多模式泵送立管布置及方法与流程

1.本发明涉及一种立管系统和各种操作方法，以便在靠近水体附近或在水体底部进行碳氢化合物钻探相关操作时具有更大的通用性。
2.更具体地说，本发明涉及一种所谓的泵送立管，即立管在水体表面以下的深度处有一个立管出口，其中所述出口连接到回流泵，以使钻井流体从立管回流到表面。


背景技术：

3.泵送立管操作可以是封闭式的，这意味着立管的环空由回流泵出口上方的密封元件关闭，泵能够通过改变回流泵进口的压力来(快速)改变立管出口的压力，以调节井筒压力。
4.泵送立管操作也可以是开放式的，这意味着立管的环空对大气开放，并且立管的顶部处于大约大气压下。这种系统的回流泵还调节立管出口处的压力，该压力由立管中的液体例如泥浆液位给出，以调节井筒压力。此类系统有时被称为cml(受控泥浆液位)，并已证明在钻井过程中位于滑动接头下方使用立管液位运行具有多重优势，而且在建井、完井、生产或弃井的其他阶段也有很多好处。
5.尽早的检测涌入是钻探过程中最关键的因素之一，因为涌入失控可能会产生致命的后果。因此，任何能够让钻井人员尽早发现小量涌入的方法，以及快速应对的能力，都是业界非常感兴趣的。
6.此外，当在封闭模式下操作时，钻井流体体积控制依赖于随时间观察流量测量，并将这些测量与钻机运动系统中的钻井流体体积测量相结合。所有这些测量都与传感器测量的准确性和可重复性相关的测量不确定性有关。这对于在静态条件下以封闭模式进行的测量也是如此。作为替代，该系统可以连接到顶层井控监测罐，流量测量与井控监测罐测量相结合，可以用来确定体积。对于第一种方案，总体积误差随时间增加。对于第二种方案，井控监测罐的测量精度受到钻机运动和井控监测罐容积传感器精度的影响。此外，将钻井流体进出井控监测罐的管线并非始终充满泥浆，这也会造成总体积测量的不确定性。
7.另一方面，cml在静态条件下(即不循环时)，可以隔离立管，将其作为储罐，以监测井筒内钻井流体体积的变化。使用压力传感器(通常非常准确)或其他准确的方法确定液体/气体(空气或其他气体)界面，可以监测立管中的体积，从而将其作为一种非常准确的方法来确定井液体积的任何变化(流入、损失、温度影响、井筒呼吸或其他)。在这样的系统中，没有任何空的管线，任何时候所有的体积在都被非常准确地测量。另外，由于液位低于滑动接头，体积测量不受钻机运动时滑动接头长度变化引起的立管体积变化的影响。
8.在现有技术的封闭式立管的常规钻井作业中(即立管中具有某种形式的密封元件)，密封元件上方的立管是满的。跨越密封元件的压力差是由密封元件上方的整个立管的静态压力(尽管这将受到滑动接头运动的影响)和密封元件下方的工作压力决定的。在给定的泥浆重量和密封元件的设置深度下，无法主动控制密封元件上方的压力。密封元件上的压力差会影响磨损，从而影响密封元件的寿命。密封元件上方的压力和密封元件的压力等
级也将决定密封元件下方的最小允许压力。
9.在给定的密封元件上的压力差下，立管中的密封元件的泄漏率可以指示磨损状态。一些密封元件还采用了可变压力/力沿径向作用于密封元件的方法。在这种情况下，泄漏会随着磨损、预充电/力和潜在的其他因素而变化。无论如何，对于一组给定的其余参数，在给定压力差的密封元件的泄漏率可以作为指示，或者在某些情况下可以与实际磨损相关联，从而与剩余的寿命相关联。由于立管完全接触表面(到钟形接头)，受到与滑动接头运动相关的体积变化的影响，很难准确测量泄漏率。
10.另外，滑动接头的运动意味着，即使系统一直保持满载，从液位顶部到密封元件的高度也不恒定。
11.对于密封元件，可以在操作过程中调节操作参数，例如，液压或弹簧驱动的径向力。调节这些可调节的操作参数将影响在给定的操作参数下密封元件的泄漏率。一般来说，以较高的泄漏率运行将导致较低的磨损率。
12.在典型的sbp(表面背压)应用中，密封元件下方的工作压力高于(或等于)密封元件上方的压力。在现有技术中描述的泵送立管解决方案中，在正常工作条件下，密封元件下方的压力低于(或等于)密封元件上方的压力。
13.在sbp系统中，通常希望避免钻井流体从密封元件下面到上面的明显泄漏。
14.在封闭模式下的泵送立管，对于某些操作来说，确保密封元件的零泄漏或极低的泄漏是至关重要的，但对于其他操作来说，可能允许或甚至出现大量的泄漏。然而，在现有技术中，没有可靠的方法来实现这种泄漏率的变化。此外，没有可靠的方法来验证是否达到了通过密封元件的所需泄漏率。
15.在已知系统中，具有最低压力等级的组件将决定系统可以处理的最大涌入(井涌)的大小和强度。该组件通常是回流泵。增加泵的压力等级将对泵的重量和尺寸产生很大影响。此外，还可能会担心磨损以及磨损对压力完整性的影响。对于系统中的其他部件来说，磨损率要小得多，也更容易预测，因此从压力完整性的角度来看，通常不是问题。一些泵系统也可能具有正常操作中可以接受的在工艺介质和环境海域之间的密封功能，但在循环排出井涌时，这可能会被视为一个问题。
16.所用的泵类型可以根据任何泵的原理，如离心式、容积式、排放式等。
17.电流控制泥浆液位(cml)系统主要在开放模式下运行。
18.cml系统由常规的辅助管线，如压井管线、节流管线和bop液压流体管线、以及cml所需的硬件和操作cml操作所需的辅助管线来建造的。cml的硬件尚未建造或准备进行改装，具有运行sbp所需的辅助管线、流体管线和其他硬件。
