專利名稱：自動(dòng)化井控制的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開大體涉及海上鉆井，并且具體而言，涉及用于在鉆探過程期間控制海底井的自動(dòng)化方法。
背景技術(shù)：
油氣開采的未來在于深水和海床之下的較大深度處。這為海底裝備帶來日益嚴(yán)厲的狀況，例如較高的壓カ和提高的溫度。這些較嚴(yán)厲的狀況可導(dǎo)致井涌的數(shù)量増加，以及因 此降低給定操作的效率和安全性。這要求設(shè)計(jì)ー種用于這個(gè)變寬的高壓和高溫包絡(luò)的海底自動(dòng)控制系統(tǒng)。能夠監(jiān)測(cè)和在邏輯上控制裝備和工具的控制系統(tǒng)可導(dǎo)致較可靠、較安全和較高效的海底操作。尋找ー種提供較可靠、較安全和較高效的海底鉆探操作的改進(jìn)的控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的鉆探系統(tǒng)具有在不需要操作人員作出決策的情況下自動(dòng)地探測(cè)和控制井涌或縱蕩(surge)的特征。本發(fā)明包括傳感器和基于傳感器輸入而自主地監(jiān)測(cè)和執(zhí)行動(dòng)作的自動(dòng)控制系統(tǒng)。在給定的實(shí)施例中，可存在多個(gè)傳感器組合，這取決于具體鉆探操作的需要。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可存在用以監(jiān)測(cè)回流速率的傳感器。傳統(tǒng)上，可通過例如導(dǎo)線和光纖傳感器來傳輸來自回流速率傳感器的信號(hào)，導(dǎo)線和光纖傳感器可為通往平臺(tái)的臍帶的一部分。理想地，回流速率傳感器將始終指示井口組裝件內(nèi)存在的流率。回流速率傳感器感測(cè)的流率増大可指示井涌。諸如流入速率、溫度、井口孔壓力、柱重量變化、鉆進(jìn)(penetration)速率、扭矩和多種其它傳感器的額外的傳感器輸入均可被監(jiān)測(cè)，以用于井涌或縱蕩狀況的額外指示。某組傳感器狀況可導(dǎo)致控制系統(tǒng)執(zhí)行自主動(dòng)作，以減輕或停止井涌。例如，指示的井涌狀況可導(dǎo)致控制系統(tǒng)警告操作人員，以及隨后啟動(dòng)應(yīng)急程序。這些程序可包括應(yīng)急斷開序列或啟動(dòng)井孔閉井序列?？紤]到結(jié)合所附權(quán)利要求和附圖得到的本發(fā)明的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其它目標(biāo)與優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。


圖I是示出了根據(jù)本公開的鉆井控制系統(tǒng)的示意圖。圖2是標(biāo)識(shí)圖I的控制系統(tǒng)采用的步驟的示意性流程圖。
具體實(shí)施例方式圖I示出了被鉆探或完成的海底井。該井已經(jīng)至少部分地被鉆探，并且具有安裝在海床13處的海底井口組裝件11。至少ー個(gè)套管柱(未顯示)將懸吊在井中，并且由井口組裝件11支承。井可具有尚未裝套管的開孔部分，或者它可完全被裝套管，但是完井還沒有結(jié)束。液壓促動(dòng)式連接器15將防噴器(BOP)組17可釋放地固定到井口殼體組裝件11。BOP組17具有若干個(gè)閘板式防噴器19，其中的ー些是管閘板，而其中的至少ー個(gè)是全封閉閘板。管閘板具有大小設(shè)置成包圍向下延伸通過井口殼體11的管且密封在管上的腔體。全封閉閘板能夠剪切管和實(shí)現(xiàn)完全封閉。