处理隔水管中的气体侵入的方法 |
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| 申请号 | CN201380019289.5 | 申请日 | 2013-04-10 | 公开(公告)号 | CN104246114B | 公开(公告)日 | 2017-10-31 |
| 申请人 | 控制压力营运私人有限公司; | 发明人 | C·莱藤伯格; M·钱德拉; C·贡萨尔维斯; | ||||
| 摘要 | 一种操作方法，该方法操作在对井身进行钻探期间处理海洋隔 水 管(5)中的气体侵入的系统，所述方法包括以下步骤：操作第一隔水管关闭设备(21)以在设置在所述隔水管(5)中的流量滑 阀 (22)的上方的第一点处关闭所述隔水管(5)，存在有在所述流量 滑阀 (22)处从所述隔水管(5)延伸到隔水管气体处理 歧管 (49)的隔水管气体处理管线(47、48)；操作第二隔水管关闭设备(3)以在所述流量滑阀(22)的下方的第二点处关闭所述隔水管(5)；将 流体 泵 送到入口管线(41)中，所述入口管线(41)在高于所述第二点但低于所述流量滑阀(22)的点处延伸到所述隔水管(5)中，其中所述方法还包括；操作设置在所述隔水管气体处理歧管(49)中的扼流圈(53、54)，以维持所述入口管线(41)或所述隔水管(5)中的压 力 处于基本上恒定的压力。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种操作方法，该方法用于操作在对井身进行钻探期间处理海洋隔水管中的气体侵入的系统，所述方法包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 处理隔水管中的气体侵入的方法技术领域[0001] 本发明涉及在深海钻探操作期间处理隔水管中的气体侵入的方法，特别地，涉及将未被察觉地上升到一个或多个海底防喷器的上方的气体安全地循环到隔水管之外的方法。 背景技术[0002] 深海钻探操作中主要的危险是，当气体未被察觉地循环到防喷器(BOP)的上方时，可出现气体不受控制地脱离流体系统。一旦夹带的气体到达正在使用的流体系统的泡点，气体就被释放并且快速膨胀。快速脱离可将大量流体快速卸载到钻台，随后释放烃气。这会开始导致进一步不受控制地在钻台急剧释放气体和钻探液的联锁反应，并且，因为钻探液的快速卸载减小了施加的井底压力(BHP)，所以该事件还会导致地层流体二次流入到井身。 [0003] 尽管不是一般事件，但目前是通过关闭钻台正下方的分流器来解决的，以允许释放的气体被排到船外。 [0004] 尽管这将释放的气体带离工作人员，但这没有控制释放或者管理该事件期间的井底压力。此外，由于气体的释放速度，导致使用当前系统技术的反应时间已经表现出过慢，以致于没有充分保护钻探队。出现概率随着海底BOP的设定深度而增大。 [0005] 图1是典型的现有技术的海上钻探装置的示意图。设置有具有钻台14的浮式钻探船1，用于钻出穿过水面2a下方的海床2的钻孔。钻柱(未示出)从钻探船1经由防喷器(BOP)组3延伸到钻孔，BOP组3设置在井口4上方的海底2上。隔水管5环绕钻柱从BOP组3向上延伸，并且设置有伸缩接头10。扼流圈6和压井管线7设置在浮式钻探船1和防喷器组3之间，用于进行井控制。分流器8连接到伸缩接头10的内筒9。 [0006] 图2中示出现有技术的分流器8，分流器8是环形密封装置，用于关闭和密封环绕钻柱的环面，或者，如果没有钻柱表现出是完全靠近隔水管5。分流器8设置有分流器管线12，分流器管线12提供用于使流体从隔水管或隔水管环面受控制地释放的管道。如此，分流器8通过在风不会把分流后的流体带回到钻探装置的方向上将内容物运送到船外来提供去除隔水管中的气体的方式。 [0007] 分流器8通常用在低压系统(200-500psi工作压力)下，所以没有被构造成保持高压。如此，在现有技术的系统中，分流器控制系统进行操作，使得分流器将不进行关闭井的操作。在分流器管线12中设置液压阀或气压阀11，可由自动排序转换器系统操作这些阀来打开或关闭分流器管线。分流器系统被构造成确保在分流器8关闭之前分流器管线阀11是打开的。 [0008] 图2中示出的分流器具有两个排出管线12和流动管线13。如在2007年11月的API RP 64，SE中规定的，这个分流器关闭系统应该能够打开排气管线12和流动管线阀13并且关闭管上的环形密封元件(对于20”ID的密封元件在30秒的启动时间内，对于大于20”ID的密封元件ID，在少于和等于45秒的启动时间内)。