端口（喷口）离开，获得钻肩并且将所述钻肩沿着井筒的环隙向上载运。泥浆栗可以从泥 浆罐进行抽吸并且可以将泥浆栗送到排出管道外，沿着立管向上，穿过水龙带，穿过Kelly 或顶部驱动单元，并且进入到钻管、钻环和钻头的中心孔中。泥浆和钻肩沿着环隙向上返回 到地面。在地面上，泥浆和钻肩通过出口离开井筒，并且可以通过泥浆返回线路发送到钻肩 去除系统。在返回线路的终点，可以使泥浆和钻肩流到本领域中称为Shale Shaker的振动 筛上。可以通过分沙器去除较细的固体。可以利用储存在化学罐中的化学制品对泥浆进行 处理并且随后可以将泥浆提供到泥浆罐中，在泥浆罐中可以重复该方法。
[0003]钻探流体循环系统在压力下输送大量泥浆流以用于进行钻机操作。例如，该循环 系统可以使泥浆输送到钻杆以沿着钻管的钻柱向下流动并且通过附加于钻杆下端的钻头 流出。除了冷却钻头外，泥浆还通过钻头中的一组开口液压地冲洗井筒的面。另外，泥浆还 冲洗掉钻头前进时所产生的碎肩、石肩和钻肩。该循环系统可以使泥浆在钻杆外部的和通 过钻探方法形成的裸眼内部的环隙中流动。以此方式，该循环系统可以使泥浆流过钻头并 且流出井筒。
[0004] 泥浆以充分的速度流过钻杆和环隙以使比泥浆更重的碎肩、石肩和钻肩移动到地 面上。泥浆的速度也应当是充分的以冷却钻头。栗处的井口压力是充分高的以使泥浆以所 需速度流动并且还用于克服沿流动路径的实质性的流动压力阻力。在一些情况下，该循环 系统可以使泥浆以高的体积流率（例如，500至1，000加仑每分钟）和高达5, 000PSI的压 力流过钻头和井筒。如果钻探流体由于钻探泥浆压力的不平衡流入井筒中并且沿着环隙向 上流动或流动到钻管的内部，那么可以引起称为井涌的现象。如果井没有关闭，那么当地层 流体到达地面时，井涌可以逐步升级为井喷。
[0005] 附图描述
[0006]图1是包括压力控制装置的示例性钻探流体循环系统的示意图。
[0007]图2是用于调节钻探流体循环系统中的钻探流体压力的计算机系统的示例的示 意图。
[0008]图3是调节钻探流体循环系统中的钻探流体压力的示例性方法的流程图。
[0009] 图4是图1的计算机系统的示例性架构的框图。
[0010] 各个附图中的相同的参考标号和标识指示相同的元件。
【具体实施方式】
[0011] 本公开描述了用于在钻探流体循环系统中进行分流来调节钻探流体压力的系统 和方法。本公开中所描述的系统和方法可以实施为压井的一部分，即用于防止例如在井底 压力恒定的情况下，正在钻探的井出现井喷前兆。司钻法是用于压井的示例性方法，在该方 法中使钻探流体在井中循环两次。在第一循环中，利用原始泥浆重量使流入液循环出井。通 过使循环钻管压力通过第一循环保持恒定来维持恒定的井底压力。如果原始泥浆重量不足 以平衡地层压力，那么通过在第二循环中使更重的泥浆（压井泥浆）循环来进行压井。
[0012] 为了在第二循环期间保持恒定的井底压力，可以实施两种方法之一。在一种方法 中，在将压井泥浆从地面栗送到钻头时，使套管压力保持恒定，并且此后使钻管压力保持恒 定直到观察到压井泥浆返回到地面。或者，在第二循环期间，可以在将压井泥浆从地面栗送 到钻头时循环并且遵循钻管压力安排，并且此后可以使钻管压力保持恒定。
[0013] 等候加重法是压井的另一种示例性方法，其中使钻探流体循环一次。使流入液循 环出井，并且在一个循环中栗送压井泥浆。虽然将压井泥浆从地面栗送到钻头，但循环并且 遵循钻管压力安排。此后使钻管压力保持恒定直到观察到压井泥浆返回到地面。
