CN103649460A

CN103649460A - 对事件检测自动响应的钻井方法

Info

Publication number: CN103649460A
Application number: CN201180071965.4A
Authority: CN
Inventors: N·戴维斯; C·巴特勒; C·M·普尔; R·豪德; A·雷诺兹; C·W·戈弗雷; F·乌里亚什; S·萨伊德; E·巴克里; J·R·洛沃恩
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2014-03-19
Also published as: AU2011372537B2; WO2013006165A1; EP2729661A4; CA2841771C; EP2729661A1; AU2011372537A1; RU2014102449A; MX2013014841A; MX358802B; RU2586363C2; CA2841771A1

Abstract

一种钻井方法，可包括通过对钻井期间生成的参数签名与表示钻井事件的事件签名进行比较而检测钻井事件、以及响应于源自参数签名与事件签名的比较而生成的至少部分匹配来自动控制钻井作业。一种钻井系统，可包括控制系统，将钻井作业的参数签名与表示钻井事件的事件签名进行比较，和控制器，响应于由参数签名和事件签名之间的至少部分匹配所表示的钻井事件来控制钻井作业。

Description

对事件检测自动响应的钻井方法

技术领域

本公开一般涉及结合地下井使用的设备以及执行的操作，在这里描述的一个实施例中，特定地，提供了对事件检测自动响应的钻井方法。

背景技术

在钻井作业中，期望在某些事件发生时就能标识这些事件，以致可尽可能快地采取任何需要的补救措施。事件可以是正常的、预期的事件，在该情况中，还期望能够根据这些事件的标识来控制钻井作业。

因此，可理解，本技术领域中需要改进。

附图说明

图1是可实施本公开的原理的井系统的示意图。

图2是表示实施本公开的原理的一方法的流程图。

图3是可用于图2的方法中的参数签名生成过程的示例的流程图。

图4是可用于图2的方法中的事件签名生成和事件标识过程的示例的流程图。

图5是可用于图2的方法中的事件和对应的事件签名的列表。

具体实施方式

在图1中代表性且示意性地示出可结合本公开的各原理的钻井系统10与相关联的方法。在系统10中，通过旋转位于钻柱16末端的钻头14来钻掘井眼12。通常已知为泥浆的钻井液18向下通过钻柱16、从钻头14出来、并向上通过形成于钻柱和井眼12之间的环形区域20而循环，以便使钻头冷却、润滑钻柱、移除钻屑、并提供井底压力控制的测量。止回阀21（一般是挡板式检查阀）防止钻井液18向上流动通过钻柱16（例如，当在钻柱中设置连接时）。

在受控压力钻井以及其它类型的钻井操作中，井底压力的控制是非常重要的。优选地，准确地控制井底压力以防止进入围绕井眼12的地层的过量流体损耗、不期望的地层断裂、不期望的地层流体注入井眼等。在典型的受控压力钻井中，期望的是维持井底压力使之恰大于地层的孔隙压力而不超过地层的断裂压力。在典型的欠平衡钻井中，期望的是维持井底压力使之略小于孔隙压力，藉此得到来自地层的流体的受控流入。

可把氮气、或另一种气体、或重量较轻的另一种流体，添加到钻井液18中进行压力控制。这个技术是例如在欠平衡钻井作业中是有用的。

在系统10中，通过使用旋转控制设备22（RCD）关闭环形区域20（例如，隔离其与大气的交换并使该环形区域在地面（surface）处或地面附近被加压）可得到对于井底压力的附加控制。RCD22使井口24上方的钻柱16密封。虽然在图1中没有示出，但钻柱16将向上延伸通过RCD22以连接至，例如，转盘（未示出）、立管管线26、方钻杆（未示出）、顶部驱动器、和／或其它常规钻井设备。

钻井液18经由与位于RCD22下的环形区域20连接的翼阀28离开井口24。然后钻井液18流过钻井液返回管线30、73到包括多个冗余阻流器（choke）34（每次只用其中之一）的阻流管汇32。通过可变地限制钻井液18流过运转的阻流器（多个）34，把背压施加至环形区域20。

对流过阻流器34的限制越大，施加至环形区域20的背压越大。因此，通过改变施加至环形区域20的背压可便于调整井底压力。可使用液压系统模型来确定在地面处或附近施加至环形区域20的压力，该压力导致期望的井底压力，以致操作者（或自动控制系统）可易于确定如何调整在地面处或附近施加至环形区域的压力（这可便于测量），从而得到期望的井底压力。

可经由多种压力传感器36、38、40，在地面处或附近测量施加至环形区域20的压力，该压力传感器的每一个都与环形区域20通信。压力传感器36检测位于RCD22下但高于防喷器（BOP）组42处的压力。压力传感器38检测BOP组42下的井口中的压力。压力传感器40检测阻流管汇32上游的钻井液返回管线30、73中的压力。

另一个压力传感器44检测钻井液注入（立管）管线26中的压力。又另一个压力传感器46检测阻流管汇32下游但位于分离器48、振动筛（shaker）50、和泥浆池52上游的压力。附加传感器包括温度传感器54、56、科里奥利（Coriolis）流量计58、以及流量计62、64、66。

并非所有这些传感器都是必需的。例如，系统10可只包括三个流量计62、64、66中的两个。然而，对于液压系统模型确定钻井作业期间应该把什么压力施加至环形区域20来说，来自传感器的输入是有用的。

此外，钻柱16可包括它自己的传感器60，例如，来直接测量井底压力。这样的传感器60可以是本领域技术人员已知的类型，诸如随钻压力（PWD）、随钻测量（MWD）、和／或随钻测井（LWD）系统。这些钻柱传感器系统一般提供至少压力测量，还可提供温度测量、钻柱特性的检测（诸如振动、扭矩、rpm、钻头上重量、粘滑等）、地层特性（诸如阻力、密度等）、流体特性、和／或其它测量值。可使用各种形式的遥测（声学、压力脉冲、电磁等）把井下传感器测量值发送到地面。

