滤失传感器和方法_3

文档序号:9620683阅读:来源:国知局
管道可被设置有流体栗146和第三阀148。所 述第三阀可以是单向阀,可让清洁流体从清洁流体储器142朝传感器管道114流动。第四 阀150可被设置在传感器管道114中,位于清洁流体管道144下游,S卩,位于滤失率传感器 116和清洁流体管道144之间。所述第四阀可阻止清洁流体朝流量传感器116流动。
[0068] 清洁流体排放容器152可被连接到第一管102的一端上,例如,被连接到第二端 128上。可选地,排放容器152可被连接到第二端122上。将第一管102的所述相应端连接 到容器152上的清洁流体排放管道154可被设置有阀156。
[0069] 清洁流体可包括水。可选地,清洁流体可包括诸如氯漂白剂、氯化氢(HC1)、硝酸 (ΗΝ03)、盐酸或过氧化氢(H202)的溶液。所述溶液可进行化学清洁,其中,用溶液浸泡膜 104。首先,将溶液浸入膜中持续一段时间,例如数分钟。之后,向前冲洗或向后冲洗,从而 将杂质从膜中冲洗出来。在此,"向前冲洗"表示流体从入口 122朝第二出口 114流动。"向 后冲洗"表示流体从第二出口 114朝入口 122和第一出口 128之一或两者流动。
[0070] 另一种清洁方法是所谓的空气冲洗或空气/水冲洗。在此,清洁流体包括空气。清 洁方法是向前冲洗或向后冲洗,在冲洗期间,空气被注入管中。注入空气,形成更汹涌的清 洁系统,从而形成有效的清洁系统。
[0071] 在替换实施例中,清洁组件可包括用于清洁可渗透部分104的机械清洁构件。例 如,一个或多个由聚氨酯或其他材料制成的海绵球可被插入可渗透部分104中,用于将滤 渣从膜的内表面上擦洗掉。
[0072] 实际上,上述清洁方法通常可组合。
[0073] 就清洁方法而言,可参照下列文献的第三章:JoseMiguelArnal,Beatriz Garcia-FayosandMariaSancho(2011), "膜清洁,脱盐处理中的扩展问题",Prof.Robert Y.Ning(Ed.),ISBN:978-953-307-624-9,InTech。
[0074] 钻井期间,将通过流体供应管线52供应钻井流体。一部分钻井流体流通过传感器 1〇〇改变方向。可通过流入控制阀124控制钻井流体的改向。被改向的钻井流体在朝着第 二端128的方向上从第一端122流经第一管102,进入膜104内部。
[0075] 流入控制阀124将膜104内部的钻井流体压力设定为第一压力。环形空间112中 的第二压力被设定为小于第一压力。钻井流体中的添加剂将在可渗透部分104的内表面上 形成滤渣。由于跨可渗透部分104的压差以及由于环形空间112中的低压的原因,因此,一 部分钻井流体将渗透到膜104中,流入环境空间112中。流入环形空间112中的流体可被 收集、朝流量传感器116被引导、被监测。
[0076] 由传感器116所测的流体流量Q和/或体积将表示滤渣质量。对于使质量差的滤 渣沉积的钻井流体而言,流入环形空间112中的流体量大于使质量好的滤渣沉积的钻井流 体流入环形空间的量。
[0077] 图6示出了典型的图,其表示流体流量Q与时间t的相关性。在时刻t0,传感器 100的膜104是清洁的,可让一定量的钻井流体流穿过。随着时间推移,钻井流体中的添加 剂将使滤渣沉积在膜104的内表面上,这将至少部分地减小膜104的渗透率,从而降低流体 流量Q。一段时间之后,例如,时间大约在图6所示的数字5或6所指示时,流量Q将达到稳 态流量Qs。在此,Q例如可表达为[升/分钟]或[微升/秒]。时间t可用秒、分钟或小 时表示。请注意,图6中所示的数字是无量纲的,S卩,这些数字仅表示纯数。
