NO862011L - Fremgangsmaate og apparat for aa bestemme fluidsituasjonsforhold i broennboreoperasjoner. - Google Patents

Abstract

En fremgangsmåte og apparat for etablering av graden ved hvilke fluid overføres mellom en bore-brønn (16) til havs og formasjoner (20) som omgir brønnen (16) under brønnboreforløpet fra en flytende borerigg (14). Et håndteringssystem (31) for borefluid anvendes for å innføre borefluid ned i brønnen (16). Et marint stigerør (22) som forløper fra sjøbunnen (18) til riggen (14) er anordnet for å returnere borefluid til riggen (14). Stigerøret (22) er anordnet med en glideskjøt (26) for å oppta bølgeindusert hiv av riggen (14).Inngangs- og utgangsstrømnings-målere (42,44) er anordnet for å overvåke strømningsgradene ved hvilke borefluid innføres i brønnen (16) og returneres til riggen (14). Signalet for returstrømningsgraden filtreres for å dempe de sykliske variasjoner som resulterer fra forlengelse og kontraksjon av glideskjøten (26). Et signalbehandlingssystem (46) er anordnet for å opprettholde tidskonstanten påført i filtreringsprosessen ved et optimalt nivå ettersom graden og størrelsen på rigghivene varierer med tiden. Inngangs- og de filtrerte utgangssignaler blir kombinert for å gi et differensial-strømningssignal som sammenlignes med en forhåndsvalgt alarmgrense for å bestemme om for høy fluidoverføring mellom brønnen (16) og de omgivne formasjoner (20) finner sted.

Description

Oppfinnelsen vedrører generelt en fremgangsmåte og et apparat anvendelig i å overvåke fluidsirkulasjonen i en underjordisk brønn. Nærmere bestemt vedrører denne oppfinnelse en fremgangsmåte og en et apparat for kontinuerlig å overvåke borefluid-sirkulasjonen for å detektere tilbakeslag og tapt sirkulasjon som oppstår under forløpet av boreoperasjoner til havs utført fra en flytende boreplattform eller fartøy.

En av de viktigste og sensitive aspekter av brønnboreoperasjoner involverer styringen av fluidoverføringsgraden mellom brønnen og de forskjellige underjordiske fjellformasjoner som omgir borehullet. Regulering av denne fluidoverføring oppnås ved å variere fluidets egenskaper, kalt "borefluid" eller "bore-slam", hvilke sirkulerer gjennom brønnen under boreoperasjons-forløpet. Borefluidet tjener flere formål i tillegg til dets bruk i å styre fluidoverføringen mellom fjellformasjonene og borehullet, innbefattende: å avkjøle og smøre borkronen, å frakte borkaks bort fra bunnen av borehullet, og å støtte bore-hullets vegger. Vanligvis injiseres borefluidet inn i bunn-partiet i borehullet gjennom den rørformede borstreng brukt for å bore brønnen. Borefluidet returnerer til overflaten gjennom det ringformede parti av borehullet utenfor borstrengen.

Ettersom borkronen penetrerer en underjordisk formasjon, bringes denne formasjon i fluidkommunikasjon med overflaten via borehullet. Dersom trykket i en permeabel formasjon som gjennom-løpes av borehullet overskrider det i borehullet ved en tilstrekkelig størrelse, kan fluidene i formasjonen (vanligvis vann, olje eller hudrokarbongass) tvinges inn i borehullet under trykk og frigjøres til overflaten på en ukontrollert måte.

Denne tilstand er vanligvis kjent som utblåsning. For å forhindre utblåsning, reguleres densiteten av borefluidet omhyg-gelig for å opprettholde trykket i borehullet ved et nivå,

slik at fluidene i permeable formasjoner forhindres fra å

entre borehull.

Brønnstyringsproblemer kan fremkomme dersom trykket, i borehullet signifikant overskrider det i én eller flere av formasjonene som gjennomløpes av borehullet. Dersom densiteten og borefluidet er større enn den i den permeable formasjon,

er det mulig for borefluidet å bli presset inn i formasjonen. Denne tilstand kalles "tapt" retur. I noen tilfeller kan det hydrostatiske trykk av borefluidet være tilstrekkelig stort til å frakturere en svak formasjon hvilket bevirker borefluidet å passere inn i formasjonen ved en stor hastighet. Som en ytterligere komplikasjon, dersom det også var en formasjon med forholdsvis høyt trykk ved et annet punkt langs borehullet kan dette tap av borefluid til den svake formasjon bevirke et temporært fall i den hydrostatiske trykkhøyde av borehullet av tilstrekkelig størrelse til å fremkalle en utblåsning fra høytrykksformasjonen. For å minimalisere potensialet for "tapt retur", er det vanligvis nødvendig å kontrollere densiteten på borefluidet slik at trykket i borehullet ikke vesentlig overskrider det til de svake formasjoner og permeable formasjoner.

Den mest effektive måte for beskyttelse mot utblåsninger er å overvåke brønnen for å bestemme start av formasjonsfluidintru-sjon. Dersom denne første intrusjon, vanligvis referert til som et "tilbakeslag" detekteres ved sin begynnelse, er det vanligvis ikke vanskelig å forhindre at situasjonen utvikler seg til en utblåsning. Likeledes korrigeres tapt sirkulasjon enklest når tapet av borefluid detekteres ved et tidlig tidspunkt.

