對鉆井操作中的流量轉(zhuǎn)送的搶先處理的設(shè)定點(diǎn)壓力補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br> 【專利摘要】一種控制井中的壓力的方法能夠包括：傳送指令以改變通過徑向形成在鉆柱和井孔之間的環(huán)空的流量；以及響應(yīng)于傳送而調(diào)節(jié)壓力設(shè)定點(diǎn)。一種鉆井系統(tǒng)能夠包括：流量控制裝置，其改變流過鉆柱的流量；以及控制系統(tǒng)，其響應(yīng)于使流量控制裝置改變流過鉆柱的流量的指令而改變壓力設(shè)定點(diǎn)。一種控制井中的壓力的方法能夠包括：傳送指令以轉(zhuǎn)送來自鉆柱的流量；以及響應(yīng)于所述傳送而調(diào)節(jié)壓力設(shè)定點(diǎn)。
【專利說明】對鉆井操作中的流量轉(zhuǎn)送的搶先處理的設(shè)定點(diǎn)壓力補(bǔ)償
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開文本通常涉及與鉆井操作結(jié)合使用的設(shè)備以及與鉆井操作結(jié)合執(zhí)行的操作，并且在本文描述的實(shí)施例中，尤其在鉆井操作中提供壓力和流量控制。
【背景技術(shù)】
[0002]控制壓力鉆井作為通過利用封閉環(huán)空(annulus)和調(diào)節(jié)該環(huán)空中的壓力的工具來在鉆井期間精確控制井孔壓力的技術(shù)而被熟知。該環(huán)空通常通過使用在井孔被鉆探時密封鉆桿的旋轉(zhuǎn)控制裝置(RCD，也稱為旋轉(zhuǎn)控制頭、旋轉(zhuǎn)防噴器等)而在鉆井期間被封閉。
[0003]因此，將理解的是，對在鉆井操作中控制壓力和控制流量的技術(shù)的改進(jìn)將是有益的。

【發(fā)明內(nèi)容】
【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]圖1為體現(xiàn)本公開文本的原理的鉆井系統(tǒng)和方法的代表性視圖。
[0005]圖2為鉆井系統(tǒng)的另一個配置的代表性視圖。
[0006]圖3為可在鉆井系統(tǒng)和方法中使用的壓力和流量控制系統(tǒng)的代表性方框圖。
[0007]圖4為可在鉆井系統(tǒng)和方法中使用的用于進(jìn)行鉆柱連接的方法的代表性流程圖。
[0008]圖5為壓力和流量控制系統(tǒng)的另一個配置的代表性方框圖。
[0009]圖6-8為可在圖5的壓力和流量控制系統(tǒng)中使用的預(yù)測裝置的各種配置的代表性方框圖。
[0010]圖9為鉆井系統(tǒng)的另一個配置的代表性視圖。
[0011]圖10為鉆井系統(tǒng)的另一個配置的代表性視圖。
[0012]圖11為一種控制井壓的方法的流程圖，該方法能夠體現(xiàn)本公開文本的原理。【具體實(shí)施方式】
[0013]圖1代表性地且示意性地示出了能夠具體實(shí)施本公開文本的原理的鉆井系統(tǒng)10及相關(guān)方法。在系統(tǒng)10中，通過旋轉(zhuǎn)位于鉆柱16的一端上的鉆頭14來鉆探井孔12。為了冷卻鉆頭、潤滑鉆柱，去除鉆屑并且提供對井底壓力控制的測量，鉆井液18(通常被稱為泥漿)向下循環(huán)通過鉆柱16，流出鉆頭14并且向上循環(huán)通過形成在該鉆柱與井孔12之間的環(huán)空(annulus) 20。止回閥21 (典型地，旋啟式止回閥)防止鉆井液18通過鉆柱16向上流動(例如，當(dāng)在鉆柱中進(jìn)行連接時)。
[0014]井孔壓力的控制在控制壓力鉆井以及其它類型的鉆井操作中是非常重要的。優(yōu)選地，井孔壓力被精確地控制以防止流入井孔12周圍的地層的流體過度漏失、不期望的巖層壓裂、不期望的巖層流體流入井孔等。
[0015]在典型的控制壓力鉆井中，期望的是將井孔壓力保持僅略大于井孔所滲透的巖層的孔隙壓力，而不超過巖層的破裂壓力。該技術(shù)在孔隙壓力與破裂壓力之間的差數(shù)相對較小的情形下特別有用。
[0016]在典型的欠平衡鉆井中，期望的是將井孔壓力保持小于孔隙壓力，從而獲得對巖層的流體的流入的控制。在典型的過平衡鉆井中，期望的是將井孔壓力保持稍微大于孔隙壓力，從而防止(或至少減緩)來自巖層的流體的流入。
[0017]氮?dú)饣蛄硪环N氣體或另一種重量較輕的流體可以被添加到用于壓力控制的鉆井液18。該技術(shù)例如在欠平衡鉆井操作中是有用的。
[0018]在系統(tǒng)10中，通過使用旋轉(zhuǎn)控制裝置22 (RCD)封閉環(huán)空20 (例如，隔離環(huán)空20而不與大氣相通并使該環(huán)空在地面處或靠近地面處被加壓)來獲得對井孔壓力的額外控制。RCD22在井頭24上方密封鉆柱16。雖然圖1未示出，鉆柱16會通過RCD22向上延伸用于連接至例如轉(zhuǎn)盤(未示出)、立管管線26、方鉆桿(kelley)(未示出)、頂驅(qū)和/或其它現(xiàn)有鉆井設(shè)備。
[0019]鉆井液18經(jīng)由RCD22下方的與環(huán)空20相通的翼閥28排出井頭24。然后，鉆井液18通過泥漿返出管線30、73流到包括冗余節(jié)流器34( —次僅可使用其中之一)的節(jié)流管匯32。通過可變地限制流過可操作節(jié)流器34的鉆井液18的流量將回壓施加到環(huán)空20。
[0020]對通過節(jié)流器34的流量的限制越大，施加到環(huán)空20的回壓就越大。因此，通過改變施加到環(huán)空20的回壓能夠方便地調(diào)節(jié)井下壓力(例如，井孔12的底部的壓力、井下套管靴的壓力、特定巖層或區(qū)域的壓力等)。如下文更全面描述的，液壓模型(hydraulicsmodel)能夠被用來確定施加到在地面處或靠近地面處的環(huán)空20的壓力，這將導(dǎo)致期望的井下壓力，使得操作員(或自動控制系統(tǒng))能夠容易地確定如何調(diào)節(jié)施加到在地面處或靠近地面處的環(huán)空的壓力(其能夠被方便地測量)，以獲得期望的井下壓力。
[0021]能夠經(jīng)由各種壓力傳感器36、38、40測量施加到在地面處或靠近地面處的環(huán)空20的壓力，每一個壓力傳感器與該環(huán)空連通。壓力傳感器36感測RCD22下方以及防噴器(BOP)組件42上方的壓力。壓力傳感器38感測BOP組42下方的井頭中的壓力。壓力傳感器40感測節(jié)流管匯32上游的泥漿返出管線30、73中的壓力。
[0022]另一個壓力傳感器44感測立管管線26中的壓力。另一個壓力傳感器46感測節(jié)流管匯32下游以及在分離器48、振動器50以及泥漿池52上游的壓力。額外的傳感器包括溫度傳感器54和56、科氏流量計58以及流量計62、64、66。
[0023]并非所有這些傳感器都是必需的。例如,系統(tǒng)10可能僅包括三個流量計62、64、66中的兩個。然而，來自所有的可用傳感器的輸入對于液壓模型確定在鉆井操作期間應(yīng)當(dāng)施加多少的壓力到環(huán)空20是有用的。
[0024]如果期望的話，可以使用其它類型的傳感器。例如，由于可以使用渦輪流量計、聲學(xué)流量計或另一種類型的流量計來代替，因而流量計58沒有必要是科氏流量計。
[0025]另外，鉆柱16例如可以包括其自身的傳感器60，用于直接測量井下壓力。這種傳感器60可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知類型的傳感器，如隨鉆測壓(PWD)、隨鉆測量(MWD)和/或隨鉆測井(LWD)。這些鉆柱傳感器系統(tǒng)通常提供至少壓力測量，并且還可以提供溫度測量、鉆柱特性(例如振動、鉆壓、粘滑等)、巖層特性(例如電阻率、密度等)的檢測和/或其它測量。各種形式的有線或無線遙測(聲學(xué)遙測、壓力脈沖遙測、電磁遙測等)可以被用來將井下傳感器測量傳送到地面。[0026]如果需要，額外的傳感器可以被包括在系統(tǒng)10中。例如，另一個流量計67可被用來測量排出井頭24的鉆井液18的流量的速率，另一個科氏流量計(未示出)可以被直接地互連到鉆井用泥漿泵(rig mud pump)68等的上游或下游。
[0027]如果需要，在系統(tǒng)10中可以包括較少的傳感器。例如，鉆井用泥漿泵68的輸出可以通過計數(shù)泵沖程來確定，而不是通過使用流量計62或任何其它流量計。
[0028]要注意，分離器48可以是3相或4相分離器或泥漿氣分離器(有時稱為“泥氣分離器”)。然而，在系統(tǒng)10中不一定使用分離器48。
[0029]鉆井液18通過鉆井泥漿泵68經(jīng)立管管線26被泵入鉆柱16的內(nèi)部。泵68接收來自泥漿池52的鉆井液18并且經(jīng)由立管管匯70將鉆井液18流到立管26。然后，鉆井液18向下循環(huán)通過鉆柱16，向上循環(huán)通過環(huán)空20，循環(huán)通過泥漿返出管線30和73、節(jié)流管匯32，并且然后經(jīng)由分離器48和振動篩50循環(huán)到泥漿池52用于調(diào)節(jié)和再循環(huán)。