[0014] 可以实施本公开中所描述的技术以维持钻探流体根据钻管压力安排流过其中的 管道中的钻探流体压力。例如，在司钻法的第一循环和第二循环中，可以实施计算机实施的 方法以便通过操作压力控制装置来根据钻管压力安排维持连接至井筒入口的排出管道中 的钻探流体压力，以使来自排出管道的钻探流体通过旁路管道自动分流到例如泥浆钻头。 另外，例如，在等候加重法的循环中，可以实施计算机实施的方法以使来自排出管道的钻探 流体自动分流远离排出管道以便根据钻管压力安排维持钻探流体压力。另外，可以测量钻 探流体分流的速率并且将其提供为曲线拟合函数（如下所述）的输入以计算钻探流体分流 远离排出管道的流率。例如，作为使用涡轮流量计的替代方案或除了使用涡轮流量计外，还 可以使用分流的流率来校准流。以此方式，本文所述的技术可以被实施用于针对井涌/井 侵进行井控，其中获得并且记录缓慢的栗速，并且随后使用该栗速计算分流的流率。这些技 术还可以用于使司钻法或等候加重法（或两者）自动化。
[0015] 根据本文所述技术的实现方式，可以使钻探流体自动分流到泥浆钻头，而不是通 过修改注入流率来使司钻这么做。也可以使井控的司钻法自动化。类似地，也可以使井控 的等候加重法自动化。可以使用于实现和记录栗速的方法自动化。可以改善分流的流率的 计算。
[0016] 图1是包括压力控制装置104的示例性钻探流体循环系统100的示意图。可以在 地面上使用附接至钻柱115的井底端的钻头114钻出井筒102。钻柱115可以从至少一个 地面钻探流体栗30的排出口到Kelly或顶部驱动系统33连接至排出管道24。排出管道 24(其使得钻探流体栗30与井筒102的入口相连接）可以例如是金属导管，该金属导管是 管道系统泥浆栗排出压力通路的一部分，用于使钻探流体（例如，钻探泥浆）行进到附接至 钻柱115井底端的钻头114。排出管道24可以包括钻机立管26。在一些实现方式中，压力 控制装置1〇4(例如，钻机栗分流器（RPD)歧管阀）可以具有连接至排出管道24的入口并 且具有例如通过旁路管道105连接至泥浆返回管线60的出口。栗30可操作用于将钻探流 体通过排出管道24以一定钻探流体流率排出。
[0017] 可以使钻探流体循环系统100和压力控制装置104连接至设置在地面上的计算机 系统106以调节钻探流体循环系统100中的钻探流体压力。计算机系统106 (例如，台式计 算机、膝上型电脑、平板计算机、计算机服务器系统等）可以包括计算机可读介质108,所述 计算机可读介质存储可由处理器110执行以在钻探流体循环系统1〇〇中进行分流从而调节 钻探流体压力的计算机指令。
[0018] 在一些实现方式中，计算机系统106可以接收压力测量信号，该压力测量信号表 示排出管道24中的钻探流体的压力。计算机系统106可以确定，排出管道24中的钻探流体 的目标压力参数没有得到满足。作为响应，计算机系统106可以调节压力控制装置104以 将排出管道中的钻探流体的压力修改成接近目标压力参数。为此，计算机系统106可以至 少部分地打开压力控制装置104并且将钻探流体以所选择的流率释放到旁路管道105中。 计算机系统106可以基于通过压力测量信号表示的压力和旁路管道105中的所选择的流率 来修改排出管道24中的钻探流体流率，以使得排出管道24中的钻探流体的目标压力参数 得到满足。
[0019] 如本公开中所使用，钻机立管26意图包含排出管道24的从泥浆栗30的排出口到 附接至钻柱115的Kelly或顶部驱动系统33的任何部分，并且可以包括该管道的介于该排 出口与