從浮動鉆井平臺鉆探同時對注入和損失的檢測的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開一般地涉及與地下井結(jié)合利用的儀器和結(jié)合執(zhí)行的操作，且在下述一個實 施例中本公開更特定地提供從浮動鉆井平臺（floating vessel)鉆探同時對注入和損失的 檢測。
[0002] 背景
[0003] 在從浮動鉆井平臺進(jìn)行的特定類型的鉆探操作中，由于波動或潮汐，立管柱 (riser string)體積可隨平臺上升和下降而變化。這個變化的體積使得難以確定流體是正 在進(jìn)入還是離開由正被鉆探的井眼所穿透的地層。
[0004] 因此，將理解的是在從浮動鉆井平臺鉆探同時檢測注入（井涌（kick))和損失的 領(lǐng)域中持續(xù)需要改進(jìn)。
【附圖說明】
[0005] 圖1是可實現(xiàn)本公開原理的井系統(tǒng)和相關(guān)聯(lián)方法的代表性部分截面視圖。
[0006] 圖2A和B是可被用于圖1的系統(tǒng)和方法中的旋轉(zhuǎn)控制設(shè)備和滑動接頭的代表性 截面視圖。
[0007] 圖3-5是用于檢測注入和損失的系統(tǒng)和方法的代表性示意圖，這些系統(tǒng)和方法可 實現(xiàn)本公開的原理。
[0008] 詳細(xì)描述
[0009] 在圖1中代表性地示出的是用于鉆井的系統(tǒng)10及相關(guān)聯(lián)的方法，該系統(tǒng)和方法可 實現(xiàn)本公開的原理。
[0010] 然而，應(yīng)該清楚理解的是，系統(tǒng)10和方法僅僅是在實踐中應(yīng)用本公開原理的一個 示例，且各種較廣范圍的其他示例是可能的。因此，本公開的范圍完全不限于此處描述的和 /或圖中示出的系統(tǒng)10和方法的所有細(xì)節(jié)。
[0011] 在圖1中所示的井系統(tǒng)10中，使用浮動鉆機(jī)12來鉆探井眼14。基本呈管狀的鉆 柱16具有連接在鉆柱下端處的鉆頭18,且鉆頭被旋轉(zhuǎn)和/或以其他方式被操作以鉆探井眼 14〇
[0012] 鉆柱16可由鉆機(jī)12所旋轉(zhuǎn)，且鉆柱可具有用于旋轉(zhuǎn)該鉆柱的Moineau型流體馬 達(dá)（未示出），和/或可由傳遞至鉆頭（drill bit)的沖擊力來鉆探井眼14,等。鉆柱16可 以是連續(xù)的或分段式的，且鉆柱可具有與鉆柱相關(guān)聯(lián)用于傳輸數(shù)據(jù)信號、命令/控制信號、 功率、流等的金屬線、光學(xué)波導(dǎo)、流體管道、或其他類型的通信路徑。因此，將理解的是，圖1 中所示的鉆柱16僅僅是可用于井系統(tǒng)10內(nèi)的各種不同類型鉆柱的一個示例。
[0013] 圖1中將鉆機(jī)12圖示為包括位于地表位置處（如，位于深或超深水體的表面20 處）的浮動鉆井平臺21。響應(yīng)于波動和潮汐，鉆井平臺21上升和下降。
[0014] 在圖1示例中，海底取油立管（marine riser)22在鉆機(jī)12和位于海底位置處 (如，在泥漿管線處或海床26上）的防噴器組24之間延伸。立管22用作在鉆機(jī)12與防噴 器組24之間引導(dǎo)鉆柱16、用于使得流體在鉆機(jī)和井眼14之間流動等的導(dǎo)管。
[0015] 互連在立管22和防噴器組24之間的是環(huán)形防噴器28。雖然即使在環(huán)形防噴器內(nèi) 沒有出現(xiàn)鉆柱，典型的環(huán)形防噴器可密封防噴器組24的頂部，環(huán)形防噴器28被設(shè)計為在特 定情況下密封鉆柱16周圍的環(huán)形空間32 (如，緊急時防止流體從井中非故意的釋放）。
[0016] 靠近立管22上端的是環(huán)形密封設(shè)備30,該設(shè)備也被設(shè)計為密封鉆柱16周圍的環(huán) 形空間32,但是該環(huán)形密封設(shè)備被設(shè)計為當(dāng)鉆柱被用于鉆探井眼14的同時來做出此舉。如 果鉆柱16在鉆探井眼14的同時旋轉(zhuǎn)，則環(huán)形密封設(shè)備32被設(shè)計為圍繞該旋轉(zhuǎn)的鉆柱進(jìn)行 密封。
[0017] 環(huán)形密封設(shè)備30可以是作為旋轉(zhuǎn)防噴器、旋轉(zhuǎn)頭、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向器、旋轉(zhuǎn)控制設(shè)備 (RCD)、鉆削動力頭（drilling head)等為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的類型。環(huán)形密封設(shè)備32 可以是被動地或主動的，其中該設(shè)備的一個或多個密封裝置（seal)可總是、或選擇性地延 伸至與鉆柱16之間的密封接合。
[0018] 環(huán)形密封設(shè)備32的密封裝置（多個）可與鉆柱16 -起或不一起旋轉(zhuǎn)。密封裝置 優(yōu)選地將立管22中的環(huán)形空間32與地球大氣層的通信隔離。
