[RU]

Система бурения для бурения ствола скважины имеет один или несколько клапанов или штуцеров для управления давлением выше по потоку потока бурового раствора в бурении под управляемым давлением. Получают измерение расхода бурового раствора на выходе из ствола скважины. На основе полученного измерения поток бурового раствора избирательно распределяют с помощью распределителя для прохода через один или несколько из множества расходомеров, таких как расходомеры Кориолиса. Отсчет расхода бурового раствора получают с выбранного расходомера (расходомеров). Давлением выше по потоку в потоке бурового раствора управляют одним или несколькими клапанами, по меньшей мере, частично на основе отсчета с одного или нескольких выбранных расходомеров. Отсчет может являться расходом, давлением или т.п., сравниваемым с расчетными показателями работы расходомеров. Дополнительными клапанами ниже по потоку от расходомеров можно управлять на основе оценки кавитации, которую клапаны производят.

(57) Реферат / Формула:

Система бурения для бурения ствола скважины имеет один или несколько клапанов или штуцеров для управления давлением выше по потоку потока бурового раствора в бурении под управляемым давлением. Получают измерение расхода бурового раствора на выходе из ствола скважины. На основе полученного измерения поток бурового раствора избирательно распределяют с помощью распределителя для прохода через один или несколько из множества расходомеров, таких как расходомеры Кориолиса. Отсчет расхода бурового раствора получают с выбранного расходомера (расходомеров). Давлением выше по потоку в потоке бурового раствора управляют одним или несколькими клапанами, по меньшей мере, частично на основе отсчета с одного или нескольких выбранных расходомеров. Отсчет может являться расходом, давлением или т.п., сравниваемым с расчетными показателями работы расходомеров. Дополнительными клапанами ниже по потоку от расходомеров можно управлять на основе оценки кавитации, которую клапаны производят.

---

(19)
Евразийское
патентное
ведомство
(21) 201791092 (13) A1
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2017.11.30
(22) Дата подачи заявки 2015.11.17
(51) Int. Cl.
E21B 47/10 (2012.01) E21B 21/08 (2006.01) G01F1/74 (2006.01)
(54) СИСТЕМА БУРЕНИЯ С УПРАВЛЯЕМЫМ ДАВЛЕНИЕМ С ИЗМЕРЕНИЕМ РАСХОДА И УПРАВЛЕНИЕМ СКВАЖИНОЙ
(31) (32)
62/080,847 2014.11.17
(33) US
(86) PCT/US2015/061071
(87) WO 2016/081448 2016.05.26
(71) Заявитель:
ВЕЗЕРФОРД ТЕКНОЛОДЖИ ХОЛДИНГЗ, ЛЛК. (US)
(72) Изобретатель:
Диллард Уолтер С., Нортэм Пол Р., Вайрайтис Дэвид Дж., Джордж Джеральд Дж. (US)
(74) Представитель:
Медведев В.Н. (RU) (57) Система бурения для бурения ствола скважины имеет один или несколько клапанов или штуцеров для управления давлением выше по потоку потока бурового раствора в бурении под управляемым давлением. Получают измерение расхода бурового раствора на выходе из ствола скважины. На основе полученного измерения поток бурового раствора избирательно распределяют с помощью распределителя для прохода через один или несколько из множества расходомеров, таких как расходомеры Кориолиса. Отсчет расхода бурового раствора получают с выбранного расходомера (расходомеров). Давлением выше по потоку в потоке бурового раствора управляют одним или несколькими клапанами, по меньшей мере, частично на основе отсчета с одного или нескольких выбранных расходомеров. Отсчет может являться расходом, давлением или т.п., сравниваемым с расчетными показателями работы расходомеров. Дополнительными клапанами ниже по потоку от расходомеров можно управлять на основе оценки кавитации, которую клапаны производят.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2420-542731ЕА/071
СИСТЕМА БУРЕНИЯ С УПРАВЛЯЕМЫМ ДАВЛЕНИЕМ С ИЗМЕРЕНИЕМ РАСХОДА И УПРАВЛЕНИЕМ СКВАЖИНОЙ
[0001] Данная заявка испрашивает приоритет по временной патентной заявке U.S. Prov. Appl. 62/080,847, зарегистрирована 17 ноября 2 014 г.и включена в данный документ в виде ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] На фиг. 1 показана система 10 бурения существующей техники, работающая по замкнутому циклу, для бурения с управляемым давлением. Система 10 бурения имеет вращающийся отклоняющий превентор 12 (RCD) от которого бурильная колонна 14, компоновка низа бурильной колонны (КНБК), и буровое долото 18 проходят на забой в ствол 16 скважины через пласт F. Вращающийся отклоняющий превентор 12 (RCD) сверху противовыбросовых превенторов (ВОР) удерживает и отводит буровой шлам из кольцевого пространства для создания закрытого контура с несжимаемым буровым раствором.
[0003] Система 10 также включает в себя буровые насосы 34, буровой стояк (не показано), емкость 32 бурового раствора, газосепаратор 30 для бурового раствора, и различные выкидные линии, а также другие обычные компоненты. В дополнение к указанному, система 10 бурения включает в себя автоматизированный штуцерный манифольд 20, включенный в состав других компонентов системы 10.
[0004] Наконец, система 4 0 управления системы 10 бурения является центратрализованной и интегрирует агрегатное обеспечение, программное обеспечение и прикладные программы системы 10 бурения. Централизованная система 4 0 управления применяется для мониторинга, измерения и контроля параметров в системе 10 бурения. При этом, систему 4 0 управления можно характеризовать, как систему управления бурением под управляемым давлением (MPD). В данной локализованной окружающей среде бурения, работающего по замкнутому циклу, незначительные притоки скважины или поглощения в стволе скважины можно обнаруживать на поверхности, и система 4 0 управления может анализировать данные
давления и расхода для обнаружения проявлений, поглощений и других событий, а также может в ответ менять параметры бурения для управления операциями бурения.
[0005] Автоматизированный штуцерный манифольд 2 0 управляет давлением и расходом во время бурения и включен в состав системы 10 бурения ниже по потоку от вращающегосяся отклоняющего превентора 12 и выше по потоку от газового сепаратора 30. Манифольд 20 имеет штуцера 22, массовый расходомер 24, датчики давления (не показано), локальный контроллер (не показано) для управления работой манифольда 2 0 и гидравлический силовой блок (не показано) и/или электрический двигатель для приведения в действие штуцеров 22. Система 40 управления соединена системой связи с манифольдом 2 0 и имеет панель управления с интерфейсом пользователя и обладает функциональными возможностями обработки данных для мониторинга и управления манифольдом 20.
[0006] Массовый расходомер 2 4 применяется в системе 10 бурения под управляемым давлением для получения измерений расхода. При проведении работ, например, требуются высокоточные и точные измерения расхода в широком диапазоне расходов, с которыми сталкиваются во время бурения под управляемым давлением. Вместе с тем, обычный массовый расходомер 24, естественно, теряет точность в нижней части диапазона измерения расхода вследствие внутренних потерь.
[0007] Расходомером, имеющим самую высокую точностью во всем диапазоне требуемых расходов является массовый расходомер Кориолиса. Расходомер Кориолиса ценится за свою точность и способность измерять объемный расход, массовый расход и плотность текучей среды одновременно. По указанной причине, в качестве расходомера 2 4 системы 10 бурения под управляемым давлением применяется расходомер Кориолиса, рассчитанный на самый высокий прогнозируемый расход.
[0008] К сожалению, имеются некоторые недостатки, связанные с массовым расходомером 24 Кориолиса. Например, гидравлические соединения массового расходомера 2 4 Кориолиса обычно имеют расчетное давление ниже, чем остальное оборудование, применяемое в системе 10 бурения под управляемым давлением. Кроме того,
расходомер 2 4 Кориолиса обычно имеет рабочее расчетное давление ниже расчетного давления штуцерного манифольда 2 0 системы 10 бурения под управляемым давлением. В частности, манифольд 2 0 для системы 10 бурения под управляемым давлением, показанный на фиг. 1 может обычно иметь расчетное давление 10000 фунт/кв.дюйм (69 МПа) . Вместе с тем, хотя расчетное давление расходомера зависит от его размера и материалов, расчетное давление расходомера 24 Кориолиса обычно имеет величину меньше 3000 фунт/кв.дюйм (21 МПа) и обычно составляет около 1500-2855-фунт/кв.дюйм (10-20 МПа) .
[0009] По указанным причинам, расходомер 2 4 Кориолиса должен располагаться ниже по потоку от штуцера 22 вследствие данного ограничения давления, и обычно требуется оборудование сброса давления (не показано) на случай возникновения закупоривания расходомера 24. Дополнительно, расходомер 2 4 Кориолиса может быть установлен с байпасным клапаном 2 5 и датчиком давления (не показано). Если предельное давление для расходомера 2 4 превышено, байпасный клапан 2 5 приводится в действие для пропуска потока в обход расходомера 24, чтобы бурение могло продолжаться при расходах, которые могут превышать пропускную способность расходомера 24.
[0010] В дополнение к некоторым физическим ограничениям, массовый расходомер 2 4 Кориолиса, применяемый в бурении с управляемым давлением, имеет некоторые ограничения, связанные с его функциональными возможностями измерения. Например, даже с улучшенным диапазоном расходов, массовый расходомер 2 4 Кориолиса имеет пониженную точность в части диапазона с низкими расходами.
[ООН] Дополнительно, массовый расходомер 24 Кориолиса ограничен выполнением измерений текучей среды с низким содержанием газа. Когда слишком много газа смешано с жидкостью, проходящей через расходомер 24, например, ошибка измерения расходомера 24 должна увеличиваться.
[0012] Одной причиной повышения газосодержания в буровом растворе в бурении с управляемым давлением может являться кавитационное выделение газа при переходе из растворенного в свободное состояние, которое возникает на штуцере 22. Клапаны,
такие как применяемые для штуцера 22 управления расходом текучих
сред, имеют некоторое соотношение давления выше по потоку и ниже
по потоку, при котором кавитация способна возникать большой
вероятностью. Данное соотношение давления может
характеризоваться числом кавитации, а, которое получают из следующей формулы: Р -Р
и V
а = р _р
где: р
и= давление выше по потоку, фунт/кв.дюйм, приборное;
v= давление насыщенного пара для данной температуры,
фунт/кв.дюйм, приборное; р
^=давление ниже по потоку, фунт/кв.дюйм, приборное; и а=число кавитации, безразмерное.
[0013] Число кавитации, о может меняться для клапана или штуцера при его частичном открытии или закрытии. Когда клапан закрывается и расход является постоянным, например, число кавитации, о уменьшается. Когда число кавитации, о уменьшается до некоторой величины, кавитационные пузырьки от выделения газа при переходе из растворенного в свободное состояние образуются в текучей среде при ее прохождении через клапан. Конкретную величину числа кавитации, а, при которой кавитация возникает, можно эмпирически определить и отразить на графике для всех положений компонентов клапана (например, штока или т.п.). Когда число кавитации, о продолжает снижаться ниже известной кавитационной величины, количество газа, который выделяется при переходе из растворенного в жидкости в свободное состояние, увеличивается.
[0014] По указанным причинам, когда давления выше по потоку и ниже по потоку от бурового штуцера 22 системы 10 бурения под управляемым давлением преодолевает порог числа кавитации, а, часть кавитационных пузырьков может перемещаться вдоль пути потока через расходомер 24 Кориолиса и может обуславливать дополнительную ошибку измерения расхода.
[0015] Дополняющее простое входное-выходное число кавитации, рассмотренное выше, критическое число кавитации является величиной, которая может характеризовать действия локальных градиентов скорости и давления при проходе через клапан, такой как штуцер 22. Критическое число кавитации может характеризовать формула:
{P-Pv)
\ру2
где Oi критическое число кавитации
Р статический давление в невозмущенном потоке
pv давление насыщенного пара
р плотность жидкости
V скорость свободного потока жидкости
Данная формула описывает некоторые физические принципы, составляющие основу кавитации.
[0016] Другой причиной выделения газа при переходе из растворенного в свободное состояние в бурении с управляемым давлением является испарение при вскипании, которое может возникать в расходомере 2 4 Кориолиса или вблизи него. Испарение при вскипании происходит от падения давления при проходе потока через дроссель, где давление ниже по потоку ниже давления насыщенного пара и а <1. Кавитация возникает в диапазоне ниже некоторого критического числа кавитации, когда о> 1.
[0017] Другая причина выделения газа при переходе из растворенного в свободное состояние в бурении с управляемым давлением может включать в себя вскипание, которое может возникать в расходомере 2 4 Кориолиса или вблизи него, при установке на отметке выше выхода потока из системы. Вследствие конструктивного и схемного решения некоторых операций буровой установки, например, могут возникать трудности при нахождении места для установки расходомера 24 Кориолиса на одной отметке или ниже места выхода потока из системы.
[0018] Вскипание, обусловленное возвышенным положением, проявляется, если емкость бурового раствора расположена на
нулевой отметке и расходомер 24 расположен больше, чем на 34 фута (10 м) выше емкости. Указанное устанавливает приблизительно нулевое манометрическое давление на расходомере 2 4 с принятием полного, устойчивого потока. Даже если емкость меньше, чем на 34 фута (10 м) ниже расходомера 24, давление текучей среды может все равно падать ниже атмосферного давления на расходомере 24. Данное облегчает небольшим изменениям, ступеням или выступам в трубе обеспечение локализованного вскипания. Для предотвращения проблем вскипания, изготовители расходомеров 24 Кориолиса обычно указывают, что выход потока системы должен быть расположен выше расходомера 24, что может также удержать текучую сред от вытекания из расходомера 24, если поток останавливается.
[0019] В дополнительном пути входа газа в расходомер 24 газ, вовлеченный в текучую среду, можно сепарировать из нее, когда текучая среда претерпевает падение давления. Например, вовлеченный газ в буровом растворе на нефтяной основе может вырываться во время падения давления на штуцере 22. Газ может не смешиваться с раствором для обратного перехода в него, и газовые пузырьки могут проходить через расходомер 24, меняя снимаемые показания.