[0030]要注意，到目前為止，在上文描述的系統(tǒng)10中，節(jié)流器34不能用來控制施加到用于井下壓力的控制的環(huán)空20的回壓，除非鉆井液18流過該節(jié)流器。在現(xiàn)有的過平衡鉆井操作中，例如，每當(dāng)在鉆柱16中進(jìn)行連接時(如隨著井孔12被鉆探得越來越深，將另一長度的鉆桿增加到鉆柱上)就會發(fā)生流體18流量的短缺，并且循環(huán)的短缺將需要僅通過流體18的密度來調(diào)節(jié)井下壓力。
[0031]在系統(tǒng)10中，然而，即使在鉆柱中進(jìn)行連接時流體18不通過鉆柱16和環(huán)空20循環(huán)，也能夠保持通過節(jié)流器34的流體18的流量。因此，即使可能不使用單獨(dú)的回壓泵，仍能夠通過限制通過節(jié)流器34的流體18的流量來將壓力施加到環(huán)空20。
[0032]當(dāng)(例如，當(dāng)在鉆柱中進(jìn)行連接時)流體18不循環(huán)通過鉆柱16和環(huán)空20時，流體經(jīng)由旁路管線72、75從泵68流動到節(jié)流管匯32。因此，流體18能夠?qū)⒘⒐芄芫€26、鉆柱16以及環(huán)空20旁路，并且能夠直接從泵68流動到仍與環(huán)空20保持相通的泥漿返出管線30。通過節(jié)流器34對該流量的限制從而使得壓力被施加到環(huán)空20 (例如，在典型的控制壓力鉆井中)。
[0033]如圖1描述的，旁路管線75和泥漿返出管線30都經(jīng)由單個管線73與環(huán)空20相通。然而，可代替地，旁路管線75和泥漿返出管線30可以例如使用額外的翼閥(例如，位于RCD22下方)被分開地連接至井頭24，在該情況下，泥漿返出管線30和旁路管線75的每一個將直接與環(huán)空20相通。
[0034]雖然這在鉆機(jī)現(xiàn)場可能需要一些額外的管道，然而對環(huán)空壓力的作用基本上與將旁路管線75和泥漿返出管線30連接至常見的管線73相同。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，可以使用系統(tǒng)10的各種不同配置的組件，并且系統(tǒng)10的各種不同配置的組件仍保持處于本公開文本的范圍內(nèi)。
[0035]通過節(jié)流器或其它類型的流量控制裝置74來調(diào)節(jié)通過旁路管線72、75的流體18的流量。管線72在旁路流量控制裝置74的上游，并且管線75在旁路流量控制裝置74的下游。
[0036]流過立管管線26的流體18的流量基本上通過閥或其它類型的流量控制裝置76來控制。要注意，流量控制裝置74、76被獨(dú)立地控制，這給系統(tǒng)10提供了實(shí)質(zhì)性的好處，如下文更全面描述的。
[0037]由于流過立管管線26和旁路管線72中的每一個的流體18的流量的速率對于確定井孔壓力如何被這些流量所影響是有用的，因此流量計64、66在圖1中被描述為在這些管線中是互連的。然而，即使僅使用流量計62、64，也可確定流過立管管線26的流量的速率，并且即使僅使用流量計62、66，也可確定流過旁路管線72的流量的速率。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，系統(tǒng)10不需要包括在圖1和本文描述的所有的傳感器，并且可代替地，系統(tǒng)10可以包括額外的傳感器、不同組合和/或不同類型的傳感器等。
[0038]在圖1的示例中，旁路流量控制裝置78和流量限制器80可以用于在鉆柱中進(jìn)行連接之后填充立管管線26和鉆柱16，并且用于在打開流量控制裝置76之前使立管管線與泥漿返出管線30、73之間的壓力相等。否則，在立管管線26和鉆柱16填充并加壓有流體18之前，流量控制裝置76的突然打開可能在環(huán)空20中造成不期望的壓力瞬變(例如，由在立管管線和鉆柱填充有流體時暫時失去了到節(jié)流管匯32的流量所導(dǎo)致的，等等)。
[0039]通過在進(jìn)行連接之后打開立管旁路流量控制裝置78，流體18被允許填充立管管線26和鉆柱16，同時絕大部分的流體繼續(xù)流過旁路管線72，從而使得繼續(xù)控制對環(huán)空20的壓力的施加。在立管管線26中的壓力與泥漿返出管線30、73中的壓力相等之后，旁路管線75、流量控制裝置76能夠被打開，并且然后流量控制裝置74能夠被關(guān)閉以將較大比例的流體18從旁路管線72緩慢地轉(zhuǎn)送(divert)到立管管線26。
[0040]在鉆柱16中進(jìn)行連接之前，能夠進(jìn)行相似的過程，只是過程相反，以將流體18的流量從立管管線26逐漸地轉(zhuǎn)送到旁路管線72，以為將更多的鉆桿添加到鉆柱16做準(zhǔn)備。即，流量控制裝置74能夠被逐漸地打開以將較大比例的流體18從立管管線26緩慢地轉(zhuǎn)送到旁路管線72，并且然后流量控制裝置76能夠被關(guān)閉。
[0041]要注意，流量控制裝置78和流量限制器80可以被集成到單個元件(例如，具有流量限制器的流量控制裝置)中，并且流量控制裝置76、78可以被集成到單個流量控制裝置81 (例如，單個節(jié)流器，其能夠逐漸地打開以在進(jìn)行鉆桿連接之后緩慢地填充并加壓立管管線26和鉆柱16，并且然后完全打開以在鉆井時允許最大流量)中。
[0042]然而，由于典型的現(xiàn)有鉆機(jī)在立管管匯70中配備有呈閥的形式的流量控制裝置76，并且立管閥的使用被結(jié)合到通常的鉆井實(shí)踐中，因此獨(dú)自操作的流量控制裝置76、78支持了流量控制裝置76的使用。流量控制裝置76、78有時在下文被好像是以單個流量控制裝置81來統(tǒng)稱，但應(yīng)當(dāng)理解的是，流量控制裝置81能夠包括各個流量控制裝置76、78。
[0043]在圖2中代表性地示出了另一個可替代方案。在該示例中，流量控制裝置78呈節(jié)流器的形式，并且未使用流量限制器80。在圖2中描述的流量控制裝置78使得在進(jìn)行鉆桿連接之后對進(jìn)入立管管線26和鉆柱16的流體18的流量的控制更加精確。
[0044]要注意，流量控制裝置74、76、78和節(jié)流器34的每一個優(yōu)選被遠(yuǎn)程且自動地控制，以通過在地面處或靠近地面處保持期望的環(huán)空壓力來保持期望的井下壓力。然而，在與本公開文本的范圍一致的情況下，這些流量控制裝置74、76、78和節(jié)流器34的任何一個或多個可以被手動地控制。
[0045]在圖3中代表性地示出了可以與圖1和圖2的系統(tǒng)10及相關(guān)方法結(jié)合使用的壓力和流量控制系統(tǒng)90。雖然一些人為干涉可以被用來例如預(yù)防不恰當(dāng)?shù)牟僮?、啟動某個例程、更新參數(shù)等，然而控制系統(tǒng)90優(yōu)選完全自動化。
[0046]控制系統(tǒng)90包括液壓模型92、數(shù)據(jù)獲取和控制接口 94以及控制器96 (例如可編程邏輯控制器或PLC、適當(dāng)編程的計算機(jī)等)。雖然在圖3中分開描述了這些元件92、94、96，然而這些元件的任何一個或全部可以被結(jié)合到單個元件中，或這些元件的功能可以被分離到額外的元件中，以及可以提供其它額外的元件和/或功能等。
[0047]液壓模型92在控制系統(tǒng)90中用來確定在地面處或靠近地面處的期望環(huán)空壓力，以實(shí)現(xiàn)期望的井下壓力。諸如井幾何形狀、流體性質(zhì)以及探邊井(offset well)信息(例如，地溫梯度和孔隙壓力梯度等)等數(shù)據(jù)以及由數(shù)據(jù)獲取和控制接口 94獲取的實(shí)時傳感器數(shù)據(jù)被液壓模型92利用來進(jìn)行上述確定。
[0048]因此，在液壓模型92和數(shù)據(jù)獲取和控制接口 94之間存在數(shù)據(jù)和信息的持續(xù)雙向傳遞。重要的是理解到，數(shù)據(jù)獲取和控制接口 94操作以保持來自傳感器44、54、66、62、64、60、58、46、36、38、40、56、67到液壓模型92基本上連續(xù)的實(shí)時數(shù)據(jù)流，使得該液壓模型具有需要適應(yīng)改變的環(huán)境的信息以更新期望的環(huán)空壓力，并且該液壓模型操作以為數(shù)據(jù)獲取和控制接口 94基本上連續(xù)地提供期望的環(huán)空壓力的值。
[0049]在控制系統(tǒng)90中作為液壓模型92使用的合適的液壓模型是由美國得克薩斯州休斯頓市(Houston,Texas USA)的哈利伯頓能源服務(wù)公司(Halliburton Energy Services,Inc.)銷售的REALHMEHYDRAULICS(TM)。另一種合適的液壓模型是以IRIS (TM)的商標(biāo)名提供的，而再一個可利用的液壓模型來自挪威特隆赫姆(Tixmdheim)的挪威科技工業(yè)研究院(SINTEF)。根據(jù)本公開文本的原理，控制系統(tǒng)90中可以使用任何合適的液壓模型。
[0050]在控制系統(tǒng)90中作為數(shù)據(jù)獲取和控制接口 94來使用的合適的數(shù)據(jù)獲取和控制接口是由哈利伯頓能源服務(wù)公司銷售的SENTRY(TM)和INSITE(TM)。根據(jù)本公開文本的原理，控制系統(tǒng)90中可以使用任何合適的數(shù)據(jù)獲取和控制接口。