[0078] 表示液流流量与时间t的相关性的图例如可在实验室测试中被预先确定。所述测 试提供的标准图组可表示滤渣及其渗透率,所述渗透率例如由一定的添加剂、添加剂组合 物、添加剂在钻井流体中的相对量(例如用重量百分比或体积百分比表示)等而定。所述标 准图组还可表示合适滤渣的流程图,以及不能形成合适滤渣的过程。其还能确定在某时段 或稳态下的流体流量阈值,表示处于合适滤渣和渗透率不可接受的滤渣之间的过渡状态。
[0079] 标准图组可被存储在数据库中。钻井期间,流量传感器116可提供流量数据给逻 辑控制器38。逻辑控制器使用流量数据来产生流量图表。一达到稳态流量,逻辑控制器就 比较所产生的图表与标准图组。如果任何时刻及时测得的流量超过预定流量阈值,那么逻 辑控制器可发出警报信号。例如,如果稳态流量Qs超过稳态阈值流量QSit,逻辑控制单元就 提示出现某些错误,催促钻井流体操作者调整钻井流体中的添加剂。用户控制单元34可显 示所述提示。可选地,警报可发出声音。
[0080] 为了清洁目的,环形空间112中的低压可在设定时间被完全改变成超压。阀150、 124和130关闭。阀156和148打开。栗146迫使清洁流体流入环形空间112,穿过膜104, 将滤渣从可渗透部分的内表面上去除掉。清洁流体被排放到排放罐152中。例如可以预定 时间间隔重复清洁过程。该时间间隔可大约为0. 5至2小时。
[0081] 在一实施例中,管102的壁可沿可渗透部分104被设置有让流体通过的开口。所 述开口的数量和直径使得钻井流体对可渗透部分104的渗透率是预选的。
[0082] 在另一实施例中,可渗透部分104设置有膜,该膜对钻井流体的渗透率是预选的。
[0083] 所述的预选渗透率的量级与被井筒穿透的一个或多个地下层的渗透率相同。
[0084] 下面的表1中提供了地下层中通常遇到的岩石的渗透率的实例。[资料来 源:Bear,Jacob; 1972 ;多孔介质中的流体动力学;ISBN0-486-65675-6]
[0085]表1
[0086]
[0087] 在表1中,κ是固有渗透率[长度2]。根据哈根-伯肃叶定律,管中的粘性流的 渗透率可表达为:
[0088] κ=C*d2
[0089] 其中,C是无因次常数,与流动路径的配置相关;d是平均或有效孔径[长度]。
[0090] 在实际的实施例中,钻井流体对可渗透部分104的渗透率与对地层的一个或多个 层的渗透率的数量级相同。可选地,单独的传感器可用于地层的各相应层,从而能使传感器 的各相应的可渗透部分匹配于井筒的正被钻探的相应部分的渗透率,这样将提高滤失传感 器的准确性。上面的表1中提供了渗透率的实例。
[0091] 在实际的实施例中,第一阀124阻止钻井流体流入,可让可渗透部分104两侧的压 差预定。预定的所述压差可大致等于井筒中的钻井流体的压力与包围所述井筒的地层的孔 隙压力之间的压差,或与该压差的数量级相同。实际上,该预定的压差可在大致为5巴至50 巴的范围内,例如在大致为10巴至15巴的范围内。流量传感器116的排放端118处的压 力可等于大气压(即,大约为1巴)。因此,环形空间112和传感器管道114中的压力可稍 微超过1巴,例如,大致在1. 05巴至1. 5巴的范围内。因此,可渗透部分104内的流体压力 可被设定在大约5巴至50巴的范围内。在一实施例中,可控制第一阀124,以将可渗透部 分104内的压力设定在大约10巴至15巴的范围内。在此,请注意,流入管线52中的流体 压力在钻井期间通常在200巴至400巴的范围内,但是可以比上述压力高得多,例如,高达 1200 巴。
[0092] 在一实施例中,可渗透部分104的长度可在大约为10厘米至10米的范围内。该 长度例如大约为2米。可渗透部分的直径可在大约1厘米至35厘米的范围内。实际上,可 渗透部分的直径可以是几英寸。钻井流体从第一端122朝第一管的第二端128流动的流量 可以大约为每分钟5至50升[升/分钟],例如大约为10升/分钟。在此,相应流体供应 管线52
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