[0020] Одним решением проблем кавитации и выделения газа при переходе из растворенного в свободное состояние является добавление клапана или дроссельного отверстия ниже по потоку от расходомера 2 4 Кориолиса. В данном положении клапан или дроссельное отверстие может уменьшать эффекты кавитации добавлением противодавление в трубе, которая проходит от штуцера 22 до расходомера 24. Вместе с тем, управляющий клапан, который применяется, обычно управляется вручную и не может надежно перенастраиваться во время эксплуатации, когда условия потока изменяются.
[0021] Задачей настоящего изобретение является преодоление или, по меньшей мере, ослабление действия одной или нескольких проблем, изложенных выше.
сущность изобретения
[0022] По настоящему изобретению система бурения производит бурение ствола скважины с применением одного или нескольких
клапанов или штуцеров для управления давлением в потоке бурового раствора в бурении с управлением давлением. Получают измерения расхода бурового раствора на выходе из ствола скважины. По меньшей мере частично, на основе полученного измерения регулируют давление выше по потоку потока бурового раствора в стволе скважины с помощью одного или нескольких клапанов системы бурения. По меньшей мере частично, на основе полученного измерения поток бурового раствора на выходе из ствола скважины избирательно распределяют для прохода через один или несколько из множества расходомеров системы бурения. Один или несколько выбранных расходомерах могут по меньшей мере периодически получать измерение расхода бурового раствора. Например, один или несколько выбранных расходомеров могут получать массовый расход бурового раствора.
[0023] Для избирательного распределения потока бурового раствора для прохода через один или несколько расходомеры, можно определять расходомер, выбираемый из одного или нескольких расходомеров для распределения, сравнивая измеренный расход, измеренное давление и т.п. с расчетными показателями для каждого из расходомеров. Дополнительно, избирательное распределение потока бурового раствора может быть направлено на минимизацию в целом ошибки измерения в полученном измерении с применением одного или нескольких расходомеров с помощью определения выбираемого из одного или нескольких расходомеров для распределения на основе сравнения ошибки измерения для каждого из расходомеров.
[0024] Управление давлением выше по потоку потока бурового раствора в стволе скважины может проходить одновременно с избирательным распределением потока бурового раствора через один или несколько выбранных расходомеров или отдельно от распределения. Для управления давлением выше по потоку, по меньшей мере один первый клапан выше по потоку по меньшей мере одного из расходомеров можно включать в работу для управления давлением выше по потоку. Указанное может дополнительно включать в себя регулирование давления по меньшей мере внутри по меньшей мере одного расходомера с применением по меньшей мере одного
второго клапана, расположенного ниже по потоку по меньшей мере от одного расходомера. В свою очередь, по меньшей мере один первый клапан можно повторно отрегулировать в ответ на регулирование давления выше по потоку, обусловленное работой по меньшей мере одного второго клапана.
[0025] Регулирование давления внутри по меньшей мере одного расходомера с применением по меньшей мере одного второго клапана может быть необходимо, когда определено возникновение выделения газа при переходе из растворенного в свободное состояние по меньшей мере в одном расходомере, обусловленное по меньшей мере одним первым клапаном. Определение может включать в себя сравнение одного или нескольких рабочих параметров по меньшей мере одного расходомера с эмпирической информацией, связанной по меньшей мере с одним расходомером.
[0026] Регулирование давления внутри по меньшей мере одного расходомера с применением по меньшей мере одного второго клапана может быть необходимо на основе числа кавитации (вычисленного на основе давления, измеренного относительно по меньшей мере одного расходомера) , которое отличается от прогнозируемой величины для числа кавитации (прогнозируемого от текущего положения по меньшей мере одного первого клапана).
[0027] Для избирательного распределения потока бурового раствора с проходом через один или несколько расходомеров, первые из расходомеров могут быть выбраны на основе первого уровня полученного измерения, и вторые из расходомеров и не первые расходомеры могут быть выбраны на основе второго уровня полученного измерения. Например, первый расходомер может иметь первую пропускную способность, а второй расходомер может иметь вторую (большую или меньшую) пропускную способность. Как альтернатива, первые из расходомеров могут быть выбраны на основе первого уровня полученного измерения, и первый расходомер, а также вторые из расходомеров могут быть выбраны на основе второго уровня полученного измерения. Первый и вторые расходомеры могут иметь одинаковую или отличающуюся пропускную способность.
[0028] По настоящему изобретению в устройстве для бурения с
управляемым давлением ствола скважины применяют множество расходомеров, соединенных параллельно для сообщения текучей средой. Распределитель в сообщении текучей средой между стволом скважины и множеством расходомеров, выполнен с функциональной возможностью избирательного направления потока бурового раствора на выходе из ствола скважины на один или несколько из множества расходомеров. Расходомеры могут иметь одинаковую пропускную способность или по меньшей мере две отличающиеся пропускные способности. Также можно применять расходомеры одного типа или можно применять расходомеры по меньшей мере двух отличающихся типов. В общем, расходомеры могут являться расходомерами Кориолиса, расходомерами Кориолиса с кривой трубой, расходомерами Кориолиса с прямой трубой, расходомерами типа V-сопе и т.п.
[0029] Устройство дополнительно включает в себя по меньшей мере один первый клапан в сообщении текучей средой выше по потоку с распределителем. По меньшей мере один первый клапан выполнен с функциональной возможностью управления давлением выше по потоку в потоке бурового раствора. Устройство может дополнительно включать в себя по меньшей мере один второй клапан в сообщении текучей средой ниже по потоку с распределителем. По меньшей мере один второй клапан может быть выполнен с функциональной возможностью управления давлением выше по потоку в одном или нескольких расходомерах.
[0030] Распределитель может иметь множество первых клапанов, каждый в сообщении текучей средой выше по потоку от одного из расходомеров. Каждый из первых клапанов может быть выполнен с функциональной возможностью управления давлением выше по потоку в потоке бурового раствора. Альтернативно, каждый из первых клапанов может быть выполненный с функциональной возможностью (в открыт/закрытом состояниях) обеспечения и отклонения потока бурового раствора через свой соответствующий расходомер. В дополнение к первым клапанам распределитель может иметь множество вторых клапанов, каждый в сообщении текучей средой ниже по потоку от соответствующего одного из расходомеров. Каждый из вторых клапанов может быть выполнен с
функциональной возможностью управления давлением выше по потоку в соответствующем расходомере.
[0031] Устройство может дополнительно включать в себя средство управления в функциональной связи с распределителем. Средство управления управляет работой распределителя для избирательного направления потока бурового раствора в один или несколько расходомеров. Средство управления получает измерения расхода бурового раствора на выходе из ствола скважины и управляет работой распределителя согласно полученному измерению. Средство управления может иметь функциональную связь с расходомерами и может управлять давлением выше по потоку в потоке бурового раствора одним или несколькими клапанами или штуцерами системы по меньшей мере частично на основе отсчета одного или нескольких расходомеров.
[0032] По настоящему изобретению, при бурении ствола скважины с помощью системы бурения, имеющей один или несколько клапанов по меньшей мере периодически получают отсчет измерения расхода бурового раствора на выходе из ствола скважины, по меньшей мере одним расходомером. Давлением выше по потоку в потоке бурового раствора управляют по меньшей мере одним первым клапаном по меньшей мере частично на основе отсчета по меньшей мере одного расходомера. Кавитацию в потоке бурового раствора оценивают при проходе через по меньшей мере один расходомер, обусловленную по меньшей мере одним первым клапаном. На основе оцениваемой кавитации, регулируют давление потока бурового раствора по меньшей мере в одном расходомере по меньшей мере одним вторым клапаном в сообщении ниже по потоку по меньшей мере с одним расходомером.
[0033] Устройство для бурения с управляемым давлением потока бурового раствора ствола скважины для выполнения такой работы может включать в себя по меньшей мере один первый клапан, по меньшей мере один расходомер, по меньшей мере один второй клапан и средство управления. По меньшей мере один первый клапан сообщается текучей средой с потоком бурового раствора ствола скважины и выполнен с функциональной возможностью с первыми состояниями управления первым давлением выше по потоку потока
бурового раствора. По меньшей мере один расходомер сообщается текучей средой ниже по потоку по меньшей мере от одного первого клапана и выполнен с функциональной возможностью измерения расхода бурового раствора, после расходомеров. Наконец, по меньшей мере один второй клапан сообщается текучей средой ниже по потоку от по меньшей мере одного расходомера и выполнен с функциональной возможностью со вторыми состояниями управления по меньшей мере вторым давлением выше по потоку потока бурового раствора, по меньшей мере в одном расходомере. В данном устройстве средство управления функционально связано по меньшей мере с одним вторым клапаном и автоматически регулирует второе состояние по меньшей мере одного второго клапана на основе величины кавитации, связанной с первым состоянием по меньшей мере одного первого клапана.
[0034] По настоящему изобретению, при бурении ствола скважины с помощью системы бурения, имеющей один или несколько клапанов, по меньшей мере периодически получают первый отсчета расхода бурового раствора на выходе из ствола скважины с первого расходомера и по меньшей мере периодически получают по меньшей мере один второй отсчет расхода бурового раствора на выходе из ствола скважины, по меньшей мере с одного второго расходомера, последовательно связанного с первым расходомером. Первый и по меньшей мере один второй отсчеты сравнивают друг с другом. Давлением выше по потоку в потоке бурового раствора затем управляют по меньшей мере одним клапаном, по меньшей мере частично на основе сравнения.
[0035] Устройство для бурения с управляемым давлением потока бурового раствора ствола скважины для выполнения такой работы может включать в себя по меньшей мере один первый клапан, первый расходомер, по меньшей мере один второй расходомер и средство управления. По меньшей мере один первый клапан сообщается текучей средой с потоком бурового раствора ствола скважины и выполнен с функциональной возможностью с первыми состояниями управления первым давлением выше по потоку потока бурового раствора. Первый расходомер сообщается текучей средой ниже по потоку по меньшей мере от одного первого клапана и
выполнен с функциональной возможностью измерения первого отсчета расхода бурового раствора, проходящего через него. По меньшей мере один второй расходомер последовательно связан ниже по потоку от первого расходомера и выполнен с функциональной возможностью измерения по меньшей мере одного второго отсчета расхода бурового раствора после него. Средство управления поддерживает функциональную связь с первым и по меньшей мере одним вторым расходомерами и сравнивает первый и по меньшей мере один второй отсчеты. Средство управления управляет первыми состояниями по меньшей мере одного первого клапана по меньшей мере частично на основе сравнения.
[0036] Приведенная выше сущность изобретения не служит для выделения каждого потенциального варианта осуществления или каждого аспекта настоящего изобретения.
краткое описание чертежей
[0037] На фиг. 1 показана система бурения с управляемым давлением, имеющая штуцерный манифольд и расходомер существующей техники.
[0038] На фиг. 2 показана система бурения с управляемым давлением имеющая штуцерный манифольд и распределительные расходомеры по настоящему изобретению.
[0039] На фиг. З-б показана отличающаяся схема для штуцерных манифольдов, с несколькими параллельными расходомерами по настоящему изобретению.
[0040] На фиг. 7 показана схема раскрытой системы управления.
[0041] На фиг. 8 показано управление распределением для раскрытой системы управления.
[0042] На фиг. 9А-9В показаны схемы для штуцерных манифольдов, имеющих дублирующие последовательные расходомеры по настоящему изобретению.
[0043] На фиг. 10 показан штуцерный манифольд с штуцером или клапаном регулирования расхода ниже по потоку от расходомера для управления кавитацией.
[0044] На фиг. 11 показан способ управления кавитацией для раскрытой системы управления.
Подробное описание ИЗОБРЕТЕНИЯ А. Обзор системы
[0045] На фиг. 2 показана система 10 бурения, работающая по замкнутому циклу, по настоящему изобретению для бурения с управляемым давлением. Как показано и рассмотрено в данном документе, данная система 10 может являться системой бурения под управляемым давлением (MPD) и, конкретнее, видом системы бурения под управляемым давлением с постоянным давлением на забое (СВНР). При рассмотрении в данном контексте, идеи настоящего изобретения можно применять к системам бурения с управляемым давлением других типов, (таким, как системы бурения на сбалансированном давлении, бурения с регулированием расхода на входе шлама, бурения с двумя градиентами давления бурового раствора и т.д.) а также к системам бурения на депрессии (UBD), известным специалисту в данной области техники, пользующемуся настоящим изобретением.
[0046] Система 10 бурения, показанная на фиг. 2 имеет ряд черт сходства с системой, рассмотренной выше и показанной на фиг. 1. Например, система 10 бурения имеет вращающийся отклоняющий превентор (RCD) 12, от которого бурильная колонна 14, компоновка низа бурильной колонны (КНБК) и буровое долото 18 проходят на забой в стволе 16 скважины через пласт F. Вращающийся отклоняющий превентор 12 может включать в себя любое подходящее устройство локализации давления, которое постоянно обеспечивает работу в скважине по замкнутому циклу, когда бурят ствол 16 скважины. Система 10 также включает в себя буровые насосы 34, буровой стояк (не показано), емкость 32 бурового раствора, газосепаратор 30 для бурового раствора, и различные выкидные линии, а также другие обычные компоненты.
[0047] В дополнение к указанному, система 10 бурения включает в себя автоматизированный штуцерный манифольд 100, который встроен в другие компоненты системы 10. Как описано более подробно ниже, штуцерный манифольд 100 отличается от обычного манифольда существующей техники. В одной реализации для бурения под управляемым давлением где применяют как измерения массового расхода, так и клапаны управления потоком (т.е.,
штуцера) для управления скважинными текучими средами во время бурения скважины, манифольд 100 настоящего изобретения имеет многочисленные (два или больше) массовые расходомеры 150а-Ь, соединенные параллельно.
