[发明专利]钻探系统及其井涌报警机制与方法

说明书

本发明涉及钻探系统及其井涌报警机制与方法，尤其涉及一种钻探系统，包括具有钻柱、钻头及立管的钻探组合及井涌报警机制。该机制包括钻探控制器，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；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；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。本发明还涉及井涌报警方法。

技术领域

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

从地下地层（Subsurface Formation）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。

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（或者钻探泥浆，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。

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。

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。

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。

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

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。

本发明的一个方面在于提供一种钻探系统，包括：

具有钻柱、钻头及立管的钻探组合；

井涌报警机制，包括：

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；

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；

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

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。

本发明的另一方面在于提供一种井涌报警方法，包括：

a)启动钻探系统的钻探操作；