包括用于钻井操作的智能样品捕集器的系统及方法技术方案

一种用于在钻井操作中清洁钻井流体的样品捕集系统，样品捕集系统包括第一管线，第一管线具有构造成允许钻井流体流入第一管线的第一入口阀、用于测量第一管线中的钻井流体的硫化氢的量的第一化学传感器以及构造成允许钻井流体从第一管线流出的第一样品捕集阀。该系统还包括第二管线，第二管线具有构造成允许钻井流体流入第二管线的第二入口阀、样品捕集泵和控制器，该控制器配置成判定硫化氢的量大于预定阈值，并且打开第二入口阀，以将从第一管线引入的钻井流体转移到第二管线，并且关闭第一入口阀，以阻止钻井流体进入第一管线。

Including the system and method of intelligent sample catcher for drilling operation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括用于钻井操作的智能样品捕集器的系统及方法
本专利技术总体上涉及钻井操作的自动化，并且更具体地涉及用于在钻井操作中对钻井流体进行自动清洁或样品捕集的方法及系统。
技术介绍
在含烃地下地层中钻井以从地层中生产烃通常涉及使用钻井设备和钻井流体。钻孔设备通常包括安装在一串中空钢管上的钻头。该中空管通常用于旋转钻头，以使钻头能够切入到地层中。中空管还用作将钻井流体向下泵送到井底的管道，钻井流体从井底经由钻柱与井壁之间的环形空间上升到地表面。钻井流体具有许多功能，其中最重要的一个功能是将岩屑从井下的钻头向上传送直至井表面。在钻探一些地下地层时，通常尤其是钻探含油或气的地下地层时，经常遇到硫化氢聚集。钻井流体将硫化氢带到地表面。钻井流体中的这种硫化物是会带来问题的，这是因为硫化物可能腐蚀钻井设备中的钢，并且可能作为井表面处的有毒硫化物气体释放到大气中，这对现场的钻井操作人员可能非常有害。通常，为了保护使用钻井流体工作的人员和在井表面处的人员的健康，应维持条件以确保由于气体分压而排放的流体上方的硫化氢浓度低于约15ppm。环境温度处的硫化氢的分压是流体中的硫化物离子浓度和流体pH的函数。为了确保即使对于地下地层中可能遇到的最大硫化物浓度也不超过15ppm的极限，钻井流体的pH通常保持在最小约11.5。此外，为了防止流体中可溶性硫化物浓度变得过高，通常采取措施从流体中去除硫化物。从钻井流体中去除硫化物的常用方法是通过沉淀，通常使用固体锌化合物进行沉淀。通常使用的锌化合物是氧化锌和碳酸锌。这些化合物与硫化氢反应形成不溶性硫化锌。在不可溶形式中，硫化物是相对无害的(除非pH降至酸性条件)，并且可以利用已知的分离技术从流体中去除硫化物。因为这些锌化合物是固体，所以反应速率可能是慢的，当遇到高浓度的硫化物时或当需要去除最终痕量的硫化物时，这是尤其不期望的。然而，不能使用可溶性锌盐，这是因为可溶性锌盐在低pH下水解，从而形成凝胶状氢氧化物。虽然凝胶状氢氧化物仍将与硫化物反应，但凝胶状固体将可能干扰钻井流体的流变性能。此外，锌盐表现为酸，并倾向于降低流体的pH，这增加了硫化氢更多地排放到空气中的风险。可溶的和不可溶的各种锌化合物已被用作硫化物清除剂多年，并且历史上通常被认为是工业标准。然而，所有锌化合物都具有缺点，即，锌被认为是有毒的重金属，其排放必须被小心控制以保护环境。当在钻井流体中使用锌清除剂时，岩屑以及在钻井操作结束时的残余流体将被锌污染。环境意识已经日益使得锌的使用不被接受。大多数其它重金属与硫化氢反应形成不溶性硫化物，例如铜(两种氧化态)、汞、铅和镍，也引起环境问题，因此不比锌更可接受。
技术实现思路
因此，在钻井操作的这个领域中需要自动化，并且更具体地需要一种用于在钻井操作中定期清洁钻井流体的智能样品捕集机构。一个示例性实施例是一种用于在钻井操作中清洁钻井流体的样品捕集系统。所述样品捕集系统包括第一管线，第一管线包括可操作为允许所述钻井流体流入所述第一管线的第一入口阀、用于测量所述第一管线中的所述钻井流体的硫化氢的第一量的第一化学传感器以及可操作为允许所述钻井流体流出所述第一管线的第一样品捕集阀。所述样品捕集系统还包括第二管线，第二管线包括可操作为允许所述钻井流体流入所述第二管线的第二入口阀、用于测量所述第二管线中的所述钻井流体的硫化氢的第二量的第二化学传感器以及可操作为允许所述钻井流体从所述第二管线流出的第二样品捕集阀。所述样品捕集系统还包括样品捕集泵，样品捕集泵经由样品捕集管线操作性地连接到所述第一样品捕集阀和所述第二样品捕集阀，所述样品捕集泵可操作为从所述第一管线或所述第二管线泵送所述钻井流体，并从所述钻井流体中去除不需要的物质。所述样品捕集系统还包括控制器，控制器操作性地连接到所述第一入口阀、所述第一化学传感器、所述第一样品捕集阀、所述第二入口阀、所述第二化学传感器、所述第二样品捕集阀和所述样品捕集泵，其中，所述控制器配置成：判定硫化氢的所述第一量大于预定阈值；至少部分打开所述第二入口阀，以将从所述第一管线引入的钻井流体转移到所述第二管线；并且关闭所述第一入口阀，以阻止所述钻井流体进入所述第一管线。样品捕集系统还包括第三管线，第三管线包括构造成控制所述钻井流体流入和流出所述第三管线的两个或更多个阀以及构造成允许所述钻井流体从所述第三管线流出的两个或更多个样品捕集阀，其中，所述样品捕集泵经由样品捕集管线操作性地连接到所述两个或更多个样品捕集阀，所述样品捕集泵构造成将所述钻井流体从所述第三管线泵送到所述样品捕集管线中，并泵送到所述样品捕集器，并且从所述钻井流体中去除不需要的物质。