CN111226021A - 包括用于钻井操作的智能自动清洁管道筛的系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于在钻井操作中清洁钻井流体的自动清洁系统，自动清洁系统包括控制器，该控制器构造成判定由第一压力传感器与第二压力传感器读取的压力之间的差高于预定阈值，并且至少部分打开第二管线上的入口阀，以将从第一管线引入的钻井流体转移到第二管线，并且关闭第一管线上的入口阀，以阻止钻井流体进入第一管线。

Description

包括用于钻井操作的智能自动清洁管道筛的系统及方法

技术领域

本发明总体上涉及钻井操作中的自动化，并且更具体地涉及用于在钻井操作中自动清洁钻井流体的方法及系统。

背景技术

在油气工业中，井下钻井操作可以钻取出进入地面延伸数千英尺的钻孔。使用被称为钻井泥浆的流体来帮助钻井。钻井泥浆循环通过钻井系统。泥浆泵用于从位于地面的泥浆罐泵送钻井泥浆。泥浆通过凯利软管和顶部驱动器被泵送。泥浆进一步通过钻柱或钻管被泵送到井底组件。当泥浆到达钻孔底部时，泥浆起到冷却和清洁钻头的作用。泥浆还拾取岩层切屑，并使岩层切屑向上循环通过钻柱与套管之间的环形空间，返回通过防喷器到达地面。此时，泥浆在返回到泥浆罐以开始再次被泵送到井下的过程之前通过泥浆振动筛被处理。

当泥浆循环通过该系统时，该系统可能拾取大量的碎屑，这可能影响泥浆的流动以及钻头和其它工具的操作。过滤筛组件可以安装在钻柱中，以帮助收集和过滤碎屑。井下过滤筛通常在定向钻井期间运行，并且通常安装在井底组件(BHA)顶部的钻头附近，因此在钻井期间不容易接近。为了去除或清理井下过滤筛，必须将整个钻柱从井眼中拉出。井下过滤筛通常采用凸缘，以被固定在钻柱的一部分中。凸缘需要从钻柱部分的母扣(box)端(即最上端)插入和去除现有的过滤筛。

另外，井下过滤筛在钻井操作期间容易损坏。如果过滤筛充满碎屑并且没有被适当地维护或清洁，则碎屑可能导致流体流的阻塞或潜在地被“冲走”。换句话说，由于在钻井操作期间的过量碎屑堆积或过量振动，过滤筛可能被剪断。破裂的过滤筛可能被钻井泥浆的流体流推动，并可能最终到达钻孔的底部，而损坏井底设备。虽然过滤筛在过滤钻井泥浆方面提供了益处，但由于例如安装、清洁和维护等因素带来的不便，钻井操作者通常不使用过滤筛。

地面管筛有时也用于过滤钻井泥浆。这些管筛被安装在钻机的在地面上方的钻柱中，并且管筛被设计成捕获比井下过滤筛更细的颗粒。然而，管筛通常不能建造得像井下过滤筛那样坚固，并且需要经常的维护。管筛通常安装在管段的母扣端，并使用凸缘保持在适当位置。地面管筛也需要经常维护。每次准备将新的钻管段添加到钻柱上时，必须将顶部驱动器与钻柱断开。在连接新的钻管段之前，必须从钻柱中的钻管的最顶部暴露段(即，母扣端)移除安装的地面管筛。在新的钻管段连接到钻柱之后，可以将地面管筛重新安装到新的钻管段的母扣端，并且可以将顶部驱动器与钻柱重新连接。如果在增加新的管段时忘记地面管筛，则地面管筛可能在钻柱中“丢失”，使得取回地面管筛困难且麻烦。此外，如果地面管筛被剪断，则地面管筛可能与碎屑一起卡在钻柱中的任何地方。