19.另一方面，除了操作表面背压系统所需的管线外，sbp系统还包括压井管线、节流管线和bop液压流体管线等常规辅助管线。表面背压硬件并尚未建造或者准备进行改装，具有运行cml所需的辅助管线和其他硬件。
20.因此，操作者必须在制造和安装系统之前选择要使用的系统类型。在系统安装完毕后，转换为另一种类型的系统既昂贵又耗时，因为这需要大量的硬件修改，甚至必须采购新的硬件组件。
21.在传统的cml中，利用顶部填充泵将钻井流体泵入立管顶部和/或将钻井流体沿增压管线泵入bop的顶部来填充立管。在封闭式立管中，由于进入点位于密封元件的下方，因
此在常规设置的增压管线的操作过程中，密封元件上方的立管无法填充。大多数钻机没有安装顶部填充泵，而且钻机的井控监测罐泵通常不太适合以可控方式实现这种填充功能。因此，在现有的解决方案中，在封闭的密封元件上方填充立管是不可行的。
22.与泥浆一起出现的气体可能积聚在封闭的密封元件下方。当密封元件打开或收回时，积聚的气体将释放到立管上。其结果是，气体在顶部流出立管，并可能溢出到钻台上或造成爆炸危险。
23.一些带有密封元件的系统使用两个或更多沿立管垂直间隔的串联密封元件，并以高于下密封元件下方压力的压力在密封元件之间注入阻隔流体。这确保没有井液通过密封元件流入密封元件上方的立管。在这样的系统中，有可能准确地测量进入系统的阻隔流体的泄漏率。然而，在任何给定时间精确测量向上和向下流动的液体量可能是不可能的，或者至少是非常困难的。
24.现有技术的立管系统通常无法通过测量气体和泥浆混合物的密度来检测检测到流入物的位置，并将其用作决定何时隔离泵以及何时使用封闭立管系统循环流出流入物的方法。
25.有时会遇到钻井窗口非常窄的地层。狭窄的钻井窗口意味着通常分别由孔隙压力和压裂压力给出地层的最小和最大允许压力之间的差异非常小。这意味着在操作过程中，井内的只有很小的压力变化是可以接受的。钻机上现有的上部节流器在许多情况下是手动的，或者如果是自动化的，当流过节流器的流体成分发生变化时，无法保持节流器上游的压力非常准确。此外，钻井承包商通常有内部政策，反对将钻井节流器用于除井控事件之外的任何事情。对于今天的表面背压操作，额外的上部节流系统通常用作表面背压设置的一部分。通常情况下，表面背压节流器不是钻机的井控节流器，以免磨损。对于典型的表面背压(sbp)操作，需要构建一个重要的管道网络，该管道网络具有独立的流路，包括传感器、流量计、阀门管道等。
26.一方面，传统的泵送立管开放式cml系统采用基础设施构建的，以支持cml功能的需要，包括专用脐带缆。另一方面，传统的表面背压设备配有专用的脐带缆，为该类型的系统提供所需的支持功能。这包括电力、液压、传感器信号等。cml系统和sbp系统被视为相互竞争的系统，钻工可以选择其中之一。到目前为止，这两种类型的系统的组合尚未在现有技术中描述。
27.与上述一致，现有技术没有提出如何在使用相同的基本主要构件块的情况下，促进将设计为执行cml的系统轻松转换为设计为执行sbp的系统，或反之亦然。现有技术也没有描述一种系统，使钻工能够使用单一的硬件设置来进行sbp和cml操作，并且能够在几秒钟或几分钟内在两种方法之间无缝切换。
28.在某些情况下，在建井期间，遇到的地层压力高于在制定钻井计划时所预期的压力。这些高于预期的压力可能会导致涌入，需要在继续正常运作之前加以处理。为了用传统的井控方法来处理这些压力，井筒中的压力需要高于地层压力。在现有技术的泵送立管系统中，可以在不关闭防喷器的情况下实现的最大井筒压力受到从充满钻井泥浆的立管柱的静水压力可以实现的压力的限制。
29.在本发明中，显示了几种方法，允许钻工实现比现有技术系统所能实现的更高的井筒压力，这些方法是结合现有本领域系统使泵送立管系统与节流器耦合，或者将立管上
部、立管密封装置上方的泥浆换成更重的泥浆，即在立管上部形成一个更重的泥浆柱。这根柱子有时被称为"上立管帽"。
30.现有技术的闭环系统用于泵送立管系统，其中该系统用于降低井筒压力，或者用于背压系统，其中顶部节流器用于增加井筒压力。在某些情况下，所需的井筒压力可能是这样的：对于给定的泥浆重量和动态环空摩阻下降，需要在循环时去除压力，但在不循环时增加压力。现有技术中尚未描述能够使用水下泵和上部节流器组合以受控方式在移除和增加压力之间无缝切换的系统。
31.基于目前在表面背压作业中使用的现有工艺和技术，对于本领域的技术人员已知或显而易见的是，如何利用立管密封装置、回流导管和顶部节流器将涌入的碳氢化合物循环出井。在这样的过程中，即所谓的井控事件中，重要的是井筒中的压力不能太低，因为它将允许碳氢化合物进一步涌入，也不能太高，因为它将超过地层强度并使其断裂。这个下限通常被称为孔隙压力，上限称为地层断裂压力，或者在某些情况下只称为断裂压力。在某些情况下，孔隙压力和断裂压力之间的差异很小，通常被称为"狭窄钻井窗口"。在循环排出流入物的过程中，目的是使井筒内的压力保持在最高和最低限度之间，高压的气体沿环空向上循环。由于随着压力变化的气体膨胀效应，这意味着在井控事件期间需要施加的额外压力量通常会在整个过程中增加。本领域的技术人员对上述概念很熟悉。