然而，一般，井况需要API RP 64推荐的更快的关闭时间，尤其是使用油基泥浆或合成基泥浆，因为一旦气体未被察觉地到达通向井身的入口，它就进入溶液并且不会有能观察到的迹象，直到它从溶液中出来非常接近表面。这样一般使操作人员保护井的时间非常少，并且如果不采取行动，则气体将猛烈地携载到海底取油隔水管中，从而威胁到钻台上的工作人员。 [0009] 当用海底隔水管进行钻孔的同时发生侵入(特别是抽汲侵入)时，有可能气体将在井关闭之前迁移到或者循环到海底BOP组3的上方。当这发生时，隔水管5为不受控制的流体流提供到达钻探装置的直接管道。如果被排空，则隔水管环面中所得的低压致使隔水管上的压力差非常大，以致于当超过了隔水管管道的挤毁强度时，隔水管(特别是下接头)会遭受静水压挤毁。为了进行对抗，一些深海隔水管已装配有隔水管注入阀，隔水管注入阀旨在用于一旦隔水管中的静液压降低并且在出现静液压挤毁之前，使隔水管环面接触海水。通常，这种阀被设置成当隔水管中的泥浆的静液压降低至比海水的静液压低某个设定差值时打开。通常提供手动超控。然而，隔水管注入阀的利用率非常低，因为它们没有在工业上被证实是可靠的，这是由于高度取决于海水密度的不复杂控制方式。此外，如果钻探液快速卸载到隔水管中减小了导致次生井涌的施加的井底压力，则进入井身的地层流体将为海水不受控制地脱离整个钻探船1提供足够动能。 [0010] 在US 4626135中示出隔水管控制装置的替代构造。在图3中详细示出这个隔水管控制装置，并且该装置处于图4中的海上钻探设施中的位置。隔水管控制装置源自环形防喷器技术，并且是适于安装在伸缩接头10正下方的隔水管压力控制的改进分流器。图3示出隔水管控制装置20的构造细节。隔水管控制装置20包括具有下部主体84的圆柱形外壳或外部主体82和通过螺栓97和96连接到外部主体82的上部头部80。环形密封单元88和活塞90位于外壳82内，活塞90的形状适于在活塞90向上移动时径向向内推动环形密封单元88。当活塞处于下部(打开)位置时，活塞90的下部壁94覆盖下部主体84中的出口通道86。当活塞90向上移动以绕着贯穿隔水管控制装置20的孔的钻柱向内推动密封元件99时，活塞94的下端向上移动并且打开与钻探装置的辅助节流管线连接的出口通道86，如图4中所示。 [0011] 当怀疑隔水管5的上方存在侵入时，隔水管控制装置20关闭，辅助节流管线16打开，然后最深海底闸板防喷器16关闭。经由压井管线7将泥浆施用到闸板防喷器16上的组的环面。然后，将压井泥浆泵送到隔水管杆5的内部和钻柱31的外部之间的环面中。钻探泥浆提供通过钻探装置的节流歧管19提供返回流循环，直到恢复正常的井压。 发明内容[0012] 本发明的目的是提供一种控制海洋隔水管中的气体膨胀的改进方式，进而提供在气体侵入隔水管之后重新恢复对隔水管的静液压控制的改进方法和设备。 [0013] 根据本发明的第一方面，提供了一种操作方法，该方法用于操作在对井身进行钻探期间处理海洋隔水管中的气体侵入的系统，所述方法包括以下步骤：操作第一隔水管关闭设备以在设置在所述隔水管中的流量滑阀的上方的第一点处关闭所述隔水管，存在有在所述流量滑阀处从所述隔水管延伸到隔水管气体处理歧管的隔水管气体处理管线；操作第二隔水管关闭设备以在所述流量滑阀的下方的第二点处关闭所述隔水管；将流体泵送到入口管线中，所述入口管线在高于所述第二点但低于所述流量滑阀的点处延伸到所述隔水管，其中，所述方法还包括：操作设置在所述隔水管气体处理歧管中的扼流圈，以保持第一点和第二点之间所述入口管线或所述隔水管处的压力是基本上恒定的压力。 [0014] 流量滑阀意味着隔水管的提供至少一个侧端口的一部分，可通过该端口将流体分流到隔水管之外。 [0015] 所述第一隔水管关闭设备可以是环形防喷器。 [0016] 操作第一隔水管关闭设备的步骤可包括：操作所述第一隔水管关闭设备，使得该第一隔水管关闭设备围绕沿着所述隔水管延伸的钻柱进行密封。 [0017] 所述第二隔水管关闭设备可以是海底防喷器组中的防喷器。 [0018] 操作第二隔水管关闭设备的步骤可包括：操作所述第二隔水管关闭设备，使得该第二隔水管关闭设备围绕沿着所述隔水管延伸的钻柱进行密封。 [0019] 在本发明的一个实施方式中，所述第一点低于所述隔水管中设置的伸缩接头。 [0020] 在本发明的一个实施方式中，所述第二点在井口的正上方。 [0021] 所述隔水管气体处理歧管可位于钻探装置上的钻台上，所述隔水管悬于所述钻探装置。 [0022] 在本发明的一个实施方式中，所述入口管线包括增压管线，所述增压管线从位于悬有所述隔水管的钻探装置上的泵延伸到所述隔水管的下述部分，该部分位于处在所述隔水管的最下端的海底防喷器组中的最顶端的防喷器的正上方。。 [0023] 所述方法还可包括步骤：打开隔水管气体处理管线隔离阀，所述隔水管气体处理管线隔离阀可进行操作，以允许在操作所述第一隔水管关闭设备之后允许或基本上防止流体沿着所述隔水管气体处理管线流动。 [0024] 可在操作所述第二隔水管关闭设备之前执行打开隔水管气体处理管线隔离阀的所述步骤。 [0025] 所述方法还可包括步骤：在操作第二隔水管关闭设备的步骤之前停止将流体泵送到所述隔水管中。 [0026] 在本发明的一个实施方式中，在操作第一隔水管关闭设备的所述步骤之后执行停止将流体泵送到所述隔水管中的所述步骤。 [0027] 经由所述入口管线将流体泵送到所述隔水管中的速率可增大至预定水平，同时，操作所述扼流圈以维持所述隔水管中的基本上恒定的压力。 [0028] 在这种情况下，一旦经由所述入口管线将流体泵送到所述隔水管中的所述速率达到了预定值，就可开始操作所述扼流圈以维持所述入口管线中的基本上恒定的压力的步骤。 [0029] 在本发明的一个实施方式中，存在有在所述流量滑阀处从所述隔水管延伸到所述隔水管气体处理歧管的第二隔水管气体处理管线。 [0030] 在这种情况下，所述方法还可包括步骤：打开第二隔水管气体处理管线隔离阀，所述第二隔水管气体处理管线隔离阀可进行操作，以允许在操作所述第一隔水管关闭设备之后允许或基本上防止流体沿着所述第二隔水管气体处理管线流动。 [0031] 操作设置在所述隔水管气体处理歧管中的扼流圈以维持所述入口管线中的压力处于基本上恒定的压力的所述步骤包括：使用压力传感器测量所述入口管线中的流体压力，并且将代表所述入口管线中的所述流体压力的入口压力信号发送到控制器，所述控制器被编程，以根据所述入口压力信号来操作所述扼流圈。 [0032] 所述方法还可包括步骤：监控将流体泵送到所述入口管线中的泵送速率，并且，如果这个泵送速率偏离预定值或偏离值的预定范围，则使用压力传感器来测量所述隔水管中的流体压力，并且操作所述扼流圈以维持所述隔水管中而非所述入口管线中的压力处于基本上恒定的压力。在这种情况下，所述方法还可包括步骤：如果所述泵送速率返回至所述预定值或值的预定范围，则返回来操作所述扼流圈以维持所述入口管线中的压力处于基本上恒定的压力。 [0033] 所述方法还可包括步骤；将所述隔水管处理歧管排放的流体导向位于钻探装置的钻台上的泥浆气体分离器，所述隔水管悬于所述钻探装置。 [0034] 在这种情况下，在从所述隔水管气体处理歧管排放的流体被导向所述泥浆气体分离器之前，所述流体被导向分流器，所述分流器用于将一定比例的夹带气体与所述流体的其余部分分开。 [0035] 来自所述分流器的所有流体都可被导向所述泥浆气体分离器。 [0036] 所述泥浆气体分离器的最下端可设置有挡板。 [0037] 所述方法还可包括步骤：将来自所述泥浆气体分离器的稠密流体导向固体处理设备。 [0038] 所述方法还可包括步骤：将来自所述泥浆气体分离器的轻流体导向排放管线，从而被排到大气。所述泥浆气体分离器的最下端可设置有排放装置，所述排放装置具有液封，用于维持所述泥浆气体分离器中的压力。 [0040] 现在，将参照下面的附图只以示例的方式描述本发明的实施方式： [0041] 图1是典型的现有技术的海上钻探装置的示意图， [0042] 图2示出了现有技术的分流器， [0043] 图3示出了现有技术的隔水管控制装置的细节， [0044] 图4示出了包括图3中示出的隔水管控制装置的海上钻探设施， [0045] 图5是适于根据本发明使用的深海钻探系统的示图， [0046] 图6是穿过适于用在图5中示出的钻探系统中的环形BOP的横截面的示图，[0047] 图7是根据本发明的海洋气体处理系统的示意性示图， [0048] 图8是作为根据本发明的方法的基础的U管模型的示图，以及 [0049] 图9a至图9h是示出根据本发明的图5中示出的钻探系统的操作的流程图。 具体实施方式[0050] 现在，参照图5，示出了用于对水面下方的穿过海床2的井眼进行钻探的浮式钻探装置1。防喷器(BOP)组3设置在海床上，位于井口4的上方。隔水管5和扼流圈6以及压井管线7被设置成用于在浮式船1和BOP组3之间进行井控制。钻柱34通过旋转系统(顶部驱动或旋转台)从钻探装置1沿着隔水管5延伸并且延伸到井身中。 [0051] 隔水管5从位于钻探装置11的底板14的正下方的分流器8向下延伸到BOP组3，伸缩接头10设置在隔水管5的最上面部分中，位于分流器8的下方。环形BOP 21和流量滑阀组件22也被设置为隔水管杆5的一部分，并且用与隔水管杆5相同的方式通过钻探装置的旋转系统23进行调配。流量滑阀22位于环形BOP 21的下方，并且包括隔水管的一部分或隔水管中的管状插件，该管状插件包括至少一个端口，流体可通过所述端口被从隔水管中分流/提取。