发明内容

因此，在钻井操作的这个领域中需要自动化，并且更具体地，需要用于在钻井操作中定期清洁钻井流体的自动清洁机构。

一个示例性实施例是一种用于在钻井操作中清洁钻井流体的自动清洁系统。所述自动清洁系统包括第一管线，第一管线包括构造成允许所述钻井流体流入所述第一管线的第一入口阀、构造成在入口点处测量所述第一管线中的所述钻井流体的第一压力的第一压力传感器、构造成在出口点处测量所述第一管线中的所述钻井流体的第二压力的第二压力传感器以及构造成允许所述钻井流体从所述第一管线流出的第一自动清洁阀。所述自动清洁系统还包括第二管线，第二管线包括构造成允许所述钻井流体流入所述第二管线的第二入口阀以及构造成允许所述钻井流体从所述第二管线流出的第二自动清洁阀。所述自动清洁系统还包括自动清洁泵，自动清洁泵经由自动清洁管线操作性地连接到所述第一自动清洁阀和所述第二自动清洁阀，所述自动清洁泵构造成从所述第一管线或所述第二管线接收所述钻井流体，并从所述钻井流体去除不需要的物质。所述自动清洁系统还包括控制器，控制器至少操作性地连接至所述第一入口阀、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述第一自动清洁阀、所述第二入口阀、所述第二自动清洁阀以及所述自动清洁泵，其中，所述控制器构造成：判定所述第二压力与所述第一压力之间的差高于预定阈值；至少部分打开所述第二入口阀，以将从所述第一管线引入的钻井流体转移到所述第二管线；以及关闭所述第一入口阀，以阻止所述钻井流体进入所述第一管线。

所述控制器还可以构造成至少部分打开所述第一自动清洁阀，以将所述第一管线中的所述钻井流体转移到所述自动清洁泵，以从所述钻井流体中去除不需要的物质。所述自动清洁系统还包括第三管线，第三管线包括两个或更多个阀以及两个或更多个自动清洁阀，所述两个或更多个阀构造成控制所述钻井流体流入和流出所述第三管线，并且所述两个或更多个自动清洁阀构造成允许所述钻井流体从所述第三管线流出，其中，所述自动清洁泵经由自动清洁管线操作性地连接到所述两个或更多个自动清洁阀，所述自动清洁泵构造成从所述第三管线接收所述钻井流体，并从所述钻井流体中去除不需要的物质。所述第二管线还包括第三压力传感器和第四压力传感器，所述第三压力传感器构造成在入口点处测量所述第二管线中的所述钻井流体的第三压力，并且所述第四压力传感器构造成在出口点处测量所述第二管线中的所述钻井流体的第四压力，其中，所述控制器操作性地连接到所述第三压力传感器、所述第四压力传感器以及所述第三管线的所述两个或更多个阀，其中，所述控制器构造成：判定所述第三压力与所述第四压力之间的差高于所述预定阈值；至少部分打开所述第三管线的入口阀，以将从所述第二管线引入的钻井流体转移到所述第三管线；并且关闭所述第二入口阀，以阻止所述钻井流体进入所述第二管线。

另一示例性实施例是一种用于在钻井操作中使用自动清洁系统清洁钻井流体的方法。所述方法包括利用安装在第一管线上的第一压力传感器在第一点处测量所述钻井流体的第一压力。所述方法还包括利用安装在所述第一管线上的第二压力传感器在第二点处测量所述钻井流体的第二压力，所述第一管线具有构造成允许所述钻井流体流入所述第一管线的第一入口阀以及构造成允许所述钻井流体从所述第一管线流出的第一自动清洁阀。所述方法还包括利用操作性地连接至所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述第一入口阀和所述第一自动清洁阀的控制器判定所述第二压力与所述第一压力之间的差高于预定阈值，至少部分打开第二入口阀，所述第二入口阀构造成允许所述钻井流体流入第二管线，并且利用所述控制器关闭所述第一入口阀，以阻止所述钻井流体进入所述第一管线。所述方法还包括所述控制器至少部分打开所述第一自动清洁阀，以将所述第一管线中的所述钻井流体转移到自动清洁泵，所述自动清洁泵经由自动清洁管线操作性地连接到所述第一自动清洁阀，以从所述钻井流体中去除不需要的物质。所述方法还包括利用所述自动清洁泵从所述第一管线接收所述钻井流体，以从所述钻井流体中去除不需要的物质。