閘板19中的每ー個(gè)具有位于封閉元件的下方的端ロ 21，以在閘板19關(guān)閉時(shí)將流體泵送到井中，或者從井中泵送出流體。流體流經(jīng)過扼流壓井管路(未顯示)。液壓促動(dòng)式連接器23將低位海下立管總成(LMRP) 25連接到BOP組17的上部端上。LMRP 25的元件中的ー些包括一個(gè)或多個(gè)環(huán)形BOP 27(顯示了兩個(gè))。各個(gè)環(huán)形BOP27具有將包圍任何大小的管的彈性元件。而且，在沒有管延伸通過BOP 27的情況下，BOP27可完全關(guān)閉。各個(gè)環(huán)形BOP 27具有位于彈性元件下方的端ロ 29，以在B0P27關(guān)閉時(shí)在 弾性元件下方將流體泵送到井中，或者從井中泵送出流體。通過端ロ 29的流體流由扼流壓井管路處理。環(huán)形BOP 27備選地可為BOP組17的一部分，而非用液壓促動(dòng)式連接器23連接到BOP組17。LMRP 25包括能夠相對(duì)于LMRP 25和BOP組17的公共軸線進(jìn)行樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的撓性接頭31。液壓促動(dòng)式立管連接器33安裝在撓性接頭31的上方，以連接到立管35的柱的下部端。立管35由固定在一起的管36的接頭組成。輔助管道37在立管35的中心管36的周圍沿周向隔開。輔助管道37比立管35的中心管36具有更小的直徑，并且用來傳送流體。輔助管道37中的一些用作扼流壓井管路。其它輔助管道37則提供液壓流體壓力。在LMRP 25的上部端處的流端ロ 38將輔助管道37中的某一些連接到多種促動(dòng)器。當(dāng)立管連接器33與中心立管的管36斷開且立管35被提起時(shí)，流端ロ 38還將與輔助管道37斷開。在立管35的上部端處，輔助管道37連接到軟管(未顯示)，該軟管延伸到浮動(dòng)的鉆探船或鉆探平臺(tái)40上的多種裝備。電線路和可選地光纖線路在臍帶內(nèi)向下延伸到LMRP 25。電控制線路、液壓控制線路和光纖控制線路通往安裝到LMRP 25的ー個(gè)或多個(gè)控制模塊(未顯示)?？刂颇K控制BOP組17和LMRP 25的多種促動(dòng)器。立管35從平臺(tái)40被液壓張緊器(未顯示)支承而張紫。張緊器允許平臺(tái)40響應(yīng)于波浪、風(fēng)和水流而相對(duì)于立管35移動(dòng)有限的距離。平臺(tái)40在其上部端處具有用于從中心立管的管36中輸送向上流動(dòng)的流體的裝備。此裝備可包括偏流器39，偏流器39具有遠(yuǎn)離中心立管的管39而通往平臺(tái)40的出ロ 41。分流器39可被安裝到平臺(tái)40上，以隨平臺(tái)40移動(dòng)。伸縮式接頭(未顯示)可位于分流器39和立管35之間，以適應(yīng)這個(gè)移動(dòng)。分流器39具有液壓促動(dòng)式密封件43，當(dāng)關(guān)閉吋，該液壓促動(dòng)式密封件43迫使中心立管的管36中的所有向上流動(dòng)的流體離開出口 41。平臺(tái)40具有帶旋轉(zhuǎn)臺(tái)47的鉆塔地板45，管通過旋轉(zhuǎn)臺(tái)47而下降到立管35中，以及下降到井中。在這個(gè)示例中，管被示為鉆探管49的柱，但是，管可備選地包括其它井管，例如襯管或套管。顯示了鉆探管49連接到頂部驅(qū)動(dòng)51上，頂部驅(qū)動(dòng)51支承鉆探管49的重量，以及供應(yīng)扭矩。頂部驅(qū)動(dòng)51被一組滑輪(block)(未顯示)提起，并且在與扭矩傳遞軌道接合時(shí)，在井架上上下移動(dòng)。