CN112219009B - 用于选择井筒钻井流体堵漏材料的智能系统 - Google Patents

用于选择井筒钻井流体堵漏材料的智能系统 Download PDF

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Abstract

一种用于循环LCM的智能系统可以实施一种方法。当正在地质地层中钻井筒时，接收用于识别对井筒进行钻进的井筒钻进系统的井筒钻进条件的钻井参数。井筒钻进系统使包括不同粒度分布的微粒的井筒钻井流体流动。微粒用作LCM以减少井筒钻井流体在地质地层中的漏失。接收流动通过井筒钻进系统的多个不同的井筒流体流动路径的井筒钻井流体中的微粒的粒度分布。粒度分布表示井筒钻井流体中微粒的浓度。部分地基于接收到的钻井参数和接收到的微粒的粒度分布来控制一些微粒到井筒钻井流体中的释放。

Description

用于选择井筒钻井流体堵漏材料的智能系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年4月24日提交的美国专利申请第15/961,500号的优先权，该美国专利申请的全部内容由此通过引用并入本文中。
技术领域
本公开涉及井筒钻进。
背景技术
为了将井筒形成到地质地层中，钻头穿过地质地层钻出一路径。在钻井过程期间，钻井流体被循环以冷却和润滑钻头、移除地层的粉碎物(也称为“钻屑”)，并保持储层上的静态压力。在一些情况下，在钻井过程期间，可能会遇到高漏失层带。高漏失层带是钻井循环流体从井筒漏失到地质地层的层带。循环流体可能是高成本的，并且通常被连续地再循环通过井筒。当循环流体在高漏失层带中漏失到地质地层时，通常会以高昂的成本添加更多的循环流体。另外，流体的漏失减小了地质地层上的静态压力。这样的压力损失可能导致“井涌”或烃从井筒的加压释放。当遇到高漏失地层时，可以将漏失控制材料添加到钻井循环流体以堵塞高漏失层带。漏失控制材料能够通过被滞留在位于井筒的壁中的孔和裂缝内而堵塞高漏失层带。
发明内容
本说明书描述了与用于选择井筒钻井流体堵漏材料的智能系统有关的技术。
在本公开中描述的主题的一些方面可以被实施为一种井筒钻进系统。该系统包括多个粒度分布分析仪(PSD)、联接到多个PSD的微粒储存器、以及联接到所述多个PSD和所述微粒储存器的处理系统。每个PSD都被配置成确定循环通过井筒钻进系统的井筒钻井流体中的微粒的粒度分布。每个PSD都联接到相应的井筒钻井流体流动路径。微粒包括堵漏材料(LCM)，该堵漏材料被配置成减少井筒钻井流体到正在其中钻进所述井筒的地质地层中的漏失。微粒储存器被配置成承载具有不同物理性质的微粒，并将一些微粒释放到井筒钻进系统的钻井流体罐中以与循环通过钻井流体罐的井筒钻井流体混合。处理系统被配置成在钻进井筒时执行操作。处理系统接收用于识别所述井筒钻进系统的井筒钻进条件的钻井参数。处理系统从多个PSD接收井筒钻井流体中的微粒的粒度分布。处理系统部分地基于接收到的钻井参数和接收到的微粒的粒度分布来控制微粒储存器以将一些微粒释放到钻井流体罐中。
在可与任何其他方面结合的一些方面中，多个PSD可以包括联接到三个相应的井筒钻井流体流动路径的三个PSD。第一路径位于钻井流体泵和钻机之间。第二路径位于钻机和振动器系统之间。第三路径位于振动器系统和钻井流体罐之间。
在可与任何其他方面结合的一些方面中，微粒储存器包括容纳第一粒度分布的微粒的细微粒储存器、容纳大于第一粒度分布的第二粒度分布的微粒的中等微粒储存器、和容纳大于第二粒度分布的第三粒度分布的微粒的粗微粒储存器。每个微粒储存器都联接到钻井流体罐。第一微粒储存器被配置成响应于来自处理系统的第一控制信号而将一定量的第一粒度分布的微粒释放到钻井流体罐中。中等微粒储存器被配置成响应于来自处理系统的第二控制信号而将一定量的第二粒度分布的微粒释放到钻井流体罐中。第三微粒储存器被配置成响应于来自处理系统的第三控制信号而将一定量的第三粒度分布的微粒释放到钻井流体罐中。
在可与任何其他方面结合的一些方面中，每个粒度分布分析仪都被配置成确定在井筒钻进期间循环通过相应的井筒钻井流体流动路径的井筒钻井流体中的微粒的粒度分布。
在可与任何其他方面结合的一些方面中，井筒钻井流体中的微粒的浓度在井筒钻进操作期间减小。处理系统被配置成执行操作，所述操作包括：基于接收到的钻井参数和接收到的微粒的粒度分布来确定待添加到井筒钻井流体中的微粒的量，从而将微粒的浓度增加到足以减少井筒钻井流体到正在其中钻进所述井筒的地质地层中的漏失的水平。
在可与任何其他方面结合的一些方面中，处理系统被配置成执行包括以下所述的操作：在井筒钻进操作期间，周期性地提供井筒钻井流体中的微粒浓度作为输出。
在可与任何其他方面结合的一些方面中，微粒的不同物理性质包括在1微米至2000微米之间的范围内的粒度。
本文描述的主题的一些方面可以被实施为一种方法。当正在地质地层中钻井筒时，接收用于识别对井筒进行钻进的井筒钻进系统的井筒钻进条件的钻井参数。井筒钻进系统使包括不同粒度分布的微粒的井筒钻井流体流动。微粒用作LCM以减少井筒钻井流体在地质地层中的漏失。接收流动通过井筒钻进系统的多个不同的井筒流体流动路径的井筒钻井流体中的微粒的粒度分布。粒度分布表示井筒钻井流体中的微粒的浓度。部分地基于接收到的钻井参数和接收到的微粒的粒度分布来控制一些微粒到井筒钻井流体中的释放。