另一示例性实施例是一种用于在钻井操作中清洁钻井流体的自动清洁系统。所述自动清洁系统包括第一管线，第一管线包括构造成允许所述钻井流体流入所述第一管线的第一入口阀、构造成在第一点处测量所述第一管线中的所述钻井流体的第一压力的第一压力传感器、构造成在第二点处测量所述第一管线中的所述钻井流体的第二压力的第二压力传感器以及构造成允许所述钻井流体从所述第一管线流出的第一自动清洁阀。所述自动清洁系统还包括第二管线，第二管线包括构造成允许所述钻井流体流入所述第二管线的第二入口阀以及构造成允许所述钻井流体从所述第二管线流出的第二自动清洁阀。所述自动清洁系统还包括自动清洁泵，自动清洁泵经由自动清洁管线操作性地连接到所述第一自动清洁阀和所述第二自动清洁阀，所述自动清洁泵构造成从所述第一管线或所述第二管线接收所述钻井流体，并从所述钻井流体去除不需要的物质。所述自动清洁系统还包括控制器，控制器至少操作性地连接至所述第一入口阀、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述第一自动清洁阀、所述第二入口阀、所述第二自动清洁阀以及所述自动清洁泵，其中，所述控制器构造成判定所述第二压力与所述第一压力之间的差高于预定阈值，至少部分打开所述第二入口阀，以将从所述第一管线引入的钻井流体转移到所述第二管线，并且关闭所述第一入口阀，以阻止所述钻井流体进入所述第一管线。所述控制器还可以构造成至少部分打开所述第一自动清洁阀，以将所述第一管线中的所述钻井流体转移到所述自动清洁泵，以从所述钻井流体中去除不需要的物质

附图说明

将通过参考在附图中示出的本发明的实施例来进行对以上简要概述的本发明的更具体描述，该方式使得能够获得并更详细地理解本发明的特征、优点和目的以及其它可能变得显而易见的方面，附图形成本说明书的一部分。然而，应注意的是，附图仅说明本发明的实例性实施例，且因此不应视为限制本发明的范围，因为本发明可以允许其它等效实施例。

图1是根据本发明的一个或多个示例性实施例的具有用于在钻井操作中清洁钻井流体的示例性自动清洁系统的钻机的示意图。

图2示出了根据本发明的一个或多个示例性实施例的用于在钻井操作中清洁钻井流体的示例性自动清洁系统。

图3示出了根据本发明的一个或多个示例性实施例的用于在钻井操作中自动清洁钻井流体的方法中的示例性操作。

具体实施方式

现在将在下文中参考示出了实施例的附图更全面地描述本发明的方法及系统。本发明的方法及系统可以是许多不同的形式，并且不应被解释为限于本文阐述的所示实施例；相反，提供这些实施例是为了使本发明是彻底和完整的，并且可以将本发明的范围完全传达给本领域的技术人员。相同的数字始终表示相同的元件。

现在转到附图，图1是根据本发明的一个或多个示例性实施例的钻机100的示意图，钻机100具有用于在钻井操作中清洁钻井流体的示例性自动清洁系统50。在钻井操作期间，钻井流体或钻井泥浆可以从立管20循环到振动器22，从振动器22循环到泥浆池24，从泥浆池24循环到泥浆泵26，并且从泥浆泵26循环回到立管或钻井20。如该图所示那样，自动清洁系统50可以安装在例如泥浆泵26与钻机的立管20之间或泥浆池24与泥浆泵26之间。每个钻井设备均可以经由能输送用于执行钻井操作的钻井流体的管线28而互连。

图2更详细地示出了根据本发明的一个或多个示例性实施例的自动清洁系统50。系统50可以包括三个主管线60、62和64以及旁路管线66。管线60、62、64和66中的每一个管线可以配备有一个或多个高关闭比(HCR)阀，以控制钻井流体流入和流出相应的管线。例如，管线60可以具有入口阀3和出口阀4。类似的是，管线62可以具有入口阀2和出口阀5。类似的是，管线64可以具有入口阀1和出口阀6。旁路管线66可以配备有阀7，以控制该管线66中的钻井流体的流动。

主管线60、62和64也可以配备有一个或多个压力计或传感器14至19，以在不同位置处测量这些管线中的每个管线中的钻井流体的压力。例如，压力传感器14可以在入口处测量管线60的钻井流体的压力，并且压力传感器17可以在出口处测量管线60的钻井流体的压力。类似的是，压力传感器15可以在入口处测量管线62的钻井流体的压力，并且压力传感器18可以在出口处测量管线62的钻井流体的压力。类似的是，压力传感器16可以在入口处测量管线64的钻井流体的压力，并且压力传感器19可以在出口处测量管线64的钻井流体的压力。压力传感器14至19用作换能器，并产生作为施加的压力的函数的信号。压力传感器14至19可以包括任何类型的压力传感器，包括但不限于绝对压力传感器、表压传感器、真空压力传感器、差压传感器和密封压力传感器。压力传感器中的换能器可以包括压阻应变计、电容传感器、电磁传感器、光学传感器、电位传感器、谐振传感器、热传感器或电离传感器。