En av de mest vanlige teknikker for å detektere tilbakeslag og tapt sirkulasjon under boreoperasjonsforløpet er deltastrøm-ningsovervåking. Deltastrømningsovervåking involverer å sammenligne graden ved hvilke borefluid injiseres inn i brønnen med graden ved hvilke borefluidet utgår fra brønnen. Etter overvåking av disse grader over en tilstrekkelig tidsperiode blir det mulig å fastlegge differensialstrømningsgraden "delta". Deltastrømningsgraden representerer den kumulative endring i

mengden av borefluid i brønnen over den valgte tidsperiode.

En netto tilførsel av borefluid til borehullet er indikerende for tapt retur. Likeledes vil et overskudd av returnert borefluid ovenfor injisert borefluid signalisere intrusjon av formasjonsfluider, og muligens start av en utblåsning. Ved mottak av en indikasjon på slike brønnstyreproblemer, må hjelpetiltak settes iverk. Disse hjelpetiltak er vanligvis til for å minske trykkdifferensialet mellom borehullet og de omgivne formasjoner, eller for å avtette de permeable formasjoner gjennom hvilke fluidvandring skjer.

Deltastrømningsovervåking medfører spesielle vanskeligheter under boreoperasjoner til havs utført fra en flytende boreplattform, slik som et boreskip. Flytende boreoperasjoner må oppta bølgeindusert bevegelse av boreriggen i forhold til borehullet. For å oppta denne bevegelse, er det marine stigerør, hvilket tjener til å forlenge borehullet fra sjøbunnen til boreskipet, anordnet med en teleskoperende glideskjøt. Siden fartøysbeveg-elsen forårsaker at glideskjøten utvider seg og trekker seg sammen, endrer fluidkapasiteten seg for returstrømningsbanen for borefluidet. Dette introduserer ujevne, sykliske variasjoner i utstrømningsgraden av borefluid. Disse variasjoner tildek-ker den virkelige deltastrømning.

Mange forsøk er gjort for å utvikle teknikker og apparater for

å minske eller eliminere virkningene av fartøyshiv på delta-strømningsovervåking. En retning for slik utvikling medfører anbringelse av returstrømningsmåleren for borefluid under istedenfor over glideskjøten. Et slikt system er beskrevet i US-patent 3.811.322 utstedt 21.mai 1974. Mens slike systemer unngår virkningene av fartøyshiv, er de ufordelaktige ved at de krever at en strømningsmåling utføres på borefluidet som passerer gjennom ringrommet definert ved en roterende borestreng og det ikke roterende stigerør. Å oppnå nøyaktige strømnings-målinger over alle strømningstilstander med dette arrangement representerer mange mekaniske problemer. Videre det å posisjonere

returstrømningsmåleren for borefluid under glideskjøten an-bringer det på et forholdsvis utilgjengelig sted, og gjør reparasjon eller utskiftning vanskelig dersom måleren svikter.

Et andre system for å eliminere virkningene av fartøyshiv på deltastrømningsmålinger involverer å korrigere graden ved hvilke borefluid passerer gjennom utgangsstrømningsmåleren slik at den ikke detekterer den momentane komponent av fluid-strømmen som resulterer fra fartøyshiv. US-patent 4.135.841, utstedt 23.januar 1979, beskriver en hivkompensator som forårsaker en endring i fluidvolumet av borefluidreturledningen lik og motsatt endringen forårsaket av bevegelsen til glideskjøten. Bruk av denne hivkompensator eliminerer i det vesentlige virk-ningen av fartøyshiv på strømningsgraden, men er ufordelaktig ved at den krever komplisert og omfangsrikt mekanisk utstyr.

Et tredje system for å eliminere virkningene av fartøyshiv involverer bearbeiding av utgangssignalet for returstrømnings-måleren for borefluid for å minske det sykliske bidrag av volum-endringen i glideskjøten. I et slikt system, anvist i US-patent 4.282.939, utstedt 11.august 1981, er deltastrømningsmålingene middelverdien over en tidsperiode som forløper fra når glide-skjøten er ved en gitt referanseposisjon inntil fartøyet har gått gjennom en hel hivsyklus og returnerer til denne referanse-posis jon. På denne måte elimineres strømningsgradfluktuasjoner på grunn av fartøyshiv vesentlig. En ulempe ved dette system er at en føler kreves på glideskjøten. Dette kompliserer installa-sjonen og vedlikeholdet av deltastrømningssystemet. Det å ta middelverdien på deltastrømningen over kun en enkelt hivsyklus for fartøyet gir en middelverdiperiode for kort for adekvat å minimalisere sykliske variasjoner i deltastrømninger som resulterer av andre årsaker enn fartøyshiv, slik som stamping og jaging. Andre slike systemer, beskrevet i US-patent 4.440.239, utstedt 3.april 1984 anvender et utgangssignalfilter med en lang og en kort tidskonstant som selektivt tilføres i respons av størrelsen på fartøyhivet. Dette system er ufordelaktig ved

at i mange tilfeller er den påførte filtrering for streng,

og bevirker for stor forsinkelse i respons av deltastrømnings-overvåkingssystemet. For mye filtrering minsker følsomheten av overvåkingssystemet, og introduserer en uønsket lang for-sinkelsestid mellom start av brønnfluidkontrollproblemet og detektering av problemet. Motsatt kan for liten filtrering resultere i falsk alarm, som resulterer fra bølgeinduserte strømningsgradoscilleringer som ukorrekt detekteres som brønn-styringsproblemer.

