[发明专利]自动化井控制的方法和设备

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求2011年4月26日提交的美国临时申请No.61/479,203的权益。

技术领域

本公开大体涉及海上钻井，并且具体而言，涉及用于在钻探过程期间控制海底井的自动化方法。

背景技术

油气开采的未来在于深水和海床之下的较大深度处。这为海底装备带来日益严厉的状况，例如较高的压力和提高的温度。这些较严厉的状况可导致井涌的数量增加，以及因此降低给定操作的效率和安全性。这要求设计一种用于这个变宽的高压和高温包络的海底自动控制系统。能够监测和在逻辑上控制装备和工具的控制系统可导致较可靠、较安全和较高效的海底操作。

寻找一种提供较可靠、较安全和较高效的海底钻探操作的改进的控制系统。

发明内容

本发明的钻探系统具有在不需要操作人员作出决策的情况下自动地探测和控制井涌或纵荡(surge)的特征。本发明包括传感器和基于传感器输入而自主地监测和执行动作的自动控制系统。在给定的实施例中，可存在多个传感器组合，这取决于具体钻探操作的需要。例如，在一个实施例中，可存在用以监测回流速率的传感器。传统上，可通过例如导线和光纤传感器来传输来自回流速率传感器的信号，导线和光纤传感器可为通往平台的脐带的一部分。理想地，回流速率传感器将始终指示井口组装件内存在的流率。回流速率传感器感测的流率增大可指示井涌。诸如流入速率、温度、井口孔压力、柱重量变化、钻进(penetration)速率、扭矩和多种其它传感器的额外的传感器输入均可被监测，以用于井涌或纵荡状况的额外指示。某组传感器状况可导致控制系统执行自主动作，以减轻或停止井涌。例如，指示的井涌状况可导致控制系统警告操作人员，以及随后启动应急程序。这些程序可包括应急断开序列或启动井孔闭井序列。

考虑到结合所附权利要求和附图得到的本发明的以下详细描述，本发明的前述和其它目标与优点对本领域技术人员将是显而易见的。

附图说明

图1是示出了根据本公开的钻井控制系统的示意图。

图2是标识图1的控制系统采用的步骤的示意性流程图。

具体实施方式

图1示出了被钻探或完成的海底井。该井已经至少部分地被钻探，并且具有安装在海床13处的海底井口组装件11。至少一个套管柱(未显示)将悬吊在井中，并且由井口组装件11支承。井可具有尚未装套管的开孔部分，或者它可完全被装套管，但是完井还没有结束。

液压促动式连接器15将防喷器(BOP)组17可释放地固定到井口壳体组装件11。BOP组17具有若干个闸板式防喷器19，其中的一些是管闸板，而其中的至少一个是全封闭闸板。管闸板具有大小设置成包围向下延伸通过井口壳体11的管且密封在管上的腔体。全封闭闸板能够剪切管和实现完全封闭。闸板19中的每一个具有位于封闭元件的下方的端口21，以在闸板19关闭时将流体泵送到井中，或者从井中泵送出流体。流体流经过扼流压井管路(未显示)。

液压促动式连接器23将低位海下立管总成(LMRP)25连接到BOP组17的上部端上。LMRP 25的元件中的一些包括一个或多个环形BOP 27(显示了两个)。各个环形BOP 27具有将包围任何大小的管的弹性元件。而且，在没有管延伸通过BOP 27的情况下，BOP 27可完全关闭。各个环形BOP 27具有位于弹性元件下方的端口29，以在BOP27关闭时在弹性元件下方将流体泵送到井中，或者从井中泵送出流体。通过端口29的流体流由扼流压井管路处理。环形BOP 27备选地可为BOP组17的一部分，而非用液压促动式连接器23连接到BOP组17。

LMRP 25包括能够相对于LMRP 25和BOP组17的公共轴线进行枢转运动的挠性接头31。液压促动式立管连接器33安装在挠性接头31的上方，以连接到立管35的柱的下部端。立管35由固定在一起的管36的接头组成。辅助管道37在立管35的中心管36的周围沿周向隔开。辅助管道37比立管35的中心管36具有更小的直径，并且用来传送流体。辅助管道37中的一些用作扼流压井管路。其它辅助管道37则提供液压流体压力。在LMRP 25的上部端处的流端口38将辅助管道37中的某一些连接到多种促动器。当立管连接器33与中心立管的管36断开且立管35被提起时，流端口38还将与辅助管道37断开。在立管35的上部端处，辅助管道37连接到软管(未显示)，该软管延伸到浮动的钻探船或钻探平台40上的多种装备。