如果期望，系统10中可包括附加传感器。例如，可使用另一个流量计67来测量离开井口24的钻井液18的流量，可在钻井平台泥浆泵68的上游或下游直接互连另一个科里奥利流量计（未示出），等等。可与分离器48一起使用压力和液位传感器，可使用液位传感器来表示泥浆池52中钻井液的体积，等等。

如果期望，系统10中可包括更少的传感器。例如，代替使用流量计62或任何其它流量计，可通过计数泵冲程来确定钻井平台泥浆泵68的输出。

注意，分离器48可是3或4相分离器，或泥浆气体分离器（有时称之为“简易除气器（poor boy degasser）”）。然而，系统10中并不必需使用分离器48。

通过立管管线26泵入钻井液18，并且通过钻井平台泥浆泵68泵入钻柱16的内部。泵68接收来自泥浆池52的钻井液18，并且使它经由立管管汇70流入立管26，然后流体循环向下通过钻柱16，向上通过环形区域20，通过钻井液返回管线30、73，通过阻流管汇32，然后经由分离器48和振动筛50到泥浆池52进行循环以调整和再循环。

注意，在目前为止所述的系统10中，不能使用阻流器34来控制施加至环形区域20的背压以控制井底压力，除非钻井液18正流过阻流器。在常规过平衡钻井作业中，任何时候在钻柱16中建立连接时（例如，当井眼12被钻掘得更深时，要为钻杆增加另一钻杆长度）会发生这种情况，而缺乏循环会要求仅通过钻井液18的密度来调整井底压力。

然而，在系统10中，即使当在钻柱中建立连接时流体没有通过钻柱16和环形区域20循环，也可维持钻井液18流过阻流器34。因此，即使可不使用分离背压泵，仍可通过限制流过阻流器34的钻井液18把压力施加至环形区域20。

取而代之，当在钻柱16中建立连接时，钻井液18经由旁路管线72、75从泵68流到阻流管汇32。因此，钻井液18可旁通立管管线26、钻柱16、以及环形区域20，且可直接从泵68流到与环形区域20保持通信的泥浆返回管线30、73。通过阻流器34限制这个流动将藉此导致把压力施加至环形区域20。

如图1所描绘，旁路管线75和泥浆返回管线30两者经由单个管线73与环形区域20通信。然而，取而代之，旁路管线75和泥浆返回管线30完全可分开地连接到井口24，例如，使用附加的翼阀（例如，位于RCD22下），在该情况中，管线30、75的每一个可直接与环形区域20通信。虽然这样在钻井平台现场可能需要某些附加管道设备（plumbing），但是环形区域压力的效果基本上与把旁路管线75和泥浆返回管线30连接到公共管线73的情况相同。因此，应该理解，可使用系统10的部件的各种不同配置而不偏离本公开的原理。

通过阻流器或其它类型的流控制设备74来调整流过旁路管线72、75的钻井液18。管线72是旁路流控制设备74的上游，而管线75是旁路流控制设备的下游。

实质上是通过阀或其它类型的流控制设备76控制流过立管管线26的钻井液18。注意，可独立地控制流控制设备74、76，这对系统10极为有利，如下更充分地描述。

由于通过立管和旁路管线26、72的每一个的钻井液18的流速在确定这些流是如何影响井底压力方面是很有用的，在图1中将流量计64、66描绘为在这些管线中互连。然而，即使只使用流量计62、64，也可确定通过立管管线26的流速，且即使只使用流量计62、66，也可确定通过旁路管线72的流速。因此，应该理解，没有必要使系统10包括图1中所示和这里描述的所有传感器，而是系统可包括附加传感器、传感器的不同组合、和／或类型，等等。

可使用旁路流控制设备78和流限制器80，在建立连接之后，灌注立管管线26和钻柱16，并且在打开流控制设备76之前，均衡立管管线和泥浆返回管线30、73之间的压力。否则，在灌注立管管线26和钻柱16并用钻井液18加压前，突然打开流控制设备76会导致环形区域20中不期望的压力瞬变（例如，由于当用流体灌注立管管线和钻柱等时暂时地丢失了至阻流管汇32的流动）。

在建立连接之后，通过打开立管旁路流控制设备78而允许把钻井液18注入立管管线26和钻柱16，而实质上大部分钻井液继续流过旁路管线72，藉此能继续控制对于环形区域20的压力施加。当立管管线26中的压力与钻井液返回管线30、73和旁路管线75中的压力均衡时，可打开流控制设备76，然后可关闭流控制设备74，使较大比例的钻井液18慢慢地从旁路管线72转移到立管管线26。

在钻柱16中建立连接之前，可执行类似过程，区别在于反向执行，以逐渐把钻井液18的流动从立管管线26转移到旁路管线72，以准备把更多的钻杆添加到钻柱16中。即，可逐渐打开流控制设备74，以慢慢地把较大比例的钻井液18从立管管线26转移到旁路管线72，然后可关闭流控制设备76。

注意，可把流控制设备78和流限制器80集成到单个元件中（例如，其中具有流限制的流控制设备），并且可把流控制设备76、78集成到单个流控制设备81中（例如，单个阻流器，可在建立钻杆连接后逐渐打开从而对立管管线26和钻柱16缓慢地灌注和加压，然后完全打开以允许钻井时的最大流动）。

然而，由于典型的传统钻井平台在立管管汇70中配备有阀门形式的流控制设备76，并且在通常的钻井实践中结合了立管阀的使用，所以当前优选的是独立地运转的流控制设备76、78。有时把流控制设备76、78统称就好像它们是单个流控制设备81，但是应该理解，流控制设备81可包括独立的流控制设备76、78。

注意，如果期望，系统10可包括背压泵（未示出），用于把压力施加至阻流管汇32上游的环形区域20和钻井液返回管线30。背压泵可用于代替或附加于旁路管线72和流控制设备74，以在诸如钻柱16中建立连接等事件期间，保证钻井液继续流过阻流管汇32。在该情况中，例如，可使用附加传感器，以监测背压泵的压力和流速输出。