En fremgangsmåte og et apparat er fremsatt som er anvendelig

i å overvåke borefluidsirkulasjonsforhold i brønnboreoperasjoner. Den foreliggende oppfinnelse er særlig godt egnet for bruk på

et boreskip og i andre boreoperasjoner til havs i hvilke boreriggen beveger seg opp og ned i forhold til brønnhodet som et resultat av bølgeindusert fartøyshiv. Borefluidhåndterings-systemet er anordnet med strømningsmålere for å måle graden ved hvilke borefluid injiseres inn i og returnerer fra brønnen.

Den målte strømningsgrad behandles med et variabelt filter. Filtreringsgraden som påføres ved et gittøyeblikk er en funksjon av graden av fartøyshiv og størrelsen på oscillasjonene i graden av borefluidretur. Filtreringsgraden oppdateres kontinuerlig ved systemet. Etter å ha blitt filtrert, summeres strøm-ningsgraden for å gi en differensialstrømningsgrad, hvilke representerer ved hvilke borefluid øker eller går tapt. Den kon-tinuerlige automatiske justering av filteret optimaliserer balansen mellom minsket filterindusert forsinkelse under detektering av et borefluids sirkulasjonsabnormitet og unngår falske varslinger med hensyn til slike sirkulasjonsabnormiteter. Denne optimaliserte balanse opprettholdes over et område av omgivelses-messige og driftsmessige forhold. Den foreliggende oppfinnelse innbefatter også innretninger for å oppta synlige strømnings-gradendringer som resulterer fra borstrengbevegelsen, endringer av graden ved hvilke borefluid pumpes inn i brønnen, og stamping og rulling av fartøyet.

For en bedre forståelse av den foreliggende oppfinnelse vises de det til de vedlagte tegninger, hvor:

Fig.l viser en snittskisse, delvis skjematisk,

av et boreskip som innehar en utførelse av

den foreliggende oppfinnelse;

fig.2 er et blokkskjema som viser måten ved hvilke data fremkommet ved deltastrømningsovervåk-ingssystemet behandles;

fig.3 viser beregningene for ventilene T og F i

ligning 1 ; og

fig.4 viser en alternativ utførelse av signalfiltrer-ingsinnretninger ifølge fig.2.

Tegningene er ikke ment som en definisjon av oppfinnelsen, men

er vist kun for det formål av å illustrere visse foretrukne ut-førelser av oppfinnelsen som beskrevet nedenfor.

Fig.l viser et boreskip-10 som innehar de mekaniske komponenter av en foretrukken utførelse av deltastrømningsovervåkingssystem-

et 12 ifølge foreliggende oppfinnelse. Som det vil fremkomme med hensyn til den påfølgende omtale, er den foretrukne utførelse av oppfinnelsen særlig godt egnet for å minske virkningene av fartøyshiv og deltastrømningsmålinger gjort under forløpet av boreoperasjoner utført fra en flytende boreplattform eller et fartøy. Imidlertid kan andre utførelser av den foreliggende oppfinnelse anvendes med fordel i boreoperasjoner utført på land eller fra en fast plattform til havs, hvor bevegelse av boreriggen i forhold til brønnen ikke oppstår. I den utstrekning utfør-elsen beskrevet nedenfor er spesifikk for boreoperasjoner utført fra flytende borerigger utsatt for signifikant bølgevirkning, er dette for illustrasjon snarere enn en begrensning.

Som vist i fig.l støtter boreskipet 10 en borerigg 14 som brukes for å bore en brønn 16 som forløper nedad fra sjøbunnen 18 gjennom flere underjordiske formasjoner 20. Et marint stigerør 22 forløper oppad til boreskipet 10 fra et brønnhode 23 plassert på sjøbunnen 18. Stigerøret 22 støttes av et strekksystem 24 som opprettholder stigerøret 22 innenfor et forutbestemt område av strekklast mens boreskipet 10 beveger seg i forhold til brønn-hodet 23 i respons av bølger, vind og strømning. For å oppta denne bevegelse av boreskipet 10, er stigerøret 22 anordnet med en glideskjøt 26.

Boreriggen 14 støtter og driver en borstreng 28 som forløper nedad gjennom stigerøret 22 inn i brønnen 16. En borkrone 30 er festet til den nedre ende av borstrengen 28. Under forløpet av boreoperasjonene, innføres en i hovedsak konstant strømning av borefluid inn i brønnen 16 ved et håndteringssystem 31 for borefluid. En pumpe 32 svinger borefluid fra en lagertank 34 for borefluid inn i et slamrør 36. Fra slamrøret 36 entrer borefluidet en svivel 38 og passerer inn i den rørformede borstreng 28. Borefluidet passerer nedad gjennom borstrengen 28 og passerer inn i brønnen 16 gjennom dyser i borkronen 30. Borefluidet re-- turnerer oppad gjennom ringrommet definert av brønnen 16 og borstrengen 28 og passerer så gjennom stigerøret 22 inn i glide-skjøten 26 fra hvilke det passerer til en returledning 40 og til slutt returneres til lagertanken 34 for borefluid. Denne strømningsbane er indikert ved pilene i fig.l.