在可与任何其他方面结合的一些方面中，钻井参数包括钻头的钻进速率、通过井筒的井筒钻井流体的流量、以及井筒钻井流体在正在其中钻进所述井筒的地质地层中的漏失率。
在可与任何其他方面结合的一些方面中，井筒钻井流体中的微粒的浓度在井筒钻进操作期间减小。基于接收到的钻井参数和接收到的微粒的粒度分布来确定待添加到井筒钻井流体中的微粒的量，从而将微粒的浓度增加到足以减少井筒钻井流体到正在其中钻进所述井筒的地质地层中的漏失的水平。
在可与任何其他方面结合的一些方面中，在井筒钻进操作期间，周期性地提供井筒钻井流体中的微粒的浓度作为输出。
在可与任何其他方面结合的一些方面中，一些微粒包括第一粒度分布的微粒、大于第一粒度分布的第二粒度分布的微粒、和大于第二粒度分布的第三粒度分布的微粒中的一种或更多种。
本文描述的主题的一些方面可以被实施为一种井筒钻进系统。钻井流体罐被配置成承载井筒钻井流体。井筒泵被配置成在井筒钻进操作期间泵送井筒钻井流体。井筒钻机被配置成支撑井筒钻进设备，该井筒钻进设备被配置成在井筒钻进操作期间在地质地层中对井筒进行钻进。振动器系统被配置成在井筒钻进操作期间移除由井筒钻井流体携带的钻屑。该系统包括多个PSD，每个PSD都被配置成确定循环通过井筒钻进系统的井筒钻井流体中的微粒的粒度分布。每个PSD都联接到相应的井筒钻井流体流动路径，其中井筒钻井流体流动通过该井筒钻井流体流动路径。微粒包括LCM，该LCM被配置成减少井筒钻井流体到正在其中钻进所述井筒的地质地层中的漏失。系统联接到多个PSD。处理系统被配置成在钻井筒时执行操作。处理系统接收用于识别所述井筒钻进系统的井筒钻进条件的钻井参数。处理系统被配置成从多个PSD接收井筒钻井流体中的微粒的粒度分布。处理系统被配置成部分地基于接收到的钻井参数和接收到的微粒的粒度分布而将一些微粒释放到钻井流体罐中。
在可与任何其他方面结合的一些方面中，多个PSD可以包括联接到三个相应的井筒钻井流体流动路径的三个PSD。第一路径位于钻井流体泵和钻机之间。第二路径位于钻机和振动器系统之间。第三路径位于振动器系统和钻井流体罐之间。
在可与任何其他方面结合的一些方面中，微粒储存器包括容纳第一粒度分布的微粒的细微粒储存器、容纳大于第一粒度分布的第二粒度分布的微粒的中等微粒储存器、和容纳大于第二粒度分布的第三粒度分布的微粒的粗微粒储存器。每个微粒储存器都联接到钻井流体罐。第一微粒储存器被配置成响应于来自处理系统的第一控制信号而将一定量的第一粒度分布的微粒释放到钻井流体罐中。中等微粒储存器被配置成响应于来自处理系统的第二控制信号而将一定量的第二粒度分布的微粒释放到钻井流体罐中。第三微粒储存器被配置成响应于来自处理系统的第三控制信号而将一定量的第三粒度分布的微粒释放到钻井流体罐中。
在可与任何其他方面结合的一些方面中，每个粒度分布分析仪被配置成确定在井筒钻进期间循环通过相应的井筒钻井流体流动路径的井筒钻井流体中的微粒的粒度分布。
在可与任何其他方面结合的一些方面中，井筒钻井流体中的微粒的浓度在井筒钻进操作期间。处理系统被配置成执行操作，所述操作包括：基于接收到的钻井参数和接收到的微粒的粒度分布来确定待添加到井筒钻井流体中的微粒的量，从而将微粒的浓度增加到足以减少井筒钻井流体到正在其中钻进所述井筒的地质地层中的漏失的水平。
在附图和以下描述中阐述了本说明书中描述的本主题的一种或多种实施方式的细节。根据说明书、附图和权利要求书，本主题的其他特征、方面和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是包括井漏监控系统的井筒钻进系统的示意图。
图2是控制钻井流体的LCM组成的井漏监控系统的示意图。
图3是井漏监控系统的处理系统的示意图。
图4是在钻井筒时控制钻井流体的LCM组成的示例性过程的流程图。
在各个附图中，相同的附图标记和标识指示相同的元件。
具体实施方式
当遇到高漏失层带时，伴随着井筒内流体柱的快速下降，大量的钻井流体可能会漏失到地质地层中。流体柱的下降可能会触发各种钻井问题，例如管道卡死、井筒失稳、井涌或井喷，所有这些都可能导致井的侧钻或废弃。随着控制循环流体的漏失的延迟增加，引起各种钻井问题的可能性也增加。当在钻井操作中遇到高漏失层带时，可以使用堵漏材料(LCM)来减缓钻井流体的漏失。LCM可以包括用于封堵高漏失层带的微粒或水合流体。微粒通过滞留在沿井筒的岩石孔和裂缝内来封堵高漏失层带，其中钻井流体穿过该岩石孔和裂缝进入到地质地层中。有效控制整个流体的漏失需要沉积弹性稳定且紧密的密封件，该密封件可以在改变原位应力条件、枯竭储层条件、改变地壳构造条件、使操作条件在高浪涌和抽汲压力下波动以及在许多其他井下条件期间保持完整性和稳定性，以便对整个流体漏失进行短期以及长期的控制。通常可能需要大量的弹性LCM来隔离高漏失层带。这种较大的量可能会具有显著的财务成本。