在一个示例性实施例中，样品捕集系统可以安装在钻机与振动器之间。另一示例性实施例是一种用于在钻井操作中使用样品捕集系统清洁钻井流体的方法。所述方法可以包括利用安装在第一管线上的第一化学传感器测量所述第一管线中的所述钻井流体的硫化氢的第一量，所述第一管线具有可操作为允许所述钻井流体流入所述第一管线的第一入口阀以及可操作为允许所述钻井流体从所述第一管线流出的第一样品捕集阀；利用操作性地连接到所述第一化学传感器的控制器判定硫化氢的所述第一量大于预定阈值；至少部分打开第二入口阀，所述第二入口阀可操作为允许所述钻井流体流入第二管线；以及利用所述控制器关闭所述第一入口阀，以阻止所述钻井流体进入所述第一管线；以及至少部分打开所述第一样品捕集阀，以将所述第一管线中的钻井流体转移到样品捕集泵，所述样品捕集泵经由样品捕集管线操作性地连接到所述第一样品捕集阀，以从所述钻井流体中去除不需要的物质。所述方法还可以包括利用所述样品捕集泵从所述第一管线泵送所述钻井流体，以从所述钻井流体中去除不需要的物质。所述方法还可以包括将所述样品捕集系统安装在钻机与振动器之间。附图说明通过参考在附图中示出的本专利技术的实施例，可以得到以上简要概述的本专利技术的更具体的描述，该方式使得能够获得并更详细地理解本专利技术的特征、优点和目的以及其它可能变得显而易见的方面，附图形成本说明书的一部分。然而，应注意的是，附图仅说明本专利技术的示例性实施例，且因此不应视为限制本专利技术的范围，因为本专利技术可允许其它等效实施例。图1是根据本专利技术的一个或多个示例性实施例的具有用于在钻井操作中清洁钻井流体的示例性样品捕集系统的钻机的示意图。图2示出了根据本专利技术的一个或多个示例性实施例的用于在钻井操作中清洁钻井流体的示例性样品捕集系统。图3示出了根据本专利技术的一个或多个示例性实施例的用于在钻井操作中对钻井流体进行样品捕集的方法中的示例性操作。具体实施方式现在将在下文中参考示出了实施例的附图更全面地描述本专利技术的方法及系统。本专利技术的方法和系统可以是许多不同的形式，并且不应被解释为限于本文阐述的所示实施例；与之相反，提供这些实施例是为了使本专利技术透彻和完整，并且将本专利技术的范围完全传达给本领域的技术人员。相同的数字始终表示相同的元件。现在转到附图，图1是根据本专利技术的一个或多个示例性实施例的具有用于在钻井操作中清洁钻井流体的示例性样品捕本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在钻井操作中清洁钻井流体的样品捕集系统，所述样品捕集系统包括：/n第一管线，其包括构造成允许所述钻井流体流入所述第一管线的第一入口阀、构造成测量所述第一管线中的所述钻井流体的硫化氢的第一量的第一化学传感器、以及构造成允许所述钻井流体从所述第一管线流出的第一样品捕集阀；/n第二管线，其包括构造成允许所述钻井流体流入所述第二管线的第二入口阀、构造成测量所述第二管线中的所述钻井流体的硫化氢的第二量的第二化学传感器、以及构造成允许所述钻井流体从所述第二管线流出的第二样品捕集阀；/n样品捕集泵，其经由样品捕集管线操作性地连接到所述第一样品捕集阀和所述第二样品捕集阀，所述样品捕集泵构造成泵送来自所述第一管线和所述第二管线所述钻井流体，并从所述钻井流体中去除不需要的物质；以及/n控制器，其操作性地连接到所述第一入口阀、所述第一化学传感器、所述第一样品捕集阀、所述第二入口阀、所述第二化学传感器、所述第二样品捕集阀和所述样品捕集泵，其中，所述控制器配置成：/n判定所述硫化氢的第一量大于预定阈值；/n至少部分打开所述第二入口阀，以将从所述第一管线引入的钻井流体转移到所述第二管线；并且/n关闭所述第一入口阀，以阻止所述钻井流体进入所述第一管线。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171019 US 15/788,2841.一种用于在钻井操作中清洁钻井流体的样品捕集系统，所述样品捕集系统包括：
第一管线，其包括构造成允许所述钻井流体流入所述第一管线的第一入口阀、构造成测量所述第一管线中的所述钻井流体的硫化氢的第一量的第一化学传感器、以及构造成允许所述钻井流体从所述第一管线流出的第一样品捕集阀；
第二管线，其包括构造成允许所述钻井流体流入所述第二管线的第二入口阀、构造成测量所述第二管线中的所述钻井流体的硫化氢的第二量的第二化学传感器、以及构造成允许所述钻井流体从所述第二管线流出的第二样品捕集阀；
样品捕集泵，其经由样品捕集管线操作性地连接到所述第一样品捕集阀和所述第二样品捕集阀，所述样品捕集泵构造成泵送来自所述第一管线和所述第二管线所述钻井流体，并从所述钻井流体中去除不需要的物质；以及
控制器，其操作性地连接到所述第一入口阀、所述第一化学传感器、所述第一样品捕集阀、所述第二入口阀、所述第二化学传感器、所述第二样品捕集阀和所述样品捕集泵，其中，所述控制器配置成：
判定所述硫化氢的第一量大于预定阈值；
至少部分打开所述第二入口阀，以将从所述第一管线引入的钻井流体转移到所述第二管线；并且
关闭所述第一入口阀，以阻止所述钻井流体进入所述第一管线。