備選地，鉆探管49可由滑輪支承，并且經(jīng)由滑軌(未顯示)而被旋轉(zhuǎn)臺(tái)47旋轉(zhuǎn)，滑軌楔住鉆探管49，以使鉆探管49與旋轉(zhuǎn)臺(tái)47成旋轉(zhuǎn)接合。安裝在平臺(tái)40上的泥漿泵53 (僅示出了ー個(gè))沿著鉆探管49泵送流體。在鉆探期間，流體通常將是鉆探泥漿。泥漿泵53連接到通往泥漿軟管55的管路，泥漿軟管55向上延伸到井架，以及延伸到頂部驅(qū)動(dòng)51的上部端中。泥漿泵53經(jīng)由進(jìn)ロ管路59而從泥漿槽57 (僅示出了ー個(gè))中抽取泥漿。立管出口 41經(jīng)由軟管(未顯示)而連接到泥漿槽57上。在到達(dá)泥漿泵進(jìn)ロ管路59之前，泥漿振動(dòng)篩(未顯示)分開鉆土事件所造成的鉆屑與鉆探泥漿。井摘被定乂為地層流體意外進(jìn)入到井孔中，在鉆探時(shí)或在完井時(shí)可發(fā)生井摘。基本上，當(dāng)泥土地層具有的壓カ高于井中的流體的靜水壓カ時(shí)，發(fā)生井涌。如果井具有未裝套管的孔部分或開孔部分，作用于泥土地層上的靜水壓力是鉆探泥漿的壓力。操作人員控制鉆探泥漿的重量，使得鉆探泥漿將提供足夠的靜水壓カ來避免井涌。但是，如果泥漿重量過度，泥漿可流到泥土地層中，從而損害地層，以及導(dǎo)致循環(huán)漏失。因此，操作人員平衡重量，以便提供足夠的重量來防止井涌，但是避免流體損失。 在鉆探時(shí)，在從井中分離出鉆探管49或?qū)@探管49送入到井中時(shí)，可發(fā)生井涌。當(dāng)在導(dǎo)線管路(wire line)上將測(cè)井儀器下降到井中以測(cè)量泥土地層時(shí)，也可發(fā)生井涌。甚至在已經(jīng)封閉井之后，例如于通過套管或在套管的周圍或在襯管頂部和套管之間有泄漏而，也可發(fā)生井涌。在那種情況下，井中的流體可為水，而非鉆探泥漿。如果不減輕，井涌可導(dǎo)致高壓烴流到水面，從而可能向上推動(dòng)鉆探泥漿和井中的任何管。烴可為可被意外地點(diǎn)燃的氣體。通常，井涌由平臺(tái)40處的、提前探測(cè)井涌和采取補(bǔ)救動(dòng)作的人員控制。人員基于經(jīng)驗(yàn)而使用多種技術(shù)來探測(cè)井涌。而且，采取多種補(bǔ)救動(dòng)作。例如，探測(cè)到與泵入相比有更多鉆探泥漿返回可指示井涌。補(bǔ)救動(dòng)作可包括關(guān)閉環(huán)形BOP 27，以及沿著扼流壓井管路將較重的流體泵送到端ロ 21，端ロ 21將較重的流體引導(dǎo)到井中。如果鉆探泥漿繼續(xù)沿著立管35向上流動(dòng)且流出出口 41，則操作人員可關(guān)閉分流器39，并且將流引導(dǎo)到遠(yuǎn)處的火炬管路。如果補(bǔ)救動(dòng)作不起作用，則操作人員可關(guān)閉閘板19且剪切鉆探管49，然后例如在連接器23或連接器33處斷開立管35。然后平臺(tái)40可被移動(dòng)，從而隨之帶著立管35。探測(cè)和補(bǔ)救步驟需要平臺(tái)40上的操作人員作出決策。圖I中顯示的鉆探系統(tǒng)具有在不需要操作人員作出決策的情況下自動(dòng)地探測(cè)和控制井涌的特征。圖I的鉆探系統(tǒng)具有許多傳感器，僅示出了其中的少許傳感器。傳感器意圖提供井涌的早期探測(cè)，并可使用較多或較少的傳感器。傳感器中的ー些可能僅在鉆探期間有幫助，而在分離鉆探管或執(zhí)行其它操作(例如，粘合)時(shí)沒有幫助?；亓魉俾蕚鞲衅?7將感測(cè)鉆探泥漿返回的流率或任何向上流動(dòng)流體的流率。回流速率傳感器67可如所顯示的那樣位于出ロ 41中，或者位于BOP組連接器15中。流入傳感器69可位于泥漿泵53的出ロ處，以確定正被泵送到井中的流體的流率。如果傳感器67所感測(cè)到的回流速率大于傳感器69所感測(cè)到的流入速率，則存在井涌正發(fā)生的指示。如果回流速率小于流入速率，則存在正發(fā)生流體損失到泥土地層中的指示。但是，由于其它因素，在傳感器67、69之間的流率中可出現(xiàn)差異。例如，可在ー個(gè)泥土地層中發(fā)生一些循環(huán)漏失，同時(shí)在另一個(gè)地層中發(fā)生井涌。
井口孔壓カ傳感器61優(yōu)選地將在最下部閘板19下方的BOP組17內(nèi)位于井口組裝件11的正上方。傳統(tǒng)上，可通過例如導(dǎo)線和光纖傳感器來傳輸來自井口孔壓カ傳感器61的信號(hào)，導(dǎo)線和光纖傳感器可為通往平臺(tái)40的臍帶的一部分。井口孔壓カ傳感器61將始終指示井口組裝件11內(nèi)存在的壓力。在使鉆探泥漿循環(huán)向下通過鉆探管49時(shí)，感測(cè)到的壓カ將是在那點(diǎn)處在鉆探管49的外部的返回鉆探泥漿的壓力。該壓カ取決于在傳感器61的上方的鉆探泥漿的靜水壓力，該靜水壓カ與海洋深度成比例。如果鉆探泥漿不循環(huán)，則感測(cè)到的壓カ將是立管中心管36中的流體的靜水壓力。傳感器61所感測(cè)到的壓カ的増大可指示井涌。但是，盡管傳感器61僅感測(cè)到正常范圍的壓力，也可能發(fā)生井涌。例如，氣體沿著立管35向上遷移將使傳感器61上方的鉆探泥漿柱變輕，從而導(dǎo)致傳感器61或者不顯示壓カ増大，或者顯示壓力下降。而且，傳感器61所監(jiān)測(cè)到的壓カ受到泥漿泵53的壓カ的影響。盡管如此，當(dāng)與正被感測(cè)的其它參數(shù)耦合時(shí)，傳感器61會(huì)提供可指示井涌的有價(jià)值的信息。優(yōu)選地采用ー個(gè)或多個(gè)溫度傳感器65來感測(cè)向上流動(dòng)流體的溫度。溫度傳感器65還優(yōu)選地在井口連接器15中，以感測(cè)井口組裝件11的孔中的流體的溫度。如果發(fā)生井涌，溫度可改變。當(dāng)與關(guān)于立管35中的向上流動(dòng)流體的其它數(shù)據(jù)結(jié)合時(shí)，可精確地確定井 涌的指示。柱重量傳感器71安裝到頂部驅(qū)動(dòng)51，或者安裝到滑輪，以感測(cè)正被井架支承的管柱的重量。在鉆探期間，感測(cè)到的鉆探管49的重量取決于鉆探管49對(duì)鉆頭施加多少重量。如果操作人員施加較多制動(dòng)，則感測(cè)到的重量將増大，因?yàn)橛休^少重量傳遞到鉆頭。如果操作人員釋放一些制動(dòng)，則有較多重量施加到鉆頭上，并且傳感器71感測(cè)到較少重量。如果發(fā)生足夠量級(jí)的井涌而開始向上推動(dòng)鉆探管49，則感測(cè)到的重量將減小。將來自柱重量傳感器71的信號(hào)鏈接到鉆進(jìn)速率(ROP)傳感器73將協(xié)助確定感測(cè)到較小重量是因?yàn)槭┘恿溯^多制動(dòng)還是因?yàn)榫?。ROP傳感器73測(cè)量鉆探管49向下移動(dòng)有多迅速，從而是施加的制動(dòng)的量的指示。ROP傳感器73還將確定何時(shí)鉆入到非常軟的地層中，從而提示可能發(fā)生循環(huán)漏失。另外，扭矩傳感器75提供關(guān)于井涌的有用信息。扭矩傳感器75安裝在頂部驅(qū)動(dòng)處，或者安裝在頂部驅(qū)動(dòng)的附近，并且感測(cè)在鉆探期間施加的扭矩的量。如果井涌趨向于提起鉆探管49，則扭矩將下降。扭矩也會(huì)由于其它原因而減小，例如故意減小鉆頭上的重量或碰到軟的地層。