在2010年6月15日提交的国际申请PCT/US10/38586中描述了背压泵的使用。该国际申请还描述了一种在钻井期间校正环形区域压力设置点的方法。

在其它示例中，例如，如果钻柱包括盘绕的油管，钻井期间可不在钻柱16中建立连接。钻柱16可设置有导体和/其它管线（例如，在钻柱侧壁或内部），用于在井底和地面之间传输数据、命令、压力等（例如，用于与传感器60进行通信）。

在2010年11月12日提交的国际申请PCT/US10/56433中描述了在钻井作业中控制压力和流的方法，包括数据验证以及预测设备的使用。

现在附加地参考图2，示意地示出可与图1的系统10一起使用的钻井方法90。然而，应该清楚地理解，可与其它系统一起使用方法90而保持本公开的原理。

方法90包括事件检测过程，如果发生事件，可使用该过程向操作者报警，诸如，如果事件是不期望的事件（例如，地层的不可接受的流体损耗、从地层到井口的不可接受的流体流入量，等等），则触发报警或显示警告，或如果事件是正常的、预期的、或期望的事件等，则显示关于该事件的信息。在2009年7月30日提交的国际申请PCT/US09/52227中描述了结合事件检测的钻井方法。

一个事件可是另一个事件发生的先导，在该情况中，可使用第一事件的检测作为马上会发生第二事件或第二事件处于发生的过程中的表示。此外，一系列事件还可提供马上会发生另一个事件的表示。因此，可使用一个或多个以前的事件作为确定是否将发生另一个事件的数据源。

在方法90中可检测许多不同的事件和事件类型。这些事件可包括，但是不局限于，井涌（流入量）、部分流体损耗、总流体损耗、立管泄漏（standpipebleed down）、阻流器堵塞（plugged choke）、冲蚀的阻流器、差的井眼净化（在钻柱周围井眼封隔）、井下横流、井眼冲蚀、尺度不足的井眼、钻井突变、随循环而膨胀、随泥浆泵关闭而膨胀、卡管、扭断管、卸下、钻头喷嘴堵塞、钻头喷嘴冲蚀、地面处理设备泄漏、钻井平台泵失效、背压泵失效、井下传感器60失效、钻柱冲蚀、止回阀失效、钻杆连接开始、钻杆连接完成等。

为了检测这些事件，将实时产生的钻井参数“签名”与一组事件“签名”进行比较，以便确定是否正在发生由这些事件签名表示的任何事件。因此，将钻井作业中现在正发生什么（钻井参数签名）与对应于钻井事件的一组签名进行比较，如果存在匹配，这是表示正在发生与所匹配的事件对应的事件。

传感器检测钻井特性（例如，压力、温度、流速等），并且使用传感器的输出以提供表示钻井特性的数据。使用钻井特性数据来确定感兴趣的钻井参数。

数据还可以是来自对比井（offset well）的数据的形式（例如，附近钻掘的或具有相似的岩性、条件等的其它井）。钻井者以前的经验也可作为数据源。可在钻井作业之前或期间由操作者输入数据。

钻井参数可包括与单个钻井特性有关的数据，或参数可包括与多个钻井特性有关的数据的比值、积、差值、和、或其它函数。例如，监测注入井的钻井液的流速（例如，经由立管管线26的、由流量计66检测到的）和从井返回的钻井液的流速（例如，经由钻井液返回管线30的、由流量计67检测到的）之间的差对于钻井作业是有用的。因此，可用来定义签名的一部分或一段的感兴趣的参数可是钻井特性中的这个差值（流速入－流速出）。

在钻井作业期间，连续地或间断地检测随时间变化的钻井特性。因此，随时间变化的、与钻井特性有关的数据可用，且可实时估计每个钻井参数的特性。方法90中特别感兴趣的是钻井参数随时间如何变化，即，每个参数是增加、减少、实质上保持相同、保持在某个范围内、超过最大值、还是落到最小值之下等。

对这些参数特性给出合适的值，并且组合这些值而在钻井作业期间以生成表示实时正在发生什么的参数签名。例如，参数签名的一段可表示立管压力（例如，通过传感器44检测到的）正在增加，而参数签名的另一段可表示阻流管汇上游的压力（例如，通过传感器40检测到的）正在减少。

参数签名可包括许多这样的段（可能20个或更多）。因此，参数签名可提供钻井作业期间实时正在发生什么“快照”。

另一方面，事件签名，不表示钻井作业期间实时正在发生什么。而是，事件签名表示当相应的事件确实发生时钻井参数行为将是什么。每个事件签名是独特的，因为每个事件是由参数行为的独特的组合来表示的。

如上所述，一个事件可是另一个事件的先导。在该情况中，第一事件的事件签名可是表示第二事件马上会发生（或至少最终将发生）的参数行为的独特的组合。

事件可是参数，例如，在上述所讨论的情况下，一系列事件可表示另一个事件将要发生。在该情况中，相应的参数行为可以是是否已经发生先导事件（多个）。

可在开始钻井作业之前生成事件签名，并且可基于在类似条件下钻掘类似的井等得到的经验来生成事件签名。还可把事件签名精简为钻井作业进展，并且在正在钻掘的井上得到更多的经验。

在基本方面，使用传感器来检测钻井作业期间的钻井特性，使用与检测到的特性有关的数据来确定感兴趣的钻井参数，组合表示这些参数行为的值以形成参数签名，并且将该参数签名与预定义的事件签名进行比较以检测任何相应事件是否正在发生，或实质上可能发生。

在图2中，以流程图的方式示意性地表示事件检测过程的步骤。然而，应该理解，方法90还可包括附加、可选、或任选的步骤，并且并不需要执行所描绘的所有步骤，也符合于本公开的原理。

在图2中描绘的第一步骤92中，接收数据。从中央数据库（诸如美国，德克萨斯州，休斯敦的Halliburton Energy Services公司利用的INSITE^TM数据库）接收这个示例中的数据，但是如果期望，也可使用其它数据库。