Håndteringssystemet 31 for borefluid;anordnes med et deltastrøm-ningsovervåkingssystem 12 for det formål å detektere tilfeller av tilbakeslag og tapt sirkulasjon under boreoperasjoner. For å etablere størrelsen av deltastrømningen, er det nødvendig å sammenligne graden av borefluidinnstrømning med graden av bore-fluidutstrømningen. En strømningsmåler 42 for innstrømning for å overvåke graden ved hvilke borefluid pumpes inn i borstrengen 28 plasseres i strømningsbanen mellom borefluidtanken 34 og svivelen 38. En strømningsmåler 44 for utstrømning plasseres i returstrømningsledningen 40 mellom glideskjøten 26 og borefluid-lagertanken 34. Strømningsmålerne 42,44 er anordnet til å gene-rere utgangssignaler som samsvarer med den detekterte strømnings- grad. Fortrinnsvis er strømningsmålerne 42,44 magnetiske strøm-ningsmålere, slik som strømningsmåler model 10D1435 A/U produsert av Fisher&Porter. Målingene utført av slike strømningsmålere er basert på spenningen indusert tvers over et sett elektroder av borefluidstrømmen forbi et sterkt magnetfelt. Slike strøm-ningsmålere er vel egnet for bruk i deltastrømningsmålerovervåk-ingssystemer fordi de representerer i hovedsak ingen begrensning for fluidstrømmen, er nøyaktig innenfor 1% av total strømnings-grad og er motstandige for forurensning.

Overvåking av graden ved hvilke borefluid forlater brønnen 16 i flytende boreoperasjoner kompliseres ved sammentrekningen og forlengelsen av den teleskoperende glideskjøt 26. De resulteren-de endringer i indre volum av glideskjøten 26 introduserer sykliske variasjoner i den momentane strømningsgrad av borefluid som forlater stigerøret 22. Størrelsen på disse oscillasjoner er avhengig av den da eksisterende sjøtilstand. Generelt vil desto større bølger gi desto større fartøyshiv og resultere i strøm-ningsoscillering. Under-visse forhold kan strømningsgraden bidra til på grunn av bevegelsen av glideskjøten 26 nå et øyeblikke-lig maksimum i overkant av 1800 liter pr. minutt. Dette bidrag til den totale differensielle strømningsgrad kan tildekke detek-teringen av fluidoverføring mellom brønnen 16 og de omgivne formasjoner 20.

For å minske effekten som hivinduserte variasjoner har på den momentane differensielle strømningsgrad, filtreres utgangssig-nalene på strømningsmålerne 42,44. I den foretrukne utførelse av den foreliggende oppfinnelse, utføres denne filtrering ved mål-ing av den totale strømning som skjer under en forhåndsvalgt tidsperiode, kalt tidskonstanten, og dele denne totale strømning på tidskonstanten. Dette gir en filtrert strømningsgrad som ved ethvert gitt tidspunkt representerer en midlere strømning målt over varigheten av tidskonstanten. Desto større tidskonstanen er, desto større er filtreringsgraden.

Valg av en passende filtreringsgrad er viktig i deltastrømnings-overvåking. Dersom filtreringsgraden ikke er adekvat for eksisterende forhold, vil overvåkingssystemet 12 være overfølsomt, og gir falske varsler av unormale brønntilstander i respons til fartøyshiv, mindre endringer i graden ved hvilke borefluid pumpes, og borstrengbevegelse. Falske deltastrømningsalarmer er svært uønskelig ved at de kan forårsake av borepersonell ignorer-er påfølgende virkelige alarmer. Motsatt dersom filtreringsgraden er for stor, vil responstiden for deltastrømningsover-våkingssystemet 12 for virkelige tilbakeslag og tapt sirkulasjon bli uakseptabelt lange, og forøke faren for at før det oppdages et brønnkontrollproblem vil dette skride frem til et trinn hvor det er vanskelig å kontrollere. Fordi sjøtilstanden og andre for hold som bevirker fluktuasjoner i den observerte deltastrøm-ningsgrad kontinuerlig endrer seg med tiden, er det ønskelig å kontinuerlig justere filtreringsgraden for å tilveiebringe optimal oppsamling for de momentane forhold.

I den foreliggende oppfinnelse justeres automatisk filtreringsgraden som påføres av deltastrømningsovervåkingssystemet 12 for å opprettholde en optimal balanse mellom det å minimalisere falske indikasjoner for strømningsproblemer ved å filtrere ut normale endringer i deltastrømningsgradenslik som hivinduserte komponenter for returstrømningen, og å opprettholde en rask respons til fluidoverføring mellom brønnen 16 og de omgivne formasjoner 20. I den foretrukne utførelse, utføres den endrede filtreringsgrad ved repetert påføring av den følgende empiriske algoritme for beregning av tidskonstanten:

Hvor T = midlere periode for skipshiv målt over den fortløpende tidskonstant

F - Differansen mellom den største og minste ufiltrerte utgangsstrømningsgrad over den fortløpende tidskonstant,

K = en dimensjonsløs konstant

A inngangsalarmnivå, målt som en differensiell strøm-ningsgrad .

