ВЫЧИСЛЕНИЕ ЗАДЕРЖКИ С КОРРЕКЦИЕЙ ОСЫПИ В ОТКРЫТОМ СТВОЛЕ
CALCULATION OF DELAY WITH CORRECTION OF CAVING IN OPEN SHAFT

Область техники
Настоящее изобретение относится к области бурения и, в частности, к технологическому оснащению для усовершенствованного вычисления задержки.
Уровень техники
Операторам бурения обычно необходимо знать время, требуемое кускам породы, образованным бурильными работами для того, чтобы достигать поверхности, обычно называемое как задержка. Время задержки обычно или рассчитывают как функцию времени, или как количество ходов насоса буровой жидкости (чаще известной как "раствор"). Его зачастую вычисляют посредством выполнения так называемого карбидного теста задержки, при котором небольшой бумажный пакет, вмещающий карбид кальция, вкладывают в бурильную колонну, когда ведущая труба отвинчена от трубы для того, чтобы нарастить бурильную колонну. Время вкладывания карбида фиксируют так же, как и счет хода насоса на буровом насосе. Как только наращивание закончено, бурение возобновляется. Пакет погружается в раствор и двигается нисходящей скважиной вместе с раствором. Затем раствор разрушает оболочку пакета, позволяя карбиду кальция вступить в реакцию с раствором, образовывая ацетиленовый газ. Газ циркулирует вместе с буровой жидкостью нисходящей скважиной и в обратном направлении затрубного пространства скважины, пока не достигнет поверхности. Затем ацетилен может быть выявлен на газоуловителе системы промывки, вызывая пик или всплеск в газовых показаниях для ацетилена. Время и счет хода насоса, соответствующее максимуму, в последствии снова могут фиксировать и вычислять интервал задержки.
Карбидовые тесты требуют содействия буровой бригады и привносят проблемы времени, техники и безопасности, поэтому обычно не выполняются при каждом наращивании буровой трубы к бурильной колонне. В некоторых сферах карбидовые тесты регламентированы или даже запрещены по причине тех самых проблем техники и безопасности.
Однако определенные условия в буровой скважине могут влиять на точность вычисления задержки. Одним из этих условий является осыпь.
При бурении скважины секции скважины могут быть защищены обсадной трубой, а остальные секции, так называемые секции открытого ствола, не имеют обсадной трубы либо потому, что скважину бурят без обсадной трубы, либо потому, что обсадная труба еще не доходила до такой секции скважины. Бурение открытого ствола зачастую осуществляют горизонтальными или иначе направленными буровыми работами.
При бурении секции открытого ствола существует разница между теоретическим открытым стволом и существующим, включая изменения в объеме буровой скважины, вызванные скоплениями осыпей или кусков. Разница может существенно нарушать подтвержденную задержку. Вдобавок, точная оценка объема открытого ствола была бы важна для других буровых работ, включая цементирование, подачи раствора, гидравлику и т.д.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Прилагаемые чертежи, которые включены в состав и составляют часть этого описания изобретения, иллюстрируют внедрение оборудования и способов, в соответствии с настоящим изобретением и, вместе с подробным описанием, служат для разъяснения преимуществ и принципов в соответствии с изобретением. На чертежах,
Фиг.1 является вертикальной проекцией типовой буровой скважины, изображающей секцию открытого ствола, которую можно рассчитать согласно одному варианту осуществления.
Фиг.2 является каротажной диаграммой, сгенерированной газовым анализатором согласно одному варианту осуществления.
Фиг.3 является диаграммой, изображающей технологическое оснащение для вычисления процента осыпи согласно одному варианту осуществления.
Фиг.4 является блок-схемой, изображающей технологическое оснащение для выполнения вычисления задержки и процента осыпи согласно одному варианту осуществления.