数据一般是钻井作业期间由各传感器感测到的钻井特性的测量值的形式。例如，传感器36、38、40、44、46、54、56、58、60、62、64、66、67、以及其它传感器，将生成各种特性（诸如压力、温度、质量或体积流速、密度、抵抗力、rpm、扭矩、重量、位置等）的表示，这些都作为数据而存储在数据库中。在从数据库接收数据之前，可对数据执行校准、转换、和／或其它操作。

还可通过操作者手动地输入数据。作为另一个可选方面，可从一个或多个传感器或从另外的数据采集系统直接接收数据，而不管数据是否源自传感器测量值，并且没有先存储在独立的数据库中。此外，如上所述，可从对比井、以前的经验等得到数据。可使用任何数据源，符合本公开的原理。

在步骤94中，计算各种参数值，供以后在方法90中使用。例如，可期望计算数据值的比值、数据值的总和、数据值之间的差、数据值的积等。然而，在一些情况中，使用数据本身的值而无需任何进一步的计算。

在步骤96中，验证参数值，并且可使用平滑技术来保证在方法90的以后步骤中利用有意义的参数值。例如，如果参数值表示该参数的不合理的高或低值，则可排除参数值，并且可使用平滑技术以防止不可接受的大参数值转变会歪曲以后的分析。参数值可与另一个事件是否已经发生相对应，如上所述。

在步骤98中，确定参数各签名段。这个步骤可包括计算表示参数行为的值。例如，如果参数具有增加的趋势，则可把值1分配给相应的参数签名段，如果参数具有减少的趋势，则可把值2分配给该段，如果参数不变化，则可把一个值0分配给该段等。为了确定参数行为，可把统计计算（算法）应用于源自步骤96的参数值。

还可进行参数之间的比较以确定特定签名段。例如，如果一个参数大于另一个参数，则可把值1分配给签名段，如果第一参数小于第二参数，则可分配值2，如果参数实质上相等，则可分配值0，等。

在步骤100中，组合各参数签名段以构成参数签名。每个参数签名是各参数签名段的组合，并且表示钻井作业中实时正在发生什么。

在步骤102中，将参数签名与以前定义的事件签名进行比较，以观察是否存在匹配。由于在钻井作业期间数据是以实时连续地（或至少间歇性地）生成的，在方法90中也可以实时生成对应的参数签名，用于与事件签名比较。因此，在钻井作业期间可立刻通知操作者是否正在发生事件。

如上所述，步骤104表示定义可在钻井作业之前和／或钻井作业期间执行事件签名。图5中提供示例性事件签名，并且将在下文中进一步详细描述。

在步骤106中，如果在事件签名的参数签名之间存在匹配，则表示一个事件。可向操作者提供表示，例如，通过在计算机屏幕上显示关于事件的信息、显示报警、发出报警声等。表示还可采取把事件的发生记录在数据库、计算机存储器等中的形式。控制系统还可，或可选地，响应于事件的表示，如下更全面地描述。

在步骤108中，如果事件签名或参数签名之间存在部分匹配，则表示事件发生的概率。例如，如果事件签名包括30个参数行为的组合，并且生成参数签名，其中参数行为中的28个或29个与事件签名的那些匹配，则即使参数签名或事件签名之间没有完全匹配，正在发生事件的概率也较高。在该情况中，向操作者提供事件正在发生的概率较高的表示是有用的。

另一个有用的表示是将来发生的事件的概率。例如，如在上述示例中，如果参数签名和事件签名之间的实质上大多数参数行为匹配，并且不匹配的参数行为正在趋向于匹配，则向操作者警告事件可能发生是有用的（尤其，如果事件是不期望的事件），从而如果需要的话，可采取补救措施（例如，防止不期望的事件发生）。

现在附加地参考图3，代表性地示出了方法90中生成参数签名过程的另一个示例的流程图。如上述步骤92中那样，该过程从接收数据开始。然后执行参数值计算，如上步骤94中所述。

在步骤110中，执行参数值的预处理操作。例如，对于特定参数可使用最大和最小极限，以便排除错误的参数高值或低值。

在步骤112中，把经预处理的参数值存储在数据缓冲器中。使用数据缓冲器使参数值排序以便后续处理。

在步骤114中，执行参数值的调整计算。例如，可使用平滑（诸如移动窗平均、Savitzky-Golay平滑等），如上相关步骤96所述。

在步骤116中，把调整后的参数值存储在数据缓冲器中。

在步骤118中，执行参数值的统计计算。例如，可使用趋向分析（诸如直线拟合、随时间的趋势方向的确定、一阶和二阶导数等）来表征参数的行为。分配给参数行为的值成为所得参数签名的段，如上步骤98中所述。

在步骤120中，把参数签名段输出到数据库，用于存储、后续分析等。在这个示例中，参数签名段成为用于钻井作业的INSITE^TM数据库的一部分。

在步骤100中，如上所述，组合参数签名段以形成参数签名。

现在附加地参考图4，代表性地示出了方法90中的用于标识事件已经发生或将发生的过程的流程图。该过程从步骤122开始，其中配置事件签名数据库。可配置数据库使之包括任何数量的事件签名，以在钻井作业期间能标识任何数量的对应事件。优选地，对诸如欠平衡钻井、过平衡钻井、特别岩性钻井等不同类型的钻井作业独立地配置事件签名数据库。

在步骤124中，把期望的事件签名组加载到事件签名数据库中。如上所述，在方法90中可使用任何数量、类型、和／或组合的事件签名。

在步骤126中，使事件签名数据库排序，以观察对于步骤100中生成的参数签名是否存在任何匹配。如上所述，也可任选地标识部分匹配。

在步骤128中，标识与任何参数签名匹配（或至少部分匹配）的事件签名相对应的事件。在步骤130中的输出可采用各种不同的形式，这取决于所标识的事件。可提供报警、警告、告警、信息的显示等，如上步骤106所述。最低限度，应该记录事件的发生，在该示例中，优选地是记录作为钻井作业的INSITE^TM数据库的一部分。

