CN109072686A - 扫掠的自动触发和进行 - Google Patents

Abstract

用于在穿透地层的钻孔中自动执行扫掠操作的方法和系统，包括：经由钻孔输送钻柱，所述钻柱具有位于其上的一个或多个传感器；确定应基于从所述一个或多个传感器获得的信息执行扫掠操作；基于从所述一个或多个传感器获得的信息确定待用于扫掠操作的丸剂的特性；根据所述所确定的特性制备丸剂；将所述丸剂部署到所述钻柱中并且经由所述钻柱输送所述丸剂；以及当所述丸剂在所述钻柱内时监控所述扫掠操作并且验证所述扫掠操作。所述确定应执行扫掠操作、所述确定所述丸剂特性或所述制备所述丸剂中的至少一者是自动地执行。

Description

扫掠的自动触发和进行

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年4月22日提交的美国申请No.15/135833的权益，所述申请以全文引用的方式并入本文中。

背景技术

在从地层中回收材料或物质时，执行钻井操作。在钻井操作期间，管道与钻孔之间的环形空间可能被钻屑堵塞或以其它方式受到冲击，并且可能需要执行清洁操作。这种清洁操作(例如，孔清洁)可称为扫掠或扫掠/成丸操作，其中高粘度“丸剂”被混合，沿钻柱内部循环，通过底部钻具组件，接着向上返回通过钻孔的环形空间。这种操作往往耗时，并且需要多个操作员和/或人员来控制和监控井下操作的多个不同方面以及与之相关的系统。因此，执行扫掠操作可能耗时并且可能不一致。

发明内容

提供了用于在穿透地层的钻孔中自动执行扫掠操作的方法。所述方法包括：经由钻孔输送钻柱，所述钻柱具有位于其上的一个或多个传感器；自动地确定应基于从所述一个或多个传感器获得的信息执行扫掠操作；自动地基于从所述一个或多个传感器获得的信息确定待用于扫掠操作的丸剂的特性；根据所述所确定的特性制备丸剂；将所述丸剂部署到所述钻柱中并且经由所述钻柱和钻孔输送所述丸剂；以及当所述丸剂在所述钻柱和所述钻孔内时监控所述扫掠操作并且验证所述扫掠操作。

提供了用于在穿透地层的钻孔中自动执行扫掠操作的系统。所述系统包括：钻柱，所述钻柱被配置成经由钻孔输送；位于所述钻柱上的至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置成监控所述钻柱内的流体的特性；以及处理器，所述处理器被配置成执行扫掠操作。所述系统被配置成：自动地基于从所述一个或多个传感器获得的信息确定应执行扫掠操作；自动地基于从所述一个或多个传感器获得的信息确定待用于扫掠操作的丸剂的特性；根据所述所确定的特性制备丸剂；将所述丸剂部署到所述钻柱中并且经由所述钻柱和钻孔输送所述丸剂；以及当所述丸剂位于所述钻柱和所述钻孔内时监控所述扫掠操作，并且验证所述扫掠操作。

附图简要说明

以下描述不应被视为以任何方式进行限制。参考附图，相同的元件编号相同：

图1是根据本公开的实施方案的钻井系统的实施方案的示意图；

图2是根据本公开的实施方案的另一井下钻井、监控、评估、勘探和/或生产系统的实施方案的示意图；和

图3是根据本公开的实施方案的用于自动扫掠操作的流程。

通过参考附图的示例解释了本公开的实施方案以及优点和特征。

具体实施方式

参考附图，通过示例而非限制的方式给出了本文呈现的所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述。

公开了用于在井下系统中执行自动扫掠操作的方法和系统。提供各种实施方案以实现与扫掠操作相关的自动和/或部分自动机制，以实现改进的和/或更有效的扫掠操作。举例来说，本文提供的实施方案可用于自动确定何时应执行扫掠操作、自动确定扫掠操作的特性、自动执行扫掠操作，和/或自动验证扫掠操作。

参考图1，示出了与钻孔102相关联的钻井系统100的非限制性示意图。钻柱104在钻孔102中延伸，所述钻柱穿透一个或多个地层106a、106b。钻柱104包括任何各种部件以便于地下操作。在各种实施方案中，钻柱104由例如管道、钻管、盘管、多个管段、有线管、柔性管或其它结构构成。钻柱104被配置成在其井下端包括例如井底组件(BHA)。BHA可被配置用于钻孔操作、铣削操作、钻通后测量操作。此外，如本领域技术人员将理解的，在不脱离本公开的范围的情况下，钻柱104的各区段可以包括各种特性、部件和/或配置。举例来说，在非限制性示例中，钻柱104可以包括重型钻管、推管等。

系统100和/或钻柱104可以包括用于各种过程的任何数目的井下工具108，包括测量钻井振动、定向钻井信息和地层评估传感器和/或用于测量钻孔102中和/或周围的一个或多个物理性质、物理量等的仪器。举例来说，在一些实施方案中，井下工具108包括钻井组件。可以将各种测量工具结合到系统100中以影响测量方案，例如随钻测量(MWD)和/或随钻测井(LWD)应用。