设置压力传感器74和温度传感器75来测量环形BOP 21和流量滑阀22之间的隔水管5中的流体的压力和温度。 [0052] 伸缩接头10具有从分流器8向下延伸的内筒9a和向下延伸到环形BOP 21的外筒9b。外筒9b设置有从钻探装置11悬置的张力圈25。有利地，环形BOP 21和流量滑阀组件22被放置在张力圈25的下方，使得伸缩接头10的构造和波动能力与现有技术的布置相比是保持不变的。伸缩接头10允许隔水管组件5在钻探装置1向上和向下移动(波动)时响应于波动作用而交替地伸长和缩短。 [0053] 环形BOP 21是基于在美国专利号2,609,836中阐述的初始谢弗环BOP(Shaffer annular BOP)设计设置。环形BOP 21具有外壳29，外壳29具有中心通道，钻柱可贯穿该中心通道。活塞30和圆环形密封元件31位于外壳29内，活塞30和圆环形密封元件31二者环绕贯穿BOP 21的钻柱。活塞30将外壳29的内部分成两个腔室，即，打开腔室32和关闭腔室26。外壳的内部被构造成使得，将加压流体供应到关闭腔室26造成活塞30将密封元件31抵着外壳29的内部推动，这进而造成密封元件31限制钻柱34并且形成环绕钻柱34的基本上流体紧密密封。 [0054] 有利地，环形BOP 21的外径是46.5英寸，并且适用于这个系统中的环形BOP的一个这种构造在共同待决的UK专利申请GB1104885.7和GB1204310.5中公开，这些申请的内容以引用方式包括在本文中。这意味着，BOP 21的外壳小于49英寸的旋转台23和分流器外壳24的内部直径。环形BOP 21和流量滑阀22具有与隔水管5相同的张力能力并且可支承隔水管5的满负荷和其下方的海底BOP组件3。 [0055] 有利地，环形BOP 21被构造成保持高达3000psi的压力，并且使用5000psi的储能器瓶来快速关闭。在GB1204310.5中详细描述了操作环形BOP 21的合适方法。然而，简言之，在正常的闭合操作中，液压控制流体从流量滑阀安装的储能器瓶27、28进入关闭腔室26。液压流体力活塞30将圆环形状的密封元件31向上变形成与钻柱31密封接触并且关闭环绕钻柱31的环形防喷器的孔。通过允许与多个供应端口组合的大孔管道线33、34(2”以上)成环形，使其在流量滑阀安装的储能器瓶27、28到环形防喷器的短距离(15英尺)内的即刻大量的液压流体，来克服导管线中的压降问题，从而使压力损失最小。 [0056] 为了确保快速关闭，设置储能器瓶27、28的两个单独歧管组。一个歧管组33绕过海底调节器35并且经由导阀控制的海底方向控制阀36供应在设定操作压力下需要的足够动力流，以关闭环形BOP 21达到500psi的剥离压力。 [0057] 活塞30上方的开口腔室32中的流体通过多个端口的环面排到开口管道线，而不是返回表面上的控制流体罐，所述开口管道线经由快速切断阀37直接通向大气。上述方法对活塞30行进的阻力最小，从而改善了启动时间，因为它没有使开口管道线抵着正在操作的活塞30施加压力损耗。有利地，本发明能够在不足3秒内环绕钻柱34密封隔水管5的环面42。 [0058] 为了调节环形防喷器的关闭压力，另一个储能器瓶28提供将关闭压力调节直至3000psi所需的附加液压流体。 [0059] 应该理解，当环形BOP 21和相关控制系统的此构造和操作方法特别有利时，因为它提供了所需的快速关闭时间，所以本发明不限于使用环形BOP的此构造和操作方法。 [0060] 现在，返回图5，可看到，钻探系统包括增压管道37，增压管道37通常是柔性软管，连接到与一个或多个抽泥泵38的端接接头(相对于海床的最靠上接头)上的隔水管辅助管线41之一。流量计39和压力传感器40设置有在抽泥泵38本身上或者增加管道37上的一个或多个抽泥泵38。流量计39可以是抽泥泵冲程计数器，高压质量平衡型的或优选地钳制主动声纳型。这个隔水管辅助管线通常被称为增压管线41并且压力传感器测量被称为增压压力。在使用深海钻探装置进行钻探期间，已知的是将钻探液顺着这个增压管道37和增压管线41抽吸到隔水管5的底部，它在该底部退出增压管线41并且循环隔水管杆环面42，以提高液柱在隔水管5中的返回速率。这可有助于隔水管由低到高的屑的运送。 [0061] 本实施方式中的流量滑阀22设置有两个流量出口45、46，这两个流量出口均连接到两个管道47、48中的一个(在本示例中，6英寸的柔性软管)并且直至钻探装置1。应该理解，可使用少于或多于两个的流量出口和管道。在钻探装置1中，第一管道47连接到第一入口并且第二管道48连接到气体处理歧管49。