现在附加地参考图5，示意性地以表格列出4个示例性事件签名以及对应于签名分段的参数行为。实际上，可提供更多的事件签名，并且可使用更多或更少的参数行为以确定签名段。

注意，每个事件签名是独特的。因此，通过参数行为的特定组合来表示井涌（流入量）事件，而通过参数行为的另一个特定组合来表示流体损耗。

如果，在钻井作业期间，生成与图5所示的任何事件签名匹配（或至少部分匹配）的参数签名，将提供对应事件正在发生的表示。如果生成与事件签名匹配到预定程度的参数签名，或如果参数签名的各段趋向于匹配，则可提供对应的事件实质上可能发生的表示。这可能发生，甚至无需任何人类的介入，导致更自动化的、精确的、和安全的钻井环境。

还可使用方法90提供的事件表示来控制钻井作业。例如，如果表示井涌事件，则响应于系统10中施加至环形区域20的压力增加，可调节运转的阻流器（多个）34。如果检测到流体损耗，则可调节阻流器（多个）34以减小施加至环形区域20的压力。如果钻杆连接正在开始，则可适当地调节流控制设备81、74，以在连接过程期间维持环形区域20中期望的压力，并且当检测到钻杆连接完成时，可适当地调节流控制设备，以恢复钻井前准备时通过钻柱16的循环流动。

如果期望，可使用方法90自动地且无需人介入而基于对应事件的检测来实现钻井作业的这些和其它类型的控制。在一个示例中，可使用诸如国际申请PCT/US08/87686中描述的控制系统来实施钻井作业的控制。

在一些实施例中，可使用人类介入，例如，来确定是否应该响应于方法90中的事件检测而实现钻井作业的控制。因此，如果检测到事件（或如果指示事件可能发生），则在响应地自动控制钻井作业之前，需要人的授权。

如图1所描绘，控制器84（诸如能够控制钻井设备操作的可编程逻辑控制器或其它类型的控制器）连接至控制系统86（诸如国际申请PCT/US08/87686中描述的或国际申请PCT/US10/56433中描述的控制系统）。控制器84还连接至流控制设备34、74、81，用于调节注入钻柱16的流、流过钻井液返回管线30的流、以及立管管线26和返回管线30之间的流。

控制系统86可包括各种元件，诸如一个或多个计算设备／处理器、液压系统模型、井眼模型、数据库、各种格式的软件、存储器、机器可读代码等。可把这些元件和其它包括在单个结构或位置中，或可使它们分布在多个结构或位置中。

把控制系统86连接至在钻井作业期间检测各自的钻井特性的传感器36、38、40、44、46、54、56、58、60、62、64、66、67。如上所述，还可把对比井数据、操作者以前的经验、其它操作者输入等输入到控制系统86。控制系统86可包括软件、可编程的和预编程的存储器、机器可读代码等，用于进行上述方法90的步骤。

控制系统86可设置于井场（wellsite）处，在该情况中，可通过有线或无线方式把传感器36、38、40、44、46、54、56、58、60、62、64、66、67连接至控制系统。可选地，可把控制系统86设置在远处，在该情况中，控制系统可经由卫星传输、互联网、无线地或通过任何其它合适的装置接收数据。控制器84也可以各种方式连接至控制系统86，不管控制系统设置在本地或远处。

在一个示例中，控制系统86响应于表示井涌（流入量）已经发生或实质上可能发生的步骤130的输出，使一个或任何数量的阻流器34自动地关闭预定量（例如，逐渐限制钻井液18的流通过返回管线30）。例如，如果井涌的参数签名与事件签名匹配（或基本匹配），则控制系统86将操作控制器84以使运转的阻流器34关闭预定量（例如，阻流器工作范围的一个百分数，诸如该范围的1％-10％）。

可把预定量预编程到控制系统86中，和／或可，例如，经由人机界面输入预定量。在阻流器（多个）34关闭预定量后，阻流器（多个）34的操作的控制可返回到自动化系统，从而维持井眼或立管压力设置点（例如，可从液压系统模型或手动输入得到该设置点），可手动操作阻流器（多个），或可实施控制阻流器（多个）的另一个方式。

在另一个示例中，控制系统86，响应于表示已经发生流体损耗或实质上可能发生的步骤130输出，可使一个或任何数量的阻流器34自动地打开预定量（例如，减小对通过返回管线30的钻井液18的流的限制）。例如，如果参数签名与流体损耗的事件签名匹配（或基本上匹配），则控制系统86会操作控制器84使运转的阻流器（多个）34打开预定量（例如，阻流器工作范围的一个百分数，诸如该范围的1％-10%）。

可把预定量预编程到控制系统86中，和／或可，例如，经由人机界面输入预定量。在阻流器（多个）34打开预定量之后，阻流器（多个）34的操作的控制可返回到自动化系统，从而维持井眼或立管压力设置点（例如，可从液压系统模型或手动输入得到该设置点），可手动操作阻流器，或可实施控制阻流器的另一个方式。

在另一个示例中，控制系统86可向操作者提供已经发生或实质上可能发生特定事件的报警或警告。然后操作者可基于该报警／警告采取任何必要的补救措施，或响应于步骤130输出而超控（override）控制系统86自动地采取的任何措施。如果控制系统86已经采取措施，则如果期望，操作者可撤销或变更这样的措施。

在另一个示例中，控制系统86可响应于表示已经发生事件或实质上可能发生的步骤130输出，在维持要求的井眼压力和维持期望的立管压力之间切换。在国际申请PCT/US10/38586和PCT/US10/56433中描述了控制系统可维持井眼压力的技术，并且在国际申请PCT/US11/31767中描述了控制系统可维持立管压力的技术。

控制系统86可响应于表示已经发生事件或实质上可能发生的步骤130输出，在这样的井眼压力设置点和立管26压力设置点模式之间自动切换。例如，如果检测到井涌（流入量）事件，则控制系统86可从维持期望的井眼12压力切换到维持期望的立管26压力。实际上在验证这些条件是进行切换的可接受的条件后，以及在向操作者提供启动切换的选项（诸如，经由所显示的警告）之后，才执行这个切换。