Фиг.5 является блочной диаграммой, изображающей систему газового анализатора, способную к выполнению технических приемов, описанных здесь, согласно одному варианту осуществления.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
В следующем описании, для целей пояснения, многие конкретные детали объяснены, чтобы предусмотреть полное понимание изобретения. Однако специалистам в данной области техники будет очевидно, что изобретение может быть осуществлено на практике без этих специфичных деталей. В других случаях, конструкция и устройства показаны в виде структурной схемы для того, чтобы избежать неясности изобретения. Ссылки к номерам без подписей или индексов подразумевают ссылаться на все варианты подписей и индексов, соответствующих ссылаемому номеру. Более того, язык, применяемый в этом описании, был подобран преимущественно для удобочитаемости и инструктивных намерений и может не быть подобран для того, чтобы очерчивать или обозначать объект изобретения; требуется прибегать к формуле изобретения для того, чтобы определять такой объект изобретения. Ссылка в описании на "один вариант осуществления" или на "вариант осуществления" означает, что отдельное свойство, устройство или характеристика, описанная применительно к варианту осуществления и многократные ссылки на "один вариант осуществления" или "вариант осуществления", не следует понимать, как полностью непременно относящиеся к одному и тому же варианту осуществления.
В последнее время, по меньшей мере, одна система газового анализа, система GC-TRACER™, доступная от патентообладателя настоящей заявки, позволила тестирование для газов, таких как азот, - натуральный компонент атмосферного воздуха. Так как азот (в отличие от двуокиси углерода и кислорода, прочих основных элементов атмосферного воздуха) не вступает в реакцию с типовыми примесями раствора и содержится в определенном количестве в атмосферном воздухе (78% от воздуха по объему), азот становится полезным замещающим индикатором для использования при выполнении тестов задержки.
2
Фиг.1 является вертикальной проекцией скважины, изображающей секцию открытого ствола, которую можно рассчитать согласно одному варианту осуществления. Как хорошо известно, атмосферный воздух включает в себя смесь газов, из которых приблизительно 78% по объему является газ азот (N). В этом примере буровая вышка 110 бурит скважину, а буровой насос 120 перекачивает буровую жидкость или раствор в скважину, книзу бурильной колонны 140 к буровому долоту 150. Раствор возвращается вверх затрубного пространства и откачивается через сточную линию в направляющий патрубок (не показан) для того, чтобы восстановиться и повторно использоваться. В какой-то момент возвратный раствор проходит через газоуловитель, в который вложен зонд системы газового анализатора для того, чтобы выявить и измерить газ, содержащийся в растворе. Эта система газового анализатора (не показана) затем может использовать результаты измерения газа и расчеты времени для того, чтобы вычислить значения, такие как задержка и другие полезные данные.
Верхняя секция 130 буровой скважины защищена обсадной трубой, которую спустили в буровую скважину. Нижняя секция 160 буровой скважины не имеет обсадной трубы и известна как секция открытого ствола. Так как задержка определяется как количество времени, необходимого жидкости вернуться кверху ствола от бурового долота 150, иногда получают точные размеры исходя из количества ходов бурового насоса 120. Обычно задержка вычисляется на основе производительности бурового насоса и теоретических объемов буровой скважины, вычисленных, зная диаметр бурового долота, объем буровой трубы и т.п. Задержка может измеряться периодически с использованием карбидовых тестов или посредством введения поддающегося выявлению твердого вещества, такого как рис или чечевица в буровой раствор и измерения времени, необходимого для того, чтобы выявлять вещество в возвращенном буровом растворе.
Поэтому объем секции 160 открытого ствола непосредственно имеет отношение к этому вычислению. Если секция 160 открытого ствола больше, чем теоретический объем, вычисления задержки будут преуменьшать действительную задержку. Если секция 160 открытого ствола меньше, чем ожидалось, вычисления задержки, основанные на теоретических объемах, будут преувеличивать действительную задержку. Как показано выше, периодические тесты могут выполняться для того, чтобы поверять вычисленную задержку, но такие тесты предусматривают содействие буровых бригад и несут угрозу безопасности, поэтому не выполняются при каждом событии наращивания.