[0051]控制器96操作以通過控制泥漿返出節(jié)流器34的操作來保持所期望的設(shè)定點(diǎn)的環(huán)空壓力。當(dāng)被更新的所期望的環(huán)空壓力從數(shù)據(jù)獲取和控制接口 94傳送到控制器96時，該控制器將所期望的環(huán)空壓力作為設(shè)定點(diǎn)來使用，并且以在環(huán)空20中保持設(shè)定點(diǎn)壓力的方式(例如按照需要增加或減小通過節(jié)流器的流阻)來控制節(jié)流器34的操作。節(jié)流器34能夠被關(guān)閉得更多以增加流阻，或能夠被打開得更多以減小流阻。
[0052]設(shè)定點(diǎn)壓力的保持是通過將設(shè)定點(diǎn)壓力與測量到的環(huán)空壓力(如通過傳感器36、38,40中的任一個感測到的壓力)進(jìn)行比較而實(shí)現(xiàn)的，如果測量到的壓力大于設(shè)定點(diǎn)壓力則減小通過節(jié)流器34的流阻，而如果測量到的壓力小于設(shè)定點(diǎn)壓力則增加通過該節(jié)流器的流阻。當(dāng)然，如果設(shè)定點(diǎn)壓力和測量到的壓力相等，則不需要調(diào)節(jié)節(jié)流器34。這一過程優(yōu)選地是自動化的，因此人為干涉并不是必須的，不過如果期望的話也可采用人為干涉。
[0053]控制器96還可被用來控制立管流量控制裝置76、78和旁路流量控制裝置74的操作。因此，控制器96能夠被用來自動化這些處理，即使在鉆柱16中進(jìn)行連接之前將流體18的流量從立管管線26轉(zhuǎn)送到旁路管線72，然后在進(jìn)行連接之后將流量從旁路管線轉(zhuǎn)送到立管管線，并且然后繼續(xù)用于鉆井的流體18的正常循環(huán)。此外，在這些自動化過程中可能不需要人為干涉，不過如果期望的話人為干涉也可被采用來例如依次啟動每一個過程、手動操作該系統(tǒng)的組件等。
[0054]現(xiàn)在另外地參照圖4，提供了一種用于使用控制系統(tǒng)90在鉆井系統(tǒng)10中進(jìn)行鉆桿連接的方法100的示意性流程圖。當(dāng)然，根據(jù)本公開文本的原理，可以在其它鉆井系統(tǒng)中利用其它控制系統(tǒng)來使用方法100。
[0055]在步驟102開始鉆桿連接過程，在該步驟中啟動該過程。當(dāng)井孔12已被鉆探得足夠遠(yuǎn)使得鉆柱16必須被延長以進(jìn)一步鉆探時，典型地進(jìn)行鉆桿連接。
[0056]在步驟104中，可以降低泵68的流速輸出。通過降低從泵68輸出的流體18的流速，在連接過程中將節(jié)流器34保持在其最有效的操作范圍內(nèi)(典型地，從最大開口的大約30%到大約70%)會更方便。然而，如果例如節(jié)流器34以其它方式已經(jīng)保留在其有效的操作范圍內(nèi)，則不需要該步驟。
[0057]在步驟106中，設(shè)定點(diǎn)壓力由于流體18的流量減少而改變(例如，補(bǔ)償鉆頭14與翼閥28之間降低的環(huán)空20中的流體摩擦，這導(dǎo)致了減小的等效循環(huán)密度)。數(shù)據(jù)獲取和控制接口 94接收流體18的流速降低的讀數(shù)(indication)(例如，來自傳感器58、60、62、
66.67)，并且液壓模型92響應(yīng)地確定改變的環(huán)空壓力被期望來保持所期望的井下壓力，并且控制器96使用改變了的所期望的環(huán)空壓力作為設(shè)定點(diǎn)來控制節(jié)流器34的操作。
[0058]在稍微過平衡的控制壓力鉆井操作中，由于減小的等效循環(huán)密度，設(shè)定點(diǎn)壓力會可能增加，在該情況下，通過節(jié)流器34的流阻響應(yīng)地增加。然而，在一些操作(例如，欠平衡鉆井操作，其中氣體或另一種重量輕的流體被添加到流體18以降低井底壓力)中，設(shè)定點(diǎn)壓力可降低(例如，由于井下流體的產(chǎn)生所導(dǎo)致的)。
[0059]在步驟108中，由于步驟106中的改變了的所期望的環(huán)空壓力的原因，改變對通過節(jié)流器34的流體18的流量的限制。如上所述，控制器96控制節(jié)流器34的操作，在這種情況下，改變對通過該節(jié)流器的流量的限制以獲得改變的設(shè)定點(diǎn)壓力。還如上文所述，設(shè)定點(diǎn)壓力可增加或降低。
[0060]由于設(shè)定點(diǎn)壓力和泥漿返出節(jié)流器限制不管是響應(yīng)于彼此、響應(yīng)于泥漿泵輸出中的改變還是響應(yīng)于其它條件都能夠連續(xù)地變化，如上文所述，因而步驟104、106以及108在圖4的流程圖中被描述為同時執(zhí)行，。
[0061]在步驟109中，旁路流量控制裝置74逐漸地打開。這將轉(zhuǎn)送逐漸增加比例的流體18流過旁路管線72，而不是流過立管管線26。
[0062]在步驟110中，設(shè)定點(diǎn)壓力由于通過鉆柱16的流體18的流量減少而改變(例如，補(bǔ)償鉆頭14與翼閥28之間的環(huán)空20中的降低的流體摩擦，導(dǎo)致了減少的等效循環(huán)密度)。當(dāng)旁路流量控制裝置74被打開時，通過鉆柱16的流量被基本上減少，這是由于旁路管線72變?yōu)閷α髁康淖枇樽钚〉穆窂?，并因此流體18流過旁路管線72。數(shù)據(jù)獲取和控制接口94接收通過鉆桿16和環(huán)空20的流體18的流速降低的讀數(shù)(例如，來自傳感器58、60、62、
66.67)，并且液壓模型92響應(yīng)地確定改變的環(huán)空壓力被期望來保持所期望的井下壓力，并且控制器96使用改變了的所期望的環(huán)空壓力作為設(shè)定點(diǎn)來控制節(jié)流器34的操作。
[0063]在稍微過平衡的控制壓力鉆井操作中，由于減少的等效循環(huán)密度，設(shè)定點(diǎn)壓力可能增加，在該情況下，通過節(jié)流器34的流量阻力響應(yīng)地增加。然而，在一些操作(例如，欠平衡鉆井操作，其中氣體或另一種重量輕的流體被添加到流體18以降低井底壓力)中，設(shè)定點(diǎn)壓力可降低(例如，由于井下流體的產(chǎn)生)。
[0064]在步驟111中，由于步驟110中的改變了的所期望的環(huán)空壓力，對通過節(jié)流器34的流體18的流量的限制改變。如上所述，控制器96控制節(jié)流器34的操作，在這種情況下，改變了對通過該節(jié)流器的流量的限制以獲得改變了的設(shè)定點(diǎn)壓力。還如上文所述，設(shè)定點(diǎn)壓力可增加或降低。
[0065]由于設(shè)定點(diǎn)壓力和泥漿返出節(jié)流器限制不管是響應(yīng)于彼此、響應(yīng)于旁路流量控制裝置74的打開還是響應(yīng)于其它條件都能夠連續(xù)變化，如上文所述，因而步驟109、110以及111在圖4的流程圖中被描述為同時執(zhí)行。然而，在其它示例中，這些步驟可以不同時地執(zhí)行。
[0066]在步驟112中，立管管線26和在地面處或靠近地面處的環(huán)空20中的壓力相等(由傳感器36、38、40、44讀數(shù)的)。此時，旁路流量控制裝置74應(yīng)當(dāng)被完全打開，并且基本上全部的流體18流過旁路管線72、75而不流過立管管線26 (由于旁路管線代表阻力為最小的路徑)。立管管線26中的靜壓力應(yīng)當(dāng)與節(jié)流管匯32上游的管線30、73、75中的壓力基本上相等。
[0067]在步驟114中，立管流量控制裝置81被關(guān)閉。單獨(dú)的立管旁路流量控制裝置78應(yīng)當(dāng)已被關(guān)閉，在該情況下，在步驟114中僅閥76被關(guān)閉。
[0068]在步驟116中，立管排放閥82(參見圖10)將被打開以從立管管線26排放壓力和流體，以為斷開方鉆桿(kelley)或頂驅(qū)與鉆柱16之間的連接作準(zhǔn)備。此時，立管管線26與大氣相通。
[0069]在步驟118中，方鉆桿或頂驅(qū)從鉆柱16斷開連接，另一根的鉆桿被連接至該鉆柱，并且方鉆桿或頂驅(qū)被連接至該鉆柱的頂部。該步驟是根據(jù)現(xiàn)有的鉆井實(shí)踐來執(zhí)行的，除現(xiàn)有的鉆井實(shí)踐是在進(jìn)行連接時關(guān)閉鉆井用泥漿泵之外。在方法100中，然而，鉆井用泥漿泵68優(yōu)選地保持開啟，而立管閥76被關(guān)閉并且全部流量被轉(zhuǎn)送到用于環(huán)空壓力控制的節(jié)流管匯32。在鉆井用泥漿泵68開啟的情況下進(jìn)行連接時，止回閥21防止流體向上流過鉆柱16。
[0070]在步驟120中，立管排放閥82被關(guān)閉。因此，立管管線26再次與大氣隔離，而該立管管線和新添加的立根的鉆桿基本上是空的(即，未填充有流體18)，并且其中的壓力在進(jìn)行連接之前處于環(huán)境壓力或接近環(huán)境壓力。
[0071]在步驟122中，立管旁路流量控制裝置78打開(在圖1的閥和流量限制器配置的情況下)或逐漸地打開(在圖2的節(jié)流器配置的情況下)。以此方式，流體18被允許填充立管管線26和新增加的立根的鉆桿，如在步驟124中所表示的。