主管线60、62和64也可以经由自动清洁管线68连接到自动清洁泵58。主管线60、62和64中的每一个主管线可以配备有一个或多个自动清洁阀8至13，以控制钻井流体从相应的管线流出。例如，主管线60可以在管线的入口处配备有自动清洁阀8，并且在管线60的出口处配备有自动清洁阀11。类似的是，主管线62可以在管线的入口处配备有自动清洁阀9，并且在管线62的出口处配备有自动清洁阀12。类似的是，主管线64可以在管线的入口处配备有自动清洁阀10，并且在管线64的出口处配备有自动清洁阀13。这些阀中的每一个阀可以允许钻井流体离开相应的管线，并进入自动清洁管线68，以抽吸到自动清洁泵58。自动清洁泵58可以构造成接收钻井泥浆，并从钻井泥浆中去除任何不需要的物质。不需要的物质可以包括可能影响钻井操作的性能的碎屑和/或地层卵石。

阀1至7、自动清洁阀8至13、压力计或传感器14至19以及自动清洁泵58都可以经由线路54操作性地连接到控制器52，以控制它们的操作。控制器52可以是可编程逻辑控制器(PLC)或可以包括数字计算机或一个或多个处理器的可编程控制器52。控制器52可以设计用于数字和模拟输入和输出的多种布置、扩展的温度范围、对电噪声的抗扰性以及对振动和冲击的抵抗性。根据一个示例性实施例，控制机器操作的程序通常可以被存储在电池备份或非易失性存储器中。控制器52可以以从继电器导出梯形逻辑到编程语言等各种方式编程，例如BASIC和C的特别适配的语言。另一示例方法是状态逻辑，状态逻辑是设计用于基于状态转移图对PLC进行编程的非常高级的编程语言。

在一个示例性实施例中，管线60可以是激活的，并且系统50自动地保持阀3和4打开。在该情况下，可以关闭阀1、2、5、6、7、8和11，使得流动可以穿过管线60。然而，当控制器52判定传感器14与传感器17之间的压力读数的压力差大于预定阈值时，控制器52使系统从管线60切换到管线62。这样做时，控制器52至少部分打开阀2和5，并且可以关闭阀1、3、4、6、7、9和12，使得流动可以穿过管线62。在一个示例性实施例中，可以通过自动关闭阀3、4、9、10、12和13，并打开阀8和11来冲洗管线60，并且打开自动清洁泵，从而可以自动清洁管线60内的管道过滤器。

在另一实例中，当控制器52判定传感器15与传感器18之间的压力读数的压力差大于预定阈值时，控制器52使系统从管线62切换到管线64。这样做时，控制器52至少部分打开阀1和6，并且可以关闭阀2、3、4、5、7、10和13，使得流动可以穿过管线64。在一个实施例中，为了冲洗管线62，可以自动关闭阀2、5、8、10、11和13，阀9和12可以打开，并且可以打开自动清洁泵，从而可以自动清洁管线62内的管道过滤器。

在另一实例中，当控制器52判定传感器16与传感器19之间的压力读数的压力差大于预定阈值时，控制器52使系统从管线64切换回到管线60。这样做时，控制器52至少部分打开阀3和4，并且可以关闭阀1、2、5、6、7、8和11，使得流动可以穿过管线60。类似的是，为了冲洗管线64，可以自动关闭阀1、6、8、9、11和12，可以打开阀10和13，并且可以打开自动清洁泵，从而可以自动清洁管线64内部的管道过滤器。虽然上述实例示出了钻井流体从管线60到管线62、从管线62到管线64以及从管线64到管线60的转换，但这种转换仅是为了说明的目的。实际转换次序可以取决于管线的可用性(即，特定管线是否被完全冲洗)而变化。如果系统没有使用管线60至64，则可以通过关闭阀1、2、3、4、5和6，并打开阀7来启动旁路管线66，从而可以将流动直接引导至管线66。

如图2所示，根据一个示例性实施例，自动清洁系统50包括位于三个独立管线处的三个管筛的系统，并且可以位于泥浆泵与立管之间。系统50可以使用单独的压力监测进行电子监测，并且每次可以使泥浆通过一条管线，而另外两条管线作为备用管线工作。由于安装在每条管线中的压力计，系统能够在更换过滤筛时向钻井者传递清楚的信息，并且信息例如可以经由监视控制(提供实时日志)被传递到钻台。所述自动清洁系统50使用闭环系统，而无需使钻机工作人员暴露于从孔出来的任何金属件。系统50能够在钻井时实时收集样品而不必阻止钻井操作。