流量滑阀22还设置有四个隔离阀76、77、78、79，其中两个76、77可进行关闭第一管道47的操作，其中另外两个78、79可进行关闭第二管道48的操作。 [0062] 气体处理歧管49包括诸如压控阀的两个选择性可调限制装置，其中的每个连接到入口之一。压控阀53、54优选地是半楔类型，如美国专利7357145B2中所公开的那些类型。优选地，碳化物涂层被设置在阀芯上并且就位以抗腐蚀，使得这些阀能够在钻探液包括相当大的屑形成物的环境下进行操作。各压控阀53、54与致动器和隔水管气体处理控制器连接，隔水管气体处理控制器包括用监督控制和数据采集软件SCADA进行编程的微处理器。 [0063] 在各入口和相关的压控阀53、54之间，在本实施方式中，存在压力传感器72、73和可选的流量计50、51。流量计50、51可以是高分辨率质量平衡类型或者主动声呐钳制类型的流量计。 [0064] 气体处理歧管49设置有主出口，压控阀53、54的出口都连接到该主出口。该主出口连接到高流速分流器55，高流速分流器55具有与气旋分离器58连接的溢流管57和排放装置，该排放装置连接到设置在泥浆气体分离器(MGS)56中的类似于高流速分流器55的内部气旋分离装置59。气旋分离器58还连接到MGS 56。在一个实施方式中，MGS 56设置有在其最上端的排出管线60、内部气旋分离装置59下方的一系列挡板61以及其最下端的排放装置。这些挡板为气体爆发增加了接触面积和保持时间。 [0065] 在这个实施方式中，排出管线60的直径是14英寸，排放装置设置有12英寸的内径、20英尺高的液封，在液封和MGS 56之间存在压力传感器65和液封隔离阀110。另外，在这个实施方式中，MGS 56是2m宽9m高。MGS 56因此具有处理大的气体侵入量(例如，超过10bbl的侵入量)的能力，同时仍然保持足够的静液压，即使压控阀53、54无法大开，也防止了气体吹漏。 [0066] 在这个实施方式中，MGS 56设置有雷达、超声或接近开关型的液面传感器63，它与其它的压力传感器64和位于MGS容器最下端的比重计D一起用于测量MGS容器中液面。在这个实施方式中，高速离心泵68连接到MGS 56，可由控制器进行操作以将新鲜泥浆从泥浆瓶62抽到MGS 56中。液面传感器63为泵控制器提供输入，泵控制器被编程以当液面传感器63确定MGS 65中的液面超过预定液面时关断泵68。优选地，泵68可进行以高达500gpm的速率进行抽吸的操作。 [0067] 三通阀不关闭阀66安装在液封110的端部，这个阀可进行操作以将来自液封110的流体经由钻探装置的固体控制设备71(诸如，振动台)导向泥浆瓶或者导向船外。 [0068] 有利的是，为隔水管杆和表面设备提供了过压保护。因此，在一个实施方式中，该系统装配有六个过保护等级。即四个安全完整性等级的分三级(SIL3)的减压阀，其中两个105、106设置在从流量滑阀22延伸的排放管道112中，另外两个107、108设置在气体处理歧管49上。气体处理歧管49上的两个压控阀53、54还起到作为减压阀的双重作用。 [0069] 主压控阀53将被设置成减轻为500psi，而备用压控阀54将被设置成减轻为700psi。然而，在侵入循环期间，预料到表面压力会超过700psi；因此备用压控阀54将被指定为备用压控阀而非减压阀。在任一种情况下，该系统将仍然受到减压阀105、106、107和 108的充分保护。 [0070] 主流量滑阀式减压阀105是通过机械方式设置的减压阀。确定在隔水管气体处理期间会遭遇并且被设置成最大可溶于隔水管工作压力的85％的最大浪涌流体流速的大小。针对相同的减压条件(但被设置成最大可容易隔水管工作压力的100％)确定备用流量滑阀式减压阀106的大小。备用流量滑阀式减压阀106是带有手动超控的可编程减压阀，允许反冲与水面2a正上方的三通阀113连接的排放管道112，以排放到船外。 [0071] 气体处理歧管49上的减压阀107排放到三通阀109，以到达船外，并且还被指定成保护隔水管5。类似地，确定在隔水管气体处理期间会遭遇(但被设置成最大可溶于隔水管工作压力的85％)的最大浪涌流体流速的大小。可编程减压阀107被故意设置成低于流量滑阀式减压阀，因为相比于海下调配的流量滑阀，它更容易被触及以进行维修。另外，该阀还将回流排放到船外，由于处于关闭位置的液封隔离阀110的故障，导致MGS 56中的液面应该到达“HI HI”极限。 [0072] 气体处理歧管108上的其它减压阀排放回泥浆气体分离器56，并且被设计成保护套管底环111并且针对被阻挡的排放确定其大小。它被设置成在动态最大可容许表面压力下减轻压力。 [0073] 在图7中示意性示出这个钻探系统，并且这个钻探系统可如下所述地操作，并且如图9a至图9h中所示。 [0074] 应该理解，在用基于油的泥浆进行钻探的同时，被井身打破的成形物中的气体可进入泥浆中的溶液内，没有到达其泡点，直到它位于旋转系统23正下方。如果不采取行动来防止这个发生，则气体将猛烈地携载到隔水管5中，从而威胁到钻台上的工作人员。如此，使用传统的工序和方法(诸如，首先接载钻柱，然后关断泵，之后关闭海下BOP，然后流动，从而检查泥浆补给管上方的井)来确定是否有气体侵入隔水管。然后，操作人员确定是否有紧急或预先警戒的情形。在紧急情形下，在钻台已经发生隔水管的猛烈携载并且这需要在抽泥泵仍在运转的情况下立即启动环形BOP21。对于预先警戒情形，关断抽泥泵并且海底BOP组3中的至少一个BOP关闭，之后作为预先警戒措施，关闭环形BOP 21。 [0075] 对于紧急情形，工序如下。 [0076] 将钻柱34抬离井身底部并且关断旋转系统23(顶部驱动或旋转台)。然后，启动隔水管气体处理系统，环形BOP 21如上所述地操作，以完全环绕钻柱34进行密封(优选地，在3秒内启动系统)。在环形BOP 21关闭之后，打开流量滑阀式隔离阀76、77、78、79，以允许沿着两个管道47、48流向气体处理歧管49。隔水管气体处理控制器优选地被编程，以确保只有在环形BOP 21之后才打开隔离阀76、77、78、79。可在抽泥泵38仍在运转的同时执行这些步骤，使得侵入量最小并且尽可能压缩隔水管中存在的气体。该系统应该没有因当环形BOP 21关闭时保持抽泥泵运转而受损，因为当启动隔水管气体处理系统时，气体操作歧管49上的压控阀53、54被设置成分别自动地保持隔水管5上的500psi和700psi反压力，并且如果隔水管环面42中的压力将增至超过设定点，则将泄放钻探液。 [0077] 一旦环形BOP 21关闭，则关断抽泥泵38，执行传统的井控工序，以用BOP组3关闭井。 [0078] 对于预先警戒情形，当检测到侵入时，关闭BOP组，停止增压泵。然后，用环形BOP关闭隔水管，从而通过压力传感器72、73监控隔水管压力。 [0079] 然后，操作人员决定是否压井或者只是在隔水管之外循环气体。 [0080] 如果气体继续迁移直至隔水管但没有伴随它，则预期压力可上升至超过500psi。在这种情况下，压控阀53将泄放掉过量压力，以保持系统的500psi。如果压力上升至超过 500psi，则备用压控阀54将打开，以保持隔水管中的表面反压力是700psi。 [0081] 如果确定隔水管之外的气体侵入的循环是足够的并且不必压井，则环形BOP 21的控制系统进行增加关闭腔室26中的液压的操作，使得环形BOP 21在其最大(在这个示例中，3,000psi)工作压力下操作。接着，隔水管增压抽泥泵38开始将泥浆顺着隔水管导管37抽吸到BOP组3中的最靠上BOP的正上方的隔水管5的底部。泵送速率缓慢增至预定隔水管压井速率，同时保持隔水管环面42上的基本上恒定的500psi的反压。500psi可被视为安全因子，通过在泵送速率改变期间调节隔水管气体处理歧管49中的压控阀53自动地保持500psi。 [0082] 一旦泵处于压井速率(或至少在压井速率的+/-10％内)，隔水管气体处理控制器将验证实际的初始增压循环压力读数是与预先记录的增压循环压力近似的(例如，10％内)。如果是这种情况，则系统将前进至循环带出侵入，从而自动地保持初始增压压力，并且交换控制模式以保持增压管线37中的压力恒定，如以下将进一步讨论的。如果不是这种情况，则系统将提示操作人员进行评价。接着，操作人员可在必要时关断泵，以发现矛盾的成因，之后一旦解决了这个问题，就重新开始循环过程。 [0083] 当泥浆被抽吸到隔水管5中时，隔水管5中的气体和泥浆混合物被分流通过流量滑阀22上的两个流量出口45、46并通过直至水面的两个管道47、48。然后，气体和泥浆混合物进入气体处理歧管49。 [0084] 当气体和泥浆混合物退出气体处理歧管49时，它切向地进入高流速分流器55，到达其外壳中，从而形成强有力的离心力，由此较重的泥浆和屑顺着井成螺旋形地到达底部的出口并且排放到MGS 56中。较高流速分流器55应该能够去除钻探液中夹带的气体中的70％。较轻的气体联合在一起，向着分流器55的轴线移动，并且经由过流管57离开，到达气旋分离器58，在气旋分离器58中通过类似的离心动作从气体中去除夹带的泥浆。气体和液体出口水柱都被排放到MGS 56中。 [0085] 返回的钻探液通过10”入口管线进入泥浆气体分离器56容器，到达内部气旋入口分离装置59。泥浆气体分离器56的容器被设计成尽可能地大(在一个实施方式中，直径是2m，高度是9m)。