[发明专利]井涌检测系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及钻探系统及钻探过程中检测井涌的方法。

背景技术

从地下地层（Subsurface Formation）来寻找并开探碳氢化合物（Hydrocarbon）已经进行了若干年。由于以地面为基地的油井生产能力有限，从海底油井开探碳氢化合物就引起了关注。通常，在钻探海上油井时，钻柱（Drill String）上设置可转动的钻头（Drill Bit）以用于在海床下钻探井孔。表面平台，如海面平台或钻探船通过钻柱对钻头进行控制。同时，钻探组件连接在海面平台和海床上形成的井口（Wellhead）之间。该钻探组件包括立管（Riser）、低位海下油管截油装置（Lower Marine Riser Package，LMRP）和防喷器（Blowout Preventor，BOP），钻柱穿过立管来导引钻头到井口处。

在钻探过程中，钻柱从海面平台获得必要的能量驱动钻头转动。其间，来自设置在海面平台的流体罐的钻探流体（或者钻探泥浆）通过钻柱到达钻头，然后通过设置在钻柱和立管壳体间的环形空间返回流体罐。钻探流体维持了一定的静水压力（Hydrostatic Pressure）来平衡来自井孔的流体的压力并对钻头进行冷却。另外，钻探流体与井孔形成过程中产生的物料相混合以携带其到海面进行处理。

在一些情况下，从地层中进入井孔中的流体的压力大于钻探流体的压力，其可导致往井孔中侵入不期望的流体，这在行业中可称为井涌。通常可采用检测器如流量计测量返回钻探流体流量，当返回钻探流体的流量大于来自流体罐中钻探流体的流量时可估计井涌有可能发生。在一定的情况下，井涌的发生具有潜在的风险，其可造成设备损坏及对操作人员和环境造成不利影响。为了防止这种灾难性的破坏，有必要关闭防喷器的截止阀门或调整钻探流体的密度以缓解井涌现象。

然而，如果检测井涌时发出误报警信号，防喷器的截止阀门被不必要的关闭，重复对截止阀门进行操作会减少防喷器的寿命。因此，希望采用一种更准确的井涌检测方法以确认井涌的发生，仅当必要时再关闭防喷器的截止阀门。进一步地，操作人员密切关注不期望发生的流体所造成的潜在风险的可能并在海面持续的监控远离海平面的钻探流体的流入及流出。在一些情况下，由于井涌和井涌带来的严重后果可能发生在操作人员注意到钻探流体变化之前，若当观测到井涌时再去阻止井喷的发生则为时过晚。

因此，有必要提供一种改进的系统和方法来解决上述技术问题。

发明内容

鉴于上面提及的技术问题，本发明的一方面在于提供一种钻探系统，其中，该钻探系统包括钻探组件和报警系统。该钻探组件连接在平台和井口之间以用于钻探井孔。该报警系统安装于该钻探组件上，该报警系统包括第一检测装置和第二检测装置，该第一检测装置和该第二检测装置用于检测与来自该井孔的返回流体相关的至少一个参数信号，根据该至少一个参数信号确认是否发生井涌。

如上所述的钻探系统，其中，该第一检测装置用于检测与该返回流体相关的第一参数信号并根据该第一参数信号生成报警信号。该第二检测装置用于响应该第一检测装置生成的报警信号，检测与该返回流体相关的第二参数信号，并根据该第二参数信号确认是否发生井涌。

如上所述的钻探系统，其中，停止至少一个钻探操作以便于通过该第二检测装置检测该第二参数信号。

如上所述的钻探系统，其中，该至少一个钻探操作包括钻头转动。

如上所述的钻探系统，其中，该钻探组件包括连接至该平台的近端和连接至该井口的远端，该第一检测装置和该第二检测装置安装于该近端和该远端之间。

如上所述的钻探系统，其中，该第一检测装置和该第二检测装置任意一个安装于低位海下油管截油装置、防喷器或立管连接件上。

如上所述的钻探系统，其中，该第二检测装置检测到沿着返回流体传播的机械波信号时，该报警系统确认井涌发生。

如上所述的钻探系统，其中，该第二检测装置用于发射机械波信号到该返回流体并从该返回流体接收反馈机械波信号。

如上所述的钻探系统，其中，该第二检测装置包括第一检测器和第二检测器，其中：该第一检测器用于在第一时间点接收该返回流体的机械波信号。该第二检测器用于在第二时间点接收该返回流体的机械波信号。

如上所述的钻探系统，其中，通过比较该第一时间点和该第二时间点的该机械波信号的相位、频率或者幅值以确认井涌发生。