УСТРОЙСТВО ДЛЯ МУЛЬТИМОДАЛЬНОГО АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА Российский патент 2016 года по МПК G01V3/00 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[1] Эта заявка заявляет приоритет по предварительным заявкам на патент США №61/969175, поданной 23 марта 2014 года; №61/992919, поданной 14 мая 2014 года; и №62/029585, поданной 28 июля 2014 года.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[2] Настоящее изобретение в целом относится к устройству мультимодального анализа и обработки бурового раствора и к основанным на ЯМР (ядерный магнитный резонанс)/МРО (магнитно-резонансное отображение) его многокомпонентной интегрированной системы.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[3] Буровые растворы являются составными жидкостями, используемыми для бурения нефтяных скважин. Их функции включают вынос частиц вырубленной породы на поверхность, поддержку достаточного давления на горную породу, смазку и охлаждение коронки. Буровые растворы включают растворы на нефтяной основе и растворы на водной основе. Составы на нефтяной основе включают углеродную основу и добавки, такие как капли воды, поверхностно-активные вещества, органофильные глины, загустители, и т.п., которые используются для придания раствору специальных свойств. Буровые растворы часто описываются как тиксотропные снижающие вязкость жидкости с напряжением текучести. Вследствие своего сложного состава буровые растворы демонстрируют внутреннюю структуру, которая склонна изменяться в соответствии с условиями течения и сдвига, что может приводить к неоднородным явлениям. Следовательно, важно развивать способы разведки, позволяющие визуализировать внутреннюю структуру раствора параллельно с реологическими измерениями.

[4] На буровой установке раствор прокачивается из амбара для раствора через бурильную колонну, где она распыляется из форсунок на буровой коронке, в процессе очищая и охлаждая буровую коронку. Раствор затем несет раздробленную или порезанную породу ("обломки") вверх по кольцеобразному пространству ("кольцу") между бурильной колонной и сторонами выбуриваемой скважины, вверх через кондукторную колонну, где она снова появляется на поверхности. Обломки затем отфильтровываются или вибрационным ситом, или более новой сланцевой конвейерной технологией, и раствор возвращается в амбары для раствора. Амбары для раствора позволяют выбуренной "мелочи" осаждаться; амбары также являются местом, в котором текучая среда обрабатывается добавлением химических реагентов или других веществ.

[5] Возвращающийся раствор может содержать природные газы или другие воспламеняющиеся материалы, которые собираются в области вибрационного сита/сланцевого конвейера или вокруг нее, или в других рабочих областях. Из-за опасности пожара или взрыва в случае их воспламенения, обычно устанавливаются специальные датчики слежения и взрывозащитное сертифицированное оборудование, а работникам предписывается предпринимать меры предосторожности. Раствор затем закачивается обратно в скважину и далее повторно используется. После проверки раствор периодически обрабатывается в амбарах для раствора, чтобы гарантировать свойства, которые оптимизируют и улучшают эффективность бурения, стабильность буровой скважины и другие требования, как перечислено ниже.

[6] Буровые растворы классифицируются на основании их жидкой фазы, щелочности, дисперсии и типа используемых химических реагентов. Дисперсные системы представляют собой буровой раствор на водной основе - раствор с низким рН (7,0-9,5), который включает бентонитовые, естественные, обработанные фосфатами растворы для забуривания ствола, органический раствор и обработанный органическим коллоидом раствор. Буровой раствор с высоким рН имеет рН выше приблизительно 9,5. Буровой раствор на водной основе подавляет гидратацию и дисперсию глины. Существует четыре типа: известковые растворы с высоким рН и растворы с низким рН на основе гипса, морской воды и насыщенной поваренной солью воды. Недисперсные системы представляют собой раствор с низким содержанием твердых веществ. Эти растворы содержат менее 3-6% твердых веществ по объему и менее 9,5 фунтов/галлон твердых веществ по весу. Большинство растворов этого типа основаны на воде с различными количествами бентонита и полимера. Эмульсии обычно выбираются из нефти в воде (нефтеэмульсионные растворы) и воды в нефти (обратные нефтеэмульсионные растворы). Основанные на нефти растворы содержат нефть в качестве непрерывной фазы и воду в качестве примеси, а не в качестве элемента в композиции раствора. Они, как правило, содержат воды менее 5% (по объему). Основанные на нефти растворы обычно представляют собой смесь дизельного топлива и асфальта, однако они могут быть основаны на добываемой сырой нефти и растворе, см. M.G. Prammer, Е. Drack, G. et al. 2001. The Magnetic-Resonance While-Drilling Tool: Theory and Operation, SPE Reservoir Evaluation & Engineering 4(4) 72495-PA.

[7] Coussot и др. (Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP, 59(1) 2004, стр. 23-29) сообщают о реологических экспериментах, связанных с магнитно-резонансным отображением (МРО). Используя эту технологию, они определили профиль скоростей в вискозиметрическом потоке. Coussot и др. не раскрывают и не объясняют использование МРО при обработке повторно используемого бурового раствора.

[8] Патент США №6268726, выданный Numar Corporation, здесь и далее ′726) раскрывает устройство ЯМР измерения во время бурения, обладающее механической прочностью и чувствительностью измерения, чтобы выполнять ЯМР измерения земной породы во время бурения буровой скважины, и способ и аппарат для отслеживания движения устройства измерения, чтобы учитывать это движение при обработке ЯМР сигналов из буровой скважины. ′726 также раскрывает аппарат, в котором его устройство имеет постоянный магнит с направлением магнитного поля, в значительной мере перпендикулярным оси буровой скважины, стальной хомут из немагнитного материала, окружающий магнит, антенну, расположенную за пределами хомута, и мягкий магнитный материал, расположенный в предопределенной связи с хомутом и магнитом, который помогает придавать форму магнитному полю устройства. Благодаря немагнитному хомуту устройство может выдерживать экстремальные условия в среде буровой скважины во время бурения буровой скважины. Аппарат и способ управления движением применяются, чтобы определять временные периоды, когда можно получить ЯМР измерения без влияния движения устройства или его ориентации в пространстве на точность измерения.

[9] Другие патенты, направленные на практические ЯМР измерения во время бурения включают патент США №5705927; патент США №5557201; патент США №5280243; патенты США №6362619, 8373412 и 8143887.

[10] Многофакторная аутентификация (также MFA, двухфакторная аутентификация, двушаговая проверка, TFA, T-FA или 2FA) - это подход к аутентификации, который требует предоставления двух или более из трех факторов аутентификации: фактора знания ("что-то, известное только пользователю"), фактора обладания ("что-то, чем владеет только пользователь") и фактора неотъемлемости ("что-то, чем является только пользователь"). После предоставления каждый фактор должен быть проверен на подлинность другой стороной для проведения аутентификации.

[11] Сертификат открытого ключа (также известный как цифровой сертификат или идентификационный сертификат) представляет собой электронный документ, который использует цифровую подпись, чтобы связывать открытый ключ с идентификатором - информацией, такой как имя человека или организации, адрес и адрес электронной почты. Сертификат может использоваться для проверки того, что открытый ключ принадлежит человеку.

[12] В обычной схеме инфраструктуры открытых ключей (PKI) имеется подпись органа сертификации (СА). В сети доверительной схемы подпись принадлежит или пользователю (самостоятельно подписанный сертификат), или другим пользователям ("подтверждающая подпись"). В любом случае подписи на сертификате являются подтверждениями лица, подписавшего сертификат о том, что идентификационная информация и открытый ключ соответствуют друг другу.