[0072]最后，立管管線26中的壓力將與在地面處或靠近地面處的環(huán)空20中的壓力相等，如在步驟126中所表示的。然而，基本上全部的流體18在此時仍將流過旁路管線72。立管管線26中的靜壓力應(yīng)當(dāng)與節(jié)流管匯32上游的管線30、73、75中的壓力基本上相等。
[0073]在步驟128中，立管流量控制裝置76被打開，以為將流體18的流量轉(zhuǎn)送到立管管線26并從而流過鉆柱16而作準(zhǔn)備。立管旁路流量控制裝置78然后被關(guān)閉。要注意到，通過預(yù)先填充立管管線26和鉆柱16并使立管管線與環(huán)空20之間的壓力相等，打開立管流量控制裝置76的步驟不會在環(huán)空或泥漿返出管線30、73中造成任何顯著的不期望的壓力瞬變。即使立管流量控制裝置76被打開，基本上全部的流體18仍流過旁路管線72，而不流過立管管線26。
[0074]把單獨(dú)的立管流量控制裝置76、78看作單一的立管流量控制裝置81，然后流量控制裝置81被逐漸地打開以緩慢地填充立管管線26和鉆柱16，并且然后當(dāng)該立管管線和環(huán)空20中的壓力基本上相等時流量控制裝置81被完全地打開。
[0075]在步驟130中，旁路流量控制裝置74被逐漸地關(guān)閉，從而轉(zhuǎn)送越來越大比例的流體18流過立管管線26和鉆柱16，而不流過旁路管線72。在該步驟中，通過鉆柱16和井孔12的流體18的循環(huán)開始。
[0076]在步驟132中，設(shè)定點(diǎn)壓力由于通過鉆柱16和環(huán)空20的流體18的流量而改變(例如，補(bǔ)償增加的流體摩擦，這導(dǎo)致了增加的等效循環(huán)密度)。數(shù)據(jù)獲取和控制接口 94接收流過井孔12的流體18的流速增加的讀數(shù)(例如，來自傳感器60、64、66、67)，并且液壓模型92響應(yīng)地確定改變的環(huán)空壓力被期望來保持所期望的井下壓力，并且控制器96使用改變的所期望的環(huán)空壓力作為設(shè)定點(diǎn)來控制節(jié)流器34的操作。所期望的環(huán)空壓力可以增高或降低，如上文步驟106和步驟108所述。
[0077]在步驟134中，由于步驟132中的改變的所期望的環(huán)空壓力，改變對通過節(jié)流器34的流體18的流量的限制。如上所述，控制器96控制節(jié)流器34的操作，在這種情況下，改變對通過該節(jié)流器的流量的限制以獲得改變的設(shè)定點(diǎn)壓力。
[0078]由于設(shè)定點(diǎn)壓力和泥漿返出節(jié)流器限制不管是響應(yīng)于彼此、響應(yīng)于旁路流量控制裝置74的關(guān)閉還是響應(yīng)于其它條件而能夠連續(xù)地變化，如上文所述，因而步驟130、132以及134在圖4的流程圖中被描述為同時執(zhí)行。
[0079]在步驟135中，來自泵68的流速輸出可以被增加，以為繼續(xù)井孔12的鉆探作準(zhǔn)備。該增加的流速將節(jié)流器34保持在其最佳操作范圍內(nèi)，但是如果節(jié)流器以其它方式被保持在其最佳操作范圍內(nèi)，則可以不使用該步驟(如上文討論的步驟104)。
[0080]在步驟136中，設(shè)定點(diǎn)壓力由于流體18的流量增加而改變(例如，補(bǔ)償鉆頭14與翼閥28之間增加的環(huán)空20中的流體摩擦，這導(dǎo)致了增加的等效循環(huán)密度)。數(shù)據(jù)獲取和控制接口 94接收流體18的流速增加的讀數(shù)(例如，來自傳感器58、60、62、66、67)，并且液壓模型92響應(yīng)地確定改變的環(huán)空壓力被期望來保持所期望的井下壓力，并且控制器96使用改變的所期望的環(huán)空壓力作為設(shè)定點(diǎn)來控制節(jié)流器34的操作。
[0081]在稍微過平衡的控制壓力鉆井操作中，由于增加的等效循環(huán)密度，設(shè)定點(diǎn)壓力可能降低，在該情況下，流過節(jié)流器34的流阻響應(yīng)地降低。
[0082]在步驟137中，由于步驟136中的改變的所期望的環(huán)空壓力，改變對通過節(jié)流器34的流體18的流量的限制。如上所述，控制器96控制節(jié)流器34的操作，在這種情況下，改變對流過該節(jié)流器的流量的限制以獲得改變的設(shè)定點(diǎn)壓力。還如上文所述，設(shè)定點(diǎn)壓力可增加或降低。
[0083]由于設(shè)定點(diǎn)壓力和泥漿返出節(jié)流器限制能夠響應(yīng)于彼此、響應(yīng)于泥漿泵輸出的改變以及響應(yīng)于其它條件連續(xù)地變化，因而步驟135、136以及137在圖4的流程圖中被描述為同時執(zhí)行，如上文所述。
[0084]在步驟138中，井孔12的鉆探繼續(xù)。當(dāng)在鉆柱16中需要另一個連接時，能夠重復(fù)步驟 102-138。
[0085]步驟140和142被包括在圖4中連接方法100的流程圖中以強(qiáng)調(diào)控制系統(tǒng)90在該方法中繼續(xù)操作。即，數(shù)據(jù)獲取和控制接口 94繼續(xù)接收來自傳感器36、38、40、44、46、54、56、58、62、64、66、67的數(shù)據(jù)并且繼續(xù)將適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)提供到液壓模型92。液壓模型92繼續(xù)確定與所期望的井下壓力對應(yīng)的所期望的環(huán)空壓力。控制器96繼續(xù)使用所期望的環(huán)空壓力作為設(shè)定點(diǎn)壓力用于控制節(jié)流器34的操作。
[0086]將理解的是，可以方便地使用控制系統(tǒng)90使上文描述的全部或大部分的步驟自動化。例如，控制器96可以被用來響應(yīng)于來自數(shù)據(jù)獲取和控制接口 94的輸入而自動地控制流量控制裝置34、74、76、78、81的任何一個或全部的操作。
[0087]人為干涉將優(yōu)選地當(dāng)期望的是開始連接過程(步驟102)時被用來指示給控制系統(tǒng)90，并且然后當(dāng)進(jìn)行了鉆桿連接(步驟118)時被用來指示給控制系統(tǒng)90，但是基本上所有的其它步驟可以自動化(例如，通過適當(dāng)?shù)鼐幊炭刂葡到y(tǒng)90的軟件元件)。然而，可預(yù)見的是能夠使所有的步驟102-142自動化，例如如果使用了合適的頂驅(qū)鉆機(jī)(或不用人為干涉而能夠進(jìn)行鉆桿連接的任何其它鉆機(jī))的話。
[0088]現(xiàn)在另外地參照圖5，代表性地示出了控制系統(tǒng)90的另一種配置。圖5的控制系統(tǒng)90與圖3的控制系統(tǒng)非常相似，但是不同之處至少在于預(yù)測裝置148和數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150被包括在圖5的控制系統(tǒng)中。
[0089]預(yù)測裝置148優(yōu)選地包括用于預(yù)測各種井參數(shù)的一個或多個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。這些參數(shù)可包括傳感器36、38、40、44、46、54、56、58、60、62、64、66、67的任何一個的輸出、從液壓模型92輸出的環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)、流量控制裝置34、74、76、78的位置、流體18密度等?？梢酝ㄟ^預(yù)測裝置148來預(yù)測任何井參數(shù)和井參數(shù)的任何組合。
[0090]預(yù)測裝置148優(yōu)選地通過將這些參數(shù)的現(xiàn)在實(shí)際值和過去實(shí)際值輸入到該預(yù)測裝置來進(jìn)行“訓(xùn)練”?？梢曰陬A(yù)測裝置的輸出關(guān)于項(xiàng)(terms)的導(dǎo)數(shù)(derivative)來調(diào)節(jié)預(yù)測裝置148中的項(xiàng)或“權(quán)值”。
[0091]預(yù)測裝置148可以通過將在鉆井期間、在鉆柱16中進(jìn)行連接時和/或在整個鉆井操作的其它階段期間所獲得的數(shù)據(jù)輸入到該預(yù)測裝置來進(jìn)行訓(xùn)練。預(yù)測裝置148可以通過將在鉆探至少一個先前的井孔時獲得的數(shù)據(jù)輸入到該預(yù)測裝置來進(jìn)行訓(xùn)練。
[0092]該訓(xùn)練可以包括將指示了由該預(yù)測裝置產(chǎn)生的過去的預(yù)測誤差的數(shù)據(jù)輸入到預(yù)測裝置148。預(yù)測裝置148可以通過輸入由鉆井系統(tǒng)10(包括鉆機(jī)、井、利用的設(shè)備等)的計算機(jī)模擬所生成的數(shù)據(jù)來進(jìn)行訓(xùn)練。
[0093]一旦經(jīng)過訓(xùn)練，預(yù)測裝置148能夠準(zhǔn)確地預(yù)測或估計一個或多個參數(shù)在現(xiàn)在和/或未來應(yīng)當(dāng)具有什么值。所預(yù)測的參數(shù)值能夠被提供到數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150，用于在其數(shù)據(jù)驗(yàn)證過程中使用。