Посредством использования системы газового анализатора, которая может выявлять атмосферный газ, вовлеченный в раствор во время наращивания, можно производить коррекцию к задержке, вычисленной по теоретическим объемам, не неся рисков и технологических простоев или сбоев, вызванных карбидовыми или твердых веществ тестами. Вместо того, чтобы полагаться на теоретические вычисления с периодическими коррекциями, новое вычисление согласно одному варианту осуществления может непосредственно измерять фактическую задержку при каждом событии наращивания. Более того, варианты осуществления, описанные здесь, могут рассчитывать процент осыпи секции 160 открытого ствола, предоставляя прочую полезную информацию буровым операторам.
2
2
2
Газ азот является предпочтительным для измерительной задачи из-за того, что он в избытке в атмосферном воздухе и является, как правило, нечувствительным к буровому раствору и примесям. Несмотря на то, что двуокись углерода (СО) и кислород (О) также находятся в избытке в воздухе, они проявляют тенденцию к высокой способности вступать в реакцию с буровым раствором, особенно примесями, используемыми для улучшения раствора и, в случае с О, также проявляет тенденцию быть химически активным с другими элементами установки, такими как коррозия металлов, таким образом может быть менее подходящим для измерительной задачи.
2
2
Так как N, как правило, имеет низкую способность вступать в реакцию с буровыми растворами, будь то основанными на воде, нефтепродукте или синтетическими, он становится хорошим индикатором для коррекции задержки и расчета процента осыпи в процессе бурения. Так как источником N является атмосферный воздух, для выполнения измерений и вычислений не требуется содействие буровой бригады или дополнительного оборудования. Более того, буровой бригаде даже не требуется знать о том, что выполняются вычисления в отличие, например, от обычных технических приемов, которые используют карбидовые тесты.
2
Несмотря на то, что нижеследующее описание выражено в контексте газа N, можно использовать другие атмосферные газы. Кроме того, другие варианты осуществления могут использовать газы специального назначения, которые вводятся в систему промывки буровой вышки 100, обычно посредством нагнетания газа в предварительный буровой раствор для того, чтобы его закачали в скважину посредством бурового насоса 120.
Фиг.2 является каротажной диаграммой из системы газового анализатора согласно одному варианту осуществления, который способен к выявлению и измерению газа азота в буровом растворе. В левой части помещен график нескольких результатов измерения, включая положение захвата, расход потока раствора, общая сумма ходов бурового насоса и глубина скважины. Как изображено на Фиг.2, четыре наращивания 210, 220, 230 и 240 видны на графике, показывающем моменты, когда очередную секцию трубы присоединяют к бурильной колонне.
2
2
2
2
2
2
2
В правой части Фиг.2 помещены графики CO и N в концентрациях частей на миллион (ppm) в буровом растворе, что выявлено посредством зонда газового анализатора в возвратном буровом растворе. Обученный специалист может определить, что показатель N легко обнаруживают после каждого наращивания посредством приращения показателя N вплоть до 2 раз или более. В этой каротажной диаграмме пик 202 N означает выявление азота от предварительного наращивания до наращивания 210. Всплеск 250 можно определить как событие, при котором зонд газового анализатора выводят из системы промывки для очистки, вызывая приращение в обоих графиках N и CO. Всплеск 212 соответствует наращиванию 210, всплеск 222 соответствует наращиванию 220, а всплеск 232 соответствует наращиванию 230. Соответствующий наращиванию 240 всплеск находится за пределами каротажной диаграммы, изображенной на Фиг.2. На этой каротажной диаграмме всплеск 212 соответствующий наращиванию 210, следует после события наращивания 220, по причине глубины ствола и высокого уровня скорости проходки (ROP) в этой скважине. В других скважинах с меньшей глубиной ствола или ROP всплеск, соответствующий наращиванию, может предшествовать следующему наращиванию.