虽然系统100可以在任何地下环境中操作，但图1示出了设置在钻孔102中的井下工具108穿透地表109(包括第一地层106a和第二地层106b)。井下工具108在钻柱104的远端处设置在钻孔102中。如图所示，井下工具108包括被配置成在LWD或MWD应用中执行一种或多种类型的测量和/或操作的测量工具110和井下电子装置112。举例来说，测量可以包括与钻柱操作有关的测量。

钻机114被配置成进行钻孔操作，例如使钻柱104旋转，并且因此使位于钻柱104的远端上的钻头116旋转。如图所示，钻机114配置成泵送钻井流体118a通过钻柱104以润滑钻头116。钻井流体118a变成冲洗流体118b以冲洗来自钻孔102的钻屑。

井下电子装置112被配置成在井下工具108处产生数据，即收集数据。由井下电子装置112处理的原始数据和/或信息可以沿着遥测113被遥测到地面以由计算系统120进行额外的处理或显示。遥测可以包括钻柱104内的流体柱中的泥浆脉冲、钻柱104的壁中的声音传输、沿位于钻柱104内的线的传输、通过地层106a、106b的电磁传输，和/或在井下与地面之间输送信息的任何其它方式。在一些配置中，钻井控制信号由计算系统120产生并且在井下输送到井下工具108，或在替代配置中，在井下电子装置112内或由其组合产生。井下电子装置112和计算系统120可各自包括一个或多个处理器和一个或多个存储器装置。

地表109的不同层或地层可各自具有独特的电阻率、声学特性、核特性等。举例来说，第一地层106a可具有第一电阻率，第二地层106b可具有第二电阻率。取决于第一地层106a和第二地层106b的组成，第一电阻率可以与第二电阻率不同。为了测量和/或检测这些电阻率，且因此提取关于地层106a、106b和/或其间的界面107的信息，井下工具108被配置成获得电磁信息。因此，井下工具108包括一个或多个发射器(发射器线圈)，其接通和关闭发射器线圈中的电流脉冲以在地表109(例如，地层106a、106b)中诱发出电流。一个或多个接收器被配置成接收所得瞬态电磁(TEM)信号。本领域技术人员将理解，发射器和接收器可以是单轴、双轴或三轴装置，和/或可以使用其它收发器装置而不脱离本公开的范围。在一些实施方案中，发射器可以配置有电磁体和/或可切换的永磁体，以在地表109中诱发出电流。

现在转向图2，示出了根据本公开的实施方案的包括设置在地下的井下工具的系统200的示意图。系统200可以包括以上关于图1示出和描述的各种特征，且可以是井下钻井系统。如图2所示，井下工具208在其远端包括钻头并且被配置成底部钻具组件(BHA)的一部分。井下工具208位于钻孔202内的钻柱204的端部上。如图2所示，钻柱204可以延伸穿过海洋立管203，并且包括水平延伸部或区段205。

在使用井下工具208的钻井操作期间，钻井流体218a被泵送通过钻柱204。如果BHA中包括泥浆马达(未示出)，则泥浆流可用于驱动钻井工具208的钻头。当钻头与地表材料接合时，产生钻屑。接着，通过钻井流体(表示为冲洗流体218b)将钻屑从钻孔202中带出。偶尔进行孔清洁以清洁或清除钻孔202的环形空间，以确保适当的流体流动和钻井操作。举例来说，在钻孔202的水平延伸部205中可能需要孔清洁，因为切屑的移除可能不如垂直钻孔那样有效。如果没有充分地移除钻屑，则可能经历各种冲击，包括但不限于管道粘附、钻头磨损、钻井减速、地层破裂、钻柱204上的过大扭矩和/或阻力、测井和/或固井困难、套管联顶困难，等。因此，孔清洁操作实现和/或确保高效且有效的钻井操作。

孔清洁的一个过程是经由钻柱输送“丸剂”、通过底部钻具组件(例如，通过钻头)，接着通过钻柱204与钻孔202的壁之间的环形空间的扫掠过程。丸剂是具有与钻井流体不同的性质的泥浆或其它流体。举例来说，丸剂可以是提供粘性流体的不同材料的混合物，当穿过钻孔202的环形空间时，所述粘性流体被配置成将切屑移出环形空间。举例来说，如图2所示，丸剂混合和部署系统222配置在表面处，并且配置成将丸剂224注射到钻柱204中。丸剂混合和部署系统222可以包括待混合以制作丸剂224的各种材料的来源，且进一步包括泵和/或其它注射装置和/或部件以将丸剂224驱动到钻柱204中，接着通过钻孔202内的环形空间。如图2所示，丸剂224位于钻孔202的环形空间中的井下工具208附近。图2的箭头示出了丸剂224通过钻柱204且接着向上穿过钻孔202的环形空间的流动路径。虽然在本文中描述为清洁过程，但本领域技术人员将理解，本文提供的实施方案可以与任何类型的扫掠/成丸过程一起应用并使用。

在一些实施方案中，丸剂可能不会完全泵送通过钻孔和/或钻柱。举例来说，在一些非限制性实施方案中，可以执行局部扫掠，其中将丸剂输送到钻柱和/或钻孔内的特定位置或区域，并且接着停止并保持静止。在此种实施方案中，可以通过使用酸、粘合剂或其它手段和/或机制将丸剂维持在特定位置或定位。此外，在此种实施方案中，丸剂和过程的监控可以包括监控丸剂的放置精度，并且可能包括在将丸剂固定在静止位置之后监控后续特征。