[13] Заявка на патент США №20110270525 раскрывает, что добыча нефти и газа требует специального оборудования скважины, такого как трубы, клапаны, муфты и соединения, которые работают в экстремальных условиях, включая, например, высокое давление, температуру, изменчивость и коррозионную активность. Такие условия приводят к быстрому износу оборудования скважины и увеличивают вероятность поломки. Более того, когда оборудование скважины действительно выходит из строя, воздействие этой поломки обычно является катастрофическим. Например, поломка оборудования скважины может привести к крупным взрывам, которые ранят рабочих, уничтожают собственность и останавливают работу на существенное время, потенциально стоя миллионы долларов в обязательствах, ремонте и потерянной прибыли.

[14] Патент США №6907375 раскрывает диагностику и анализ системы нефтедобычи и интерфейс оператора для понимания и подтверждающего сообщения о событиях, связанных с оптимизацией процесса нефтедобычи. Это представляет способ отслеживания и анализа множества сигналов от мониторов по меньшей мере на одной первой буровой установке из множества буровых установок.

[15] Мультимодальные и основанные на МРО/ЯМР мультимодальные системы и способы анализа для измерений в реальном времени буровых растворов, особенно для оптимизации условий повторного использования и обработки раствора, включая непрерывное одноэтапное интерактивное измерение связанных с раствором параметров, до сих пор представляют давно назревшую потребность. Более того, другой неудовлетворенной потребностью является система измерения для определения характеристик раствора, таких как ее жидкая фаза, щелочность, дисперсия и тип химических реагентов, которые необходимо добавлять, чтобы оптимизировать и улучшать эффективность бурения, стабильность буровой скважины, и другие требования, как заявлено выше.

СУТЬ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[16] Таким образом, целью изобретения является предоставление системы анализа для использования в системе рециркуляции бурового раствора, при этом указанная система рециркуляции бурового раствора содержит: (а) элемент обработки, содержащий вход и выход, содержащий по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, состоящей из фильтрующего устройства для фильтрации указанного бурового раствора; очистного устройства для очистки указанного бурового раствора; вибрационного сита; по меньшей мере одного амбара для раствора; и по меньшей мере одного резервуара в перекрывающемся жидкостном соединении с указанным внутренним потоком; (b) по меньшей мере один трубопровод, проходящий через указанный элемент обработки; указанные вход и выход приспособлены для жидкостного соединения с бурильным устройством через указанный трубопровод; (с) потоковое устройство для создания внутреннего потока бурового раствора через указанный трубопровод от указанного входа к указанному выходу, и, когда указанный элемент обработки жидкостно соединен с указанным бурильным устройством, - потока бурового раствора через указанный трубопровод от указанного бурильного устройства к указанному входу и обратного потока бурового раствора через указанный трубопровод от указанного выхода к указанному бурильному устройству; (d) необязательно, по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, состоящей из устройства измерения скорости потока для измерения скорости потока указанного бурового раствора через по меньшей мере часть указанного по меньшей мере одного трубопровода; устройства измерения давления для измерения давления указанного бурового раствора в по меньшей мере одной части указанного по меньшей мере одного трубопровода; и устройства измерения разности давления для измерения разности давления в указанном потоке указанного бурового раствора между двумя предопределенными точками в указанном трубопроводе; и (е) систему управления рециркуляцией для управления указанным элементом обработки и указанным потоковым устройством; причем указанная система анализа содержит: (а) анализирующее устройство, приспособленное обеспечивать анализ в реальном времени по меньшей мере одного химического или физического свойства бурового раствора, протекающего через указанную систему рециркуляции, и сообщать и/или записывать в реальном времени результаты указанного анализа и/или сравнивать в реальном времени результаты указанного анализа с хранящимся значением, указанное анализирующее устройство содержит по меньшей мере одно магнитно-резонансное устройство, расположенное вокруг указанного трубопровода; и (b) информационное соединение, приспособленное передавать указанные результаты указанного анализа от указанного анализирующего устройства по меньшей мере одному получателю, выбранному из группы, состоящей из указанной системы управления рециркуляцией; приемной станции, не подключенной к указанной системе рециркуляции; оператора указанной системы рециркуляции; и оператора указанного анализирующего устройства.

[17] Еще одной целью этого изобретения является раскрытие системы анализа, при этом указанное анализирующее устройство дополнительно содержит устройства для определения значения по меньшей мере одного химического или физического свойства, выбранного из группы, состоящей из электрической стабильности; катионообменной емкости; содержания хлоридов в растворе на водной основе; жесткости воды в растворе на водной основе; растворимости раствора на водной основе; насыщенности раствора на водной основе; содержания свободной воды; отношения нефти к воде; щелочности; избыточной извести; щелочности фильтрата раствора, определяемой фенолфталеиновым индикатором; конечной точки щелочности по метилоранжу фильтрата раствора; содержания хлорида кальция; растворимости газа в растворе на нефтяной основе; параметров выброса газа; химического состава пластового газа; эквивалентной плотности циркуляции; активности водной фазы; реологических параметров; солености указанного бурового раствора; обводненности; и параметров потока.

[18] Еще одной целью этого изобретения является раскрытие системы анализа, как определяется в любой из вышеописанных, отличающегося тем, что указанная система рециркуляции содержит (а) бак, приспособленный содержать использованную буровую жидкость; (b) устройство разделения по плотности, соединенное с выходным отверстием указанного бака, указанное устройство разделения по плотности содержит переливное отверстие, чтобы обеспечивать переливной поток, и сливное отверстие, чтобы обеспечивать сливной поток, содержащий более плотный материал, чем указанный переливной поток; насос, приспособленный перемещать использованную буровую жидкость из указанного бака в указанное устройство разделения по плотности; и (с) систему контроля уровня жидкости, приспособленную регулировать уровень указанной использованной буровой жидкости в указанном баке до уровня, который предотвращает попадание воздуха в указанный насос.

[19] Еще одной целью этого изобретения является раскрытие системы анализа, как определяется в любой из вышеописанных, отличающегося тем, что указанный по меньшей мере один трубопровод содержит по меньшей мере один ответвленный трубопровод, и указанное магнитно-резонансное устройство располагается вокруг указанного ответвленного трубопровода.

[20] Еще одной целью этого изобретения является раскрытие системы анализа, как определяется в любой из вышеописанных, отличающегося тем, что указанная система анализа дополнительно содержит устройство извлечения и перемещения образца для извлечения образца из указанного потока бурового раствора и перемещения указанного образца в указанное анализирующее устройство.

[21] Еще одной целью этого изобретения является раскрытие системы анализа, как определяется в любой из вышеописанных, отличающегося тем, что указанное анализирующее устройство дополнительно содержит по меньшей мере одно анализирующее устройство, выбранное из группы, состоящей из термометра; термопары; датчика давления; датчика разности давления; датчика солености; денситометра; анализатора размера частиц; анализатора концентрации CO₂; инфракрасного (IR) спектрометра; атомно-абсорбционного спектрометра; атомно-эмиссионного спектрометра; атомно-флуоресцентного спектрометра; спектрометра на основе рентгеновских лучей альфа частиц; капиллярно-электрофорезного устройства; колориметра; устройства компьютерной томографии; устройства циклической вольтамперметрии; дифференциального сканирующего калориметра; энергодисперсионного спектрометра; устройства фракционирования потока полем; поточно-инжекционного анализатора; газового хроматографа (GC); высокопроизводительного жидкостного хроматографа (HPLC); жидкостного хроматографа; масс-спектрометра (MS); GC-MS; GC-IR; HPLC-IR; LC-IR; LC-MS; ионно-микрозондового устройства; устройства индуктивно связанной плазмы; ионочувствительного электрода; спектрометра с возбуждением индуцированным лазером пробоем; спектрометра Мессбауэра; нейтронно-активационного анализатора; спектрометра на основе индуцированной частицами эмиссии рентгеновских лучей; пиролизера (PY); PY-GC-MS; рамановского спектрометра; устройства для определения показателя преломления; спектрометра на основе усиленной резонансом многофотонной ионизации; трансмиссионного электронного микроскопа; термогравиметрического анализатора; рентгеновского дифрактометра; рентгеновского флуоресцентного спектрометра; рентгеновского микроскопа; автоматического титратора; полуавтоматического титратора.