[0048] Кратко, манифольд 100 имеет основные штуцера 110а-Ь и многочисленные массовые расходомеры 150а-Ь. В дополнение к указанному, манифольд 100 может иметь некоторое обычные компоненты, такие как датчики давления (не показано), локальные электронные блоки управления (не показано) для управления работой манифольда 100 и гидравлический силовой блок (не показано) и/или электрический двигатель для приведения в действие штуцеров 110а-Ь.
[004 9] Буровой штуцер 110а-Ь можно присоединить перед каждым расходомером 150а-Ь и можно применять в соединении с передачей данных обратной связи по расходам и другим параметрам для управления, когда текучая среда должна входить в соответствующий расходомер 150а-Ь. Объединенную компоновку всех буровых штуцеров 110а-Ь и массовых расходомеров 150а-Ь, соединенных параллельно, можно тогда одновременно применять для управления скважинным давлением и расходом во время бурения согласно бурению под управляемым давлением.
[0050] Данная компоновка дает более компактную форму манифольда 100 для бурения под управляемым давлением. Например, штуцера 110а-Ь, расходомеры 150а-Ь и т.п. могут быть скомпонованы или установлены рядами вблизи друг друга. Альтернативно, каждую последовательность штуцера 110а-Ь, расходомера 150а-Ь и т.п. можно собрать на удалении, в любом месте, где имеется пространство на буровом полу, и можно присоединять параллельно с применением трубной системы и запорной арматуры.
[0051] Удержание газа в растворе для расходомеров 150а-Ь после штуцеров 110а-Ь можно по меньшей мере частично контролировать с помощью добавления клапанов управления потоком (т.е., штуцеров 120а-Ь), дросселей или т.п. ниже по потоку от расходомеров 150а-Ь. Предпочтительным является управление штуцерами 120а-Ь на основе условий работы. Как описано более
подробно ниже, штуцера 120а-Ь ниже по потоку могут обеспечивать адекватное противодавление для расходомеров 150а-Ь, при этом удерживая газ в растворе и обеспечивая измерение расходомерам 150а-Ь расхода текучей среды с улучшенной точностью даже во время изменений в режиме работы. В отношении превышения, вспомогательные штуцера 12 0а-Ь могут обеспечивать расходомеру (расходомерам) 150а-Ь большее превышение над выходом потока системы 10, без которого могут возникать проблемы в других ситуациях.
[0052] Наконец, система 4 0 управления системы 10 бурения является централизованной и интегрирует агрегатное обеспечение, программное обеспечение и прикладные программы во всей системе 10 бурения. Централизованную систему 4 0 управления применяют для мониторинга, измерения и контроля параметров в системе 10 бурения. Поэтому, систему 4 0 управления можно характеризовать, как систему управления бурением под управляемым давлением (MPD). В данном оборудовании для бурения, работающем по замкнутому циклу, например, система 4 0 управления бурением под управляемым давлением может анализировать данные давления и расхода для обнаружения проявлений, поглощений и других событий, и система 4 0 может управлять давлением и расходом во время бурения, применяя автоматизированный штуцерный манифольд 100.
[0053] Вместе с тем, в противоположность обычной системе существующей техники, система 4 0 управления бурением под управляемым давлением настоящего изобретения имеет контроллер 50 манифольда с рядом элементов управления для конкретного штуцерного манифольда 100, которые рассмотрены более подробно ниже. Данный контроллер 50 манифольда может являться частью, быть интегрирован в или соединен системой связи с компонентами системы 4 0 управления бурением под управляемым давлением. Фактически, контроллер 50 и система 4 0 могут совместно использовать многие из одинаковых ресурсов, измерений, агрегатного обеспечения, средств связи и т.п.
[0054] Кратко, система 10 в работе применяет вращающийся отклоняющий превентор 12 для удержания скважины закрытой от воздействия атмосферных условий. Текучая среда, покидающая ствол
16 скважины проходит через автоматизированный штуцерный манифольд 100, который измеряет расход обратного потока и плотность с применением расходомера (расходомеров) 150а-Ь, установленных в трубопроводе с штуцерами 110а-Ь. Компоненты программного обеспечения системы 4 0 управления бурением под управляемым давлением затем сравнивают расход подачи в ствол 16 скважины и расход на выходе из него, давление нагнетания (или давление в буровом стояке), противодавление на поверхности (измеренное выше по потоку от буровых штуцеров 110а-Ь в обвязке превенторов), положение буровых штуцеров 110а-Ь и плотность бурового раствора. На основе сравнения указанных переменных система 4 0 управления бурением под управляемым давлением идентифицирует незначительные скважинные притоки и поглощения в режиме реального времени для управления давлением в кольцевом пространстве во время бурения.
[0055] Во время бурения расходомеры 150а-Ь манифольда могут измерять объемные расходы и плотность бурового раствора. Например, в бурении под управляемым давлением (MPD) расход текучей среды измеряют, применяя расходомеры 150а-Ь, для определения потери циркуляции, для обнаружения притоков текучей среды или проявлений, для измерения плотности бурового раствора, для мониторинга возврата текучей среды и т.д.
[0056] В бурении с управляемым давлением система 4 0 управления бурением под управляемым давлением вводит изменения давления и расхода в данный несжимаемый контур текучей среды на поверхности для изменения профиля давления в кольцевом пространстве в стволе 16 скважины. В частности, применяя контроллер 50 манифольда и штуцерный манифольд 100 для приложения противодавления на поверхности в закрытый контур, система 4 0 управления бурением под управляемым давлением может производить обратимые изменение в давлении на забое. В данном способе система 4 0 управления бурением под управляемым давлением применяет в режиме реального времени данные расхода и давления и манипулирует кольцевым противодавлением для управления расхода на входе и поглощениями в стволе скважины.
[0057] В работе система 40 управления бурением под
управляемым давлением применяет внутренние алгоритмы для идентификации явлений, происходящих в скважине, и реагирует автоматически. Как можно видеть, система 4 0 управления бурением под управляемым давлением осуществляет мониторинг любых отклонений в величинах во время бурения и извещает операторов о любых проблемах, которые могут быть обусловлены притоком текучей среды в ствол 16 скважины из пласта F или поглощением бурового раствора в пласт F. В дополнение, система 4 0 управления бурением под управляемым давлением может автоматически обнаруживать, управлять и выпускать на выход такие притоки, управляя штуцерами 110а-Ь на штуцерном манифольде 100.
[0058] Например, возможный приток текучей среды или "проявление" можно заметить, когда величина "расхода на выходе" (измеренная расходомером (расходомерами) 150а-Ь) отклоняется от величины "расхода на входе" (измеренного на счетчиках ходов буровых насосов 34 или в другом месте). Как известно, "проявление" является входом пластовой текучей среды в ствол 16 скважины во время бурения. Проявление возникает, поскольку давление, создаваемое буровым раствором, является недостаточным для противодействия давлению, создаваемому в текучих средах в пласте F, который бурят.
[0059] Проявление или приток обнаруживают, когда расход на выходе скважины значительно больше расхода на входе для заданного периода времени. Дополнительно, давление в буровом стояке, (SPP) не должно превышать заданное максимально допустимое превышение SPP, и плотность текучей среды, выходящей из скважины не должна падать ниже порога плотности для газа на поверхности. Когда обнаружен приток или проявление, тревожный сигнал уведомляет оператора о необходимости торможения спуска до подтверждения безопасности для бурения. При этом, никакого изменение в производительности буровых насосов 34 на данной стадии не требуется.
[0060] В системе 4 0 управления бурением под управляемым
давлением, управление проявлением может являться
автоматизированной функцией, которая объединяет обнаружение и
контроль проявления, и система 4 0 управления бурением под управляемым давлением может иметь в основании алгоритма контроля проявления модифицированный способ для контроля проявлений бурильщиком. При автоматическом контроле проявления, например, система 4 0 управления бурением под управляемым давлением автоматически закрывает штуцер (штуцера) 110а-Ь для увеличения противодавление на поверхности в кольцевом пространстве 16 ствола скважины до установления баланса массы и остановки притока.
[0061] Система 4 0 управления бурением под управляемым давлением добавляет заданное количество давления, как буфер, и осуществляет циркуляцию притока на выход из скважины, управляя давлением в буровом стояке. Давление в буровом стояке должно поддерживаться постоянным с помощью автоматического регулирования противодавления на поверхности, при этом увеличивая скважинное давление циркуляции и предотвращая дополнительный приток. Может осуществляться мониторинг всего указанного с отображением в системе 4 0 управления бурением под управляемым давлением для обеспечения дополнительного контроля данных шагов.
[0062] Когда разность расхода на выходе и расхода на входе в скважину поставлена под контроль, система 4 0 управления должна поддерживать данное равновесие в течение заданного времени до переключения в следующий режим. При успешной работе прогнозировать управление циклом обнаружения и управления приблизительно в течение двух минут. Выброс текучей среды долен перемещаться вверх в кольцевом пространстве с полной скоростью прокачки с применением небольшого уменьшенного относительного расхода около -0,1 галлонов в минуту (0,4 л/мин) для безопасного установления равновесного состояния пластового давления.
[0063] В противоположность притоку, возможное поглощение текучей среды можно заметить когда величина "расхода на входе" (измеренная по счетчикам ходов насосов 34 или в другом месте) больше величины "расхода на выходе" (измеренной с помощью расходомера (расходомеров) 150а-Ь). Как известно, поглощение
текучей среды является потерей в целом бурового раствора, суспензии или текучей среды обработки, содержащей твердые частицы, в скелет породы пласта. Получаемый в результате рост твердой фазы или фильтрующей корки может являться нежелательным, поскольку может иметь место любое проникновение фильтрата через пласт в дополнение к мгновенной потере гидростатического давления вследствие быстрого поглощения текучей среды. В системе 10 бурения, работающей по замкнутому циклу, любое обнаруженное поглощение может относиться только к пласту F.
[0064] Шаги, одинаковые с описанными выше, но подходящие для ситуации поглощения текучей среды, можно затем реализовать с помощью системы 4 0 управления бурением под управляемым давлением для управления давлением и расходом во время бурения в данной ситуации. Глушение скважины является мероприятием по остановке притока на выходе из скважины или устранению возможности притока на входе в ствол 16 скважины. Процедуры глушения обычно включают в себя циркуляцию текучих сред коллектора на выход из ствола скважины или подачу насосами бурового раствора повышенной плотности в ствол 16 скважины, или то и другое.
[0065] Оператор может инициировать подачу насосами нового бурового раствора с рекомендованным или выбранным для глушения весом бурового раствора. Когда начинается поступление бурового раствора глушения в ствол 16 скважины, штуцера 110а-Ь открываются, постепенно доходя до фиксированного положения, когда буровой раствора глушения при циркуляции доходит обратно до поверхности. Когда буровой раствор глушения поворачивает долото 18, система 4 0 управления бурением под управляемым давлением здесь также переключается назад к управлению давлением в буровом стояке (SPP) до прохождения буровым раствором глушения всего обратного пути циркуляции до поверхности.
[0066] В дополнение к штуцерному манифольду 100 система 10 бурения может включать в себя систему непрерывной циркуляции (не показано), газоанализатор 26, многофазный расходомер 28 и другие компоненты, включенные в состав системы 10. Система непрерывной циркуляции обеспечивает поддержание циркуляции во время выполнения соединений бурильных труб, и система 10 бурения может
включать или не включать в себя такие компоненты. В свою очередь, газоанализатор 2 6 можно применять для оценки текучих сред в буровом растворе, такой как оценка содержания углеводородов (например, С1 - СЮ или более высоких), неуглеводородных газов, двуокиси углерода, азота, ароматических углеводородов (например, бензола, толуола, этилбензола и диметилбензола) или других газов или текучих сред для бурового раствора. Соответственно, газоанализатор 2 6 может включать в себя устройство отделения газа, где применяется полупроницаемая мембрана для отделения газа от бурового раствора для анализа.
[0067] Многофазный расходомер 2 8 может быть установлен в выкидной линии для содействия в определении состава текучей среды. Понятно, что многофазный расходомер 2 8 может помогать моделировать подаваемый в скважину буровой раствор и обеспечивать количественные результаты для доведения до нужной точности вычисления концентрации газа в буровом растворе.
В. Устройства манифольда
[0068] Как показано на фиг. 2, манифольд 100 включает в себя многочисленные расходомеры 150а-Ь соединенные параллельно. Различные расходомеры 150а-Ь могут иметь одинаковый размер или комбинацию размеров и соединяться параллельно. В обоих случаях манифольд 100 с соединенными параллельно расходомерами 150а-Ь предпочтительно поддерживает максимальные пределы измерения расхода по исходным требованиям проектирования, связанным с обычным, одиночным расходомером.
[0069] На фиг. 3-6 показаны отличающиеся схемы штуцерных манифольдов 100, имеющих многочисленные соединенные параллельно расходомеры 150 по настоящему изобретению. В каждом из данных устройств система распределения из клапанов и/или штуцеров 101, 102, 104, 105, 110, 120 направляет поток через некоторые комбинации расходомеров 150.
[0070] Как показано на фиг. 3, поток бурового раствора из RCD (12) направляется в манифольд 100, который включает в себя два основных штуцера 110а-Ь и два расходомера 150а-Ь. Проходя по ответвлениям через отдельные распределительные клапаны 101а-Ь, поток бурового раствора на впуске манифольда 100 может проходить
в два основных штуцера 110а-Ь, которые могут функционировать отдельно. Оба основных штуцера 110а-Ь могут управлять противодавлением в стволе скважины выше по потоку от манифольда 100. Различные распределительные клапаны 101, 102, 104, 105 могут иметь ручное управление. Альтернативно, аналогично штуцерам 110, 120, различные распределительные клапаны 101, 102, 104, 105 могут иметь автоматическое управление.
[0071] Одновременно, оба штуцера 110а-Ь могут избирательно направлять поток через свой соответствующий расходомер 150а-Ь. Например, первый расходомер 150а может иметь первую пропускную способность, а второй расходомер 150Ь может иметь вторую пропускную способность, отличающуюсяся от первой пропускной способности или одинаковую с ней. С помощью открытия первого штуцера 110а и закрытия второго штуцера 110Ь поток, проходящий через манифольд 100, можно конфигурировать для первой пропускной способности. С помощью открытия второго штуцера 110Ь и закрытия первого штуцера 110а поток, проходящий через манифольд 100, можно конфигуровать для второй пропускной способности. Наконец, с помощью открытия обоих штуцеров 110а-Ь поток, проходящий через манифольд 100, можно конфигуровать по меньшей мере для самой большой пропускной способности.