本公开描述了一种智能自动化系统，该系统用于实时地监控钻井流体，特别是在钻井操作期间从井筒中流出并在被再循环到井筒之前进行处理的钻井流体。该系统包括中央处理器(智能处理器盒)，该中央处理器连接到多个粒度分布(PSD#1、PSD#2、PSD#3)子系统。每个PSD都被定位在相应的钻井流体流动路径中。具体地，PSD#1位于流泵与钻机之间的路径中，PSD#2位于钻机与页岩振动器之间的流动路径中，而PSD#3位于页岩振动器与泥浆罐之间的流动路径中。每个PSD都被配置成测量其相应流动路径中的微粒的粒度分布，并将该粒度分布发送到智能处理器盒。智能处理器盒还连接到计算机系统，该计算机系统提供钻井参数，所述钻井参数包括钻进速率(ROP)、流量和漏失率。基于钻井参数和从PSD接收到的粒度分布，智能处理器盒确定钻井流体处理参数以优化钻井。钻井流体处理包括将不同尺寸的微粒添加到泥浆罐中的钻井流体中。钻井流体处理参数包括微粒的粒度(细、中等、大)和微粒的量。智能处理器盒还可以运行地面泥浆系统的全面诊断测试，并将诊断测试的结果传送给中央操作计算机。
该系统可以监控LCM粒度，并且可以匹配来自初始渗透率或二次渗透率(secondary permeability)的孔喉粒度分布或微裂缝尺寸。该系统可以以随钻的方式检测用于密封和桥接地层的微粒的尺寸变化。基于该检测，系统可以指定对钻井流体的修改(例如，周期性地添加LCM)。该系统还可以对钻井流体中期望的粒度分布进行建模，以防止到地层中的漏失。该系统可以被实施为减缓、减少或防止与井漏相关联的问题，例如渗漏损失、井下设备的压差卡钻和堵塞。以这种方式，可以提高钻井流体系统的效率，可以减少与钻机抵抗钻井流体漏失相关联的成本，并且可以减缓、减少或防止井下工具过早堵塞和故障。
图1是包括井漏监控系统的井筒钻进系统100的示意图。井筒钻进系统100可以用于形成垂直井筒、偏斜井筒或水平井筒。系统100包括井筒钻机112，其中钻井井架(未示出)支撑井筒中的钻柱(未示出)的重量并将所述钻柱选择性地定位在井筒(未示出)中。钻柱具有连接到钻头(未示出)的井下端，该钻头使井筒在地质地层(未示出)中延伸。在井筒钻进操作期间，井筒钻井流体(也被称为钻井泥浆或泥浆)被循环通过由钻头钻出的井筒。
例如，井筒钻井流体罐108承载钻井流体。井筒泵110(或多个泵)通过相应的流动路径(例如，管道或管件)以流体连通的方式连接到钻井流体罐108并连接到钻机112。如前所述，泵110从钻井流体罐108抽吸钻井流体，并使钻井流体通过钻柱和钻头流动到地层中，并通过环空流动到地面。振动器系统114通过相应的流动路径连接到钻机112，具体地连接到井筒的地面并连接到钻井流体罐108。振动器系统114接收离开井的钻井流体，并从地质地层移除(例如，过滤掉)钻屑和其他碎屑。钻井流体然后流动到钻井流体罐108，其中井筒泵110从该钻井流体罐处重复钻井流体循环过程。
在开始钻井操作之前，钻井流体被加载有微粒以用作堵漏材料(LCM)。微粒具有某些物理性质(例如，尺寸、形状、组成等)，这些物理性质使微粒适于防止钻井流体漏失到地质地层中，并最小化由于厚且质量较差的滤饼而引起的压差卡钻问题。堵漏材料用在钻井流体应用中，以防止或解决钻井流体到地层中的漏失。这些材料由不同的矿物质、粒状且成堆的纤维状球形细长颗粒组成。可以从地面或地下矿井中收集这样的颗粒，并且所述颗粒可以包括大理石、砾石、沙、石英、二氧化硅、石墨、煤、云母和其他天然原料。所述颗粒还由纸浆、矿物附聚物(agglomerate)、硅藻土、水泥、聚合物、纤维素和有机纤维、合成纤维和塑料纤维等专有混合物制成。堵漏材料可变形、易碎、具有一定弹性、耐高温和耐细菌腐蚀，并且可与所有钻井工具和所有流体系统(水基钻井流体和油基钻井流体)相兼容，具有不同的碱性、比重和体积密度，尺寸被设置成并被磨碎以匹配细粒度、中粒度和粗粒度，并密封钻通的地层中的裂缝。对钻井流体中的微粒的物理性质和浓度进行建模，以匹配裂缝宽度或孔喉。当携带微粒的钻井流体循环通过井筒钻进系统时，部分由于微粒进入地质地层并减缓、减少或防止钻井流体漏失到地层中，因此微粒的浓度降低。在一些情况下，一些微粒可以被振动器系统114过滤掉。随着时间的流逝，需要补充钻井流体，即，增加微粒的浓度，使得微粒可以用作有效的LCM。
为此，井漏监控系统可操作地联接到井筒钻进系统。监控系统包括多个粒度分布分析仪(例如，分析仪102a、分析仪102b、分析仪102c)。每个粒度分布分析仪都可以确定微粒在循环通过井筒钻进系统100的井筒钻井流体中的粒度分布。每个粒度分布分析仪都联接到相应的井筒钻井流体流动路径(例如，流动路径103a、流动路径103b、流动路径103c)。如稍后详细描述的，每个粒度分布分析仪都可以分析在钻井流体中携带的微粒，以确定微粒的粒度分布。
在图1所示并参考图1所描述的示例性实施方式中，第一粒度分布分析仪102a联接到第一流动路径103a，该第一流动路径103a在钻机112处将井筒泵110以流体连通的方式联接到井筒。第二粒度分布分析仪102b联接到第二流动路径103b，该第二流动路径103b将井筒以流体连通的方式联接到振动器系统114。第三粒度分布分析仪102c联接到第三流动路径103c，该第三流动路径103c将振动器系统114以流体连通的方式联接到钻井流体罐108。因此，在图1所示并参考图1所描述的示例性实施方式中，三个粒度分布分析仪被示出为联接到三个相应的流动路径。在一些实施方式中，更多(例如，四个或更多个)或更少(例如，两个或更少的)微粒系统分析仪可以联接到相应数量的流动路径。