系统50可以安装在泥浆泵与立管之间，并且可以帮助防止定向钻井工具被碎屑或地层卵石堵塞或损坏。信号可以被发送到具有监视器或人机接口(HMI)的PLC 52以进行分析和报警，并且还可以操作致动阀，以将抽吸引入部切换/转换到备用抽吸部直到解决问题为止。

因此，一个示例性实施例是用于在钻井操作中清洁钻井流体的自动清洁系统50。自动清洁系统50包括第一管线60，第一管线60包括构造成允许钻井流体流入第一管线60的第一入口阀3、构造成在入口点处测量第一管线60中的钻井流体的第一压力的第一压力传感器14、构造成在出口点处测量第一管线60中的钻井流体的第二压力的第二压力传感器17以及构造成允许钻井流体从第一管线60流出的第一自动清洁阀8。自动清洁系统50还包括第二管线62，第二管线62包括构造成允许钻井流体流入第二管线62的第二入口阀2以及构造成允许钻井流体从第二管线62流出的第二自动清洁阀9。自动清洁系统50还包括自动清洁泵58，自动清洁泵58经由自动清洁管线68操作性地连接到第一自动清洁阀8和第二自动清洁阀9。自动清洁泵58构造成从第一管线60或第二管线62接收钻井流体，并从钻井流体中去除不需要的物质。自动清洁系统50还包括控制器52，控制器52至少操作性地连接到第一入口阀3、第一压力传感器14、第二压力传感器17、第一自动清洁阀8、第二入口阀2、第二自动清洁阀9和自动清洁泵58。控制器58可以构造成判定第二压力与第一压力之间的差高于预定阈值，至少部分打开第二入口阀2，以将从第一管线60引入的钻井流体转移到第二管线62，并且关闭第一入口阀3和出口阀4，以阻止钻井流体进入第一管线60。控制器还可构造成至少部分打开自动清洁阀11和8，以将第一管线60中的钻井流体转移到自动清洁泵58，以从钻井流体中去除不需要的物质。当这种情况发生时，流体从阀11流出，并进入阀8，从而反向冲洗管线60。这也可以应用于能连接到自动清洁泵58的其它阀。

自动清洁系统50还包括第三管线64，第三管线64包括两个或更多个阀1和6以及两个或更多个自动清洁阀10和13，阀1和6构造成控制钻井流体流入和流出第三管线64，并且自动清洁阀10和13构造成允许钻井流体从第三管线64流出。自动清洁泵58可以经由自动清洁管线68操作性地连接到两个或更多个自动清洁阀10和13，并且可以构造成从第三管线64接收钻井流体，并从钻井流体中去除不需要的物质。第二管线62还可以包括构造成在入口点处测量第二管线62中的钻井流体的第三压力的第三压力传感器15、以及构造成在出口点处测量第二管线62中的钻井流体的第四压力的第四压力传感器18。控制器52可以操作性地连接到第三压力传感器15、第四压力传感器18和第三管线的两个或更多个阀1和6。控制器52可以构造成判定第三压力与第四压力之间的差高于预定阈值，至少部分打开第三管线64的入口阀1，以将从第二管线62引入的钻井流体转移到第三管线64，并且关闭第二入口阀2，以阻止钻井流体进入第二管线62。

在一个示例性实施例中，自动清洁系统50还可以包括人机界面(未示出)，该人机界面可以连接到控制器52，以显示警报消息，并接收来自操作员的指令。控制器52可以根据从操作者接收的输入来启动或停用阀1至13中的任一个阀。短语“至少部分打开阀”是指至少部分打开阀的操作。例如，可以在某个时间点部分打开或完全打开阀。如本文所述，短语“至少部分打开”涵盖可以部分或完全打开阀的两种情形。

图3示出了根据本发明的一个或多个示例性实施例的用于在钻井操作中自动清洁钻井流体的方法300中的示例性操作。为了简化说明，本文公开的示例方法被呈现和描述为一系列框(例如，每个框表示方法中的动作或操作)。然而，应当理解和明白的是，所公开的方法不受框和相关联的动作或操作的顺序的限制，因为一些框可以按与本文中示出和描述的顺序不同的顺序发生和/或与其他框同时发生。例如，根据本发明的各种方法(或过程或技术)可以替代地表示为一系列相互关联的状态或事件，诸如在状态图中。此外，并非所有示出的框以及相关联的动作都是实现根据本发明的一个或多个方面的方法所必需的。此外，所公开的方法或过程中的两个或更多个可以彼此组合地实现，以实现本文描述的一个或多个特征或优点。