[0094]預(yù)測裝置148不一定必須包括一個或多個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型?？杀皇褂玫钠渌愋偷念A(yù)測裝置包括人工智能裝置、自適應(yīng)模型、概括真實(shí)系統(tǒng)的非線性函數(shù)、遺傳算法、線性系統(tǒng)模型和/或非線性系統(tǒng)模型、及其這些預(yù)測裝置的組合等。
[0095]預(yù)測裝置148可以執(zhí)行回歸(regression)分析,執(zhí)行非線性函數(shù)回歸并可以利用粒計算(granular computing)。第一原理模型的輸出可以被輸入到預(yù)測裝置148和/或第一原理模型可以被包括在該預(yù)測裝置中。
[0096]預(yù)測裝置148接收來自數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150的實(shí)際參數(shù)值，該數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150能夠包括一個或多個數(shù)字可編程處理器、存儲器等。數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150使用各種預(yù)編程的算法來確定從數(shù)據(jù)獲取和控制接口 94接收的傳感器測量、流量控制裝置位置等是否是有效的。
[0097]例如，如果接收的實(shí)際參數(shù)值在可接受的范圍外、不可用的(例如，由于無功能的傳感器所導(dǎo)致的)或與該參數(shù)的預(yù)測值相差大于預(yù)定的最大量(例如，由于出故障的傳感器所導(dǎo)致的)，則數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150可以將該實(shí)際參數(shù)值標(biāo)志為“無效”。無效的參數(shù)值可不能用于訓(xùn)練預(yù)測裝置148，或可不能用于通過液壓模型92確定所期望的環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)。有效的參數(shù)值將被用于訓(xùn)練預(yù)測裝置148，用于更新液壓模型92，用于記錄到數(shù)據(jù)獲取和控制接口 94數(shù)據(jù)庫，并且在所期望的環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)的情況下，被傳送到控制器96，用于控制流量控制裝置34、74、76、78的操作。
[0098]所期望的環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)可以被從液壓模型92通信傳輸給數(shù)據(jù)獲取和控制接口94、預(yù)測裝置148以及控制器96中的每一個。所期望的環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)從液壓模型92被通信傳輸給數(shù)據(jù)獲取和控制接口，用于記錄在其數(shù)據(jù)庫中，并且用于與其它實(shí)際參數(shù)值一起中繼傳送給數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150。
[0099]所期望的環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)從液壓模型92被傳到預(yù)測裝置148，用于在預(yù)測未來環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)中使用。然而，在其它示例中，預(yù)測裝置148可以從數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150接收所期望的環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)(連同其它實(shí)際參數(shù)值)。
[0100]所期望的環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)從液壓模型92被傳到控制器96，以防在數(shù)據(jù)獲取和控制接口 94或數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150故障或來自這些其它裝置的輸出不可用的情況下使用。在該情形下，控制器96可以繼續(xù)控制各種流量控制裝置34、74、76、78的操作，以在靠近地面處的環(huán)空20中保持/實(shí)現(xiàn)所期望的壓力。
[0101]預(yù)測裝置148被實(shí)時進(jìn)行訓(xùn)練，并且能夠基于至少一些其它傳感器的輸出預(yù)測一個或多個傳感器測量的當(dāng)前值。因此，如果傳感器輸出變得不可用，則預(yù)測裝置148能夠至少暫時地將丟失的傳感器測量值提供到數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150，直到該傳感器輸出再一次變得可用。
[0102]例如，如果在上文描述的鉆柱連接過程中流量計62、64、66之一出故障或其輸出不可用或無效，則數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150能夠用預(yù)測流量計輸出代替實(shí)際(或不存在)流量計輸出。預(yù)期的是，在實(shí)際應(yīng)用中，僅可以使用流量計62、64、66中的一個或兩個。因此，如果數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150停止從這些流量計之一接收有效輸出，則能夠通過預(yù)測裝置148來輸出對流過立管管線26和旁路管線72的流體18的比例的確定。將理解的是，對流過立管管線26和旁路管線72的流體18的比例的測量是非常有用的，例如在鉆柱連接過程中或在能夠引起等效循環(huán)密度和/或摩擦壓力改變的其它過程(例如轉(zhuǎn)送來自鉆柱16的流量的遙測方法等)中，對通過液壓模型92計算等效循環(huán)密度和/或摩擦壓力是非常有用的。
[0103]經(jīng)驗(yàn)證的參數(shù)值從數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150被傳到液壓模型92并傳到控制器96。液壓模型92利用經(jīng)驗(yàn)證的參數(shù)值以及可行的其它數(shù)據(jù)流，計算實(shí)現(xiàn)期望的井下壓力所需的感興趣的點(diǎn)處(例如，在井孔12的底部，有問題的地帶，套管靴處等)的井下當(dāng)前存在的壓力以及靠近表面處的環(huán)空20中的期望的壓力。
[0104]數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150被編程為檢查從數(shù)據(jù)獲取和控制接口 94接收的各參數(shù)值并確定每一個是否落入預(yù)定范圍的預(yù)期值內(nèi)。如果數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150檢測到其從數(shù)據(jù)獲取和控制接口 94接收的一個或多個參數(shù)值是無效的，則數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150可以將信號發(fā)送到預(yù)測裝置148以停止訓(xùn)練用于故障傳感器的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并且停止訓(xùn)練依賴于來自故障傳感器的參數(shù)值進(jìn)行訓(xùn)練的其它模型。
[0105]雖然當(dāng)傳感器失效時，預(yù)測裝置148可以停止訓(xùn)練一個或多個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，然而預(yù)測裝置148能夠基于其它仍起作用的傳感器到該預(yù)測裝置的輸入繼續(xù)為故障的一個傳感器或多個傳感器的輸出生成預(yù)測。一旦識別到故障傳感器，數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150能夠替代從預(yù)測裝置148到控制器96的預(yù)測的傳感器參數(shù)值和液壓模型92。另外地，當(dāng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150確定傳感器出故障或其輸出不可用時，該數(shù)據(jù)驗(yàn)證器能夠產(chǎn)生警報和/或發(fā)布警告以識別故障的傳感器，從而使得操作員能夠采取校正動作。