[22] Еще одной целью этого изобретения является раскрытие системы анализа, как определяется в любой из вышеописанных, отличающегося тем, что указанное анализирующее устройство дополнительно содержит устройства для определения значения по меньшей мере одного реологического параметра, выбранного из группы, состоящей из профиля радиальной скорости; профиля радиального давления; распределения τ(r) напряжения радиального сдвига; распределения скорости радиального сдвига γ(r); плотности; вязкости; и предела текучести.

[23] Еще одной целью этого изобретения является раскрытие системы анализа, как определяется в любой из вышеописанных, отличающегося тем, что указанное анализирующее устройство содержит множество анализирующих модулей, приспособленных в конфигурации, выбранной из параллельной; последовательной; и «один в другом».

[24] Еще одной целью этого изобретения является раскрытие системы анализа, как определяется в любой выше, отличающегося тем, что указанная система анализа выполнена способом, выбранным из группы, состоящей из выполнения с возможностью передвижения и выполнения с возможностью транспортировки в транспортном средстве или на нем.

[25] Система анализа по п. 1, отличающаяся тем, что истинно по меньшей мере одно из следующего: (а) по меньшей мере часть указанного оборудования переработки бурового раствора приспособлена соответствовать спецификации NeSSI; (b) по меньшей мере часть указанного оборудования переработки бурового раствора приспособлена соответствовать миниатюрным, модульным спецификациям механического стандарта ANSI/ISA SP76.00.2002; и (с) указанное оборудование переработки бурового раствора содержит шину связи NeSSI.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[26] Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения описывается ниже в данном документе со ссылкой на следующие графические материалы:

[27] Фиг. 1 представляет собой изображение системы для линии переработки бурового раствора, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

[28] Фиг. 2 представляет собой дополнительное подробное изображение линии переработки бурового раствора, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

[29] Фиг. 3 представляет собой изображение системы анализа, работающей в связи с буровой установкой в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

[30] Фиг. 4 представляет собой изображение множества анализирующих модулей (308a-d), приспособленных в виде системы анализа, работающей в связи с буровой установкой (впуск 305 раствора, выпуск 309 раствора) в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

[31] Фиг. 5 представляет собой изображение множества анализирующих модулей (308а-b), приспособленных в конфигурации "один в другом" в качестве части системы анализа, работающей в связи с буровой установкой (впуск 305 раствора, выпуск 309 раствора) в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

[32] Фиг. 6 представляет собой изображение системы анализа, работающей в связи с буровой установкой в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

[33] Фиг. 7 представляет собой изображение системы анализа, работающей в связи с буровой установкой в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

[34] Фиг. 8 представляет собой изображение системы анализа, работающей в связи с двумя буровыми установками (301а и 301b) в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения; и

[35] Фиг. 9 представляет собой изображение сертифицирующей системы анализа, работающей в связи с буровой установкой в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[36] В следующем описании описываются различные особенности изобретения. С пояснительной целью излагаются особые признаки, чтобы предоставить исчерпывающее понимание изобретения. Специалисту в данной области техники будет ясно, что существуют другие варианты осуществления изобретения, которые отличаются в деталях, не влияя на его сущность. Следовательно, изобретение не ограничивается тем, что представлено на графических материалах и описано в описании, но лишь как указано в сопутствующей формуле изобретения, с надлежащим объемом, определенным только самой широкой интерпретацией указанной формулы изобретения.

[37] Как используется здесь, термин "магнитно-резонансное устройство" (МРУ) относится в общем к любому устройству, спектрометру или другому аппарату, который использует магнитный резонанс, чтобы получать информацию о составе или физических свойствах образца. Неограничительные примеры МРУ в соответствии с этим определением включают ЯМР спектрометры, МРО устройство, ЯКР спектрометры и ЭПР спектрометры.

[38] Как используется здесь, термин "параметр качества" относится к любому измеренному, выведенному или рассчитанному параметру, который может использоваться для оценки состояния или качества бурового раствора по сравнению со стандартным значением. Параметры качества могут включать измеренные значения химических или физических свойств бурового раствора, или величины, выведенные или рассчитанные по измеренным значениям химических или физических свойств бурового раствора.

[39] В некоторых вариантах осуществления система обработки раствора подключается между амбарами для раствора и бурильной колонной бурильной системы, и магнитно-резонансным устройством, которое создает магнитно-резонансные изображения потока, по которым определяются реологические параметры бурового раствора. Система обработки компонентов удовлетворяет протоколам и требованиям NeSSI.

[40] В настоящем изобретении применяются последние разработки в инициативах по усовершенствованию промышленных процессов, такие как включение интерактивных испытаний и настройка системы на итеративное регулирование характеристик бурового раствора. Другая последняя разработка, включенная в настоящее изобретение, - это интеграция чувствительных устройств и процессов слежения в систему отбора образцов. Предпочтительно используемым механизмом является NeSSI (New Sensors/Sampling Initiative, Инициатива по использованию новых датчиков/отбору образцов).

[41] Требования NeSSI (New Sampling/Sensor Initiative) соответствуют миниатюре ANSI/ISA SP76.00.2002, модульному механическому стандарту и включают механические системы, связанные с компонентами работы с текучими средами. Ссылка на стандарт ANSI/ISA имеется в публикации IEC 62339-1:2006 Международной электротехнической комиссии (International Electrotechnical Commission). Предпочтительно, настоящее изобретение включает механические конструкции на основе стандарта ANSI/ISA SP76.00.02-2002 и, дополнительно, предпочтительно по меньшей мере части бурильной системы используют механические конструкции на основе стандарта ANSI/ISA SP76.00.02-2002.

[42] Платформа NeSSI представляет собой миниатюризированную, модульную версию традиционных методологий сбора и обработки образцов, таким образом позволяющую добавлять компоненты в виде стандартных модулей и интеграцию сенсорных систем с системой отбора образцов, чтобы образовывать единый автономный элемент для изъятия и замера образцов. С использованием платформы NeSSI потребность во внесении поправок в процесс, таких как, но без ограничения, изменения характеристик раствора, может обнаруживаться раньше в системе обработки раствора, тем самым увеличивая скорости бурения и улучшая безопасность.

[43] Для анализа бурового раствора, особенно, как в настоящем изобретении, для управления характеристиками раствора, обычно используется магнитно-резонансное устройство (МРУ) Aspect Imaging Ltd (Израиль и США). МРУ представляет собой относительно маленькое устройство ядерного магнитного резонанса с магнитным полем приблизительно 1 Тесла, размером порядка 0,5 м × 0,5 м × 1 м. Таким образом, устройство МРУ является идеальным для включения в состав интерактивной системы, особенно линию переработки бурового раствора.

[44] Распределение напряжения радиального сдвига τ(r) определяется как

где ΔP(r) - это разница давления между входным отверстием и выходным отверстием МРУ в радиальном положении r. Датчики давления располагаются рядом с входными и выходными отверстиями, и датчики давления измеряют профиль осевого давления Р(r), как известно в данной области техники. Датчики давления разделены расстоянием L.

[45] Распределение скорости радиального сдвига γ(r) определяется как

где ν(r) - это профиль радиальной скорости.

[46] ЯМР изображения, профили радиальной скорости ν(r), профили давления Р(r), расстояние L и реологические параметры τ(r) и γ(r) могут храниться в базе данных и могут извлекаться из базы данных по мере необходимости.