32.当使用泵送立管系统建设井时，钻工通常会选择比常规钻井时更高的泥浆重量。正因为如此，从静水柱到地面施加在井筒上的压力，往往会接近甚至高于断裂压力。在控井过程中，由于气体膨胀，在环空中占据了更多的空间，井筒上的泥浆重量减少，随之而来的是井筒压力下降。在传统的井控中，这一点是通过增加节流器施加的背压来补偿的。上述情况意味着，对于使用泵送立管系统的井控活动，与全立管相比可能需要在过程开始时减去压力，然后在井控循环过程中减少减去的压力量。现有技术并没有描述如何处理这样的控井事件。本发明描述了如何利用立管泵降低压力来处理这种情况，在某些情况下，结合节流器来施加额外的压力，以补偿与气体膨胀有关的流体静力损失。在井控期间，与水下泵结合使用的节流器也可用于减轻回流管线中的任何段塞效应，因为节流器可用于确保回流管线中的压力保持在足够高，以确保节流器上游的低的气体空隙率。
33.在某些情况下，在没有井涌的情况下，所需的井筒压力可能是这样的：对于给定的泥浆重量和动态环空摩阻下降，需要在循环时去除压力，但在不循环时增加压力。在现有技术中，还没有描述过能够以可控的方式利用水下泵和顶部节流器在移除和增加压力之间无缝切换的系统。
34.现有技术没有描述如何更换立管密封元件上方的液体体积和/或如何在使用泵送立管系统的操作中改变液位。在操作过程中，由于许多原因，这可能是有用的，如控制立管密封元件上方的压力，或在静止之前用干净的泥浆更换含岩屑的泥浆。
35.现有技术也没有描述，对于泵送立管解决方案，如何利用立管密封元件上面的液体冲洗有干净泥浆的回流管线，或在不泵送钻杆或其中一条辅助管线的情况下保持回流管线中的循环。
36.在现有技术中，描述了如何使用立管作为回流管线，在没有专用回流管线的情况下，泵从立管密封元件下方吸入，在立管密封元件上方排出，形成从立管密封元件上方到下方的压力差。这种系统的主要优点之一是它比其他泵送立管系统的成本更低，因为它不需
要修改泵送立管部件上面的立管接头，也不需要改变传统的泥浆回流路径的顶部。对于这样的系统，存在钻屑积聚在立管密封元件顶部的问题，因此现有技术系统描述了用于克服此问题的导流器和冲洗系统。另外，在这样的系统中，立管中的液位总是满的，不可能在立管液位降低的情况下进行任何操作。
37.现有技术还描述了使用其中一条辅助管线作为回流管线，用于整个油井作业，有效地使回流管线无法执行其在整个作业中发挥其最初的预期作用，或者作为应急措施，例如在处理涌入事件时，在辅助线循环，可能与顶部节流器相连接，同时处理涌入事件。
38.在没有专用回流管线的现有技术的泵送立管系统中，立管需要一直保持充满，因为没有办法降低立管的液位。如果系统在开放模式下运行，则将全立管压力施加在井上。
39.现有技术中描述的另一种降低钻机集成成本的方法是使用现有的辅助管线，如增压管线，作为返回管线。在现有技术中进行这种修改时，在进行封闭式立管操作时，现有辅助管线的原有功能不可使用。
40.一些现有技术的例子见于：
41.us 2003/066650描述了一种用于钻探水下井筒的钻井系统，包括穿过水下井口的油管输送钻头。地面供应的钻井流体流经管道，在钻头处排出，通过井筒环空返回井口，并通过从井口延伸的立管流向地面。设在立管中的限流装置限制回流流体的流动，而主动流体装置可控地将流体从立管中限流装置的下方排放到刚好上方的位置，从而控制井底压力和等效循环密度("ecd")。或者，流体排放到单独的回流管，从而提供双梯度钻井，同时控制井底压力和ecd。控制器根据井下测量结果控制能量，从而控制泵的速度，使ecd保持在预定的数值或预定的范围内。这个解决方案仅能够进行封闭式立管操作。
42.wo 2013/055226描述了一种用于控制钻孔回流的装置和方法，其中钻井流体从地面钻机通过多节钻杆供应到底孔组件，该钻杆节具有包括扩大外径部分的工具接头，钻杆和钻杆之间形成环形空间，环形空间与钻井流体的回流路径相通或构成钻井流体的回流路径的一部分，环形空间中设置有节流器，节流器的长度超过相邻两个工具接头的扩大外径部分之间的距离。这种解决方案也只能进行封闭式立管操作。
43.wo 2017/195175描述了一种水下钻井方法，该方法在泥帽钻井作业期间，用于从带有低压海洋立管和水下防喷器的移动式海上钻井单元控制底孔环空压力和向下注入速率。称为受控泥帽钻井的方法使用管理或观察的重型环形泥浆(流体)的静水压头，通过使用水下泥浆提升泵和控制系统来规范过程，以平衡井内最高孔隙压力并控制注入速率。在该系统中，还可以包括立管密封装置。立管密封装置的目的是创建一个可以用于各种原因的立管空隙，但不是创建一个封闭的立管系统来控制井下压力。
44.gb 2502626描述了一种在钻孔期间控制钻孔流体压力的系统。钻孔中设置有钻管，该钻管用于在钻孔中提供钻井流体。提供并设置了密封装置，以围绕钻杆的外表面进行密封，从而在密封装置的第一侧将钻孔中的钻井流体与密封装置的第二侧的流体分开。此外，水下泵的设置是为了接收来自钻孔的钻井流体流。操作泵装置将钻井流体从泵装置中抽出，并在泵装置的上游位置产生钻井流体的流体压力。产生的压力小于或等于密封装置第二侧流体的静水压力。该系统只能在封闭模式下运行。
45.wo 2016/135480描述了一种立管组件，该立管组件包括围住主通道的主体，该主通道从主体的第一端延伸到主体的第二端，大致平行于主体的纵轴，主体适合安装在立管