[0106]預(yù)測裝置148優(yōu)選地還能夠訓(xùn)練表示液壓模型92的輸出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。所期望的環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)的預(yù)測值被傳送到數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150。如果液壓模型92難以生成適當(dāng)?shù)闹祷虿豢捎?，則數(shù)據(jù)驗(yàn)證器150能夠代替?zhèn)鞯娇刂破?6的預(yù)測的期望的環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)。
[0107]現(xiàn)在另外地參照圖6，除控制系統(tǒng)90的其余部分之外，代表性地示出了預(yù)測裝置148的示例。在該視圖中，可以看出的是，預(yù)測裝置148包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型152，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型152輸出預(yù)測的參數(shù)y的當(dāng)前(yn)值和/或未來(yn+1，yn+2，…)值。
[0108]參數(shù)a、b、c等的各種其它當(dāng)前值和/或過去值被輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型152，用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、用于預(yù)測參數(shù)y值等。參數(shù)a、b、c、…、y、…可以是上文描述的傳感器測量值、流量控制裝置位置、物理參數(shù)(例如，泥漿重量、井孔深度等)等的任一。
[0109]參數(shù)y的當(dāng)前實(shí)際值和/或過去實(shí)際值和/或預(yù)測值還可以被輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型152。參數(shù)y的實(shí)際值與預(yù)測值之間的差在訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型152方面(例如，在使實(shí)際值與預(yù)測值之間的差最小化方面)能夠是有用的。
[0110]在訓(xùn)練期間，權(quán)值被指定給各種輸入?yún)?shù)，并且這些權(quán)值被自動地調(diào)節(jié)使得實(shí)際參數(shù)值與預(yù)測參數(shù)值之間的差被最小化。如果神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型152的底層結(jié)構(gòu)和輸入的參數(shù)被恰當(dāng)?shù)剡x擇，則訓(xùn)練會使得在適當(dāng)?shù)?并且優(yōu)選短的)訓(xùn)練時間之后使實(shí)際參數(shù)值與預(yù)測參數(shù)值之間的差非常小。
[0111]這對于使單個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型152僅為單個參數(shù)輸出預(yù)測參數(shù)值能夠是有用的。多個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型152能夠被用來預(yù)測各多個參數(shù)的值。以此方式，如果神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型152之一失效，則其它的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型152不會被影響。
[0112]然而，資源的有效利用可要求單個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型152被用來預(yù)測多個參數(shù)值。這種配置在圖7中被代表性地示出，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型152為多個參數(shù)w、x、y…輸出預(yù)測值。
[0113]如果使用了多個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，則對于全部神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不必要共享相同的輸入。在圖8中代表性地示出的示例中，使用了兩個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型152、154。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型152、154共享一些相同的輸入?yún)?shù)，但是模型152具有與模型154不共享的一些參數(shù)輸入值，并且模型154具有未被輸入到模型152的參數(shù)輸入值。
[0114]如果神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型152僅為與特定傳感器(或?qū)嶋H參數(shù)值的其它來源)相關(guān)的單個參數(shù)輸出預(yù)測值，則如果該傳感器(或其它實(shí)際參數(shù)值源)失效，預(yù)測其輸出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能夠在操作繼續(xù)而不間斷時提供參數(shù)值。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型152在該情況下僅用于為單個參數(shù)預(yù)測其值，因此一旦發(fā)生傳感器(或其它實(shí)際參數(shù)值源)的失效，就能夠方便地停止神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練，而不影響其它神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的任何一個被用來預(yù)測其它參數(shù)值。
[0115]現(xiàn)在另外地參照圖9，代表性且示意性地示出了鉆井系統(tǒng)10的另一種配置。圖9的配置在大多數(shù)方面與圖2的配置相似。
[0116]然而，在圖9的配置中，流量 控制裝置78和流量限制器80與流量控制裝置74和流量計64被包括在單獨(dú)的流量轉(zhuǎn)送單元156中。流量轉(zhuǎn)送單元156能夠被提供作為便于在鉆機(jī)現(xiàn)場運(yùn)輸和安裝的“滑行裝置”。節(jié)流管匯32、壓力傳感器46以及流量計58還可以被設(shè)置為一個單獨(dú)的單元。
[0117]要注意，流量計66、67的使用是可選的。例如，能夠從流量計62、64的輸出推斷出通過立管管線26的流量，并且能夠從流量計58、64的輸出推斷出通過泥漿返出管線73的流量。
[0118]現(xiàn)在另外地參照圖10，代表性且示意性地示出鉆井系統(tǒng)10的另一種配置。在該配置中，流量控制裝置76被連接在鉆機(jī)的立管管匯70的上游。該布置具有特定的好處，例如，鉆機(jī)的立管管匯70或該管匯與方鉆桿之間的管線不需要進(jìn)行變型，鉆機(jī)的立管排放閥82能夠被用來在正常鉆井操作中疏通立管26 (不需要通過鉆機(jī)人員改變流程，不需要獨(dú)立于流量轉(zhuǎn)送單元156的疏通管線)等。
[0119]流量控制裝置76能夠使用例如快速連接器84 (例如，錘擊接頭等)被互連在鉆井用泥漿泵68與立管管匯70之間。這將允許流量控制裝置76被方便地適于在各種鉆機(jī)的泵管線中進(jìn)行互連。
[0120]特別適用的全自動化的流量控制裝置76(例如，由控制器96自動地控制)能夠用于控制流過立管管線26的流量，來代替使用鉆機(jī)的立管管匯70中的現(xiàn)有立管閥。整個流量控制裝置81如本文描述的能夠被定制使用(例如，用于與對該立管管線與旁路管線72之間的流體18的轉(zhuǎn)送協(xié)同地控制通過立管管線26的流量從而控制環(huán)空20中的壓力等)，而非用于現(xiàn)有的鉆井目的。
[0121]在圖10的示例中，遠(yuǎn)程控制閥或其它流量控制裝置160被選擇性地用來將流體18的流量從立管管線26轉(zhuǎn)送到泥漿返出管線30，以將信號、數(shù)據(jù)、命令等傳送到井下工具(例如圖1的井底鉆具組件，包括傳感器60、其它設(shè)備，包括泥漿電機(jī)、偏轉(zhuǎn)裝置、轉(zhuǎn)向控制等)。該裝置160被遙測控制器162所控制，遙測控制器162能夠?qū)⑿畔⒕幋a為由井下工具可檢測的一連串的流量轉(zhuǎn)送(flow diversions)(例如,流過井下工具的流量的一定降低是由通過裝置160將相應(yīng)流量從立管管線26轉(zhuǎn)送到泥漿返出管線30所造成的)。
[0122]合適的遙測控制器和合適的遠(yuǎn)程可操作流量控制裝置被設(shè)置在由哈里伯頓能源服務(wù)公司銷售的GEO-SPAn(TM)系統(tǒng)中。遙測控制器162能夠被連接至INSITE(TM)系統(tǒng)或控制系統(tǒng)90中的其它獲取和控制接口 94。然而，根據(jù)本公開文本的范圍，可以使用其它類型的遙測控制器和流量控制裝置。