Таким образом, в одном варианте осуществления, задержку могут вычислять, используя следующую формулу:
L=(N-C)-D
2
где L - это вычисленная задержка в единицах ходов бурового насоса 120, N - это число суммарных ходов бурового насоса 120, зарегистрированное в начале всплеска N, С - это число суммарных ходов бурового насоса 120, зарегистрированное в конце наращивания, а D - это число обратных ходов бурового насоса 120.
Это вычисление можно выполнять после каждого наращивания, корректируя расчет задержки, выполненный на основании теоретических объемов. В одном варианте осуществления анализатор газа может хранить вычисленную задержку в базе данных, обеспечивая регистрацию эволюции задержки вследствие бурения скважины, как правило, ассоциируя задержку с глубиной скважины.
Несмотря на то, что вышеупомянутые вычисления излагаются исходя из ходов бурового насоса, можно применять другие единицы измерения, включая объем и время.
2
Второе вычисление осыпи также можно облегчить посредством системы, которая применяет вышеупомянутые вычисления, как изображено на Фиг.3. Посредством сравнения задержки в ходах, вычисленной из всплесков N с использованием формулы, изложенной выше, с задержкой в ходах, вычисленной из теоретического объема скважины и производительности бурового насоса, можно вычислить значение (330) осыпи. Как изображено на Фиг.3, вычисленная задержка соответствует объему, который включает объем обсадной трубы и затрубного пространства (312) буровой трубы плюс объем буровой скважины и затрубного пространства (314) бурильной колонны. Теоретическая задержка соответствует объему обсадной трубы и затрубного пространства (312) буровой трубы плюс объем номинальной буровой скважины и затрубного пространства бурильной колонны. Таким образом, сравнение этих двух величин соответствует избыточному объему буровой скважины (330). (Либо в случаях уменьшенного объема буровой скважины, как например возникающего в результате солевого потока или затопления вязкой глины, меньше чем ожидаемый объем.) В одном варианте осуществления это можно вычислять как процентное отношение согласно формуле:
Осыпь%=(Теоретическая задержка*100)/(Вычисленная задержка)-100
В одном варианте осуществления процентное отношение осыпи можно вычислять при каждом наращивании и регистрировать в базе данных глубины с вычисляемой задержкой, позволяя регистрировать и наносить на график эволюцию осыпи или, в других случаях, отображать или регистрировать в целом бурение скважины. Процент осыпи может быть положительным (показывающим ствол больший, чем теоретическое вычисление) или отрицательным (показывающим ствол меньший, чем теоретическое вычисление). Осведомленность о проценте осыпи является полезной для буровых инженеров. Например, если секция 160 открытого ствола значительно расширена, то предпочтительно информируют об этой ситуации буровых инженеров, так как гидравлику буровой вышки больше не смогут оптимизировать, вызывая проблемы, которые могут охватывать чрезмерный крутящий момент, торможение или прихват колонны труб. Дополнительно, осведомленность об изменениях объема секции 160 открытого ствола могут быть важными для других типов операций, таких как цементирование.
Каждое измерение задержки предоставляет возможность высчитать постепенно нарастающее изменение в типичном диаметре буровой скважины и % осыпи в сравнении с глубиной и в сравнении с временем. Изменения, зависящие от времени и/или изменения, зависящие от глубины, можно сопоставлять с геологией, геометрией ствола скважины и данными, касающимися ствола скважины, природных жидких сред и параметров бурения, полученными от иных измерений поверхности и нисходящей скважины.
