EP1144804B1 - Verfahren zur erkennung eines flüssigkeitszuflusses im bohrloch während des bohrens und vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for detecting comings of formation fluids in a well being drilled, as well as a device for the implementation of this process.
- a drilling installation comprises a drill string hollow cylindrical arranged inside a casing, provided at its lower end of a drilling tool and coupled at its upper part to a drive device in rotation.
- the installation also includes a tube extension that connects the upper part of the casing to the surface equipment.
- the mud injected inside the drill string is loaded with rock cuttings formed by the action of the tool drilling on the formation, goes up in the annular space defined by the drill string on the one hand and the casing extended by the extension tube and the wall of the hole in drilling on the other hand and then returns to the storage tanks after removal of spoil.
- a known method for detecting the inflow of fluids in the well in drilling is to measure the difference between the flow of fresh mud injected and the flow of charged sludge which rises and then compare this difference to a predetermined threshold. Exceeding this threshold signifying an inflow of fluid.
- This difference in flow is generally determined indirectly at from the measurement of the level of the mud in the corrected storage tanks known additions of fluids to the mud, such as chemicals, and variations in the volume of mud in the well linked to equipment maneuvers.
- This determination is also affected by the loss of mud in a part of the training that can mask or delay the variation of the difference between the flow of fresh mud and the flow of charged mud resulting from the coming of fluids in the well, the difference that is the basis of the detection.
- the object of the present invention is precisely to remedy these disadvantages and in particular of providing a detection method and device early arrival of formation fluid in a well during drilling.
- This method and this device can be used for the detection of comings of fluids in the form of liquid or gaseous hydrocarbons, or water, during drilling on land or at sea, this detection making it possible to take measures to stop the development of these events or minimize their effects.
- the characteristic representative of thermal equilibrium is the rate of change of heat flux circulating between fresh mud and loaded mud through the wall of the train stems, at a given depth.
- the characteristic representative of thermal equilibrium is the difference between the instantaneous value and a sliding time average value of the heat flux circulating between the sludge fresh and the mud loaded through the wall of the drill string, to a depth given.
- the present invention provides a a process which also consists, in case of detection of a variation in the characteristic, greater than a threshold, to transmit a signal to said system indicative of said detection so that it generates an alarm.
- the characteristic characteristic of thermal equilibrium is the rate of variation of the heat flow circulating between the fresh mud and the charged mud through the wall of the drill string, at a given depth.
- the representative characteristic of thermal equilibrium is the difference between the instantaneous value and a sliding time average value of the heat flux circulating between fresh mud and loaded mud through the wall of the train stems, at a given depth.
- said device comprises transmission means connected to the output of the processing means, to transmit to the said system the signal indicative of a coming of fluid, so that said system generates an alarm.
- the characteristic characteristic of thermal equilibrium is the rate of variation of the heat flow circulating between the charged mud and the sea water through the wall of the extension tube, at a given depth.
- the representative characteristic of thermal equilibrium is the difference between the instantaneous value and a sliding time average value of the heat flux flowing between charged mud and seawater through the wall of the tube extension, to a given depth.
- the characteristic characteristic of thermal equilibrium is the rate of variation of the measured heat flux.
- the representative characteristic of thermal equilibrium is the difference between the instantaneous value and the sliding average value of the measured heat flux.
- the drilling installation being conducted from a control system, it comprises transmission means connected to the output of the processing means, to transmit to the said system the signal indicative of a coming of fluid, so that said system generates an alarm.
- FIG. 1 represents an oil well 1 underwater during drilling, realized by means of an installation which includes, a floating platform 2 which supports a train 3 of rods, consisting of cylindrical tubes screwed end to end, provided at its lower end of a drilling tool 4 and at its upper part of a head 13 injection.
- the train 3 of rods is rotated by means not shown in Figure 1, mounted on platform 2.
- a mud pump 10 sucks fresh mud stored in a tank 8 at through a suction pipe 11 and discharges this mud into the head 13 injection.