[0072] В одной конфигурации каждый расходомер 150а-Ь в манифольде 100 может иметь уменьшенный размер в сравнении с эквивалентной системой, где реализован только один расходомер. Расходомеры 150а-Ь уменьшенного размера могут естественно получать более точные измерения расхода при низких расходах в сравненнии с одним более крупным расходомером. В данной конфигурации применение расходомеров 150а-Ь уменьшенного размера и уменьшенной трубной системы, подведенной к ним в манифольде 100, может давать эффект выправления трубы на потоке текучей среды. Поток, который перемещается через трубу меньшего диаметра может быть выправлен и доведен до кондиции для входа в расходомер 150а-Ь на более коротком отрезке длины трубы. Данное может обеспечивать дополнительную выгоду уменьшения геометрических размеров манифольда 100.
[0073] В любом из устройств для манифольда 100 фиг. 3,
поток из расходомеров 150а-Ь может проходить через вспомогательные штуцера 12 0а-Ь перед проходом по ответвлениям обратно через распределительные клапаны 102а-Ь на выпуск манифольда 100 и на вибросита (30) или другие компоненты системы бурения. Данные вспомогательные штуцера 12 0а-Ь могут не обязательно иметь функциональные возможности управления противодавлением потока бурового раствора для выполнения операций управления скважиной, но могут по меньшей мере иметь функциональные возможности для этого по меньшей мере в некоторой степени. Взамен, данные вспомогательные штуцера 12 0а-Ь могут иметь функциональные возможности управления давлением выше по потоку в своем соответствующем расходомере 150а-Ь, что может иметь ряд вариантов применения, раскрытых в данном документе.
[0074] Как показано на фиг. 4, устройство двух основных штуцеров 110а-Ь и двух расходомеров 150а-Ь фиг. 3 расширено для включения в состав третьей параллельной ветви с основным штуцером 110с и расходомером 150с. Данная третья ветвь обеспечивает третий путь для управления противодавлением с применением штуцера 110с и для измерения расхода с применением третьей пропускной способности третьего расходомера 150с. Здесь также, данная третья ветвь может иметь вспомогательный штуцер 120с для управления давлением в третьем расходомере 150с.
[0075] В одном устройстве каждый из расходомеров 150а-с манифольда 100, фиг. 4 может иметь одинаковую пропускную способность, и ветви можно применять, как отдельные, многочисленные каналы для потока текучей среды. В данном случае манифольд 100 включает в себя основную ветвь, имеющую выше по потоку штуцер 110а, расходомер 150а и ниже по потоку штуцер 12 0а, соединенные напрямую, последовательно. Может возникать необходимость изоляции данной основной ветви, например, при неожиданном закупоривании расходомера 150а или одного из штуцеров 110а, 120а; необходимости обслуживания или ремонта расходомера 150а или штуцера 110а, 120а; или по некоторой другой причине.
[0076] Когда возникает такая необходимость или причина, основную ветвь можно изолировать присоединенными снаружи
распределительными клапанами 101а, 102а. Поток можно перенаправить через вторую и/или третью ветви, соединенные параллельно. Изоляцию всей ветви управления получают быстрее закрытием двух наружных клапанов вместо закрытия нескольких внутренних клапанов, которые в обычной системе бурения под управляемым давлением можно задействовать. Как можно видеть, применение многочисленных расходомеров 150а-с может увеличивать функциональную надежность манифольда 100, благодаря реализации дублирующей параллельной расходомерной ветви. Если один расходомер 150а-с закупорен отходами, поток может проходить через другой открытый расходомер (расходомеры) 150а-с.
[0077] В другом устройстве два или больше расходомеров 150а-Ь и/или штуцеров 110а-Ь могут быть расположены так, что один расходомер 150 и/или штуцер 110 является основной системой или путем потока. Если основная система требует обслуживания, можно применять вспомогательный расходомер 150 и/или комплект расходомера и штуцера (110, 150), что не требует остановки бурения. Дополнительно, если имеются основная, вспомогательная и третья ветви, и основная и вспомогательная ветви могут иметь адекватные размеры для нормального бурения. Третью ветвь можно тогда применять только как резервную систему. Если основной или вспомогательный расходомер 150а-Ь требует изоляции и вывода из эксплуатации для обслуживания, третью ветвь можно активировать без необходимости прерывать бурение.
[0078] Как альтернатива наличию расходомеров 150а-с одинаковой пропускной способности, один или несколько из трех расходомеров 150а-с могут иметь отличающиеся пропускные способности, обеспечивая избирательное распределение потока текучей среды на основе пропускных способностей, как раскрыто в данном документе. Например, два расходомера 150а-Ь могут иметь обычные пропускные способности в несколько тысяч галлонов в минуту {например, 3000 галл/мин (11,4 м3/мин) с подходящей точностью и низкой ошибкой измерения при более высоких расходах. Вместе с тем, третий расходомер 150с может быть рассчитан на лучшее измерение при значительно более низких расходах {например, меньше 100 галл/мин (0,4 м3/мин), 20-50 галл/мин (0,1
0,2 м3/мин) и т.д.) .
[0079] С данным устройством два основных расходомера 150а-Ь можно применять для большинства операций манифольда 100, таких как операции бурения под управляемым давлением. Когда моменты низкого расхода возникают во время работы, вместе с тем, манифольд 100 может переключаться на третий, меньший расходомер 150с для исключительного его применения, при этом можно продолжать получать во время работы точные измерения с низкими ошибками. В качестве одного примера, низкий расход может возникать во время выполнения соединений насосно-компрессорной трубы, уменьшения производительности насосов, спускоподъемных операций, бурения вперед или других операций, при которых может уменьшаться расход. В данных ситуациях может работать один третий расходомер 150с вместо больших расходомеров 150а-Ь. Указанное может обеспечивать мониторинг во время данных операций различных параметров и состояний потока способами, невозможными с обычным манифольдом, имеющим расходомер одного размера с его более высокими ошибками измерения при низких расходах.
[0080] Следует заметить, что точность измерения данного расходомера 150а-с может быть весьма надежной для большинства диапазонов расхода, в которых он подлежит применению. На нижних уровнях диапазона расхода ошибка измерения расходомера обычно резко увеличивается. Данное делает данный расходомер 150а-с менее подходящим для применения для измерений нижних уровней его диапазона расхода, поскольку ошибка становится слишком большой. Как должно быть понятно, точность измерения может зависеть от вида текучей среды, состояний потока, температур и т.д. В общем плане, точность измерения данного расходомера 150а-с может быть весьма надежной для большей части (например, около 95%) диапазона расхода, и ошибка может резко увеличиваться на нижних уровнях {например, около 5%) диапазона расхода.
[0081] В случаях низкого расхода контроллер (50) манифольда предпочтительно переключается для применения исключительно третьего расходомера 150с, когда нижний порог расхода прогнозируется или возникает во время работы. Система управления 100 может производить переключение, когда прогнозируется падение
расхода ниже порога в прогнозируемом временном интервале после начала некоторой операции, такой как снижение производительности известного насоса в системе 10. Таким образом, переключением с упреждением может управлять контроллер (50) манифольда на основе текущих операций. Дополнительно, переключение можно производить на основе мониторинга текущего состояния и можно применять передача данных обратной связи с задействованных в текущий момент одного или нескольких расходомеров 150а-с для определения, достигнут ли данный порог, оправдывающий включение в работу другого одного или нескольких расходомеров 150а-с.
[0082] Посредством переключения на третий расходомер 150с, например, контроллер (50) манифольда может осуществлять мониторинг низких расходов во время некоторых работ и может управлять работой в более плавном режиме и способами, не существующими в настоящее время. Например, можно осуществлять мониторинг расхода на выходе из ствола скважины во время выполнения соединений труб, когда поток с низким расходом пропускают исключительно через третий расходомер 150с. В устройствах, применяемых в настоящее время, такие измерения не получают или они имеют весьма высокую степень неопределенности.
[0083] В дополнение, устройства, применяемые в настоящее время могут полностью зависеть от применения вспомогательного насоса (позиция 36, фиг. 1) как средства обеспечения минимального расхода через один расходомер (позиция 24, фиг. 1). Например, вспомогательный насос (36) может поддерживать минимальный расход 100 галл/мин (0,4 м3/мин) через один обычный расходомер (24) для продолжения получения отсчетов измерений. Предложенное устройство, применяющее третий расходомер 150с исключительно для низких расходов, меньше зависит от применения такого вспомогательного насоса (позиция 36, фиг. 2) раскрытой системы (10) и меньше страдает от сложностей, которые применение вспомогательного насоса (36) может создавать во время работ и измерений.
[0084] Как альтернатива двум расходомерам с обычными пропускными способностями и третьему с отличающейся пропускной способностью, многочисленные расходомеры 150а-с манифольда 100
на фиг. 4 могут каждый иметь отличающуюся пропускную способность и могут применяться по одному в нужное время для измерения варьирующихся расходов текучей среды. Самый малый расходомер (например, 150с) может выполнять измерения для самого низкого порога, самый большой расходомер (например, 150а) может выполнять измерения для самого высокого порога расхода, и некоторые промежуточные расходомеры (например, 150Ь) могут выполнять измерения для промежуточных порогов. Здесь также система клапанов 101, 102, 110 с контуром управления с передачей данных обратной связи и т.д. может направлять поток для прохода через каждый из расходомеров 150а-с.
[0085] Другой манифольд 100, показанный на фиг. 5 включает в себя четыре ветви основных штуцеров 110a-d и расходомеров 150a-d. Данные четыре ветви обеспечивают четыре канала для управления противодавлением штуцерами 110a-d и для измерения расхода четырьмя расходомерами 150a-d с четырьмя пропускными способностями. Здесь также, хотя это не показано в данном частном примере, каждая из данных ветвей может иметь вспомогательный штуцер (12 0) для управления давлением в соответствующем расходомере 150a-d. Альтернативно как показано здесь, один вспомогательный штуцер (12 0) может быть установлен на общий выпуск четырех ветвей для управления давлением во всех расходомерах 150a-d через которые поток проходит.
[0086] Как уже замечено выше, пропускные способности различных расходомеров 150a-d в манифольде 100 могут быть одинаковыми или отличающимися друг от друга. Фактически, расходомеры 150a-d показаны в конфигурация фиг. 5, как пример, с отличающимися пропускными способностями.
[0087] В предыдущем устройстве каждая ветвь параллельных расходомеров 150 содержит соответствующий, расположенный выше по потоку штуцер 110. Данное не является строго необходимым. Взамен, наружную систему клапанов 101, 102, 104, 105 и т.д. можно реализовать для изоляции/выбора отличающихся путей потока для расходомеров 150 после одного или нескольких штуцеров 110 совместного использования, расположенных выше по потоку. Как показано в манифольде 100 фиг. 6, например, один или несколько
штуцеров 110a-b совместного использования выше по потоку могут принимать поток бурового раствора из RCD 12 и могут располагаться со стороны устья скважины от параллельных расходомеров 150a-d. Штуцера 110а-Ь управляют противодавлением потока бурового раствора в режиме, одинаковом с обычным штуцерным манифольдом. Реализация одного или нескольких штуцеров 110а-Ь совместного использования, установленных выше по потоку от комплекта из нескольких расходомеров 150a-d параллельно с ними, может оптимизировать маршрутизацию потока и может облегчить интегрирование со средствами управления штуцером для бурения под управляемым давлением системы для бурения под управляемым давлением (40).
[0088] Для избирательного распределения потока бурового раствора на один или несколько параллельных расходомеров 150a-d, устройство имеет ветви с клапанами 104 для каждого из соответствующих расходомеров 150a-d. Хотя предпочтительны управляемые, данные клапаны 104 могут не обязательно работать, как штуцера для потока, и могут работать в основном в открытом или закрытом состояниях, обеспечивая или прекращая проход потока текучей среды через соответствующий расходомер 150a-d. Вспомогательные клапаны 105 могут быть одинаково открыты/закрыты для предотвращения реверсивного потока из другой ветви. Данные вспомогательные клапаны 105 могут являться штуцерами для управления давлением в соответствующем расходомере 150a-d, если данный вид управления требуется, или может быть предусмотрен общий, расположенный ниже по потоку, штуцер 120, как показано на выпуске манифольда 100. Различные клапаны 104, 105 могут являться управляемыми клапанами с управлением контроллером 50.
[0089] Распределительные устройства из штуцеров 110, расходомеров 150, штуцеров 120 ниже по потоку, клапанов 104 или 105 и т.д., раскрытые выше и показанные на фиг. 2-6 представляют некоторые из нескольких конфигураций для раскрытого манифольда
100. На основе идей настоящего изобретения понятно, что можно
применять данные и другие устройства, включающие в себя больше
или меньше ветвей штуцеров 110/120; расходомеров 150; клапанов
101, 102, 104, 105, 120; разные размеры; пропускные способности
и т.д.
С. Контроллер
[0090] В каждом из данных распределительных устройств, контроллер манифольда (позиция 50, фиг. 2) управляет манифольдом 100 с основными штуцерами 110, расходомерами 150, вспомогательными штуцерами 12 0, клапанами и т.д., применяя контур управления с передачей данных обратной связи на основе массового расхода и давления. Как пример, на фиг. 7 схематично показан контроллер 50 для манифольда 100. Как показано, контроллер 50 манифольда может являться частью, интегрированной с системой 4 0 управления бурением под управляемым давлением или интерфейсом с ней. Контроллер 50 включает в себя блок 52 обработки данных, который может являться частью компьютерной системы, сервером, программируемым логическим контроллером и т.д., с применением интерфейсов 56 ввода/вывода блок 52 обработки данных может поддерживать связь с штуцерами 110, 12 0; клапанами 101, 102, 104, 105; датчиками (не показано); расходомерами 150; и другими компонентами системы и манифольда для приема и отправки по системе связи сигналов датчиков, исполнительных механизмов и управляющих сигналов для различных компонентов. В рамках рассмотренных средств управления, сигналы могут включать в себя, без ограничения этим, сигналы положения штуцера, сигналы давления, сигналы расхода, сигналы температуры, сигналы плотности текучей среды и т.д.