通过钻孔底部孔组件和向上通过环形空间(例如，用于孔清洁)的丸剂扫掠传统上是手动触发和执行的。然而，使孔的成丸/扫掠过程自动化将是有利的。具体来说，自动识别何时需要扫掠以及何时可以进行扫掠可能是有利的，接着自动致动丸剂释放到系统中以执行扫掠。本文提供的实施方案涉及使扫掠/成丸过程自动化。此外，本文提供的实施方案可以被配置成在扫掠/成丸过程期间验证扫掠并且确定扫掠是否实现其目标。本文提供的各种实施方案可以包括具有致动控制的闭环，例如，用于每分钟转数、钻头上的重量、钻柱的轴向移动、受控压力钻井应用中的背压，和/或井下阀的打开或关闭。有利地，本文提供的实施方案使得自动化和自动反馈回路能够改善整体性能并且降低钻井操作和/或其它井下操作和过程期间的风险。

如图2所示，丸剂224在通过钻柱204并且进入钻孔202时的位置和进展可以由一个或多个传感器226监控。一个或多个传感器226可以设置在钻柱204上，一个或多个传感器226可以设置在井下工具208上，一个或多个传感器226可以位于钻孔202的套管内或套管上，并且一个或多个传感器226可以位于海洋立管203或其它位置周围。在一些实施方案中，传感器226被配置成测量流体粘度、流体流量、流体密度、流体压力或接近传感器226的流体的其它特性。此外，潜在被监控特性的非限制性示例可以包括压力、钻柱或一个或多个工具的振动(例如，钻柱振动可以被感测为随流体而变)、扭矩、轴向载荷、粘度、电阻率等。因此，传感器226可以监控钻柱204内、井下工具208内和/或钻孔202的环形空间内的钻井流体。

在表面处，可以在一个或多个监控装置228内分析和/或监控冲洗流体218b和/或丸剂224(当其离开钻孔202时)。类似于传感器226，监控装置228可以配置成测量流体粘度、流体流动、流体密度、流体压力或由丸剂224冲洗或被推动穿过钻孔202的流体和/或材料的其它特性。

传感器226和/或监控装置228可以被配置成与控制器或其它计算机系统220通信(例如，类似于图1的计算系统120)。计算机系统220可以配置有程序或其它应用程序，所述程序或其它应用程序被配置成从传感器226、监控装置228和/或与计算机系统220通信的其它传感器、装置、反馈装置等接收数据和/或信息。计算机系统220可以监控地面和井下条件以确定是否应进行扫掠/成丸操作，可以接合和/或执行扫掠/成丸操作，并且可以监控扫掠/成丸操作的进展，如本文所述。

计算机系统220不断评估丸剂的需要量和执行扫掠/成丸操作的当前缺点。评估可以包括技术和非技术方面的观点。在一些实施方案中，计算机系统220和/或其程序/应用程序本质上可以是建议性的。咨询程式将包括通知操作员或其他人员基于在钻井系统内检测到的特性推荐扫掠/成丸操作。计算机系统220被配置成接收实时测量和/或建模数据，以便监控和做出决定(例如，建议扫掠/成丸操作和/或自动开始扫掠/成丸操作)。举例来说，当前等效循环密度数据可以从传感器226获得，作为当前岩屑载荷的指示以及所提出的丸剂的预计等效循环密度(例如，建模)以及地层破裂梯度作为放置丸剂(即执行扫掠/成丸操作)所涉及的风险的指示。等效循环密度是在循环时测量的环形压力，表达为将导致测量压力的流体柱的密度。

当丸剂224被部署(手动或自动)时，建模和测量都用于识别丸剂224的位置和“它在做什么”。高粘度丸剂可能例如在通过井下工具208时加速用于井下发电的涡轮机至危险水平。自动系统被配置成监控这些限制，并且被配置成实时改变扫掠/成丸操作参数以考虑和/或调整防止损坏钻井系统部件的过程。在此示例中，当丸剂224通过井下工具208中的涡轮机时，用于推动丸剂224通过钻柱204的流量减小。在一些非限制性实施方案中，系统200还可以配置为启动旁路BHA 208内的循环次级，其将高粘性流体重新引导至环状空间，而不是通过可能受到丸剂通过影响的部件。

当扫掠时，压力传感器和其它指示器(例如，传感器226)实时测量丸剂224的孔清洁效率的指示。丸剂224将推动重负荷的切屑，其显示为等效循环密度增大并且也随切屑密度、倾斜度、环形横截面等而变。人类不可能实时计算这个参数以获得估计被暂停的切屑量和/或估计切屑量的速率变化。然而，有利地，本文提供的实施方案可以进行此种估计。因此，系统可以基于估计修改支持程序。举例来说，计算机系统220可以增大每分钟转数以更多地搅拌切屑，即使这意味着更高的振动水平，或者反之亦然。计算机系统220还可以在任何给定时间建议或自主地执行钻头和泵送速率的优化轴向移动。因此，本文提供的实施方案通过有效的孔清洁能够节省时间，并且还可以执行额外的操作以提高钻孔清洁或其它扫掠/成丸操作的效率，包括但不限于在深处的额外铰孔以及已识别的连续孔清洁问题。

