滤失传感器和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及传感器和用于监测滤失的方法。本发明的方法和系统可用于测量钻井 作业期间的钻井流体损失量，所述钻井作业包括但不局限于钻井筒或与油气生产相关的作 业。
【背景技术】
[0002] 通常使用包括钻柱的钻井系统来钻井筒，钻柱的井底端被设置有钻头。钻井系统 可包括位于表面处的旋转驱动系统，其使包括钻头的钻柱旋转。可选地或另外，井底马达可 被包括在钻柱中，位于钻头附近而用于使钻头旋转。井筒可包括竖向部分和偏离竖向部分 的部分（如水平部分）。
[0003] 钻柱通常包括通过螺纹联接件相互连接的钻杆部分。驱动系统提供力矩给钻柱以 使钻柱旋转。驱动系统例如可包括顶驱或转盘。钻柱将旋转运动传递给钻头。通常，钻柱 还将钻井流体传递给钻头。
[0004] 钻井流体可与一些液态或气态流体以及将井筒钻入地层的作业中使用的流体和 固体的混合物中的任何物质相关。固体可混合在流体中，成为固体悬浮物，液体、气体和固 体的混合物和乳浊液。也可使用术语"泥浆"，在一般使用中其与"钻井流体"同义。但是， 术语"钻井流体"还可包括更复杂、定义明确的"泥浆"。通过挑选出界定流体功能和性能的 成分来对钻井流体进行分类。因此，钻井流体可被分类成：（1)水基的；（2)油基或非水基 的；和（3)气态的（空气的）。每个种类具有许多相当大程度地相互重叠的子类。每种成 分在井中提供不同的溶液。如果岩层由盐或黏土组成，必须采取合适的措施以使钻井流体 有效。事实上，钻井流体工程师监视钻井、在整个过程中添加钻井流体添加剂，以不管需求 如何，可获得更大浮力或最小化摩擦。
[0005] 除了考虑井的化学成分和属性以外，钻井流体工程师在规定井中所需的钻井流体 类型时还必须考虑环境影响。油基钻井流体可在岩石含盐量更高的情况下更佳地工作。水 基钻井流体通常被认为在海上钻井期间对环境的影响更小。
[0006] 钻井期间，由于井筒内的流体与地层中的流体压力相比超压（即，压力更高），从 而钻井流体会损失到地层中。为了减少损失到地层中的钻井流体量，将添加剂添加到流体 中以形成滤渣，从而有效地粘贴井壁。添加剂堵住井壁上的孔，以阻止流体泄露到地层中。 但是，由于滤渣通常不是完全不可渗透的，因此，钻井流体仍然会损失到地层中。
[0007] 在钻井过程中，量化损失到地层中的钻井流体滤失量通常是重要的。过量的滤失 量导致下列的一个或多个缺点：由于（可能价昂的）钻井流体的损失而使成本增加；危害 含油气层，从而可减少油气回收；由于井壁上的孔压平衡而会产生井筒不稳定问题；等等。
[0008] 传统地，钻井流体密封地层的孔的能力可用API滤失单元测量。该滤失单元测量 一定时段期间的流体损失量。这种滤失单元是被可拆卸的滤筛和滤纸密封的流体容器。橡 胶垫被设置成使部件相互密封。然后将容器加压至预定压力，通过由滤筛和滤纸构成的组 件泄露的流体被收集和测量。预定测试时段之后，通常10至30分钟后，释放压力，目测检 查滤纸上的残余物。滤失单元例如可从美国休斯顿的Fann仪器公司（FannInstrument Company,Houston,USA)购买到。
[0009] 使用API滤失单元是劳动密集且耗时的过程。按照定义，单个测试过程将至少花 费通常为30分钟的测试时间。此外，在测试结束时目测检查滤纸是主观的，S卩，测试结果可 根据人和环境变化，因此，测试准确性受限制。此外，以错误方式插入滤失单元的任何橡胶 垫时，测试容易失败。
[0010] 如上所示，滤失单元目前以批处理模式工作。流体样本每次需要被放置在滤失单 元中。由于测试的劳动密集特性，一天仅执行一些次数的测试。相比较而言，钻井流体属 性，更具体而言，钻井流体密封地层和形成质量好的滤渣的能力，可仅在数分钟时间内迅速 改变，原因例如在于：细颗粒污染泥浆，钻井流体暴露于PH值极端的盐、水泥、石膏等中。