[47] В соответствии со степенным законом распределения для напряжения радиального сдвига τ(r), напряжение радиального сдвига τ(r) и скорость радиального сдвига γ(r) связаны отношением:

где k и n - это параметры степенного закона напряжения.

[48] Как правило, параметры k и n определяются подгонкой усредненного распределения скорости радиального сдвига γ(r) и усредненного распределения напряжения сдвига τ(r) для радиальных значений r к степенному закону распределения в уравнении (3).

[49] Используемый параметр качества, Q, равен

где k и n находятся путем подгонки усредненного распределения скорости радиального сдвига γ(r) и усредненного распределения напряжения сдвига τ(r) для радиальных значений r к степенному закону распределения в уравнении (3).

[50] В предпочтительных вариантах осуществления составной параметр качества, Q_C, сравнивается со стандартным параметром качества, Q_S, где Q_C равен

и Q_S равен

Чтобы определить, удовлетворяет ли образец критериям, тестовый параметр Q_T качества сравнивается с критерием качества δ, и образец является приемлемым, если Q_T<δ.

[51] В одном варианте осуществления , и критерием качества является одно стандартное отклонение стандартного параметра Q_S качества.

[52] В вариантах осуществления, в которых критерий качества δ представляет собой одно стандартное отклонение стандартного параметра Q_S качества, стандартный параметр Q_S качества измеряется для множества стандартизированных образцов состава, и стандартный параметр Q_S,i качества определяется для каждого образца i. Стандартное отклонение, σ_d, стандартного параметра Q_S качества находится, как известно в данной области техники, из уравнения

где Q_S,i - это стандартный параметр качества для i-го стандартизированного образца продукта, N - количество испытываемых стандартизированных образцов, a Q_S - среднее стандартных параметров Q_S,i качества.

[53] В других вариантах осуществления критерий качества представляет собой два стандартных отклонения (95%) стандартного параметра Q_S качества. В еще других вариантах осуществления как критерий качества используются 3 или 4 стандартных отклонения, или даже больше.

[54] Теперь производится ссылка на ФИГ. 1, которая представляет собой изображение одного варианта осуществления системы. В этом варианте осуществления буровой раствор 10 находится в линии 12 переработки бурового раствора. Линия 12 переработки бурового раствора содержит устройство 32 подачи компонентов, которое хранит и подает, по требованию, материалы бурового раствора и сырье, систему 14 смесительного бака для бурового раствора, потоковый трубопровод 24 и оборудование 22 переработки бурового раствора. Она также содержит устройство 26 магнитно-резонансного отображения, охватывающее по меньшей мере часть 28 потокового трубопровода 24, и систему 30 обработки. Во время работы линии переработки бурового раствора множество компонентов 16, как описывается ниже в данном документе, впрыскиваются в систему 14 смесительного бака, где они объединяются с переработанным раствором 17 и перемешиваются, пока они не образуют смесь 18 из переработанного бурового раствора 17 и компонентов. Смесь 18 затем впрыскивается через трубопровод 24 в оборудование 22 переработки бурового раствора, и в оборудовании 22 переработки бурового раствора производится буровой раствор 10.

[55] Устройство 26 магнитно-резонансного отображения отслеживает процесс in situ, интерактивно и в реальном времени. Образец смеси 18 впрыскивается в потоковый трубопровод 24, так что устройство 26 магнитно-резонансного отображения создает по меньшей мере одно магнитно-резонансное изображение смеси 18, текущей через трубопровод 24. Система 30 обработки обрабатывает по меньшей мере одно магнитно-резонансное изображение образца смеси 18, чтобы генерировать тестовый параметр Q_T качества смеси 18, как описано ниже. Тестовый параметр Q_T качества сравнивается с предопределенным проверочным значением Q_C, как описано ниже, и если разница больше, чем предопределенная величина, на устройство 32 подачи сырья подается команда выдать предопределенное количество по меньшей мере одного сырья 16 в систему 14 смесительного бака. Когда сырье 16 включено в состав смеси 18, другой образец смеси 18 впрыскивается в потоковый трубопровод 24, генерируется другое по меньшей мере одно магнитно-резонансное изображение, и процесс итеративно повторяется, пока тестовый параметр Q_T качества не будет отличаться от предопределенного проверочного значения Q_C на менее чем предопределенную величину. В порционной системе процесс останавливается, когда система 14 смесительного бака опустошается, хотя, как ожидается, ни в каком регулировании смеси 18 не будет необходимости после получения приемлемой смеси, и процесс возобновляется, когда система 14 смесительного бака снова заполняется переработанным раствором 17, и производится новая порция смеси 18. В непрерывном процессе осуществляется непрерывное впрыскивание бурового раствора 17 в систему 14 смесительного бака, так что содержимое системы 14 смесительного бака постоянно пополняется.

[56] В предпочтительных вариантах осуществления система 30 переработки бурового раствора приспособлена соответствовать миниатюрным модульным спецификациям механического стандарта ANSI/ISA SP76.00.2002.

[57] Теперь делается ссылка на ФИГ. 2, которая представляет дополнительные подробности линии 12 переработки бурового раствора, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Как представлено на ФИГ. 2, линия 12 переработки бурового раствора содержит бак 14, порционный коллектор 19 и контрольный клапан 21, насос 34, трубопровод 24 и оборудование 22 переработки бурового раствора. Она также содержит систему 30 обработки сырья и устройство 32 подачи сырья.

[58] Система 30 обработки сырья содержит процессор 42, элемент 44 памяти и шину 46 связи, такую как шина связи NeSSI, обеспечивающую связь между всеми частями системы.

[59] Система 30 обработки сырья осуществляет связь с устройством 32 подачи сырья посредством линии 52 связи. Устройство 32 подачи сырья содержит множество N резервуаров 54 сырья. Как правило, каждый резервуар 56 содержит по меньшей мере одно сырье, I_i=j. Каждый резервуар 56 включает коммуникационный порт 60, через который каждый резервуар 56 осуществляет связь с линией 52 связи через шину 62 внутренней связи.

[60] В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один резервуар 56 содержит смесь по меньшей мере двух компонентов, I_{i=j, i=m}.

[61] Порция образца бурового раствора 10 вводится в бак 14 из порционного коллектора 19 через контрольный клапан 21. Насос 34 закачивает смесь 18 образца из бака 14 в производственную линию 22 через устройство 26 ядерно-магнитного отображения. Поток 36 бурового раствора течет через трубопровод 24. По меньшей мере часть, 48, потока 36 проходит через по меньшей мере часть устройства 26 ядерно-магнитного отображения, между входным отверстием 64 и выходным отверстием 66.

[62] Дополнительно обращаясь к ФИГ. 3, устройство ядерно-магнитного отображения, которое может представлять собой ЯМР устройство, генерирует по меньшей мере одно магнитно-резонансное изображение 38 части 48 потока 36 бурового раствора в ЯМР устройстве, как функцию радиального положения r, как известно в данной области техники. По меньшей мере одно магнитно-резонансное изображение 38 обрабатывается процессором 42, чтобы определять по меньшей мере один профиль радиальной скорости, ν(r), 40 смеси 18, где радиальный параметр r измеряется от центра трубопровода 24, так что r=0 в центре трубопровода 24, и r=R на краю потока 36. По меньшей мере одно магнитно-резонансное изображение 38 передается на процессор 42 по линии 50 связи и шине 46 связи. В некоторых вариантах осуществления линия 50 связи содержит часть шины 46 связи.