[0123]在下文更全面描述的控制井壓的方法中，響應(yīng)于被傳送的以將流量從立管管線26轉(zhuǎn)送到泥漿返出管線30的指令，來調(diào)節(jié)期望的環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)。這種指令可以在上文描述的連接方法100的步驟109被傳送。作為另一個示例，該指令可以通過遙測控制器162被傳送到裝置160，以將對應(yīng)的遙測信號傳送到井下工具。在其它示例中，為了除在鉆柱中進(jìn)行連接或傳送信號之外的其它目的，可以從立管管線26和鉆柱16轉(zhuǎn)送流體18的流量。
[0124]流量從鉆柱16的轉(zhuǎn)送將導(dǎo)致摩擦壓力減少，從而減少井孔12中的壓力。在已知流量轉(zhuǎn)送開始(例如，指令將被傳送以轉(zhuǎn)送流量)的情況下，優(yōu)選的是，也開始改變環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)，以減緩由于流量轉(zhuǎn)送引起的井中的任何壓力改變。
[0125]這與響應(yīng)于井下壓力的測量的改變、響應(yīng)于在地面處流量的測量的改變等來改變環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)十分不同。可代替地，優(yōu)選地直接響應(yīng)于改變通過鉆柱16的流量的指令而做出環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)的改變。
[0126]因此，流量或壓力等的實(shí)際改變不需要發(fā)生、不需要被傳感器檢測到以及不需要被傳送到控制系統(tǒng)90用于估計環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)是否應(yīng)當(dāng)被改變?？纱娴?，環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)能夠被立即改變，優(yōu)選地在井下出現(xiàn)的壓力無任何顯著的改變。
[0127]在實(shí)踐中，將從鉆柱16轉(zhuǎn)送多少流量的流體18 (該流速也能夠憑借流量計164來測量或從其它流量計58、60、66等的測量推斷)被通常地已知，并且該流體的總流量將在給出改變流過鉆柱的流量的指令之前正好被得知。在這些情況下，能夠計算出由流過鉆柱16和環(huán)空20的流量減少引起的預(yù)期的壓力減少，并且能夠相應(yīng)調(diào)節(jié)(例如，增加)環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)，使得當(dāng)轉(zhuǎn)送開始時，井下壓力基本上保持不變。當(dāng)然，如果流過鉆柱16的流量增力口，則由流量增加引起的預(yù)期的壓力增加能夠被計算出，并且能夠相應(yīng)調(diào)節(jié)(例如，降低)環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)。
[0128]在基本示例中，環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)典型地等于期望的井下壓力、井下位置的負(fù)靜壓力、以及負(fù)摩擦壓力。該摩擦壓力通過液壓模型92來計算，并且該摩擦壓力是流過鉆柱16和環(huán)空20的流體18的流速的函數(shù)。因此，流速的預(yù)期的改變將在摩擦壓力中產(chǎn)生預(yù)期的改變，該摩擦壓力能夠容易地通過液壓模型92來計算。
[0129]現(xiàn)在另外地參照圖11，代表性地示出了用于控制井中的壓力的方法170的流程圖。與本公開文本的范圍一致地，方法170可以利用上文描述的鉆探系統(tǒng)10的任何一個，或者該方法可以利用任何其它鉆探系統(tǒng)。
[0130]在圖11的示例中，由流過鉆柱16和環(huán)空20的流量的改變所引起的井下壓力波動被減緩或完全防止。在流量改變之前，在步驟172中測量(例如，通過傳感器36、38、40、44、46、54、56、58、60、62、64、66、67、164)相關(guān)的參數(shù)。在步驟174中這些測量通知對預(yù)期的流
量改變的確定。
[0131]在一個合適的技術(shù)中，能夠使用以下公式計算出轉(zhuǎn)送的流體18的流速:
[0132]轉(zhuǎn)送的流量=e1卿((立管-⑶/⑶)/C1 (I)
[0133]其中“立管”是在流體18的轉(zhuǎn)送期間(例如，在遙測信號等的傳送期間)立管管線26中的實(shí)際測量的壓力，并且CO、Cl以及C2是從測量的立管壓力與流過立管的流速的曲線擬合推出的常數(shù)。
[0134]在另一個示例中，預(yù)測裝置148能夠用來基于各種井參數(shù)預(yù)測預(yù)期的流速改變。這些參數(shù)可以包括傳感器36、38、40、44、46、54、56、58、60、62、64、66、67、164的任何一個的輸出、從液壓模型92輸出的環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)、節(jié)流器34尺寸、流量控制裝置34、74、76、78的位置、鉆井液18密度等。任何井參數(shù)(包括當(dāng)前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù))，以及任何組合的井參數(shù)可以被預(yù)測裝置148利用。
[0135]通過預(yù)期的流量改變，液壓模型92能夠預(yù)測由于流量改變引起的井下壓力改變以及對于減緩該井下壓力改變所需要的壓力設(shè)定點(diǎn)的改變。例如，如果確定流量改變將導(dǎo)致井下位置處的壓力減少，則環(huán)空壓力或立管壓力設(shè)定點(diǎn)能夠被適當(dāng)?shù)卦黾右匝a(bǔ)償(offset)預(yù)期的井下壓力降低。
[0136]在步驟176中，通過例如操作圖10的裝置160以將流量從立管管線26轉(zhuǎn)送(或停止轉(zhuǎn)送)到泥漿返出管線，操作圖9的流量轉(zhuǎn)送單元156或裝置81以改變通過立管管線的流量等，指令被傳送以改變通過鉆柱16和環(huán)空20的流速。這種指令可以通過控制器96被傳送到流量轉(zhuǎn)送單元156，通過控制器162被傳送到裝置160等。與本公開文本的范圍一致地，可以使用將使流過鉆柱16和環(huán)空20的流速得以改變的任何指令。
[0137]在一個示例中，上文提到的INSITE(TM)系統(tǒng)能夠發(fā)出指令或命令以開始下行過程(表面到井下遙測)，從而定期地減少流過鉆柱16和環(huán)空20的流量。流量的這種減少能夠潛在地弓I起井下壓力的降低。[0138]在步驟178中，響應(yīng)于被傳送的指令來調(diào)節(jié)環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)。如果需要的話，在環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)被調(diào)節(jié)之前，該步驟能夠包括用于確認(rèn)指令將被執(zhí)行或至少該指令被適當(dāng)?shù)亟邮盏囊?。例如通過在改變流量的指令被傳送之后、在流量改變期間、在流量改變之后等監(jiān)控各種參數(shù)，能夠根據(jù)需要進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)節(jié)以保持期望的井下壓力。
[0139]通過響應(yīng)于被傳送的指令來調(diào)節(jié)環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)，井下壓力改變被減緩或防止。否則，這種井下壓力改變可能導(dǎo)致流體漏失、井孔四周的地層的壓裂、或套管靴的失效(例如，由于增加的井下壓力所引起的)、或流體從巖層流入井孔(如由于減少的井下壓力所引起的)。
[0140]然而，在一些情況下，允許有限數(shù)量的井下壓力波動以例如允許與響應(yīng)于壓力改變的井下工具等進(jìn)行通信可能是有用的。在這些情況下，對環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)的調(diào)節(jié)能夠考慮井下一些預(yù)定的可允許的壓力變化。
[0141]現(xiàn)在，可以完全理解的是，上述公開內(nèi)容提供對鉆井操作中的壓力和流量控制技術(shù)的實(shí)質(zhì)性改進(jìn)。在這些改進(jìn)中，方法170被用來減少或消除由于流過鉆柱16和環(huán)空20的流量的改變所引起的井下的壓力變化。如果流量的改變以已知的刺激(例如改變流量的指令)為先導(dǎo)，則由于流量的改變所引起的壓力變化能夠通過響應(yīng)于該刺激迅速地調(diào)節(jié)環(huán)空壓力設(shè)定點(diǎn)而被搶先處理(preempt)，而不是等待要被檢測的流量的改變所產(chǎn)生的影響。