如前所述，LCM微粒被添加到钻井流体罐108，并在钻机112处流入到井筒中。一定量的微粒在循环通过井筒期间可能会被漏失。因此，流动经过第一粒度分布分析仪102a的钻井流体中的微粒的浓度可能小于流动经过第二粒度分布分析仪102b的钻井流体中的微粒的浓度。振动器系统114可以进一步移除(即，过滤掉)钻井流体中的另一数量的微粒。因此，流动经过第三粒度分布分析仪102c的钻井流体中的微粒的浓度可能小于流动经过第二粒度分布分析仪102b的钻井流体中的微粒的浓度。
井漏监控系统还包括联接到钻井流体罐108的微粒储存器106。微粒储存器106承载具有不同物理性质(例如，不同尺寸、形状、组成和其他物理性质)的多个LCM微粒。储存器106联接到钻井流体罐108，以将一定量的每种不同类型的LCM微粒从储存器106转移到钻井流体罐108中。由储存器106释放的微粒与钻井流体罐108中的钻井流体混合，从而对钻井流体进行补充以解决钻井流体中的LCM微粒的浓度的降低。
井漏监控系统还包括处理系统104，该处理系统联接到多个粒度分布分析仪，并联接到储存器106。在一些实施方式中，处理系统104可以被实施为计算机系统，该计算机系统包括一个或多个处理器以及存储指令的计算机可读介质，该指令可由所述一个或多个处理器运行以执行本公开中描述的操作。可替代地或另外地，处理系统104可以被实施为处理电路、硬件、固件或其组合。处理系统104可以经由有线或无线数据网络或其组合可操作地联接到其他部件。在一些实施方式中，处理系统104可以接收识别井筒钻进系统100的井筒钻进条件的钻井参数，如稍后进行描述的。处理系统104可以另外从多个粒度分布分析仪接收微粒在井筒钻井流体中的粒度分布。部分地基于接收到的钻井参数和接收到的微粒的粒度分布，处理系统104可以控制储存器106以将一些微粒释放到钻井流体罐108中以补充钻井流体。
图2是控制钻井流体的LCM组成的井漏监控系统的示意图。如前所述，每个粒度分布分析仪(例如，第一分析仪102a、第二分析仪102b、第三分析仪102c)联接到相应的流体流动路径(例如，第一路径103a、第二路径103b、第三路径103c)。粒度分布分析仪可以在0.001微米至3500微米之间的范围内实施激光衍射，以评估湿颗粒、干颗粒以及干湿颗粒。此类分析仪由Malvern Instruments，Inc.(美国马萨诸塞州)提供。分析仪是可互换的，即，在一个流动路径中实施的分析仪可以由在另一流动路径中实施的另一分析仪代替。在一些实施方式中，仅可以使用一个分析仪。例如，同一分析仪可以用于测量不同流动路径中的粒度分布。
每个粒度分布分析仪都可以测量1微米至2000微米范围内的粒度分布。在钻井流体中使用的微粒的性质通常取决于源材料的物理性质，例如，材料的来源、材料的比重和用于形成微粒的研磨过程。基于粒度分布，微粒被称为D10(是指90％的微粒大于1微米，而10％的微粒小于1微米)、D50(是指50％的微粒大于10微米，而50％的微粒小于10微米)和D90(是指10％的微粒大于100微米，而90％的微粒小于100微米)。每个粒度分布分析仪都可以以随钻的方式对湿微粒实施激光衍射以确定粒度分布。在一些实施方式中，粒度分布分析仪是使用激光衍射读取给定样品上的所有粒度的设备。样品被从流动路径移除，被收集和分析，并通过报告全部概率分布D10(90％的颗粒大于该尺寸，以微米为单位)、D50(50％的颗粒大于该尺寸并且50％的颗粒小于该尺寸，以微米为单位)、和D90(10％的颗粒大于该尺寸，以微米为单位)而以一频率报告数据。在一些实施方式中，可以每10分钟提供PSD读数。通常，每个分析仪都可以测量钻井流体中的任何颗粒的尺寸，所述钻井流体包括例如由钻井流体从地质地层携带到井筒的地面的钻屑。
图3是井漏监控系统的处理系统104的示意图。处理系统104包括一个或多个处理器(例如，处理器302)和计算机可读介质304，该计算机可读介质304存储可由所述一个或多个处理器运行以执行这里所述的操作的指令。处理系统104可以被定位在井筒钻进系统100的现场处(例如，在地面上的钻机现场处)，或者可以被定位在远离井筒钻进系统的位置处。可替代地或另外地，处理系统104可以被实施为分布式计算系统，该分布式计算系统部分地设置在钻机现场处并且部分地设置在远程位置处。处理系统104可以包括接收器306和发送器308，以从井筒钻进系统100的不同部件接收信号并将信号发送给所述不同部件。例如，接收器306可以从多个传感器接收钻井参数208。发送器308可以通过有线或无线网络向储存器106发送指令或将LCM微粒浓度例如作为输出发送给显示装置或另一计算机系统。处理系统104可以包括电源310(例如，电池)以为处理系统104提供不间断的电力供应。可替代地或另外地，太阳能源、涡轮机或发电机(未示出)可以联接到处理系统104以利用长时间的断电来提供电力。
如前所述，处理系统104接收由每个粒度分布分析仪测量的粒度分布。另外，如前所述，处理系统104接收钻井参数208。在一些实施方式中，可以从多个传感器(未示出)接收钻井参数，每个传感器测量一个或多个钻井参数。例如，传感器可以测量钻头的钻进速率、通过井筒钻进系统100的钻井流体的流量、钻井流体的漏失率等。可以由一个或多个额外的传感器测量的额外的钻井参数可以例如包括来自振动器系统114的钻屑的百分比和LCM本底浓度。