计算机系统220可以被配置成控制系统200的被配置成控制通过钻柱204和/或通过钻孔202的流体流动的泵、致动器和/或其它控制或装置。泵送速率可以是根据丸剂224在系统200内的位置自动地改变。举例来说，可以控制泵送速率以安全地推动丸剂224通过井下工具208，并且还将丸剂224推动通过钻孔202的环形空间。当丸剂224在环形空间内时的泵控制可以部分地取决于钻孔202是开孔还是闭孔、钻孔202的截面的倾斜度和/或钻孔202的横截面。此外，本文提供的实施方案可以使用从传感器226获得的信息来识别、量化和定位在丸剂224通过钻柱204的特定截面或钻孔202的特定截面之后可能无法从扫掠/成丸操作解决的问题。因此，有利地，本文提供的实施方案可以减少非生产时间并且增大总渗透率和/或钻速。

计算机系统220还可以提供关于待由丸剂混合和部署系统222混合的丸剂224的组成和/或性质的指导或建议。举例来说，丸剂组合物可以取决于由一个或多个传感器226识别出的问题。此外，计算机系统220可以控制丸剂混合和部署系统222以在注射和/或部署之前自动混合和/或形成丸剂224。计算机系统220和丸剂混合和部署系统222可以用于控制丸剂224的大小、丸剂的类型(例如，高粘度对高粘度/低粘度等)，和/或可以控制丸剂224的粘度和/或其它性质。

此外，计算机系统220与传感器226组合可以评估孔清洁所需要的每分钟转数(“rpm”)，例如，确定用于使丸剂224保持悬浮的适当rpm。此外，当丸剂224在钻孔202的环形空间中通过时，计算机系统220可以控制稳定器和/或其它部件以搅动切屑和/或冲洗流体218b。本文提供的实施方案实现的额外控制可以包括确定结合扫掠/成丸操作的频率、重复次数、长度和铰孔位置，以及钻柱的轴向速度。此外，计算机系统220可以根据扫掠/成丸操作的特定需要(例如，取决于是否需要功能障碍)主动管理钻孔功能障碍并且触发或抑制功能障碍。这种控制对于粘附滑移情况可能是有利的。

此外，环形背压可以由计算机系统220控制，例如，以便保持等效循环密度恒定或在预界定的限度内。环形背压对于管理钻井操作可能是重要的，其中流体柱底部的压力(例如，“底部压力”)应在钻井操作期间保持相对恒定。此外，计算机系统220可以使用来自传感器226的实时数据和/或偏移数据或建模信息自动验证故障区域的清洁效率和位置，并且比较这些组数据。举例来说，如果建模表明良好的孔清洁会使等效循环密度增大0.2比重并且实际上只有0.1比重，则可能存在问题，并且当已知时间时，所述问题可能与井深相关。

本文提供的实施方案还可以实现扫掠/成丸操作的验证。验证可以通过查看各种参数来实现。举例来说，可以监控和分析等效循环密度作为立管压力和/或井下压力传感器的依赖参数(理想地沿着管柱(例如，传感器226中的一些或全部)分布)以进行验证。此外，可以使用随时间评估的切屑量(例如通过使用切屑捕集器)来验证扫掠/成丸操作。此外，可以通过计算机系统220上使用的数码相机和形状识别软件自动地执行切屑与崩落体的识别。另一种选择是监控扭矩以作为摩擦系数变化的指示，因为在搅动切屑的浮力影响下，清洁表面的行为与切屑床不同，等。

本文提供的验证可以以各种方式使用，包括但不限于改变参数，包括用于某些操作和决策所花费的时间。各种决策可以包括何时更换振动筛(例如，丸剂224可以使需要改变到不同网筛的振动筛过载)、确定是否需要另一丸剂来解决手头或以其它方式识别的特定问题、在瞬时或每站的基础上确定特定部分所允许的最大穿透率、确定是否需要将钻柱拉出孔(例如，因为将来无法避免包装)、确定切换到不同的泥浆系统，和/或确定是否铰孔。进一步的示例包括何时接通助推器流以使扫掠/成丸循环通过立管。

计算机系统220、传感器226和/或监控装置228可以评估丸剂224携带的泥浆系统中有多少切屑、切屑在任何给定时间在泥浆中的分布，以及切屑分布对等效循环密度和压力窗问题的影响。

如本领域技术人员将理解的，本文提供的实施方案由于除孔清洁和/或切屑移除之外的其它原因而适用于扫掠。举例来说，当将漏失的循环材料泵送到系统200中时，压力和钻头水平可以识别漏失循环材料的有效性。此外，可以优化泵送速率，以使得漏失的循环材料以有效的方式达到预定目标。类似地，可以应用应力笼，并且评估未有效用于应力笼的固体量。此外，当使用泥浆作为介质(例如，球滴)在井下触发某物时，可以应用本文所述的自动化过程。此外，本文提供的实施方案不限于钻井底部孔组件。举例来说，本文提供的实施方案可以应用于生产线和其它钻柱和/或其它应用，包括但不限于例如在运行可钻孔钻井衬垫(SDL)或钻井套管(CWD)钻柱时的操作，在这种情况下，完井设备在钻井时在孔中运行。此外，在拉出干燥钻柱之前，可以将丸剂用于清理。

