專利名稱：以流量和密度測(cè)量結(jié)果監(jiān)視鉆井作業(yè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及在各種地下地層比如含烴地層中鉆進(jìn)的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
從地下巖層獲得的烴類往往用作能源、原料和消費(fèi)產(chǎn)品。對(duì)可用烴資源耗盡的擔(dān)憂和對(duì)開(kāi)采出烴類整體質(zhì)量下降的擔(dān)憂已經(jīng)引起研發(fā)可用烴資源的更高效采收率、處理和/或使用的過(guò)程。在鉆井作業(yè)中，通常向鉆井人員分配了多種監(jiān)視和控制功能。例如，鉆井人員可以控制或監(jiān)視鉆井設(shè)備(比如轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)或托架驅(qū)動(dòng))的位置、采集鉆井液的樣本以及監(jiān)視振動(dòng)篩。作為另一個(gè)實(shí)例，鉆井人員根據(jù)情況調(diào)整鉆井系統(tǒng)(“擺動(dòng)”鉆柱)以調(diào)整或校正鉆進(jìn)速度、軌跡或穩(wěn)定性。司鉆可以使用操縱桿、手控開(kāi)關(guān)或其他手工操作的設(shè)備控制鉆進(jìn)參數(shù)，以及使用量規(guī)、儀表、刻度盤(pán)、流體樣本或聽(tīng)覺(jué)警報(bào)監(jiān)視鉆進(jìn)條件。手動(dòng)控制和監(jiān)視的需要可能升高地層鉆進(jìn)的成本。此外，由司鉆執(zhí)行的某些操作可能基于來(lái)自鉆井設(shè)備的細(xì)小提示(比如鉆柱的意外振動(dòng))。因?yàn)椴煌你@井人員具有不同的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)、技能和本能，所以依賴于這樣的手動(dòng)過(guò)程的鉆進(jìn)性能可能隨地層或隨鉆塔不可重復(fù)。此外，某些鉆進(jìn)操作(無(wú)論手動(dòng)還是自動(dòng))可能要求鉆頭停止或提離井底，例如在從旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)模式改為滑動(dòng)鉆進(jìn)模式時(shí)。這樣的操作期間鉆進(jìn)暫?？赡芙档豌@進(jìn)的整體進(jìn)度和效率。鉆井系統(tǒng)中的底部鉆具組合往往包括儀器，比如隨鉆測(cè)量(MWD)儀器。來(lái)自井下儀器的數(shù)據(jù)可以用于監(jiān)視和控制鉆井作業(yè)。提供、操作和維護(hù)這樣的井下測(cè)量?jī)x器可能大幅度升高鉆井系統(tǒng)的成本。此外，由于來(lái)自井下儀器的數(shù)據(jù)必須傳送到地層表面(比如由泥漿脈沖或定期電磁傳輸)，所以在鉆進(jìn)過(guò)程期間井下儀器可以僅僅以定期間隔提供有限的“快照”。例如，司鉆可能不得不在來(lái)自MWD儀器的更新之間等待20或更多秒。在更新之間的間隙期間，來(lái)自井下儀器的信息可能變得陳舊并喪失其控制鉆進(jìn)的價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
一般來(lái)說(shuō)，本文介紹的若干實(shí)施例涉及地下地層中自動(dòng)鉆進(jìn)的系統(tǒng)和方法。在某實(shí)施例中，系統(tǒng)包括被配置為感測(cè)入井流體的至少一個(gè)特征的一個(gè)或多個(gè)傳感器；被配置為感測(cè)出井流體的至少一個(gè)特征的一個(gè)或多個(gè)傳感器；以及被配置為從所述傳感器中的至少一個(gè)接收數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)控制系統(tǒng)。在某實(shí)施例中，量化洗井效果的方法包括測(cè)量入井流體的流體密度；測(cè)量出井流體的流體密度；確定入井流體的流體密度與出井流體的流體密度之間的差；以及估計(jì)從所述井清除的鉆屑量。在某實(shí)施例中，監(jiān)視循環(huán)井底至井口泥漿行程過(guò)程的方法包括在目標(biāo)深度監(jiān)視出井流體的流體密度；以及根據(jù)在所述目標(biāo)深度出井流體的流體密度確定何時(shí)執(zhí)行至少一項(xiàng)操作。在某實(shí)施例中，在鉆井系統(tǒng)中在置換操作期間管理流體的方法包括監(jiān)視所述鉆井系統(tǒng)中第一流體與第二流體之間的界面。所述第一流體至少部分地置換所述系統(tǒng)中的所述第二流體。根據(jù)所述界面的監(jiān)視確定執(zhí)行至少一項(xiàng)操作的最佳時(shí)間。在某實(shí)施例中，監(jiān)視井中流體損失的方法包括測(cè)量入井流體的流量；測(cè)量出井流體的流量；將入井流量與出井流量進(jìn)行對(duì)比；確定入井流量與出井流量之間的差；以及根據(jù)入井流量與出井流量之間的差確定地層損失的估計(jì)。在某實(shí)施例中，檢測(cè)井中井涌的方法包括測(cè)量入井流體的流量；測(cè)量出井流體的流量；將入井流量與出井流量進(jìn)行對(duì)比；確定入井流量與出井流量之間的差；以及根據(jù)入井流量與出井流量之間的差來(lái)識(shí)別所述井中至少一次井涌。在某實(shí)施例中，描述鉆井作業(yè)中流動(dòng)效應(yīng)特征的方法包括測(cè)量隨時(shí)間變化的入井流體的流量；測(cè)量隨時(shí)間變化的出井流體的流量；以及根據(jù)至少一次測(cè)量的流體流量描述至少一個(gè)流動(dòng)效應(yīng)的特征。在某實(shí)施例中，確定關(guān)于井的稀釋劑需求的方法包括根據(jù)質(zhì)量流測(cè)量結(jié)果評(píng)估泥漿系統(tǒng)中留存的低重力固體的體積；以及根據(jù)所評(píng)估的所述泥漿系統(tǒng)中留存的低重力固體的體積估計(jì)所述井的指定深度將需要多少稀釋劑。在某實(shí)施例中，對(duì)鉆井系統(tǒng)的圖形顯示包括在所述系統(tǒng)中至少一個(gè)點(diǎn)中流體的一個(gè)或多個(gè)流量隨時(shí)間變化的至少一幅圖；以及未從所述井清除的鉆屑隨時(shí)間變化的至少一幅圖。


在受益于以下詳細(xì)的說(shuō)明和參考了附圖后，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以變得顯而易見(jiàn)，其中:圖1和圖1A展示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例具有自動(dòng)執(zhí)行鉆井作業(yè)的控制系統(tǒng)的鉆井系統(tǒng)的不意圖；圖1B展示了包括彎接頭的底部鉆具組合的一個(gè)實(shí)施例；圖2示意地展示了控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；圖3展示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例評(píng)估馬達(dá)輸出扭矩與橫跨泥漿馬達(dá)的壓差之間關(guān)系的方法流程圖；圖4展示了為了確定從旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)到滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)渡時(shí)扭矩/壓差的關(guān)系，在測(cè)試期間在地層表面鉆柱上測(cè)量的扭矩時(shí)間變化的一個(gè)實(shí)施例；圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，泥漿馬達(dá)輸出扭矩對(duì)橫跨該馬達(dá)的壓差的圖示；圖6展示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例使用壓差評(píng)估鉆壓的方法流程圖；圖7展示了使用多個(gè)測(cè)試點(diǎn)所建立的關(guān)系實(shí)例；圖8展示了評(píng)估鉆壓關(guān)系的方法流程圖，它包括使用地層表面扭矩和壓差的測(cè)量結(jié)果確定側(cè)向負(fù)荷扭矩引起的鉆壓；圖8A展示了旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的圖形，顯示了所測(cè)量和算出的扭矩隨時(shí)間變化；圖9展示了管道中壓差與粘度之間的關(guān)系；圖10展示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例檢測(cè)泥漿馬達(dá)停轉(zhuǎn)并從停轉(zhuǎn)恢復(fù)的方法流程圖；圖11展示了確定井眼清除效果的方法流程圖；圖1lA展示了包括入井流體和出井流體流量計(jì)的自動(dòng)鉆井系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；
圖1lAa是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，流管線中科里奧利流量計(jì)的示意俯視圖；圖1lAb是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，流管線中科里奧利流量計(jì)的示意正視圖；圖1lB展示了可以向司鉆或泥漿工程師呈現(xiàn)的圖形顯示的一個(gè)實(shí)施例；圖1lC是用于高密度洗井的泥漿密度隨時(shí)間變化的圖示；圖1lD是用于高粘度洗井的泥漿密度隨時(shí)間變化的圖示；圖1lE是一個(gè)實(shí)施例中大約井底至井口時(shí)間，泥漿密度隨時(shí)間變化的圖示；圖1lF是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的SBM井眼置換期間，泥漿密度隨時(shí)間變化的圖示；圖1lG是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，展示地層損失的體積隨時(shí)間變化的圖示；圖1lH描繪的圖形展示了在鉆井作業(yè)中進(jìn)行一系列接單根時(shí)的流量；圖12展示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，使用隨鉆測(cè)量數(shù)據(jù)的前刃面同步；圖13展示了鉆井系統(tǒng)從旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)到滑動(dòng)鉆進(jìn)的過(guò)渡方法流程圖；圖14是時(shí)間圖，展示了以若干間隔的地層表面調(diào)整從旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)到滑動(dòng)鉆進(jìn)的過(guò)渡中的調(diào)整；圖15展示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，從旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)到滑動(dòng)鉆進(jìn)的過(guò)渡的方法流程圖，包括托架移動(dòng)；圖16展示了鉆井實(shí)施例的方法流程圖，其中鉆柱的轉(zhuǎn)速在旋轉(zhuǎn)周期間是變化的；圖17展示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，多速旋轉(zhuǎn)周期的圖示；圖18展示了井眼中的鉆柱，可以對(duì)其評(píng)估虛擬連續(xù)觀測(cè)；圖18A描繪的圖展示了在MWD觀測(cè)之間滑動(dòng)鉆進(jìn)的實(shí)例；圖18B是旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和滑動(dòng)鉆進(jìn)模式中的一個(gè)鉆進(jìn)實(shí)例的原始觀測(cè)點(diǎn)的表格；圖18C是觀測(cè)點(diǎn)的表格，包括添加的虛擬觀測(cè)點(diǎn)；圖19展示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，添加側(cè)面單根期間壓力記錄的實(shí)例；圖20展示了密度垂直總深度結(jié)果的實(shí)例；圖21展示的圖形表達(dá)顯示了執(zhí)行鉆頭投影的方法；圖22展示了井孔設(shè)計(jì)和根據(jù)該設(shè)計(jì)已經(jīng)鉆進(jìn)了一部分井孔的一個(gè)實(shí)施例；圖23展示了產(chǎn)生操縱命令方法的一個(gè)實(shí)施例；圖24展不了用戶輸入屏的一個(gè)實(shí)施例,用于輸入調(diào)整設(shè)置點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式一般來(lái)說(shuō)，以下說(shuō)明涉及在地層中鉆進(jìn)的系統(tǒng)和方法。這樣的地層可以被處理以出產(chǎn)烴產(chǎn)品、氫和其他產(chǎn)品。信號(hào)(比如磁、電磁、電壓或者其他電或磁信號(hào))語(yǔ)境中“連續(xù)的”或“連續(xù)地”包括連續(xù)信號(hào)和在選定時(shí)段上重復(fù)地脈沖式信號(hào)。連續(xù)信號(hào)可以按規(guī)則間隔或非規(guī)則間隔發(fā)送或接收?！傲黧w”可以是但不限于氣體、液體、乳狀液、水泥漿以及/或者具有類似于液流的流動(dòng)特征的固體顆粒流?！傲黧w壓力”是地層中流體產(chǎn)生的壓力。“靜巖壓力”(有時(shí)稱為“靜巖應(yīng)力”)是地層中等于上覆巖石質(zhì)量的每單位面積重量的壓力?！办o水壓力”是地層中由流體柱施加的壓力。