[63] Теперь ссылка кратко делается на следующие графические материалы, среди которых на ФИГ. 4, которая представляет собой изображение множества анализирующих модулей (308a-d), приспособленных в качестве системы анализа, работающей в связи с буровой установкой (впуск 305 раствора, выпуск 309 раствора) в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. ФИГ. 5 представляет собой изображение множества анализирующих модулей (308а-b), приспособленных в конфигурации "один в другом" в качестве части системы анализа, работающей в связи с буровой установкой (впуск 305 раствора, выпуск 309 раствора) в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. ФИГ. 6 представляет собой изображение системы анализа, работающей в связи с буровой установкой в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, где впуск в систему анализа (307) имеет возможность жидкостного соединения с исходящим выпускным отверстием для образца переработанного бурового раствора (305), выпуск системы анализа (309) имеет возможность жидкостного соединения с буровой установкой (301), а линия связи (313) между установкой и системой анализа контролирует качество раствора. ФИГ. 7 представляет собой изображение системы анализа, работающей в связи с буровой установкой в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, где впуск в систему анализа (307) имеет возможность жидкостного соединения с исходящим выпускным отверстием для образца переработанного бурового раствора (305), а линия связи (313) между установкой и системой анализа контролирует качество раствора, где дополнительная линия связи (314) обеспечивает управление с обратной связью буровым раствором. ФИГ. 8 представляет собой изображение системы анализа, работающей в связи с двумя буровыми установками (301а и 301b) в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, где имеется два впуска в систему анализа (305 и 315, соответственно), и линия связи (313) между установкой и системой анализа для контроля качества раствора; и ФИГ. 9 представляет собой изображение сертифицирующей системы анализа, работающей в связи с буровой установкой в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Больше деталей и примеров предоставляется ниже.

[64] Теперь ссылка делается на ФИГ. 9. В варианте осуществления, представленном на фигуре, система анализа (307) обеспечивает анализ с разрешением по времени бурового раствора, процесса бурения и продуктов бурения. Первый анализирующий модуль 307 располагается вверх по течению от буровой скважины в положении 320, чтобы получать профиль бурового раствора, входящего в буровую скважину, а второй анализирующий модуль располагается ниже по течению от буровой скважины (305), чтобы получать профиль бурового раствора, выходящего из буровой скважины. Если скорость R_f потока и расстояние между двумя анализирующими устройствами L известны, то время Δt_f, которое требуется буровому раствору, чтобы преодолеть расстояние между ними, легко находится как L/R_f. Путем распределения во времени измерений, сделанных двумя анализирующими модулями, можно получить многослойный профиль (Pt, 400) указанного образца раствора с разрешением по времени. Профиль с разрешением по времени может быть получен в непрерывных условиях путем соотношения измерений, осуществляемых вторым анализирующим модулем, на Δt_f после измерений, осуществляемых первым анализирующим модулем, или в порционном режиме путем использования первого аналитического модуля, чтобы делать измерения во время t, и второго анализирующего модуля, чтобы делать измерения во время t+Δt_f. Также можно получить многослойный профиль, если второе измерение делается во время t+Δt_f+δ (δ может быть отрицательным) после первого измерения. Этот многослойный профиль, таким образом, может учитывать части потока, которые достигли отличающихся уровней буровой скважины.

[65] Как указано выше, буровой раствор используется, чтобы контролировать подземное давление, смазывать буровую коронку, стабилизировать ствол скважины и переносить обломки на поверхность, среди других функций. По мере того как буровая коронка перемалывает породу на буровые обломки, эти обломки увлекаются в потоке раствора и выносятся на поверхность. Чтобы возвратить раствор в систему рециркуляции раствора и облегчить работу с твердыми веществами, твердые вещества должны быть отделены от раствора.

[66] Таким образом, в соответствии с одним вариантом осуществления, где в использование предоставляется следующая система, чтобы переработать буровой раствор, используется оборудование контроля за твердыми веществами, и используется обычное четырехэтапное оборудование контроля за твердыми веществами. На первом этапе: используется вибрационное сито: в соответствии с размером буровой установки, от 1 до 3 наборов вибрационных сит используются на контрольном выделении твердых веществ первого этапа, например, это осуществляется с помощью вибрационных сит API 4-0 60. На этом этапе выделяются обломки крупнее 400 мкм. Затем в качестве разделения второго и третьего этапа используются пескоотделитель и отстойник. Для этих этапов используется очиститель раствора. Он представляет собой сочетание вибрационного сита, пескоотделителя и отстойника. Для буровых установок более мелкого размера (обычно менее 750 л.с.) раствор, обработанный вибрационным ситом и очистителем раствора, может использоваться для бурения. При некоторых условиях, как например, когда глубина бурения большая и требуется раствор высокого качества, в качестве разделения четвертого этапа используется декантирующая центрифуга. Когда необходимо выделить более мелкие твердые вещества, например, для газированного бурового раствора, используются вакуумный дегазатор, разделитель раствора/газа (механический дегазатор) и зажигательное устройство.

[67] Параллельно с указанной схемой переработки раствора ЯМР/МРО система анализа интегрально используется, чтобы улучшить переработку используемого бурового раствора и восстановить его характеристики по предопределенной шкале характеристик, путем следования следующей схеме: (i) определение параметров и величин оптимального бурового раствора; (ii) интерактивный и in situ анализ параметров и величин используемого бурового раствора, предпочтительно, но не исключительно, во время начальных этапов переработки, когда буровой раствор выходит из буровой скважины; (iii) сравнение указанных оптимальных параметров и величин и указанных интерактивно полученных параметров и величин, а именно определение разностей между теми предопределенными параметрами и величиной "оптимального бурового раствора" и соответствующими параметрами и величиной "фактического бурового раствора", тем самым определяя какой этап переработки требуется, и последующее определение параметров и величин; таких как температура переработки, время работы каждого этапа переработки, тип и количество компонентов для смешивания с указанным раствором, параметры смешивания, и т.п., причем компоненты могут выбираться из воды, бентонита и т.п., содержащих кальций солей и их смесей, поверхностно-активных веществ (например, анионных, катионных или цвиттер-ионных поверхностно-активных веществ), свежего бурового раствора, не смешивающихся с водой растворов и т.п. (iv) переработка использованного бурового раствора с одновременным непрерывным ЯМР/МРО анализом его свойств, таким образом осуществление интерактивной обратной связи с системой переработки, пока характеристики переработанного бурового раствора не сравняются (плюс-минус допустимая предопределенная величина) с хранящимися характеристиками "оптимального бурового раствора". Таким образом, эта новая интегрированная ЯМР/МРО система переработки бурового раствора обеспечивает интерактивное, in-situ, бурение одним непрерывным этапом, где используется оптимальный буровой раствор, а именно буровой раствор, имеющий предопределенные характеристики, такие как реологические характеристики, характеристики текучей фазы, щелочность (содержание кальция и т.п.), характеристики дисперсии и т.д.

[68] Использование ЯМР как способа для исследований в скважинах хорошо известно в данной области техники. Например, европейский патент № ЕР 0835463 раскрывает ЯМР способ исследования скважин, который основан на отличающихся величинах времени спин-решеточной релаксации Т1, времени решеточной релаксации Т2 и постоянной диффузии D для нефти и воды.

[69] Также в объем изобретения входит предоставление новаторской системы анализа для анализа и обработки бурового раствора. Система анализа содержит, inter alia, выпускное отверстие для образца выходящего переработанного бурового раствора (см., например, элемент 305 на фигуре 3), соединенное с буровой установкой (301); и систему анализа (307), соединенную с указанным выпускным отверстием, приспособленную, с помощью множества анализирующих модулей (например, 308), предоставлять разрешенный по времени многослойный профиль указанного образца раствора.

[70] В соответствии с одним вариантом осуществления представленной в данном документе технологии, вышеуказанная система анализа содержит вискозиметр для определения кажущейся вязкости; пластической вязкости (PV), которая представляет собой сопротивление текучей среды потоку; предела текучести (YP), который представляет собой сопротивление начального потока текучей среды или усилие, требующееся, чтобы переместить текучую среду; и предела текучести бентонитовых буровых растворов.

[71] Дополнительно или альтернативно, и в соответствии с еще одним вариантом осуществления представленной в данном документе технологии, вышеуказанная система анализа включает по меньшей мере одно из следующего: термометра, устройства анализа диоксида углерода, такого как FTIR спектрометрический газовый анализатор; атомно-абсорбционной спектроскопии (AAS), атомно-эмиссионной спектроскопии (AES), атомно-флуоресцентной спектроскопии (AFS), спектрометра рентгеновского излучения альфа-частиц (APXS), капиллярного электрофореза (СЕ), хроматографии, колориметрии, компьютерной томографии, циклической вольтамперметрии (CV), дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC), электронного парамагнитного резонанса (EPR, ESR), энергодисперсионной спектроскопии (EDS/EDX), фракционирования потока полем (FFF), поточно-инжекционного анализа (FIA), газовой хроматографии (GC), газовой хроматографии-масс-спектрометрии (GC-MS), газовой хроматографии-ИК спектроскопии (GC-IR), гельпроникающей хроматографии-ИК спектроскопии (GPC-IR), высокоэффективной жидкостной хроматографии (HPLC), высокоэффективной жидкостной хроматографии-ИК спектроскопии (HPLC-IR), ионного микрозонда (IM), индуктивно связанной плазмы (ICP), ионоселективного электрода (ISE), спектроскопии индуцированного лазером пробоя (LIBS), жидкостной хроматографии-ИК спектроскопии (LC-IR), жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии (LC-MS), масс-спектрометрии (MS), мессбауэровской спектроскопии, нейтронно-активационного анализа, ядерно-магнитного резонанса (NMR), индуцированной частицами рентгеновской эмиссионной спектроскопии (PIXE), пиролитической газовой хроматографии масс-спектрометрии (PY-GC-MS), рамановской спектроскопии, измерения показателя преломления, усиленной резонансом многофотонной ионизации (REMPI), трансмиссионной электронной микроскопии (ТЕМ), термогравиметрического анализа (TGA), рентгеновской дифракции (XRD), рентгеновской флуоресцентной спектроскопии (XRF), рентгеновской микроскопии (XRM), автоматических или полуавтоматических титраторов например, для хлоридного анализа с помощью титрирования раствором азотнокислого серебра, для, например, Mg⁺² анализа - титрированием стандартным версенатным раствором, и любого их сочетания.

[72] Дополнительно или альтернативно, в соответствии с еще одним вариантом осуществления представленной в данном документе технологии, вышеуказанная система анализа содержит по меньшей мере одно из следующего: расходомеров, такие как механические расходомеры, например, поршневой расходомер/ротационный поршень, расходомер с шестерней, расходомер с овальной шестерней, косозубая шестерня, дисковый счетчик, счетчик с переменным сечением, турбинный расходомер, счетчик Вольтманна, одноструйный счетчик, лопастной счетчик, многоструйный счетчик, колесо Пельтона, измеритель течения, счетчики на основе давления, такие как расходомер Вентури, расходомерная диафрагма, расходомерная труба, трубка Пито, зонд давления с множеством отверстий, конические счетчики, оптические расходомеры, измерения потока открытых каналов (уровень к потоку, площадь/скорость), исследования пуансоном, акустической допплеровской велосиметрии, тепловых массовых расходомеров, включая MAF датчик, вихревых расходомеров, электромагнитных расходомеров, ультразвуковых и кориолисовых расходомеров, например, магнитных расходомеров, бесконтактных электромагнитных расходомеров, ультразвуковых расходомеров (допплеровских, времени перехода), кориолисовых расходомеров, и т.п., лазерных допплеровских измерений потока и любых их сочетаний.

[73] Дополнительно или альтернативно, и в соответствии с еще одним вариантом осуществления представленной в данном документе технологии, вышеуказанная система анализа содержит по меньшей мере одно из следующего: вискозиметров с U-образной трубкой, вискозиметров с падающим шариком, вискозиметров с осциллирующим поршнем, вибрационных вискозиметров, ротационных вискозиметров, вискозиметров с электромагнитно вращающимся шариком (EMS вискозиметр), вискозиметра Штабингера, пузырькового вискозиметра, вискозиметров с микроотверстиями, вискозиметра Муни-Лайна, вискозиметров на основе ЯМР/МРО и любого их сочетания.

[74] Дополнительно или альтернативно, и в соответствии с еще одним вариантом осуществления представленной в данном документе технологии, вышеуказанная система анализа содержит по меньшей мере одно из следующего: трубчатых или капиллярных реометров, реометров с вращающимся цилиндром (с пластиной и конусом, с линейным сдвигом и т.п.), реометров протяжения (Rheotens, CaBER, FiSER, Sentmanat и т.п.) и других типов реометров протяжения: акустических реометров, реометров с падающей пластиной, капиллярных реометров/реометров со сжатием потока, реометров с осциллирующим диском (ODR), реометра с пуансоном (MDR), других типов реометров и любого их сочетания.

[75] Дополнительно или альтернативно, и в соответствии с еще одним вариантом осуществления представленной в данном документе технологии, вышеуказанная система анализа содержит измеритель электрической стабильности, такой как Fann 23D, поставляемый на рынок компанией Fann Instrument Company, Хьюстон, Техас, который обычно используется, чтобы определять характеристики обращенной эмульсии буровых жидкостей на нефтяной основе.

[76] Термометр может использоваться, например, для косвенных указаний: в растворе на водной основе, предел текучести возрастает при следующих условиях: высокой температуре, предел текучести (YP) стремится к росту с температурой в растворе на водной основе; загрязняющих примесях, таких как диоксид углерода, соль и ангидрит в буровых жидкостях; излишней обработке бурового раствора известью или каустической содой. В растворе на нефтяной основе причины увеличения YP следующие: буровой шлам - чем больше бурового шлама, тем выше YP; обработка CO₂ в растворе с известью (СаО) - известь (СаО) химически реагирует с CO₂, образуя карбонат кальция (CaCO₃), который увеличивает YP; и низкая температура - в системе на нефтяной основе низкая температура увеличивает вязкость и YP.

[77] В соответствии с некоторыми вариантами осуществления представленной в данном документе технологии, вышеуказанная система анализа используется для определения одного или более из следующего: (i) электрической стабильности (ES) и других свойств раствора на нефтяной основе; (ii) испытания метиленовым синим (МВТ) или емкости катионного обмена, что используется для определения количества способной к реакции глины (глиноподобных материалов) в растворе на водной основе; (iii) содержания хлоридов в растворе на водной основе, и потенциально поддержания содержания хлоридов в буровой жидкости путем добавления или иного подмешивания с помощью обратной связи солей, таких как хлорид калия и хлорид натрия; (iv) общей жесткости, или жесткости воды раствора на водной основе, например, путем измерения ионов кальция и магния в растворе на водной основе, например, титрированием стандартным версенатным раствором; (v) растворимости бурового раствора и раствора для забуривания ствола (раствор на водной основе); (vi) насыщенности и свободной воды бурового раствора. Большинство химических веществ бурового раствора могут растворяться в жидкую фазу, пока не достигнут максимального предела растворимости, а именно своей точки насыщения. Растворимое твердое вещество прекращает растворяться в жидкую фазу, когда достигает точки насыщения; (vii) отношения нефть-вода (OWR); (viii) щелочности или избыточной извести; (viii) щелочности фильтрата раствора (РМ), определяемой фенолфталеиновым индикатором, или конечной точки щелочности по метилоранжу фильтрата раствора (MF); (ix) в растворе на нефтяной основе, определение профиля хлорида кальция (содержания во времени), чтобы указать на возможное загрязнение хлоридом кальция; таким образом, работа с обратной связью на одном или более из следующих этапов: (а) добавление большего количества загустителя(-ей), чтобы улучшить общую эмульсию, например, во время проверки электрической стабильности (ES); (b) добавление большего количества извести, поскольку нефть и вода хорошо смешиваются вместе, если вода достаточно щелочная, добавление извести увеличивает щелочность раствора и улучшает эмульсию; (с) добавление увлажнителя; и/или (d) разжижение системы пресной водой, чтобы сократить общую концентрацию хлоридов, и добавление эмульгаторов, чтобы улучшить эмульсию раствора; (е) растворимость газа в растворе на нефтяной основе; (f) обнаружение и избегание выброса газа, путем решения проблем недостаточного веса раствора, ненадлежащего заполнения ствола во время проходов, свабирования, газированного бурового раствора и/или потери циркуляции; (g) вследствие растворимости газа в растворе на нефтяной основе, непрерывное или периодическое интерактивное определение профиля раствора, включая одновременное выполнение этапов определения температуры ствола скважины, определения давления в скважине, определения типа базовой жидкости, используемой для создания раствора, определения химического состава пластового газа, и т.п. (h) определение характеристик бурового раствора, тем самым оптимизируя буровой раствор и работу оборудования контроля за твердыми веществами, а следовательно - уменьшая отходы бурения; (i) эквивалентной плотности циркуляции (ECD) - где ECD обычно возрастает, когда возрастает YP, и очистка ствола - когда бурение характеризуется стволом большого диаметра, YP в буровом растворе должен быть выше, чтобы помочь эффективности очистки ствола, и (j) активности водной фазы бурового раствора. Активность водной фазы (WPA) представляет собой относительную меру того, насколько легко вода может испаряться из бурового раствора. WPA измеряется интерактивно, с помощью указанной системы анализа, путем определения доли водяного пара в воздушном пространстве замкнутого контейнера жидкого раствора; скорость испарения для чистой воды выше, чем скорость испарения для воды, содержащей растворенные соли; (k) реологических параметров; (l) солености буровой жидкости; (m) обводненности, а именно отношения производимой воды в сравнении с объемом всех производимых жидкостей. Обводненность определяется различными способами, как например измерениями с помощью волн радио-, микроволнового или ближнего инфракрасного диапазонов (NIR), приборов на основе гамма лучей, и т.п. (n) параметров потока; и любого их сочетания.

[78] Дополнительно или альтернативно, и в соответствии с еще одним вариантом осуществления представленной в данном документе технологии, вышеуказанная система анализа может определять загрязняющие примеси, такие как, но без ограничения: (а) воздух, который может входить в верхнюю часть бурильной колонны во время присоединения новой секции бурильной трубы; (b) отложения на внутренних стенках труб и трубная смазка из внутренней части бурильной колонны; (с) обрушение или истирание породы восходящей скважины от буровой коронки; (d) обломки, которые напластовалась или накопились по причине ненадлежащей динамики очистки скважины, которые приводятся в движение изменениями вязкости бурильной жидкости, скорости накачки или вращением бурильной колонны или хомута; (е) жидкости восходящей скважины, которые текут или закачиваются в кольцо; или любое их сочетание.

[79] Следует отметить, что добавки в буровой жидкости, такие как утяжелители и материал для борьбы с поглощениями, не рассматриваются как загрязняющие примеси, но предпочтительно отслеживаются, поскольку они могут препятствовать аналитическим наблюдениям и описаниям или давать мешающие ответы измерительным приборам.

[80] Также следует отметить, что некоторые основные жидкости для буровой жидкости, в частности, некоторые из синтетических жидкостей, и некоторые из химических добавок, могут делать сложным определение того, находится ли химическое вещество, обнаруженное в буровой жидкости, там намеренно, попало в буровую жидкость из породы или в качестве загрязняющей примеси. В качестве неограничительного примера, некоторые сульфатные или сульфонатные увлажняющие вещества могут давать ложно положительное указание на H₂S.

[81] В некоторых вариантах осуществления форма, размер и пористость обломков, наряду с анализом ее состава, скоростью течения раствора, как описано выше в данном документе, и глубиной скважины, известной по длине бурильной колонны, используются для создания журнала регистрации характеристик раствора, интерактивно и в реальном времени.

[82] В вариантах осуществления настоящего изобретения, в которых создается журнал регистрации характеристик раствора, анализ фрагментов породы, увлекаемых в буровом растворе, делается автоматически, тем самым гарантируя, что анализируемые фрагменты точно представляют породу как разрезанную.

[83] В некоторых вариантах осуществления физические образцы буровой жидкости могут изыматься из линии для раствора с целями исследования и проверки. Такие физические образцы могут собираться или автоматически, по предопределенному графику, или по требованию и, предпочтительно, автоматически маркироваться. Маркировка предпочтительно содержит уникальный идентификатор, время, в которое был взят физический образец, и любое их сочетание. Уникальный идентификатор, время, в которое был взят физический образец, и любое их сочетание предпочтительно хранятся в базе данных. Другая информация, записываемая на маркировке и хранящаяся в базе данных, включает, но без ограничения, температуру жидкости во время забора и скорость жидкости во время забора.

[84] В предпочтительных вариантах осуществления устройство содержит проверочный режим, в котором испытуемый материал предопределенного состава проводится через систему анализа. Известный состав может содержать предопределенные фракции твердого вещества, жидкости и газа, где твердое вещество, жидкость и газ содержат предопределенные материалы. Он также может содержать фрагменты породы, предопределенного распределения размеров и предопределенного распределения форм, причем фрагменты породы содержат известные материалы известного химического состава. Сравнение результатов системы анализа с предопределенным составом позволяет настраивать систему анализа и таким образом позволяет проверять правильную работу системы анализа.

[85] В предпочтительных вариантах осуществления база данных доступна только для чтения.

[86] В предпочтительных вариантах осуществления только работники с правом доступа могут работать с системой анализа, в вариантах этих вариантов осуществления, требуется более высокий уровень доступа, чтобы использовать проверочный режим или режим настройки системы анализа.

[87] Следовательно, точность результатов, генерируемых системой, может быть проверена, а результаты - сертифицированы. Сертификация может быть сертификацией от первой стороны, где инженер по растворам делает проверку и сертифицирует результаты, или она может быть сертификацией от третьей стороны, где служащий проверочной компании или проверочной организации делает проверку и сертифицирует результаты.

[88] Результаты анализов могут быть подтверждены, как в отношении по меньшей мере одного определенного параметра, так и, в некоторых вариантах осуществления, в отношении подземного местоположения, к которому относятся результаты.

[89] База данных (и журнал регистрации характеристик раствора) может предоставлять спецификацию для породы, поскольку, как описано выше в данном документе, точность данных поддается проверке.

[90] Кроме того, в дополнение к контролю за характеристиками раствора с помощью механизма обратной связи, настоящее изобретение может предоставлять спецификацию как функцию времени по меньшей мере одной характеристики буровой жидкости, как, например, но без ограничения, реологии, реометрии, плотности, солености, обводненности и загрязняющей фракции жидкости.

Использование: для мультимодального анализа бурового раствора. Сущность изобретения заключается в том, что анализирующее устройство, предпочтительно ЯМР или МРО устройство, располагается вокруг системы рециркуляции бурового раствора и приспособлено осуществлять связь с системой управления системой рециркуляции. Анализирующее устройство используется, чтобы определять значение предопределенного параметра Q качества. Если предопределенный критерий качества не удовлетворяется, система анализа подает команду системе рециркуляции выполнять действие, чтобы изменить свойства бурового раствора так, чтобы буровой раствор, возвращающийся в буровую установку, удовлетворял критерию качества. Технический результат: обеспечение возможности создания системы анализа для использования в системе рециркуляции бурового раствора. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Система анализа для применения в системе рециркуляции бурового раствора, указанная система рециркуляции бурового раствора содержит:
элемент обработки, содержащий вход и выход, содержащий по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, состоящей из фильтрующего устройства для фильтрации указанного бурового раствора; очистного устройства для очистки указанного бурового раствора; вибрационного сита; по меньшей мере одного амбара для раствора; и по меньшей мере одного резервуара в перекрывающемся жидкостном соединении с указанным внутренним потоком;
по меньшей мере один трубопровод, проходящий через указанный элемент обработки;
при этом указанные вход и выход приспособлены для жидкостного соединения с бурильным устройством через указанный трубопровод;
потоковое устройство для создания внутреннего потока бурового раствора через указанный трубопровод от указанного входа к указанному выходу и, когда указанный элемент обработки жидкостно соединен с указанным бурильным устройством, потока бурового раствора через указанный трубопровод от указанного бурильного устройства к указанному входу и обратного потока бурового раствора через указанный трубопровод от указанного выхода к указанному бурильному устройству;
необязательно, по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, состоящей из
устройства измерения скорости потока для измерения скорости потока указанного бурового раствора через по меньшей мере часть указанного по меньшей мере одного трубопровода;
устройства измерения давления для измерения давления указанного бурового раствора в по меньшей мере одной части указанного по меньшей мере одного трубопровода; и
устройства измерения разности давления для измерения разности давления в указанном потоке указанного бурового раствора между двумя предопределенными точками в указанном трубопроводе; и
систему управления рециркуляцией для управления указанным элементом обработки и указанным потоковым устройством;
причем указанная система анализа содержит
анализирующее устройство, приспособленное обеспечивать анализ в реальном времени по меньшей мере одного химического или физического свойства бурового раствора, протекающего через указанную систему рециркуляции, и сообщать и/или записывать в реальном времени результаты указанного анализа и/или сравнивать в реальном времени результаты указанного анализа с хранящимся значением, при этом указанное анализирующее устройство содержит по меньшей мере одно магнитно-резонансное устройство, расположенное вокруг указанного трубопровода; и
информационное соединение, приспособленное передавать указанные результаты указанного анализа от указанного анализирующего устройства по меньшей мере одному получателю, выбранному из группы, состоящей из указанной системы управления рециркуляцией; приемной станции, не подключенной к указанной системе рециркуляции; оператора указанной системы рециркуляции; и оператора указанного анализирующего устройства.

2. Система анализа по п. 1, отличающаяся тем, что указанное анализирующее устройство дополнительно содержит устройства для определения значения по меньшей мере одного химического или физического свойства, выбранного из группы, состоящей из электрической стабильности; катионообменной емкости; содержания хлоридов в растворе на водной основе; жесткости воды в растворе на водной основе; растворимости раствора на водной основе; насыщенности раствора на водной основе; содержания свободной воды; отношения нефти к воде; щелочности; избыточной извести; щелочности фильтрата раствора, определяемой фенолфталеиновым индикатором; конечной точки щелочности по метилоранжу фильтрата раствора; содержания хлорида кальция; растворимости газа в растворе на нефтяной основе; параметров выброса газа; химического состава пластового газа; эквивалентной плотности циркуляции; активности водной фазы; реологических параметров; солености указанного бурового раствора; обводненности; и параметров потока.

3. Система анализа по п. 1, отличающаяся тем, что указанная система рециркуляции содержит:
бак, приспособленный содержать использованную буровую жидкость;
устройство разделения по плотности, соединенное с выходным отверстием указанного бака, при этом указанное устройство разделения по плотности содержит переливное отверстие, чтобы обеспечивать переливной поток, и сливное отверстие, чтобы обеспечивать сливной поток, содержащий более плотный материал, чем указанный переливной поток; насос, приспособленный перемещать использованную буровую жидкость из указанного бака в указанное устройство разделения по плотности; и
систему контроля уровня жидкости, приспособленную регулировать уровень указанной использованной буровой жидкости в указанном баке до уровня, который предотвращает попадание воздуха в указанный насос.

4. Система анализа по п. 1, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один трубопровод содержит по меньшей мере один ответвленный трубопровод, и указанное магнитно-резонансное устройство расположено вокруг указанного ответвленного трубопровода.

5. Система анализа по п. 1, отличающаяся тем, что указанная система анализа дополнительно содержит устройство извлечения и перемещения образца для извлечения образца из указанного потока бурового раствора и перемещения указанного образца в указанное анализирующее устройство.

6. Система анализа по п. 1, отличающаяся тем, что указанное анализирующее устройство дополнительно содержит по меньшей мере одно анализирующее устройство, выбранное из группы, состоящей из термометра; термопары; датчика давления; датчика разности давления; датчика солености; денситометра; анализатора размера частиц; анализатора концентрации CO₂; инфракрасного (IR) спектрометра; атомно-абсорбционного спектрометра; атомно-эмиссионного спектрометра; атомно-флуоресцентного спектрометра; спектрометра на основе рентгеновских лучей альфа частиц; капиллярно-электрофорезного устройства; колориметра; устройства компьютерной томографии; устройства циклической вольтамперметрии; дифференциального сканирующего калориметра; энергодисперсионного спектрометра; устройства фракционирования потока полем; поточно-инжекционного анализатора; газового хроматографа (GC); высокопроизводительного жидкостного хроматографа (HPLC); жидкостного хроматографа; масс-спектрометра (MS); GC-MS; GC-IR; HPLC-IR; LC-IR; LC-MS; ионно-микрозондового устройства; устройства индуктивно связанной плазмы; ионочувствительного электрода; спектрометра с возбуждением индуцированным лазером пробоем; спектрометра Мессбауэра; нейтронно-активационного анализатора; спектрометра на основе индуцированной частицами эмиссии рентгеновских лучей; пиролизера (PY); PY-GC-MS; рамановского спектрометра; устройства для определения показателя преломления; спектрометра на основе усиленной резонансом многофотонной ионизации; трансмиссионного электронного микроскопа; термогравиметрического анализатора; рентгеновского дифрактометра; рентгеновского флуоресцентного спектрометра; рентгеновского микроскопа; автоматического титратора; полуавтоматического титратора.

7. Система анализа по п. 1, отличающаяся тем, что указанное анализирующее устройство дополнительно содержит устройства для определения значения по меньшей мере одного реологического параметра, выбранного из группы, состоящей из профиля радиальной скорости; профиля радиального давления; распределения τ(r) напряжения радиального сдвига; распределения скорости радиального сдвига γ(r); плотности; вязкости; и предела текучести.

8. Система анализа по п. 1, отличающаяся тем, что указанное анализирующее устройство содержит множество анализирующих модулей, приспособленных в конфигурации, выбранной из параллельной; последовательной; и «один в другом».

9. Система анализа по п. 1, отличающаяся тем, что указанная система анализа выполнена способом, выбранным из группы, состоящей из выполнения с возможностью передвижения и выполнения с возможностью транспортировки в транспортном средстве или на нем.

10. Система анализа по п. 1, отличающаяся тем, что истинно по меньшей мере одно из следующего:
по меньшей мере часть указанного оборудования переработки бурового раствора приспособлена соответствовать спецификации NeSSI;
по меньшей мере часть указанного оборудования переработки бурового раствора приспособлена соответствовать миниатюрным, модульным спецификациям механического стандарта ANSI/ISA SP76.00.2002; и
указанное оборудование переработки бурового раствора содержит шину связи NeSSI.