鉆探系統(tǒng)及其井涌報警機制與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鉆探系統(tǒng)，尤其涉及在進行油井鉆探過程中對井涌(Kick)的發(fā)生進行預(yù)測的報警機制及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]從地下地層(Subsurface Format1n)來尋找并開探碳氫化合物(Hydrocarbon),如石油已經(jīng)進行了數(shù)十年，例如在海地鉆井開采石油。通常，在鉆探海上油井(OffshoreWell)時，可轉(zhuǎn)動的鉆頭(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，如海面平臺或鉆探船通過鉆柱對鉆頭進行控制。同時，立管(Riser，或稱隔水管)設(shè)置來連接海面平臺和海床上形成的井口(Wellhead)。鉆柱穿過立管來導(dǎo)引鉆頭到井口處。
[0003]在鉆井過程中，鉆柱從海面平臺獲得必要的能量驅(qū)動鉆頭轉(zhuǎn)動。其間，來自設(shè)置在海面平臺的流體罐的鉆探流體(或者鉆探泥衆(zhòng)，Drilling mud)通過鉆柱到達鉆頭,然后通過設(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)來平衡來自鉆井孔的流體的壓力并對鉆頭進行冷卻。另外，鉆探流體與鉆井孔形成過程中產(chǎn)生的物料相混合以攜帶其到海面進行后續(xù)處理。
[0004]在一些情況下，從海床中進入鉆井孔中的流體的壓力會大于鉆探流體的壓力，其可導(dǎo)致往鉆井孔中進入不期望的流體，這在行業(yè)中可稱為井涌。通?？赏ㄟ^返回的鉆探流體流量大于來自鉆柱中的鉆探流體的流量的情況來確定井涌的發(fā)生。在一定的情況下，井涌的發(fā)生具有潛在的風(fēng)險，其可造成設(shè)備損壞及對操作人員和環(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)險的可能并在海面持續(xù)的監(jiān)測鉆探流體的流入及流出。比如，在鉆探操作過程中時時監(jiān)測流體罐中鉆探流體的水平等參數(shù)來評估是否發(fā)生井涌，如果評估結(jié)果為發(fā)生井涌，則發(fā)出報警信號同時觸發(fā)后續(xù)的井涌保護操作，例如關(guān)閉封井裝置(Blowout preventer, BOP)上合適的閘板(Ram)等。
[0006]然而，有些實際上沒有發(fā)生井涌的情況下，在某些其他干擾因素的影響下，也可能會使監(jiān)測井涌的監(jiān)測裝置發(fā)生誤判斷，進而發(fā)出錯誤的報警并進入后續(xù)的井涌保護操作。如此，大大浪費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)測井涌發(fā)生的機制及方法來解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]現(xiàn)在歸納本發(fā)明的一個或多個方面以便于本發(fā)明的基本理解，其中該歸納并不是本發(fā)明的擴展性縱覽，且并非旨在標(biāo)識本發(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)更詳細的描述之前用簡化形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些概念。
[0009]本發(fā)明的一個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]井涌報警機制，包括:
[0012]鉆探控制器，用于輸出啟動信號以啟動鉆探操作及用于輸出中斷信號以中斷鉆探操作；
[0013]若干主偵測裝置，用于在鉆探操作下偵測若干與井涌相關(guān)的特征信號；
[0014]重量偵測裝置，用于在中斷狀態(tài)下偵測與井涌相關(guān)的重量信號；及
[0015]處理器，用于基于該特征信號及重量信號評估是否發(fā)生井涌。
[0016]本發(fā)明的另一方面在于提供一種井涌報警方法，包括:
[0017]a)啟動鉆探系統(tǒng)的鉆探操作；
[0018]b)在鉆探操作下，監(jiān)測若干與井涌相關(guān)的特征信號；
[0019]c)判斷監(jiān)測到的特征信號是否不正常，如果發(fā)現(xiàn)至少一個不正常，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)測與井涌相關(guān)的重量信號；
[0022]f)判斷監(jiān)測到的重量信號是否不正常，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；
[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)生井涌報警信號。
[0026]本發(fā)明的再一方面在于提供另一種井涌報警方法，包括:
[0027]a)啟動鉆探系統(tǒng)的鉆探操作；
[0028]b)在鉆探操作下，監(jiān)測若干與井涌相關(guān)的特征信號；
[0029]c)判斷監(jiān)測到的特征信號是否不正常，如果發(fā)現(xiàn)至少一個不正常，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)測與井涌相關(guān)的重量信號；