在另一个示例中，控制系统86可响应于表示已经发生事件或实质上可能发生的步骤130输出，自动地向操作者（诸如钻井人）提供要采取什么补救措施的指令或指导。可通过本地井场显示器提供指令或指导，和／或可在井场和远程位置之间传输等。

在另一个示例中，控制系统86可响应于表示已经发生事件或实质上可能发生的步骤130输出，自动实现实现井控制过程。井控制过程可包括把钻井液18的返回流传送到设计成用于处理井控制情况的常规钻井平台阻流管汇82以及气体风镐88（见图1）。

另一方面，井控制过程可包括控制系统86自动地操作阻流管汇32，以最优地循环出不期望的流入量。在2010年1月5日提交的国际申请PCT/US10/20122中描述了阻流管汇自动操作以流出不期望的流入量的一个示例。

在另一个示例中，控制系统86响应于表示堵塞（plug）阻流器或实质上可能堵塞的步骤130输出，可自动地操纵阻流器34（例如，使阻流器交替地打开和关闭某个量等）。可通过事件签名表示阻流器34堵塞事件，例如，这包括表示增加阻流器上压力差的参数段。响应于步骤130输出自动地操纵阻流器34可潜在地除去已经堵塞或正在逐渐堵塞阻流器的任何物件。

在另一个示例中，控制系统86可响应于表示阻流器中之一已经变成堵塞、淘汰、锁住或否则折衷、或实质上可能变成这样的折衷的步骤130输出，自动地从阻流器34中一个到另一个地切换钻井液18的流动。可循序地和自动地执行从一个阻流器34到另一个的切换，以致在切换期间仍可由控制系统86维持期望的井眼压力或立管压力。

控制系统86响应于表示钻井液18的流超出，或实质上可能超出阻流器之一的最优工作范围的步骤130输出，自动地把钻井液18的流从阻流器34中的一个切换到另一个。阻流器34可具有不同的修剪尺寸，所以阻流器具有不同的最优工作范围。当钻井液18的流在可变地限制该流的阻流器34的最优工作范围之外时，把该流切换到另一个具有与该流优选地匹配的最优工作范围的阻流器是有利的。

控制系统86响应于表示钻井液18的流超过运转的阻流器工作范围或实质上可能超出的步骤130输出，可自动地打开附加阻流器34。通过增加钻井液18流过的运转的阻流器34的数量，减少了通过每个阻流器的流，从而不超过每个阻流器的工作范围。

在另一个示例中，控制系统86可响应于表示：a)传感器（诸如传感器60、随钻压力（PWD）工具等）已经失效或实质上可能失效、b）钻柱16已经与井底分开（例如，扭断、断开、卸下等）或实质上可能如此、和／或c）已经发生流入量或损耗事件或实质上可能发生、对于在模型（诸如液压系统模型和／或井模型）中期望的井眼的钻井液18密度做出调整的步骤130输出，自动地修改或校正压力设置点（例如，从液压系统模型接收到的）。控制系统86可使用修改的／校正的设置点代替从例如液压系统模型接收到的设置点，来操作控制器84。控制系统86可基于流体流入量或损耗事件的检测，用修改的钻井液18密度更新液压和／或井模型。

在另一个示例中，控制系统86可自动地与液压和／或井模型（多个）通信已经检测到事件的信息。例如，如果事件是传感器60（诸如PWD传感器等）的失效，则控制系统86可自动地把这个传送给液压系统模型，将基于来自传感器的实际测量值来停止校正压力设置点。作为另一个示例，如果事件是钻柱16的裂开，则控制系统86可自动地把这个传送给液压和／或井模型（多个），这将调节环形区域20的体积和／或模型（多个）中的其它参数。

在另一个示例中，控制系统86可响应于表示井眼12中或至少阻流管汇32的上游存在过量压力的步骤130输出，自动地打开以前不运转的一个或多个阻流器34。可把最大压力预编程到控制系统86中，以致如果超过最大压力，则控制器84打开一个或多个阻流器34以释放过压力。

在另一个示例中，控制系统86响应于表示RCD22的密封元件已经失效或实质上可能失效的步骤130输出，可自动地把流转移到钻井平台阻流管汇82或与阻流管汇32类似的另一个阻流管汇中。控制系统86还可自动地使阻流器34打开需要的量，从而释放RCD22下的压力。

在另一个示例中，控制系统86响应于表示浮动钻井平台正在升沉的步骤130输出，自动地修改液压和／或井模型（多个）使用的环形区域20体积。例如，控制系统86可从浮动钻井平台的常规运动补偿系统接收钻井平台升沉的指示。响应于钻井平台已经上升或下降的指示，可通过控制系统86自动地修改／校正环形区域20体积，藉此基于修改的／校正的环形区域体积，启动井眼或立管压力设置点的更新。

现在可充分理解，上述公开对钻井作业期间的钻井和事件检测技术方面提供许多有利之处。上述方法能正确地且实时地检测钻井事件，以致如果需要，可采取适当的措施。控制系统86响应于已经发生特定钻井事件或实质上可能发生的指示，可自动地执行适当的措施（诸如，提供报警或警告、控制阻流器34的运转、控制各种流控制设备的运转等）。

尤其，上述公开为本技术提供钻井方法90，该方法可包括下列步骤：通过对钻井期间生成的参数签名与表示钻井事件的事件签名进行比较来检测钻井事件，以及响应于源自参数签名与事件签名的比较的至少部分匹配来自动控制钻井作业。