Fagmannen vil innse andre metoder for å endre filtreringsgraden påført i respons til endring av omgivne tilstander. For eksempel kan en konstant tidskonstant brukes i forbindelse med en algoritme for å endre vektfaktoren gitt til individuelle datapunkter innenfor den aktuelle tidskontaktperiode. I et slikt system ville rolig sjø forårsake at de siste data blir gitt forholdsvis stor vekt, og derved minske filtreringsgraden og øke følsomheten for deltastrømningsovervåkingssystemet. Motsatt ville høy sjø forårsake en økning i relativ vektlegging gitt til eldre data innenfor tidskontantperioden, og derved minske følsomheten av deltastrømningsovervåkingssysternet.

Signalfiltrering og.annen signalbehandling i den foretrukne ut-førelse av deltastrømningsovervåkingssystemet 12 utføres ved et signalbehandlingssystem 46, skjematisk illustrert i fig.2. Fortrinnsvis anvendes en egnet programmert digitalcomputer, slik som LSI-11/2 computer tilvirket av Digital Equipment Corporation, for dette formål. Bestemmelse av tidskonstanten under filtrering av utgangene fra strømningsmålerne 42,44 er basert på oscilleringer i utgangsstrømningsgraden, og kalkuleres i samsvar med Ligning 1. Variablene T, den midlere periode for fartøyshiv, og F, den maksimale topp-til-topp amplityde av utgangsstrømnings-oscilleringen, bestemmes ved en eksaminasjon av råsignalet fra utgangsstrømningsmåleren 44 over varigheten av den da aktuelle tidskonstant. Fig.3 viser denne bestemmelse av verdiene for T og F ved et gitt øyeblikk. F utregnes ved konstant å opprettholde en registrering av forskjellen mellom den største og minste ut-gangsstrømningsgrad målt over varigheten av den aktuelle tidskonstant. T utregnes ved å opprettholde en løpende registrering av antallet av minima og maksima som fås ved utgangsstrømningsgrad-en over varigheten av den aktuelle tidskonstant og delt på to. Det skal bemerkes at T, den midlere periode av fartøyshiv, kan bestemmes på mange måter forskjellig fra å overvåke utgangsstrøm-ningsmåleren 44. For eksempel kan verdien T bestemmes ved en inertiell bevegelsesføler eller ved å overvåke posisjonen av glideskjøten 26 som en funksjon av tiden. Konstanten K vil være et unikum for hver enkelt boresituasjon. I praksis vil verdien K være basert på erfaring fra tidligere operasjoner utført med det spesifikke borefluidhåndteringssystem 31. I de fleste applikasjoner vil verdien for K settes ved et nivå like under det nivå som vil gi en alarm i respons til det største forvent-ede hivtilfelle.

For å beregne det filtrerte deltastrømningssignal, filtrerer signalbehandlingssystemet 46 separat utgangen av inngangsstrøm-ningsmåleren 42, og et signal som representerer utgangsstrøm-ningsgraden når målt ved utgangsstrømningsmåleren 44 korrigert for den komponent av utgangsstrømningen som resulterer fra bevegelse av borstrengen 28 i brønnen 16. En felles tidskonstant, beregnet i samsvar med Ligning 1, anvendes av signalbehandlingssystemet 46 i filtrering av begge signaler. Korrigeringen for borstrengen 28 er nødvendig for å forhindre endring i fluidkapasiteten for brønnen 16 som resulterer fra en endring i volumet av borstrengen 28 i brønnen 16 fra å bli tolket som et brønn-kontrollproblem. Korrigeringen oppnås ved å multiplisere fluid-volumekvivalenten pr. lengdeenhet av borstrengen med graden av borstrengbevegelse. Graden av borstrengbevegelse kan frembringes ved å overvåke bevegelsen av løpeblokken 50. Ytterligere detaljer med hensyn til å oppnå korrigering for borstrengbevegelse er fremsatt i US-patentsøknad nr. 578,721, inngitt 17.april 1985

og overdratt til samme søker som i den foreliggende søknad.

I en alternativ utførelse, vist i fig.4, kan signalene fra inn-gangsstrømningsmåleren 42, utgangsstrømningsmåleren 44 og strøm-ningsgradekvivalenten som resulterer fra borstrengbevegelsen summeres før filtrering. Videre kan et kontrollsystem med lukket kretsløp erstattes for kontrollsystemet med åpent kretsløp brukt

i oppdatering av tidskonstanten.

Signalbehandlingssystemet 46 sammenligner kontinuerlig den filtrerte, korrigerte deltastrømningsgrad mot en alarmgrense. Dersom alarmgrensen overskrides, aktiviseres en alarm 48. Den første alarmgrense er en operatørinngang til signalbehandlingssystemet 46. For typiske marine boreoperasjoner er en alarmgrense for deltastrømning på 96 liter/minutt passende. I tillegg til å tilveiebringe et varsel i respons til en for høy korrigert deltastrømningsgrad, er deltastrømningsovervåkingssystemet 12 anordnet med en deltastrømningsopptager 56 og visuelt display 58.