2.根据权利要求1所述的样品捕集系统，其中，所述控制器还配置成至少部分打开所述第一样品捕集阀，以将所述第一管线中的所述钻井流体从所述样品捕集泵转移到所述样品捕集器，以从所述钻井流体中去除不需要的物质。


3.根据前述权利要求中任一项所述的样品捕集系统，还包括：
第三管线，其包括构造成控制所述钻井流体流入和流出所述第三管线的两个或更多个阀、以及构造成允许所述钻井流体从所述第三管线流出的两个或更多个样品捕集阀，其中，所述样品捕集泵经由样品捕集管线操作性地连接到所述两个或更多个样品捕集阀，所述样品捕集泵构造成将所述钻井流体从所述第三管线泵送到所述样品捕集管线中，并泵送到所述样品捕集器，并且从所述钻井流体中去除不需要的物质。


4.根据权利要求3所述的样品捕集系统，其中，所述第二管线还包括构造成在入口点处测量所述第二管线中的所述钻井流体的硫化氢的第三量的第三化学传感器、以及构造成在出口点处测量所述第二管线中的所述钻井流体的硫化氢的第四量的第四化学传感器，其中，所述控制器操作性地连接到所述第三化学传感器、所述第四化学传感器以及所述第三管线的所述两个或更多个阀，其中，所述控制器配置成：
判定硫化氢的第三量或所述硫化氢的第四量大于所述预定阈值；
至少部分打开所述第三管线的入口阀，以将从所述第二管线引入的钻井流体转移到所述第三管线；并且
关闭所述第二入口阀，以阻止所述钻井流体进入所述第二管线。


5.根据前述权利要求中任一项所述的样品捕集系统，其中，所述预定阈值为10ppm或15ppm。


6.根据前述权利要求中任一项所述的样品捕集系统，其中，所述第一入口阀和所述第二入口阀包括高关闭比或液压控制远程(HCR)阀。


7.根据前述权利要求中任一项所述的样品捕集系统，还包括：
旁路管线，其由连接到所述控制器的第三阀控制，所述第三阀构造成允许所述钻井流体绕过所述样品捕集系统。


8.根据前述权利要求中任一项所述的样品捕集系统，还包括：
人机界面，其操作性...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥萨马·塞哈，维克托·卡洛斯·科斯塔·德奥利韦拉，马里奥·奥古斯托·里瓦斯·马丁内斯，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA