鉆探系統(tǒng)及其井涌報(bào)警機(jī)制與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鉆探系統(tǒng)，尤其涉及在進(jìn)行油井鉆探過(guò)程中對(duì)井涌(Kick)的發(fā)生進(jìn)行預(yù)測(cè)的報(bào)警機(jī)制及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]從地下地層(Subsurface Format1n)來(lái)尋找并開(kāi)探碳?xì)浠衔?Hydrocarbon),如石油已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)十年，例如在海地鉆井開(kāi)采石油。通常，在鉆探海上油井(OffshoreWell)時(shí)，可轉(zhuǎn)動(dòng)的鉆頭(Drill Bit)設(shè)置在鉆柱(Drill String)末端以從海床下鉆出鉆井孔。表面平臺(tái)，如海面平臺(tái)或鉆探船通過(guò)鉆柱對(duì)鉆頭進(jìn)行控制。同時(shí)，立管(Riser，或稱(chēng)隔水管)設(shè)置來(lái)連接海面平臺(tái)和海床上形成的井口(Wellhead)。鉆柱穿過(guò)立管來(lái)導(dǎo)引鉆頭到井口處。
[0003]在鉆井過(guò)程中，鉆柱從海面平臺(tái)獲得必要的能量驅(qū)動(dòng)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)。其間，來(lái)自設(shè)置在海面平臺(tái)的流體罐的鉆探流體(或者鉆探泥衆(zhòng)，Drilling mud)通過(guò)鉆柱到達(dá)鉆頭,然后通過(guò)設(shè)置在鉆柱和立管殼體間的環(huán)形空間返回流體罐。鉆探流體維持了一定的靜水壓力(Hydrostatic Pressure)來(lái)平衡來(lái)自鉆井孔的流體的壓力并對(duì)鉆頭進(jìn)行冷卻。另外，鉆探流體與鉆井孔形成過(guò)程中產(chǎn)生的物料相混合以攜帶其到海面進(jìn)行后續(xù)處理。
[0004]在一些情況下，從海床中進(jìn)入鉆井孔中的流體的壓力會(huì)大于鉆探流體的壓力，其可導(dǎo)致往鉆井孔中進(jìn)入不期望的流體，這在行業(yè)中可稱(chēng)為井涌。通?？赏ㄟ^(guò)返回的鉆探流體流量大于來(lái)自鉆柱中的鉆探流體的流量的情況來(lái)確定井涌的發(fā)生。在一定的情況下，井涌的發(fā)生具有潛在的風(fēng)險(xiǎn)，其可造成設(shè)備損壞及對(duì)操作人員和環(huán)境造成不利影響。
[0005]操作人員密切關(guān)注這種不期望發(fā)生的流體所造成的潛在風(fēng)險(xiǎn)的可能并在海面持續(xù)的監(jiān)測(cè)鉆探流體的流入及流出。比如，在鉆探操作過(guò)程中時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流體罐中鉆探流體的水平等參數(shù)來(lái)評(píng)估是否發(fā)生井涌，如果評(píng)估結(jié)果為發(fā)生井涌，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)同時(shí)觸發(fā)后續(xù)的井涌保護(hù)操作，例如關(guān)閉封井裝置(Blowout preventer, BOP)上合適的閘板(Ram)等。
[0006]然而，有些實(shí)際上沒(méi)有發(fā)生井涌的情況下，在某些其他干擾因素的影響下，也可能會(huì)使監(jiān)測(cè)井涌的監(jiān)測(cè)裝置發(fā)生誤判斷，進(jìn)而發(fā)出錯(cuò)誤的報(bào)警并進(jìn)入后續(xù)的井涌保護(hù)操作。如此，大大浪費(fèi)了能源及降低了效率。
[0007]所以，需要提供一種新的能更加精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)井涌發(fā)生的機(jī)制及方法來(lái)解決上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]現(xiàn)在歸納本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面以便于本發(fā)明的基本理解，其中該歸納并不是本發(fā)明的擴(kuò)展性縱覽，且并非旨在標(biāo)識(shí)本發(fā)明的某些要素，也并非旨在劃出其范圍。相反，該歸納的主要目的是在下文呈現(xiàn)更詳細(xì)的描述之前用簡(jiǎn)化形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些概念。
[0009]本發(fā)明的一個(gè)方面在于提供一種鉆探系統(tǒng)，包括:
[0010]具有鉆柱、鉆頭及立管的鉆探組合；
[0011]井涌報(bào)警機(jī)制，包括:
[0012]鉆探控制器，用于輸出啟動(dòng)信號(hào)以啟動(dòng)鉆探操作及用于輸出中斷信號(hào)以中斷鉆探操作；
[0013]若干主偵測(cè)裝置，用于在鉆探操作下偵測(cè)若干與井涌相關(guān)的特征信號(hào)；
[0014]重量偵測(cè)裝置，用于在中斷狀態(tài)下偵測(cè)與井涌相關(guān)的重量信號(hào)；及
[0015]處理器，用于基于該特征信號(hào)及重量信號(hào)評(píng)估是否發(fā)生井涌。
[0016]本發(fā)明的另一方面在于提供一種井涌報(bào)警方法，包括:
[0017]a)啟動(dòng)鉆探系統(tǒng)的鉆探操作；
[0018]b)在鉆探操作下，監(jiān)測(cè)若干與井涌相關(guān)的特征信號(hào)；
[0019]c)判斷監(jiān)測(cè)到的特征信號(hào)是否不正常，如果發(fā)現(xiàn)至少一個(gè)不正常，執(zhí)行步驟d)，否則返回步驟b)；
[0020]d)中斷鉆探操作；
[0021]e)在中斷狀態(tài)下，監(jiān)測(cè)與井涌相關(guān)的重量信號(hào)；
[0022]f)判斷監(jiān)測(cè)到的重量信號(hào)是否不正常，如果發(fā)現(xiàn)不正常，執(zhí)行步驟i)，否則執(zhí)行步驟g);
[0023]g)綜合分析所有的特征信號(hào)；
[0024]h)基于上述綜合分析結(jié)果，判斷是否發(fā)生了井涌，如果是，執(zhí)行步驟i)，否則返回步驟a);及
[0025]i)產(chǎn)生井涌報(bào)警信號(hào)。
[0026]本發(fā)明的再一方面在于提供另一種井涌報(bào)警方法，包括:
[0027]a)啟動(dòng)鉆探系統(tǒng)的鉆探操作；
[0028]b)在鉆探操作下，監(jiān)測(cè)若干與井涌相關(guān)的特征信號(hào)；
[0029]c)判斷監(jiān)測(cè)到的特征信號(hào)是否不正常，如果發(fā)現(xiàn)至少一個(gè)不正常，執(zhí)行步驟d)，否則返回步驟b)；
[0030]d)中斷鉆探操作；
[0031]e)在中斷狀態(tài)下，監(jiān)測(cè)與井涌相關(guān)的重量信號(hào)；
[0032]f)判斷監(jiān)測(cè)到的重量信號(hào)是否不正常，如果發(fā)現(xiàn)不正常，執(zhí)行步驟i)，否則執(zhí)行步驟g);
[0033]g)重新監(jiān)測(cè)上述不正常的特征信號(hào)；
[0034]h)判斷重新監(jiān)測(cè)的特征信號(hào)是否返回落入了正常的范圍，如果是，返回步驟a)，否則執(zhí)行步驟i) '及
[0035]i)產(chǎn)生井涌報(bào)警信號(hào)。
[0036]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明除了在鉆探操作中根據(jù)時(shí)時(shí)監(jiān)控的與井涌相關(guān)的特征信號(hào)來(lái)預(yù)測(cè)井涌的發(fā)生以外，還進(jìn)一步在上述初步判斷的基礎(chǔ)上中斷鉆探操作，并在中斷狀態(tài)下監(jiān)控與井涌相關(guān)的重量信號(hào)，然后結(jié)合上述特征信號(hào)與該重量信號(hào)來(lái)綜合預(yù)測(cè)井涌發(fā)生的可能性，因此大大提高了預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，降低了誤判的發(fā)生，進(jìn)而提高了工作效率。
【附圖說(shuō)明】
[0037]通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0038]圖1為本發(fā)明鉆探系統(tǒng)的較佳實(shí)施方式的示意圖。
[0039]圖2為本發(fā)明鉆探系統(tǒng)中的井涌報(bào)警機(jī)制的較佳實(shí)施方式的電路框圖。
[0040]圖3為本發(fā)明鉆探系統(tǒng)中的井涌報(bào)警方法的較佳實(shí)施方式的流程圖。
[0041]圖4為本發(fā)明鉆探系統(tǒng)中的井涌報(bào)警方法的另一較佳實(shí)施方式的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]以下將描述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，需要指出的是，在這些實(shí)施方式的具體描述過(guò)程中，為了進(jìn)行簡(jiǎn)明扼要的描述，本說(shuō)明書(shū)不可能對(duì)實(shí)際的實(shí)施方式的所有特征均作詳盡的描述。應(yīng)當(dāng)可以理解的是，在任意一種實(shí)施方式的實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，正如在任意一個(gè)工程項(xiàng)目或者設(shè)計(jì)項(xiàng)目的過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的具體目標(biāo)，為了滿(mǎn)足系統(tǒng)相關(guān)的或者商業(yè)相關(guān)的限制，常常會(huì)做出各種各樣的具體決策，而這也會(huì)從一種實(shí)施方式到另一種實(shí)施方式之間發(fā)生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開(kāi)發(fā)過(guò)程中所作出的努力可能是復(fù)雜并且冗長(zhǎng)的，然而對(duì)于與本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容相關(guān)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本公開(kāi)揭露的技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一些設(shè)計(jì)，制造或者生產(chǎn)等變更只是常規(guī)的技術(shù)手段，不應(yīng)當(dāng)理解為本公開(kāi)的內(nèi)容不充分。
[0043]除非另作定義，權(quán)利要求書(shū)和說(shuō)明書(shū)中使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)或者科學(xué)術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)以及權(quán)利要求書(shū)中使用的“第一”、“第二”以及類(lèi)似的詞語(yǔ)并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來(lái)區(qū)分不同的組成部分?！耙粋€(gè)”或者“一”等類(lèi)似詞語(yǔ)并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個(gè)?！鞍ā被蛘摺鞍钡阮?lèi)似的詞語(yǔ)意指出現(xiàn)在“包括”或者“包含”前面的器件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“包含”后面列舉的器件或者物件及其等同器件，并不排除其他器件或者物件?！斑B接”或者“相連”等類(lèi)似的詞語(yǔ)并非限定于物理的或者機(jī)械的連接，而是可以包括電氣的連接，不管是直接的還是間接的。
[0044]請(qǐng)參考圖1，為本發(fā)明鉆探系統(tǒng)100的較佳實(shí)施方式的示意圖。本發(fā)明實(shí)施方式中，該鉆探系統(tǒng)100可用來(lái)鉆探鉆井孔，以開(kāi)探碳?xì)浠衔?，如化石燃?Fossil Fuels)。在非限定實(shí)施方式中，鉆井孔包括陸上鉆井孔(Onshore Well)或海上鉆井孔(OffshoreWell)。在本較佳實(shí)施方式中，該鉆探系統(tǒng)100用來(lái)開(kāi)探海上鉆井孔，僅僅為了方便舉例說(shuō)明。
[0045]如圖1所示的例子,鉆探系統(tǒng)100通常包括位于海面上的平臺(tái)101及連接平臺(tái)101和位于海床107上的鉆井孔(Wellbore) 132的鉆探組合103。在非限定的實(shí)施方式中，該鉆探組合103可能包括一個(gè)鉆柱110、一個(gè)鉆頭114、一個(gè)立管111、一個(gè)封井裝置115及一個(gè)低位海下油管截油裝置(Lower Marine Riser Package, LMRP) 113。通常地,該鉆探組合103位于該連接平臺(tái)101的下方，并且部分位于海水里面，以用于開(kāi)鑿該鉆井孔132。需要說(shuō)明的是，圖1僅僅是一個(gè)示意圖，該鉆探組合103可能還包括其他的零件，由于與本發(fā)明的設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)不大，故這里未示出，以方便說(shuō)明。
[0046]在非限定的實(shí)施方式中，該鉆柱110包括一個(gè)鉆桿(Drill Pipe)，其由多個(gè)具有一定長(zhǎng)度的管道首尾相連形成。鉆頭114安裝在鉆柱110的末端并且可旋轉(zhuǎn)地在海床107下進(jìn)行開(kāi)鑿作業(yè)。該鉆柱110可用來(lái)輸送鉆頭114從而來(lái)延伸在海床107下的開(kāi)鑿。同時(shí)，來(lái)自平臺(tái)101的鉆探流體116，通過(guò)鉆柱110輸送到鉆井孔132中。
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