使用泥浆电机的UBD操作隧道包线的动态方法和实时监视 |
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| 申请号 | CN201380080037.3 | 申请日 | 2013-10-04 | 公开(公告)号 | CN105874154A | 公开(公告)日 | 2016-08-17 |
| 申请人 | 界标制图有限公司; | 发明人 | R·萨缪尔; G·M·莫拉尔斯-奥坎多; Z·周; X·黄; | ||||
| 摘要 | 所公开的实施方案包括一种用于监视 负压 钻井操作的方法、设备以及 计算机程序 产品。例如，一个所公开的实施方案为包括至少一个处理器和至少一个 存储器 的系统，所述至少一个存储器耦接到所述至少一个处理器且存储指令，所述指令在由所述至少一个处理器执行时执行用于在钻探井时产生所述井的操作包线的三维隧道视图的操作。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于监视负压钻井操作的计算机实施方法，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 使用泥浆电机的UBD操作隧道包线的动态方法和实时监视[0001] 发明背景 [0002] 1.技术领域 [0004] 2.相关技术的论述 [0005] 负压钻井或UBD为一种用于钻探石油和天然气井的过程，其中保持井筒中的压力低于被钻探的形成物中的流体压力。当井被钻探时，形成物流体流动到井筒中并向上流动到表面。这与通常的情况相反，在通常的情况下，井筒保持在高于形成物的压力下以防止形成物流体进入井。在此常规“正压”井中，流体的侵入称为井涌(kick)，并且如果不关闭井，那么其可导致井喷这样危险的情况。然而，在负压钻井中，存在“旋转头”，其使所产生的流体转向到分离器同时允许钻柱继续旋转。如果形成物压力相当高，那么使用低密度泥浆将使井筒压力减小到低于形成物的空隙压力。有时，将惰性气体注入到钻井泥浆中以减小其当量密度并因此减小其贯穿井深的流体静压力。 [0006] UBD操作需要高级建模来有效选择适当的流体和气体注入速率。当前，UBD建模过程涉及描绘操作包线的静态二维(2D)图的开发，所述操作包线定义用于钻探井的给定深度处的参数(例如，压力和液体速率)。然而，当前静态操作包线可能并不可靠，这是因为操作包线可随着井被钻探而变化。 [0007] 因此，所公开的实施方案试图通过提供一种计算机实施方法、系统和计算机程序产品来改善UBD钻井的过程，所述计算机实施方法、系统和计算机程序产品被配置来在钻探UBD井时提供所述井的操作包线的动态三维隧道视图。 [0009] 下文参考附图详细描述本发明的说明性实施方案，所述附图以引用方式并入本文中且在附图中： [0010] 图1是说明根据所公开的实施方案的用于在钻UBD井时提供所述井的操作包线的动态三维隧道视图的计算机实施方法的实例的流程图； [0011] 图2是说明根据所公开的实施方案的在井的给定深度处的二维操作包线的实例的图表； [0012] 图3是说明根据所公开的实施方案的在钻探井时在各个深度/时间处确定的多个二维操作包线的图式； [0013] 图4是说明根据所公开的实施方案的在钻井时在给定深度处的UBD井的操作包线的三维隧道视图的实例的图式； [0016] 详述 [0017] 以下描述提供本发明的特定实施方案的细节且不旨在为详尽的或将本发明限于所公开的形式。所描述的实施方案旨在解释本发明的原理和实际应用，并使得所属领域的其它一般技术人员能够理解并实践受权利要求保护的发明。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，所属领域的一般技术人员将明白许多修改和变型。权利要求书的范围旨在广义地涵盖所公开的实施方案以及任何此类修改。 [0018] 如本文中所使用，单数形式“一个(a/an)”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文明确另外指出。