Поскольку данные появляются по мере того, как продвигается бурение, можно выяснить тенденцию характеристик осыпи буровой скважины. Например, при заданной глубине бурения по х измеряют фактическую задержку по у, что приводит к вычисленному проценту осыпи по z. Затем при следующей точке данных (глубина х+а) теоретической задержкой будет y+b (если исходить из номинального диаметра буровой скважины), но можно измерять, чтобы был y+c, где c>b. Это значит, что фактический объем буровой скважины увеличился более чем на ожидаемое значение для заданного диаметра долота и пробуренного приращенного отрезка. Это приращенное увеличение по задержке сверх теоретического приращения непосредственно связано с приращенным увеличением типичного диаметра буровой скважины над номинальным диаметром. Успешные измерения и такие же вычисления выведут любую закономерность в данных. Например, отклонение от теоретических значений может быть постоянной величиной относительно времени или глубины или такое отклонение может возникать как небольшое значение, но внезапно увеличивается в особом месте или времени.
Такие изменения в характеристиках осыпи относительно времени могут быть вследствие одного или более из некоторых факторов. Например, взаимное влияние между некоторыми типами породы (к примеру, глина) и системами промывки (например, промывки на водной основе) может привести к увеличению осыпи от вышедшей на поверхность породы после фиксированного периода времени выхода на поверхность. Данные от датчиков каротажа по мере бурения (LWD) (например, сопротивление, звуковой и т.п.) и/или кусков породы могут использоваться для того, чтобы подтвердить, что осыпь происходит из-за куска породы в буровой скважине более высокого, чем текущая глубина.
Может происходить постепенно нарастающее изменение в характеристиках осыпи в сравнении с глубиной, когда происходит бурение через граничную поверхность от одного типа породы к другому. В свою очередь, данные от других источников (LWD, куски породы, выявление углеводорода, буровая скорость проходки (ROP) и т.п.) можно сопоставлять с вычислениями задержки, объема буровой скважины и типичного диаметра буровой скважины для того, чтобы показать природное состояние буровой скважины.
Существенные изменения в траектории ствола скважины могут быть причиной обрушения материала со стен буровой скважины в одном или более местоположениях нисходящей скважины в буровой скважине вследствие абразивного воздействия от буровой трубы. В крайнем случае, это может привести к известному явлению "желобообразование". Это увеличение в объеме буровой скважины вне расчетного диаметра буровой скважины будет выявлено посредством вычисления задержки и % осыпи, но местоположение этого обрушения может определяться посредством природного состояния кусков породы, прокачанных к поверхности и/или посредством данных LWD. Например, измерение звуковым каверномером может указывать, что пробуренный добавочный ствол является приблизительно равным номинальному диаметру буровой скважины (диаметр долота), но если вычисления приращенной задержки и % осыпи показывают значительное расширение буровой скважины, то можно делать вывод, что расширение возникает на меньшей глубине, чем буровое долото и агрегат донного бурения ствола (BHA). Дополнительное исследование кусков породы и других данных поверхностного каротажа (показатель углеводорода) может дополнительно показывать местоположение (глубину), где возникает расширение замеряемой буровой скважины.
Кроме того, если ожидается, что значительное или потенциально ненадежное расширение буровой скважины возникло в одном или нескольких местоположениях нисходящей скважины, то дальнейшее сопоставление данных можно получать посредством выполнения обращения и проверки задержки в соответствующих местоположениях нисходящей скважины, тогда как бурильную колонну извлекают из буровой скважины. Это обеспечило бы дальнейшие измерения возрастающего диаметра буровой скважины (и объема) против глубины, что будет особенно важной информацией для любых последующих операций, таких как осуществление выборки жидкости, спуск обсадной колонны и цементирование. Дополнительно, сравнивая эти измерения, по мере восстановления бурового агрегата с измерениями, полученными при бурении, можно проводить сопоставление того, как произошло расширение буровой скважины в зависимости от времени и/или в зависимости от глубины, плюс идентификация определенных местоположений нисходящей скважины, где произошло измеренное расширение.