“地層”包括一個(gè)或多個(gè)含烴層、一個(gè)或多個(gè)非烴層、上覆層以及/或者下伏層。“烴層”指地層中包含烴的層。烴層可以包含非烴物質(zhì)和烴物質(zhì)?！吧细矊印焙?或“下伏層”包括一種或多種不同類型的不滲透物質(zhì)。例如，上覆層和/或下伏層可以包括巖石、頁(yè)巖、泥巖或浸潤(rùn)/致密碳酸鹽巖?！暗貙恿黧w”指地層中出現(xiàn)的流體并且可以包括熱解流體、合成氣體、運(yùn)移的烴類和水(水汽)。地層流體可以包括烴流體以及非烴流體。術(shù)語(yǔ)“移動(dòng)的流體”指含烴地層中的流體，作為地層熱處理的結(jié)果能夠流動(dòng)?！爱a(chǎn)出流體”指從地層中移出的流體。本文使用的“實(shí)時(shí)”可以包括事件(比如感測(cè)流體特征)發(fā)生時(shí)刻與報(bào)告或使用該事件時(shí)刻之間的延時(shí)。例如，“實(shí)時(shí)”過(guò)程可以包括從傳感器向處理器傳送信號(hào)和處理該信號(hào)(例如，向司鉆顯示鉆井液的流量、根據(jù)該信號(hào)進(jìn)行計(jì)算以及/或者根據(jù)該信號(hào)控制鉆進(jìn)過(guò)程)的時(shí)間。某層的“厚度”指該層橫斷面的厚度，其中該橫斷面與該層面正交。“粘度”指在40°C時(shí)的運(yùn)動(dòng)學(xué)粘度，除非另外規(guī)定。粘度由ASTM Method D445確定。術(shù)語(yǔ)“井眼”指通過(guò)鉆進(jìn)或插入管道到地層中在地層中形成的孔。井眼可以具有本質(zhì)上圓形橫斷面，或者另一種橫斷面形狀。正如本文所用，術(shù)語(yǔ)“井”和“孔”當(dāng)指地層中的孔時(shí)可以與術(shù)語(yǔ)“井眼”互換地使用。在某些實(shí)施例中，對(duì)地層的某些或全部鉆進(jìn)操作是自動(dòng)進(jìn)行的。在一定的實(shí)施例中，控制系統(tǒng)可以執(zhí)行通常分配給司鉆的監(jiān)視功能，方式為直接的測(cè)量結(jié)果與模型匹配。在一定的實(shí)施例中，控制系統(tǒng)可以被編程為包括若干控制信號(hào)，它們仿真司鉆發(fā)出的控制信號(hào)(例如，來(lái)自操縱桿和手控開(kāi)關(guān)的控制輸入)。在某些實(shí)施例中，軌跡控制由無(wú)人操縱的觀測(cè)系統(tǒng)和集成控制邏輯提供。圖1展示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例具有自動(dòng)執(zhí)行鉆井作業(yè)的控制系統(tǒng)的鉆井系統(tǒng)。鉆井系統(tǒng)100在地層102處提供。鉆井系統(tǒng)100包括鉆井平臺(tái)104、泵108、鉆柱110、底部鉆具組合112和控制系統(tǒng)114。鉆柱110由一系列鉆桿116形成，在井117鉆進(jìn)地層102時(shí)它們被順序地添加到鉆柱110。鉆井平臺(tái)104包括托架118、轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)120以及鉆桿操縱系統(tǒng)112。鉆井平臺(tái)104可以對(duì)鉆井117進(jìn)行操作并促使鉆柱110和底部鉆具組合112進(jìn)入地層102。在鉆柱110的外部與井117的側(cè)面之間可以形成環(huán)形空間126。在井117中可以提供套管124?？梢栽诰?17的整個(gè)長(zhǎng)度上或者在井117的一部分上提供套管124，正如圖1中的描繪。底部鉆具組合112包括鉆鋌130、泥漿馬達(dá)132、鉆頭134和隨鉆測(cè)量(MWD)儀器136。鉆頭134可以由泥漿馬達(dá)132驅(qū)動(dòng)。泥漿馬達(dá)132可以由通過(guò)泥漿馬達(dá)的鉆井液驅(qū)動(dòng)。鉆頭134的速度可以大約正比于橫跨泥漿馬達(dá)132的壓差。正如本文所用，“橫跨泥漿馬達(dá)的壓差”可以指流入泥漿馬達(dá)中的流體與流出泥漿馬達(dá)的流體之間的壓差。鉆井液在本文中可以稱為“泥漿”。在某些實(shí)施例中，鉆頭134和/或泥漿馬達(dá)132被安裝在底部鉆具組合112的彎接頭上。該彎接頭可以使鉆頭以相對(duì)于底部鉆具組合112和/或鉆柱110末端某角度(離軸)朝向。彎接頭可以用于例如井的定向鉆進(jìn)。圖1B展示了包括彎接頭的底部鉆具組合的一個(gè)實(shí)施例。彎接頭133可以建立相對(duì)于底部鉆具組合和/或井眼軸方向某角度的鉆進(jìn)方向。MWD儀器136可以包括多個(gè)傳感器，用于測(cè)量鉆井系統(tǒng)100、井117和/或地層102的特征。由MWD儀器可以測(cè)量的特征的實(shí)例包括自然伽馬、姿態(tài)(傾角和方位角)、前刃面、井眼壓力和溫度。MWD儀器可以利用泥漿脈動(dòng)、電磁遙測(cè)技術(shù)或任何其他形式的數(shù)據(jù)傳輸(t匕如聲波或有線鉆桿)將數(shù)據(jù)傳送到地層表面。在某些實(shí)施例中，MWD儀器可以與底部鉆具組合和/或泥漿馬達(dá)在空間上隔開(kāi)。在某些實(shí)施例中，泵108循環(huán)鉆井液時(shí)通過(guò)泥漿傳送管線137、鉆柱110的中心通道138，通過(guò)泥漿馬達(dá)132，通過(guò)鉆柱110的外部與井117側(cè)壁之間的環(huán)形空間126返出地層表面，正如圖1A中展示。泵108包括壓力傳感器150、吸入流量計(jì)152和返出流量計(jì)154。壓力傳感器150可以用于測(cè)量鉆井系統(tǒng)100中流體壓力。在一個(gè)實(shí)施例中，壓力傳感器150之一測(cè)量立管壓力。流量計(jì)152和154可以測(cè)量流入和流出鉆柱110的流體質(zhì)量。鉆井系統(tǒng)的控制系統(tǒng)可以包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”可以指具有處理器執(zhí)行來(lái)自存儲(chǔ)器介質(zhì)的指令的任何設(shè)備。正如本文所用，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以包括處理器、服務(wù)器、微控制器、微型計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制器(PLC)、專用集成電路和其他可編程電路，并且本文可互換地使用這些術(shù)語(yǔ)。典型情況下，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括若干組件，比如與存儲(chǔ)器介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的CPU。存儲(chǔ)器介質(zhì)可以存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序的程序指令。程序指令可以由CPU執(zhí)行。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括顯示器設(shè)備比如監(jiān)視器、字母數(shù)字輸入設(shè)備比如鍵盤(pán)以及定向輸入設(shè)備比如鼠標(biāo)或操縱桿。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以包括存儲(chǔ)器介質(zhì)，其中可以存儲(chǔ)根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的計(jì)算機(jī)程序。術(shù)語(yǔ)“存儲(chǔ)器介質(zhì)”意在包括裝置介質(zhì)、CD-ROM、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)器比如DRAM、SRAM、EDORAM、存儲(chǔ)器總線RAM等，或者非易失性存儲(chǔ)器比如磁性介質(zhì)，如硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器或光盤(pán)存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器介質(zhì)還可以包括其他類型的存儲(chǔ)器或其組合。此外，存儲(chǔ)器介質(zhì)可以位于執(zhí)行若干程序的第一臺(tái)計(jì)算機(jī)中，也可以位于第二臺(tái)不同計(jì)算機(jī)中，它在網(wǎng)絡(luò)上連接到第一臺(tái)計(jì)算機(jī)。在后面的事例中，第二臺(tái)計(jì)算機(jī)可以向第一計(jì)算機(jī)提供程序指令用于執(zhí)行。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以采取多種形式，比如個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、工作站、網(wǎng)絡(luò)電器、因特網(wǎng)電器、個(gè)人數(shù)字助理(“PDA”)、電視系統(tǒng)或其他設(shè)備。存儲(chǔ)器介質(zhì)可以存儲(chǔ)某軟件程序或若干程序，可用于執(zhí)行保險(xiǎn)索賠處理方法。軟件程序可以以多種方式執(zhí)行，包括但是不限于基于過(guò)程的技術(shù)、基于組件的技術(shù)和/或面向?qū)ο蟮募夹g(shù)等等。例如，實(shí)施軟件程序時(shí)可以自由地使用Java、ActiveX控制、C++對(duì)象、JavaBeans、微軟基礎(chǔ)類(“MFC”)、基于瀏覽器的應(yīng)用程序(如Java小程序)、傳統(tǒng)的程序或者其他技術(shù)或方法。CPU比如執(zhí)行來(lái)自存儲(chǔ)器介質(zhì)的代碼和數(shù)據(jù)的主機(jī)CPU可以包括用于創(chuàng)建和執(zhí)行根據(jù)本文介紹實(shí)施例的軟件程序或若干程序的裝置。圖2示意地展示了控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例?？刂葡到y(tǒng)114可以執(zhí)行多臺(tái)設(shè)備的控制、接收傳感器數(shù)據(jù)以及執(zhí)行計(jì)算。在一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)的可編程邏輯控制器(“PLC”)實(shí)施以下子例程:啟動(dòng)；把鉆頭下到井底；開(kāi)始鉆進(jìn)；監(jiān)視鉆進(jìn)；從旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)開(kāi)始滑動(dòng)鉆進(jìn)；保持前刃面并滑動(dòng)鉆進(jìn)；從滑動(dòng)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)；停止鉆進(jìn)；將鉆柱提升到終點(diǎn)位置。每個(gè)子例程都可以根據(jù)用戶定義的設(shè)置點(diǎn)和多個(gè)軟件例程的輸出控制。一旦接了每根鉆桿，就可以把控制交接給控制系統(tǒng)的PLC。鉆井作業(yè)可以包括旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、滑動(dòng)鉆進(jìn)及其組合。一般情況下，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)可以遵循相對(duì)直的路徑而滑動(dòng)鉆進(jìn)可以遵循相對(duì)彎曲的路徑。在某些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和滑動(dòng)鉆進(jìn)模式可以組合地使用以實(shí)現(xiàn)指定的軌跡?？梢员O(jiān)視的多個(gè)參數(shù)包括對(duì)泥漿馬達(dá)停轉(zhuǎn)檢測(cè)和恢復(fù)、地層表面推力限制、泥漿流入/流出平衡、扭矩、鉆壓、立管壓力穩(wěn)定性、頂驅(qū)位置、鉆速以及扭矩穩(wěn)定性。對(duì)任何或全部這些參數(shù)，PLC都可以自動(dòng)地實(shí)施越界狀態(tài)響應(yīng)。在某些實(shí)施例中，僅僅使用了旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)(沒(méi)有滑動(dòng)鉆進(jìn))產(chǎn)生地層中的開(kāi)口?？刂屏算@進(jìn)參數(shù)以調(diào)整傾角。在某些實(shí)施例中，通過(guò)增大泥漿流量同時(shí)降低鉆速而實(shí)現(xiàn)了降落，通過(guò)降低RPM與升高鉆速下的降低流量的結(jié)合則實(shí)現(xiàn)了建造。在某些實(shí)施例中，鉆井系統(tǒng)包括集成的自動(dòng)鉆桿操作裝置。該集成的自動(dòng)鉆桿操作裝置可以允許鉆井系統(tǒng)自動(dòng)地鉆進(jìn)整個(gè)井段?？梢跃S持諸如鉆進(jìn)液、燃料和廢物清除等服務(wù)。PLC可以自動(dòng)地控制一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。在某些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)提供了鉆井所需要的一套工程計(jì)算。例如為觀測(cè)、鉆井設(shè)計(jì)、定向鉆進(jìn)、扭矩和拖拉和水力學(xué)可以提供工程模塊。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)從鉆塔裝備傳感器、泥漿裝備傳感器和MWD收到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和經(jīng)由數(shù)據(jù)庫(kù)(比如SQL服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù))對(duì)控制系統(tǒng)的報(bào)告進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果可以用于在執(zhí)行鉆進(jìn)時(shí)監(jiān)視和控制該鉆塔裝備。在某些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)包括圖形用戶界面。該圖形用戶界面可以顯示并允許輸入多種鉆進(jìn)參數(shù)。該圖形用戶界面屏幕在程序運(yùn)行和接收數(shù)據(jù)的同時(shí)可以不斷地更新。該顯示可以包括的信息如下:-井眼和鉆柱的當(dāng)前深度、壓力和扭矩，以及BHA的性能分析，它提供了鉆進(jìn)的滑動(dòng)和旋轉(zhuǎn)井段的定向性能匯總。-最后觀測(cè)位置的位置、井孔的當(dāng)前末端、表示離井孔末端最近點(diǎn)的鉆井設(shè)計(jì)上的點(diǎn)，以及最終離鉆井設(shè)計(jì)的投影距離的位置的匯總。這些都可以被表示為觀測(cè)位置，展示了每個(gè)位置的深度、傾角、方位角和真實(shí)垂直深度。-井孔末端與鉆井設(shè)計(jì)之間的距離和方向，以及當(dāng)前鉆進(jìn)狀態(tài)和方向調(diào)整結(jié)果。在某些鉆進(jìn)操作中，進(jìn)行了若干測(cè)試以標(biāo)定儀器和確定多個(gè)參數(shù)和特征之間的關(guān)系。例如，在鉆井作業(yè)的開(kāi)始，可以運(yùn)行在鉆測(cè)試以確定流量對(duì)壓力的關(guān)系等。不過(guò)，在標(biāo)定測(cè)試期間的狀態(tài)可能不準(zhǔn)確地反映鉆進(jìn)期間所實(shí)際遭遇的狀態(tài)。結(jié)果，來(lái)自某些常用的標(biāo)定測(cè)試的數(shù)據(jù)可能不適合有效地控制鉆進(jìn)。不僅如此，某些現(xiàn)有的標(biāo)定測(cè)試提供的信息準(zhǔn)確度不足以使性能最優(yōu)化(比如最佳的鉆速或方向控制)，或者處理在鉆進(jìn)期間可能產(chǎn)生的不利條件，比如泥漿馬達(dá)的停轉(zhuǎn)。在某些實(shí)施例中，對(duì)具體泥漿馬達(dá)評(píng)估馬達(dá)輸出扭矩與橫跨泥漿馬達(dá)的壓差之間的關(guān)系。評(píng)定的關(guān)系可以用于控制使用泥漿馬達(dá)的鉆井作業(yè)。圖3展示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例評(píng)估馬達(dá)輸出扭矩與橫跨泥漿馬達(dá)的壓差之間關(guān)系。在160，對(duì)地層表面的鉆柱施加了扭矩，以便以指定的鉆柱rpm，旋轉(zhuǎn)地層中的鉆柱。在某些實(shí)施例中，可以為標(biāo)定測(cè)試而專門(mén)旋轉(zhuǎn)鉆柱，以評(píng)估馬達(dá)輸出扭矩與壓差之間的關(guān)系，正如在這幅圖3中的介紹。在其他實(shí)施例中，在開(kāi)始標(biāo)定的時(shí)間鉆柱可能已經(jīng)在轉(zhuǎn)動(dòng)，作為一部分地層的旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的一部分。