中，以便主通道形成立管的主通道的一部分。该立管组件进一步包括一个密封组件，该密封组件可在主体和沿主体的主通道延伸的管状物之间提供密封，以便基本上防止流体沿主通道绕管状物流动。以及两条或更多的分流管线，每条分流管线从主体中的第一端口延伸到主体中的第二端口，这些端口穿过主体延伸，以连接主通道和主体的外部，密封组件位于主体中的第一和第二端口之间，其中，泵位于每条分流管线内，泵可操作地沿其所在的分流管线泵送流体。


技术实现要素：

46.在本发明的第一方面，它的目的是促进钻井作业的所有方面，在泵送立管封闭模式下，控制密封元件下方控制压力，以及在泵送立管开放模式下降低液位且而无需移除密封元件。密封元件可以是旋转密封装置(rsd)或仅用于非旋转的环形密封元件。
47.这是通过在立管上增加能够绕过密封元件周围的流体的旁通管线装置、泥浆回流管，并在立管液位低于立管上端滑动接头深度以下操作来实现的，在封闭模式下运行时也是如此。因此，通过打开和关闭旁通管线装置上的阀门，可以在封闭模式和开放模式之间无缝切换，反之亦然。位于密封元件上方的液位传感器，如可以计算液位的压力传感器，是操作该系统的关键。
48.如果密封元件的设计允许，旁通功能也可以通过打开密封元件以允许流动通过它来实现。
49.在本发明的第二个方面，创建了一个系统，该系统在封闭模式下运行，但可以转换为开放模式，以便利用立管更准确地测量系统中泥浆的体积变化。
50.通过在密封元件周围添加旁通管线装置、泥浆回流管以及在立管液位低于滑动接头(如果需要)高度时操作，在系统设置为在封闭模式下运行时，可以从通过打开旁通阀以打开密封元件下方和密封元件上方之间的流动路径，将封闭模式无缝切换为开放模式，或反之亦然。这可以通过立管密封元件上方的压力来完成，该压力主要高于、等于或低于密封元件下方的操作压力。然后，在安装了密封元件的情况下也可以使用与开放模式相关的立管体积测量。这在静态条件下特别有意义，因为立管可以隔离，立管可以用作储罐，其中体积测量不受钻机运动的影响，与其他方法相比，可以获得更高的体积精度。与密封元件下方的压力测量相结合的旁通装置也可用作释放机构，以避免在系统故障、泥浆回流管线堵塞或类似情况下使密封元件下方的系统过度加压。
51.当密封元件设计允许时，也可以通过打开密封元件以允许流动通过它来实现旁通管线功能。
52.在本发明的第三方面，使用与第二方面所述相同的硬件设置，立管液位设置或调整到所需的液位，并且旁通管线打开以允许在诸如卡管之类的应急情况下以开放模式操作。这种情况可能包含激励安装在钻杆上的井下钻井罐或猛烈地操作钻杆。这些活动可能会损坏密封元件。通过使用本发明，可以将密封元件移动到具有较小损坏可能性的更松弛状态，同时保持井中的期望压力。在打开旁路并放松密封元件之后，可以进一步改变立管中的液位以调节井筒压力以帮助补救这种情况。由于存在可以快速关闭的密封元件，相较于没有固定密封元件时允许的减少的井下压力，它可以进一步允许降低井下压力。
53.在本发明的第四方面，使用与第二和第三方面所述相同的硬件，该系统在开放模
式下运行，但可以通过简单地关闭旁通管线快速转换为封闭模式。这对那些已确定存在某种形式的风险的井段特别有意义，这些风险可以通过封闭式系统得到缓解，但对于利用开放系统的一个优点也很有意义。可以提及的例子包括：在补偿因泵送造成的环空摩阻损失时，不必移动立管液位来减少钻杆连接时间；或者如果希望在拔出孔时使用开放系统的体积精度在钻高压高温(hpht)井时，测量井内滞留流体升温时流体的体积膨胀效应，计算相关流体密度降，估算与相关流体相关的井筒压降降低密度，并利用以受控方式升高立管中的液位的能力来提高液位，以补偿井筒压力的下降。
54.在本发明的第五方面，可以延长密封元件的寿命。根据本发明，这是通过降低密封元件上方的立管液位，从而也降低密封元件上方的压力来实现的。因此，密封元件上的压力差可以减少，从而延长了密封元件的使用寿命。
55.在本发明的第六方面，目的是确定穿过密封元件的泄漏率。根据本发明，这是通过提供液位或压力传感器来实现的，以监测密封元件上方立管液位的变化。然后可以根据密封元件和液体/气体界面之间的立管和管道的几何形状来计算泄漏率。如果在滑动接头以下的立管液位进行操作，就可以消除与钻机运动和滑动接头运动有关的不确定因素。这些测量可以与某种形式的顶部填充泵一起操作，或从诸如增压管线、节流管线或压井管线的管线的海底连接，以及一些测量流量的方法，如流量计，以监测滑动接头上方立管中的总体积，从而监测损失或增益率。
56.在本发明的第七方面，本发明提供了从上到下穿过密封元件的明显泄漏率的操作，目的是减少密封元件的磨损。
57.只要能够验证从密封元件上方到下方有泄漏，并且能够在密封元件下方达到所需的工作压力，就可以确定密封元件正在发挥其主要功能。
58.这意味着，根据正在进行的操作的临界性，可以决定在部分井中可以接受在密封元件上有很大的泄漏率，只要可以证实泄漏是从密封元件的上方到下方。
59.在本发明的第八个方面，密封元件上方的立管中的泥浆液位由液位/压力传感器监测，通过使用泵和流量计或其他测量流入量的替代方法补偿密封元件的泄漏，以填充立管，从而保持接近恒定的立管液位。