- the well being drilled has a casing 5 extended in its part upper by an extension tube 6 and at its lower part by the wall of the hole 5a in progress.
- the extended casing 5 surrounds the train 3 with rods for form an annular space 7, the upper part of which is connected by a line 9 to tank 8.
- the fresh mud discharged by the pump 10 into the injection head 13 is injected inside the train 3 of rods in which it flows from top to bottom and crosses the drilling tool 4 is loaded with cuttings, then goes back up into space 7 annular and returns via line 9 to the storage tank 8.
- the device for detecting the arrival of formation fluid in the well 1 includes a sensor 14 for measuring heat flow mounted against the wall external of the drill string 3 in the lower part of the annular space 7 to 10 meters above the drilling tool 4.
- the sensor 14 delivers on an output 15 a signal representative of the flow which flows between the fresh mud and the loaded mud through the internal and external walls of the drill string, at its mounting point.
- the flow thermal measured by the sensor 14 is the quantity of heat exchanged by the sludge charged which circulates in the annular space 7, with the fresh mud injected into the inside of the drill string 3, by means of said drill string, per unit of time and per unit area of the external wall of the string 3 of rods, it is expressed by example in Watt per cm2.
- This rupture causes a variation in the heat flux measured by means of the sensor 14.
- the output 15 of the sensor 14 is connected to an input of the means 16 of calculation of the speed of variation of the heat flux measured by the sensor 14 which deliver on an output 17 a signal representative of the derivative with respect to time of the measured heat flux.
- the heat flux measured by the sensor 14 is substantially constant, its derivative with respect to time is therefore very small.
- the flow temperature measured by the sensor 14 varies and its derivative with respect to time becomes strongly negative and exceeds the value of the predetermined threshold.
- the filtering of the signal delivered by the means 16 prior to the comparison is a classic operation which aims to eliminate non-variation significant of fluid inflows.
- the threshold value is determined on site according to the conditions of drilling such as the thermal gradient, the nature of the fluids, the depth, drilling diameter, flow rate of drilling fluid.
- the signal delivered on the output 19 by the processing means 18 is therefore indicative of a formation fluid coming into the well.
- the output 19 of the processing means is connected to an input of means transmission comprising a transmitter module 20 placed near the sensor 14 and a receiver module 21 placed at the upper part of the annular space 7.
- the module 21 delivers on an output 22 an image signal of the signal delivered on the output 19 by the processing means 18.
- a control system 23 for controlling the drilling installation connected to the output 22 of receiver module 21, generates an alarm in the form of a message displayed on a driving console to warn of a coming of fluid in the well, an operator of the drilling installation, who will operate the shutters of safety devices not shown in Figure 1.
- the command and control system 23 can also act on the installation by example by operating the emergency stop devices to limit the effects of coming of fluid that has been detected.
- a variant of the invention consists in transmitting the signal delivered by the sensor 14, by transmission means suitable for calculation means and processing means installed on the platform.
- the sensor 14, the calculation means, the processing means and the transmission means can advantageously be mounted on a cuff which will be inserted between two tubes of the drill string.
- This cuff can simultaneously support a usual system for measuring other parameters during drilling such as pressure, inclination the weight on the tool.
- a variant of the embodiment of the invention described above consists in mounting two devices for detecting the arrival of training fluids on the outer wall of the drill string at different depths and to be measured the time interval between the detection of a fluid arrival by each of the two devices.
- the interval thus measured gives an indication of the nature of the coming. Indeed, an arrival of gas propagating faster than an arrival of liquid, the time interval measured in the first case will be shorter than that measured in the second.
- FIG 2 shows a timing diagram of the main signals involved in the device of the invention shown in Figure 1.
- F represents the evolution of the heat flux measured by means of the sensor 14 as a function of time, an inflow of fluid into the well appearing at time to.
- dF / dT represents the speed of variation of the heat flux measured in function of time
- S is the value of the predetermined threshold whose exceeding allows to detect a coming of fluid.
