用于操作钻井系统的方法技术方案

一种用于操作钻井系统的方法，该钻井系统包括设置在地面上的泥浆泵，以及处于井眼中的具有井底组件(BHA)的钻柱。该方法包括根据预定的顺序来打开或关闭泥浆泵，以使井眼中的泥浆流在高流速和低流速之间波动。井底组件中的泥浆脉冲发生器检测泥浆流中的波动，并相应地产生二进制信号。泥浆脉冲发生器再将该二进制信号发送到井底组件中的随钻测量(MWD)工具。该二进制信号执行随钻测量工具中的一个或多个固件。个固件。个固件。

【技术实现步骤摘要】
用于操作钻井系统的方法
[0001]本申请是2019年5月6日提交的名称为“用于井下传输信号的系统和方法”的中国专利申请201910369564.5的分案申请。


[0002]本公开大体上涉及钻井操作中的通信系统，具体地涉及用于在油气勘探中在地面和井下之间生成并传输数据信号的系统和方法。

技术介绍

[0003]油气勘探中的钻井操作涉及将钻头驱动到地下以形成井眼(即井筒)，从中抽取石油和/或天然气。钻头安装在钻柱的远端，钻柱从地面上的井架延伸到井眼中。钻柱通过将一系列钻杆连接在一起而形成。井底组件(BHA)安装在钻柱中的钻头附近的上方。
[0004]BHA包含有用于收集和/或传输关于钻具、井筒条件、地层等的信息到地面的仪器。这些信息用于确定钻井条件，例如钻头的漂移、倾斜度和方位角，其又用于计算井眼的轨迹。通过自动控制或操作人员干预，实时数据对于监控和控制钻井操作非常重要。
[0005]用于在井筒内传输信息的技术(称为遥测技术)用于将信息从BHA传输到地面以进行进一步分析。其中一种已知的遥测方法是泥浆脉冲遥测，它使用钻井泥浆来将信息从井下传送到地面。钻井泥浆又称钻井液，其由泥浆泵从地面通过钻柱内的导管向井下泵送，并通过钻柱和井筒之间的环空循环回到地面。
[0006]可以通过泥浆脉冲发生器来对钻井泥浆经由钻柱的流动进行调制(即编码)，以引起压力和/或流速的变化。压力或流速的变化由地面处或地面附近的相应传感器捕获，并使用解码软件来解码以恢复井下信息。在使用泥浆脉冲遥测技术的系统中，泥浆脉冲发生器可以是BHA的一部分。
[0007]泥浆脉冲发生器的具体设计可以变化，但基本原理是泥浆脉冲发生器通过对井眼中的泥浆流中的流动路径进行限径来产生压力脉冲。将泥浆流按照特定的时序在钻柱中进行压缩或释放，以将调制压力脉冲中的数据编码到泥浆流中。调制的压力脉冲通过泥浆流传播到地面，其在地面处被检测和解码，从而恢复原始数据。
[0008]向泥浆流提供动力的泥浆泵是大型的正排量泵，其通过在气缸内来回移动活塞并同时打开和关闭进气阀和排气阀来驱动泥浆流。典型的泥浆泵具有连接到一共同驱动轴上的三个活塞。这些活塞彼此相差120度，以减小压力变化。采用阻尼器来减少泥浆流中的脉动。
[0009]除了泥浆脉冲遥测之外，有线钻杆遥测也经常用于钻井操作。在有线钻杆遥测中，钻柱中的钻杆具有嵌入在钻杆壁中的通信电缆。当钻杆连接在一起时，通信电缆的部分形成沿着钻柱从BHA到地面的连续的通信电缆。有线遥测的优点是通过电缆的数据传输是双向的，并且比泥浆脉冲遥测的速度快得多。然而，在两个钻杆之间的接头处连接两段通信电缆需要复杂且昂贵的耦合装置。在钻深井时，需要许多这样的接头。任何接头处的通信电缆的断裂将使遥测失效，这需要昂贵的维修。由于这个原因以及其他原因，泥浆脉冲遥测技术
目前仍广泛用于钻井作业。
[0010]与双向有线遥测不同，泥浆脉冲遥测通常将数据从井下遥测到地面。需要一种方法和系统，其能够将信号从地面向井下遥测到井眼中的工具。