60.立管中的恒定液位由自动控制器方便地控制，自动控制器具有监控立管液位的算法并操作泵填充以将立管液位保持在预定参数内。
61.在密封元件下方的压力高于上方的操作模式中，泄漏将从下方到上方，并且测量的立管液位将增加。在这种情况下，液位不会保持恒定，但可能需要使用水下泵以给定的间隔分步降低。
62.在本发明的第九方面，密封元件的操作参数可以以受控的方式进行调整，以将密封元件在允许的或预期的的泄漏与零泄漏或最小泄漏之间切换。这可以通过具有算法的控制器以自动方式完成。自动化系统使用密封元件上方的立管压力传感器(s)/液位传感器(s)调整密封元件上的关闭压力/力以控制泄漏率，并在用于确定通过密封元件的流量的方法中结合来自密封元件上方立管的任何其他流量的读数。
63.在本发明的第十个方面中，回流泵的压力等级低于系统其他部件，通过允许使用泵进行正常操作的阀门装置进行规避，但提供泵的旁通管线以用于流入物的处理，以便气体流入物可以通过密封元件下方的且在回流管线上方的出口沿立管向上循环。当循环流出
流入物时(井涌)，会增加操作范围。
64.在本发明的第十一个方面，它提供了易于改装以将sbp系统转换为能够作为cml系统运行，或者反之亦然。该系统在安装时，该系统安装有所需的线路，或为额外硬件提供所需的安装空间，并在最大外径上具有用于cml线路(通常为4至6英寸)的切口和其他特征。
65.在本发明的第十二方面，增压管线用作压力平衡管线，以减轻在没有u型管阻流阀的情况下操作时钻杆中的u型管效应。本发明的这一方面也使得在采取低强度的井涌时，能够改进关井钻杆压力的测量。
66.在本发明的第十三方面，其目的是在打开或收回密封元件时避免气体流向立管顶部。这是通过从顶部填充立管，打开旁通管线和操作泵来实现的，以便从上方产生大量的流量，通过旁通管线，绕过密封元件，向下通过泵和向上通过回流管。通过高速流动，可用于通过回流泵将气体冲至回流管线以上，从而将气体输送至地面上的安全位置，如泥浆/气体分离器。
67.在第十四方面，本发明提供了本发明第二方面的一个替代方案。当系统在封闭模式下运行时，即在立管内有密封元件时，可能需要切换到开放模式，通过打开上述旁路管或允许密封元件上方和下方通过元件进行连通来执行静态体积检查。在这种情况下，如果密封元件上方的压力与关闭钻机泵时，密封元件下方的压力明显不同(即增加泵的吸水压力以补偿井内动态摩擦损失时)，就需要调整立管液位。这将需要时间，对运营商来说意味着成本增加。
68.上述的替代方案是，当从封闭模式切换到开放模式时，使用回流泵的回流管作为在线井控监测罐。通过提供从密封元件上方的立管到返回管线的分支管线，该管线可以在钻机泵缓降时或在泵缓降之后打开。然后，通过让泥浆从回流管线流入密封元件上方的立管，可以将回流管线排到预先确定的液位。或者，可以打开密封元件周围的旁通管线，或者放松环形密封元件，以允许从密封元件下方到上方的流动。对于离心泵，可以在不打开泵的旁通管线的情况下实现，而对于容积泵来说，必须打开旁通管线。一旦液位下降到或低于所需的液位，为允许液位下降而打开的流道就会关闭。回流管线或立管中的压力传感器可用于确定回流管线中的泥浆液位。作为使用回流管线中的压力传感器来确定液位的替代方法，可以让液位下降以平衡立管中的液位，然后用带有相关流量测量或计算的泵将mrl液位调节到所需的液位。取决于所使用的泵的类型，泵控制领域的技术人员可以找到许多不同的方法来实现这一目标。
69.这种方法在以下情况下将特别有用：我们在动态条件下操作压力差很小的密封元件上，即流经钻杆，当泵关闭时，关闭密封元件使零流量通过(且密封元件下方的压力高于上方)。在这种情况下，需要显著提高立管中的液位，以便在零流量下保持正确的井下压力。
70.在本发明的系统中，当以封闭模式操作时，有可能在密封元件下方的压力高于在开放模式下充满钻井流体的压力。最有可能发生这种情况的是，如果有气体涌入立管向上移动，而操作人员正在对此进行补偿，以保持井筒压力在可接受的压力范围内。在这种情况下，密封元件的泄漏率必须为零或非常低，以避免碳氢化合物，特别是气体，进入密封元件上方的立管，因为它可能导致不受控制地流向平台甲板和/或在平台上的点火风险。
71.由于回流管的直径比立管小，井中的任何体积变化都会导致回流管液位的变化比立管中的变化大。这意味着，使用这种方法可以比使用立管作为储罐时更准确地读取体积
变化。由于液位的变化比使用立管时更快，对于井中给定的体积变化，这意味着在井中涌入的情况下，随着回流管线中液位的增加，施加在井上的压力将迅速增加。由于在大多数情况下，除了在钻非常细的孔时，井的直径会大于泥浆回流管线的直径，因此该系统将对阻止涌入具有自我调节作用。
72.作为将回流管线用于此目的的替代方案，增压管线可以安装压力传感器或液位传感器，并且可以以类似于上述的方式调整液位，以便在封闭系统中运行时将增压管用作在线井控监测罐。
73.在本发明的第十五个方面，它规定了一种测量分别向上和向下注入在两个密封元件之间的阻隔流体的泄漏率的方法。这是通过液位传感器或压力传感器监测在上密封元件上方的滑动接头下方的泥液位来实现的。这可以衡量出有多少阻隔流体向上渗漏。当这个向上的泄漏体积与阻隔流体的总消耗体积相比时，也可以计算出向下的泄漏体积。