处理系统104可以存储(例如，在计算机可读介质304中)一个或多个流变模型，所述流变模型确定钻井流体的期望粘度值和需要添加到钻井流体罐108中的微粒的浓度以获得该浓度。通常，流变模型可以基于密度、钻井流体的流变学、固体含量、温度和漏斗粘度、固体本底通过使用来自先前的钻井间隔的预加载数据来进行预测和估计。例如，流变模型可以包括钻井流体中的微粒的初始物理性质，例如浓度、粒度分布等。使用从传感器接收到的钻井参数208和从粒度分布分析仪接收到的粒度分布，处理系统104可以确定已经循环通过井筒钻进系统100的钻井流体的物理性质的变化。例如，基于钻井流体流量和微粒的粒度分布，处理系统104可以确定微粒的浓度已经相对于初始浓度降低。作为响应，处理系统104可以确定待添加到钻井流体中以对损失的浓度进行补充的微粒的量。另外，处理系统104可以识别不同的微粒类型(例如，D10、D50或D90)以及待添加到钻井流体中的每种类型的微粒的量。
这里描述了处理系统104可以存储和运行以实施本公开中描述的技术的某些等式和算法。
变量的描述
D10＝概率分布(90％的颗粒大于该尺寸，以微米为单位)
D50＝概率分布，中值(50％的颗粒大于该尺寸，并且50％的颗粒小于该尺寸，以微米为单位)
D90＝概率分布(10％的颗粒大于该尺寸，以微米为单位)
XD10＝X产品的D10
XD50＝X产品的D50
XD90＝X产品的D90
YD10＝Y产品的D10
YD50＝Y产品的D50
YD90＝Y产品的D90
ZD10＝Z产品的D10
ZD50＝Z产品的D50
ZD90＝Z产品的D90
XYZD10＝混合物XYZ的D10
XYZD50＝混合物XYZ的D50
XYZD90＝混合物XYZ的D90
浓度＝质量/体积，磅每桶(ppb)
Xppb＝X产品的浓度(ppb)
Yppb＝Y产品的浓度(ppb)
Zppb＝Z产品的浓度(ppb)
XYZppb：混合物的总浓度(ppb)
％Xppb＝浓度％：X产品在总混合物浓度XYZppb中的分数
％Yppb＝浓度％：Y产品在总混合物浓度XYZppb中的分数
％Zppb＝浓度％：Z产品在总混合物浓度XYZppb中的分数
规则
地层孔喉或微裂缝开度＝FD10、FD50、FD90(来自薄片分析、渗透率数据或SEM)。
为了完美匹配，FD10应该与XYZD10相同，但不能小于XYZD10。如果是这样的话，则需要通过修改Xppb、Y、ppb或Zppb的添加来进行补偿(使用下面的Delta(增量)公式)。
为了完美匹配，FD50应该与XYZD50相同，但不能小于XYZD50。如果是这样的话，则需要通过修改Xppb、Y、ppb或Zppb的添加来进行补偿(使用下面的Delta公式)。
为了完美匹配，FD90应该与XYZD90相同，但不能小于XYZD90。如果是这样的话，则需要通过修改Xppb、Y、ppb或Zppb的添加来进行补偿(使用下面的Delta公式)。
％Xppb+％Yppb+％Zppb必须等于100％
对优化的考虑
DeltaXYZD10：需要填补XYZD10和FD10之间的差的修改。
DeltaXYZD50：需要填补XYZD50和FD50之间的差的修改。
DeltaXYZD90：需要填补XYZD90和FD90之间的差的修改。
方程式
XD10*％Xppb+YD10*％Yppb+ZD10*％Zppb＝XYZD10
XD50*％Xppb+YD50*％Yppb+ZD50*％Zppb＝XYZD50
XD90*％Xppb+YD90*％Yppb+ZD90*％Zppb＝XYZD90
Xppb＝％Xppb*XYZppb
Yppb＝％Yppb*XYZppb
Zppb＝％Zppb*XYZppb
零度以下＝初始值
Sub1＝给定时刻的读数
DeltaXYZD10＝XYZD101-XYZD100
DeltaXYZD50＝XYZD501-XYZD500
DeltaXYZD90＝XYZD901-XYZD900
优化并获取数据后的其他变量
磨损程度：由于钻井时的流动条件，颗粒随时间会分解。处理系统将能够以随钻的方式绘制、预期和预测在给定钻进速率和流量下的磨损程度，并每小时自动地调节添加量，作为实施一段时间后的计算的校正因子。
A10、A50、A90＝用于校正修改的权变值(Delta值)，并且其以比例的形式表示。
ADeltaXYZD10＝DeltaXYZD10/A10
ADeltaXYZD50＝DeltaXYZD50/A50
ADeltaXYZD90＝DeltaXYZD90/A90
在先前描述的实施方式中，处理系统104响应于并且部分地基于从分析仪接收到的钻井参数和粒度分布来确定每种微粒的量。在一些实施方式中，处理系统104可以预测性地确定每种微粒的量，而无需依赖于从分析仪接收到的钻井参数或粒度分布。为此，最初，处理系统104可以确定并存储随时间待添加到钻井流体中的微粒的不同量。例如，对于初始持续时间，处理系统104可以周期性地(例如，每分钟一次、每2至3分钟一次或比每分钟一次更加频繁地)接收钻井参数和粒度分布。处理系统104可以将接收到的信息例如存储在计算机可读介质304中。使用接收到的信息，处理系统104可以确定用于添加到钻井流体的微粒的多个量，并将所述多个量存储在例如计算机可读介质304中。随着时间的流逝并通过运行统计运算，处理系统104可以基于钻井条件和粒度分布的历史来获得添加到钻井流体中的微粒浓度的历史。随后，处理系统104可以使用该历史并且在不需要额外的钻井参数或粒度分布的情况下确定补充钻井流体所需的微粒的量。