方法300包括在步骤302处利用安装在第一管线上的第一压力传感器在第一点处测量钻井流体的第一压力。第一点可以是例如第一管线上的入口点。该方法还包括在步骤304处利用安装在第一管线上的第二压力传感器在第二点处测量钻井流体的第二压力。第二点可以是例如第一管线上的出口点。第一管线可以包括第一入口阀和第一自动清洁阀，第一入口阀构造成允许钻井流体流入第一管线，并且第一自动清洁阀构造成允许钻井流体从第一管线流出。方法300还包括在步骤306处利用操作性地连接至第一压力传感器、第二压力传感器、第一入口阀和第一自动清洁阀的控制器判定第二压力与第一压力之间的差高于预定阈值。在步骤308处，控制器至少部分打开构造成允许钻井流体流入第二管线的第二入口阀，并且在步骤310处，控制器关闭第一入口阀，以阻止钻井流体进入第一管线。该方法还包括在步骤312处控制器至少部分打开第一自动清洁阀，以将第一管线中的钻井流体转移到自动清洁泵，该自动清洁泵经由自动清洁管线操作性地连接到第一自动清洁阀，以从钻井流体中去除不需要的物质。该方法还可以包括利用自动清洁泵从第一管线接收钻井流体，以从钻井流体中去除不需要的物质。

在一个示例性实施例中，该方法可以包括提供第三管线，第三管线包括两个或更多个阀以及两个或更多个自动清洁阀，该两个或更多个阀构造成控制钻井流体流入和流出第三管线，并且该两个或更多个自动清洁阀构造成允许钻井流体从第三管线流出。该方法还可以包括将自动清洁泵经由自动清洁管线连接到两个或更多个自动清洁阀，其中，自动清洁泵构造成从第三管线接收钻井流体，并从钻井流体中去除不需要的物质。该方法还可以包括提供第三压力传感器，该第三压力传感器构造成在入口点处测量第二管线中的钻井流体的第三压力；提供第四压力传感器，该第四压力传感器构造成在出口点处测量第二管线中的钻井流体的第四压力；以及将控制器连接到第三压力传感器、第四压力传感器、第三管线的上述两个或更多个阀。在该示例性实施例中，控制器可以构造成判定第三压力与第四压力之间的差高于预定阈值，至少部分打开第三管线的入口阀，以将从第二管线引入的钻井流体转移到第三管线，并且关闭第二入口阀，以阻止钻井流体进入第二管线。作为选择，该方法可以包括经由由连接到控制器的第三阀控制的旁路管线绕过自动清洁系统。

包括发明内容、附图说明和具体实施方式的说明书以及所附权利要求涉及本发明的特定特征(包括过程或方法步骤)。本领域的技术人员应理解的是，本发明包括说明书中描述的特定特征的所有可能的组合和使用。本领域的技术人员应理解的是，本发明不限于说明书中给出的实施例的描述或不受其限制。

本领域技术人员还应理解的是，用于描述特定实施例的术语不限制本发明的范围或广度。在解释说明书和所附权利要求时，所有术语应当以与每个术语的上下文一致的最宽的可能方式来解释。除非另有定义，否则说明书和所附权利要求书中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。

如在说明书和所附权利要求中所使用的那样，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用物，除非上下文另有明确指示。动词“包括”及其变形形式应当被解释为以非排他的方式指代元件、部件或步骤。所引用的元件、部件或步骤可以与未明确引用的其它元件、部件或步骤一起存在、使用或组合。动词“操作性地连接”及其变形形式意味着完成任何类型的所需连接，包括电、机械或流体连接，以在两个或多个先前未连接的物体之间形成连接。如果第一部件操作性地连接到第二部件，则连接可以直接发生或通过共用连接器发生。“可选地”及其各种形式是指随后描述的事件或情况可以发生或可以不发生。该描述包括事件或情况发生的实例和事件或情况不发生的实例。

除非另外具体说明或者在所使用的上下文内以其他方式理解，否则例如“能够”、“可能”或“可以”等条件语言一般旨在传达某些实现可以包括而其他实现不包括某些特征、元素和/或操作。因此，这样的条件语言一般不旨在暗示特征、元素和/或操作以任何方式对于一个或多个实现是需要的，或者一个或多个实现必须包括用于在有或没有用户输入或提示的情况下决定这些特征、元素和/或操作是否被包括在任何特定实现中或者是否要在任何特定实现中执行的逻辑。