- Sg represents the signal delivered by the processing means, indicative of a fluid coming into the well.
- the invention it is possible to detect early a coming of formation fluid in a well being drilled in the form of hydrocarbons gaseous and / or liquid, and / or water without risk of delay or masking by loss of mud in training and at lower cost
- the method and device of the invention are insensitive to the movements of the platform and to variations in the volume of the extension tube, and in all cases the presence of cuttings in the loaded mud.
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Claims (16)
- Verfahren zur Erkennung eines Formationsflüssigkeits-Zuflusses in einem Bohrloch (1) während des Bohrens, wobei das Bohren darin besteht, ein Loch (5) in einer Formation zu realisieren, mittels einer Anlage, die ein hohles, zylindrisches Bohrgestänge (3) umfaßt, das innerhalb einer Verrohrung (5) angeordnet ist und in das frischer Bohrschlamm injiziert wird, wobei das Bohrgestänge (3), die Verrohrung (5) und die Wandung des Loches (5a) im Lauf der Realisierung einen ringförmigen Raum (7) definieren, durch den beladener Schlamm nach oben steigt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren darin besteht:den Wärmestrom, der in einer gegebenen Tiefe durch die Wandung des Bohrgestänges (3) zwischen dem frischen Schlamm und dem beladenen Schlamm zirkuliert, kontinuierlich, zu messen,ausgehend von dem Wärmestrom den Wert eines charakteristischen Merkmals eines thermischen Gleichgewichts kontinuierlich zu berechnen, welches Gleichgewicht sich in Abwesenheit eines Formationsflüssigkeits-Zuflusses zwischen dem innerhalb des Bohrgestänges (3) zirkulierenden frischen Schlamm und dem in dem ringförmigen Raum (7) nach oben steigenden beladenen Schlamm einstellt, undoberhalb einer bestimmten Schwelle liegende Veränderungen im Wert des Merkmals zu erkennen, wobei die Veränderungen einen aus dem Formationsflüssigkeits-Zufluß in das Bohrloch (1) resultierenden Bruch des thermischen Gleichgewichts darstellen.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das charakteristische Merkmal für das thermische Gleichgewicht die Schwankungsgeschwindigkeit des Wärmestromes ist, der durch die Wandung des Bohrgestänges (3) hindurch in einer gegebenen Tiefe zwischen dem frischen Schlamm und dem beladenen Schlamm zirkuliert.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das charakteristische Merkmal für das thermische Gleichgewicht die Differenz zwischen dem augenblicklichen Wert und einem gleitenden zeitlichen Mittelwert des Wärmestromes ist, der durch die Wandung des Bohrgestänges (3) hindurch in einer gegebenen Tiefe zwischen dem frischen Schlamm und dem beladenen Schlamm zirkuliert.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohranlage mittels eines Überwachungs- und Steuer-Systems geleitet wird und das Verfahren des weiteren darin besteht, im Falle der Erkennung einer über eine bestimmte Schwelle hinausgehenden Veränderung des charakteristischen Merkmals des Wärmestromes dem System ein für die Erkennung charakteristisches Signal zu senden, damit das System einen Alarm auslöst.