在162，鉆井液以指定流量被泵送到泥漿馬達(dá)以旋轉(zhuǎn)鉆頭鉆進(jìn)地層。在164，泥漿馬達(dá)以指定的壓差(它可以正比于鉆井液的流量)運(yùn)行以旋轉(zhuǎn)鉆頭鉆進(jìn)地層。在166，降低了對(duì)鉆柱上施加的扭矩以將鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度降低到零，同時(shí)以指定的壓差繼續(xù)運(yùn)行泥漿馬達(dá)。通過(guò)降低鉆井系統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤(pán)速度可以實(shí)現(xiàn)扭矩降低。在168，測(cè)量地層表面鉆柱上的保持扭矩。保持扭矩可以是保持鉆柱在零鉆柱速度同時(shí)泥漿馬達(dá)處于指定的壓差(因而鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn))所需要的扭矩。在170，根據(jù)測(cè)出的保持扭矩和指定的壓差，模擬了鉆頭扭矩與橫跨泥漿馬達(dá)的壓差之間的關(guān)系。在某些實(shí)施例中，假設(shè)鉆頭扭矩為由泥漿馬達(dá)的壓差所指示的值。圖4展示了在確定從旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)到滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)渡時(shí)扭矩/壓差關(guān)系的測(cè)試期間在地層表面的鉆柱上測(cè)出的扭矩隨時(shí)間變化的一個(gè)實(shí)施例。曲線176繪制了鉆柱扭矩隨時(shí)間變化。一開(kāi)始，轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)可以正在旋轉(zhuǎn)鉆柱以使得在地層表面測(cè)出的扭矩處于相對(duì)穩(wěn)定的等級(jí)(在這個(gè)實(shí)例中大約5，500尺磅)。在178，轉(zhuǎn)盤(pán)慢下來(lái)。隨著鉆柱慢下來(lái)，鉆柱扭矩下降。在180，扭矩可以達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的值(在這個(gè)實(shí)例中大約650尺磅)。地層表面處的扭矩將降低到等于泥漿馬達(dá)的扭矩輸出的扭矩。因此，在180在地層表面處，扭矩的穩(wěn)定扭矩讀數(shù)可以接近在泥漿馬達(dá)處的扭矩。鉆頭扭矩與橫跨泥漿馬達(dá)的壓差之間的關(guān)系可以是線性關(guān)系。圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，泥漿馬達(dá)輸出扭矩對(duì)照橫跨該馬達(dá)的壓差的圖示。曲線182展示了在這個(gè)實(shí)例中鉆頭扭矩與壓差之間的關(guān)系。在某些實(shí)施例中，線性關(guān)系使用兩個(gè)點(diǎn)建立:第一個(gè)點(diǎn)為[扭矩=在指定壓差的保持扭矩，壓差=指定的壓差]，而第二個(gè)點(diǎn)為[扭矩=0;壓差=0]。由于不運(yùn)行測(cè)試就可以假設(shè)[扭矩=0 ;壓差=0]，因此可以僅僅用一個(gè)測(cè)試點(diǎn)確定該線性關(guān)系，也就是，[扭矩=在指定壓差的保持扭矩，壓差=指定的壓差]。為了對(duì)比，圖5包括馬達(dá)規(guī)格曲線184。馬達(dá)規(guī)格曲線184表示對(duì)于為產(chǎn)生曲線182而測(cè)試的泥漿馬達(dá)，制造商的馬達(dá)規(guī)格曲線在典型情況下的可能形態(tài)。在某些實(shí)施例中，允許鉆柱解扭曲然后測(cè)量保持扭矩。再次參考圖4，曲線186展示了該鉆柱解扭曲時(shí)底部鉆具組合的朝向。該圖顯示了在地層表面鉆柱RPM為零時(shí)扭矩與BHA前刃面滾動(dòng)之間的關(guān)系。利用底部鉆進(jìn)的鉆頭，當(dāng)鉆桿RPM被設(shè)置為零時(shí)，該鉆柱中捕獲的扭矩將該BHA向右旋轉(zhuǎn)，直到在地層表面處鉆柱中的扭矩與馬達(dá)試圖以相反方向旋轉(zhuǎn)BHA產(chǎn)生的反扭矩平衡。因此，在188，當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)被停止時(shí)，鉆柱位于0度的右滾動(dòng)。隨著時(shí)間的流逝，在鉆柱到達(dá)了在190的穩(wěn)定等級(jí)(在這個(gè)實(shí)例中，大約750度，2.1轉(zhuǎn))前鉆柱解扭曲。當(dāng)BHA滾動(dòng)穩(wěn)定時(shí)的地層表面扭矩測(cè)量可以是馬達(dá)扭矩輸出的直接測(cè)量。在一個(gè)實(shí)例中解扭曲可以花約2.5分鐘。在某些實(shí)施例中，評(píng)估鉆頭扭矩與橫跨泥漿馬達(dá)的壓差之間關(guān)系的測(cè)試被定期地重復(fù)。該測(cè)試可以用于例如在地層中的鉆進(jìn)進(jìn)行時(shí)檢查馬達(dá)的性能。此外，在滑動(dòng)鉆進(jìn)發(fā)生并且地層表面扭矩已經(jīng)穩(wěn)定的任何時(shí)間都能夠進(jìn)行該測(cè)試。橫跨泥漿馬達(dá)的壓差可以直接地測(cè)量，也可以從其他測(cè)出的特征估計(jì)。在某些實(shí)施例中，橫跨泥漿馬達(dá)的壓差從立管壓力讀數(shù)估計(jì)?？梢远ㄆ诘剡M(jìn)行“歸零”以使俘獲的“離開(kāi)井底”立管壓力測(cè)量結(jié)果的誤差最小化。在其他實(shí)施例中，通過(guò)計(jì)算離開(kāi)井底的循環(huán)壓力并將其與實(shí)際立管壓力比較，可以建立橫跨泥漿馬達(dá)的壓差。在某些實(shí)施例中，作為診斷工具監(jiān)視了多次鉆壓計(jì)算。在一個(gè)實(shí)施例中，這些值被自動(dòng)地監(jiān)視。例如，控制系統(tǒng)可以監(jiān)視若干狀態(tài)并評(píng)估:(1)當(dāng)前表面張力-離開(kāi)井底的表面張力；(2)使用表面張力和離開(kāi)井底摩擦因子的扭矩和拖拉模型鉆壓(“WOB”)；(3)使用扭矩和離開(kāi)井底摩擦因子的扭矩和拖拉模型WOB;以及(4)在鉆測(cè)試對(duì)照馬達(dá)壓差。在某些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)可以包括根據(jù)以上介紹的評(píng)定的不同子集控制鉆進(jìn)的邏輯。例如，如果是滑動(dòng)鉆進(jìn)，以上的方法I和3可能無(wú)效。如果在滑動(dòng)鉆進(jìn)期間BHA掛起，方法2也可能變得無(wú)效(例如方法2可能讀出得太高，因?yàn)椴皇侨恐亓慷急粋鬟f到鉆頭)。在某些實(shí)施例中，監(jiān)視邏輯可以基于以上給出的兩個(gè)或多個(gè)評(píng)估方法之間的一個(gè)或多個(gè)對(duì)t匕。監(jiān)視邏輯的一個(gè)實(shí)例是:“如果在滑動(dòng)鉆進(jìn)期間，方法4與方法2的差異大(用戶設(shè)置點(diǎn)％)，檢測(cè)到‘掛起’”。作為另一個(gè)實(shí)例，如果在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)期間，來(lái)自評(píng)估方法3的WOB大于評(píng)估方法2多于(用戶設(shè)置點(diǎn)％)，那么自動(dòng)化系統(tǒng)就可以報(bào)告檢測(cè)到“對(duì)旋轉(zhuǎn)鉆柱扭矩過(guò)度”的狀態(tài)。在某些實(shí)施例中，可以降低ROP或鉆柱RPM到鉆壓評(píng)估結(jié)果回到容差中。在某些實(shí)施例中，在自動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中使用了機(jī)械比能(“MSE”)計(jì)算。例如在以上介紹的情況下，“對(duì)旋轉(zhuǎn)鉆柱扭矩過(guò)度”可以注冊(cè)為高M(jìn)SE。在某實(shí)施例中，使用橫跨泥漿馬達(dá)的壓差的測(cè)量結(jié)果評(píng)估在地下地層中形成井孔所使用的鉆壓。圖6展示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，使用壓差評(píng)估鉆壓。在200，建立了形成井孔所用的鉆頭扭矩與操作鉆頭所用的橫跨馬達(dá)的壓差之間的關(guān)系。在某些實(shí)施例中，使用在地層表面鉆柱上扭矩的測(cè)量結(jié)果建立該關(guān)系，正如以上關(guān)于圖4的介紹。在202，模擬鉆壓與馬達(dá)壓差的關(guān)系。在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)懸重差異方法模擬鉆壓。在另一個(gè)實(shí)施例中，鉆壓基于動(dòng)態(tài)扭矩和拖拉模型，例如可以使用對(duì)鉆壓的鉆頭導(dǎo)致的側(cè)向負(fù)荷扭矩估計(jì)。在204，在鉆井作業(yè)期間，測(cè)量橫跨馬達(dá)的壓差。在206，使用在202建立的模型估計(jì)鉆壓。如以上介紹所評(píng)定的鉆壓與馬達(dá)壓差(鉆頭扭矩)之間的關(guān)系在給定巖性中鉆進(jìn)時(shí)可以保持有效。在某些實(shí)施例中，對(duì)鉆井作業(yè)過(guò)程形成的多個(gè)壓差讀數(shù)評(píng)估了 WOB。這些數(shù)據(jù)點(diǎn)可以被曲線擬合為根據(jù)測(cè)出壓差的連續(xù)估計(jì)W0B。該曲線擬合可以定義WOB與壓差之間的線性關(guān)系。在一個(gè)實(shí)施例中，壓差在一次或多次在鉆測(cè)試期間被讀出。圖7展示了使用多個(gè)測(cè)試點(diǎn)所建立的關(guān)系的實(shí)例。點(diǎn)210可以被曲線擬合以產(chǎn)生線性關(guān)系212。在某些實(shí)施例中，在大量鉆柱在鉆井套管內(nèi)的同時(shí)進(jìn)行了使WOB與壓差關(guān)聯(lián)的測(cè)試。當(dāng)大量鉆柱在鉆井套管內(nèi)時(shí)，使用或者“懸重差異”方法或者動(dòng)態(tài)扭矩和拖拉模型所測(cè)出的鉆壓可以相對(duì)準(zhǔn)確，因?yàn)榫啄Σ烈蜃拥牟淮_定性可以最小化。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)首次鉆出套管柱進(jìn)入新地層時(shí)運(yùn)行測(cè)試。在某些實(shí)施例中，WOB/壓差關(guān)系在井的水平井段中確定。在對(duì)地層的鉆壓評(píng)估的某些實(shí)施例中，使用鉆柱在該地層中時(shí)獲取的扭矩測(cè)量結(jié)果，說(shuō)明了與增加的鉆壓相關(guān)聯(lián)的側(cè)向負(fù)荷的增加。例如，扭矩測(cè)量結(jié)果可以用于使用扭矩和拖拉模型求解未知的鉆壓。在一個(gè)實(shí)施例中，在每根鉆桿，例如，每次開(kāi)始鉆進(jìn)時(shí)，都取得測(cè)量結(jié)果并評(píng)估鉆壓，作為在鉆測(cè)試的一部分。在某些實(shí)施例中，假設(shè)摩擦因子不變。圖8展示了評(píng)估鉆壓的關(guān)系，它包括使用地層表面扭矩和壓差的測(cè)量結(jié)果確定側(cè)向負(fù)荷扭矩所導(dǎo)致的鉆壓。在214，測(cè)量壓力以確定鉆進(jìn)時(shí)橫跨泥漿馬達(dá)的壓差。該測(cè)量可以為例如如同關(guān)于圖3的以上說(shuō)明。在216，根據(jù)壓差確定馬達(dá)輸出扭矩。在某些實(shí)施例中，假設(shè)鉆頭扭矩與馬達(dá)輸出扭矩相同。鉆頭扭矩的確定可以為例如如同關(guān)于圖3的以上說(shuō)明。在218，在鉆進(jìn)期間可以測(cè)量在地層表面處鉆柱上的扭矩。利用在地層表面的儀器可以直接測(cè)量在地層表面處鉆柱上的扭矩。在220，測(cè)量離開(kāi)井底的旋轉(zhuǎn)扭矩。在某些實(shí)施例中，使用控制系統(tǒng)對(duì)離開(kāi)井底的旋轉(zhuǎn)扭矩自動(dòng)采樣。在222，從扭矩測(cè)量和估計(jì)結(jié)果確定鉆壓引起的側(cè)向負(fù)荷。在一個(gè)實(shí)施例中，使用以下方程確定由于鉆壓引起的扭矩增加:WOB導(dǎo)致的側(cè)向負(fù)荷扭矩=地層表面扭矩(鉆進(jìn)期間)-馬達(dá)輸出扭矩-離開(kāi)井底的旋轉(zhuǎn)扭矩在224，從離開(kāi)井底的旋轉(zhuǎn)扭矩?cái)?shù)據(jù)確定離開(kāi)井底的摩擦因子。鉆壓和鉆頭扭矩都可以為零。在226，確定引起鉆壓引起的側(cè)向負(fù)荷扭矩的鉆壓所需要的W0B。該WOB基于使用在224確定的離開(kāi)井底摩擦因子的扭矩和拖拉模型。在228，鉆壓的估計(jì)結(jié)果用于控制鉆井作業(yè)。圖8A展示了旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的圖形，顯示了所測(cè)量和算出的扭矩隨時(shí)間變化。曲線231顯示了立管壓力。曲線232顯示了馬達(dá)扭矩。從壓差標(biāo)定可以確定馬達(dá)扭矩。曲線233顯示了測(cè)出的地層表面扭矩。曲線234顯示了 WOB引起的側(cè)向負(fù)荷扭矩。