因此，本文所述的系统和方法非常适于实现所述目的并获得所提及的结果和优点以及其中固有的其它结果和优点。虽然为了公开的目的已经给出了系统和方法的示例性实施例，但是在用于实现期望结果的过程的细节中存在许多改变。这些和其它类似的修改对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且旨在包括在本文公开的系统和方法的精神以及所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于在钻井操作中清洁钻井流体的自动清洁系统，所述自动清洁系统包括：

第一管线，其包括构造成允许所述钻井流体流入所述第一管线的第一入口阀、构造成在入口点处测量所述第一管线中的所述钻井流体的第一压力的第一压力传感器、构造成在出口点处测量所述第一管线中的所述钻井流体的第二压力的第二压力传感器、以及构造成允许所述钻井流体从所述第一管线流出的第一自动清洁阀；

第二管线，其包括构造成允许所述钻井流体流入所述第二管线的第二入口阀、以及构造成允许所述钻井流体从所述第二管线流出的第二自动清洁阀；

自动清洁泵，其经由自动清洁管线操作性地连接到所述第一自动清洁阀和所述第二自动清洁阀，所述自动清洁泵构造成从所述第一管线或所述第二管线接收所述钻井流体，并从所述钻井流体去除不需要的物质；以及

控制器，其至少操作性地连接至所述第一入口阀、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述第一自动清洁阀、所述第二入口阀、所述第二自动清洁阀以及所述自动清洁泵，其中，所述控制器构造成：

判定所述第二压力与所述第一压力之间的差高于预定阈值；

至少部分打开所述第二入口阀，以将从所述第一管线引入的钻井流体转移到所述第二管线；以及

关闭所述第一入口阀，以阻止所述钻井流体进入所述第一管线。

2.根据权利要求1所述的自动清洁系统，其中，所述控制器还构造成至少部分打开所述第一自动清洁阀，以将所述第一管线中的所述钻井流体转移到所述自动清洁泵，以从所述钻井流体中去除不需要的物质。

3.根据前述权利要求中任一项所述的自动清洁系统，还包括：

第三管线，其包括两个或更多个阀以及两个或更多个自动清洁阀，所述两个或更多个阀构造成控制所述钻井流体流入和流出所述第三管线，并且所述两个或更多个自动清洁阀构造成允许所述钻井流体从所述第三管线流出，其中，所述自动清洁泵经由自动清洁管线操作性地连接到所述两个或更多个自动清洁阀，所述自动清洁泵构造成从所述第三管线接收所述钻井流体，并从所述钻井流体中去除不需要的物质。

4.根据权利要求3所述的自动清洁系统，其中，所述第二管线还包括第三压力传感器和第四压力传感器，所述第三压力传感器构造成在入口点处测量所述第二管线中的所述钻井流体的第三压力，并且所述第四压力传感器构造成在出口点处测量所述第二管线中的所述钻井流体的第四压力，其中，所述控制器操作性地连接到所述第三压力传感器、所述第四压力传感器以及所述第三管线的所述两个或更多个阀，其中，所述控制器构造成：

判定所述第三压力与所述第四压力之间的差高于所述预定阈值；

至少部分打开所述第三管线的入口阀，以将从所述第二管线引入的钻井流体转移到所述第三管线；并且

关闭所述第二入口阀，以阻止所述钻井流体进入所述第二管线。

5.根据前述权利要求中任一项所述的自动清洁系统，其中，所述第一入口阀和所述第二入口阀包括高关闭比或液压控制远程(HCR)阀。

6.根据前述权利要求中任一项所述的自动清洁系统，还包括：

旁路管线，其由连接到所述控制器的专用旁路阀控制，所述专用旁路阀构造成允许所述钻井流体绕过所述自动清洁系统。

7.根据前述权利要求中任一项所述的自动清洁系统，其中，所述不需要的物质包括碎屑和地层卵石中的至少一者。

8.根据权利要求4所述的自动清洁系统，还包括：

人机界面，其操作性地连接到所述控制器，从而当所述钻井流体从所述第一管线切换到所述第二管线时显示警报消息，并且接收来自操作者的指令。

9.根据前述权利要求中任一项所述的自动清洁系统，其中，所述自动清洁系统安装在泥浆泵与所述钻机的立管之间。

10.一种用于在钻井操作中使用自动清洁系统清洁钻井流体的方法，所述方法包括：

利用安装在第一管线上的第一压力传感器在第一点处测量所述钻井流体的第一压力；

利用安装在所述第一管线上的第二压力传感器在第二点处测量所述钻井流体的第二压力，所述第一管线具有构造成允许所述钻井流体流入所述第一管线的第一入口阀、以及构造成允许所述钻井流体从所述第一管线流出的第一自动清洁阀；