- Vorrichtung zur Erkennung eines Formationsflüssigkeits-Zuflusses in einem Bohrloch (1) während des Bohrens, wobei das Bohren darin besteht, ein Loch (5a) in einer Formation zu realisieren, mittels einer Anlage, die ein hohles, zylindrisches Bohrgestänge (3) umfaßt, das innerhalb einer Verrohrung (5) angeordnet ist und in das frischer Bohrschlamm injiziert wird, wobei das Bohrgestänge (3), die Verrohrung (5) und die Wandung des Loches (5a) im Lauf der Realisierung einen ringförmigen Raum (7) definieren, durch den der beladene Schlamm nach oben steigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung folgendes umfaßt:mindestens einen Meßfühler zur Messung des Wärmestromes, der in einer gegebenen Tiefe durch die Wandung des Bohrgestänges (3) zwischen dem frischen Schlamm und dem beladenen Schlamm zirkuliert, wobei der Fühler ein Meßsignal des genannten Wärmestroms an einen Ausgang liefert,an den Ausgang des Fühlers angeschlossene Berechnungsmittel zum Berechnen des Wertes eines charakteristischen Merkmals eines thermischen Gleichgewichts ausgehend von dem gemessenen Wärmestrom, welches Gleichgewicht sich, in Abwesenheit eines Formationsflüssigkeits-Zuflusses, zwischen dem innerhalb des Bohrgestänges (3) zirkulierenden frischen Schlamm und dem in dem ringförmigen Raum (7) nach oben steigenden beladenen Schlamm einstellt, undan einen Ausgang der Berechnungsmittel angeschlossene Verarbeitungsmittel zum:Erkennen von oberhalb einer bestimmten Schwelle liegenden Veränderungen im Wert des Merkmals, wobei die Veränderungen einen aus dem Formationsflüssigkeits-Zufluß in das Bohrloch (1) resultierenden Bruch des thermischen Gleichgewichts darstellen, undAbgeben eines für den Formationsflüssigkeits-Zufluß kennzeichnenden Signals an einen Ausgang.
- Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das charakteristische Merkmal für das thermische Gleichgewicht die Schwankungsgeschwindigkeit des Wärmestromes ist, der durch die Wandung des Bohrgestänges hindurch in einer gegebenen Tiefe zwischen dem frischen Schlamm und dem beladenen Schlamm zirkuliert.
- Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das charakteristische Merkmal für das thermische Gleichgewicht die Differenz zwischen dem augenblicklichen Wert und einem gleitenden zeitlichen Mittelwert des Wärmestromes ist, der durch die Wandung des Bohrgestänges hindurch in einer gegebenen Tiefe zwischen dem frischen Schlamm und dem beladenen Schlamm zirkuliert.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohranlage mittels eines Überwachungs- und Steuer-Systems geleitet wird und die Vorrichtung an den Ausgang der Verarbeitungsmittel angeschlossene Übertragungsmittel umfaßt, um dem System ein einen Formationsflüssigkeits-Zufluß angebendes Signal zu senden, damit das System einen Alarm auslöst.
- Verfahren zur Erkennung eines Formationsflüssigkeits-Zuflusses in einem Unterwasserbohrloch (1) während des Bohrens, wobei das Bohren durch eine Anlage realisiert wird, die ein hohles, zylindrisches Bohrgestänge (3) umfaßt, das innerhalb einer Verrohrung (5) angeordnet ist, die durch ein sich im Wasser zwischen dem Meeresboden und der Oberfläche erstreckendes Verlängerungsrohr verlängert ist, wobei frischer Bohrschlamm in das Bohrgestänge (3) injiziert wird, das zusammen mit der genannten Verrohrung (5) und mit dem Verlängerungsrohr einen ringförmigen Raum (7) bildet, durch den beladenen Schlamm nach oben steigt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren darin besteht:den Wärmestrom, der in einer gegebenen Tiefe durch die Wandung des Verlängerungsrohrs zwischen dem beladenen Schlamm und dem Meerwasser zirkuliert, kontinuierlich zu messen,ausgehend von dem gemessenen Wärmestrom den Wert eines charakteristischen Merkmals eines thermischen Gleichgewichts kontinuierlich zu berechnen, welches Gleichgewicht sich in Abwesenheit eines Formationsflüssigkeits-Zuflusses zwischen dem Meerwasser und dem in dem ringförmigen Raum (7) nach oben steigenden beladenen Schlamm einstellt, undoberhalb einer bestimmten Schwelle liegende Veränderungen im Wert des Merkmals zu erkennen, wobei die Veränderungen einen aus dem Formationsflüssigkeits-Zufluß in dem Bohrloch (1) resultierenden Bruch des thermischen Gleichgewichts darstellen.
- Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das charakteristische Merkmal für das thermische Gleichgewicht die Schwankungsgeschwindigkeit des Wärmestromes ist, der durch die Wandung des Verlängerungsrohres hindurch in einer gegebenen Tiefe zwischen dem beladenen Schlamm und dem Meerwasser zirkuliert.
- Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das charakteristische Merkmal für das thermische Gleichgewicht die Differenz zwischen dem augenblicklichen Wert und einem gleitenden zeitlichen Mittelwert des Wärmestromes ist, der durch die Wandung des Verlängerungsrohres hindurch in einer gegebenen Tiefe zwischen dem beladenen Schlamm und dem Meerwasser zirkuliert.
- Verfahren nach einem der Ansprüche von 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohranlage mittels eines Überwachungs- und Steuer-Systems geleitet wird und das Verfahren des weiteren darin besteht, im Falle der Erkennung einer über eine bestimmte Schwelle hinausgehenden Veränderung des charakteristischen Merkmals des Wärmestromes, dem System ein für die Erkennung charakteristisches Signal zu senden, damit das System einen Alarm auslöst.
- Vorrichtung zur Erkennung eines Formationsflüssigkeits-Zuflusses in einem Unterwasserbohrloch (1) während des Bohrens, wobei das Bohren mittels einer Anlage realisiert wird, die ein hohles, zylindrisches Bohrgestänge (3) umfaßt, das innerhalb einer Verrohrung (5) angeordnet ist, die durch ein sich im Wasser zwischen dem Meeresboden und der Oberfläche erstreckendes Verlängerungsrohr verlängert ist, wobei frischer Bohrschlamm in das Bohrgestänge (3) injiziert wird, das zusammen mit der Verrohrung (5) und mit dem Verlängerungsrohr einen ringförmigen Raum (7) bildet, durch den beladener Schlamm nach oben steigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung folgendes umfaßt:mindestens einen Meßfühler zur Messung des Wärmestromes, der in gegebener Tiefe durch die Wandung des Verlängerungsrohrs hindurch zwischen dem beladenen Schlamm und dem Meerwasser zirkuliert, wobei der Fühler ein Meßsignal des Wärmestroms an einen Ausgang liefert,an den Ausgang des Fühlers angeschlossene Berechnungsmittel zum Berechnen des Werts eines charakteristischen Merkmals eines thermischen Gleichgewichts ausgehend von dem gemessenen Wärmestrom, welches Gleichgewicht sich in Abwesenheit eines Formationsflüssigkeits-Zuflusses zwischen dem in dem ringförmigen Raum (7) nach oben steigenden beladenen Schlamm und dem Meerwasser durch die Wandung des Verlängerungsrohres in einer gegebenen Tiefe einstellt, undan einen Ausgang der Berechnungsmittel angeschlossene Verarbeitungsmittel zum:Erkennen von oberhalb einer bestimmten Schwelle liegenden Veränderungen im Wert des Merkmals, wobei die Veränderungen einen aus dem Formationsflüssigkeits-Zufluß in das Bohrloch (1) resultierenden Bruch des thermischen Gleichgewichts darstellen, undAbgeben eines für den Formationsflüssigkeits-Zufluß kennzeichnenden Signals an einen Ausgang.
- Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das charakteristische Merkmal für das thermische Gleichgewicht die Schwankungsgeschwindigkeit des gemessenen Wärmestromes ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das charakteristische Merkmal für das thermische Gleichgewicht die Differenz zwischen dem augenblicklichen Wert und dem gleitenden zeitlichen Mittelwert des gemessenen Wärmestromes ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohranlage mittels eines Überwachungs- und Steuer-Systems geleitet wird und die Vorrichtung an den Ausgang der Verarbeitungsmittel angeschlossene Übertragungsmittel umfaßt, um dem System ein einen Formationsflüssigkeits-Zufluß angebendes Signal zu senden, damit das System einen Alarm auslöst.
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