正如關(guān)于圖8的以上介紹可以計(jì)算WOB引起的側(cè)向負(fù)荷扭矩。曲線235顯示了鉆柱扭矩。鉆柱扭矩可以是地層表面扭矩與馬達(dá)扭矩之間的差。曲線236顯示了離開(kāi)井底的地層表面扭矩。在某些實(shí)施例中，使用橫跨泵馬達(dá)的壓差作為主控制變量，執(zhí)行自動(dòng)的鉆井作業(yè)。在某些實(shí)施例中，使用在地層表面對(duì)鉆柱上扭矩的測(cè)量結(jié)果建立了橫跨泵馬達(dá)的壓差與輸出馬達(dá)扭矩之間的關(guān)系，正如以上關(guān)于圖3的說(shuō)明?？刂葡到y(tǒng)可以自動(dòng)地監(jiān)視若干狀態(tài)，比如泥漿的流量、WOB以及地層表面扭矩。在一個(gè)實(shí)施例中，只要滿足了預(yù)定義的條件，自動(dòng)控制系統(tǒng)就通過(guò)提高鉆柱向前進(jìn)入井孔的運(yùn)動(dòng)速度而尋求目標(biāo)壓差。預(yù)定義條件可以是例如用戶定義的設(shè)置點(diǎn)或不可以超過(guò)的范圍。設(shè)置點(diǎn)的實(shí)例包括:W0B在最大的WOB的(用戶設(shè)置點(diǎn))之內(nèi)、地層表面扭矩在最大的扭矩的(用戶設(shè)置點(diǎn))之內(nèi)、泥漿流量落在目標(biāo)流量的(用戶設(shè)置點(diǎn))之下、扭矩不穩(wěn)定性超越(用戶設(shè)置點(diǎn))、流出流量與流入流量的差異大于(用戶設(shè)置點(diǎn))、檢測(cè)到停轉(zhuǎn)、檢測(cè)到掛起、檢測(cè)到對(duì)鉆井扭矩過(guò)度，立管壓差與算出的循環(huán)壓力的差異大于(用戶設(shè)置點(diǎn))。在一個(gè)實(shí)施例中，目標(biāo)壓差是250psi。在某實(shí)施例中，定向鉆進(jìn)包括通過(guò)增加泥漿流量的下落，以及通過(guò)降低RPM和/或流量的建造。在某些實(shí)施例中，調(diào)整了旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)參數(shù)以調(diào)整橫向的傾斜協(xié)調(diào)軌跡控制(例如，不需要求助于滑動(dòng)鉆進(jìn))。在某實(shí)施例中，在PLC中的各個(gè)子例程被遞增地結(jié)合在一起，以便能夠利用旋轉(zhuǎn)和滑動(dòng)鉆進(jìn)的組合自主地鉆進(jìn)全部單根。在某些實(shí)施例中，鉆頭被保留在井底并且低RPM鉆進(jìn)以使BHA前刃面與地層表面位置同步再滑動(dòng)鉆進(jìn)。這可以允許PLC把BHA停在前刃面目標(biāo)上并在滑動(dòng)模式下繼續(xù)鉆進(jìn)，而不需要停止鉆進(jìn)或使鉆頭離開(kāi)井底。在某些實(shí)施例中，扭矩、拖拉、鉆桿扭曲和水壓模型實(shí)時(shí)地運(yùn)行。該模型可以估計(jì)鉆柱的鉆桿扭曲并產(chǎn)生連續(xù)的前刃面估計(jì)，以便在以高鉆速(ROP)鉆進(jìn)的同時(shí)支持自主的控制系統(tǒng)。在某些實(shí)施例中，該模型在任何時(shí)間都能夠產(chǎn)生輸出鉆桿扭曲值，并且填充井下更新之間的空隙。為了得到馬達(dá)扭矩，可以按需要的準(zhǔn)確度計(jì)算水壓。還可以獲得鉆壓，例如用于機(jī)械比能(“MSE”)分析目的。在某些實(shí)施例中，從若干測(cè)試測(cè)量結(jié)果可以確定摩擦因子。例如從馬達(dá)輸出和地層表面處測(cè)出的扭矩可以建立摩擦因子。利用輸入的鉆進(jìn)參數(shù)比如RPM、R0P、地層表面旋轉(zhuǎn)扭矩、地層表面懸重，可以計(jì)算鉆頭扭矩。通過(guò)使馬達(dá)扭矩值與算出的鉆頭扭矩匹配，能夠確定井孔摩擦因子(例如，通過(guò)迭代以確定若干扭矩匹配時(shí)的摩擦因子值)。在某些實(shí)施例中，獲得了鉆壓、沿著鉆柱的扭矩以及鉆柱扭曲，例如，方式為使用在鉆柱離開(kāi)井底的運(yùn)動(dòng)期間所自動(dòng)測(cè)出的井孔摩擦因子。在某些實(shí)施例中，如果摩擦因子在或低于指定的最小值(比如0.2)，或者在或高于指定的最大值(比如0.7)，可以停止鉆進(jìn)并進(jìn)行故障診斷。一旦預(yù)測(cè)的井下WOB和馬達(dá)扭矩可用，就可以計(jì)算、繪制和顯示作為WOB函數(shù)的扭矩。在某些實(shí)施例中，確定和顯示了 MSE曲線。使用算出的值比如算出的W0B，可以自動(dòng)地進(jìn)行鉆進(jìn)。在某些實(shí)施例中，摩擦因子可以在進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)重新計(jì)算并用在自動(dòng)鉆進(jìn)中。在一個(gè)實(shí)施例中，在地下地層中形成井孔所用壓力的評(píng)估方法包括當(dāng)鉆頭在地層井孔中自由地轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)測(cè)量基線壓力。根據(jù)所測(cè)出的基線壓力評(píng)估流過(guò)鉆頭的流體的基線粘度。隨著鉆頭進(jìn)一步鉆入地層，流過(guò)該鉆頭的流體的流量、密度和粘度被評(píng)估。隨著鉆井作業(yè)的繼續(xù)，根據(jù)評(píng)定的流過(guò)該鉆頭的流體的流量、密度和粘度，可以重新評(píng)估基線壓力。在某些實(shí)施例中，可以從壓差確定粘度。在一個(gè)實(shí)施例中，科里奧利流量計(jì)用于測(cè)量入井和出井的流量和密度。橫跨已定義長(zhǎng)度的泥漿輸送管線(它可以在鉆井系統(tǒng)的泵與鉆塔之間)測(cè)量壓差。圖9展示了管線中壓差與粘度之間的關(guān)系。圖9中展示的實(shí)例基于20米長(zhǎng)度的2英寸泥漿輸送管線。曲線240基于每分鐘400加侖的流量。曲線242基于每分鐘250加侖的流量。使用壓差確定粘度可以排除對(duì)粘度表的需要。不過(guò)，在某些實(shí)施例中，粘度表可以包括在鉆井系統(tǒng)中。在一個(gè)實(shí)施例中，鉆頭被自動(dòng)地放置在地下地層井孔的底部。泥漿泵啟動(dòng)并且在預(yù)定的時(shí)間后流量(以預(yù)定速度)緩升到目標(biāo)流量。流入鉆柱流體的流量被監(jiān)視并控制為與流出井的流量相同(在用戶限制設(shè)置點(diǎn)之內(nèi))。立管壓力被允許達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。該鉆柱以預(yù)定的RPM轉(zhuǎn)動(dòng)。鉆頭以選定的前進(jìn)速度朝向井孔的底部移動(dòng)，直到測(cè)出壓差的穩(wěn)定增加表明該鉆頭在井孔的底部。在某些實(shí)施例中，這對(duì)應(yīng)于鉆頭深度=井孔深度(不過(guò)，井孔底部的坍塌或深度測(cè)量中的誤差可能導(dǎo)致檢測(cè)到“底部”，盡管在深度計(jì)算中不匹配)?？梢越⒃S多設(shè)置點(diǎn)并在“下鉆頭到井底”的例程期間監(jiān)視若干變量?？梢韵葓?zhí)行鉆柱的旋轉(zhuǎn)再啟用泥漿泵以降低在環(huán)空中重新開(kāi)始泥漿流動(dòng)時(shí)的壓力。在鉆井作業(yè)期間，一旦鉆進(jìn)已經(jīng)進(jìn)展到給定長(zhǎng)度的鉆桿的最大可用深度，就使用鉆塔結(jié)束鉆進(jìn)并準(zhǔn)備添加另一長(zhǎng)度的鉆桿。在一個(gè)實(shí)施例中，鉆桿前進(jìn)到地層中。(例如，當(dāng)達(dá)到了鉆桿長(zhǎng)度的最大可用的深度時(shí))停止鉆桿前進(jìn)。允許橫跨泥漿馬達(dá)的壓差降低。在某些實(shí)施例中，允許壓差降低到用戶設(shè)置點(diǎn)。一旦壓差已經(jīng)降低到規(guī)定的等級(jí)，就可以提起鉆柱。扭矩和拖拉模型可以用于監(jiān)視執(zhí)行該提起所需要的力。在一個(gè)實(shí)施例中，這些力本身可以預(yù)測(cè)并用作警報(bào)標(biāo)記(如果超過(guò)了例如用戶定義的量)。在另一個(gè)實(shí)施例中，使用了離開(kāi)井底的摩擦因子。例如，如果離開(kāi)井底的摩擦因子超過(guò)規(guī)定的量(比如>0.5)，可以觸發(fā)“縮徑起鉆”警報(bào)條件。觸發(fā)警報(bào)后，可以開(kāi)始緩解過(guò)程。在某實(shí)施例中，在鉆進(jìn)期間評(píng)估了裸眼摩擦因子。在某些實(shí)施例中，裸眼摩擦因子被連續(xù)地評(píng)估。例如在實(shí)施例中，裸眼摩擦因子被連續(xù)地評(píng)估，以便驗(yàn)證“正?！钡木蹢l件存在作為完成所選定任務(wù)的許可?？梢远x錯(cuò)誤處理子例程以預(yù)防和緩解不利的井眼條件。泥漿馬達(dá)停轉(zhuǎn)是常見(jiàn)的事件。典型情況下，該馬達(dá)的動(dòng)力段包含轉(zhuǎn)子，由通過(guò)該單元的鉆井液流動(dòng)而驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)速度受控于流體流量。動(dòng)力段是容積式系統(tǒng)，所以隨著(從鉆頭)對(duì)轉(zhuǎn)子施加對(duì)旋轉(zhuǎn)的阻力(制動(dòng)扭矩)，維持固定流體流量所需要的壓力上升。在多種條件下，動(dòng)力段保持轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的能力可能不足所以鉆頭停止轉(zhuǎn)動(dòng)，即停轉(zhuǎn)。停轉(zhuǎn)狀態(tài)有時(shí)可能在一秒之內(nèi)發(fā)生。圖10展示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，檢測(cè)泥漿馬達(dá)停轉(zhuǎn)并從停轉(zhuǎn)恢復(fù)的方法。在260，對(duì)鉆井作業(yè)設(shè)置最大壓差。在261，鉆進(jìn)可以開(kāi)始。在262，可以評(píng)估壓差。如果評(píng)定的壓差在或高于指定的最大壓差，在263評(píng)估該馬達(dá)的停轉(zhuǎn)狀態(tài)。檢測(cè)出停轉(zhuǎn)后，在264自動(dòng)地切斷到該泥漿馬達(dá)的流量(例如，通過(guò)關(guān)閉該馬達(dá)的泵)。在某些實(shí)施例中，在265自動(dòng)地停止了連接到鉆頭的鉆柱的旋轉(zhuǎn)。在某些實(shí)施例中，檢測(cè)出停轉(zhuǎn)后，便自動(dòng)地停止鉆桿運(yùn)動(dòng)(鉆柱向前運(yùn)動(dòng)被降低至零)。在266，允許再啟動(dòng)馬達(dá)之前，允許壓差降低到低于指定的最大壓差。在某些實(shí)施例中，超壓被釋放或允許釋放。在268，鉆頭可以被提起離開(kāi)井底。在270，馬達(dá)被重新啟動(dòng)。在272，重新開(kāi)始鉆進(jìn)。在一個(gè)實(shí)施例中，在鉆進(jìn)期間測(cè)量離開(kāi)井底的立管壓力。評(píng)估泥漿馬達(dá)的最大壓差。當(dāng)離開(kāi)井底的立管壓力與馬達(dá)的最大壓差之和超過(guò)了指定的級(jí)別時(shí)便指示停轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，利用鉆塔立管壓力傳感器測(cè)量立管壓力。在傳統(tǒng)的鉆井系統(tǒng)中，可能不實(shí)時(shí)測(cè)量密度和流量。例如在某些傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，入井流量已經(jīng)從定期方式獲取的泥漿泵沖程計(jì)數(shù)計(jì)算出。典型情況下，密度已經(jīng)由泥漿工程師測(cè)量出，往往每小時(shí)大約僅兩次。例如，在典型的鉆井作業(yè)中，可以每隔三十分鐘從振動(dòng)篩下游的采樣點(diǎn)獲取密度。出井流量有時(shí)已經(jīng)使用槳輪類型的設(shè)備測(cè)量出，一般來(lái)說(shuō)它僅僅表明了流管線中流量的某百分比。因此，在傳統(tǒng)的鉆井系統(tǒng)中，司鉆或泥漿工程師關(guān)于鉆井液參數(shù)可能有陳舊的、不頻繁或間歇的信息?；谶@樣的信息的鉆進(jìn)決策可能不說(shuō)明井中的實(shí)際狀態(tài)。此外，這樣的鉆井決策可能是主觀的并從一次作業(yè)到另一次作業(yè)可能不一致。在某些實(shí)施例中，鉆塔控制系統(tǒng)提供了若干傳感器的數(shù)據(jù)匯集，以便監(jiān)視鉆井系統(tǒng)的多個(gè)方面，包括密度、質(zhì)量流量以及體積流量。實(shí)時(shí)地收集密度和流量數(shù)據(jù)可以通過(guò)減少非生產(chǎn)時(shí)間(“NPT”)幫助減低鉆井成本以及幫助識(shí)別對(duì)潛在鉆進(jìn)操作問(wèn)題的先行指標(biāo)。準(zhǔn)確而及時(shí)的質(zhì)量/體積流量和密度的測(cè)量結(jié)果可以增加客觀性，以及有可能對(duì)鉆井液性質(zhì)改變立即響應(yīng)。在某些實(shí)施例中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)被匯集到鉆塔控制系統(tǒng)中，以便以內(nèi)建報(bào)警系統(tǒng)顯示若干圖形，向司鉆和/或泥漿工程師提供對(duì)鉆井液參數(shù)任何主要變化的先行通知。在某些實(shí)施例中，使用在井的吸入端和返出端都有的科里奧利流量計(jì)收集流量和密度數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，科里奧利流量計(jì)可以是Micro Motion科里奧利流量和密度傳感器，它可以購(gòu)自艾默生電氣公司(美國(guó)密蘇里州St.Louis)。在某些實(shí)施例中，科里奧利流量計(jì)被聯(lián)機(jī)安裝在在用泥漿罐與泥漿泵之間。科里奧利流量計(jì)可以測(cè)量入井流體。第二臺(tái)科里奧利流量計(jì)可以安裝在流管線處，以便測(cè)量出井流體。能夠測(cè)量出井鉆屑的累積量。鉆井液的全流密度、體積流量以及質(zhì)量流量都可以被物理地測(cè)量。在測(cè)量鉆井系統(tǒng)若干性質(zhì)的語(yǔ)境中，正如本文所用，測(cè)量“鉆井液”的性質(zhì)，比如流量或密度，可以包括測(cè)量鉆井液中懸浮或由其攜帶的物質(zhì)。例如，出井鉆井液的密度可以反映由鉆井液帶給的任何鉆屑。在某些實(shí)施例中，來(lái)自流量計(jì)(比如科里奧利流量計(jì))的質(zhì)量、體積和密度進(jìn)出數(shù)據(jù)用于改進(jìn)鉆井作業(yè)。