[发明专利]具有连续管形钻柱的优化压力钻探

说明书

技术领域

本发明总的涉及结合钻井使用的设备和实施的操作，并且在文中所述的实施例中，具体地提供具有连续管形钻柱的优化压力钻探。

背景技术

在传统的钻探操作中，可使用钻柱表面处和井底组件内的传感器来探测影响钻探操作的各种参数。然而，如此的传感器不测量沿着钻柱的参数，在探测流体流入井筒或探测流体从井筒流失时，如此传感器的用途有限。

因此，应该认识到，在钻探操作的感测技术方面需要有改进。这些改进可用在以上所讨论的情形中和其它的情形中。

附图说明

图1是井系统和可实施本发明原理的相关方法的示意的局部剖视图。

图2是可用于图1的井系统和方法的过程控制系统的示意的方框图。

图3是另一井系统构造的示意图。

图4是井系统一部分的放大的示意局部剖视图。

图5是沿井筒的温度对深度的示意曲线图，该图包含流体从井筒流失的指示。

图6是沿井筒的温度对深度的示意曲线图，该图包含流体流入筒的指示。

图7是探测流入量和根据响应调整扼流器的方法的示意性流程图，该方法可实施本发明的原理。

图8是探测流体流失量和根据响应调整扼流器的方法的示意性流程图，该方法可实施本发明的原理。

具体实施方式

图1中示意地显示的是井系统10和可实施本发明原理的相关的方法。在系统10中，通过转动管形钻柱16端部上的钻头14，钻探出井筒12。

钻探流体18通常称作泥浆，其通过钻柱16向下循环流出钻头14，并向上流过形成在钻柱和井筒12之间的环腔20，以便冷却钻头、润滑钻柱、移走钻探切削物，以及提供对井底压力控制的测量。非返回的阀21（通常是铰链型的止回阀）阻止钻探流体18向上流过钻柱16。

井底压力的控制在压力管理和欠平衡的钻探中，以及在其他类型的优化压力钻探操作中显得非常重要。较佳地，对井底压力进行优化，以防止过度的流体流失到井筒12周围的地层64、不希望的地层断裂、不希望的地层流体流入井筒内等。

在典型的压力控制钻探中，希望保持井底压力大于地层64的孔隙压力，不超过地层断裂压力。在典型的欠平衡钻探中，希望保持井底压力稍许小于孔隙压力，由此，从地层64流入的流体得到控制。

氮气或其它气体、或其它重量轻的流体，可添加到钻探流体18内，以进行压力控制。该技术例如在欠平衡的钻探操作中，或在隔离密度（诸如双梯度）管理的压力钻探中特别的有用。

在系统10中，通过使用旋转的控制装置22（RCD）关闭环腔20（例如，隔绝环腔与大气的连通，并能在地面处或靠近地面处对环腔加压），来获得对井底压力的附加控制。该RCD22在井口24上方围绕钻柱16密封。尽管在图1中未予示出，但钻柱16向上延伸通过RCD22，以便连接到例如立管管线26和/或其它传统的钻探设备。

钻探流体18通过翼形阀28流出井口24，该翼形阀位RCD22下方与环腔20连通。钻探流体18然后流过流体返回管线30，流到扼流集管32，扼流集管32包括冗余的扼流器34。通过可变地限制流体18通过冗余扼流器34中在运行的一个扼流器的流动，将背压施加到环腔20。

流体流过扼流器34的限制越大，对于给定流量，施加到环腔20的背压就越大。因此，可通过改变对流体流过扼流器的限制来改变施加到环腔20的背压，便可方便地调节井底压力。如下文中更加完整的描述，可使用一水力学模型来确定地面处或地面附近施加到环腔20的压力，该压力将导致所要求的井底压力，于是，操作者（或自动化控制系统）可容易地确定如何来调节地面处或地面附近施加到环腔的压力（该压力可方便地测量），以获得所要求的井底压力。

也可希望控制沿着井筒12的其他部位处的压力。例如，在井筒12的大致垂直或水平部分内的套管靴处或侧向井筒跟部处的压力，或任何其它部位处的压力，都可使用本发明的原理来加以控制。

施加到环腔20的压力可通过各种压力传感器36、38、40，在地面或地面附近进行测量，各个传感器与环腔连通。压力传感器36感测RCD22下方但在防喷器（BOP）堆叠42上方的压力。压力传感器38感测井口中BOP堆叠42下方的压力。压力传感器40感测扼流集管32上游的流体返回管线30内的压力。

另一压力传感器44感测立管管线26内的压力。还有另一压力传感器46感测扼流集管32下游但在分离器48、振动器50和泥浆池52上游的压力。另外的传感器包括温度传感器54、56，科里奥利（Coriolis）流量计58以及流量计62、66。