[0011] 对于静态滤失单元而言，必须采用的样本需要被放置在滤失单元内部，只有这样 才能开始监测，这样将花费大致20至30分钟。为了使该过程自动进行，很可能将要求具有 许多可动部件的机器人，从而会增加出现故障的机会，而每次测试仍将花费大致20至30分 钟。这对于自动进行钻井流体控制而言太慢。
[0012] 文献W0-2008/144164-A1号公开了一种用于测试钻井流体的可重复使用的过滤 器。这是一种批次式系统，具有与上述内容相关的缺点。
[0013] 文献W0-2011/095600-A2号公开了 一种自动的滤失系统（AFLS)。会议论文 SPE-112687-MS似乎更详细地描述了AFLS，公开了一种钻井系统，该钻井系统包括"加压滤 失传感器G"。这是一种单元式测量装置，可进行连续测量。该单元包括金属筛网过滤器， 其可被拆卸和清洁以再次使用。该单元的一个出口用过滤器覆盖，滤渣形成在该过滤器上。 另一出口可让泥衆继续流动。
[0014] 美国专利文献US-2009/217776号提供了一种泥浆属性传感器系统。一定样品体 积的泥浆被引入腔中，随后对该腔进行加压，迫使泥浆穿过膜。
[0015] 美国专利文献US-4790933号公开了一种动态过滤单元，其包括同心的缸体。内缸 体包括可渗透部分，围护缸体提供用于让测试流体移走的出口。过滤单元测量随时间推移 的总滤失量。合适的过滤器包括本领域公知的任何传统过滤器，包括自然过滤器和人工过 滤器。文献US-4790933号中的系统具有下列特性：滤液量是流体在钻井期间泄露到地层中 的直接测量值。
[0016] 美国专利文献US-5361631号公开了用于确定剪切应力的装置和方法，该剪切应 力是去除掉钻井流体沉积物所需的。该装置包括容器，该容器包括用于模拟可渗透地下层 的可渗透介质。模拟可渗透地层的细网筛被设置在两个腔之间，两腔之一模拟井筒。施加 压差以模拟可渗透的井筒部分。该装置的出口可被处理成可获得关于滤失的信息。
[0017] 但是，美国专利文献US-5361631号中的装置不适于连续使用，因为其必须被周期 性地拆开以进行清洁。由于该装置不适于多次重复测量，因此，可能仅很好地使用现有的 API滤失单元。该装置不是自动的传感器，但提供一系列相应的测量，每次测量结束时要求 人为干预。
【发明内容】
[0018] 本发明的目的是改善钻井流体属性的监测。
[0019] 本发明提供了一种滤失传感器，其包括：
[0020] -第一流体容器，其包括可渗透部分、流体入口和第一流体出口；
[0021] -第二流体容器，其包围可渗透部分的外表面，具有第二流体出口；和
[0022] -流体流量传感器，其用于测量第二流体出口中的流体流量。
[0023] 本发明的滤失传感器能在人为干预最少的情况下操作。因此该传感器可避免许多 上述问题。该传感器能连续操作。因此该传感器能基本连续地给钻探工提供关于流体的密 封属性方面的信息。在任何情况下，与使用上述工业标准分批工艺的情况相比，该传感器提 供滤失信息要频繁得多。本发明的传感器适于自动钻井，这要求传感器连续地测量流体属 性（包括滤失量）。
[0024] 在一实施例中，第一流体容器是第一管，第二流体容器是包围第一管的第二管。
[0025] 传感器可包括控制流体流入流体入口的流入控制阀。
[0026] 另外，传感器可包括清洁组件。在该实施例中，一旦可渗透介质已经被滤渣覆盖， 当所测的滤失量已经下降至低于预定阈值时，传感器可自行自动清洁。
[0027] 在一实施例中，该清洁组件包括：
[0028]-清洁流体储器，其包括清洁流体；
[0029] -清洁流体管道，其将清洁流体储器连接到第二流体容器的流体出口上；和
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