EA025889B1 - Система и способ для прохождения материала в проточном канале - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к системе (10) для прохождения материала в проточном канале (12) нефтяной и/или газовой буровой или эксплуатационной установки, в частности для пропускания отходов или бурового шлама в линию возврата промывочной жидкости. Система содержит по меньшей мере два клапана (14а, 14b), расположенных последовательно в проточном канале, управляющее средство (18), выполненное с возможностью выборочно или последовательно приводить в действие по меньшей мере два клапана так, что материал может проходить по меньшей мере через два клапана в проточном канале. Изобретение также относится к способу прохождения отходов или бурового шлама в возвратной линии промывочной жидкости.

Description

Настоящее изобретение относится к системе и способу прохождения материала в проточном канале, в частности для прохождения бурового шлама или отходов в линию возврата промывочной жидкости буровой установки при бурении на нефть и/или газ.

При бурении на нефть и/или газ промывочную жидкость (буровой раствор или морскую воду) обычно закачивают с буровой установки в скважину для смазки и охлаждения буровой коронки и для подачи средства для извлечения бурового шлама из скважины. После выхода из буровой коронки промывочная жидкость течет вверх по скважине через затрубное пространство, образованное бурильной колонной и стенками скважины.

В заявке на патент США 2005/0092523 поток промывочной жидкости из затрубного пространства проходит вверх по кожуху и выходит из кожуха через открытый вбок направляющий патрубок. Выходящий поток направляется через сточный трубопровод на штуцер или штуцерный манифольд. Поток, выходящий из штуцера или штуцерного манифольда, транспортируется в зумпф или отстойник по возвратной линии.

Два штуцера установлены параллельно. Типично, два штуцера используются для резервирования, чтобы при выводе из эксплуатации одного штуцера поток можно было направить через другой.

Однако проблемой в системе по указанной публикации и в других известных системах является то, что буровой шлам может закупорить штуцер или штуцерный манифольд (или другие клапаны в линии возврата промывочной жидкости), что, в свою очередь, отрицательно влияет на производительность системы. Давление в забое скважины невозможно поддерживать на заданной величине, когда происходит закупоривание штуцера возвратной линии.

Целью настоящего изобретения является, по меньшей мере, частичное устранение вышеуказанной проблемы.

Эта и другие цели, которые будут очевидны из нижеследующего описания, достигаются с помощью системы и способа согласно приложенных независимых пунктов формулы изобретения. Варианты определены в зависимых пунктах формулы.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения создана система для прохождения материала в проточном канале нефтяной и/или газовой буровой или эксплуатационной установки, в частности для прохождения отходов или бурового шлама по линии возврата промывочной жидкости, содержащая по меньшей мере два клапана, расположенных последовательно в проточном канале, и управляющее средство, выполненное с возможностью выборочного или последовательного приведения в действие по меньшей мере двух клапанов так, что материал может проходить по меньшей мере через два клапана в проточном канале.

Предлагаемая система позволяет буровому шламу и/или отходам проходить через указанные клапаны при бурении в режиме управления давлением или принимать выбросы из нестабильной нефтяной или газовой скважины без нежелательных изменений давления на входе. С помощью предлагаемой системы можно осуществлять бурение с управлением давлением с более высоким расходом и давлением промывочной жидкости и выбросы из скважины можно принимать безопасно и в управляемом режиме. Кроме того, если один из этих по меньшей мере двух клапанов откажет, например заклинит в полностью открытом положении, можно использовать другой клапан (клапаны) для регулирования потока в канале. Следовательно, предлагаемая система обеспечивает резервирование по сравнению, например, с решением, где имеется один штуцер.

По меньшей мере два клапана могут содержать первый клапан и второй клапан, и управляющее средство может быть выполнено с возможностью сначала переводить первый клапан из положения регулирования в более открытое положение и обратно в положение регулирования, а затем переводить второй клапан из положения регулирования в более открытое положение и обратно в положение регулирования.