较低密度气流流向容器的上部并且在钻探装置1的顶部排放到大气，因为要与工作人员和钻探装置1上的设备相距安全距离，所以使用专用的14”排放管线60。 [0086] 稠密的泥浆和屑通过挡板61流向MGS 56的底部，挡板61被设置成一定角度以确保高排水并且使固体堵塞的风险最小。当流体顺着MGS 56前进时，它数次改变方向，从而增加了分离接触面积和保持时间，使夹带的气体能进一步爆发。返回的泥浆和屑流过液封，之后回到钻探装置的固体控制设备(诸如，振动台)以进行进一步处理，之后返回到泥浆瓶62。 [0087] 泥浆气体分离器中的液面受液封中的泥浆的静液柱控制。计算结果表明，可用充满12ppg泥浆的6m液封中的12.28psi保持力实现80mmscfd和4600gpm浪涌液的间歇峰值气体等级。 [0088] 基于分离容器压力(使用压力传感器64的输出来确定)和液柱压力(使用压力传感器65的输出来确定)之间的压力差，操作人员将能够确定液封是否有损失。例如，容器压力的显著增加结合低等级读数可指示液封的损失。 [0089] 如果由于气体吹漏事件导致液封损失，则可使用安装在液封端部的三通阀66安排钻探液通向船外的路径。然而，通常，它被引导返回固体控制设备，固体控制设备被设计成从泥浆中去除污染物(包括流体中的屑)，之后返回到与抽泥泵38连通的泥浆贮存器。 [0090] 已知的是，由于通过液体产生气泡和诸如挡板的固体表面上的溅落，导致在MGS56中会出现液封静液压的减小。当形成流体(诸如，油和水)与钻探液混合时，乳化作用也会减小液体密封件的静液压。为了减轻这些问题并且确保液封的完整性，有500gpm能力的高速离心泵67可进行引入来自泥浆瓶62的新鲜钻探泥浆以确保液封总是具有恒定高度的操作。液面传感器63将与高速泵68的控制器互连并且被构造成当达到高等级警报时自动地关断泵，并且当警报解除时重新开始。还可使用比重计69测量容器中的泥浆密度，以感测泥浆的气切削、起泡或乳化问题。通过泵引入热泥浆可减轻容器中水合物的形成，可根据需要在气体处理歧管49中设置乙二醇注入点。 [0091] 气体和泥浆混合物流过气体处理歧管中的流量计50、51，并且使用来自这些流量计50、51的输出和来自增压管道37中的流量计39的输出，操作人员可确定进隔水管5的流速和出隔水管5的流速之间的差异。 [0092] 用于处理隔水管中的气体的这种技术是基于图8中示出的U管模型。一旦BOP组3关闭，延伸到BOP组3下方的钻探管31就可不再用于循环带出隔水管5中的气体。然而，包括隔水管增压器41、扼流圈6和压井管线7的辅助隔水管线中的任一个可用于将泥浆循环到隔水管环面42上方。在本发明的这个实施方式中，使用增压管道37和增压管线41。如图8中所示，U管的左侧是隔水管增压管线41，而右侧代表隔水管环面42。因此，U管示出进入隔水管5底部的增压管线41、进入关闭的BOP组3上方的隔水管的环面的形成流体70的浸入。隔水管5已在环形BOP 21的作用下被关闭，这意味着系统被关闭。在关闭的状况下，增压管线41上存在用Pbl表示的静态压力，在隔水管环面42上存在用Pa表示的静态压力。气体侵入70已进入环面并且占据由侵入70的环面面积和高度限定的体积。在静态的状况下，可容易地根据增压管线面确定底部隔水管压力，因为它是已知泥浆密度的齐次侧。 [0093] Pr＝Pbl+PmD [0094] 其中： [0095] Pr＝底部隔水管压力 [0096] Pbl＝增压管线压力 [0097] Pm＝增压管线中的泥浆密度 [0098] Dr＝隔水管的深度 [0099] 本领域的技术人员应该理解，随着大的气体侵入(>50bbl)扩展，隔水管Pr底部的压力和增压管线压力Pbl将由于环面中的泥浆静液压损失而减小。然而，因为气体膨胀以比增压抽吸速率高得多的浪涌速率将泥浆推出隔水管5，所以井的流动的环形压力将增加。 [0100] 流出速率将与隔水管5中的气体的气体膨胀比率成比例地涌动，这样流出速率可比流入速率高数倍。气体和泥浆混合物流过气体处理歧管中的流量计50、51，并且使用来自这些流量计50、51的输出和来自增压管道37中的流量计39的输出，操作人员可确定进隔水管5的流速和出隔水管5的流速之间的差异 [0101] 为了减轻上述不受控制的气体膨胀，系统进行操作，以在关闭的增压管线压力加上指定抽吸速率下的泵压力之和的侵入循环期间保持基本上恒定的循环增压管线压力并且可包括添加的压力安全余量。表面反压力是由压力控制阀53、54恒定施加的，用于保持恒定的循环增压压力并且当气体膨胀循环到隔水管5上方时实现对气体膨胀的所需控制。 [0102] 为了减少执行该方法所需的人干预、计算和时间的量，使用超控和数据采集系统SCADA使隔水管气体处理系统变得自动化。