[0142]上文描述了一種控制井中的壓力的方法170。在一個示例中，方法170能夠包括:傳送指令以改變流過徑向形成在鉆柱16和井孔12之間的環(huán)空20的流量；以及響應(yīng)于該傳送來調(diào)節(jié)壓力設(shè)定點(diǎn)。
[0143]能夠在流過環(huán)空20的流量改變之前和/或在流過環(huán)空20的流量改變時執(zhí)行該調(diào)節(jié)?？梢栽诹髁扛淖儽粋鞲衅?6、38、40、44、46、54、56、58、60、62、64、66、67、164檢測之前來執(zhí)行該調(diào)節(jié)。
[0144]流量改變可以是由將流量從鉆柱16轉(zhuǎn)送到泥漿返出管線30而引起的。
[0145]該傳送能夠包括將信息編碼為一連串的流量變化(variation)。例如，所編碼的信息可以是用于傳送給一個或多個井下工具的數(shù)據(jù)、命令、指令等。
[0146]該傳送包括在鉆柱16中開始連接。例如，連接方法100的性能將使得通過環(huán)空20和鉆柱16的流量改變。
[0147]方法170能夠包括基于測量的井參數(shù)預(yù)測流量的改變。該方法可以包括預(yù)測由于預(yù)測的流量改變弓I起的井下壓力改變。
[0148]上文還描述了鉆井系統(tǒng)10。在一個示例中，系統(tǒng)10能夠包括用于改變通過鉆柱16的流量的流量控制裝置74或160?？刂葡到y(tǒng)90響應(yīng)于使流量控制裝置74或160改變通過鉆柱16的流量的指令而改變壓力設(shè)定點(diǎn)。
[0149]流量控制裝置74能夠?qū)⒘髁繌牧⒐芄芫€26轉(zhuǎn)送到泥漿返出管線30。流量控制裝置160能夠?qū)⒘髁繌你@柱16轉(zhuǎn)送。
[0150]控制系統(tǒng)90可以預(yù)測因流量改變引起的壓力改變。壓力設(shè)定點(diǎn)能夠響應(yīng)于指令而通過預(yù)測的壓力改變來得以調(diào)節(jié)。
[0151]該壓力設(shè)定點(diǎn)可以對應(yīng)于井孔12中的期望壓力和/或在地球表面處或靠近地球表面處的環(huán)空20中測量的期望壓力。
[0152]上文還描述了一種控制井中的壓力的方法170，方法170在一個示例中包括傳送指令以將流量從鉆柱16轉(zhuǎn)送以及響應(yīng)于該傳送而調(diào)節(jié)壓力設(shè)定點(diǎn)。
[0153]該調(diào)節(jié)能夠在轉(zhuǎn)送流過鉆柱16的流量之前和/或在轉(zhuǎn)送流過鉆柱16的流量時來執(zhí)行。該調(diào)節(jié)可以在轉(zhuǎn)送被傳感器36、38、40、44、46、54、56、58、60、62、64、66、67、164檢測之前來執(zhí)行。
[0154]應(yīng)理解，在此所描述的本公開文本的各種實(shí)施例可以按照各種方向(例如傾斜、倒轉(zhuǎn)、水平、豎直等等)并以各種配置來利用，而不背離本公開文本的原理。這些實(shí)施例僅作為本公開文本的原理的有效應(yīng)用的示例來描述，這些原理并不限于這些實(shí)施例的任何具體細(xì)節(jié)。
[0155]在代表性示例的以上說明中，方向術(shù)語，如“上文”、“下文” “上” “下”是為了方便為參考附圖使用的。然而，應(yīng)當(dāng)清楚地理解，本公開文本的范圍不限于在此描述的任何特定方向。
[0156]當(dāng)然，一旦仔細(xì)考慮本發(fā)明的代表性實(shí)施例的以上說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易理解可對具體的實(shí)施例進(jìn)行多種改型、添加、代替、省略以及其它改變，并且這些改變是通過本發(fā)明的原理而被設(shè)想出的。因此，應(yīng)清楚地理解，以上詳細(xì)描述僅以說明和示例的方式給出本公開文本的精神和范圍僅由所附權(quán)利要求書及其等同方案來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種控制井中的壓力的方法，所述方法包括: 傳送指令以改變流過徑向形成在鉆柱與井孔之間的環(huán)空的流量；以及 響應(yīng)于所述傳送調(diào)節(jié)壓力設(shè)定點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)在流過所述環(huán)空的流量改變之前來執(zhí)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)在流過所述環(huán)空的流量改變時來執(zhí)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述流量改變是由將流量從所述鉆柱轉(zhuǎn)送到泥漿返出管線而引起的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述傳送包括將信息編碼為一連串的流量變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述傳送包括在所述鉆柱中發(fā)起連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括基于測量的井參數(shù)預(yù)測所述流量的改變。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括預(yù)測由于所預(yù)測的所述流量的改變引起的井下壓力改變。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述流量改變被傳感器檢測之前來執(zhí)行所述調(diào)節(jié)。
10.一種鉆井系統(tǒng)，包括: 流量控制裝置，其改變流過鉆柱的流量；以及 控制系統(tǒng)，其響應(yīng)于使所述流量控制裝置改變流過所述鉆柱的流量的指令而改變壓力設(shè)定點(diǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述流量控制裝置將流量從立管管線轉(zhuǎn)送到泥衆(zhòng)返出管線。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述流量控制裝置將流量從所述鉆柱轉(zhuǎn)送。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)預(yù)測因所述流量改變引起的壓力改變。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中響應(yīng)于所述指令，通過所預(yù)測的壓力改變來調(diào)節(jié)所述壓力設(shè)定點(diǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述壓力設(shè)定點(diǎn)對應(yīng)于井孔中的期望壓力。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述壓力設(shè)定點(diǎn)對應(yīng)于在地球表面處或靠近地球表面處的環(huán)空中測量的期望壓力。
17.—種控制井中的壓力的方法，所述方法包括: 傳送指令以將流量從鉆柱轉(zhuǎn)送；以及 響應(yīng)于所述傳送調(diào)節(jié)壓力設(shè)定點(diǎn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中在流過所述鉆柱的流量被轉(zhuǎn)送之前執(zhí)行所述調(diào)節(jié)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中在通過所述鉆柱的流量被轉(zhuǎn)送時執(zhí)行所述調(diào)節(jié)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述流量改變是由于將流量從所述鉆柱轉(zhuǎn)送到泥漿返出管線而引起的。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述傳送包括將信息編碼為一連串的流量轉(zhuǎn)送。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述傳送包括在所述鉆柱中發(fā)起連接。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括基于測量的井參數(shù)預(yù)測所述流量的改變。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括預(yù)測由于所述流量的所預(yù)測的改變引起的井下壓力改變。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中在所述轉(zhuǎn)送被傳感器檢測之前執(zhí)行所述調(diào)節(jié)。
【文檔編號】E21B33/04GK103917740SQ201180074733
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月8日
【發(fā)明者】詹姆斯·R·洛沃恩, 南?！·戴維斯 申請人:哈利伯頓能源服務(wù)公司