Такая система далее может содержать средство обнаружения, выполненное с возможностью обнаруживать состояние в проточном канале, при этом средство управления выполнено с возможностью автоматически приводить в действие по меньшей мере два клапана при обнаружении или после обнаружения указанного состояния средством обнаружения. Таким образом, материал автоматически проходит через клапаны без ручного вмешательства. Таким состоянием может быть, например, уменьшение расхода в проточном канале после одного из этих по меньшей мере двух клапанов, вызванное отходами или буровым шламом, застрявшим в клапане.

Система дополнительно может содержать буферную камеру, расположенную в проточном канале между двумя клапанами. Буферная камера может иметь сечение в плоскости, по существу, перпендикулярной общему направлению потока через проточный канал, большее, чем сечение участков проточного канала, примыкающих к буферной камере.

По меньшей мере два клапана могут быть шиберами, и по меньшей мере один из этих шиберов может иметь расширенное отверстие задвижки. Пример шибера с расширенным отверстием задвижки приведен в параллельной заявке на патент Норвегии того же заявителя № 20100799, Шибер, способ управления давлением возвращающегося бурового раствора и/или глушения скважины и использование шибера, содержание которой включено в настоящее описание путем отсылки.

- 1 025889

Согласно другому аспекту настоящего изобретения создан способ прохождения отходов или бурового шлама в линии возврата промывочной жидкости, в котором в проточном канале, который является частью линии возврата промывочной жидкости или соединен с ней, последовательно устанавливают по меньшей мере два клапана и выборочно или последовательно приводят в действие по меньшей мере два клапана. Этот аспект настоящего изобретения может иметь те же или подобные признаки, что и вышеописанный аспект.

По меньшей мере два клапана могут содержать первый входной клапан, за которым расположен второй выходной клапан, при приведении в действие по меньшей мере двух клапанов последовательно переводят первый клапан из положения регулирования в более открытое положение, когда второй клапан находится в положении регулирования, пропускают материал через первый клапан в положение в проточном канале между первым клапаном и вторым клапаном, возвращают первый клапан в положение регулирования, переводят второй клапан из положения регулирования в более открытое положение, пропускают материал через второй клапан, и возвращают второй клапан в положение регулирования.

Способ дополнительно может содержать обнаружение снижения расхода в проточном канале после одного из по меньшей мере двух клапанов, и при обнаружении или после обнаружения такого снижения автоматическое приведение в действие по меньшей мере двух клапанов.

Далее следует более подробное описание этих и других аспектов настоящего изобретения со ссылками на чертежи, на которых показан предпочтительный в настоящее время вариант изобретения.

Фиг. 1 изображает схематически систему по варианту настоящего изобретения.

Фиг. 2а-2б иллюстрируют работу системы по фиг. 1.

Фиг. 3 изображает сечение в перспективе шибера, который может использоваться в настоящем изобретении.

Фиг. 4 схематически изображает предлагаемую систему, установленную в системе бурения с управлением давлением или в системе бурения на депрессии.

На фиг. 1 приведен схематичный вид системы 10 по варианту настоящего изобретения. Конкретной задачей настоящего изобретения является прохождение отходов или бурового шлама за или через средство регулирования потока в возвратной линии промывочной жидкости буровой установки на нефть и/или газ. Система 10 может быть установлена параллельно штуцерному манифольду буровой установки или, по меньшей мере частично, заменять его. Отходы или промывочная жидкость может включать твердые частицы, гумбо, песчаник и прочее.

Система 10 содержит проточный канал 12. Проточный канал 12 может быть, например, частью возвратной линии для промывочной жидкости или проточный канал 12 может быть соединен с такой возвратной линией. Промывочная жидкость может быть, например, буровым раствором или морской водой.

Система 10 содержит первый клапан 14а и второй клапан 14Ь. Клапаны 14а, 14Ь могут быть, например, (традиционными) регулируемыми штуцерами, шиберами и прочими элементами. Конкретный шибер, который можно использовать в предлагаемой системе, описан ниже со ссылками на фиг. 3. Каждый клапан 14а, 14Ь является регулируемым между полностью открытым положением, закрытым положением и по меньшей мере одним промежуточным регулирующим положением или состоянием. В регулирующем положении поток через клапан более ограничен, чем когда клапан находится в полностью открытом положении или состоянии. Общей функцией двух клапанов 14а, 14Ь является регулирование общего потока, например промывочной жидкости, возвращаемой из скважины, в проточном канале 12, как показано на фиг. 1. Направление потока через канал 12 показано стрелкой 16 на фиг. 1. Первый клапан 14а можно назвать входным клапаном 14а, а второй клапан 14Ь можно назвать выходным клапаном 14Ь.

Система 10 содержит управляющее средство 18. Управляющее средство 18 выполнено с возможностью поддерживать связь с двумя клапанами 14а, 14Ь для приведения их в действие через соответствующие приводы. Два клапана 14а, 14Ь, могут иметь, например, гидравлический привод, но тип привода не является ограничением.

Система 10 содержит средство 20 обнаружения. Средство 20 обнаружения выполнено с возможностью обнаруживать уменьшение расхода в канале 12 после первого клапана 14а. Средство 20 обнаружения может быть, например, расходомером, установленным в канале 12 после первого клапана 14а, но перед вторым клапаном 14Ь, как показано на фиг. 1. Далее средство 20 обнаружения выполнено с возможностью поддерживать связь с управляющим средством 18. Когда средство 20 обнаруживает снижение расхода, оно может послать сигнал на управляющее средство 18, которое, получив такой сигнал, начинает приводить в действие клапаны 14а, 14Ь, как будет более подробно описано ниже. Уменьшение расхода, приводящее к срабатыванию управляющего средства 18, может быть любым снижением, заранее определенным абсолютным снижением или относительным снижением расхода.

Дополнительные входы на управляющее средство могут включать давление в забое скважины, объем закачиваемого с установки бурового раствора, производительность насоса, создающего избыточное давление, давление в колонне бурильных труб, скорость проходки буровой коронки, положения клапанов и прочее.

В проточном канале 12 между двумя клапанами 14а и 14Ь может быть установлена буферная камера

- 2 025889

22. Буферная камера 22 имеет больший диаметр, чем остальная часть канала 12. Буферная камера 22 допускает расширение газа, как будет более подробно описано ниже.

Далее следует описание работы системы 10 со ссылками на фиг. 2а-26. По существу, материал, например отходы и/или буровой шлам, может проходить через замок, образованный двумя клапанами 14а и 14Ь, при этом управляющее средство 18 действует как регулятор.

На фиг. 2а оба клапана 14а, 14Ь находятся в регулирующем положении, при котором поток через канал 12 в некоторой степени ограничен по сравнению с полностью открытым положением клапанов 14а, 14Ь. Когда отходы 24 перекрывают или забивают первый клапан 14а, это обнаруживается средством 20 (на фиг. 2а-26 не показано) как уменьшение расхода. Средство 20 обнаружения затем извещает управляющее средство 18 (на фиг. 2а-26 не показано), которое автоматически открывает первый клапан 14а, переводя его в полностью открытое положение. Для прохождения большого количества отходов первый клапан 14а может быть полностью открыт.

Когда первый клапан 14а открыт, отходы 24 могут пройти через первый клапан 14а в буферную камеру 22, как показано на фиг. 2Ь. Понятно, что отходы 24 проталкиваются потоком, например, промывочной жидкости в канале 12.

Затем первый клапан 14а возвращается в положение регулирования, а второй клапан 14Ь переводится в полностью открытое положение. Это позволяет отходам 24 пройти и через второй клапан 14Ь (фиг. 2с).

Затем второй клапан 14Ь может быть возвращен в положение регулирования (фиг. 26).

Эти два клапана 14а и 14Ь и их последовательное срабатывание позволяют отходам или буровому шламу 24 пройти через регулирующее средство (т.е. клапаны 14а, 14Ь) в канале 12 с минимальным изменением давления на входе.

В следующий раз, когда будут обнаружены отходы или буровой шлам на первом клапане 14а, работу клапанов 14а, 14Ь (фиг. 2а-26) можно повторить.

Когда средство 18 обнаруживает отходы 24, команды от управляющего средства 18 на два клапана 14а, 14Ь могут передаваться в соответствии с заранее определенным графиком. Альтернативно, можно использовать дополнительный датчик, отслеживающий отходы, проходящие через клапаны 14а, 14Ь и соответственно синхронизировать срабатывание клапанов 14а, 14Ь.