现在转向图3，示出了根据本公开的实施方案的流程。流程300可以由具有井下部件、控制部件等的系统执行，类似于上文关于图1到2所论述的那样。流程300和/或其部分可以由计算机系统执行，所述计算机系统可操作地连接并且与一个或多个井下部件、井下传感器、表面部件和/或表面传感器通信。本领域技术人员将理解，可以按各种顺序执行过程300的各个步骤，并且可以包括进一步的额外步骤而不脱离本公开的范围。此外，可以省略各种步骤，并且在其它实施方案中，每个步骤可以包括一个或多个子步骤，例如如下所述。

在框302处，系统将确定和/或识别何时需要扫掠。扫掠是将丸剂注入钻柱、经由钻柱输送丸剂、将丸剂从钻柱输送到钻孔环中，接着将丸剂通过环形空间输送回到表面的过程或操作。如上所述，丸剂可以是具有粘度或其它特性的流体体积，其配置成推动穿过系统的各种部件，从而提供清洁或其它动作。

框302的确定过程可以包括确定何时需要或推荐扫掠并且确定何时可进行扫掠。关于确定何时需要扫掠，系统可以被配置成监控系统的等效循环密度，并且如果等效循环密度过高(例如，高于预定值或阈值)，则可以要求扫掠。举例来说，可以确定系统接近破裂梯度或者可疑包装正在进行中。此外，系统可以在运行网筛和/或完井之前确定需要扫掠。

此外，框302的确定过程可以包括确定何时应执行扫掠操作。举例来说，可以监控等效循环密度窗口建模与期望的等效循环密度以确定可以执行扫掠操作。所述过程可以进一步包括确定在硬质钻柱钻井期间不应执行扫掠操作，其中高等效循环密度降低了钻头的重量和/或穿透速率。当确认丸剂混合和/或砂坑未满时，可以进行扫掠操作。

在框304处，系统确定将如何执行扫掠。所述系统可以确定扫掠的特性，包括丸剂特性、泵送速率、每分钟转数、钻柱的轴向移动、钻井功能障碍的管理和/或调整环形背压(管理压力钻井)。举例来说，系统可以确定丸剂的性质需求和/或大小。所述系统可以控制丸剂的混合和产生以控制或确定丸剂的粘度和/或其它性质，以使得丸剂可以自动定制到特定系统、钻孔和/或系统的其它问题或特性。

此外，系统可以计划在丸剂被部署到系统中时系统的驱动泵送速率。举例来说，当丸剂位于环形空间(开孔或闭孔)中时，当丸剂位于不同的孔倾斜处时、当丸剂处于不同孔横截面时和/或当丸剂将穿过涡轮机、钻孔马达和/或底部孔组件或其它井下工具的其它部件时，计算机系统可以确定丸剂在钻柱内时的泵送速率。

另外，在框304处，系统可以预先确定每分钟的驱动转数，例如当使用丸剂并且需要搅拌切屑时和/或将切屑保持在悬浮状态以实现有效的切屑移除时。此外，钻柱的轴向运动可以由系统预先确定，例如用于测量的铰孔深度分布和/或轴向速度分布。此外，如所指出，所述系统可以提供钻井功能障碍的管理、确定是否需要此种动作、是否存在粘附滑移或其它类型的功能障碍。

一旦确定需要扫掠(框302)以及应如何执行此种扫掠(框304)，则在框306处执行扫掠。丸剂的混合及其部署可以是自动化的或手动的。如果是手动的，系统将提供应执行扫掠的通知，并且可以进一步提供关于推荐的丸剂组成和/或建议动作和/或驱动参数的信息以进行扫掠/成丸操作。或者，系统可以自动致动并且执行扫掠/成丸操作。系统可以通过混合并且形成预定丸剂(在框304处界定)开始，并且接着可以控制系统的各种部件以将丸剂部署到钻柱中，接着通过系统驱动丸剂以执行扫掠操作。

还考虑了混合自动化和手动操作的各种配置，例如自动混合丸剂，但接着手动部署和控制系统。此外，可以结合本公开的实施方案使用不同的自动化水平。举例来说，自动咨询系统可以用于产生要呈现给钻井系统的操作员的推荐，可以使用自动闭环控制系统，并且启用自动系统，所述自动系统在没有直接人为控制的情况下操作。

在框308处，验证扫掠。在框308处执行的验证的各种部件可以在扫掠操作期间和/或在框306处执行的扫掠操作完成之后执行。验证可以用于识别清洁效率(例如，监控从钻孔中清除的钻屑分布)和/或用于在钻柱、井下工具和/或钻孔内的已识别的故障或问题区域处验证清洁或其它动作。

可以使用从钻柱、井下工具和/或钻孔中的一个或多个传感器收集的数据或位于钻孔表面或钻孔内的监控装置来执行验证。数据源定时可以实时地、以滞后时间实时地、和/或相对于偏移井和/或井的部分获得。可以将所获得的数据与偏移数据、建模数据和/或归零数据(例如，振动器上的切屑负载等)进行比较。

此外，框308处的验证可以包括各种参数监控。举例来说，可以监控等效循环密度，例如通过立管压力、井下压力传感器、等效循环密度分布和/或随着时间的推移(相对于丸剂位置处的孔的倾斜度和横截面)等。其它参数可以包括随时间而变的切屑体积(例如，在切屑捕集器处)和/或切屑与崩落体的定量识别(例如，使用相机或其它装置的形状识别)。此外，可以监控扭矩以验证扫掠，包括但不限于搅拌切屑的摩擦系数影响、清洁表面与切屑床的摩擦系数影响和/或搅拌切屑的浮力影响。