[0091] Блок 52 обработки данных также поддерживает связь с базой данных или запоминающим устройством 54, имеющим заданные значения 55а, поисковые таблицы 55Ь и другую сохраняемую информацию. Поисковые таблицы 55Ь могут характеризовать спецификации штуцеров 110, 12 0 и параметры потока для расходомеров 150 и манифольда 100. Данная информация может определять пропускные способности, пределы давления, ошибки измерения и т.д. расходомеров 150 манифольда и может давать коэффициент расхода, число кавитации, и другие данные по штуцерам 110, 12 0 и клапанам манифольда. Хотя можно применять поисковые таблицы 55Ь, понятно что любые другие формы в виде графиков, функций, набора данных и т.д. можно применять для
хранения информации. Дополнительно, многочисленные поисковые таблицы 55Ь или т.п. можно сохранять и можно характеризовать, на основе данных отличающихся штуцеров, отличающихся буровых растворов, отличающихся условий работы и других сценариев и устройств.
[0092] Блок 52 обработки данных эксплуатирует средство 60 управления штуцерами для бурения под управляемым давлением. Дополнительно, блок 52 обработки данных может эксплуатировать одно или несколько средств 7 0 управления распределением, средств 8 0 управления резервированием и средств 90 управления кавитацией в зависимости от конфигурации манифольда 100 по настоящему изобретению.
[0093] Средство 60 управления штуцерами применяют для управления основными штуцерами 110 манифольда 100 для изменения противодавления на поверхности выше по потоку от манифольда 100. Основные детали средства 60 управления штуцерами, применяемого в бурении под управляемым давлением не рассматриваются здесь, некоторые подробности, относящиеся к делу, рассмотрены выше. В общем, например, средство 60 управления штуцерами может поддерживать давление в рабочих пределах во время бурения под управляемым давлением, изменять противодавление в ответ на проявления, выполнять шаги управления скважиной и т.д. в соединении с системой 4 0 управления бурением под управляемым давлением, различные измерения, алгоритмы и т.п. При этом, средство 60 управления штуцерами передает сигналы на один или несколько основных штуцеров 110 манифольда 100, применяя любые подходящие средства связи для управления их работой. В общем, сигналы указывают положение штуцера или положение регулирования, подлежащее применению для штуцера 110. Обычно, основные штуцера 110 управляются гидравлически, так что электронные сигналы, передаваемые блоком 52 обработки данных могут управлять соленоидами, клапанами, или т.п. гидравлического силового блока для управления штуцерами 110.
[0094] Как указано в данном документе, два или больше основных штуцеров 110а-Ь можно применять в манифольде 100. Одинаковые сигналы управления штуцерами могут применять для
управления каждым из штуцеров 110а-Ь во время работы некоторых видов, или отдельные сигналы управления штуцерами могут применять для каждого основного штуцера 110а-Ь во время работ других видов. Фактически, основные штуцера 110а-Ь могут иметь отличия, которые можно учитывать в случае применения различных сигналов управления штуцерами.
[0095] В дополнение к средству 60 управления штуцерами, блок 52 обработки данных может эксплуатировать средство 7 0 избирательного управления распределением для управления основными штуцерами 110; вспомогательными штуцерами 12 0; и/или другими клапанами 101, 102, 104, 105 для выбора, на который из многочисленных расходомеров 150 распределять поток для выполнения измерений. Данное средство 7 0 избирательного управления распределением может минимизировать ошибки измерения, связанные с многочисленными расходомерами 150. Как дополнительно рассмотрено в данном документе, средство 70 избирательного управления распределением может работать со средством 60 управления штуцера и основными штуцерами 110 не только для распределения потока по расходомерам 150, но также для управления противодавлением для системы 4 0 управления бурением под управляемым давлением. В дополнение к рассмотренному выше и показанному на фиг. 2-6, детали средства 70 избирательного управления распределением представлены ниже со ссылками на фиг. 8 .
[0096] Если манифольд 100 имеет дублирующие устройства расходомеров 150, установленные последовательно, как рассмотрено ниже со ссылкой на фиг. 9А-9В, тогда блок 52 обработки данных может эксплуатировать средство 8 0 управления резервированием для управления и измерения дублирующими расходомерами 150, установленными последовательно. Детали средства 8 0 управления резервированием описаны ниже со ссылкой на фиг. 9А-9В.
[0097] Если манифольд 100 имеет вспомогательные штуцера 120 ниже по потоку от расходомеров 150, тогда блок 52 обработки данных может эксплуатировать средство 90 управления кавитацией для управления вспомогательными штуцерами 12 0 для уменьшения образования кавитационных пузырьков в выбранных расходомерах
150. В дополнение к рассмотренному выше, детали средства 90 управления кавитацией и применения вспомогательных штуцеров 12 0 приведены ниже со ссылкой на фиг. 10-11.
D. Избирательное управление распределением
[0098] На фиг. 8 показано избирательное управления 200 распределением контроллера манифольда (позиция 50, фиг. 7) в форме блок-схемы последовательности операций. В приведенном ниже рассмотрении делается ссылка одновременно на элементы фиг. 2-7. Как указано в данном документе, клапаны 101, 102, 104, 105 и/или основные штуцера 110 распределительного устройства для манифольда 100 могут направлять поток в подходящего размера расходомер 150 или комплект расходомеров 150 для наилучшего использования способностей выдерживать давления и пропускных способностей и минимизации прогнозируемой ошибки измерения расхода для любого данного расхода.
[0099] Для выполнения указанного, блок 52 обработки данных получает, по меньшей мере периодически, расходы на выходе бурового раствора из ствола 16 скважины (Блок 210) . Расходы можно получать из текущих и прошлых отсчетов расхода, полученных с одного или нескольких расходомеров 150, находящихся в эксплуатации. Здесь блок 52 обработки данных может получать, по меньшей мере периодически, расходы на выходе бурового раствора из ствола 16 скважины, принимая передачу данных обратной связи в виде отсчетов с одного или нескольких применяемых в данный момент расходомеров 150. Альтернативно, отсчеты расхода могут приходить из других источников, таких как многофазный расходомер 2 8 или т.п. в системе 10 бурения.
[00100] Применяя полученные расходы, блок 52 обработки данных управляет давлением выше по потоку в потоке бурового раствора на основе требуемого штуцера и управления скважиной для управления давлением во время бурения и на основе, по меньшей мере частично, отсчетов одного или нескольких расходомеров 150 (Блок 212). В данных работах можно применять средство 60 управления штуцерами для создания противодавления в буровом растворе для управления давлением во время бурения и контроля событий управления скважиной согласно системе 4 0 управления
бурением под управляемым давлением. Детали данных работ рассмотрены выше и здесь не повторяются. В общем хотя, данное средство 60 управления штуцерами управляет одним или несколькими основным штуцером (штуцерами) 110 в манифольде 100, что обусловлено требованиями управления скважиной, выполняются требования противодавления на поверхности, контроля проявлений, контроля поглощения и т.д., связанные с бурением под управляемым давлением.
[00101] Одновременно, или по меньшей мере периодически, блок 52 обработки данных также сравнивает расходы с параметрами функционирования, относящимися по меньшей мере к расходомерам 150 и, если необходимо, основным штуцерам 110 или другим клапанам манифольда 100 (Блок 220) . Указанное выполняется для определения, явлются ли работающие расходомеры 150, применяемые для мониторинга расхода, наиболее подходящими для текущего расхода, давлений потока и т.д. Параметры функционирования для данного сравнения могут включать в себя пропускную способность (222), расчетное давление (224) и ошибки измерения (226), связанные с каждым из расходомеров 150.
[00102] Здесь при определении из одного или нескольких расходомеров 150 того, который выбирают для распределения, можно применять полученный расход и давление в сравнении с пропускной способностью и расчетным давлением для каждого из расходомеров 150. Указанные пропускная способность и расчетное давление (222, 224), в свою очередь, напрямую связаны с известными ошибками измерения (226) для расходомеров 150. Корреляцию данных параметров можно затем применять для выбора расходомеров 150, которые лучше подходят для текущего состояния потока.
[00103] Как альтернатива, упреждающие вводы из системы 40 управления бурением под управляемым давлением или другое, могут диктовать выбор расходомеров 150. Такие упреждающие вводы могут быть основаны на прогнозируемых условиях или текущей работе.
[00104] В итоге, избирательное распределение потока бурового раствора для прохода через один или несколько расходомеров 150 дает минимизацию в целом ошибок измерения (226) в полученных отсчетах с одного или нескольких выбранных
расходомеров 150. В одном частном соображении для достижения этого, блок 52 обработки данных может сравнивать полученные расходы с ошибкой измерения, связанной с каждым из расходомеров 150, и выбирать комбинацию расходомеров 150, которая минимизирует в целом ошибку.
[00105] На основе сравнений, указанных выше, блок 52 обработки данных определяет один или несколько расходомеров 150 для выбора пути для распределения потока (Блок 230), и блок 52 обработки данных затем избирательно распределяет поток бурового раствора для прохода через один или несколько выбранных расходомеров 150 (Блок 232). В зависимости от распределительного устройства манифольда 100, выбор распределения потока может включать в себя приведение в действие клапанов (101, 102, 104, и 105) и/или приведение в действие штуцера (110) для направления потока бурового раствора через выбранный расходомер 150.
[00106] Например, в распределительном устройстве фиг. 3-5, выбор для распределения потока для прохода через данный расходомер 150 может включать в себя приведение в действие соответствующего штуцера 110 для данного расходомера 150 при условии открытия клапанов 101, 102 ветви. Альтернативно, если клапаны 101, 102 являются управляемыми в распределительном устройстве фиг. 3-5, выбор для распределения потока для прохода через данный расходомер 150 может включать в себя приведение в действие клапанов 101, 102 ветви. Как другой пример, в распределительном устройстве фиг. б, выбор для распределения потока для прохода через данный расходомер 150 может включать в себя приведение в действие соответствующих клапанов 104, 105 ветви, поскольку выбор расходомера 150 не зависит от функционирования штуцера 110 совместного использования.
[00107] Поскольку применение штуцера (штуцеров) 110 для управления давлением имеет прямое воздействие на расходы и давления при проходе через расходомеры 150, и в некоторых устройствах может даже диктовать расходомер 150, принимающий поток, способ выбора пути потока через расходомер 150 на основе расхода (Блок 230) можно выполнять в соединении со способом управления давлением выше по потоку штуцером 110 (Блок 212) .
Альтернативно, можно применять последовательное устройство способа 200, в котором давлением выше по потоку управляет штуцер 110 (Блок 212) и затем выбирают пути потока (Блок 230), или в котором выбирают пути потока (Блок 230) и затем давлением выше по потоку управляет штуцер 110 (Блок 212).
[00108] В данном случае, управляя работой одного или нескольких клапанов и/или штуцеров (101, 102, 104, 105, 110), блок 52 обработки данных может управлять давлением выше по потоку в потоке бурового раствора (Блок 212), одновременно с выбором распределения потока бурового раствора для прохода через один или несколько из множества расходомеров 150 (Блок 230) . Альтернативно, управляя работой одного или нескольких клапанов и/или штуцеров (101, 102, 104, 105, 110), блок 52 обработки данных может управлять давлением выше по потоку в потоке бурового раствора (Блок 212) отдельно от выбора распределения для прохода через один или несколько из множества расходомеров 150 (Блок 230).
[00109] Как один пример, применяя полученные расходы в сравнении с пропускными способностями для каждого из расходомеров 150, блок 52 обработки данных может определить момент, когда расход достигает некоторого порога при имеющемся средстве управления штуцером. В данной точке блок 52 обработки данных может приводить в действие другой клапан (101, 102, 104 и 105) или штуцер (110) на распределительном устройстве для открытия и обеспечения прохода потока по другой ветви и входа в другой расходомер 150 для обеспечения пропуска потока с более высоким расходом через него. Указанное может диктовать необходимость некоторого повторного регулирования средств 60 управления штуцерами для функционирующих штуцеров 110.
[00110] Когда поток распределен согласно выбору, способ 200 принимает данные обратной связи для получения расходов (Блок 210), как для управления давлением выше по потоку для средств 60 управления штуцерами (Блок 212), так и для сравнения расходов и выбора путей потока (Блоки 220-230).
[00111] Как один пример для распределения потока бурового раствора, блок 52 обработки данных может распределять поток
текучей среды для прохода через первый из одного или нескольких расходомеров 150а на основе первого уровня полученных расходов, и может распределять поток бурового раствора для прохода через второй из одного или нескольких расходомеров 150Ь и не через первый расходомер 150а на основе второго уровня полученных расходов. Первый расходомер 150а может иметь первую пропускную способность, и второй расходомер 150Ь может иметь вторую пропускную способность, которая больше или меньше первой пропускной способности.
[00112] Как другой пример для распределения потока бурового раствора, блок 52 обработки данных может распределять поток бурового раствора для прохода через первый из одного или нескольких расходомеров 150а на основе первого уровня полученных расходов и может распределять поток бурового раствора для прохода через первый расходомер 150а и второй из одного или нескольких расходомеров 150Ь на основе второго уровня полученных расходов. Первый расходомер 150а может иметь первую пропускную способность, и второй расходомер 150Ь может иметь вторую пропускную способность, которая может быть одинаковой с первой пропускной способностью или отличающейся от нее.
[00113] Понятно, что с пользой для настоящего изобретения другие примеры для распределения потока бурового раствора можно расширить для применения больше двух расходомеров 150. Соответственно, варианты выбора, рассмотренные выше, могут быть расширены с увеличением числа расходомеров 150 и добавлением пропускной способности. Расчетное давление и ошибки измерения можно также применять для сравнения, как раскрыто в данном документе.