當(dāng)與其它數(shù)據(jù)耦合吋，扭矩傳感器75在鉆探期間感測(cè)到的扭矩可協(xié)助精確地預(yù)測(cè)井涌的早期發(fā)生。平臺(tái)40上的BOP控制系統(tǒng)77接收來自傳感器61、65、67、69、71、73和75和可能其它傳感器的信號(hào)。BOP控制系統(tǒng)77處理這些信號(hào)，以探測(cè)是否發(fā)生井涌，以及響應(yīng)于此而發(fā)布控制信號(hào)。而且，鉆探管49可具有確定諸如鉆頭上的重量、鉆頭上的扭矩、鉆探泥漿在鉆頭處的壓カ和鉆探泥漿在鉆頭處的溫度的狀況的井下感測(cè)裝置。可經(jīng)由泥漿脈沖或其它已知的技術(shù)來將來自這些傳感器的信號(hào)傳輸?shù)骄?。也可將這些信號(hào)饋送給BOP控制系統(tǒng)77。參照?qǐng)D2，來自多種傳感器的數(shù)據(jù)供應(yīng)給BOP控制系統(tǒng)77的處理器。步驟79指示處理器確定傳感器69、67、65、61、71、73和75中的任何傳感器是否在正常的預(yù)先設(shè)定的范圍之外。如果是的話，在步驟81中，處理器然后將比較在范圍之外的傳感器與接收自其它傳感器的數(shù)據(jù)。例如，如果傳感器67的流出速率超過傳感器69的流入速率在可接受的范圍以外，按照步驟83，控制系統(tǒng)77將檢查來自其它傳感器的數(shù)據(jù)，以確定對(duì)此是否存在解釋。也許，其它傳感器將確認(rèn)問題存在，或者提供指示合理解釋的數(shù)據(jù)。如果解釋是合理的，則控制系統(tǒng)77可能不采取動(dòng)作，這取決于如何對(duì)控制系統(tǒng)77編程。如果多種比較均指示發(fā)生井涌，則可將控制系統(tǒng)77編程成一開始對(duì)操作人員提供可視以及可選地聽得見的警報(bào)，如步驟85所指示的那樣。然后操作人員可試圖補(bǔ)救問題，例如通過關(guān)閉環(huán)形BOP 27。但是，控制系統(tǒng)77將繼續(xù)監(jiān)測(cè)傳感器所發(fā)送的數(shù)據(jù)，如步驟87所指示的那樣。如果確定在選定的時(shí)間間隔之后仍然存在井涌狀況，則它將移到第二次警報(bào)或另ー個(gè)步驟。在啟動(dòng)應(yīng)急斷開序列時(shí)，其它步驟可為第一步驟。那個(gè)步驟取決于對(duì)控制系統(tǒng)77的編程。按照步驟89，它可為關(guān)閉環(huán)形BOP 27，如果操作人員還沒有這么做的話?？刂葡到y(tǒng)89還將對(duì)操作人員發(fā)送它已經(jīng)關(guān)閉環(huán)形BOP 27的警報(bào)。那個(gè)警報(bào)將使得操作人員能夠開始沿著扼流壓井管路將鉆探泥漿泵送到井中，優(yōu)選地用較重的鉆探泥漿。 不管操作人員采取什么步驟(如果有的話)，控制系統(tǒng)77都將繼續(xù)監(jiān)測(cè)傳感器，處 理數(shù)據(jù)，以及確定是否仍然存在危險(xiǎn)狀況，如步驟91中指示的那樣。如果在選定的時(shí)間間隔之后，危險(xiǎn)狀況沒有減輕，控制系統(tǒng)77將針對(duì)應(yīng)急斷開采取另ー個(gè)步驟93。步驟93可為關(guān)閉閘板19和剪切鉆探管49，或者步驟93可為過渡步驟。控制系統(tǒng)77將對(duì)操作人員提供已經(jīng)發(fā)生了這種情況的警報(bào)。控制系統(tǒng)77可如按照步驟95那樣繼續(xù)監(jiān)測(cè)傳感器。如果不論出于何種原因，在步驟93之后狀況仍然存在，則控制系統(tǒng)77可促動(dòng)或者連接器23或者連接器33，以從井口組裝件11中釋放出立管35。BOP組17仍然連接到海底井口組裝件11。