技术实现思路

[0011]本公开提供了一种用于操作钻井系统的方法，所述钻井系统包括设置在地面上的泥浆泵，以及处于井眼中的具有井底组件(BHA)的钻柱。在一个实施例中，所述方法包括根据预定的顺序来打开或关闭泥浆泵，以使井眼中的泥浆流响应于所述预定的顺序而波动。井眼中的泥浆流在高流速和低流速(包括基本上为零的流速)之间波动。井底组件中的泥浆脉冲发生器检测泥浆流中的波动，并相应地产生二进制信号。然后，泥浆脉冲发生器将所述二进制信号发送到井底组件中的随钻测量(MWD)工具。所述二进制信号用于执行随钻测量工具中的一个或多个固件。
[0012]在本公开的一些实施例中，所述二进制信号用指令来编码，并且所述MWD工具对所述二进制信号进行检测和解码，以得到所述指令。该指令识别所述一个或多个固件中的一个以用于执行。
[0013]在其它一些实施例中，所述MWD工具包括一个或多个存储器、微处理器，以及与所述泥浆脉冲发生器接口的输入/输出通信端口。所述一个或多个固件存储在所述一个或多个存储器中，且由所述微处理器执行。所述存储器可以是非逸失性存储器。
[0014]这里公开的一个或多个固件包括前端固件和一个或多个任务固件。前端固件从一个或多个任务固件中选择一个用于在某一时刻执行，而每一个任务固件在不同的条件组下操作MWD工具中的多个传感器。
[0015]在其它一些实施例中，任务固件控制MWD工具中的一些参数，其可包括传感器的数量、数据采样频率、数据记录频率、被发送到地面的数据的量、本地存储在所述MWD工具上的数据的量，等等。
[0016]这里公开的泥浆脉冲发生器包括一个或多个流量传感器，其感测泥浆流量，确定泥浆流量的状态为开启或关闭，并将二进制信号输出到MWD工具。
[0017]本公开还提供了一种用于控制井眼中的井底组件中的MWD工具的方法。在该方法中，在MWD工具中安装多个固件。所述多个固件被预编程以执行多个任务。根据预定的顺序打开或关闭地面上的泥浆泵。井眼中的泥浆流响应于泥浆泵而波动，并被确定为开启或关闭，以形成二进制信号。该二进制信号被发送到MWD工具。
[0018]通过泥浆脉冲发生器中的泥浆流量传感器来确定泥浆流量的开启或关闭状态，并且泥浆流量传感器驱动电路将所述二进制信号输出到所述MWD工具。
[0019]本公开还提供了一种高温钻井方法。该方法包括将多个固件安装在钻柱中的井底组件中的MWD工具中。井眼中的温度随着井眼深度的增加而增加。井眼中井底组件的最高温度可以在100℃至200℃或更高的范围内。当温度等于或低于第一阈值(例如120℃或150℃)时执行固件之一。当井底组件的温度超过第二阈值(例如180℃或200℃)时执行不同的固件。可选地，在第一阈值和第二阈值之间的温度下执行一个或多个固件。
[0020]根据预编程的序列来打开或关闭泥浆泵，从而完成从执行一个固件到执行另一个固件的切换。在这样做时，泥浆流可以用一个或多个指令信号，即流指令来编码。MWD工具接
收流指令，并根据该流指令来执行相应的任务。
附图说明
[0021]为了更完整地理解本公开所介绍的实施例，可以结合附图并参考以下的详细描述，在图中：
[0022]图1是本公开的钻架的示意性图示。
[0023]图2是泥浆流的示例性编码波形图。
[0024]图3是显示了嵌入在MWD工具上的固件的功能框和数据结构的示意图；和
[0025]图4是显示了MWD工具中的固件的运行的示意性流程图。
具体实施方式
[0026]现在将详细参考本公开的若干实施例，其例子在附图中示出。应注意的是，在可行的情况下，在附图中使用了类似或相似的附图标记，并可以指示类似或相似的功能。附图仅出于说明的目的而描绘了本公开的实施例。本领域的技术人员将从以下描述中容易地认识到，可以采用本文所示的结构和方法的替代实施例而不脱离本文所述的本公开的原理。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于操作钻井系统的方法，其中所述钻井系统包括设置在地面上的泥浆泵，以及处于井眼中的具有井底组件的钻柱，所述方法包括：根据预定的顺序来打开或关闭泥浆泵，以使井眼中的泥浆流响应于所述预定的顺序而波动；使用所述井底组件中的泥浆脉冲发生器来检测井眼中的泥浆流，以产生二进制信号；和将所述二进制信号发送到所述井底组件中的随钻测量工具，其中，所述二进制信号执行所述随钻测量工具中的一个或多个固件。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二进制信号中编码有指令，并且所述随钻测量工具对所述二进制信号进行检测和解码，以得到所述指令。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述随钻测量工具包括一个或多个存储器、微处理器，以及与所述泥浆脉冲发生器的接口，其中，所述一个或多个固件存储在所述一个或多个存储器中且由所述微处理器执行。4.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩军，詹晟，胡风涛，赵金海，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：