[00114] В кратком изложении, выполнение маршрутизации потока для минимизации ошибки измерения расхода в режиме реального времени зависит от отношения общего расхода и точности измерения (ошибки) в сравнении с имеющейся группой расходомеров 150. Указанное выполняют, сравнивая требуемую пропускную способность, применяемые расходомеры или имеющиеся для применения, и точность измерения (ошибки) расходомеров. Затем, распределение по расходомерам оптимизируют на основе сравнения
для минимизации ошибки измерения расхода.
[00115] Выполнение маршрутизации потока также интегрировано в средство 60 управления штуцера для бурения под управляемым давлением и применяет передачу данных давления с обратной связью. Указанное выполняют, сравнивая требуемую пропускную способность, применяемые расходомеры 150 или имеющиеся для применения, и противодавление на поверхности, требуемое для работы. Затем распределение по расходомерам 150 с применением основного штуцера 110 оптимизируют на основе сравнения для получения требуемого противодавления на поверхности.
[00116] Для манипуляций с путями потока после распределения потока для прохода по выбранным расходомерам 150 (Блок 232), блок 52 обработки данных может дополнительно оценивать или получать давления потока бурового раствора в выбранных расходомерах 150 (Блок 240). На основе указанного, блок 52 обработки данных может управлять давлениями в выбранных расходомерах 150, управляя работой вспомогательного штуцера (штуцеров) 12 0 совместного использования или последовательно присоединенного ниже по потоку от расходомеров 150 (Блок 242) . Как отмечено выше, например, штуцер 12 0 может быть установлен после каждого из расходомеров 150, соединенных параллельно, для увеличения давления внутри каждого расходомера 150 и уменьшения воздействия отделения газа на точность расходомера. Альтернативно, несколько расходомеров 150 могут совместно использовать обычный, расположенный ниже по потоку штуцер 120. Как указано в данном документе, применение расположенного ниже по потоку штуцера 12 0 может предотвращать выход текучей среды из раствора в расходомерах 150, который может подрывать их функциональные возможности выполнения измерений. Дополнительные детали указанного управления рассмотрены ниже.
Е. Виды расходомеров
[00117] Расходомеры 150 различных видов можно применять для манифольда 100, и при выборе расходомеров 150 согласно средствам управления, раскрытым в данном документе, можно использовать выгоды расходомеров 150 различных видов в манифольде 100. Как раскрыто в данном документе, например, для манифольда 100 можно
применять один или несколько расходомеров Кориолиса, которые могут измерять массовый расход среды, проходящей через трубную разводку. Среда проходит через расходомерную трубу, вставленную в линию в трубной разводке и вибрирует во время эксплуатации, при этом среда подвергается воздействию сил Кориолиса. Под действием данных сил, впускной и выпускной участки расходомерной трубы совершают колебания, не совпадающие по фазе относительно друг друга, и абсолютная величина разности фаз обеспечивает измерения для выведения массового расхода.
[00118] Применение расходомера Кориолиса может обеспечивать ряд преимуществ. Расходомер Кориолиса не ограничен измерением текучей среды только одного вида, и расходомер может проводить измерения для суспензий газа и жидкостей, при этом изменения свойств (температуры, плотности, вязкости и состава) не оказывают отрицательного влияния на показатели работы расходомера. Дополнительно, в расходомере Кориолиса применяют расходомерные трубы и не требуются механические компоненты для размещения в тяжелых условиях потока бурового раствора.
[00119] Для вариантов применения с высоким давлением для манифольда 100 можно применять один или несколько турбинных расходомеров вместо расходомера Кориолиса для выполнения требуемых измерений. Точность турбинного расходомера при измерении в полном диапазоне расходов может уступать расходомеру Кориолиса. Фактически, бурение под управляемым давлением обычно требует высокого уровня точности измерения расхода, так что применение турбинного расходомера может оказаться неприемлемым по меньшей мере при некоторых расходах. Однако, турбинный расходомер может обеспечивать приемлемые отсчеты при более высоких расходах, не подходящих для расходомера Кориолиса в манифольде 10 0.
[00120] В манифольде 100 можно также применять расходомеры других видов, с более высоким расчетным давлением, чем у расходомера Кориолиса. Например, в манифольде 100 можно применять один или несколько расходомеров V-cone (с конической вставкой). Расходомер V-cone может иметь расчетное давление до 10000 фунт/кв.дюйм (69 МПа), а сегодняшний расходомер Кориолиса
в работе может иметь только расчетное давление до 1850 фунт/кв.дюйм (13 МПа).
[00121] Как пример, в манифольде 100 можно применять комплект уменьшенных расходомеров V-cone, соединенных параллельно в манифольде 100. Каждый расходомер V-cone может быть внутренне отрегулирован на самую высокую точность для данного расхода. Например, манифольд 100, фиг. 4 может иметь комплект из трех 4-1/16 - дюймовых (105 мм) расходомеров 150а-с типа V-cone. Первый расходомер 150а типа V-cone может быть внутренне выполнен с возможностью измерения расхода от 50 до 200 галл/мин (0,2-0,8 м3/мин) с самой высокой точностью. Второй Расходомер 150Ь типа V-cone может работать с расходом от 200 до 400 галл/мин (0,8-1,6 м3/мин), а третий расходомер 150с типа V-сопе может измерять расход от 400 до 600 галл/мин (1,6-2,4 м3/мин) .
[00122] Все три расходомера 150а-с типа V-cone вместе могут измерять расход до 1200 галл/мин (4,6 м3/мин) с высокой точностью в диапазоне между 50 и 12 0 0 галл/мин (0,2-4,6 м3/мин). Можно обеспечивать дроссель в обвязке превенторов 110а-с впереди каждого расходомера 150а-с типа V-cone для надлежащего дросселирования потока между расходомерами 150а-с типа V-cone, при этом также управляя давлением в стволе скважины.
[00123] В манифольде 100 можно также применять расходомеры Кориолиса отличающихся конструкций. Например, в манифольде 100 можно применять один или несколько расходомеров Кориолиса с прямой трубой с высоким расчетным давлением вместо обычного расходомера Кориолиса с кривой трубой. Расходомер Кориолиса с прямой трубой в общем имеет точность ниже при низких расходах, чем расходомеры Кориолиса с большой кривой трубой. Тем не менее, расходомер Кориолиса с прямой трубой можно применять в распределении с расходомером Кориолиса с кривой трубой. В дополнение, комбинацию меньших расходомеров Кориолиса с прямой трубой можно применять в устройстве и можно получить точность одного расходомера Кориолиса с кривой трубой, при этом подняв расчетное давление для соответствия остальному манифольду 100.
[00124] Наконец, различные расходомеры 150 и/или штуцера
110, 12 0 для манифольда 100 можно заключать в индивидуальные контейнеры или рамы. Надежная изолирующая система, обычно, дроссельные или шаровые задвижки для манифольда 100 могут размещаться снаружи данных контейнеров или рам. Таким способом можно уменьшить площадь, занимаемую манифольдом 100 для бурения под управляемым давлением, что упрощает установку манифольда 100 на буровом полу. Система модульных оснований, как показано и описано (например, надежно изолированное модульное основание и модульные основания штуцера и расходомера с одинаковыми или отличающимися расходомерами 150) должны обеспечивать нужную эффективность изготовления, развертывания и обслуживания, даже когда требуется средство управления бурения под управляемым давлением индивидуального изготовления для конкретной буровой установки и/или под план бурения. F. Дублирующие расходомеры
[00125] В других устройствах штуцерные манифольды 100 настоящего изобретения могут иметь дублирующие расходомеры, установленные последовательно, и контроллер (50) может применять средство (80) управления резервированием для мониторинга расхода и маршрутизации потока. Например, на фиг. 9А показана схема штуцерного манифольда 100, имеющего дублирующие расходомеры 150, 160, установленные последовательно ниже по потоку от штуцера (штуцеров) 110а-Ь совместного использования. Расходомеры 150, 160 могут быть одинаковыми или отличающимися друг от друга и могут работать одновременно или в разные периоды времени. Фактически, в зависимости от применяемой трубной системы и арматуры, 101, 103 и их конфигурирования в такие периоды времени, поток может проходить на расходомеры 150, 160 последовательно или частично параллельно, как требуется.
[00126] Как один пример, данные расходомеры 150, 160 могут быть одинаковыми друг с другом и могут работать одновременно для выполнения дублирующих измерений одного потока приблизительно в одно время. Указанное может обеспечивать дополнительную верификацию точности отсчетов с расходомеров 150, 160. Если сравнимые отсчеты получены с обоих расходомеров 150, 160, тогда контроллер (50) манифольда может определить, что либо оба
функционируют надлежащим образом или оба функционируют ненадлежащим образом. Скорее всего, вместе с тем, что имеет место первый случай. Если два расходомера 150, 160 имеют отсчеты, которые отличаются друг от друга в статистически значительной степени, тогда контроллер (50) манифольда может определить, что один из расходомеров 150, 160 неисправен. В данном случае трубную разводку и арматуру 101, 103 между двумя расходомерами 150, 160 можно применять для избирательной маршрутизации потока для выполнения измерений только одним из расходомеров 150, 160, по существу, изолируя другой.
[00127] На фиг. 9В показана схема другого манифольда 100, имеющего дублирующие расходомеры 150a-d, 160a-d для нескольких параллельных ветвей. Например, каждая ветвь, как показано, может иметь два одинаковых расходомера 150a-d, 160a-d для одновременной работы и взятия дублирующих отсчетов. Различные выгоды такого устройства, как на фиг. 9В, следуют из выгод, рассмотренных выше, связанных с параллельными ветвями и дублирующими расходомерами 150, 160 на ветви.
[00128] Понятно, что выигрышные для настоящего изобретения, любые из конфигураций манифольдов 100, раскрытых в данном документе, имеющих параллельные расходомеры, могут выигрывать также от применения дублирующих расходомеров 160. Поэтому, каждая из различных конфигураций возможных для манифольдов 100 не представлена здесь, но ее можно конфигурировать, как прогнозируемую на основе уже предложенных идей настоящего изобретения.
G. Управление кавитацией
[00129] Как отмечено выше, штуцера 120, клапаны, дроссельные отверстия и т.п. могут быть установлены ниже по потоку от одного или нескольких расходомера (расходомеров) 150 для управления давлением в расходомере (расходомерах) 150. Например, каждая параллельная ветвь на фиг. 3, 4 и т.д. может иметь вспомогательный управляемый штуцер 120. Альтернативно, комплект из нескольких ветвей на фиг. 6 может совместно использовать вспомогательный управляемый штуцер 120. Фактически, штуцерный манифольд 100 имеющий один расходомер 150 может иметь
управляемый штуцер 12 0, как показано на фиг. 10, ниже по потоку от расходомера 150.
[00130] Для каждого из данных устройств управляемого штуцера (штуцеров) 120, контроллер (50) манифольда 100 может управлять работой одного или нескольких управляемого штуцера (штуцеров) 120, применяя управление кавитацией, (90), рассмотренное кратко выше. В свою очередь, управляемый штуцер (штуцера) 120 могут минимизировать проблемы, связанные с газообразованием, кавитацией, вскипанием, выделением газа при переходе из растворенного в свободное состояние и т.д., которые могут уменьшать точность измерений расходомера.
[00131] Как отмечено выше и показано на фиг. 7, средство 90 управления кавитацией может управлять одним или несколькими автоматизированным клапаном (клапанами) или штуцером (штуцерами) 120 ниже по потоку от расходомера (расходомеров) 150 в манифольде 100. Детали способа 300 управления кавитацией представлены в форме блок-схемы последовательности операций на фиг. 11. Для простоты рассмотрения сделаны ссылки на манифольд 100, фиг. 10, имеющий один расходомер 150 и вспомогательный штуцер 120. Все равно понятно, что средство 90 управления кавитацией, раскрытое в данном документе, можно успешно применять и расширять для управления кавитацией, связанной с многочисленными расходомерами 150 и штуцерами 12 0 в параллельных ветвях или с (многочисленными) расходомерами 150, 160 и штуцерами 110, 150, установленными последовательно, как в других вариантах осуществления, раскрытых в данном документе.
[00132] В способе 300 управления кавитацией на фиг. 11 получают параметры, связанные с давлением, расходами, работе расходомеров, положениями штуцеров и т.д. (Блок 302) . С применением двух методик способ 300 может опираться на передачу данных обратной связи измерений давления, снятых перед до и после расположенного выше бурового штуцера в обвязке превенторов 110 (Блок 3 04) и/или может опираться на сигналы передачи данных обратной связи, связанные с расходомером 150 (Блок 306).
[00133] В первой методике измерения давления, снятые выше по потоку и ниже по потоку (Блок 304) с обеих сторон
расположенного выше по потоку дросселя в обвязке превенторов 110, можно применять для формулы для числа кавитации, о (Блок 310) . Как указано выше, число кавитации, о является безразмерным коэффициентом, который связывает давление выше по потоку, давление ниже по потоку и давление насыщенного пара для данной температуры для характеризации момента, когда кавитация и выделение газа при переходе из растворенного в свободное состояние способны возникать.
[00134] В способе 300 вычисленный коэффициент о можно сравнивать с прогнозируемой величиной кавитации расположенного выше по потоку штуцера 110 для данного положения штуцера 110 в контроллере 50 манифольда (Решение 312) . Когда число кавитации, о становится близким прогнозируемой величине кавитации (да, позиция 312), контроллер 50 может управлять работой расположенного ниже по потоку штуцера 12 0, например, частично закрывая расположенный ниже по потоку штуцер 12 0 до нового вычисленного положения для уменьшения возможности воздействия кавитации и выделения газа при переходе из растворенного в свободное состояние на соответствующий расходомер 150 (Блок 320) .