74.在本发明的第十六个方面，它提供了一种方法，用于确定如何最好地处理流入物以及如何最好地将其从立管中循环出来。
75.本发明规定，通过立管的两个不同的出口之一，即通过回流泵或通过回流泵周围的旁通管线，将流入物循环出去。为了确定何时从通过泵泵送切换到使用旁通管线，要计算立管中的气/液混合物的位置。为此，在立管中随着时间的推移进行压力测量，如通过密封元件下面的压力传感器和bop(防喷器)上的压力传感器，这些测量基本上间隔开，用于确定平均密度及其随时间的变化。通过将其与已知的气体压力与密度模型以及泥浆重量相结合，可以确定气体在上升管中传播时的大致位置。
76.如果气体量相对较少，当它到达泵的出口时，可以通过回流泵循环出去。如果气体量比较大，最好隔离泵，让气体通过回流泵周围的旁通管线流走。在这种情况下，可以同时使用或不使用顶部节流器。
77.在本发明的第十七个方面，当在具有狭窄钻井窗口的地层中钻井时，准确调节井内压力的问题，通过在现有钻机节流器上游引入带有高质量液压模型控制器的自动节流器，并将泥浆回流管作为通过立管处理的流入物的低压节流管来解决。通过这种方式，可以实现在井涌循环期间对井压的非常精确的控制，同时避免设置大量的额外管道和阀门。流体仍将通过钻机的钻井节流器，但这可能被留在完全开放的位置，也可能用来节流部分的压力。在这样的设置中，有可能将回流管线直接接入钻机现有的节流管，并节省大量成本。这样的设置对于传统的sbp类型的操作来说通常是不可接受的，因为sbp操作需要一直操作节流器，而且会担心钻机节流器的磨损，即使留在开放的位置，在需要时也不能完全发挥作用。另一方面，对于泵送立管解决方案，节流器只在非常少的时间内被操作，因此可能发现这样的设置从风险角度来看是可以接受的。另外，钻机节流器可以被绕过，将流路之间通向泥气分离器。
78.在本发明的第十八方面，它提供了设计用于执行cml操作的系统和设计用于执行sbp操作的系统的新颖组合。然而，在一开始，将这两个系统全部功能的系统结合起来的建设成本将非常高。表面背压立管安装设备通常放置在地表或水位线以下不到100米处。泵送立管设备通常放置得更深，通常在水线以下200-400米。如果使用原设计为表面背压设备的系统的密封元件和/或环状物，该系统的现有脐带缆应加长，以便在组合系统中更深地放置该系统。这不仅意味着更长的脐带缆，而且还需要一个更大的容器，来容纳更多的脐带缆。
然而，这将意味着密封元件和回流泵将有单独的脐带缆。最好是在滑动中有尽可能少的脐带缆。
79.将两个系统与其不同的基础设施结合起来的挑战已经克服，即采取在泵送立管作业中使用的没有密封元件功能的泵模块，并添加一个安装在泵上的硬件模块，或一个或多个不一定安装在泵上的模块，不仅包含所需的附加阀、液压装置和所需的传感器，而且还包含操作和监测密封元件和环形的所需电子和液压功能。当环形管道和/或密封元件用于泵送立管时，本发明的这种额外的电子和液压功能被连接到环形管道/密封元件的连接处，而不是在sbp操作中使用的脐带缆。通过这种方式，可以建立一个更具成本效益和多功能的系统。在这个系统中，整个系统的一些组件也将安装在现有的rsd/环形接头上。跳线将被安装在附加模块与rsd的立管接头之间。安装在新增硬件模块(s)中的这一额外设备将使用与驱动和控制泵的设备相同的脐带缆，以获得信号、电源、液压供应等。该脐带缆将方便地采用与仅在泵送立管开放模式(cml)下运行时使用的脐带缆设计相同。
80.在本发明的第十九个方面，它提供了对设计用于执行sbp操作的立管接头的改装，以便同一接头可用于cml操作。这是通过包括cml所需的功能来实现的，例如泥浆回流管线的出口、附加组件(如传感器)的安装区域、旁通管线的出口和立管主体上的压力传感器，以便最初为sbp设计的组件，以后可以改装用于泵送立管作业。
81.硬件可以是模块化的，因此来自cml和sbp的组件是混合的，可以作为一个单一系统一起运行。
82.在本发明的第二十个方面，在立管密封装置就位的情况下，可以从立管密封装置上方向泵抽吸，以降低密封装置上方立管中的液位，以维持泵回流管线中的流量，而不从立管密封装置下方流出。用较轻或较重的流体换掉立管中的液体，通过泵系统清除含有碳氢化合物的泥浆，或出于任何其他原因，可能需要改变立管密封装置上方立管中的流体液位或改变流体本身。这是通过在立管密封装置上方有立管出口与泵的吸口相连来实现的。这个出口装有隔离阀。密封元件上方的泥浆可以通过在立管密封元件打开的情况下向上流入立管，或者通过在立管密封元件上方填充立管并通过泵吸入的方式进行更换。
83.在本发明的第二十一个方面，描述了一种确保不使切屑堆积在立管密封元件顶部的具体方法。在立管密封元件关闭回流泥浆充满切屑时，这对于立管密封元件上方的立管在钻探过程中用于取回的操作尤其重要。这种确保立管密封元件顶部不积聚切屑的方法是通过抽空增压管线或任何其他辅助管线来实现的，这些管线用隔离阀与立管封闭装置上方的立管相连，并与立管封闭装置上方的立管内的插件相结合。插件是这样的：只有一小部分横截面积向流体开放。通常情况下，这将是钻杆和插件之间的径向间隙，但也有其他配置，在插件的其他地方有间隙。或者，插件可以是与旁通管线设置相结合的完全密封环形空间的立管封闭装置。在本发明的这个方面，液体被泵入立管密封元件和立管插件之间的空腔。由于立管密封元件不允许或只允许非常有限的从上到下的流动，这种注入的液体将向上流动，通过立管插件的间隙，其向上的流速可确保上面的切屑不会落入立管封闭装置和插件之间的空腔。