应进一步理解，当用于本说明书和/或权利要求书中时，术语“包括(comprise)”和/或包括(comprising)指示所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。所附权利要求书中的对应结构、材料、动作以及所有部件或步骤加上功能元件的等效物旨在包括用于结合如所具体主张的其它所主张的元件执行功能的任何结构、材料或动作。 [0019] 如先前陈述，所公开的实施方案试图通过提供计算机实施方法、系统和计算机程序产品来改善UBD钻井的过程，所述计算机实施方法、系统和计算机程序产品被配置来通过在钻探UBD井时提供所述井的操作包线的动态三维隧道视图来监视负压钻井操作。所公开的实施方案的一个优点是：其使得UBD工程师能够在井被钻探时使储层与目标压力之间的区域在隧道视图上可视化，所述区域确保给定气体注入和液体泵送速率下的最佳井眼净化和良好的泥浆电机操作(此区域在本文中称为所关注条件)。 [0020] 通过参考图示的图1-6最佳地理解所公开的实施方案和其额外优点，类似数字用于各个图式的类似和对应部分。所属领域的一般技术人员将在查阅以下图式和详细描述之后明白所公开的实施方案的其它特征和优点。所有此类额外特征和优点旨在包括在所公开的实施方案的范围内。此外，所说明的图示仅是示范性的且不旨在断言或暗示关于可在其中实施不同实施方案的环境、架构、设计或过程的任何限制。 [0021] 以图1开始，呈现说明根据所公开的实施方案的计算机实施方法100的实例的流程图，所述计算机实施方法用于在钻探UBD井时提供所述井的操作包线的所关注条件的动态三维隧道视图。以步骤102开始，方法100在给定深度处产生井的操作包线。在步骤104处，方法100确定操作包线的所关注条件的边界。例如，在一个实例中，方法100通过计算储层压力与最大电机液体速率之间的交叉点；最大电机液体速率与目标井底压力之间的交叉点；目标井底压力与最小液体速度之间的交叉点；以及最小液体速度与储层压力之间的交叉点来确定边界。 [0022] 作为实例，图2为根据所公开的实施方案的说明井的给定深度处的二维操作包线的实例的图200，其描绘所关注条件的边界。在所描绘的实施方案中，井底压力在y轴上标绘且气体注入速率在x轴上标绘。井底压力为井身的底部处的压力。在一个实施方案中，此压力可在静态流体填充井筒中使用以下公式来计算： [0023] BHP＝MW*Depth*0.052 [0024] 其中BHP为以磅/平方英寸为单位的井底压力，MW为以磅/加仑为单位的泥浆重量，Depth为以英尺为单位的实际垂直深度，并且0.052为在使用这些测量单位的情况下的转换因子。为计算井筒，BHP增大达环带中的流体摩擦量。 [0025] 气体注入速率为将惰性气体注入到钻井泥浆中以减小其当量密度并因此减小贯穿井深的流体静态压力的速率。在一个实施方案中，所述气体为氮气，这是因为氮气是不易燃的并且是易得的。在其它实施方案中，也可以此方式使用空气、减少氧气的空气、经处理的烟道气或天然气。 [0026] 在所描绘的实例中，三个液体泵送速率(300升/分、250升/分以及200升/分)在图200上标绘。此外，图200标绘储层压力210和目标井底循环压力220。阴影区域230指示所关注条件，其中满足UBD操作期间的各种约束(最小液体速度240、最小电机当量流体体积(ELV)250、最大电机ELV 260以及目标水位下降)。因此，图2提供井的给定深度处的操作包线和所关注条件的静态视图。 [0027] 重新参考图1，方法100在步骤106处在钻探井时使用以上操作包线并产生各个深度/时间处的额外操作包线视图。例如，在一个实施方案中，当钻探井时，将重新调整井段(Hole Section)和柱深(String Depth)以产生另一操作包线。作为实例说明，图3为根据所公开的实施方案的描绘井的各个深度处的多个二维操作包线的图式。 [0028] 在步骤108处，方法100产生UBD井的操作包线的隧道视图。在一个实施方案中，通过层叠/重叠在井的各个深度/时间处的操作包线来产生隧道视图。在一些实施方案中，隧道视图将具有开始深度、结束深度以及中间步骤深度。在某些实施方案中，用户可定义开始深度、结束深度以及中间步骤深度。