Когда отходы 24 находятся в буферной камере 22 и второй клапан 14Ь полностью открыт, возникает резкое падение давления и газ (если он присутствует), растворенный в промывочной жидкости, начинает выделяться в газообразное состояние. Буферная камера 22 в этом случае будет подвержена вибрациям и ударам, когда второй клапан 14Ь вернется в положение регулирования. Кроме того, одновременно можно использовать входной сигнал от датчика перед первым входным клапаном 14а, чтобы постоянно поддерживать заданное давление.

Кроме того, прежде чем открыть первый клапан 14а, второй клапан 14Ь можно быстро открыть и вернуть в положение регулирования, чтобы убедиться, что на второй клапан 14Ь не налипли какие-либо отходы.

На фиг. 3 показан шибер 100, который можно использовать как клапан 14а и 14Ь в настоящем изобретении. Этот шибер также описан в параллельной заявке на патент Норвегии № 20100799 Шибер, способ управления давлением возвращающегося бурового раствора и/или глушения скважины и использование шибера. Шибер 100 содержит корпус 112. Корпус 112 имеет проточный канал 114, выполненный как прямой канал, по существу, круглого сечения. На одном конце канала 114 корпус 112 имеет первый или верхний фланец 116а для соединения, например, с трубой (не показана на фиг. 3). Второй или нижний фланец 116Ь расположен на втором конце канала 114 для соединения с другим элементом, например с трубой (не показана на фиг. 3). В крышке 118 корпуса 112 расположено первое или верхнее седло 120а и второе или нижнее седло 120Ь. Между первым и вторым седлами 120а, 120Ь в крышке 118 расположен элемент 122 задвижки. Элемент 122 задвижки выполнен с возможностью перемещения в направлениях, по существу, перпендикулярных главному направлению потока в канале 114, т.е. влево и вправо на фиг. 3. Элемент 122 задвижки может приводиться в действие, например, гидравлически, с помощью по меньшей мере одного гидравлического цилиндра 124 и штока 126 клапана, но изобретение не ограничивается типом привода. Элемент 122 задвижки содержит фиксированное отверстие 128. Отверстие 128 является отверстием, которое проходит через элемент 122 задвижки от одной поверхности 134а до другой поверхности 134Ь. Отверстие 128 имеет общее круглое сечение того же диаметра, что и канал 114. Следовательно, когда элемент 122 задвижки установлен в соответствующее положение, отверстие 128 может полностью совмещаться с каналом 114 и материал в канале 114 может свободно проходить через элемент 122 задвижки. Шибер, такой как шибер 100, в котором задвижка имеет отверстие, которое может быть совмещено с проточным каналом, можно, по существу, назвать шибером со сквозным каналом. В шибере 100 во внутренней стенке 132 отверстия 128 выполнено углубление или канавка 130. Отверстие задвижки с углублением или канавкой 130 можно назвать расширенным отверстием. Углубление или канавка 130 проходит, по существу, по прямой от поверхности 134а до поверхности 134Ь. Сечение углубления или канавки 130 в плоскости, по существу, перпендикулярной общему направлению потока, может быть чашеобразным (т.е. полукруглым) или серповидным или, по существу, круглым. Сечение

- 3 025889 углубления или канавки 130 может быть одинаковым на всем углублении или канавки 130. Ширина углубления или канавки 130 может составлять, например, 12,5 мм или более, а глубина углубления или канавки 130 может быть, например, 6,2 5 мм или более. Когда остальная часть отверстия 128, по существу, выведена из канала 114, возможность сообщения в канале 114 через элемент 122 задвижки сохраняется через углубление или канавку 130. При использовании шибера 100 в системе 10 это положение или состояние может соответствовать положению регулирования, упомянутому со ссылками на фиг. 2а-2б.

На фиг. 4 схематически показана предлагаемая система 10, установленная в системе бурения с управлением давлением или в системе бурения на депрессии.