如此，隔水管气体处理控制器包括可编程逻辑控制器，这些逻辑控制器与图5中示出的传感器电互连，这些传感器包括但不限于流量计39、50和51、压力传感器40、64、65、72、73和74、液面传感器63和温度传感器75。可被感测并且输入到控制器的参数可包括流入和流出、出口温度、增压抽吸压力、流量滑阀压力、表面反压力、泥浆气体分离器压力和阀定位器。隔水管气体处理控制器将利用传感器提供的信号来自动地处理系统上的阀。将被处理的阀可包括流量滑阀组件22上的隔离阀76、77、78、79和减压阀105(这些阀控制环形BOP 21的操作)、气体处理歧管49上的反压力控制阀53、54、隔离阀107和MGS液柱上的三通阀66。 [0103] 将在各相应的感测位置安装冗余的传感器，由两个或更多个传感器执行各感测动作，使得可比较这些值并且基于阈值逻辑或其它统计学控制技术确定精度。这种传感器构造和技术可增加在隔水管压井操作期间用来控制气体侵入情形的信息的可靠性。 [0104] 可将控制系统编程，以例如在各钻探液重量变化之后或泵修复之后常规地记录隔水管增压循环速率和压力。在指定的压井速率下，可由可编程逻辑控制器感测和记录对应的增压管线循环压力。记录下的循环压力将被用作确认在隔水管压井期间确定的实际循环压力的参考。 [0105] 在本发明的一个实施方式中，控制系统监控抽吸被抽吸到增压管线37中的速率，如果这个抽吸速率偏离预定的值或一定范围的值(例如，因为泵故障或误操作)，则使用隔水管5中的压力传感器74测量隔水管环面中的流体压力，并且操作压力控制阀53、54，从而以基本上恒定的压力保持隔水管环面中的压力，而非增压管线37中的压力。在这种情况下，控制系统优选地被编程，以返回到操作压力控制阀53、54，如果抽吸速率返回到预定值或一定范围的值，则将增压管线37中的压力保持在基本上恒定的压力。 [0106] 如果决定压井，则压井泥浆按照标准压井工序在BOP组3中循环。当完成井控制时，系统接着进行恰如上述地将气体侵入循环带出隔水管5的操作。 [0107] 在移置侵入或者完成所需的隔水管5的移置量之后，隔水管5可关闭，从而用压控阀53、54再保持恒定的500psi，同时使抽吸慢下来。隔水管气体处理控制器将感测到，抽吸速率不再是预定压井速率并且在泵被关断时自动恢复保持环面上500psi的反压力。应该注意，如果已经完全移置了侵入，则关断的反压力和增压管线压力都应该读数是同样的500psi。 [0108] 隔水管气体处理控制器接着将提示操作人员执行隔水管流动检查。如果操作人员决定执行隔水管流动检查，则监控隔水管5中的压力，如果继续升高，则系统将以受控方式泄放掉压力以保持500psi。这指示侵入没有被完全移置，并且可重新建立压井速率下的循环。 [0109] 如果在隔水管中没有建立压力，则可引导系统执行已知的流动检查例程，以检查隔水管是否仍在流动。隔水管气体处理控制器将顺序地停止离心泵68，缓慢打开反压力控制阀53、54以将系统减压，直到压力都为零，并且关闭MGS 56的液柱上的隔离阀110。隔水管气体处理控制器将使用液面传感器63监控随时间变化的MGS容器中泥浆量，以执行总计功能。如果达到HI液面警报，则系统将启动警报并且打开隔离阀110。 [0110] 如果井正在流动，则隔水管气体处理控制器可关闭压控阀53、54并且提示操作人员继续循环来自隔水管5的泥浆。 [0111] 如果没有观察到流动，则在已知压井泥浆重量时，隔水管可一直循环以压井泥浆。如果压井泥浆是未知的或者不需要的，则操作人员可重新打开海下BOP组3，以流动检查井。 如果流动检查指示井是静态的，则可提示系统用“武装的(armed)”功能进行。在接收到这种命令时，系统将顺序地打开环形BOP 21，关闭流动滑阀式隔离阀76、77、78、79并且关闭压控阀53、54。然后，可重新开始钻探。 [0112] 应该理解，虽然在上述钻探系统中，使用增压管道37和增压管线41移置隔水管5中的气体侵入，同时保持恒定增压压力来控制气体膨胀，但可替代地使用其它隔水管辅助管线(诸如，节流管线3或压井管线7)。然而，这个构造不是优选的，因为它需要最下面的闸板防喷器16关闭并且保持BOP组3中的海底环形防喷器43、44在侵入循环期间打开，使得节流管线和压井管线可液压延伸到隔水管5。 [0114] 以上描述或下面权利要求书或附图中公开的、以其特定形式或依据用于执行实现所公开结果的所公开的功能、或方法或过程表达的特征可适当地分别地或者以这种特征的任何组合形式以其多样形式实现本发明。 |
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