另外，在一些实施方案中，方法100可执行内插法(诸如但不限于曲线拟合或回归分析)以用于确定重叠操作包线之间的各个中间点以实现平滑/更平滑的动态移动三维隧道视图，其使得用户能够在井被钻探时观察/估计相对于时间或深度的三维操作包线，如图4的实例说明中所描绘。 [0029] 在某些实施方案中，计算机实施方法100可还包括用于使得用户能够使用深度滑块510或时间滑块520(如图5中说明)来观察操作包线的快照或整个标绘图的步骤/指令。例如，在一个实施方案中，使用深度滑块510或时间滑块520，所公开的实施方案可提供用户期望深度/时间位置处的可视化，即，对应于井被钻探时井的变化的操作包线。在一些实施方案中，方法可被配置来提供/显示操作包线的三维隧道视图和操作包线的二维静态视图。 [0030] 图6为说明用于实施所公开的实施方案的特征和功能的系统600的一个实施方案的框图。系统600可为任何类型的计算装置，诸如但不限于个人计算机、服务器系统、客户端系统、膝上型计算机、平板计算机以及智能电话。除其它组件外，系统600尤其包括处理器610、主存储器602、辅助存储单元604、输入/输出接口模块606以及通信接口模块608。处理器610可为能够执行用于执行所公开的实施方案的特征和功能的指令的任何类型或任何数目的单核或多核处理器。 [0031] 输入/输出接口模块606使得系统600能够接收用户输入(例如，从键盘和鼠标接收用户输入)并将信息输出到一个或多个装置(诸如但不限于打印机、外部数据存储装置以及音频扬声器)。系统600可任选地包括单独显示模块612以使得信息能够在整合或外部显示装置上显示。例如，显示模块612可包括用于提供与一个或多个显示装置相关联的增强图形、触摸屏和/或多点触摸功能的指令或硬件(例如，图形卡或芯片)。 [0032] 主存储器602为存储当前执行的指令/数据或针对执行而预取的指令/数据的易失性存储器。辅助存储单元604为用于存储永久数据的非易失性存储器。辅助存储单元604可为或包括任何类型的数据存储组件，诸如硬盘驱动器、闪存驱动器或存储卡。在一个实施方案中，辅助存储单元604存储用于使得用户能够执行所公开的实施方案的特征和功能的计算机可执行代码/指令和其它相关数据。 [0033] 例如，根据所公开的实施方案，辅助存储单元604可永久存储与用于执行上述方法的套管设计应用程序620相关联的可执行代码/指令。与套管设计算法620相关联的指令在由处理器610执行期间从辅助存储单元604加载到主存储器602以用于执行所公开的实施方案。 [0034] 通信接口模块608使得系统600能够与通信网络630通信。例如，网络接口模块608可包括用于使得系统600能够通过通信网络630发送和接收数据和/或直接与其它装置进行发送和接收数据的网络接口卡和/或无线收发器。 [0035] 通信网络630可为任何类型的网络，其包括以下网络中的一个或多个的组合：广域网、局域网、一个或多个专用网络、因特网、电话网络(诸如，公共交换电话网络(PSTN)、一个或多个蜂窝网络以及无线数据网络)。通信网络630可包括多个网络节点(未描绘)，诸如路由器、网络接入点/网关、交换机、DNS服务器、代理服务器以及用于辅助在装置之间路由数据/通信的其它网络节点。 [0036] 例如，在一个实施方案中，系统600可与一个或多个服务器634或数据库632进行交互以用于执行本发明的特征。例如，根据所公开的实施方案，系统600可查询数据库632以获得井数据以用于实时更新操作包线的三维隧道视图。此外，在某些实施方案中，系统600可充当用于一个或多个客户端装置的服务器系统或用于与一个或多个装置/计算系统(例如，集群、网格)进行对等通信或平行处理的对等系统。 [0037] 虽然已描述关于以上实施方案的特定细节，但上述硬件和软件描述仅旨在作为实例实施方案且不旨在限制所公开的实施方案的结构或实施方案。例如，虽然未示出系统600的许多其它内部组件，但所属领域的一般技术人员将了解此类组件和其互连是众所周知。 [0038] 此外，如上文概述的所公开的实施方案的某些方面可被视为通常呈在某种类型的有形非暂时性机器可读介质上实行或在所述介质中体现的可执行代码和/或相关联数据的形式的“产品”或“制品”。