自动控制可包括响应于检测而自动地调节阻流器34。

钻井事件可包括流入量，并且自动控制可包括响应于检测流入量，来自动地使阻流器34关闭预定量。

钻井事件可包括钻井液18损耗，并且自动控制可包括响应于检测钻井液18损耗，自动地使阻流器34打开预定量。

检测步骤可包括检测已经发生钻井事件或实质上可能发生。

钻井事件可包括钻杆连接过程的开始或完成。自动控制可包括响应于检测钻杆连接过程的完成，自动地恢复通过钻柱16的循环流。

自动控制可包括在a)维持要求的井眼12压力以及b)维持要求的立管26压力之间自动地切换。

钻井事件可包括流入量。

自动控制可包括自动实现实现井控制过程。井控制过程可包括把钻井液18流转移到钻井平台阻流管汇82，使不期望的流入量自动地流出到井外，和／或自动地操作阻流管汇32，从而使不期望的流入量流出到井外。

钻井事件可包括堵塞阻流器34，并且自动控制可包括自动地操纵阻流器34。操纵阻流器34可包括使阻流器34交替地打开和关闭。

自动控制可包括自动地把流从第一阻流器34切换到第二阻流器34。钻井事件可包括通过第一阻流器34的流在第一阻流器34的最优工作范围之外、折衷第一阻流器34、锁住第一阻流器34、堵塞第一阻流器34、和／或淘汰第一阻流器34。切换流可包括在切换期间自动地维持期望的压力。

钻井事件可包括超过一个或多个运转的阻流器34的工作范围，并且自动控制可包括自动地增加运转的阻流器34的数量。

钻井事件可包括旋转控制设备22密封的失效。自动控制可包括自动地把流转移到钻井平台阻流管汇82，和／或使阻流器34打开预定量，从而逐渐释放旋转控制设备22上的压力。

自动控制可包括把钻井平台升沉信息传送给模型。

钻井事件可包括钻井平台升沉。自动控制可包括自动地调节环形区域20体积，和／或自动地更新压力设置点。

钻井事件可包括传感器36、38、40、44、46、54、56、58、60、62、64、66、67的失效。自动控制可包括向模型通信传感器36、38、40、44、46、54、56、58、60、62、64、66、67的失效。

响应于钻井作业这样的自动控制的人类授权，可进一步执行自动控制钻井作业。

还上述了钻井系统10。钻井系统10可包括控制系统86，它对钻井作业的参数签名与表示钻井事件的事件签名进行比较，并且控制器84响应于参数签名和事件签名之间的至少一部分匹配表示的钻井事件，自动控制钻井作业。

控制器84响应于表示的钻井事件，可自动地调节阻流器34。

钻井事件可包括流入量，并且控制器84响应于指示的流入量，可自动地使阻流器34关闭预定量。

钻井事件可包括钻井液18损耗，并且控制器84响应于指示的钻井液18损耗，可自动地使阻流器34打开预定量。

至少一部分匹配可表示已经发生钻井事件，或实质上可能发生钻井事件。

钻井事件包括钻井事件包括钻杆连接的开始或完成。控制器84可自动地恢复通过钻柱16的循环流。

控制系统86可在a)维持要求的井眼压力以及b)维持要求的立管压力之间自动地切换。

钻井事件可包括流入量。控制系统86可自动实现井控制过程。井控制过程可包括把钻井液18的流转移到钻井平台阻流管汇82，使不期望的流入量自动流出到井外，和／或自动操作阻流管汇32，从而使不期望的流入量流出到井外。

钻井事件可包括堵塞的阻流器34，并且控制器84可自动地操纵阻流器34。阻流器34的操纵可包括使阻流器34交替地打开和关闭。

控制系统86可把流从第一阻流器34自动地切换到第二阻流器34。钻井事件可包括在第一阻流器34最优工作范围之外的通过第一阻流器34的流、或折衷、锁住、堵塞、和／或淘汰第一阻流器34。当流从第一阻流器34切换到第二阻流器34时，控制系统86可自动地维持期望的压力。

钻井事件可包括超过一个或多个运转的阻流器34的工作范围，并且控制系统86可自动地增加运转的阻流器34的数量。

钻井事件可包括旋转控制设备22密封的失效。控制系统86可自动地把流转移到钻井平台阻流管汇82，和／或自动地使阻流器34打开预定量，从而旋转控制设备22上的压力逐渐释放。

控制系统86可自动地向模型通信钻井平台升沉信息。

钻井事件可包括钻井平台升沉。控制系统86可自动地调节环形区域20体积，和／或自动地更新压力设置点。

钻井事件可包括传感器36、38、40、44、46、54、56、58、60、62、64、66、67的失效。控制系统86可自动地把传感器36、38、40、44、46、54、56、58、60、62、64、66、67的失效通信给模型。

控制系统86可向操作者提供报警、警告、指导、和／或响应于所指示的钻井事件的至少一个选项。

进一步响应于如此控制钻井作业的人类授权，控制器84可自动控制钻井作业。

要理解，可在各种取向（诸如倾斜、反向、水平、垂直等）、各种配置中利用这里描述的本公开的各个实施例而不偏离本公开的原理。描述实施例只是作为本公开的原理的有用应用的示例，并不局限于这些实施例的任何特定的细节。

当然，熟悉本领域技术的人员在仔细考虑本公开的代表性实施例的上述说明时，容易理解可对特定实施例进行许多修改、添加、替代、删除和其它改变，通过本公开的原理设想这样的改变。因此，要清楚地理解，给出上述详细说明只是示意性和示例性的，本发明的精神和范围仅由所附的权利要求书及其等效物所限定。

Claims

1.一种钻井方法，包括：

通过对钻井期间生成的参数签名与表示钻井事件的事件签名进行比较而检测钻井事件；以及

响应于源自所述参数签名与所述事件签名的比较的至少部分匹配而自动控制钻井作业。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自动控制还包括响应于所述检测而自动地调节阻流器。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻井事件包括流入量，其中所述自动控制还包括响应于检测所述流入量而自动地使阻流器关闭预定量。