Signalprosessystemet 46 er anordnet med innretninger for automatisk å øke alarmgrensen i respons til at tidskonstanten når den forhåndsvalgte øvre grense. I den foretrukne utførelse er denne øvre tidskontantgrense 150 sekunder. Denne øvre grense vil vanligvis nås kun i ekstreme hivforhold. Det er nødvendig å etablere denne øvre grense fordi utover en tidskontant på omkring 150 sekunder, som overskrider tidskonstanten tilveiebringer forholdsvis liten fordel ved filtrering ut hivinduserte bidrag til deltastrømningen, mens det øker responstiden for virkelig sirkulasjonsproblemer. Når den forutvalgte øvre grense er nådd, økes alarmnivået i samsvar med formelen:

Hvor TC = den maksimale tidskonstant

L = en konstant, valgt slik at for verdiene for T og F

som eksisterer ved tidspunktet når tidskonstanten når sitt maksimum, vil alarmnivået kalkulert ved Ligning 2 være lik inngangsalarmnivået A.

Deltastrømningsovervåkingssystemet 12 er anordnet med tre alarm-opphevere. Den første av disse er en manuell alarmoppheverbryter 52. Denne tillater alarmen 48 å bli manuelt deaktivert mens trippeoperasjoner utføres og i andre situasjoner som ellers kunne gi en falsk indikasjon på et tilbakeslag eller tapt sirkulasjon. Alarmen blir igjen aktiv i en fast tid etter tiden for den manuelle opphevelse 52 er reaktivert.

Den andre alarmopphever aktiviseres automatisk ved en endring i inngangsstrømningsgraden. Dette er nødvendig fordi en endring i inngangsstrømningsgrad innfører en transient som ikke reflekter-es i utgangsstrømningsgraden for en tidsperiode, vanligvis flere sekunder kjent som brønnforsinkelse. I respons til å detektere en endring i inngangsstrømningsgraden på mer enn en forhåndsbe-stemt størrelse, fortrinnsvis omkring 10%, reaktiverer signalprosessystemet 46 alarmen for en tidsperiode lik med tidskonstanten pluss brønnforsinkelsen. For de fleste flytende bore-systemer er brønnforsinkelsen i det vesentlige uavhengige av brønndybden. Dette fordi den primære årsak for brønnforsinkelse resulterer av den graviditetsdrevne strømning inn i utstrømnings-røret 40 oppstrøms av utgangsstrømningsmåleren 44. I den foretrukne utførelse kommer brønnforsinkelsen inn i signalbehandlingssystemet 46 ved operatøren. Alternativt kan denne verdi behandles av signalbehandlingsssystemet 46 gjennom overvåking av responsen av deltastrømningsgraden til en endring i inngangsstrømnings-graden.

Den tredje alarmopphever aktiviseres når en innstilt verdi overskrides av borefartøyets 10 stamping og rulling. De fleste bore-skips borefluidhåndteringssystem 31 har lange rørledningsløp oppstrøms av utgangsstrømningsmåleren 44. Vanligvis forløper dette rørsystem delvis fullt, hvor strømningen av fluid gjennom rørsystemet blir drevet av gravitasjonen. En stamping eller rulling i én retning kan forårsake drenering av dette rørsystem, hvilket bevirker en tidlig strømningsbølge. En stamping eller rulling i den andre retning kan temporært stoppe fluidstrøm-ningen gjennom utgangsstrømningsmåleren 44. Følgelig er delta-strømningsovervåkingssystemet 12 anordnet med en monitor 54 for å deaktivisere alarmen 48 når en for stor stampe-/rullevinkel nås. Alarmen 48 gjenaktiviseres etter en tidskonstant pluss en brønnforsinkelsesperiode etter avslutningen av den for høye stampe-rullesituasjon.

Som et alternativ til en automatisk alarmopphever 48 i respons til å ha nådd en for høy stampe-rullevinkel, kan signalbehandlingssystemet 46 tilpasses for temporært å påføre et forhåndsvalgt høyere alarmnivå i respons til oppnåelsen av en viss stampe-rullevinkel. Systemet vil returnere til det opprinnelige alarmnivå ved en tidskonstant pluss en brønnforsinkelsesperiode etter enden av den forhøyede stampe-rulletilstand.

I en alternativ utførelse av den foreliggende oppfinnelse, er

en fjerde alarmopphever anordnet for å deaktivisere alarmen 48

i respons til den ekvivalente strømningsgrad som resulterer fra borstrengbevegelse ved oppnåelse av en forhåndsvalgt størrelse, for eksempel 50% av alarmnivået for strømningsgraden. Dette unngår behovet for å korrigere avlesningen av utgangsstrømnings-måleren 34 for virkningene av borstrengbevegelsen. Alarmen vil bli gjenaktivisert ved en tidskonstant pluss en brønnforsinkelse etter tiden når den ekvivalente strømningsgrad som resulterer fra borstrengsbevegelsen har falt under nivået etablert for de-aktivering av alarmen 48.