[00135] Дополнительно, когда расположенный ниже по потоку штуцер 12 0 немного закрывается до нового положения, расположенный выше по потоку штуцер 110 может требовать небольшого открытия для противодействия любому сопутствующему повышению давления выше по потоку и приведения давления обратно с понижением до величины, требуемой основной системой для бурения под управляемым давлением, (40). Соответственно, в способе 300 управления кавитацией управление расположенным ниже по потоку штуцером 12 0 может быть связано с основной системой для бурения под управляемым давлением (40), как уже показано на фиг. 7. Применяя данную связь, в способе 300 управления кавитацией можно определить, поднялось ли давление выше по потоку выше приемлемого предела вследствие закрытия расположенного ниже по потоку штуцера 12 0 (Решение 322) . Если да, то расположенный выше по потоку штуцер 110 открывается на
вычисленную величину до нового положения для противодействия повышению давления выше по потоку и приведения давления обратно с понижением до величины, требуемой основной системой 4 0 управления бурением под управляемым давлением (Блок 324).
[00136] В второй методике способ 300 управления кавитацией в получении параметров (Блок 302) может опираться на сигналы, передаваемые с расходомера 150, различных датчиков давления и индикатора положения штуцера (Блок 306) , как передачи данных обратной связи для регулирование привода вспомогательного штуцера 120, расположенного ниже по потоку от расходомера 150. В частности, на сигналы с расходомера 150 влияет количество газа в текучей среде, и часть выделения газа при переходе из растворенного в свободное состояние в расходомере 150 может быть обусловлена работой основного штуцера (штуцеров) 110 и/или может быть обусловлена вскипанием или другой проблемой.
[00137] Естественно, газ в расходомере 150 может приходить из скважины (т.е., в результате газопроявления). В данном случае режим работы расположенного выше по потоку штуцера 110 и любое число кавитации, связанное со штуцером 110, могут не играть большой роли для создания помех от газа в работе расходомера 150 или возможного выполнения расходомером 150 точных отсчетов. Все равно, решение для поддержания надлежащей работы расходомера 150 является одинаковым с раскрытым в данном документе и продолжаются мероприятия по поддержанию достаточного давления для минимизации объема газ при его проходе через расходомер 150.
[00138] Формула числа кавитации также применима к таким проблемам, как кавитация, вскипание газопроявление и т.д., которые могут возникать в данных обстоятельства. Когда текучая среда с высоким газосодержанием входит в расходомер 150, выходные сигналы расходомера 150 изменяются. То есть, параметры расходомера, такие, как падение напряжения, приводной коэффициент усиления и частота реакции для расходомера Кориолиса могут изменяться. Расходомеры 150 других видов, иные чем расходомер Кориолиса, могут иметь сравнимые изменения различных параметров в ответ на более высокие концентрации газа в потоке. Когда доля газа в текучей среде поднимается выше некоторого
порога, снимаемые падения напряжения и измеренная плотность уменьшаются, а частота реакции и приводной коэффициент усиления увеличиваются.
[00139] Данные параметры расходомера можно применять для помощи в определении момента появления газа в расходомере 150. Конкретнее, данные параметры расходомера можно применять для количественной оценки свойств потока и измерений плотности. Данное количество можно регулировать в пределах ограничений взаимосвязи давления и качества измерений, а также давления разрыва расходомера.
[00140] В завершение, данная вторая методика может обеспечивать детали качества газа в текущей среде, что больше, чем просто наличие газа. Более конкретно, по второй методике можно количественно оценивать состояние смеси, то есть то, что фактически уменьшает функциональные возможности расходомера по измерению плотности и расхода. Прежде всего, сигналы по параметрам расходомера с расходомера 150 могут показывать момент, когда получают высокий процент газа в текучей среде, даже когда одни сигналы могут быть недостаточными, чтобы отличить газ, поступающий из скважины, газ, поступающий от кавитации в штуцере 110 или газ, полученный от вскипания, подъема и т.д.
[00141] Соответственно, способ 300 управления кавитацией реализует определение источника газа, который присутствует в текучей среде. Для выполнения указанного, в способе сравнивают параметры расходомера (например, падения напряжения, приводной коэффициент усиления, и частотное реагирование) расходомера
(расходомеров) 150 с эмпирическими таблицами или другими сохраняемыми данными, которые коррелируют с данными сигналами для сравнения с данными положений штуцера и измерений давления
(Блок 320) . Указанные сохраненные данные корреляции могут являться эмпирически компилированной информацией, полученной посредством испытаний и моделирования, и могут быть сохранены в поисковых таблицах (55Ь) или другом формате в базе данных контроллера (позиция 54, фиг. 7).
[00142] На основе указанного сравнения контроллер 50 может
обнаруживать, какая часть выделения газа при переходе из растворенного в свободное состояние обусловлена основным штуцером (штуцерами) 110 (Блок 322) . Например, когда газовые сигналы для расходомера (расходомеров) 150 согласуются с прогнозируемыми числами, обусловленными перемещением основного штуцера (штуцеров) 110, в способе 300 управления кавитацией можно отличить первый газ, который выходит в скважине и второй газ, который поступает от кавитации на расположенном выше по потоку штуцере (штуцерах) 110.
[00143] На основе знания, какая часть выделения газа при переходе из растворенного в свободное состояние обусловлена основным штуцером (штуцерами) 110, а какая нет, в способе 300 управления кавитацией можно применять вспомогательный штуцер соответственно (Блок 320), определять изменилось ли давление выше по потоку, с превышением порога (Блок 322), и применять расположенный выше по потоку штуцер 110, если необходимо (Блок 324) .
[00144] Одну или обе описанных выше методики можно применять для управления вторым, расположенным ниже по потоку штуцером (штуцерами) 12 0 и поддержания точности соответствующего расходомера (расходомеров) 150, посредством уменьшения ошибки, обусловленной кавитацией. Данный способ 300 управления кавитацией можно применять для одного расходомера 150 манифольда 100, имеющего один или несколько расположенный выше по потоку штуцер (штуцера) 110 и расположенный ниже по потоку штуцер 12 0 (например, фиг. 10) и, аналогично, можно применять для различных устройств, описанных в данном документе, имеющих многочисленные штуцера 110/120 и расходомеры 150/160 (см., например, фиг. 3-6, 9А-9В).
[00145] Применение соотношения давления для определения числа кавитации, как изложено выше, предлагает упрощенное определение, которое можно в общем применять. В целом, проще измерить давления выше по потоку/ ниже по потоку, и формула для определения числа кавитации с применением измеренных давлений не требует характеризации многочисленных деталей, которые дроссельный клапан включает в себя. Все равно, можно применять
более детальные вычисления, такие как вычисления критического числа кавитации, что может иметь преимущества в определении момента наступления кавитации и испарения при вскипании.
[0014 6] Как указано выше, применение противодавления с вспомогательным штуцером 120, как раскрыто в данном документе, может умерить выделение газа при переходе из растворенного в свободное состояние, обусловленное испарением при вскипании в дополнение к кавитации. Как указано выше, испарение при вскипании происходит в результате падения давления при проходе потока через сужение, где давление ниже по потоку ниже давления насыщенного пара, а <1. Кавитация возникает в диапазоне ниже некоторого критического числа кавитации и о> 1. Как также отмечено выше, критическое число кавитации может фиксировать действие локальных градиентов скорости и давления на основном штуцере 110 вместо простого ввода-вывода числа кавитации. Соответственно, в способе 300 управления кавитацией можно применять данные факторы критического числа кавитации, давления насыщенного пара, градиентов локальной скорости, давления и т.п. для определения противодавления, прикладываемого вспомогательным штуцером 12 0, и уменьшения выделения газа при переходе из растворенного в свободное состояние.
[00147] Например, в способе 300 управления кавитацией можно применять величины от изготовителей штуцера для критического числа кавитации, как коэффициент в вычислениях, связанных с кавитацией и выделением газа при переходе из растворенного в свободное состояние. Например, изготовитель клапана может дать критическое число кавитации, равное 2 (соотношение давления измеренного выше по потоку и ниже по потоку) для своего штуцера. Альтернативно, изготовитель может дать критическое число кавитации, равное 3,5 для 10% закрытия и может варьировать величину от 3,5 до 12 в зависимости от положения клапана. В способе 300 управления кавитацией можно применять данные представленные величины.
[00148] Предпочтительно, вместе с тем, в способе 300 управления применяют поисковые таблицы 55Ь (например, данные в
виде графиков, диаграмм или таблиц) которые дают измеренные показатели работы расходомера(относящиеся к количеству и качеству кавитации газа в текущей среде) в сравнении с измерениями положения клапана и давлений, снятыми в манифольде 100. Дополнительно, можно учитывать больше деталей геометрии штуцерного клапана и изменяющиеся факторы критического числа кавитации, связанные со штуцерным клапаном 22 можно характеризовать более конкретно в поисковых таблицах 55Ь для показателей работы расходомера.
[00149] В ситуация выделения газа после падения давления, не смешивающегося для обратного поглощения, в способе 300 управления кавитацией можно оценивать, сколько вовлеченного газа обычно выделяется из раствора (считая, что нет проявления) для данного падения давления /положения штуцера. Оценку можно получить, применяя табличные данные в поисковых таблицах 55Ь или т.п. для данной текучей среды (вода или буровой раствор на нефтяной основе) при некоторых измеренных параметрах (температура, плотность, давление и т.д.). В свою очередь, в способе 300 можно управлять вспомогательным штуцером 120 для минимизации эффекта выделения газа при переходе из растворенного в свободное состояние на основном штуцере 110. Как указано выше, когда вовлеченные газы выделены из раствора, их способность смешиваться обратно с раствором низкая. Соответственно, добавление противодавление от вспомогательного штуцера 12 0 может сжимать данные газы и поднимать плотность в целом.
[00150] Часть контура управления с обратной связью для способа 300 может опираться на прогнозируемое количество выделения газа при переходе из растворенного в свободное состояние и последующее сжатие данных газов. Закон идеального газа может помочь в данных условиях. Как известно, закон
Р = р-Т
идеального газа можно выразить формулой м , где Р давление
газа; р плотность газа; М молярная масса; R постоянная идеального газа; и Т температура газа. Как понятно из закона идеального газ, добавляя противодавление с помощью вспомогательного штуцера
12 0 можно уменьшить объем газа и поднять в целом плотность текучей среды/ газовой смеси, при этом уменьшая возможность выхода газов из раствора.
[00151] Как раскрыто в данном документе, штуцера 110/120 можно применять не только для управления противодавлением, но можно применять для управления направлением потока (т.е., маршрутизацией и открытием/закрытием пути потока). В общем, штуцера 110/120 могут не иметь функциональных возможностей полного закрытия и могут давать некоторые протечки. Поэтому, может потребоваться применение шаровых клапанов вместо шиберных клапанов для управления направлением потока. Фактически, некоторый из различных клапанов 101, 102, 104, 105 и т.д. могут быть шаровыми или шиберными клапанами, автоматически управляемыми исполнительными механизмами для управления направлением потока согласно целям, раскрытым в данном документе.
[00152] Приведенное выше описание предпочтительных и других вариантов осуществления не служит для ограничения или уменьшения объема, а также применимости патентоспособных концепций, предложенных Заявителями. Понятно, что для настоящего изобретения признаки, описанные выше, согласно любому варианту осуществления или аспекту раскрытого объекта изобретения можно применять, либо индивидуально, или в комбинации с любым другим описанным признаком в любом другом варианте осуществления или аспекте раскрытого объекта изобретения.
Раскрывая патентоспособные концепции, содержащиеся в данном документе, Заявители имеют все патентные права, согласно прилагаемой формулы изобретения. Прилагаемая формула изобретения включает в себя все модификации и изменения, относящиеся к объему по пунктам следующей формулы или их эквивалентам.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ бурения ствола скважины с помощью системы бурения, осуществляют:
получение измерения расхода бурового раствора на выходе из ствола скважины;
управление одним или несколькими клапанами системы бурения давлением выше по потоку потока бурового раствора в стволе скважины, по меньшей мере частично, на основе полученного измерения; и
избирательное распределение потока бурового раствора на выходе из ствола скважины для прохода через один или несколько из множества расходомеров системы бурения по меньшей мере частично, на основе полученного измерения.
2. Способ по п. 1, в котором получение измерения расхода бурового раствора на выходе из ствола скважины, содержит получение, по меньшей мере периодически, измерения с одного или нескольких выбранных расходомеров.
3. Способ по п. 2, в котором получение, по меньшей мере периодически, измерения с одного или нескольких выбранных расходомеров содержит получение массового расхода бурового раствора, как измерения с применением одного или нескольких выбранных расходомеров.
4. Способ по п. 1, в котором избирательное распределение потока бурового раствора на выходе из ствола скважины для прохода через один или несколько из множества расходомеров по меньшей мере частично, на основе полученного измерения содержит определение одного или нескольких расходомеров, выбираемых из множества расходомеров, для распределения с помощью сравнения расхода полученного измерения с пропускной способностью каждого из расходомеров.
5. Способ по п. 1, в котором избирательное распределение потока бурового раствора на выходе из ствола скважины для прохода через один или несколько из множества расходомеров по меньшей мере частично, на основе полученного измерения, содержит определение одного или нескольких расходомеров, выбираемых из множества расходомеров, для распределения с помощью сравнения
2.
давления полученного измерения с расчетным давлением каждого из расходомеров.
6. Способ по п. 1, в котором избирательное распределение потока бурового раствора на выходе из ствола скважины для прохода через один или несколько из множества расходомеров по меньшей мере частично, на основе полученного измерения, содержит минимизацию ошибки измерения, полученного с одного или нескольких из множества расходомеров.
7. Способ по п. б, в котором минимизация ошибки измерения содержит определение одного или нескольких расходомеров, выбираемых из множества расходомеров, для распределения, с помощью сравнения полученного измерения с ошибкой измерения каждого из расходомеров.
8. Способ по п. 1, в котором управление давлением выше по потоку и избирательное распределение потока бурового раствора содержит управление давлением выше по потоку потока бурового раствора в стволе скважины одновременно с выбором распределения потока бурового раствора для прохода через один или несколько из множества расходомеров.