利用操作性地连接至所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述第一入口阀和所述第一自动清洁阀的控制器判定所述第二压力与所述第一压力之间的差高于预定阈值；

至少部分打开第二入口阀，所述第二入口阀构造成允许所述钻井流体流入第二管线；以及

利用所述控制器关闭所述第一入口阀，以阻止所述钻井流体进入所述第一管线。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

所述控制器至少部分打开所述第一自动清洁阀，以将所述第一管线中的所述钻井流体转移到自动清洁泵，所述自动清洁泵经由自动清洁管线操作性地连接到所述第一自动清洁阀，以从所述钻井流体中去除不需要的物质。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

利用所述自动清洁泵从所述第一管线接收所述钻井流体，以从所述钻井流体中去除不需要的物质。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，还包括：

提供第三管线，所述第三管线包括两个或更多个阀以及两个或更多个自动清洁阀，所述两个或更多个阀构造成控制所述钻井流体流入和流出所述第三管线，并且所述两个或更多个自动清洁阀构造成允许所述钻井流体从所述第三管线流出；

将所述自动清洁泵经由自动清洁管线连接到所述两个或更多个自动清洁阀，其中，所述自动清洁泵构造成从所述第三管线接收所述钻井流体，并从所述钻井流体中去除不需要的物质。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

提供第三压力传感器，所述第三压力传感器构造成在入口点处测量所述第二管线中的所述钻井流体的第三压力；

提供第四压力传感器，所述第四压力传感器构造成在出口点处测量所述第二管线中的所述钻井流体的第四压力；

将所述控制器连接到所述第三压力传感器、所述第四压力传感器、所述第三管线的所述两个或更多个阀，其中，所述控制器构造成：

判定所述第三压力与所述第四压力之间的差高于所述预定阈值；

至少部分打开所述第三管线的入口阀，以将从所述第二管线引入的钻井流体转移到所述第三管线；并且

关闭所述第二入口阀，以阻止所述钻井流体进入所述第二管线。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其中，所述第一入口阀和所述第二入口阀包括高关闭比或液压控制远程(HCR)阀。

16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，还包括：

经由由连接到所述控制器的第三阀控制的旁路管线绕过所述自动清洁系统。

17.根据权利要求10至16中任一项所述的方法，还包括：

在操作性地连接到所述控制器的人机界面上显示警报消息并且接收来自操作者的指令。

18.根据权利要求10至17中任一项所述的方法，还包括：

将所述自动清洁系统安装在泥浆泵与所述钻机的立管之间。

19.一种用于在钻井操作中清洁钻井流体的自动清洁系统，所述自动清洁系统包括：

第一管线，其包括构造成允许所述钻井流体流入所述第一管线的第一入口阀、构造成在第一点处测量所述第一管线中的所述钻井流体的第一压力的第一压力传感器、构造成在第二点处测量所述第一管线中的所述钻井流体的第二压力的第二压力传感器、以及构造成允许所述钻井流体从所述第一管线流出的第一自动清洁阀；

第二管线，其包括构造成允许所述钻井流体流入所述第二管线的第二入口阀、以及构造成允许所述钻井流体从所述第二管线流出的第二自动清洁阀；

自动清洁泵，其经由自动清洁管线操作性地连接到所述第一自动清洁阀和所述第二自动清洁阀，所述自动清洁泵构造成从所述第一管线或所述第二管线接收所述钻井流体，并从所述钻井流体去除不需要的物质；以及

控制器，其至少操作性地连接至所述第一入口阀、所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述第一自动清洁阀、所述第二入口阀、所述第二自动清洁阀以及所述自动清洁泵，其中，所述控制器构造成：

判定所述第二压力与所述第一压力之间的差高于预定阈值；

至少部分打开所述第二入口阀，以将从所述第一管线引入的钻井流体转移到所述第二管线；并且

关闭所述第一入口阀，以阻止所述钻井流体进入所述第一管线。

20.根据权利要求19所述的自动清洁系统，其中，所述控制器还构造成至少部分打开所述第一自动清洁阀，以将所述第一管线中的所述钻井流体转移到所述自动清洁泵，以从所述钻井流体中去除不需要的物质。

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