[0019] 鉆井液33被包含在鉆機(jī)12的儲存器34內(nèi)。鉆機(jī)泵36被用于將鉆井液33泵入 地表處的鉆柱16。鉆井液流過鉆柱16且進(jìn)入井眼14(如，在鉆頭18處離開鉆柱）。
[0020] 然后，鉆井液33經(jīng)由扼流管匯38、氣體分離器或"可憐男孩（poor boy) "脫氣裝 置40、固體分離器42等流過環(huán)形空間32回到儲存器34。然而，應(yīng)該理解的是，在本公開范 圍內(nèi)可使用其他類型的鉆井液操作、調(diào)節(jié)、和處理裝置及其組合。
[0021] 可使用壓力控制系統(tǒng)（未示出）來控制井眼14內(nèi)的壓力。壓力控制系統(tǒng)可操作 扼流管匯38,以使得期望量的背壓施加至環(huán)形空間32。壓力控制系統(tǒng)還可調(diào)節(jié)其他裝置 (如，泵36、豎管（standpipe)控制閥、將來自泵36的流轉(zhuǎn)向至扼流管匯38上游處的鉆井 液返回管線84的轉(zhuǎn)向器等）的操作。
[0022] 在不同情況下，可期望井眼14內(nèi)的壓力小于、大于、或等于由井眼所穿透的地層 46內(nèi)的孔隙壓力。一般，期望井眼壓力小于地層46的壓裂壓力。
[0023] 本領(lǐng)域技術(shù)人員使用術(shù)語，諸如欠平衡鉆探、控壓鉆探、在平衡鉆探、常規(guī)過平衡 鉆探等，來描述井眼鉆探期間如何控制井眼壓力。壓力控制系統(tǒng)可被用于控制任何類型的 鉆探操作中的井眼壓力，且在井眼壓力和地層46孔隙和/或壓裂壓力之間具有任何期望的 關(guān)系。
[0024] 壓力控制系統(tǒng)可被用于在沿井眼14的任何位置處、且為了任何目的，隨著時間推 移控制壓力。例如，可期望精確地控制井眼14底部處、或在相對于地層46的特定位置處、 或在壓力敏感區(qū)域（諸如，在套管靴部（casing shoe)48處）的壓力。對于井眼壓力的控 制可出于如下目的：避免地層46壓裂、避免鉆井液33損失、防止地層流體的不期望的注入 進(jìn)入井眼14、防止對于地層的損害等。
[0025] 在控壓鉆探（MPD)操作中，仔細(xì)地控制鉆頭18處和沿著裸井段的井眼14內(nèi)的壓 力（靜水壓力加流體摩擦壓力）從而維持在略高于地層46的壓力。如果井眼14壓力落在 低于地層46壓力，此舉可導(dǎo)致"井涌"或地層流體的不期望的注入進(jìn)入井眼。可選地，如果 井眼14壓力變得顯著大于地層46壓力，鉆井液33可離開環(huán)形空間32且損失進(jìn)入地層。
[0026] 井涌和損失兩者均是不期望的鉆探事件，在可安全地恢復(fù)Mro前，這樣的鉆探事 件可需要由鉆探操作人員進(jìn)行合適的修正動作。如果井涌和損失被迅速發(fā)現(xiàn)，可能更容易 來抵制井涌和損失。這些問題易于隨時間更加劣化，且如果沒有快速檢測到井涌或損失，則 微小事件可變成大事件。
[0027] 在用常規(guī)的陸上鉆機(jī)執(zhí)行Mro時，相對容易檢測到損失和井涌。簡單地測量進(jìn)入 井眼和離開井眼的鉆井液的量。在常規(guī)鉆探中，這些流應(yīng)該通常是相等的。當(dāng)進(jìn)入的等于 離開的時，則沒有出現(xiàn)任何井涌或損失。當(dāng)離開井眼的流體體積超過被泵入的流體體積時， 指示井涌，且反之，當(dāng)被泵入井眼的流體體積超過返回的流體體積時，指示損失。
[0028] 在浮動鉆井平臺21上執(zhí)行MH)操作期間，鉆探期間即使是以恒定速率泵入鉆井液 33,來自井眼14的返回并不恒定這樣的事實使得對于井涌和損失的檢測復(fù)雜化。浮動鉆井 平臺21經(jīng)由伸縮節(jié)44 (也被稱為滑動結(jié)或伸縮接頭）連接至海底取油立管22,從而容納由 于波動和潮汐影響引起的鉆井平臺21的垂直運動。
[0029] 由于伸縮節(jié)44隨著波動和潮汐運動延伸和收縮，在鉆柱16的外徑和立管22的內(nèi) 徑之間的環(huán)形空間32的體積發(fā)生變化。因此，即使進(jìn)入鉆柱的泵速率維持不變，鉆探同時 從環(huán)形空間32流出的流體33隨著鉆井平臺21的運動而變化。由于離開井的流體33的體 積總是在變化，因此通過簡單地測量離開井和進(jìn)入井的流體之間的流速的差異來檢測井涌 和損失變得是有問題的。
[0030] 幸運的是，可易于由如下式發(fā)現(xiàn)環(huán)形空間32的體積的瞬態(tài)變化與浮動鉆井平臺 21的垂直速度之間的關(guān)系：
[0031] Δ V (t) = Av (t) (1)
[0032] 其中AV(t)是離開井的體積的變化，A是伸縮節(jié)44的差動面積，且V(t)是浮動 鉆井平臺21的垂直速度。
[0033] 在式（1)中，從伸縮節(jié)44的幾何形狀中易于計算出面積A。一般而言，可存在兩種 類型的伸縮節(jié)44,它們代表性地圖示在圖2A和B中。
[0034] 大多數(shù)伸縮節(jié)44類似于圖2A中所示。為了一般