Signalbehandlingsinnretningen 46 er programmert for å tillate tidskonstanten å bli oppdatert kun under disse perioder når ut-gangsstrømningsoscillasjonene resulterer i hovedsak fra fartøys-hiv. Dette utføres ved å utelukke noen oppdatering av tidskonstanten når: endringen i borehullfluidkapasiteten på grunn av borstrengsbevegelse overskrider en viss verdi, vanligvis 38 liter/minutt; et stampe-rulletilfelle av tilstrekkelig størrelse oppstår som tillater returledningen 40 å drenere; inngangsstrøm-ningsgraden endres med mer enn en forutvalgt størrelse, vanligvis 10% eller den manuelle opphever 52 aktiviseres. Oppdaterings- funksjonen for tidskonstanten gjenaktiviseres etter en brønn-forsinkelsesperiode pluss en filter tid konstant etter opphør av hendelsen. Forhåndsvalgte maksimums- og minimumsverdier eta-bleres for tidskonstanten; vanligvis 150 sekunder og 30 sekunder henholdsvis.

Claims (22)

1. Fremgangsmåte for bestemmelse av fluidoverførings-graden mellom en borebrønn til havs og formasjonene som omgir brønnen i boreforløpet av brønnen fra en flytende borerigg, karakterisert ved at den innbefatter trinnene: å måle graden ved hvilke borefluid innføres i brønnen fra den flytende borerigg; å måle graden ved hvilke borefluid returneres til den flytende borerigg fra brønnen; å bestemme størrelsen av oscillasjonene i graden ved hvilke borefluid returneres til boreriggen over en forhåndsvalgt tidsperiode; å kalkulere en filtrert, differensiell strømningsgrad som representerer differansen mellom innstrømningsgraden og ut-strømningsgraden i gjennomsnitt over en tidskonstant, hvor verdien på tidskonstanten er en funksjon av oscillasjonsstørrelsen i graden ved hvilke borefluid returneres til den flytende rigg fra brønnen; å sammenligne nevnte filtrerte, differensielle strøm-ningsgrad med et alarmnivå; å aktivisere en alarm i respons til nevnte filtrerte differensielle strømningsgrad som overskrider alarmnivået; og å repitere trinnene ovenfor gjennom forløpet av brønn-boreoperasjonen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det innbefatter trinnene av å bestemme oscillasjons-perioden i graden ved hvilke borefluid returnerer til boreriggen over en forhåndsvalgt tidsperiode og hvor kalkuleringen av den i differensielle strømningsgrad innbefatter a etablere en tidskonstant hvilke er direkte proporsjonal med produktet av perioden og oscillasjonsstørrelsen i graden ved hvilke borefluid returneres til boreriggen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den innbefatter trinnene av å utelate noen rekalkulering av tidskonstanten for en forhåndsvalgt tidsperiode etter en eller annen endring av mer enn en forhåndsvalgt størrelse på graden ved hvilke borefluid innføres i brønnen.

4. System for å overvåke deltastrømningsgraden av borefluid under forløpet av sirkuleringen av borefluid gjennom en brønn fra en borerigg, karakterisert ved at det innbefatter: en inngangsstrømningsmåler anordnet for å etablere et første signal som representerer graden ved hvilke borefluid innføres i brønnen fra boreriggen; en utgangsstrømningsmåler anordnet for å etablere et andre signal som representerer graden ved hvilke borefluid returneres til boreriggen fra brønnen; og et signalbehandlingssystem anordnet for å motta det første og andre signal og beregne et tredje signal som representerer den filtrerte differanse mellom det første og andre signal, hvor signalbehandlingssystemet er anordnet for repeterende å oppdatere den påførte filtreringsgrad ved å kalkulere det tredje signal i samsvar med et forhold som tjener til å øke filtreringsgraden i respons til en økning i størrelsen av de sykliske variasjoner i graden ved hvilke borefluid returneres til boreriggen, og å minske filtreringsgraden i respons til en minskning i stør-relsen av de sykliske variasjoner i graden ved hvilke borefluid returneres til boreriggen.

5. Overvåkingssystem ifølge krav 4, karakterisert ved at signalbehandlingssystemet filtrerer det første og andre signal over en tidskonstant, hvor signalbehandlingssystemet er tilpasset til å øke tidskonstanten i respons til økning av størrelsen på sykliske variasjoner i graden ved hvilke borefluid returneres til boreriggen, og å minske tidskonstanten i respons til minskning av størrelsen for sykliske variasjoner i graden ved hvilke borefluid returneres til boreriggen.

6. Borefluidovervåkingssystem ifølge krav 5, karakterisert ved at signalbehandlingssystemet er tilpasset til å kalkulere en filtertidskonstant som har en størrelse som er en funksjon av produktet F x T, hvor; F = størrelsen av oscillasjonen i graden ved hvilke borefluid returneres til boreriggen, og T = perioden for oscillasjonene til graden av borerigg- retur.

7. Borefluidovervåkingssystem ifølge krav 6, karakterisert ved at signalbehandlingssystemet er tilpasset til å kalkulere faktoren F ved å trekke den laveste retur-strømningsgrad som oppstår innenfor en valgt tidsperiode fra den høyeste returstrømningsgrad som oppstår innenfor nevnte forhåndsvalgte tidsperiode.

8. Borefluidovervåkingssystem ifølge rkav 5, karakterisert ved at signalbehandlingssystemet er tilpasset for kontinuerlig å oppdatere nevnte tredje signal og som følger hver oppdatering, for å sammenligne det tredje signal med en forhåndsvalgt alarmgrense.