有形非暂时性“存储”类型介质包括用于计算机、处理器或类似物或其相关联模块的任何或所有存储器或其它存储装置，诸如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器、光盘或磁盘以及类似物，其可在任何时间为可执行代码提供存储。 [0039] 另外，图示中的流程图和框图说明根据本发明的各个实施方案的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方案的架构、功能以及操作。还应当指出的是，在一些替代实施方案中，框中指出的功能可以不同于图中指出的次序的次序出现。例如，取决于所涉及到的功能，示出为连续的两个框实际上可基本上同时执行，或框有时可以相反次序执行。还应当指出的是，框图和/或流程图说明的每一框以及框图和/或流程图说明中的框的组合可由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统或专用硬件和计算机指令的组合实施。 [0040] 因此，所公开的实施方案包括一种用于在钻探UBD井时提供所述井的操作包线的动态三维隧道视图的方法、设备以及计算机程序产品。如先前陈述，所公开的实施方案的一个优点是：其使得UBD工程师能够在井被钻探时使储层与目标压力之间的区域在隧道视图上可视化，所述区域确保给定气体注入和液体泵送速率下的最佳井眼净化和良好的泥浆电机操作(即，所关注条件)。所公开的实施方案的其它优点包括减少人为误差，这是因为UBD工程师将不再需要在井被钻探时对操作包线进行手动建模。这将使得UBD工程师转而能够增加其分析时间以提供对UBD条件的更好估计。此外，所公开的实施方案将实现对适应给定GIR/液体速率下的当量液体速率的泥浆电机的更好选择。这个优点是尤其重要的，这是因为较大百分比的故障是归因于需要柱行程(string trips)的泥浆电机空穴现象，其浪费时间和成本。 [0041] 除上文描述的实施方案之外，特定组合的许多实例在本公开的范围内，其中一些在下文予以详述。 [0042] 例如，第一实例实施方案为一种用于监视负压钻井操作的计算机实施方法、系统和/或非暂时性计算机可读介质，其被配置来执行指令，所述指令执行包括在钻探井时产生操作包线的三维隧道视图的操作。 [0043] 第二实例实施方案为一种用于监视负压钻井操作的计算机实施方法、系统和/或非暂时性计算机可读介质，其被配置来执行指令，所述指令执行包括以下步骤的操作：在给定深度处产生井的操作包线；确定操作包线的一组所关注条件的边界；在钻探井时产生额外操作包线；以及在钻探井时产生操作包线的三维隧道视图。在第一和第二实例的一些实施方案中，操作包线的三维隧道视图具有开始深度、结束深度以及中间步骤深度。 [0044] 在某些实施方案中，第二实例实施方案还被配置来执行指令，所述指令执行包括在钻探井时在预定深度和/或预定时间处产生额外操作包线的操作。另外，在某些实施方案中，第一和第二实例实施方案还可被配置来执行指令，所述指令执行包括在钻探井时动态更新操作包线的三维隧道视图的操作。另外，在某些实施方案中，第二实例实施方案还可被配置来执行指令，所述指令执行包括在钻探井时在产生操作包线的三维隧道视图的过程中重叠操作包线与额外操作包线的操作。 [0045] 此外，在某些实施方案中，第二实例实施方案还被配置来执行指令，所述指令执行包括在确定操作包线的该组所关注条件的边界时计算储层压力与最大电机液体速率之间的交叉点、最大电机液体速率与目标井底压力之间的交叉点、目标井底压力与最小液体速度之间的交叉点以及最小液体速度与储层压力之间的交叉点的操作。此外，在某些实施方案中，第一和第二实例实施方案还可被配置来执行指令，所述指令执行包括接收用户指定深度参数和显示在用户指定深度参数下的操作包线的三维隧道视图的快照的操作。 [0046] 以上详细描述为用于实施本发明的较小数目的实施方案且不旨在限制所附权利要求书的范围。 |
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