在框308处验证之后，可基于验证和/或扫掠操作来执行额外步骤。举例来说，在框308处从验证获得的信息可以用于在系统中做出进一步的决策。此种决策可以包括何时更换振动筛、确定是否需要第二或额外丸剂(有或没有丸剂特性变化)、识别钻井参数的限制(例如，最小流速、最小rpm、最大穿透速率(瞬时)、每个支架的平均值等)、确定系统应从孔中拉出、是否应执行铰孔，和/或是否应修改钻井泥浆。

来自框308处的验证的信息可以进一步用于定时，包括何时停止循环和/或何时丸剂已经通过底部孔组件。这种信息对于将丸剂放置在环形空间中的某个位置或钻井系统的循环系统中的其它位置是有价值的，例如将固定的酸性丸剂、联缀水泥和/或隔离液与水泥等一起放置。此外，验证信息可以用于识别搅拌切屑，包括位置和分布。

本领域技术人员将理解，可以进行类似于流程300的操作的操作调整以优化所述过程。举例来说，可以执行基于丸剂的位置调整泵送速率、每分钟转数、钻柱的轴向移动、钻井功能障碍、环形背压或钻井流体流动路径中的至少一者中的至少一者。调整可以配置成保持在给定的ECD压力窗口内、保持最小的孔清洁效率，或防止井下工具的损坏或不起作用中的至少一者。

此外，本领域技术人员将理解，可以结合流程300和/或与流程300一起执行额外和/或其它操作。举例来说，可以修改流程300以包括自动触发表面或近表面的动作决策，例如振动筛更换的时间、振动筛的选择、打开或关闭增压泵或连接到泥浆处理物流。

本文提供的实施方案使得能够在钻井或井下系统中执行自动扫掠操作。各种实施方案可以提供完全自动化的决策和执行配置，尽管本文启用了部分自动化系统。有利地，本文提供的实施方案可以使得在扫掠操作上花费更少的时间(例如，更少的非生产时间)、改进的丸剂操作(例如，更少的丸剂和/或更少的材料使用)，清洁可以最大化，识别和/或定位可以识别未从扫掠校正的问题，并且本文中提供一致性(即，可以提供类似的扫掠操作和/或优化扫掠操作)。

如上所述，本领域技术人员将理解，本文提供的自动扫掠操作可以用于清洁或用于其它目的。举例来说，本文提供的扫掠操作可用于丢失循环材料操作、应力笼、触发井下事件或动作(例如，球启动)，和/或在拉出孔之前进行清理。

以下阐述前述公开内容的一些实施方案：

实施方案1：一种用于在穿透地层的钻孔中自动执行扫掠操作的方法，所述方法包括：经由钻孔输送钻柱，所述钻柱具有位于其上的一个或多个传感器；确定应基于从所述一个或多个传感器获得的信息执行扫掠操作；基于从所述一个或多个传感器获得的信息确定待用于扫掠操作的丸剂的特性；根据所述所确定的特性制备丸剂；将所述丸剂部署到所述钻柱中并且将所述丸剂输送到所述钻柱中；以及当所述丸剂在所述钻柱内时监控所述扫掠操作并且验证所述扫掠操作，其中所述确定应执行扫掠操作、所述确定所述丸剂特性或所述制备所述丸剂中的至少一者是自动地执行。

实施方案2：实施方案1的方法，其中丸剂的特性包括丸剂的粘度、密度或大小中的至少一种。

实施方案3：前述实施方案中任一项的方法，进一步包括基于来自(i)所述一个或多个传感器(ii)来自带模型的传感器或(iii)模型中的至少一者的信息确定何时可以执行扫掠操作。

实施方案4：前述实施方案中任一项的方法，还包括当丸剂部署到钻柱中时控制泵送速率、每分钟转数、钻柱的轴向移动、钻井功能障碍或环形背压中的至少一者。

实施方案5：前述实施方案中任一项的方法，还包括用一个或多个传感器监控丸剂在钻柱内的位置。

实施方案6：前述实施方案中任一项的方法，还包括基于丸剂的位置调整泵送速率、每分钟转数、钻柱的轴向移动、钻井功能障碍、环形背压或钻井流体流动路径中的至少一者中的至少一者，所述调整被配置成保持在给定的ECD压力窗口内、保持最小的孔清洁效率或防止井下工具的损坏或不起作用中的至少一者。

实施方案7：前述实施方案中任一项的方法，还包括在确定应执行扫掠操作时提供通知。

实施方式8：根据前述实施方式中任一项所述的方法，还包括以下中的至少一者：拉出孔、铰孔、修改钻井泥浆、限制钻井参数、制备和部署另一个丸剂，或者基于验证来改变振动筛扫掠操作。