В одной из указанных систем вертикально проходит труба 30 стояка. В трубе 30 стояка проходит бурильная колонна 32. На вершине трубы 30 стояка размещено кольцевое уплотнение 34. Буровой раствор и/или скважинная текучая среда могут подниматься по трубе 30 стояка, как показано стрелками 36.

Рядом с вершиной трубы 30 стояка выполнено боковое ответвление 38. Боковое ответвление 38 соединено с предлагаемой системой 10 трубой или шлангом 40 так, что материал из бокового ответвления 38 может проходить в проточный канал 12 системы 10. На фиг. 4 также показаны два шибера 14а, 14Ь, установленные последовательно с промежуточной буферной камерой 22. Два шибера 14а, 14Ь могут относиться к типу, показанному на фиг. 3.

Специалистам понятно, что настоящее изобретение не ограничено описанными выше вариантами. Наоборот, в рамках объема приложенной формулы в изобретение можно внести многочисленные модификации и изменения.

Claims (8)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Система (10) управления прохождением материала в проточном канале (12) нефтяной и/или газовой буровой или эксплуатационной установки, причем указанный материал включает в себя отходы или буровой шлам, при этом проточный канал включает в себя линию возврата промывочной жидкости, отличающаяся тем, что содержит первый и второй клапаны (14а, 14Ь), расположенные последовательно в проточном канале так, что поток, проходящий через указанный канал в направлении потока, может быть ограничен как на первом, так и на втором клапанах, расходомер, размещенный ниже по потоку от первого клапана или второго клапана, управляющее средство (18), присоединенное к указанным первому и второму клапанам и указанному расходомеру и выполненное с возможностью выборочного или последовательного приведения в действие клапанов так, что материал может проходить через клапаны в проточном канале в направлении потока, и буферную камеру, расположенную в проточном канале между первым и вторым клапанами, причем буферная камера имеет сечение в плоскости, по существу, перпендикулярной общему направлению потока в проточном канале, большее, чем сечение участков проточного канала смежных буферной камере.
2. 2. Система по п.1, в которой управляющее средство выполнено с возможностью сначала приводить в действие первый клапан (14а), переводя его из положения регулирования в более открытое положение и обратно в положение регулирования, и затем приводить в действие второй клапан (14Ь), переводя его из положения регулирования в более открытое положение и обратно в положение регулирования.
3. 3. Система по п.1 или 2, в котором расходомер выполнен с возможностью обнаружения состояния в проточном канале, при этом управляющее средство выполнено с возможностью автоматического приведения в действие первого и второго клапанов (14а, 14Ь) при обнаружении или после обнаружения указанного состояния расходомером.
4. 4. Система по п.3, в которой указанным состоянием является снижение расхода в проточном канале после одного из первого и второго клапанов (14а, 14Ь).
5. 5. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой первый и второй клапаны (14а, 14Ь) являются шиберами.
6. 6. Система по п.5, в которой по меньшей мере один из шиберов снабжен расширенным отверстием (128, 130) задвижки.
7. 7. Способ управления прохождением отходов или бурового шлама в возвратную линию для промывочной жидкости с использованием системы по п.1, в котором обнаруживают уменьшение расхода потока в проточном канале ниже по потоку от одного из указанных первого и второго клапанов, при обнаружении уменьшения или после него автоматически приводят в действие указанные первый и второй клапаны выборочно или последовательно для обеспечения возможности прохождения отходов или бурового шлама в клапаны через проточные каналы в направлении потока.
8. 8. Способ по п.7, в котором указанные клапаны образуют первый клапан (14а) выше по потоку, второй клапан (14Ь) ниже по потоку, при этом приводят в действие указанные клапаны в следующей последовательности:

   переводят первый клапан (14а) из регулирующего положения в более открытое положение, в то время как второй клапан (14Ь) остается в положении регулирования,

   - 4 025889 пропускают материал через первый клапан (14а) в положение в проточном канале между первым клапаном (14а) и вторым клапаном (14Ь), возвращают первый клапан (14а) в положение регулирования, переводят второй клапан (14Ь) из положения регулирования в более открытое положение, пропускают материал через второй клапан (14Ь) и возвращают второй клапан (14Ь) в положение регулирования.