將進(jìn)出流量傳感器集成到實(shí)時(shí)井眼監(jiān)視系統(tǒng)過(guò)程可以向司鉆或泥漿工程師提供實(shí)時(shí)工具，幫助緩解若干領(lǐng)域中的問(wèn)題，比如井眼清除效率、洗井效果、監(jiān)視循環(huán)泥漿、環(huán)境合規(guī)監(jiān)視、地層流體損失、井涌檢測(cè)、控壓鉆進(jìn)和鼓脹。圖1lA展示了自動(dòng)鉆井系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，它包括入井流體和出井流體的流量計(jì)。系統(tǒng)1110包括鉆柱110和鉆井液系統(tǒng)1112。泵108可以經(jīng)由吸入管線1116從泥漿罐1114汲取鉆井液，并且利用泥漿輸送管線137到鉆柱110中。鉆井液可以流過(guò)鉆柱110的中心通道138、底部鉆具組合112，并且通過(guò)鉆柱110的外部與井117側(cè)壁之間的環(huán)形空間126，返出地層表面。從環(huán)形空間126，鉆井液可以流過(guò)流管線1118進(jìn)入頁(yè)巖振動(dòng)篩1120。來(lái)自振動(dòng)篩1120的鉆井液可以回到泥漿罐1114。在吸入管線1116上提供了流量傳感器1122。為了測(cè)量入井的流量和密度，流量傳感器1122可以提供數(shù)據(jù)。在流管線1118上提供了流量傳感器1124。為了測(cè)量出井的流量和密度，流量傳感器1122可以提供數(shù)據(jù)。在某些實(shí)施例中，流量傳感器1122和1124可以測(cè)量質(zhì)量流量和密度。從測(cè)出的質(zhì)量流量和密度可以計(jì)算體積流量。在某些實(shí)施例中，流量傳感器1122和1124是科里奧利流量計(jì)。在多個(gè)實(shí)施例中可以包括另外的傳感器，以便測(cè)量經(jīng)由鉆井液系統(tǒng)1112循環(huán)的鉆井液的密度、質(zhì)量流量、體積流量或多種其他性質(zhì)。此夕卜，在某些系統(tǒng)中，可以在鉆井液系統(tǒng)1112的不同位置采集測(cè)量結(jié)果。例如，使用該泵下游(比如泥漿輸送管線)的若干傳感器可以測(cè)量入井鉆井液的流量和/或密度。在某些實(shí)施例中，可以手工地收集若干測(cè)量結(jié)果(例如，來(lái)自泥漿工程師按定期間隔取得的樣本的若干測(cè)量結(jié)果)。在具有或沒(méi)有旋轉(zhuǎn)頭的系統(tǒng)中都可以操作返出流裝置。圖1lAa是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，流管線中科里奧利流量計(jì)的示意俯視圖。圖1lAb是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，流管線中科里奧利流量計(jì)的示意正視圖。在流管線1118中提供了流量傳感器1124。從井返出的鉆井液在進(jìn)入振動(dòng)篩1120之前可以通過(guò)流量傳感器1124。盡管在以上介紹的實(shí)施例中，系統(tǒng)包括對(duì)進(jìn)出井的流量都測(cè)量的若干傳感器，但是在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)可以包括僅僅在一側(cè)的傳感器。例如，系統(tǒng)可以僅僅出井側(cè)包括科里奧利流量計(jì)。在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)可以不包括用于測(cè)量流體流量或壓力的任何傳感器。在某些實(shí)施例中，一部分鉆塔控制系統(tǒng)(例如，專用的鉆井液數(shù)據(jù)模塊)專用于處理連續(xù)的鉆井液數(shù)據(jù)。專用的鉆井液數(shù)據(jù)模塊可以利用早期警告報(bào)警指示器促進(jìn)清楚而簡(jiǎn)明地顯示鉆井液信息。在鉆進(jìn)期間，井中鉆屑的過(guò)度堆積可能對(duì)鉆井作業(yè)產(chǎn)生不利影響。在某實(shí)施例中，使用了鉆屑的質(zhì)量平衡測(cè)量以監(jiān)視井的狀態(tài)。在某些實(shí)施例中，來(lái)自質(zhì)量平衡測(cè)量的信息用于自動(dòng)地執(zhí)行鉆井作業(yè)。在某些實(shí)施例中，地下地層中鉆進(jìn)的井眼清除效果的評(píng)估方法包括確定井中被挖掘巖石的質(zhì)量。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)使用旁邊井的容積密度錄井?dāng)?shù)據(jù)、隨鉆測(cè)井(“LWD”)儀器或地層容積密度，能夠確定從井中挖掘鉆屑的質(zhì)量。井孔長(zhǎng)度和直徑可以用于提供體積，而容積密度錄井可以提供密度估計(jì)。通過(guò)測(cè)量入井流體的總質(zhì)量和出井的流體的總質(zhì)量，然后從出井的流體的總質(zhì)量中減去入井的流體的總質(zhì)量，可以確定從井中清除的鉆屑的質(zhì)量。通過(guò)從確定的井中被挖掘的巖石質(zhì)量中減去確定的從井中清除的鉆屑的質(zhì)量，可以估計(jì)井中剩余的鉆屑的質(zhì)量。在某些實(shí)施例中，根據(jù)確定的井中剩余的鉆屑質(zhì)量可以評(píng)估井眼清除效率的定量度量。通過(guò)從平衡中排除損失的流體質(zhì)量可以考慮部分流體損失。圖11展示了確定井眼清除效果的方法的一個(gè)實(shí)施例。在280，可以測(cè)量入井流量的總質(zhì)量。在282，可以測(cè)量出井流量的總質(zhì)量。在284，可以確定出井流量的總質(zhì)量與入井流量的總質(zhì)量之間的差。在286，可以確定從該井清除的鉆屑的質(zhì)量。在288，可以確定井中挖掘的巖石的質(zhì)量。在290，可以確定井中挖掘的巖石的質(zhì)量與從該井清除的鉆屑的質(zhì)量之間的差。在292，確定鉆頭井孔橫斷面積相對(duì)于由鉆屑占據(jù)的橫斷面積的份額。該份額可以用作井中條件的度量。在某些實(shí)施例中，使用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)實(shí)現(xiàn)了鉆井液密度和流量的連續(xù)監(jiān)視。在一個(gè)實(shí)施例中，在吸入管線和返出管線都提供了科里奧利流量計(jì)，以便物理地實(shí)時(shí)測(cè)量進(jìn)出井的流體的質(zhì)量流量。科里奧利流量計(jì)可以提供流量、密度和溫度數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，聯(lián)機(jī)(例如，在在用泥漿罐與泥漿泵之間放置的移送機(jī)上)安裝了密度計(jì)、流量計(jì)和粘度計(jì)。在一個(gè)實(shí)施例中，粘度計(jì)是TT-100粘度計(jì)。密度計(jì)、流量計(jì)和粘度計(jì)可以測(cè)量入井的流體。第二個(gè)科里奧利流量計(jì)被安裝在流管線以測(cè)量出井的流體。在某些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)被編程為提供自主的鉆進(jìn)和數(shù)據(jù)收集過(guò)程。該過(guò)程可以包括監(jiān)視鉆進(jìn)性能的多個(gè)方面。一部分控制系統(tǒng)可以專用于鉆井液數(shù)據(jù)的處理?？刂葡到y(tǒng)可以使用鉆井液數(shù)據(jù)的手工輸入、傳感測(cè)量以及/或者數(shù)學(xué)計(jì)算以幫助建立指標(biāo)和趨勢(shì)，實(shí)時(shí)地驗(yàn)證鉆進(jìn)性能。在某些實(shí)施例中，收集的數(shù)據(jù)可以用于確定井眼清除效果。在某些實(shí)施例中，實(shí)時(shí)測(cè)量若干鉆井液參數(shù)。實(shí)時(shí)測(cè)量還可以增加數(shù)據(jù)的客觀性以促進(jìn)對(duì)鉆井液波動(dòng)的立即響應(yīng)。在某些實(shí)施例中，在鉆進(jìn)的同時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量密度、粘度和流量。對(duì)進(jìn)出井泥漿流量和密度的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)收集可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的鉆進(jìn)參數(shù)周優(yōu)化。例如，控制系統(tǒng)可以根據(jù)傳感器信號(hào)(有或沒(méi)有人工干預(yù))自動(dòng)地反應(yīng)和做出最優(yōu)化調(diào)整。在某些實(shí)施例中，鉆屑的質(zhì)量平衡計(jì)量用于提供井眼清除效果的趨勢(shì)指示。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)計(jì)算井中剩下的鉆屑體積并做出全部鉆屑沿著水平井段均勻地分布的假設(shè)，確定井眼清除指數(shù)(HCI)的質(zhì)量平衡計(jì)算。能夠計(jì)算鉆屑床高度并將其轉(zhuǎn)換為由鉆屑占據(jù)的橫斷面積。HCI=鉆頭井孔面積/鉆屑占據(jù)的面積流體的井眼柱可以與地層表面系統(tǒng)無(wú)關(guān)。被傳遞到在用系統(tǒng)的粉末產(chǎn)品或液體添加劑(如果存在著任何這樣的產(chǎn)品或液體添加劑)可以與通過(guò)井循環(huán)的流體的質(zhì)量平衡不具有任何實(shí)時(shí)關(guān)系。因此挖掘的鉆屑可能僅僅為對(duì)流體柱的“添加劑”。對(duì)鉆屑是僅有的“添加劑”的假設(shè)的例外將可能為有來(lái)自地層的水流入時(shí)。在某些實(shí)施例中，通過(guò)監(jiān)視從聯(lián)機(jī)粘度計(jì)所測(cè)出的流變學(xué)性質(zhì)的任何意外降低而確定水流入。在其他實(shí)施例中，進(jìn)入體積對(duì)比出來(lái)體積的總計(jì)能夠指示流體的流入。根據(jù)任何這樣的減少可以調(diào)整HCI以說(shuō)明水流入。在一個(gè)實(shí)施例中，科里奧利流量計(jì)具有預(yù)設(shè)的標(biāo)定時(shí)間表。科里奧利流量計(jì)可以具有內(nèi)建的高/低液面警報(bào)以確認(rèn)收到了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)例中，6”科里奧利流量計(jì)具有兩根流量管，每根都具有3.5”(88.9_)的直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，科里奧利流量計(jì)把材料流動(dòng)控制到預(yù)設(shè)流量的±0.5%的準(zhǔn)確度。使用清除效果的自動(dòng)監(jiān)視可以消除或減少對(duì)若干操作的人工監(jiān)視的需要，比如對(duì)振動(dòng)篩的監(jiān)視。例如，可能不需要人員以定期間隔在振動(dòng)篩測(cè)量粘度和泥漿重量。作為另一個(gè)實(shí)例，泥漿工程師可能不需要以定期間隔抓取泥漿樣本。以下給出質(zhì)量平衡監(jiān)視的實(shí)例:實(shí)例#1——開(kāi)始循環(huán)為了平衡而讀取和評(píng)估吸入流量計(jì)和流管線流量計(jì)。(由于流體溫度可能有輕微不符，因?yàn)殡x開(kāi)的流體將更溫暖所以可能稍微輕一些。)流體進(jìn)/ 出:2m3/minX 1040kg/m3=2080kg/min聯(lián)機(jī)流體粘度計(jì)可以在600、300、200、100、6和3rpm測(cè)量讀數(shù)。在每個(gè)rpm速度采集時(shí)間可以是I秒。6秒測(cè)量全部六個(gè)讀數(shù)。根據(jù)“查找”表可以進(jìn)行溫度校正。實(shí)例#2——開(kāi)始鉆進(jìn)產(chǎn)生的巖石的質(zhì)量可以基于鉆進(jìn)速度(ROP)和井眼尺寸。算出的產(chǎn)生的巖石的質(zhì)量可以實(shí)時(shí)圖示。于流體溫度可能有輕微不符，因?yàn)殡x開(kāi)的流體將更溫暖所以可能稍微輕一些。)井眼尺寸@311_XR0P@100m/hr=7.59m3 掘出鉆屑 / 小時(shí)(7.59m3/hr X 2600kg/m3) /60min=329kg/min2600kg/m3可以是鉆屑密度的假設(shè)值——作為替代，來(lái)自旁邊井的密度測(cè)井“查找”表能夠用于描述每個(gè)地層的密度特征為了提高準(zhǔn)確度，可以提供包括來(lái)自旁邊井的井徑儀測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的查找表?？梢蕴峁┌▉?lái)自旁邊井的沖刷百分比隨深度變化的查找表。產(chǎn)生了329kg/minX 5% 沖刷=345kg/min 的巖石。沖刷百分比可以被圖示為分離的數(shù)據(jù)點(diǎn)集。根據(jù)從環(huán)空體積和流量算出的清空該泥漿環(huán)空所花費(fèi)的時(shí)間可以計(jì)算遲延時(shí)間(“井底至井口 ”時(shí)間)?？梢栽u(píng)估鉆屑形狀、尺寸、流體滑動(dòng)速度、水平鉆進(jìn)對(duì)比垂直鉆進(jìn)。實(shí)例#3——質(zhì)量平衡計(jì)量了入井流體的總質(zhì)量和出井流體的總質(zhì)量。從出井流體的總質(zhì)量減去入井流體的總質(zhì)量。差可以表示從該井中清除的鉆屑質(zhì)量。流體進(jìn):2m3/minX1040kg/m3=2080kg/min流體出:2m3/minX1180kg/m3=2360kg/min
差是280kg/min。通過(guò)從掘出的巖石實(shí)際質(zhì)量中減去這個(gè)差，獲得了尚未從該井中清除的鉆屑的理論質(zhì)量。所以345kg/min-280kg/min=65kg/min 留在井中。在某實(shí)施例中，流量測(cè)量結(jié)果可以用于設(shè)置控制系統(tǒng)中的許可。例如，在建立的容差內(nèi)根據(jù)出井流量是否等于入井流量，可以設(shè)置許可。在某實(shí)施例中，系統(tǒng)產(chǎn)生圖形顯示，它包括井眼清除效率的一個(gè)或多個(gè)指標(biāo)。在某實(shí)施例中，圖形顯示包括流入井的質(zhì)量、流出井的質(zhì)量以及/或者未從井清除的鉆屑隨時(shí)間變化的圖示。該圖形顯示可以例如向司鉆或泥漿工程師顯示。根據(jù)在井的吸入端和返出端上都有的流量計(jì)(比如科里奧利流量計(jì))的實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果可以確定流入或流出井的質(zhì)量。圖1lB展示了可以向司鉆或泥漿工程師呈現(xiàn)的圖形顯示的一個(gè)實(shí)施例。在圖1lB中，總計(jì)的質(zhì)量流量被對(duì)照時(shí)間繪制。曲線1130表示流入質(zhì)量加上新生鉆屑的總和。曲線1132表示流出質(zhì)量。曲線1134表示未從該井中清除的鉆屑的估計(jì)。在某些實(shí)施例中，進(jìn)出井的質(zhì)量流量對(duì)比提供了不充分井眼清除的先行指標(biāo)。鉆頭產(chǎn)生的巖石質(zhì)量流量可以使用鉆速和井眼尺寸計(jì)算。算出的所產(chǎn)生巖石的質(zhì)量流量可以實(shí)時(shí)地繪制?？梢岳谩安檎冶怼卑▉?lái)自旁邊井的體積密度測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，或者使用LWD儀器使這種計(jì)算盡可能準(zhǔn)確。這些數(shù)據(jù)能夠繪制在與鉆頭產(chǎn)生的巖石質(zhì)量流量相同的圖上。數(shù)據(jù)流(比如實(shí)時(shí)密度或質(zhì)量流量速度數(shù)據(jù))可以向司鉆和泥漿工程師提供準(zhǔn)確的信息，以幫助可能的鉆進(jìn)問(wèn)題在實(shí)際發(fā)生前使其緩解。根據(jù)質(zhì)量流量測(cè)量結(jié)果/平衡計(jì)算可以更有效地管理的問(wèn)題實(shí)例，可以包括卡鉆、過(guò)量扭矩和拖拉、環(huán)狀剝離、增加的ECD、循環(huán)漏失、過(guò)量粘度和膠凝強(qiáng)度、不良套管和固井作業(yè)、高泥漿稀釋劑成本或較低的鉆進(jìn)速度。在某些實(shí)施例中，根據(jù)鉆井系統(tǒng)中流體的密度測(cè)量結(jié)果評(píng)估鉆井作業(yè)的洗井效果。洗井效果可用于量化由洗井所清除的鉆屑的質(zhì)量，以及/或者判斷洗井是否對(duì)鉆井作業(yè)增添了價(jià)值。在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算了入井洗井密度(“入井密度”)與返出井側(cè)的洗井密度(“出井密度”)之間的差。入井密度與出井密度之間的差可以正比于清除的鉆屑量。在某實(shí)施例中，量化洗井效果的方法包括測(cè)量入井的鉆井液密度和返出井的鉆井液密度。入井流體密度與出井流體密度之間的差可以用于估計(jì)清除的鉆屑量。在一個(gè)實(shí)施例中，使用在用泥漿罐與泥漿泵之間聯(lián)機(jī)安裝的科里奧利流量計(jì)測(cè)量入井流體密度，而使用在流管線中安裝的科里奧利流量計(jì)測(cè)量出井流體密度。圖1lC和圖1lD是展示洗井期間進(jìn)出井的鉆井液的泥漿密度測(cè)量結(jié)果的圖示。圖1lC是用于高密度洗井的泥漿密度隨時(shí)間變化的圖示。曲線1136表示入井鉆井液密度(入井密度)。曲線1138表示出井鉆井液密度(出井密度)。在1140，隨著將加重洗井液引入鉆井系統(tǒng)，入井密度可以增大。在引入了用于加重洗井的流體后，入井密度可以返回其初始水平。在1142，隨著更高密度的流體到達(dá)了該井的出口，以及洗井從該井中清除了鉆屑，出井密度增大。在1144，出井密度可以返回其初始水平。在1142的出井密度與在1140的入井密度之間的差可以提供洗井效果的度量。在某些實(shí)施例中，返出密度的趨勢(shì)特征可以是坍塌或者洗井已經(jīng)被延長(zhǎng)的指標(biāo)。例如參考圖11C，區(qū)段1146(虛線)展示了在時(shí)間1148開(kāi)始的出井密度的替代曲線。在由區(qū)段1146反映的結(jié)果中，與1142處的增大相比，出井密度增大量相對(duì)小。此外，在區(qū)段1146，出井密度在更長(zhǎng)時(shí)段保持高位。區(qū)段1146的這些特征可以指示洗井無(wú)效并已經(jīng)被延長(zhǎng)。圖1lD是用于高粘度洗井的泥漿密度隨時(shí)間變化的圖示。曲線1150表示入井鉆井液密度。曲線1152表示出井鉆井液密度。在區(qū)段1154，高粘度洗井液可以被引入到井中。與圖1lC中展示的高密度洗井液形成對(duì)比，入井密度在高粘度洗井期間可以保持在相對(duì)均衡的水平，正如由曲線1150的平坦所反映。在1156，隨著洗井液從該井中清除了鉆屑，出井密度增大。在1158，出井密度可以返回其初始水平。在1156的密度增大以及/或者在1156及時(shí)地返回其初始水平可以表明洗井對(duì)從該井中清除鉆屑是有效的。在某些實(shí)施例中，來(lái)自科里奧利流量計(jì)的密度測(cè)量結(jié)果用于幫助判斷洗井是否增添了任何重要價(jià)值。在某些實(shí)施例中，基于密度測(cè)量結(jié)果的洗井效果評(píng)估用于確定將要執(zhí)行的洗井類型和頻率，它可以幫助增加鉆塔用于鉆井的時(shí)間量。在某些鉆進(jìn)操作中，可以執(zhí)行“井底至井口 ”的過(guò)程，它包括循環(huán)鉆井液以便把在井底的鉆井液帶到地層表面。在井底至井口后立即量化離開(kāi)井眼的鉆屑體積的困難，是因?yàn)檫^(guò)長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間而導(dǎo)致的非生產(chǎn)時(shí)間的問(wèn)題。過(guò)長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間可以發(fā)生在，例如，如果由于缺乏有關(guān)井底狀態(tài)的信息，在目標(biāo)深度的循環(huán)被保持了長(zhǎng)于需要的時(shí)間。在某實(shí)施例中，監(jiān)視井底至井口循環(huán)過(guò)程的方法包括自動(dòng)地監(jiān)視目標(biāo)深度(“ TD ”)處出井流體的密度。例如使用科里奧利流量計(jì)可以監(jiān)視出井流體的密度，比如以上關(guān)于圖1lB的介紹。在某些實(shí)施例中，密度測(cè)量結(jié)果用于確定何時(shí)起鉆是安全的。密度測(cè)量結(jié)果也可以用于使不必要的循環(huán)最小化。在某些實(shí)施例中，密度被用于判斷循環(huán)多于“井底至井口 ”是否必要。圖1lE是一個(gè)實(shí)施例中大約井底至井口時(shí)間，泥漿密度隨時(shí)間變化的圖示。曲線1160表示入井鉆井液密度(入井密度)。曲線1162表示出井鉆井液密度(出井密度)。在曲線1162的第一部分，鉆井系統(tǒng)在目標(biāo)深度，出井密度超過(guò)了入井密度。出井流體密度的增大可以反映來(lái)自井底的鉆井液中攜帶的鉆屑。在1164，出井密度下降至更低水平，直到在點(diǎn)1166達(dá)到穩(wěn)定值。在某些實(shí)施例中，點(diǎn)1166之后的連續(xù)循環(huán)可能不必要，由此可能導(dǎo)致非生產(chǎn)時(shí)間的增加。在某些實(shí)施例中，出井密度的趨勢(shì)特征可以提供坍塌的指示。例如參考圖11E，區(qū)段1168 (虛線)展示了在時(shí)間1170開(kāi)始的出井密度的替代曲線。在由區(qū)段1168反映的結(jié)果中，與曲線1162的區(qū)段1164中反映的下降速度相比，出井密度下降的相對(duì)慢。在某些實(shí)施例中，出井密度下降速度慢，比如由區(qū)段1168所展示的，可能表明坍塌。例如作為不良鉆屑傳輸?shù)慕Y(jié)果可能發(fā)生坍塌。某些鉆井作業(yè)包括置換過(guò)程，其中在井眼中的一種流體被另一種流體置換。置換的一個(gè)實(shí)例包括以合成基泥漿(“SBM”)置換水。在井眼置換期間，識(shí)別油/水界面中的不確定性可能導(dǎo)致為了處理和處置而產(chǎn)生不必要體積的流體。在某些實(shí)施例中，密度和/或流量測(cè)量結(jié)果可以用于幫助環(huán)境合規(guī)監(jiān)視。例如，科里奧利流量計(jì)可以用于幫助泥漿工程師使置換操作期間產(chǎn)生的溢出體積最小化。在SBM置換的一個(gè)實(shí)施例中，在SBM的前面泵送了加重的鹽水藥丸即隔離液。一旦鹽水藥丸被置換回地層表面，便監(jiān)視SBM/水界面。例如使用進(jìn)出井的流體的密度計(jì)，可以執(zhí)行監(jiān)視。SBM/水界面的數(shù)據(jù)可以用于識(shí)別出關(guān)閉該系統(tǒng)的最佳時(shí)間(或時(shí)間范圍)。系統(tǒng)的關(guān)閉可以手工地、自動(dòng)地或其結(jié)合地控制。何時(shí)關(guān)閉該系統(tǒng)的更精確預(yù)測(cè)能夠幫助使溢出體積最小化。圖1lF是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的SBM井眼置換期間，泥漿密度隨時(shí)間變化的圖示。曲線1172表示入井鉆井液密度(入井密度)。曲線1174表示出井鉆井液密度(出井密度)。在區(qū)段1176中，水基泥漿，比如海水泥漿，可以在鉆井系統(tǒng)中循環(huán)。在1178，在SBM的前面可以泵送鹽水隔離液。入井密度在引入鹽水隔離液后可能增大。在1180，可以開(kāi)始SBM置換。在1182，鹽水隔離液可以返出地層表面，使得出井密度隨時(shí)間增大。在1184，關(guān)于使置換產(chǎn)生的溢出體積最小，可以達(dá)到關(guān)閉在用系統(tǒng)的最佳時(shí)間。盡管在以上介紹的實(shí)施例中，海水基泥漿被SBM置換，但是在多個(gè)實(shí)施例中該過(guò)程可以用任何置換流體或被置換流體執(zhí)行。在某些實(shí)施例中，實(shí)時(shí)的流體體積測(cè)量結(jié)果可以用于識(shí)別和緩解流體損失進(jìn)地層和/或井涌。例如在因?yàn)榫壑械膲毫π∮诘貙又械牧黧w壓力所以流體從地層流入到井眼時(shí)，可能發(fā)生井涌。在某實(shí)施例中，監(jiān)視流體損失的方法包括自動(dòng)地對(duì)比入井流量和出井流量。根據(jù)入井流量與出井流量之間的差，可以確定地層損失的估計(jì)。使用例如科里奧利流量計(jì)，可以測(cè)量返出井的流量。在某些實(shí)施例中，返出井的流量可以與泵的沖程體積對(duì)比。在其他實(shí)施例中，返出井的流量與用泥漿泵吸入端上的科里奧利流量計(jì)所測(cè)出的流量進(jìn)行對(duì)比。在某些實(shí)施例中，通過(guò)從入井流量減去出井流量，監(jiān)視了地層損失。在某些實(shí)施例中，可以實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)監(jiān)視。未返出地層表面的流體體積可以被認(rèn)為是地層損失。例如，一部分流體可能漏失為噴射而構(gòu)成了泥餅。剩余量可以認(rèn)為是正常滲透損失并可以包含某種比例的固體和液體。在某實(shí)施例中，檢測(cè)井涌(流入)的方法包括使用流量計(jì)采集入井流量和出井流量的測(cè)量結(jié)果。這些測(cè)量結(jié)果可以是實(shí)時(shí)的測(cè)量結(jié)果。根據(jù)算出的入井流量與出井流量之間的差，可以檢測(cè)井涌。在某些實(shí)施例中，返出流量與入井流量的對(duì)比用在控壓鉆井系統(tǒng)中。在常規(guī)的旋轉(zhuǎn)頭鉆塔中可以進(jìn)行流量對(duì)比，其中返出管線中的流體靜壓力用于保持流量計(jì)中的流動(dòng)。在某些實(shí)施例中，實(shí)時(shí)流體流量數(shù)據(jù)用于檢測(cè)異常的循環(huán)漏失并使若干問(wèn)題最小化，比如井眼不穩(wěn)定、卡鉆、不良地層評(píng)價(jià)和/或井噴。圖1lG是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，展示地層損失的體積隨時(shí)間變化的圖示。曲線1190表示入井流體體積(入井體積)和出井流體體積(出井體積)之間的差。曲線1192表示總的地
層損失。在某些實(shí)施例中，使用進(jìn)出井流量的測(cè)量結(jié)果可以描述鉆井作業(yè)中的流動(dòng)效應(yīng)的特征。在某些實(shí)施例中，科里奧利流量計(jì)可以用于監(jiān)視鉆井作業(yè)中的鼓脹。在某些實(shí)施例中，可以在深水鉆井作業(yè)中監(jiān)視鼓脹。正如本文所用，“鼓脹”包括向前鉆進(jìn)的同時(shí)泥漿的緩慢漏失，隨后是泵已經(jīng)關(guān)閉后泥漿更迅速地返出。在一個(gè)實(shí)施例中，描述鉆井作業(yè)中的流動(dòng)效應(yīng)特征的方法包括自動(dòng)地測(cè)量進(jìn)出井的流量隨時(shí)間變化的變化。流量數(shù)據(jù)可以用于識(shí)別和監(jiān)視鼓脹。在某些實(shí)施例中，流量數(shù)據(jù)用于區(qū)分流入(井涌)與“正常的”鼓脹效應(yīng)。區(qū)分流入(井涌)與鼓脹效應(yīng)可以避免或緩解對(duì)高成本井控過(guò)程的需要。