9. Borefluidovervåkingssystem ifølge krav 8, karakterisert ved at det innbefatter innretninger for å aktivisere en alarm i respons til det tredje signal når alarm grensen nås.

10. Borefluidovervåkingssystem iføllge krav 8, karakterisert ved at signalbehandlingssystemet er til passet til å forhindre at tidskonstanten øker utover en forut bestemt, maksimal tidskonstantverdi hvor signalbehandlingssystemet videre er tilpasset til å øke nevnte alarmgrense i respons til økende oscilleringsstørrelse i graden av borefluidretur etter at nevnte tidskonstant har nådd nevnte maksimale tidskonstantverdi.

11. Fluidovervåkingssystem ifølge krav 4, karakterisert ved at det innbefatter innretninger for å etablere et fjerde signal, hvor det fjerde signal representerer graden ved hvilke volumet av borstrengen i brønnen endres, hvor det andre signal representerer graden ved hvilke borefluid returneres til boreriggen, korrigert for det fjerne signal.

12. Fluidovervåkingssystem for å etablere graden av fluidoverføring mellom en borebrønn til havs som bores fra en flytende borerigg og formasjonene som omgir brønnen, hvor et marint stigerør forløper fra brønnen til boreriggen for å returnere borefluid fra brønnen til boreriggen, idet det marine stige-rør er tilpasset til å oppta fartøyshiv, karakterisert ved at systemet innbefatter: en inngangsstrømningsmåler tilpasset for å etablere et første signal som representerer graden ved hvilke borefluid innføres i brønnen; en utgangsstrømningsmåler tilpasset for å etablere et andre signal som representerer graden ved hvilke borefluid returneres til boreriggen fra brønnen, og et signalbehandlingssystem tilpasset til å motta det første og andre signal og å kalkulere et tredje signal som representerer den filtrerte forskjell mellom det første og andre signal, hvor tidskonstanten for filtreringen påført ved nevnte signalbehandlingssystem er varierbar.over et verdiområde i sam svar med en kontrollalgoritme med hensyn til størrelsen av tidskonstanten og til størrelsen av oscilleringene i utgangsstrømmen.

13. Borefluidovervåkingssystem ifølge krav 12, k a r - 'akterisert ved at signalbehandlingssystemer er til passet for uavhengig å filtrere det første og andre signal og så kalkulere forskjellen mellom det filtrerte andre signal og det filtrerte første signal for å gi det tredje signal.

14. Borefluidovervåkingssystem ifølge krav 12, karakterisert ved at signalbehandlingssystemet er tilpasset til å kalkulere, forskjellen mellom det første og andre signal, og å filtrere denne forskjell over nevnte kalkulerte tidskonstant for å gi det tredje signal.

15. Borefluidovervåkingssystem ifølge krav 12, karakterisert ved at signalbehandlingssystemet er tilpasset til å kalkulere en filtertidskonstant som er direkte proporsjonal med størrelsen av oscilleringen i graden ved hvilke borefluid returneres til boreriggen.

16. Borefluidovervåkingssystem ifølge krav 12, karakterisert ved at signalbehandlingssystemet er tilpasset til å kalkulere en filtertidskonstant som er direkte proporsjonal med produktet F x T hvor: F = størrelsen på oscilleringen i graden ved hvilke borefluid returneres til boreriggen,og T = perioden av oscilleringer i graden av bore fluidretur.

17. Borefluidovervåkingssystem ifølge krav 16, karakterisert ved at signalbehandlingssystemet er tilpasset til å kalkulere faktoren F ved å trekke den laveste returstrømningsgrad som oppstår innenfor en forhåndsvalgt tidsperiode fra den høyeste returstrømningsgrad som oppstår innenfor den valgte tidsperiode.

18. Borefluidovervåkingssystem ifølge krav 17, karakterisert ved at signalbehandlingssystemet er tilpasset til kontinuerlig å oppdatere det tredje signal og etter-fulgt av hver oppdatering, å sammenligne det tredje signal med en alarmgrense.

19. Borefluidovervåkingssystem ifølge krav 12, karakterisert ved at signalbehandlingssystemet er tilpasset til kontinuerlig å oppdatere det tredje signal og repeterende og sammenligne det tredje signal med en alarmgrense.

20. Borefluidovervåkingssystem ifølge krav 19, karakterisert ved at det innbefatter en alarm og innretninger for å aktivere alarmen i respons til det tredje signal som overskrider alarmgrensen.

21. Borefluidovervåkingssystem ifølge krav 20, karakterisert ved at det innbefatter innretninger for å deaktivisere alarmen og utelate oppdateringer av tidskonstanten for en forhåndsvalgt tidsperiode i respons til en første signalendring ved mer enn en forhåndsvalgt størrelse.

22. Borefluidovervåkingssystem ifølge krav 12, karakterisert ved at signalbehandlingssystemet er tilpasset til å forhindre verdien av tidskonstanten fra å øke utover en forhåndsvalgt maksimalverdi og er tilpasset til å øke alarmgrensen i respons til økning i størrelsen av oscilleringen av det tredje signal under disse perioder når tidskonstanten er ved sin maksimale verdi.