84.在本发明的第二十二个方面，描述了一种用于去除因任何原因可能进入上节所述空腔的切屑的方法。这是通过打开立管封闭装置，或立管封闭装置的旁通管线，在立管泵运行的同时，从辅助管线向空腔泵入清洁的钻井泥浆，或任何其他清洁的液体，以形成向下的
流动，从而去除积累的切屑。如果使用全立管打开立管关闭装置可能超过井可承受的最大压力，可以在打开立管关闭装置之前，使用本文所述的任何方法降低立管关闭装置上方的立管液位。
85.在本发明的第二十三方面，描述了一种方法，该方法允许利用辅助管线进行三种不同目的的操作。在某些情况下，它用作泥浆回流管线，而在所有其他情况下仍保持辅助管线的原始功能。在本发明的这个方面，在钻井和建井过程中的主要操作方式是在立管封闭装置到位的情况下进行操作，用泵从立管封闭装置下方泵送到上方，并回收立管。在本发明的这个方面，泵排放也连接到辅助管线上，通常是增压管线，有隔离阀的设置，允许钻工选择排放物应该被输送到立管，还是辅助管线。这使钻工能够调节立管液位，并保持执行辅助管线的所有原定功能的能力，而不必修改泵送立管部件上方的现有立管接头。立管液位调节和使用辅助管线的原定功能不能同时发生，但在本发明的这个方面，钻工可以交替使用这两种方案。此外，如果使用增压管线，辅助管线可以同时用作增压管线和第二十一方面的注入管线。
86.现有技术对泵送立管的描述主要集中在钻井过程中对井筒的压力控制。然而，在建井过程的其他一些方面，井筒的压力控制同样重要。面临的挑战是，现有的立管封闭装置可能无法对直径不断变化的井设备进行密封，例如在运行套管、固井作业或运行完井时遇到的情况。在某些情况下，当操作立管封闭装置时，可能会关闭防喷器以保持井筒压力，同时将不同直径的设备运行到bop上方的井中，但本领域的技术人员会知道，在操作此类设备时，很难在所有情况下保持主动压力控制。在许多情况下，能够调节立管中的液位并在立管封闭装置不活动的情况下操作系统将克服这一挑战。
87.在本发明的这个方面，通常还需要对辅助管线的顶部管道进行一些修改，以使回流至泥浆处理系统的路线。
88.在本发明的第二十四方面，该系统在开放和封闭模式之间交替进行，并且以这样的方式操作，当以封闭模式运行时，立管密封元件上方的压力主要低于或等于密封元件下方的工作压力。例如，当钻杆循环下井时，系统以开放模式运行，而当不循环下井时，则以封闭模式运行，利用封闭系统快速改变泵的吸入压力的能力，以补偿连接期间停止泥浆泵所造成的井筒摩擦损失。通过关闭rsd周围的旁通管线，或关闭rsd本身，可以在几秒钟内完成开放模式和封闭模式之间的切换。本发明的这一方面与需要开放式系统的受控泥浆液位益处有关，例如使用过平衡泥浆，能够在调节井筒压力的同时将不同直径的管道移入和移出孔口，或者利用立管压力测量的准确性来准确测量井内钻井流体的体积，但在某些操作中，封闭模式的优势是需要的。这方面的例子可以是补偿上述连接过程中井筒摩擦力的损失，快速增加压力以抑制流入物，或在不关闭bop的情况下循环排出流入物。
89.在本发明的第二十五个方面，该系统还包括泵下游的节流器，该节流器在系统以封闭模式运行时用于井筒压力调节。通过这种设置，引入了一种现有技术中没有描述过的独特能力，与全立管相比，该系统在增加和减少压力的操作之间无缝切换。在本发明的这个方面，可以在不使用泵的情况下，操作节流器以增加超过全立管所能达到的压力，在不使用节流器的情况下，操作泵可，以将压力降至全立管所能达到的压力以下，或在井施工过程中，节流器可在一定间隔与泵串联使用，以获得高于，低于或等于全立管的压力。本发明这一方面适用的例子是，当系统以这样的泥浆重量进行操作时，使得井压高于带有全立管的
破裂压力，同时增加了钻井流体循环过程中造成的摩擦损失，但处于不平衡状态，即当钻井流体循环停止时，低于孔隙压力，即使钻井流体液位增加到全立管。或者，在井控方案中，节流器是程序的一个组成部分，但在井涌刚发生后所需的压力是泵所需的排出压力。在本发明的这个方面，与全立管相比，钻工能够增加和消除压力。这种操作模式也可用于向回流管添加背压，以避免在可能与此相关的某些操作模式下生成节流或减轻泡沫的负面影响。本发明描述了如何使用立管泵来降低压力，在某些情况下结合节流器来施加额外压力，以补偿与气体膨胀相关的静水压损失，从而处理此类情况。井控期间与水下泵结合使用的节流器也可用于缓解回流管线中的任何段塞效应，因为节流器可用于确保回流管线中的压力保持足够高，以确保节流器上游的低气体空隙率。
90.当使用泵送立管系统进行井施工时，钻工通常会选择比常规钻井时更高的泥浆重量。正因为如此，从静水柱到地面施加在井筒上的压力，往往会接近甚至高于断裂压力。在控井过程中，由于气体膨胀，在环空中占据了更多的空间，井筒上的泥浆重量减少，随之而来的是井筒压力下降。在传统的井控中，这一点是通过增加节流器施加的背压来补偿的。上述意思是，对于使用泵送立管系统的井控活动，与全立管相比可能需要在过程开始时减去压力，然后在井控循环过程中减少减去的压力量。现有技术并没有描述如何处理这样的控井事件。本发明描述了如何利用立管泵来处理这种情况以降低压力，在某些情况下，结合节流器来施加额外的压力，以补偿与气体膨胀有关的流体静力损失。在井控期间，与水下泵结合使用的节流器也可用于减轻回流管线中的任何抽吸效应，因为节流器可用于确保回流管线中的压力保持在足够高的液位，以确保节流器上游的气体空隙率低。