4.如权利要1求所述的方法，其特征在于，所述钻井事件包括流体损耗，其中所述自动控制还包括响应于检测所述流体损耗而自动地使阻流器打开预定量。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测还包括检测所述钻井事件已经发生。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测还包括检测所述钻井事件实质上可能发生。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻井事件包括钻杆连接过程的开始。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻井事件包括钻杆连接过程的完成。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述自动控制还包括响应于检测钻杆连接过程的完成而自动地恢复通过钻柱的循环流。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自动控制还包括在a）维持期望的井眼压力；以及b）维持期望的立管压力，之间自动地切换。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述钻井事件包括流入量。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自动控制还包括自动实现井控制过程。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述井控制过程包括把流体流转移到钻井平台阻流管汇。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述自动实现井控制过程还包括自动地使不期望的流入量循环到井外。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述自动实现井控制过程还包括自动地操作阻流管汇，藉此使不期望的流入量循环到井外。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻井事件包括堵塞阻流器，其中所述自动控制还包括自动地操纵所述阻流器。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述操纵阻流器还包括交替地打开和关闭所述阻流器。

18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自动控制还包括把流从第一阻流器自动地切换到第二阻流器。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述钻井事件包括通过所述第一阻流器的流处于所述第一阻流器的最优工作范围之外。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述钻井事件包括所述第一阻流器被折衷。

21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述钻井事件包括所述第一阻流器被锁住。

22.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述钻井事件包括所述第一阻流器被堵塞。

23.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述钻井事件包括第一阻流器被淘汰。

24.如权利要求18所述的方法，其特征在于，切换流还包括在切换期间自动地维持期望的压力。

25.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻井事件包括超过一个或多个运转的阻流器的工作范围，其中所述自动控制还包括自动地增加许多运转的阻流器。

26.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻井事件包括旋转控制设备密封的失效。

27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述自动控制还包括把流自动地转移到钻井平台阻流管汇。

28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述自动控制还包括使阻流器打开预定量，从而之间释放所述旋转控制设备上的压力。

29.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自动控制还包括把钻井平台升沉信息通信给模型。

30.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻井事件包括钻井平台升沉。

31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述自动控制还包括自动地调节环形区域体积。

32.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述自动控制还包括自动地更新压力设置点。

33.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻井事件包括传感器的失效。

34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述自动控制还包括把传感器失效通信给模型。

35.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还响应于钻井作业这样的自动控制的人类授权而执行所述自动控制。

36.一种钻井系统，包括：

控制系统，所述系统对钻井作业的参数签名与表示钻井事件的事件签名进行比较；以及

控制器，所述控制器响应于通过所述参数签名与所述事件签名之间的至少部分匹配所表示的钻井事件而自动控制钻井作业。

37.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述控制器响应于所指示的钻井事件而自动地调节阻流器。

38.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述钻井事件包括流入量，其中所述控制器响应于所指示的流入量而使阻流器自动地关闭预定量。

39.如权利要36求所述的系统，其特征在于，所述钻井事件包括流体损耗，其中所述控制器响应于所指示的流体损耗而使阻流器自动地打开预定量。

40.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述至少部分匹配表示钻井事件已经发生。

41.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述至少部分匹配表示钻井事件实质上可能发生。

42.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述钻井事件包括钻杆连接的开始。

43.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述钻井事件包括钻杆连接的完成。

44.如权利要求43所述的系统，其特征在于，所述控制器自动地恢复通过钻柱的循环流。

45.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述控制系统在a）维持期望的井眼压力；以及b）维持期望的立管压力，之间自动地切换。

46.如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述钻井事件包括流入量。

47.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述控制系统自动实现井控制过程。

48.如权利要求47所述的系统，其特征在于，所述井控制过程包括把流体流转移到钻井平台阻流管汇。

49.如权利要求47所述的系统，其特征在于，所述井控制过程包括使不期望的流入量自动流出到井外。

50.如权利要求47所述的系统，其特征在于，所述井控制过程包括阻流管汇的自动操作，从而使不期望的流入量循环到井外。

51.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述钻井事件包括堵塞阻流器，其中所述控制器自动地操纵所述阻流器。

52.如权利要求51所述的系统，其特征在于，所述操纵阻流器包括交替地打开和关闭所述阻流器。

53.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述控制系统把流从第一阻流器自动地切换到第二阻流器。

54.如权利要求53所述的系统，其特征在于，所述钻井事件包括通过所述第一阻流器的流处于所述第一阻流器的最优工作范围之外。

55.如权利要求53所述的系统，其特征在于，所述钻井事件包括所述第一阻流器被折衷。

56.如权利要求53所述的系统，其特征在于，所述钻井事件包括所述第一阻流器被锁住。

57.如权利要求53所述的系统，其特征在于，所述钻井事件包括所述第一阻流器被堵塞。

58.如权利要求53所述的系统，其特征在于，所述钻井事件包括所述第一阻流器被淘汰。

59.如权利要求53所述的系统，其特征在于，当把流从所述第一阻流器切换到所述第二阻流器时，所述控制系统自动地维持期望的压力。

60.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述钻井事件包括超过一个或多个运转的阻流器的工作范围，其中所述控制系统自动地增加多个运转的阻流器。

61.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述钻井事件包括旋转控制设备密封的失效。

62.如权利要求61所述的系统，其特征在于，所述控制系统自动地把流转移到钻井平台阻流管汇。

63.如权利要求61所述的系统，其特征在于，所述控制系统使阻流器打开预定量，从而逐渐释放所述旋转控制设备上的压力。

64.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述控制系统把钻井平台升沉信息自动地通信给模型。

65.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述钻井事件包括钻井平台升沉。

66.如权利要求65所述的系统，其特征在于，所述控制系统自动地调节环形区域体积。

67.如权利要求65所述的系统，其特征在于，所述控制系统自动地更新压力设置点。

68.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述钻井事件包括传感器的失效。

69.如权利要求68所述的系统，其特征在于，所述控制系统把传感器失效自动地通信给模型。

70.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述控制系统响应于所指示的钻井事件而提供报警。

71.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述控制系统响应于所指示的钻井事件而提供警告。

72.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述控制系统响应于所指示的钻井事件而向操作者提供指导。

73.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述控制系统响应于所指示的钻井事件而提供至少一个选项。

74.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述控制器还响应于钻井作业这样的自动控制的人类授权而控制钻井作业。