实施方案9：前述实施方案中任一项的方法，进一步包括经由钻孔输送丸剂并且在丸剂在钻孔内时监控扫掠操作。

实施方案10：前述实施方案中任一项的方法，其中将丸剂部署到钻柱中包括将丸剂部署在钻柱或钻孔中的一者内的静止位置处。

实施方案11：前述实施方案中任一项的方法，进一步包括自动触发表面或近表面的动作决策，例如振动筛更换的时间、振动筛的选择、打开或关闭增压泵，或连接到泥浆处理物流。

实施方案12：前述实施方案中任一项的方法，其中验证包括使用至少一个传感器来监控井下压力、温度、扭矩或切屑体积变化以验证扫掠操作。

实施方案13：一种用于在穿透地层的钻孔中自动执行扫掠操作的系统，所述系统包括：钻柱，所述钻柱被配置成经由钻孔输送；位于所述钻柱上的至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置成监控所述钻柱内的流体的特性；以及处理器，所述处理器被配置成执行扫掠操作，所述系统被配置成：基于从所述一个或多个传感器获得的信息确定应执行扫掠操作；基于从所述一个或多个传感器获得的信息确定待用于扫掠操作的丸剂的特性；根据所述所确定的特性制备丸剂；将所述丸剂部署到所述钻柱中并且将所述丸剂输送到所述钻柱中；以及当所述丸剂在所述钻柱内时监控所述扫掠操作并且验证所述扫掠操作，其中所述确定应执行扫掠操作、所述确定所述丸剂特性或所述制备所述丸剂中的至少一者是自动地执行。

实施方案14：实施方案13的系统，其中所述丸剂的特性包括所述丸剂的粘度、密度或大小中的至少一者。

实施方案15：根据前述实施方案中任一实施方案所述的系统，所述处理器还被配置成基于来自一个或多个传感器的信息确定何时可以执行扫掠操作。

实施方案16：根据前述实施方案中任一项所述的系统，所述处理器进一步配置成在所述丸剂部署到钻柱中时控制泵送速率、每分钟转数、所述钻柱的轴向移动、钻井功能障碍或环形背压中的至少一者。

实施方式17：根据前述实施方式中任一项所述的系统，所述处理器还被配置成利用所述一个或多个传感器监控所述丸剂在所述钻柱内的位置。

实施方案18：根据前述实施方案中任一实施方案所述的系统，所述处理器还被配置成在确定应执行扫掠操作时提供通知。

实施方案19：前述实施方案中任一项的系统，所述处理器进一步配置成通过所述钻孔输送所述丸剂并且在所述丸剂在所述钻孔内时监控所述扫掠操作。

实施方式20：根据前述实施方式中任一项所述的系统，所述处理器还被配置成将所述丸剂部署在所述钻柱或所述钻孔中的一者内的静止位置处。

本文描述的系统和方法提供各种优点。举例来说，本文提供的实施方案代表了扫掠/成丸的自动处理的显著进步。这样可以在钻井时减少非生产时间，并且提供可以完成生产的优质钻孔。

为了支持本文的教导，可以使用各种分析部件，包括数字和/或模拟系统。举例来说，如本文提供的和/或与本文描述的实施方案一起使用的控制器、计算机处理系统和/或地理转向系统可以包括数字和/或模拟系统。所述系统可以具有例如处理器、存储介质、存储器、输入、输出、通信链路(例如，有线、无线、光学或其它)、用户界面、软件程序、信号处理器(例如，数字或模拟)和其它的部件。这些部件(例如，例如电阻器、电容器、电感器等)以本领域公知的几种方式中的任何一种方式提供对本文所公开的装置和方法的操作和分析。认为这些教导可以但不是必须结合存储在非暂时性计算机可读介质上的一组计算机可执行指令来实现，包括存储器(例如，ROM、RAM)、光学(例如，CD-ROM)或磁性(例如，磁盘、硬盘驱动器)或在执行时使计算机实现本文所述的方法和/或过程的任何其它类型。除了本公开中描述的功能之外，这些指令还可以提供装置操作、控制、数据收集、分析以及系统设计者、所有者、用户或其它此类人员认为相关的其它功能。经处理的数据(例如，实现的方法的结果)可以作为信号经由处理器输出界面传输到信号接收装置。信号接收装置可以是用于将结果呈现给用户的显示监控器或打印机。替代地或另外地，信号接收装置可以是存储器或存储介质。应理解，将结果存储在存储器或存储介质中可以将存储器或存储介质从先前状态(即，不含有结果)变换为新状态(即，含有结果)。此外，在一些实施方案中，如果结果超过阈值，则可以从处理器向用户界面发送警报信号。

此外，可以包括各种其它部件并且要求它们用于提供本文教导的各方面。举例来说，可以包括传感器、发射器、接收器、收发器、天线、控制器、光学单元、电气单元和/或机电单元，以支持本文所论述的各个方面或支持超出本公开的其它功能。

已经用冠词“一”引入了实施方案的元件。这些冠词旨在表示存在一个或多个元件。术语“包括”和“具有”旨在是包括性的，使得可能存在除所列元件之外的其它元件。当与至少两个术语的列表一起使用时，连接词“或”旨在表示任何术语或术语组合。术语“配置”涉及装置执行装置所配置的功能或操作所需的装置的一个或多个结构限制。术语“第一”和“第二”不表示特定顺序，而是用于区分不同元件。

本文描绘的流程图仅是示例。在不脱离本公开的范围的情况下，可以对所述图或其中描述的步骤(或操作)进行许多变化。举例来说，可以以不同的顺序执行步骤，或者可以添加、删除或修改步骤。所有这些变化都被认为是本公开的一部分。