Вся вышеупомянутая информация и сопоставление с другими данными, приобретенными в буровой, могут быть полезными, чтобы развить различные системы промывки и/или рекомендуемые конструкции скважины и/или режимы бурения для будущих буровых работ в том же или подобном геологическом разрезе и/или окружающих породах.
2
Фиг.4 является блок-схемой, изображающей технологическое оснащение для вычисления задержки и процента осыпи согласно одному варианту осуществления. В блоке 410 вычисляются теоретические расчеты внутреннего объема бурильной колонны и объема затрубного пространства обсаженной скважины. В блоке 420 выявляют всплески N посредством блока газового анализатора и сопоставляют с наращиваниями. Затем в блоке 430 могут вычислять задержку для скважины, используя вышеизложенную формулу. Вдобавок, задержку для скважины можно рассчитывать, используя теоретические значения, определенные в блоке 410. В блоке 440 можно вычислять процент осыпи посредством сравнения фактической измеренной задержки и теоретической задержки, вычисленной в блоке 430. В блоке 450 варианты осуществления могут регистрировать эволюцию осыпи скважины в базе данных по глубине скважины или другому желаемому критерию. Можно выполнять другие вычисления по желанию и можно, по желанию, накапливать другие данные посредством газового анализатора.
2
Фиг.5 - это блочная диаграмма, иллюстрирующая систему 500 газового анализатора, в соответствии с одним вариантом осуществления, которая может выполнять вышеизложенные вычисления. Зонд 520 присоединен к блоку 510 системы газового анализатора. Зонд 520 оператором погружен в буровой раствор, обычно в газоуловитель, расположенный возле вибрационных сит в системе возврата раствора. Зонд 520 предпочтительно способен к выявлению и измерению газа N и направляет сигналы в блок 510 системы газового анализатора для каротажа и оповещения. Блок 510 системы газового анализатора может состоять из различных элементов, включая вычислительные элементы, которые могут оценивать и анализировать показания от зонда 520 и, возможно, других источников данных. Примером такой системы 500 газового анализатора является система GC-TRACER™, доступная от патентообладателя настоящей заявки. Такие системы известны в области техники и дополнительно здесь не описаны.
2
Пояснительное программное обеспечение может быть предоставлено для выполнения процессором, содержащимся в блоке 510 системы газового анализатора для того, чтобы выполнять вычисления, описанные выше. В некоторых вариантах осуществления пояснительное программное обеспечение может автоматически выявлять местонахождения соединений и всплесков в газе N; в других вариантах осуществления аналитик может просмотреть графическую или числовые выходные данные от программного обеспечения и выполнять индикацию присутствия соединений и всплесков, вызывая вычисление посредством такой индикации. Программное обеспечение может быть предоставлено в блок системы газового анализатора на долговременном машиночитаемом запоминающем носителе, известном в области техники, включая, но не ограничиваясь, все разновидности оптических и магнитных, включая твердотельные, запоминающие устройства, включая съемные носители и который может заключаться внутрь блока 510 системы газового анализатора или быть внешним по отношению к блоку 510 системы газового анализатора. В некоторых вариантах осуществления результаты анализа, сгенерированные посредством блока 510 системы газового анализатора могут храниться в базе данных, хранящейся в запоминающем устройстве, заключенным внутрь блока 510 системы газового анализатора или внешне по отношению к блоку 510 системы газового анализатора.
Нужно понимать, что вышеупомянутое описание предназначено быть пояснительным, а не ограничивающим. Например, описанные выше варианты осуществления можно использовать в комбинации одного с другим. Много других вариантов осуществления будут очевидны для таковых относительно квалификации в области техники после рассмотрения вышеупомянутого описания. Объем изобретения поэтому должен быть определен в отношении приложенных формул изобретения наряду с полным объемом эквивалентов, на которые имеют право такие формулы изобретения. В прилагаемых формулах изобретения термины "включающий в себя" и "в котором" используются как простые английские эквиваленты соответствующих терминов "заключающий в себе" и "при котором".