在先前描述的示例性实施方式中，处理系统104周期性地接收钻井参数和粒度分布。在一些实施方式中，处理系统104可以实时地接收和处理信息。实时是指根据处理器302的规格，接收连续输入的持续时间或处理接收到的输入并产生输出的持续时间小于1毫秒或1纳秒。在一些实施方式中，处理系统104可以实时地处理信息并且以不同频率周期性地提供处理信息的输出。例如，处理系统104可以例如每分钟一次、每2至3分钟一次或比每分钟一次更频繁地提供指令以将微粒添加到钻井流体罐108。可替代地或附加地，处理系统104可以周期性地(例如，实时地或以其他方式)提供钻井流体中的微粒的浓度作为输出，以例如显示在显示装置中或传输到远程计算机系统。输出可以提供对井筒钻进操作期间所经受的漏失的诊断。
返回到图2，处理系统104可操作地联接到微粒储存器106，该微粒储存器106可以包括多个储存器，每个储存器都容纳不同粒度的微粒。例如，多个储存器可以包括容纳第一粒度分布(例如，约5-7微米的D50)的微粒的细颗粒储存器206、容纳大于第一粒度分布的第二粒度分布(例如，约100-130微米的D50)的微粒的中等微粒储存器204、和容纳大于第二粒度分布的第三粒度分布(例如，约500微米的D50)的微粒的粗微粒储存器202。每个微粒储存器连接到钻井流体罐108，使得从储存器释放的微粒流动到钻井流体罐108中以与钻井流体混合。在一些实施方式中，每个微粒储存器可以包括阀，该阀可以响应于来自处理系统104的信号而被致动(例如，被打开或关闭)。基于每个微粒储存器中的每种类型的微粒的物理性质(例如，重量、密度、体积或其他物理性质)，处理系统104可以致动阀以持续足以将所确定量的微粒释放到钻井流体罐108中的时间。通过在适当的持续时间内打开或关闭用于每个罐的阀，处理系统104可以添加必要量的不同类型的微粒，以将钻井流体补充到足以减缓、减少或防止井筒钻进期间的井漏的水平。
空气压缩机将连接到每个储存器。这些压缩机将与从储存器到混合罐108的管线连接。处理器盒将发出信号，该信号将根据所处理的数据和每个储存器对每种微粒的需求来致动空气压缩机。一旦满足PSD#1(102a)，处理器盒将发出另一信号以停止一个或多个压缩机。另外，在一些情况下，每个储存器都将包括称重系统以确定每个储存器上微粒的精确量以及再填充的需求。
图4是在钻井筒时控制钻井流体的LCM组成的示例性过程400的流程图。当正在进行地质地层中的井筒钻进操作时，过程400可以由处理系统104被实施。在402处，接收识别钻井筒的井筒钻进系统的井筒钻进条件的钻井参数。例如，处理系统104可以接收由设置在井筒钻进系统100中的不同位置处(包括例如在地面处或井筒内部)的多个传感器测量的钻井参数。在404处，可以接收流动通过多个不同的井筒钻井流体流动路径的井筒钻井流体中的微粒的粒度分布。例如，处理系统104可以从如前所述的粒度分布分析仪接收粒度分布。在406处，可以部分地基于接收到的钻井参数和接收到的微粒的粒度分布来控制一些微粒到井筒钻井流体中的释放。例如，处理系统104可以将指令发送给微粒储存器106，以将一定量的微粒释放到钻井流体罐108中。基于接收到的钻井参数和接收到的微粒的粒度分布，处理系统104可以确定待释放的量可以补充钻井流体中LCM微粒的漏失。
尽管本说明书包含许多具体实施细节，但是这些细节不应被解释为是对可能要求保护的对象的范围的限制，而仅是特定于对特定系统或方法的特定实施方式的特征的描述。在本说明书中在单独实施方式的背景下描述的某些特征也可以在单个实施方式以组合的方式被实施。相反，在单个实施方式的背景下描述的各种特征也可以在多个实施方式中单独地实施或以任何合适的子组合来实施。此外，尽管以上可以将特征描述为以某些组合起作用并且甚至最初如此要求保护，但在一些情况下，来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以从所述组合中去除，并且所要求保护的组合可以指子组合或子组合的变型。
类似地，尽管在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应理解为要求以所示的特定顺序或以连续顺序执行这些操作，或者要求执行所有示出的操作以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施方式中的各种系统部件的分离不应被理解为在所有实施方式中都需要这种分离，并且应当理解，所描述的程序部件和系统通常可以一起被集成到单个软件产品中或包装到多个软件产品中。
因此，已经描述了本主题的特定实施方式。其他实施方式落在所附权利要求的保护范围内。在一些情况下，可以以不同的顺序执行权利要求中记载的动作，并且仍实现期望的结果。另外，附图中描绘的过程不一定需要所示的特定顺序或连续顺序来实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务和并行处理可以是有利的。