[0032]f)判斷監(jiān)測到的重量信號是否不正常，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)測上述不正常的特征信號；
[0034]h)判斷重新監(jiān)測的特征信號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)生井涌報警信號。
[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)時時監(jiān)控的與井涌相關(guān)的特征信號來預(yù)測井涌的發(fā)生以外，還進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，然后結(jié)合上述特征信號與該重量信號來綜合預(yù)測井涌發(fā)生的可能性，因此大大提高了預(yù)測的準(zhǔn)確性，降低了誤判的發(fā)生，進而提高了工作效率。
【附圖說明】
[0037]通過結(jié)合附圖對于本發(fā)明的實施方式進行描述，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)中的井涌報警機制的較佳實施方式的電路框圖。
[0040]圖3為本發(fā)明鉆探系統(tǒng)中的井涌報警方法的較佳實施方式的流程圖。
[0041]圖4為本發(fā)明鉆探系統(tǒng)中的井涌報警方法的另一較佳實施方式的流程圖。
【具體實施方式】
[0042]以下將描述本發(fā)明的【具體實施方式】，需要指出的是，在這些實施方式的具體描述過程中，為了進行簡明扼要的描述，本說明書不可能對實際的實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，在任意一種實施方式的實際實施過程中，正如在任意一個工程項目或者設(shè)計項目的過程中，為了實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，為了滿足系統(tǒng)相關(guān)的或者商業(yè)相關(guān)的限制，常常會做出各種各樣的具體決策，而這也會從一種實施方式到另一種實施方式之間發(fā)生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開發(fā)過程中所作出的努力可能是復(fù)雜并且冗長的，然而對于與本發(fā)明公開的內(nèi)容相關(guān)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本公開揭露的技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進行的一些設(shè)計，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)理解為本公開的內(nèi)容不充分。
[0043]除非另作定義，權(quán)利要求書和說明書中使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(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)明專利申請說明書以及權(quán)利要求書中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來區(qū)分不同的組成部分?！耙粋€”或者“一”等類似詞語并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個?！鞍ā被蛘摺鞍钡阮愃频脑~語意指出現(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”等類似的詞語并非限定于物理的或者機械的連接，而是可以包括電氣的連接，不管是直接的還是間接的。
[0044]請參考圖1，為本發(fā)明鉆探系統(tǒng)100的較佳實施方式的示意圖。本發(fā)明實施方式中，該鉆探系統(tǒng)100可用來鉆探鉆井孔，以開探碳氫化合物，如化石燃料(Fossil Fuels)。在非限定實施方式中，鉆井孔包括陸上鉆井孔(Onshore Well)或海上鉆井孔(OffshoreWell)。在本較佳實施方式中，該鉆探系統(tǒng)100用來開探海上鉆井孔，僅僅為了方便舉例說明。
[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101及連接平臺101和位于海床107上的鉆井孔(Wellbore) 132的鉆探組合103。在非限定的實施方式中，該鉆探組合103可能包括一個鉆柱110、一個鉆頭114、一個立管111、一個封井裝置115及一個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101的下方，并且部分位于海水里面，以用于開鑿該鉆井孔132。需要說明的是，圖1僅僅是一個示意圖，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)計關(guān)聯(lián)不大，故這里未示出，以方便說明。
[0046]在非限定的實施方式中，該鉆柱110包括一個鉆桿(Drill Pipe)，其由多個具有一定長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下進行開鑿作業(yè)。該鉆柱110可用來輸送鉆頭114從而來延伸在海床107下的開鑿。同時，來自平臺101的鉆探流體116，通過鉆柱110輸送到鉆井孔132中。
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