9. Способ по п. 1, в котором управление давлением выше по потоку и избирательное распределение потока бурового раствора содержит управление давлением выше по потоку потока бурового раствора в стволе скважины отдельно от выбора распределения для прохода через один или несколько из множества расходомеров.
10. Способ по п. 1, в котором управление одним или несколькими клапанами системы бурения давлением выше по потоку потока бурового раствора в стволе скважины, по меньшей мере частично, на основе полученного измерения, содержит регулирование давления выше по потоку с помощью управления работой по меньшей мере одного первого из одного или нескольких клапанов выше по потоку по меньшей мере от одного из одного или нескольких выбранных расходомеров.
11. Способ по п. 10, дополнительно содержащий регулирование давления выше по потоку по меньшей мере внутри по меньшей мере одного выбранного расходомера с применением по меньшей мере одного второго из клапанов ниже по потоку по меньшей мере от
10.
одного выбранного расходомера в ответ на регулирование по меньшей мере одного первого клапана.
12. Способ по п. 11, дополнительно содержащий повторное регулирование по меньшей мере одного первого клапана в ответ на регулирование по меньшей мере одного второго клапана.
13. Способ по п. 11, в котором регулирование давления выше по потоку по меньшей мере внутри по меньшей мере одного выбранного расходомера с применением по меньшей мере одного второго клапана содержит определение некоторой части выделения газа при переходе из растворенного в свободное состояние по меньшей мере в одном выбранном расходомере, обусловленное по меньшей мере одним первым клапаном, и регулирование по меньшей мере одного второго клапана на основе определения.
14. Способ по п. 13, в котором определение части выделения газа при переходе из растворенного в свободное состояние по меньшей мере в одном выбранном расходомере, обусловленное по меньшей мере одним первым клапаном, содержит сравнение одного или нескольких рабочих параметров по меньшей мере одного выбранного расходомера с эмпирической информацией, связанной по меньшей мере с одним выбранным расходомером.
15. Способ по п. 11, в котором регулирование давления выше по потоку по меньшей мере внутри по меньшей мере одного выбранного расходомера с применением по меньшей мере одного второго клапана содержит вычисление числа кавитации на основе давления, измеренного относительно по меньшей мере одного выбранного расходомера, и определения, что число кавитации отличается от прогнозируемой величины для числа кавитации для текущего положения по меньшей мере одного первого клапана.
16. Способ по п. 1, в котором избирательное распределение потока бурового раствора для прохода через один или несколько из множества расходомеров системы бурения, по меньшей мере частично, на основе полученного измерения, содержит распределение потока бурового раствора для прохода через первый из одного или нескольких выбранных расходомеров на основе первого уровня полученного измерения, и распределение потока бурового раствора для прохода через второй из одного или
12.
нескольких выбранных расходомеров и не первый расходомер на основе второго уровня полученного измерения.
17. Способ по п. 16, в котором распределение потока бурового раствора для прохода через первый расходомер содержит наличие первой пропускной способности для первого расходомера; и распределение потока бурового раствора для прохода через второй расходомер содержит наличие второй пропускной способности для второго расходомера, отличающейся от первой пропускной способности.
18. Способ по п. 1, в котором избирательное распределение потока бурового раствора для прохода через один или несколько из множества расходомеров системы бурения, по меньшей мере частично, на основе полученного измерения, содержит распределение потока бурового раствора для прохода через первый из одного или нескольких выбранных расходомеров на основе первого уровня полученного измерения, и распределение потока бурового раствора для прохода через первый расходомер и второй из одного или нескольких выбранных расходомеров на основе второго уровня полученных измерений.
19. Способ по п. 18, в котором распределение потока бурового раствора для прохода через первый расходомер содержит наличие первой пропускной способности для первого расходомера; и распределение потока бурового раствора для прохода через второй расходомер содержит наличие второй пропускной способности для второго расходомера одинаковой с первой пропускной способностью или отличающейся от нее.
20. Устройство для бурения с управляемым давлением ствола
скважины, содержащее:
множество расходомеров, соединенных параллельно для сообщения текучей средой; и
распределитель в сообщении текучей средой между стволом скважины и множеством расходомеров и выполненный с функциональной возможностью избирательного направления потока бурового раствора на выходе из ствола скважины на один или несколько из множества расходомеров.
21. Устройство по п. 20, в котором расходомеры каждый имеет
одинаковую пропускную способность или имеют по меньшей мере две отличающиеся пропускные способности.
22. Устройство по п. 20, в котором расходомеры представляют
собой расходомеры одного типа или представляют собой расходомеры
по меньшей мере двух отличающихся типов.
23. Устройство по п. 20, дополнительно содержащее по меньшей мере один первый клапан в сообщении текучей средой выше по потоку от распределителя, причем по меньшей мере один первый клапан выполнен с функциональной возможностью управления давлением выше по потоку в потоке бурового раствора.
24. Устройство по п. 23, дополнительно содержащее по меньшей мере один второй клапан в сообщении текучей средой ниже по потоку от распределителя, причем по меньшей мере один второй клапан выполнен с функциональной возможностью управления давлением в одном или нескольких выбранных расходомерах.
25. Устройство по п. 20, в котором распределитель содержит множество первых клапанов, каждый в сообщении текучей средой выше по потоку от соответствующего одного из расходомеров.
26. Устройство по п. 25, в котором каждый из первых клапанов выполнен с функциональной возможностью управления давлением выше по потоку в потоке бурового раствора.
27. Устройство по п. 25, в котором каждый из первых клапанов выполнен с функциональной возможностью обеспечения и отклонения избирательного направления потока бурового раствора, проходящего через соответствующий один из расходомеров.
28. Устройство по п. 25, дополнительно содержащее множество вторых клапанов, каждого в сообщении текучей средой ниже по потоку от соответствующего одного из расходомеров, причем каждый из вторых клапанов выполнен с функциональной возможностью управления давлением выше по потоку в соответствующем одном из расходомеров.
29. Устройство по п. 20, в котором распределитель содержит по меньшей мере один клапан в сообщении текучей средой ниже по потоку от одного или нескольких расходомеров, причем по меньшей мере один клапан выполнен с функциональной возможностью управления давлением выше по потоку в соответствующем одном или
23.
нескольких из расходомеров.
30. Устройство по п. 20, дополнительно содержащее средство управления в функциональной связи с распределителем и управляющее работой распределителя для избирательного направления потока бурового раствора в один или несколько расходомеров.
31. Устройство по п. 30, в котором средство управления получает измерение расхода бурового раствора и управляет работой распределителя согласно полученному измерению.
32. Устройство по п. 20, дополнительно содержащее:
один или несколько клапанов в сообщении текучей средой с потоком бурового раствора;
средство управления в функциональной связи с расходомерами и одним или несколькими клапанами, причем средство управления получает отсчет с одного или нескольких выбранных расходомеров и регулирует с помощью одного или нескольких клапанов давление выше по потоку в потоке бурового раствора на основе по меньшей мере, частично, полученного отсчета.
33. Устройство по п. 32, в котором средство управления функционально связано с распределителем и управляет работой распределителя в соединении с одним или несколькими клапанами для избирательного направления потока бурового раствора в один или несколько расходомеров, применяя полученный отсчет.
34. Способ бурения ствола скважины с помощью системы бурения, в котором осуществляют:
получение, по меньшей мере периодически, отсчета расхода бурового раствора на выходе из ствола скважины по меньшей мере одним расходомером системы бурения;
управление, по меньшей мере одним первым клапаном системы бурения давлением выше по потоку в потоке бурового раствора на основе по меньшей мере, частично, отсчета по меньшей мере с одного расходомера;
оценку кавитации в потоке бурового раствора, проходящего через по меньшей мере один расходомер, обусловленной по меньшей мере одним первым клапаном; и
регулирование на основе оцененной кавитации, давления
потока бурового раствора по меньшей мере в одном расходомере по меньшей мере одним вторым клапаном системы бурения в сообщении ниже по потоку по меньшей мере с одним расходомером.
35. Устройство для бурения с управляемым давлением ствола скважины, содержащее:
по меньшей мере один первый клапан в сообщении текучей средой с потоком бурового раствора ствола скважины и выполненный с функциональной возможностью с первыми состояниями для управления первым давлением выше по потоку потока бурового раствора;
по меньшей мере один расходомер в сообщении текучей средой ниже по потоку по меньшей мере от одного первого клапана и выполненный с функциональной возможностью измерения расхода бурового раствора после по меньшей мере одного расходомера;
по меньшей мере один второй клапан в сообщении текучей средой ниже по потоку по меньшей мере от одного расходомера и выполненный с функциональной возможностью со вторыми состояниями для управления вторым давлением выше по потоку потока бурового раствора по меньшей мере в по меньшей мере в одном расходомере; и
средство управления в функциональной связи по меньшей мере с одним вторым клапаном и автоматически регулирующее второе состояние по меньшей мере одного второго клапана на основе величины кавитации, связанной с первым состоянием по меньшей мере одного первого клапана.
36. Способ бурения ствола скважины с помощью системы бурения, в котором осуществляют:
получение, по меньшей мере периодически, первого отсчета расхода бурового раствора на выходе из ствола скважины, первым расходомером системы бурения;
получение, по меньшей мере периодически, по меньшей мере одного второго отсчета расхода бурового раствора на выходе из ствола скважины, по меньшей мере одним вторым расходомером системы бурения, последовательно связанным с первым расходомером;
сравнение первого и по меньшей мере одного второго отсчетов
друг с другом; и
управление, по меньшей мере одним клапаном системы бурения, давлением выше по потоку в потоке бурового раствора, по меньшей мере, частично, на основе сравнения.
37. Устройство для бурения с управляемым давлением ствола скважины, содержащее:
по меньшей мере один первый клапан в сообщении текучей средой с потоком бурового раствора на выходе из ствола скважины и выполненный с функциональной возможностью с первыми состояниями для управления первым давлением выше по потоку потока бурового раствора;
первый расходомер в сообщении текучей средой ниже по потоку по меньшей мере от одного первого клапана и выполненный с функциональной возможностью измерения первого отсчета расхода бурового раствора после первого расходомера;
по меньшей мере один второй расходомер последовательно связанный ниже по потоку от первого расходомера и выполненный с функциональной возможностью измерения по меньшей мере одного второго отсчета расхода бурового раствора, после второго расходомера; и
средство управления в функциональной связи с первым и по меньшей мере одним вторым расходомерами и сравнивающее первый и по меньшей мере один второй отсчеты, причем средство управления регулирует первое состояние по меньшей мере одного первого клапана по меньшей мере частично на основе сравнения.
По доверенности
ЦЕНТРИФУГА
ВИБРОСИТО
-tOh
БУРОВЫЕ НАСОСЫ
ГАЗОСЕПАРАТОР ДЛЯ 110а 150а 120а БУРОВОГО РАСТВОРА
ШТУЦЕРНЫЙ 1 МАНИФОЛЬД 100
БУРОВОЙ ШТУЦЕР
-кя-
¦16
5/12
СРЕДСТВО УПРАВЛЕНИЯ ШТУЦЕРАМИ
110а
150а
120а
ДАВЛЕНИЕ В СТОЯКЕ ПРИТОК С НАСОСОВ ПЛОТНОСТЬ С НАСОСОВ ТЕМПЕРАТУРА РАСХОД НА ВХОДЕ РАСХОД НА ВЫХОДЕ ОБРАТНОЕ ДАВЛЕНИЕ НА ПОВЕРХНОСТИ УПРАВЛЕНИЕ ШТУЦЕРАМИ И ИХ УСТАНОВКА РАСХОД
СРЕДСТВО УПРАВЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ
СРЕДСТВО
СРЕДСТВО
УПРАВЛЕНИЯ
УПРАВЛЕНИЯ
КАВИТАЦИЕЙ
РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БУРЕНИЕМ ПОД УПРАВЛЯЕМЫМ ДАВЛЕНИЕМ
¦40
100 J
150b ¦120b
¦80
ФИГ. 7
(30)
200 J
210
2 I
ПОЛУЧЕНИЕ РАСХОДОВ
УПРАВЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЕМ ВЫШЕ ПО ПОТОКУ
203
СРАВНЕНИЕ РАСХОДОВ С ПАРАМЕТРАМИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ^ 222
-224
¦226
РАСЧЕТНОЕ ДАВЛЕНИЕ
ОШИБКА ИЗМЕРЕНИЯ
ВЫБОР ПУТИ НА ОСНОВЕ СРАВНЕНИЯ
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТОКА
232
ОЦЕНКА ДАВЛЕНИЯ ВЫБРАННОГО РАСХОДОМЕРА
240
УПРАВЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЕМ И ВЫБРАННЫМ РАСХОДОМЕРОМ
242
ФИГ. 8
110а
(12)
(50) -щднхщ
НХН
(50)
110,
ФИГ. 9А
¦150с
1S0d
160d
12/12
302
300
ПОЛУЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
304
306
(ДАННЫЕ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ)
(ИЗМЕРЕНИЯ ПРИВОДНОГО УСИЛЕНИЯ, ПОЛОЖЕНИЯ ШТУЦЕРА, ЧАСТОТЫ РЕАКЦИИ, ДАВЛЕНИЯ)
310
'330
ВЫЧИСЛЕНИЕ ЧИСЛА КАВИТАЦИИ
СРАВНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ С СОХРАНЯЕМЫМИ ДАННЫМИ
¦332
"ter "ter №
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТИ ВЫДЕЛЕНИЯ ГАЗА, ОБУСЛОВЛЕННОЙ ШТУЦЕРОМ
РАБОТА ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ШТУЦЕРА
¦320
РАБОТА ОСНОВНОГО ШТУЦЕРА
ФИГ. 11
ФИГ. 2
ФИГ. 2
ФИГ. 2
ФИГ. 2
ФИГ. 2
ФИГ. 2
ФИГ. 2
ФИГ. 2
100
100
ФИГ. 6
ФИГ. 6
100
100
100
100
100
100
ФИГ. 9B
ФИГ. 9B
ФИГ. 9B
ФИГ. 9B