已经描述了许多实施方式。然而，应当理解，可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行各种修改。例如，尽管系统被描述为是无线的，但是可以在系统的至少一部分之间包括有线通信。因此，其他实施方式落在所附权利要求的保护范围内。

Claims (17)

1.一种井筒钻进系统，包括：
多个粒度分布分析仪，每个粒度分布分析仪被配置成确定循环通过所述井筒钻进系统的井筒钻井流体中的微粒的粒度分布，每个粒度分布分析仪联接到相应的井筒钻井流体流动路径，所述微粒包括堵漏材料(LCM)，所述堵漏材料被配置成减少所述井筒钻井流体到正在其中钻进所述井筒的地质地层中的漏失；
微粒储存器，所述微粒储存器联接到所述多个粒度分布分析仪，所述微粒储存器被配置成承载具有不同物理性质的微粒，所述微粒储存器被配置成将一些微粒释放到所述井筒钻进系统的钻井流体罐中以与循环通过所述钻井流体罐的所述井筒钻井流体混合；和
处理系统，所述处理系统联接到所述多个粒度分布分析仪，并联接到所述微粒储存器，所述处理系统被配置成在钻进所述井筒时执行操作，所述操作包括：
接收用于识别所述井筒钻进系统的井筒钻进条件的钻井参数；
从所述多个粒度分布分析仪接收所述井筒钻井流体中的微粒的粒度分布；和
基于接收到的所述钻井参数和接收到的所述微粒的粒度分布来确定待添加到所述井筒钻井流体中的微粒的量，从而将所述微粒的浓度增加到足以减少所述井筒钻井流体到正在其中钻进所述井筒的地质地层中的漏失的水平；
部分地基于接收到的所述钻井参数和接收到的所述微粒的粒度分布，控制所述微粒储存器以将所述一些微粒释放到所述钻井流体罐中，并确定待添加的所述微粒的量；
基于钻井条件和粒度分布的历史来获得添加到钻井流体中的微粒浓度的历史；以及
对于随后的钻井操作，部分地响应于获得的所述历史，确定补充所述钻井流体所需的微粒的量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个粒度分布分析仪包括：
第一粒度分布分析仪，所述第一粒度分布分析仪联接到钻井流体泵与钻机之间的第一井筒钻井流体流动路径；
第二粒度分布分析仪，所述第二粒度分布分析仪联接到所述钻机与振动器系统之间的第二井筒钻井流体流动路径；和
第三粒度分布分析仪，所述第三粒度分布分析仪联接到所述振动器系统与所述钻井流体罐之间的第三井筒钻井流体流动路径。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述微粒储存器包括：
细微粒储存器，所述细微粒储存器容纳第一粒度分布的微粒，所述细微粒储存器联接到所述钻井流体罐，所述细微粒储存器被配置成响应于来自所述处理系统的第一控制信号而将一定量的第一粒度分布的微粒释放到所述钻井流体罐中；
中等微粒储存器，所述中等微粒储存器容纳比所述第一粒度分布大的第二粒度分布的微粒，所述中等微粒储存器联接到所述钻井流体罐，所述中等微粒储存器被配置成响应于来自所述处理系统的第二控制信号而将一定量的第二粒度分布的微粒释放到所述钻井流体罐中；和
粗微粒储存器，所述粗微粒储存器容纳比所述第二粒度分布大的第三粒度分布的微粒，所述粗微粒储存器联接到所述钻井流体罐，所述粗微粒储存器被配置成响应于来自所述处理系统的第三控制信号而将一定量的第三粒度分布的微粒释放到所述钻井流体罐中。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，每个粒度分布分析仪都被配置成确定在井筒钻进期间循环通过所述相应的井筒钻井流体流动路径的所述井筒钻井流体中的微粒的粒度分布。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述钻井参数包括钻头的钻进速率、通过所述井筒的所述井筒钻井流体的流量、以及所述井筒钻井流体在正在其中钻进所述井筒的所述地质地层中的漏失率。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理系统被配置成执行包括以下所述的操作：
在井筒钻进操作期间，周期性地提供所述井筒钻井流体中的微粒的浓度作为输出。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述微粒的不同物理性质包括在1微米与2000微米之间的范围内的粒度。
8.一种用于钻井筒的方法，包括：
当正在地质地层中对井筒进行钻进时，接收用于识别对所述井筒进行钻进的井筒钻进系统的井筒钻进条件的钻井参数，井筒钻进系统使包括不同粒度分布的微粒的井筒钻井流体流动，所述微粒用作堵漏材料(LCM)以减少所述井筒钻井流体在所述地质地层中的漏失；
接收流动通过所述井筒钻进系统的多个不同的井筒钻井流体流动路径的所述井筒钻井流体中的微粒的粒度分布，所述粒度分布表示所述井筒钻井流体中的微粒的浓度；
基于接收到的所述钻井参数和接收到的所述微粒的粒度分布来确定待添加到所述井筒钻井流体中的微粒的量，从而将所述微粒的浓度增加到足以减少所述井筒钻井流体到正在其中钻进所述井筒的地质地层中的漏失的水平；