然后操作人員將著手將平臺(tái)40從其位置上移開，從而隨其帶著立管35。用于啟動(dòng)應(yīng)急斷開序列的自動(dòng)化機(jī)構(gòu)可應(yīng)用于以及被采用來啟動(dòng)井孔閉井序列。那個(gè)步驟取決于對(duì)控制系統(tǒng)77的編程。按照步驟89，它可為關(guān)閉環(huán)形BOP 27，如果操作人員還沒有這么做的話?？刂葡到y(tǒng)89也將對(duì)操作人員發(fā)送它已經(jīng)關(guān)閉環(huán)形BOP 27的警報(bào)。那個(gè)警報(bào)將使得操作人員能夠開始沿著扼流壓井管路將鉆探泥漿泵送到井中，優(yōu)選地用較重的鉆探泥漿。不管操作人員采取什么步驟(如果有的話)，控制系統(tǒng)77都將繼續(xù)監(jiān)測(cè)傳感器，處理數(shù)據(jù)，以及確定是否仍然存在危險(xiǎn)狀況，如步驟91中指示的那樣。如果在選定的間隔之后，危險(xiǎn)狀況沒有減輕，則控制系統(tǒng)77將采取另ー個(gè)步驟，并且打開內(nèi)部放泄閥和外部放泄閥，發(fā)信號(hào)表示井孔的閉井完成?？刂葡到y(tǒng)還可追蹤控制系統(tǒng)目前正使用的現(xiàn)有的組配置模式，并且繼續(xù)監(jiān)測(cè)來自傳感器61、65、67、69、71、73和75以及可能其它傳感器的信號(hào)。取決于組配置模式，控制系統(tǒng)可警告操作人員確認(rèn)在現(xiàn)有的組狀況下繼續(xù)進(jìn)行，或者改變組配置模式，以確保BOP組被帶入安全模式。在規(guī)定的時(shí)間間隔之后，如果沒有操作人員的確認(rèn)，則基于組的目前狀況和所涉及的功能而啟動(dòng)應(yīng)急斷開序列或井的閉井序列。雖然未必與井涌有夫，但是立管斜度傳感器99 (圖I)提供嚴(yán)重問題的信息。當(dāng)平臺(tái)40從井口組裝件11的正上方移動(dòng)時(shí)，立管35將傾斜。平臺(tái)40典型地具有鏈接到全球定位系統(tǒng)(GPS)的推進(jìn)器。GPS接收衛(wèi)星信號(hào)，并且控制推進(jìn)器，以將平臺(tái)40保持在期望的位置處。有時(shí)，衛(wèi)星信號(hào)會(huì)受阻，或者發(fā)生GPS故障。如果沒有及時(shí)探測(cè)到，平臺(tái)40就可能漂離位置太遠(yuǎn)。立管35具有它可實(shí)現(xiàn)的且仍然在連接器23或33處斷開的最大角度。在那個(gè)角度之外，連接器23或33將無法斷開立管35，從而對(duì)立管35將很可能發(fā)生損害。
可將來自立管斜度傳感器99的信號(hào)饋送到BOP控制系統(tǒng)77，BOP控制系統(tǒng)77確 定斜度是否在選定的范圍之外。如果是的話，BOP控制系統(tǒng)77就可進(jìn)行與圖2中示出的相同的步驟，從而在必要時(shí)最終斷開立管35。
權(quán)利要求
1.一種用于在鉆井和完井操作期間提供井涌的自動(dòng)探測(cè)和控制的設(shè)備，包括 多個(gè)傳感器，其適于聯(lián)接到井口組裝件，以產(chǎn)生井正經(jīng)歷的操作的當(dāng)前傳感器值； 控制系統(tǒng)，其具有包含指示井涌事件的已知傳感器值的數(shù)據(jù)庫的處理器，所述處理器具有用于接收來自所述傳感器的所述當(dāng)前傳感器值以及比較所述當(dāng)前傳感器值與所述已知傳感器值的裝置；以及 所述控制系統(tǒng)具有在所述比較指示井涌事件的情況下警告操作人員的自動(dòng)化警報(bào)組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器中的至少ー個(gè)包括 適于聯(lián)接到鉆探塔的流體返回管道的回流速率傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器中的至少ー個(gè)包括 適于聯(lián)接到所述井口組裝件的向上流動(dòng)流體溫度傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器中的至少ー個(gè)包括 適于聯(lián)接到所述井口組裝件的井口孔壓カ傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器中的至少ー個(gè)包括 適于聯(lián)接到所述鉆探塔的輸入流體管道的流入速率傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器中的至少ー個(gè)包括 適于聯(lián)接到所述鉆探塔的頂部驅(qū)動(dòng)的柱重量傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器中的至少ー個(gè)包括 適于聯(lián)接到所述鉆探塔的頂部驅(qū)動(dòng)的鉆進(jìn)速率傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器中的至少ー個(gè)包括 適于聯(lián)接到所述鉆探塔的所述頂部驅(qū)動(dòng)的扭矩傳感器。
9.一種用于在海底鉆井和完井操作期間提供井涌的自動(dòng)探測(cè)和控制的設(shè)備，其中鉆塔通過立管和防噴器而連接到海底井口組裝件，所述設(shè)備包括 多個(gè)傳感器，其包括適于聯(lián)接到所述井口組裝件的壓カ傳感器和適于聯(lián)接到所述鉆探塔的流體返回管道的回流速率傳感器； 具有處理器的控制系統(tǒng)，所述處理器具有關(guān)于指示井涌事件的井口壓カ和回流速率的已知范圍的數(shù)據(jù)庫，所述處理器具有用于接收來自所述壓カ傳感器和所述回流速率傳感器的信號(hào)值以及比較所述信號(hào)值與所述已知范圍的裝置；以及 所述控制系統(tǒng)鏈接到所述BOP，以自主地響應(yīng)于井涌事件的指示而關(guān)閉所述BOP。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于 所述BOP具有立管斷開器；以及 所述控制系統(tǒng)鏈接到所述立管斷開器，以響應(yīng)于井涌的指示而自主地從所述BOP斷開所述立管。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器進(jìn)ー步包括 適于聯(lián)接到所述井ロ組裝件的向上流動(dòng)流體溫度傳感器； 適于聯(lián)接到所述鉆探塔的輸入流體管道的流入速率傳感器；以及所述控制系統(tǒng)接收來自所述向上流動(dòng)流體溫度傳感器和所述流入速率傳感器的信號(hào)，以進(jìn)行處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器進(jìn)ー步包括適于聯(lián)接到所述鉆探塔的頂部驅(qū)動(dòng)的柱重量傳感器； 適于聯(lián)接到所述鉆探塔的頂部驅(qū)動(dòng)的鉆進(jìn)速率傳感器； 適于聯(lián)接到所述鉆探塔的所述頂部驅(qū)動(dòng)的扭矩傳感器；以及 所述控制系統(tǒng)接收來自所述柱重量傳感器、所述鉆進(jìn)速率傳感器和所述扭矩傳感器的信號(hào)，以進(jìn)行處理。
13.一種用于在海底鉆井和完井操作期間提供井涌的自動(dòng)探測(cè)和控制的方法，其中鉆塔通過立管和防噴器(BOP)而連接到海底井口組裝件，所述方法包括 將傳感器聯(lián)接到所述井口組裝件和所述鉆塔的多種組件，以指示所述井內(nèi)的狀況；提供具有可指示壓カ井涌的已知傳感器值的數(shù)據(jù)庫的控制系統(tǒng)，并且將所述控制系統(tǒng)鏈接到所述傳感器； 利用所述控制系統(tǒng)，通過比較所述已知傳感器值與接收自所述傳感器的當(dāng)前傳感器值來確定井涌事件的存在；以及 當(dāng)探測(cè)到井涌事件吋，自動(dòng)地警告操作人員。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)ー步包括 利用所述控制系統(tǒng)自主地關(guān)閉所述防噴器，以控制所述井涌。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)ー步包括 利用所述控制系統(tǒng)自主地從所述BOP斷開所述立管。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在干 將傳感器聯(lián)接到所述井口組裝件和所述鉆塔的多種組件包括將壓カ傳感器聯(lián)接到所述井口組裝件。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在干 將傳感器聯(lián)接到所述井口組裝件和所述鉆探塔的多種組件包括將回流速率傳感器聯(lián)接到所述鉆探塔的流體返回管道。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在干 將傳感器聯(lián)接到所述井口組裝件和所述鉆探塔的多種組件包括將回流速率傳感器聯(lián)接到所述鉆探塔的流體返回管道，以及將流入速率傳感器聯(lián)接到所述鉆探塔的輸入流體管道。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在干 將傳感器聯(lián)接到所述井口組裝件和所述鉆探塔的多種組件包括將柱重量傳感器、鉆進(jìn)速率傳感器和扭矩傳感器聯(lián)接到所述鉆探塔的頂部驅(qū)動(dòng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在干 將傳感器聯(lián)接到所述井口組裝件和所述鉆探塔的多種組件包括將立管斜度傳感器聯(lián)接到所述鉆探塔。
全文摘要
本發(fā)明涉及自動(dòng)化井控制的方法和設(shè)備。一種鉆探控制系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)和比較鉆探和完井操作傳感器值，以及響應(yīng)于諸如井涌或縱蕩的狀況而自主地動(dòng)作。多種組合的傳感器可監(jiān)測(cè)返回流體流率、流體流入速率、井口孔壓力、返回流體的溫度、扭矩、鉆進(jìn)速率和柱重量變化?？刂葡到y(tǒng)具有對(duì)應(yīng)的控制邏輯，以基于傳感器輸入來進(jìn)行監(jiān)測(cè)、警報(bào)和動(dòng)作。動(dòng)作可包括保障人員的警報(bào)，關(guān)閉環(huán)形防噴器，使用閘板剪切器剪切鉆探管，沿著扼流壓井管路向下泵送較重的流體，斷開立管或多種其它動(dòng)作。
文檔編號(hào)E21B44/00GK102758619SQ201210138478
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者E·L·米爾恩, J·P·埃貝內(nèi)澤 申請(qǐng)人:海德里爾美國(guó)制造業(yè)有限責(zé)任公司