应认识到，各种部件或技术可提供某些必要或有益的功能或特性。因此，支持所附权利要求及其变型所需的这些功能和特性被认为是固有地包括在本文的教导的一部分和本公开的一部分中。

虽然已经参考各种实施方案描述了本文描述的实施方案，但应理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其元件。另外，在不脱离本公开的范围的情况下，将理解，许多修改使特定仪器、情况或材料适合于本公开的教导。因此，希望本公开不限于作为预期用于实现所描述的特性的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本公开将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施方案。

因此，本公开的实施方案不应被视为受前述描述的限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。

Claims (15)

1.一种用于在穿透地层(106a、106b)的钻孔(102、202)中自动执行扫掠操作的方法，所述方法包括：

经由钻孔(102、202)输送钻柱(104、204)，所述钻柱(104、204)具有位于其上的一个或多个传感器(226)；

确定应基于从所述一个或多个传感器(226)获得的信息执行扫掠操作；

基于从所述一个或多个传感器(226)获得的信息确定待用于扫掠操作的丸剂的特性；

根据所述所确定的特性制备丸剂；

将所述丸剂(224)部署到所述钻柱(104、204)中并且将所述丸剂(224)输送到所述钻柱(104、204)中；以及

当所述丸剂(224)在所述钻柱(104、204)内时监控所述扫掠操作并且验证所述扫掠操作，

其中所述确定应执行扫掠操作、所述确定所述丸剂(224)特性或所述制备所述丸剂(224)中的至少一者是自动地执行。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述丸剂(224)的所述特性包括所述丸剂(224)的粘度、密度或大小中的至少一者。

3.如前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：基于来自(i)所述一个或多个传感器(226)、(ii)来自所述传感器(226)的测量与模型的比较或(iii)模型中的至少一者的信息确定何时能够执行扫掠操作。

4.如前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：当所述丸剂(224)部署到所述钻柱(104、204)中时，控制所述钻柱(104、204)的泵送速率、每分钟转数、轴向移动中的至少一者、钻井功能障碍或环形背压。

5.如前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括利用所述一个或多个传感器(226)监控所述丸剂(224)在所述钻柱(104、204)内的位置。

6.如权利要求5所述的方法，所述方法还包括基于所述丸剂(224)的所述位置调整所述钻柱(104、204)的泵送速率、每分钟转数、轴向移动中的至少一者、钻井功能障碍、环形背压或钻井流体(118a、118b)流动路径中的至少一者，所述调整被配置成保持在给定ECD压力窗口内、维持最小的孔清洁效率或防止井下工具(108、208)的损坏或不起作用中的至少一者。

7.如前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：当确定应执行扫掠操作时，提供通知。

8.如前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括在所述丸剂(224)位于所述钻孔(102、202)内的同时经由所述钻孔(102、202)输送所述丸剂(224)并且监控所述扫掠操作。

9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述丸剂(224)部署到所述钻柱中包括将所述丸剂(224)部署在所述钻柱(104、204)或所述钻孔(102、202)中的一者内的静止位置处。

10.一种用于在穿透地层(106a、106b)的钻孔(102、202)中自动执行扫掠操作的系统，所述系统(100、200)包括：

钻柱(104、204)，所述钻柱被配置成经由钻孔(102、202)输送；

位于所述钻柱(104、204)上的至少一个传感器(226)，所述至少一个传感器被配置成监控所述钻柱(104、204)内的流体的特性；以及

处理器，所述处理器被配置成执行扫掠操作，所述系统(100、200)被配置成：

基于从所述一个或多个传感器(226)获得的信息确定应执行扫掠操作；

基于从所述一个或多个传感器(226)获得的信息确定待用于扫掠操作的丸剂的特性；

根据所述所确定的特性制备丸剂；

将所述丸剂(224)部署到所述钻柱(104、204)中，并且将所述丸剂(224)输送到所述钻柱(104、204)中；以及

当所述丸剂(224)位于所述钻柱(104、204)内时监控所述扫掠操作，并且验证所述扫掠操作，

其中所述确定应执行扫掠操作、所述确定所述丸剂(224)特性或所述制备所述丸剂(224)中的至少一者是自动地执行。

11.如权利要求10所述的系统(100、200)，所述处理器还被配置成基于来自所述一个或多个传感器(226)的信息确定何时能够执行扫掠操作。

12.如权利要求10至11中任一项所述的系统(100、200)，所述处理器还被配置成当所述丸剂(224)部署到所述钻柱(104、204)中时，控制所述钻柱(104、204)的泵送速率、每分钟转数、轴向移动中的至少一者、钻井功能障碍或环形背压。

13.如权利要求10至12中任一项所述的系统(100、200)，所述处理器还被配置成在确定应执行扫掠操作时提供通知。

14.如权利要求10至13中任一项所述的系统(100、200)，所述处理器还被配置成经由所述钻孔(102、202)输送所述丸剂(224)并且在所述丸剂(224)位于所述钻孔(102、202)内时监控所述扫掠操作。

15.如权利要求10至14中任一项所述的系统(100、200)，所述处理器还被配置成将所述丸剂(224)部署在所述钻柱(104、204)或所述钻孔(102、202)中的一者内的静止位置处。