部分地基于接收到的所述钻井参数和接收到的所述微粒的粒度分布来控制一些微粒到所述井筒钻井流体中的释放，并确定待添加的所述微粒的量；
基于钻井条件和粒度分布的历史来获得添加到钻井流体中的微粒浓度的历史；以及
对于随后的钻井操作，部分地响应于获得的所述历史，确定补充所述钻井流体所需的微粒的量。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述钻井参数包括钻头的钻进速率、通过所述井筒的所述井筒钻井流体的流量、以及所述井筒钻井流体在正在其中钻进所述井筒的所述地质地层中的漏失率。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
在井筒钻进操作期间，周期性地提供所述井筒钻井流体中的微粒的浓度作为输出。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，微粒储存器承载不同物理性质的微粒，所述不同物理性质包括在1微米与2000微米之间的范围内的粒度。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述一些微粒包括第一粒度分布的微粒、大于所述第一粒度分布的第二粒度分布的微粒、和大于所述第二粒度分布的第三粒度分布的微粒中的一种或更多种。
13.一种井筒钻进系统，包括：
钻井流体罐，所述钻井流体罐被配置成承载井筒钻井流体；
井筒泵，所述井筒泵被配置成在井筒钻进操作期间泵送所述井筒钻井流体；
井筒钻机，所述井筒钻机被配置成支撑井筒钻进设备，所述井筒钻进设备被配置成在所述井筒钻进操作期间在地质地层中对所述井筒进行钻进；
振动器系统，所述振动器系统被配置成在所述井筒钻进操作期间移除由所述井筒钻井流体携带的钻屑；
多个粒度分布分析仪，每个粒度分布分析仪都被配置成确定循环通过所述井筒钻进系统的井筒钻井流体中的微粒的粒度分布，每个粒度分布分析仪都联接到相应的井筒钻井流体流动路径，所述井筒钻井流体流动通过所述井筒钻井流体流动路径，所述微粒包括堵漏材料(LCM)，所述堵漏材料被配置成减少所述井筒钻井流体到正在其中钻进所述井筒的所述地质地层中的漏失；和
处理系统，所述处理系统联接到所述多个粒度分布分析仪，所述处理系统被配置成在对所述井筒进行钻进时执行操作，所述操作包括：
接收用于识别所述井筒钻进系统的井筒钻进条件的钻井参数；
从所述多个粒度分布分析仪接收所述井筒钻井流体中的微粒的粒度分布；
基于接收到的所述钻井参数和接收到的所述微粒的粒度分布来确定待添加到所述井筒钻井流体中的微粒的量，从而将一些微粒的浓度增加到足以减少所述井筒钻井流体到正在其中钻进所述井筒的地质地层中的漏失的水平；
部分地基于接收到的所述钻井参数和接收到的所述微粒的粒度分布，将所述一些微粒释放到所述钻井流体罐中，并确定待添加的一些微粒的量；
基于钻井条件和粒度分布的历史来获得添加到钻井流体中的微粒浓度的历史；以及
对于随后的钻井操作，部分地响应于获得的所述历史，确定补充所述钻井流体所需的微粒的量。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述多个粒度分布分析仪包括：
第一粒度分布分析仪，所述第一粒度分布分析仪联接到钻井流体泵与钻机之间的第一井筒钻井流体流动路径；
第二粒度分布分析仪，所述第二粒度分布分析仪联接到所述钻机与振动器系统之间的第二井筒钻井流体流动路径；和
第三粒度分布分析仪，所述第三粒度分布分析仪联接到所述振动器系统与所述钻井流体罐之间的第三井筒钻井流体流动路径。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，每个粒度分布分析仪都被配置成确定在井筒钻进期间循环通过所述相应的井筒钻井流体流动路径的所述井筒钻井流体中的微粒的粒度分布。
16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述钻井参数包括钻头的钻进速率、通过所述井筒的所述井筒钻井流体的流量、以及所述井筒钻井流体在正在其中钻进所述井筒的所述地质地层中的漏失率。
17.根据权利要求13所述的系统，还包括微粒储存器，所述微粒储存器包括：
细微粒储存器，所述细微粒储存器容纳第一粒度分布的微粒，所述细微粒储存器联接到所述钻井流体罐，所述细微粒储存器被配置成响应于来自所述处理系统的第一控制信号而将一定量的第一粒度分布的微粒释放到所述钻井流体罐中；
中等微粒储存器，所述中等微粒储存器容纳比所述第一粒度分布大的第二粒度分布的微粒，所述中等微粒储存器联接到所述钻井流体罐，所述中等微粒储存器被配置成响应于来自所述处理系统的第二控制信号而将一定量的第二粒度分布的微粒释放到所述钻井流体罐中；和
粗微粒储存器，所述粗微粒储存器容纳比所述第二粒度分布大的第三粒度分布的微粒，所述粗微粒储存器联接到所述钻井流体罐，所述粗微粒储存器被配置成响应于来自所述处理系统的第三控制信号而将一定量的第三粒度分布的微粒释放到所述钻井流体罐中。
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