圖1lH描繪的圖形展示了在鉆井作業(yè)中進(jìn)行一系列接單根時(shí)的流量。該鉆井作業(yè)可以是例如深水鉆井作業(yè)。曲線1194表示入井流量。曲線1196表示出井流量。每次進(jìn)行接單根時(shí)，都可能切斷流量。正如圖1lH中的展示，出井流量可以落后入井流量。在某些實(shí)施例中，在返出液管線處對(duì)質(zhì)量流量的測(cè)量被合并到流體和廢物管理行為中。管理行為可以包括為計(jì)算稀釋經(jīng)濟(jì)情況和固體控制系統(tǒng)性能提供輸入。在某些實(shí)施例中，總體“固體控制系統(tǒng)性能”可以基于從井中清除的巖石總質(zhì)量。該信息可以對(duì)井中剩下的鉆屑量提供指標(biāo)。從井中清除的巖石質(zhì)量可以提供被傳輸做處置的廢物體積的指標(biāo)。在泥漿系統(tǒng)中剩余的低重力固體的體積可以提供在該井的目標(biāo)深度處將需要的稀釋劑量的指標(biāo)。在某些實(shí)施例中，以科里奧利流量計(jì)系統(tǒng)監(jiān)視泥漿固體處理系統(tǒng)的性能。來(lái)自該井環(huán)空的水泥漿的密度和流量(質(zhì)量流量)進(jìn)入到固體控制系統(tǒng)中時(shí)可以計(jì)量。對(duì)于要被送回井下的泥漿進(jìn)入泥漿泵的點(diǎn)，由在系統(tǒng)另一側(cè)的科里奧利流量計(jì)可以測(cè)量該系統(tǒng)清除固體的效率。通過(guò)跟蹤泥漿的基礎(chǔ)密度對(duì)照回到井下的泥漿密度，評(píng)估該系統(tǒng)清除鉆出固體的能力。在某些實(shí)施例中，確定在井中的剩余固體。根據(jù)從井和鉆井液二者中清除的總體巖石質(zhì)量，確定總體固體控制系統(tǒng)性能?？傮w固體控制系統(tǒng)性能可以對(duì)井中剩下的鉆屑量提供指標(biāo)。在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)出的巖石質(zhì)量對(duì)照理論上產(chǎn)生的巖石質(zhì)量繪制。該結(jié)果可以在圖形用戶界面中向操作員顯示。在某些實(shí)施例中，建立了最大固體閾值限度。該限度可以自動(dòng)地向司鉆顯示，以便向司鉆提供視覺(jué)線索:該井沒(méi)有被充分地清除。該限度可以被鏈接為設(shè)置點(diǎn)以便受到自動(dòng)鉆井控制系統(tǒng)的監(jiān)視。如果該系統(tǒng)判定井眼清除不充分，就可以啟動(dòng)緩解子例程比如在單根鉆進(jìn)階段前后降低鉆速、增大流量、增加循環(huán)時(shí)間和旋轉(zhuǎn)速度。在一個(gè)實(shí)施例中，確定井的稀釋劑需求的方法包括，根據(jù)質(zhì)量流量的測(cè)量結(jié)果，評(píng)估泥漿系統(tǒng)中剩余的低重力固體的體積。泥漿系統(tǒng)中剩余的低重力固體的被評(píng)估體積可以用于估計(jì)該井的目標(biāo)深度到達(dá)時(shí)所需要的稀釋劑的量。在某些實(shí)施例中，井的質(zhì)量平衡監(jiān)視可以結(jié)合PWD數(shù)據(jù)、扭矩和拖拉分析以及/或者提起/下放數(shù)據(jù)使用。與其他數(shù)據(jù)結(jié)合的質(zhì)量平衡數(shù)據(jù)可以用于產(chǎn)生該井孔正在被充分清除的置信水平指標(biāo)。在定向鉆井中遇到的一個(gè)挑戰(zhàn)是控制鉆頭的朝向，即底部鉆具組合(“BHA”)前刃面。正如本文所用，“BHA前刃面”是指鉆具組合的方向偏斜設(shè)備(比如彎接頭)指向的旋轉(zhuǎn)位置。例如在包括彎接頭的底部鉆具組合中，BHA前刃面總是在鉆柱末端從鉆柱的姿態(tài)朝向離軸。典型情況下，當(dāng)某井段以旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)模式鉆進(jìn)時(shí)，BHA前刃面隨著鉆柱的轉(zhuǎn)動(dòng)連續(xù)地改變。這種連續(xù)變化的前刃面的總合結(jié)果可以是底部鉆進(jìn)的方向一般是直的。不過(guò)，在滑動(dòng)鉆進(jìn)模式下，在滑動(dòng)期間，BHA前刃面的朝向?qū)⒔缍ㄣ@進(jìn)的方向(因?yàn)樵诨瑒?dòng)路線上BHA前刃面可以保持一般指向一個(gè)方向)，所以必須控制在可接受的容差內(nèi)。此外，當(dāng)從一個(gè)鉆井段變化到另一個(gè)鉆井段或者從一種鉆進(jìn)模式變化到另一種鉆進(jìn)模式時(shí)，重新確定BHA前刃面可能要求操作員真實(shí)的介入，以及/或者需要鉆頭被停止，兩種情況都可能使鉆進(jìn)的進(jìn)度和效率降低?？刂艬HA前刃面的挑戰(zhàn)可能與鉆柱扭曲混合。在鉆進(jìn)期間，鉆頭和鉆柱都承受多個(gè)扭矩負(fù)荷。例如在典型的旋轉(zhuǎn)鉆井作業(yè)中，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)比如頂部驅(qū)動(dòng)或轉(zhuǎn)盤(pán)被操縱以對(duì)地層表面處的鉆柱施加扭矩，并且旋轉(zhuǎn)鉆柱。由于底部鉆具組合和鉆柱的下部與地層的側(cè)面和/或底部接觸，該地層可能以轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)的相反方向(比如，從上面觀看反時(shí)針?lè)较?對(duì)鉆柱施加反作用阻力扭矩。在鉆柱頂部和底部處的這些反作用扭矩使鉆柱在地層內(nèi)扭動(dòng)即“扭曲”。扭曲程度隨著強(qiáng)加在鉆柱上的外部負(fù)荷變化而動(dòng)態(tài)地變化。此外，鉆頭和鉆柱還可以遇到與鉆進(jìn)操作有關(guān)的扭矩(比如阻礙鉆頭在井眼中旋轉(zhuǎn)的扭矩)。在鉆頭的角朝向被用于控制鉆進(jìn)方向的鉆井系統(tǒng)中(比如在滑動(dòng)鉆進(jìn)期間)，鉆柱扭曲可能限制操作員控制和監(jiān)視該鉆進(jìn)過(guò)程的能力。測(cè)量前刃面方向的一種方式是使用井下儀器(例如，底部鉆具組合上的MWD儀器)。不過(guò)，如同來(lái)自MWD儀器的任何測(cè)量結(jié)果一樣，前刃面測(cè)量結(jié)果可能不提供前刃面的連續(xù)測(cè)量結(jié)果，而僅僅是前刃面的間歇“快照”。不僅如此，這些間歇的讀數(shù)會(huì)花費(fèi)時(shí)間到達(dá)地層表面。因此，當(dāng)鉆柱正轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，來(lái)自MWD儀器的最新報(bào)告的前刃面的轉(zhuǎn)動(dòng)位置可能落后前刃面的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)位置。在某些實(shí)施例中，鉆柱在地層表面的轉(zhuǎn)動(dòng)位置被用于估計(jì)BHA前刃面的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。在一個(gè)實(shí)施例中，BHA的旋轉(zhuǎn)位置與在地層表面旋轉(zhuǎn)心軸的頂部驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)位置相關(guān)。例如，可以確定在特定的條件下，如果強(qiáng)調(diào)前刃面，那么頂部驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)位置離給定參考的25度。BHA前刃面的旋轉(zhuǎn)位置與地層表面的旋轉(zhuǎn)位置相關(guān)的過(guò)程在本文稱為“同步”。在某些實(shí)施例中，同步包括動(dòng)態(tài)地計(jì)算“頂部前刃面”。給定時(shí)間的“頂部前刃面”可以是與從MWD儀器收到的BHA前刃面最新數(shù)據(jù)結(jié)合，使用測(cè)出的頂部驅(qū)動(dòng)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)位置所確定的前刃面的估計(jì)的旋轉(zhuǎn)位置。由于在頂部驅(qū)動(dòng)處的旋轉(zhuǎn)位置是可連續(xù)獲得的，所以頂部前刃面可以是BHA前刃面的連續(xù)指標(biāo)。這種連續(xù)指標(biāo)可以填充來(lái)自MWD儀器的間歇井下更新之間的時(shí)間間隔，所以夠?qū)崿F(xiàn)了對(duì)前刃面(從而軌跡)的控制比僅用MWD前刃面數(shù)據(jù)單獨(dú)所完成的更好。一旦被同步，控制系統(tǒng)就可以使用頂部前刃面，例如使BHA前刃面在期望的旋轉(zhuǎn)位置時(shí)停止該鉆柱，以便實(shí)施滑動(dòng)鉆進(jìn)。在某些實(shí)施例中，進(jìn)行前刃面同步時(shí)使鉆柱在指定的RPM設(shè)置點(diǎn)和目標(biāo)馬達(dá)壓差，同時(shí)保持其他鉆進(jìn)設(shè)置點(diǎn)和目標(biāo)。在某些實(shí)施例中，同步是基于來(lái)自MWD儀器的BHA前刃面數(shù)據(jù)。從MWD儀器可以收到重力前刃面(“GTF”)的值。同步可以包括BHA前刃面與地層表面的旋轉(zhuǎn)位置同步。在某些實(shí)施例中，頂部前刃面用于預(yù)測(cè)在從MWD儀器收到BHA前刃面的值時(shí)頂部前刃面值將落在何處。通過(guò)將落后時(shí)間編程到PLC中或通過(guò)測(cè)量和說(shuō)明基于偏差的RPM (例如，通過(guò)早停止頂部前刃面“偏差”量)可以考慮井下前刃面采樣與地層表面數(shù)據(jù)解碼之間的落后時(shí)間。正如以上指出，一旦前刃面被同步，PLC就能夠在期望的位置停止BHA前刃面以開(kāi)始滑動(dòng)鉆進(jìn)。圖12展示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，使用MWD數(shù)據(jù)的前刃面同步。在300，可以使地層表面轉(zhuǎn)子減慢到前刃面搜索RPM。在302，可以讀取來(lái)自MWD儀器的BHA前刃面讀數(shù)，直到已經(jīng)達(dá)到了指定的樣本數(shù)量。在304，在BHA前刃面設(shè)置點(diǎn)左右可以確定轉(zhuǎn)子位置的高低限度。在一個(gè)實(shí)施例中，按模型和/或前刃面最后讀數(shù)的穩(wěn)定平均計(jì)算所期望的前刃面設(shè)置點(diǎn)之間的角偏差。從所期望的MWD前刃面可以確定期望前刃面設(shè)置點(diǎn)的高低限度。根據(jù)當(dāng)前旋轉(zhuǎn)位置和算出的角偏差可以計(jì)算頂部前刃面(旋轉(zhuǎn)位置)。
在306，對(duì)頂部前刃面是否在確定的容差之內(nèi)進(jìn)行評(píng)估。如果頂部前刃面不在確定的容差之內(nèi)，該轉(zhuǎn)子就可以以搜索RPM繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。可以重新評(píng)估頂部前刃面直到頂部前刃面到達(dá)確定的容差之內(nèi)。當(dāng)頂部前刃面在確定的容差之內(nèi)時(shí)，在308通過(guò)轉(zhuǎn)到空擋可以停止鉆柱。在某些實(shí)施例中，諸如以上介紹的BHA前刃面同步用在從旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)到滑動(dòng)鉆進(jìn)的過(guò)渡中。在其他實(shí)施例中，BHA前刃面同步可以用在停止鉆進(jìn)例程中。在某些實(shí)施例中，BHA前刃面同步用在每次鉆井系統(tǒng)被提起到“停止”水平面把MWD置于相同旋轉(zhuǎn)位置時(shí)，它可以使?jié)L動(dòng)相關(guān)的方位角測(cè)量變化最小。在某些實(shí)施例中，以兩種模式進(jìn)行鉆井作業(yè):旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和滑動(dòng)鉆進(jìn)。正如以上討論，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)可以遵循相對(duì)直的路徑而滑動(dòng)鉆進(jìn)可以遵循相對(duì)彎的路徑。兩種模式可以結(jié)合地使用以實(shí)現(xiàn)期望的軌跡。在某些實(shí)施例中，在從一種鉆進(jìn)模式到另一種(比如從旋轉(zhuǎn)到滑動(dòng)，或者滑動(dòng)到旋轉(zhuǎn))的自動(dòng)控制過(guò)渡期間可以把鉆頭保持在井底并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)(以全速或降低的速度)。在某些實(shí)施例中，在從一個(gè)區(qū)段到另一個(gè)區(qū)段(比如從一個(gè)滑動(dòng)區(qū)段到另一個(gè)滑動(dòng)區(qū)段)的自動(dòng)控制過(guò)渡期間可以把鉆頭保持在井底并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)(以全速或降低的速度)。在過(guò)渡期間的繼續(xù)鉆進(jìn)可以提高鉆進(jìn)的效率和整體進(jìn)度。在一個(gè)實(shí)施例中，鉆塔的托架驅(qū)動(dòng)(比如齒輪齒條驅(qū)動(dòng))為保持在目標(biāo)水平面處的馬達(dá)壓差提供了力。在其他實(shí)施例中，當(dāng)鉆塔絞車允許鉆柱送入井眼中時(shí)，井眼內(nèi)的鉆桿重量提供了力。在某些實(shí)施例中，控制滑動(dòng)鉆進(jìn)作業(yè)包括動(dòng)態(tài)調(diào)整BHA前刃面。在某些實(shí)施例中，在從旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)模式到滑動(dòng)鉆進(jìn)模式的過(guò)渡期間進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。例如，為了開(kāi)始到滑動(dòng)鉆進(jìn)模式的過(guò)渡，可以使鉆柱的旋轉(zhuǎn)變慢到停止。當(dāng)旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)變慢到停止時(shí)，可以同步BHA前刃面。一旦BHA前刃面同步，就可以調(diào)整BHA前刃面(使用例如在地層表面處施加的鉆柱保持扭矩)，以便在滑動(dòng)鉆進(jìn)期間保持BHA前刃面在期望的旋轉(zhuǎn)位置，并且使用地層表面旋轉(zhuǎn)調(diào)整保持扭矩間歇的向上或向下，以實(shí)現(xiàn)BHA前刃面的變化。在某些實(shí)施例中，通過(guò)使BHA前刃面與“頂部前刃面”同步，鉆井系統(tǒng)為滑動(dòng)鉆進(jìn)做好準(zhǔn)備，以便在BHA前刃面在需要的位置時(shí)允許鉆柱旋轉(zhuǎn)被停止。一旦BHA前刃面在需要的位置被停止，就可以執(zhí)行鉆柱的解扭曲把地層表面扭矩降低到所需的保持扭矩。一旦該鉆柱解扭曲，以地層表面的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)給予的保持扭矩維持BHA前刃面。圖13展示了鉆井系統(tǒng)從旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)到滑動(dòng)鉆進(jìn)的過(guò)渡。在這個(gè)實(shí)施例中，過(guò)渡包括動(dòng)態(tài)調(diào)整BHA前刃面。在318，使BHA前刃面同步。在一個(gè)實(shí)施例中，同步可以如同以上關(guān)于圖12的介紹。在某些實(shí)施例中，在同步期間或之后，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)被停止以便使BHA前刃面在期望的旋轉(zhuǎn)位置設(shè)置點(diǎn)的容差之內(nèi)。在某些實(shí)施例中，在前刃面同步期間，使橫跨操作鉆頭的泥漿馬達(dá)的壓差(它可以與TOB和/或WOB相關(guān))到達(dá)和/或保持在滑動(dòng)鉆進(jìn)的目標(biāo)設(shè)置點(diǎn)。在其他實(shí)施例中，壓差可以在與滑動(dòng)鉆進(jìn)的目標(biāo)壓差不同的等級(jí)。在某些實(shí)施例中，橫跨泥漿馬達(dá)的壓差作為BHA前刃面函數(shù)被控制。在一個(gè)實(shí)施例中，如果BHA前刃面在目標(biāo)設(shè)置點(diǎn)的范圍內(nèi)，那么壓差可以設(shè)置為滑動(dòng)鉆進(jìn)的壓差設(shè)置點(diǎn)。在某些實(shí)施例中，橫跨泥漿馬達(dá)的壓差可以開(kāi)始在降低的設(shè)置點(diǎn)(比如滑動(dòng)鉆進(jìn)目標(biāo)壓差的25%)，然后根據(jù)離BHA前刃面目標(biāo)的偏差被允許提高(例如以預(yù)定的增量)。在320，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)可以停止在BHA前刃面在所期望設(shè)置點(diǎn)。在322，鉆柱可以解扭曲。解扭曲可以根據(jù)鉆井系統(tǒng)的實(shí)際盡可能快。在某些實(shí)施例中，解扭曲可以基于扭矩和包括鉆柱扭曲的拖拉模型。在其他實(shí)施例中，解扭曲可以基于地層表面扭矩。在某些實(shí)施例中，鉆柱解扭曲到空擋保持扭矩。在其他實(shí)施例中，鉆柱可以解扭曲到左滾動(dòng)保持扭矩。正如本文所用，“左滾動(dòng)保持扭矩”可以等于從壓差減去用戶定義的BHA “左滾動(dòng)保持扭矩”變量所算出的鉆頭扭矩。例如，如果系統(tǒng)趨于停止在BHA前刃面向右滾動(dòng)得太遠(yuǎn)，左滾動(dòng)保持扭矩可以是合適的。對(duì)于從旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)到滑動(dòng)鉆進(jìn)的初始過(guò)渡，如果正保持著左滾動(dòng)保持扭矩，就可以監(jiān)視BHA前刃面滾動(dòng)。如果BHA前刃面正向右(向前)滾動(dòng)，只要在地層表面存在著負(fù)扭矩，BHA前刃面將開(kāi)始向后滾動(dòng)。負(fù)扭矩越大，BHA前刃面就應(yīng)當(dāng)越快地停止和回來(lái)。BHA前刃面還可以隨著壓差的變化向后(“左”)旋轉(zhuǎn)或向前(“右”)旋轉(zhuǎn)。如果BHA前刃面正在向左(向后)滾動(dòng)，相反，只要投影BHA前刃面一碰到容差，轉(zhuǎn)盤(pán)就可以旋轉(zhuǎn)到空擋保持扭矩(鉆頭扭矩)。BHA前刃面一開(kāi)始不太可能穩(wěn)定。如果BHA前刃面長(zhǎng)時(shí)段穩(wěn)定，就可能觸發(fā)故障警報(bào)。在324，控制器可以監(jiān)視BHA前刃面的穩(wěn)定。在326，如果BHA前刃面移動(dòng)到容差之外，就可以調(diào)整地層表面處的轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)使BHA前刃面回到容差之內(nèi)。在某些實(shí)施例中，保持扭矩大約等于使用壓差關(guān)系所算出的泥漿馬達(dá)的輸出扭矩。地層表面保持扭矩通過(guò)地層表面旋轉(zhuǎn)而增大/減小，以便保持由泥漿馬達(dá)輸出的等價(jià)扭矩，除非需要井下BHA前刃面的改變。在一個(gè)實(shí)例中，200ftlb的馬達(dá)輸出扭矩增大可能需要45度地層表面處向前旋轉(zhuǎn)，才能測(cè)出200ftlb的地層表面扭矩增大。頂部前刃面在調(diào)整保持扭矩期間可以保持不變。在某實(shí)施例中，從旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過(guò)渡到滑動(dòng)鉆進(jìn)期間控制系統(tǒng)自動(dòng)地降低了目標(biāo)壓差。一旦建立了滑動(dòng)鉆進(jìn)，控制系統(tǒng)就可以自動(dòng)地恢復(fù)原始的目標(biāo)壓差。對(duì)BHA前刃面的監(jiān)視可以基于來(lái)自井下儀器、地層表面儀器或其組合的測(cè)量結(jié)果。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)BHA前刃面的監(jiān)視基于井下的MWD儀器。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)視差異MWD前刃面(“DTF”)的速度。如果BHA前刃面移出了容差窗口，就可以在328調(diào)整地層表面轉(zhuǎn)子。對(duì)于給定的鉆速，DTF對(duì)于給定的右滾動(dòng)保持扭矩可以相當(dāng)穩(wěn)定。隨著B(niǎo)HA響應(yīng)左滾動(dòng)保持扭矩而滾動(dòng)，地層表面扭矩將下降。為了保持左滾動(dòng)保持扭矩和DTF速度，可以以旋轉(zhuǎn)保持地層表面扭矩。左滾動(dòng)保持扭矩是動(dòng)態(tài)的(基于鉆頭扭矩)，所以如果馬達(dá)扭矩由于地層改變而增大，PLC中的左滾動(dòng)保持扭矩目標(biāo)可以要求地層表面順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(這種地層表面順時(shí)針旋轉(zhuǎn)將可能抵消BHA前刃面向左滾動(dòng)的趨勢(shì))。只要BHA前刃面滾動(dòng)到容差窗口中(基于最后測(cè)出的DTF在時(shí)間上向前投影)，就通過(guò)旋轉(zhuǎn)地層表面的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)可以把地層表面扭矩返回到空擋保持扭矩(它可以與從壓差算出的鉆頭扭矩相同)。在330，可以執(zhí)行滑動(dòng)鉆進(jìn)，控制器可以監(jiān)視BHA前刃面的穩(wěn)定，并且可以調(diào)整旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)以使BHA前刃面在期望的旋轉(zhuǎn)位置。正如以上的討論，在某些實(shí)施例中，在從旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)模式到滑動(dòng)鉆進(jìn)模式的整個(gè)過(guò)渡中可以繼續(xù)鉆進(jìn)。在某些實(shí)施例中，一旦BHA前刃面以等于空擋保持扭矩的地層表面扭矩已經(jīng)安定在該窗口中(基于DTF)，鉆柱就能夠可選地被自動(dòng)扭動(dòng)、搖晃或搖擺以減輕拖拉。通過(guò)在地層表面轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的增量、保持位置以及允許地層表面的扭矩自然地返回到保持扭矩，能夠完成BHA前刃面的擰動(dòng)。
表I是用于調(diào)整的用戶設(shè)置點(diǎn)的實(shí)例。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括: 被配置為感測(cè)入井流體的至少一個(gè)特征的一個(gè)或多個(gè)傳感器； 被配置為感測(cè)出井流體的至少一個(gè)特征的一個(gè)或多個(gè)傳感器；以及 被配置為從所述傳感器中的至少一個(gè)接收數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述傳感器中的至少一個(gè)包括科里奧利流量計(jì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)泵，被配置為感測(cè)入井流體的至少一個(gè)特征的所述一個(gè)或多個(gè)傳感器包括在所述至少一個(gè)泵的吸入端上的科里奧利流量計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，被配置為感測(cè)出井流體的至少一個(gè)特征的所述一個(gè)或多個(gè)傳感器包括流管線中的科里奧利流量計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述傳感器中的至少一個(gè)被配置為感測(cè)流體密度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述傳感器中的至少一個(gè)被配置為感測(cè)質(zhì)量流量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)中的至少一個(gè)被配置為根據(jù)來(lái)自一個(gè)或多個(gè)所述傳感器的數(shù)據(jù)自動(dòng)控制鉆進(jìn)操作。
8.一種量化洗井效果的方法，包括: 測(cè)量入井流體的流體密度； 測(cè)量出井流體的流體密度；` 確定入井流體的流體密度與出井流體的流體密度之間的差；以及 估計(jì)從所述井清除的鉆屑量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)出井流體的流體密度的至少一個(gè)趨勢(shì)特征評(píng)估洗井效果。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，使用至少一個(gè)在用泥漿罐與至少一個(gè)泥漿泵之間聯(lián)機(jī)安裝的科里奧利流量計(jì)測(cè)量入井流體的流體密度。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，使用流管線中安裝的科里奧利流量計(jì)測(cè)量出井流體的流體密度。
12.一種監(jiān)視循環(huán)井底至井口泥漿行程過(guò)程的方法，包括: 在目標(biāo)深度監(jiān)視出井流體的流體密度；以及 根據(jù)在所述目標(biāo)深度出井流體的流體密度確定何時(shí)執(zhí)行至少一項(xiàng)操作。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，在所述目標(biāo)深度監(jiān)視出井流體的流體密度自動(dòng)地進(jìn)行。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，所述至少一項(xiàng)操作包括提起所述井的底部的鉆頭。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，所述至少一項(xiàng)操作包括所述井底至井口泥漿行程過(guò)程之后停止循環(huán)。
16.一種在鉆井系統(tǒng)中在置換操作期間管理流體的方法，包括: 監(jiān)視所述鉆井系統(tǒng)中第一流體與第二流體之間的界面，其中，所述第一流體至少部分地置換所述系統(tǒng)中的所述第二流體；以及 根據(jù)所述界面的監(jiān)視確定執(zhí)行至少一項(xiàng)操作的最佳時(shí)間。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中，所述至少一項(xiàng)操作包括關(guān)閉所述系統(tǒng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中，關(guān)閉所述系統(tǒng)的最佳時(shí)間使所述置換期間產(chǎn)生的溢出體積最小化。
19.一種監(jiān)視井中流體損失的方法，包括: 測(cè)量入井流體的流量； 測(cè)量出井流體的流量； 將入井流量與出井流量進(jìn)行對(duì)比； 確定入井流量與出井流量之間的差；以及 根據(jù)入井流量與出井流量之間的差確定地層損失的估計(jì)。
20.一種檢測(cè)井中井涌的方法，包括: 測(cè)量入井流體的流量； 測(cè)量出井流體的流量； 將入井流量與出井流量進(jìn)行對(duì)比； 確定入井流量與出井流量之間的差；以及 根據(jù)入井流量與出井流量之間的差來(lái)識(shí)別所述井中至少一次井涌。
21.一種描述鉆井作業(yè)中流動(dòng)效應(yīng)特征的方法，包括: 測(cè)量隨時(shí)間變化的入井流體的流量； 測(cè)量隨時(shí)間變化的出井流體的流量；以及 根據(jù)至少一次測(cè)量的流體流量描述至少一個(gè)流動(dòng)效應(yīng)的特征。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中，所述鉆井作業(yè)是深水作業(yè)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中，所述至少一個(gè)流動(dòng)效應(yīng)包括鼓脹。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中，所述至少一個(gè)流動(dòng)效應(yīng)包括流入。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中，所述至少一個(gè)流動(dòng)效應(yīng)包括地層損失。
26.一種確定關(guān)于井的稀釋劑需求的方法，包括: 根據(jù)質(zhì)量流測(cè)量結(jié)果評(píng)估泥漿系統(tǒng)中留存的低重力固體的體積；以及根據(jù)所評(píng)估的所述泥漿系統(tǒng)中留存的低重力固體的體積估計(jì)所述井的指定深度將需要多少稀釋劑。
27.一種對(duì)鉆井系統(tǒng)的圖形顯示，包括: 在所述系統(tǒng)中至少一個(gè)點(diǎn)中流體的一個(gè)或多個(gè)流量隨時(shí)間變化的至少一幅圖；以及 未從所述井清除的鉆屑隨時(shí)間變化的至少一幅圖。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中，所述質(zhì)量流量是入井流體的質(zhì)量流量。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中，所述質(zhì)量流量是出井流體的質(zhì)量流量。
30.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中，根據(jù)入井質(zhì)量流量和出井質(zhì)量流量估計(jì)所述鉆屑。
31.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中，根據(jù)來(lái)自所述井的吸入端和返出端的流量計(jì)的實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果確定入井質(zhì)量流量和出井質(zhì)量流量。
全文摘要
公開(kāi)了以流動(dòng)和密度測(cè)量監(jiān)視鉆井作業(yè)。系統(tǒng)包括被配置為感測(cè)入井流體的至少一個(gè)特征的一個(gè)或多個(gè)傳感器，被配置為感測(cè)出井流體的至少一個(gè)特征的一個(gè)或多個(gè)傳感器；以及從所述傳感器中的至少一個(gè)接收數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)控制系統(tǒng)。
文檔編號(hào)E21B44/00GK103109040SQ201180044729
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者D·A·埃德伯里, J·V·古雷羅, D·C·麥克唐納德, J·B·諾曼, J·B·羅格斯, D·R·斯特昂 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司