91.在某些情况下，在没有进行井涌的情况下，所需的井筒压力可能是，对于给定的泥浆重量和动态环空摩阻降低，需要在循环时移除压力，但在不循环时增加压力。现有技术中尚未描述能够以受控方式使用水下泵和上部节流器的组合在移除和增加压力之间无缝切换的系统。
92.在本发明的第二十六个方面，该系统在立管液位降低的情况下运行，该系统的体积精度用于测量体积变化，该体积变化与井的几何信息和泥浆的已知特性一起用于计算井下泥浆温度的变化以及相关的体积和密度效应，同时不具有在井底的底孔组件。然后，该系统还可以通过增加立管液位来补偿井下压力的下降，从而弥补与温度升高有关的密度损失。
93.现有技术未描述如何更换立管密封元件上方的液体体积和/或如何在泵送立管系统的操作中改变液位。在操作过程中，由于许多原因，这可能是有用的，如控制立管密封元件上方的压力，或在静止期之前用干净的泥浆换掉含切屑的泥浆。
94.现有技术也没有描述对于泵送立管的解决方案，如何利用立管密封元件上方的液体冲洗具有干净泥浆的回流管，或在不把钻杆或某一辅助管先抽下来的情况下保持回流管线的循环。
附图说明
95.图1显示了所谓的表面背压(sbp)类型的现有技术系统；
96.图2显示了根据所谓的受控泥浆液位(cml)类型的开放式泵送立管的没有任何立管密封元件的现有技术系统；
97.图2a显示了带有立管密封元件的封闭式泵送立管类型的现有技术系统；
98.图3显示了根据本发明的系统的第一种设置，有泵送和封闭的立管，以及
99.图4显示了根据本发明的系统的第二种设置，其中可以使用一个辅助管线；
100.图5显示了根据本发明的系统的第三种设置，其中进一步的特征被引入到该系统中；
101.图6显示了系统的第四种设置，与图3-5所示的概念相比，该系统能够在对现有设备进行较少硬件修改的情况下操作本发明。
具体实施方式
102.为了更好地理解本发明的后续描述，现在将解释本发明所偏离的现有技术系统的一些例子。
103.图1显示了根据所谓的表面背压(sbp)类型的系统。在这个系统中，原理是关闭立管，使立管中的压力与立管顶部的表面压力无关。在这个系统中，可以实现井内的压力高于来自表面的液柱的压力。
104.对于这样的系统，在钻井时可能需要使用所谓的不平衡流体。特别是在钻井窗口狭窄的情况下。当装满钻井流体的立管在井中的压力低于钻地层的孔隙压力时，就称为钻井流体不平衡。钻井流体可以是液体，也可以是液体或气体的混合物，如泡沫，这取决于液体所需的比重。
105.图1显示了从水体表面s的钻井平台或船2延伸到水体底部b的钻井立管1。钻井立管1包含一个滑动接头3，该接头适于承担钻井平台或船2与立管1之间的相对运动。
106.钻杆4沿着钻井立管1的内部延伸并进入井中(未显示)。在钻杆4和立管1之间形成一个环空5。
107.钻井流体也称为泥浆沿钻杆4向下泵送，从钻杆4的下端泵出，并向上泵入环空5。泥浆从钻杆4的下端流出后，将与油、气、水、颗粒、岩石等井内物质混合，并向上流向环空5。泥浆由钻机泵(通常是一组泵)40沿钻杆4向下泵送。压力传感器39方便地布置在钻机泵40的出口处，通常是在位于或靠近钻台的支架管70上。
108.一个或多个压力传感器29可以布置在立管内。然而在实践中，这些传感器被布置在顶部。bop上还有一个压力传感器51。
109.节流管线47从bop 50延伸。节流管线47具有隔离阀48和压力传感器49。节流管线47与钻机节流器52连接。
110.压井管线45通过节流器46与bop 50相连。在压井管线45的上端是液体泵43和压力传感器44。
111.增压管线23在靠近bop50布置的入口24之间连接。管线23有隔离阀25并由增压泵41提供。在管线23中包括压力传感器42。
112.在表面以下的深度处，存在来自立管1的出口6。出口通过隔离阀109连接到回流管线108。回流管线108延伸到平台2，在那里，管108利用节流器113和流量计114通过管线159与泥浆处理设施(未显示)相连接。节流器113上安装了上游压力传感器141和下游压力传感器140。分支管线124与增压泵123相连。带有阀门(如阀门109)的管线124、108可以替代地在立管出口6的附近从第二出口被复制为第二管线。这种复制是为了确保在管线108发生任何
故障的情况下，有可用的通向表面的流路。
113.在立管1的顶部，有环形密封元件或分流器38。如果气体上升到立管1的顶部，环形密封元件38被用来关闭立管环空5。在分流器38的下面，有通常被称为钟形接头的出口61。这连接到流体管线60，当以全立管液位245运行时，该管线允许将钻井泥浆输送到泥浆处理设施。有一个单独的系统(未显示)，确保在使用环形密封元件38时以安全方式处理气体。这通常被称为分流器系统。环形密封元件38是任何钻机的一部分，不是sbp系统特有的。泥浆管线60用于在常规钻井作业中把泥浆送回泥浆处理设施。
114.在立管1顶部和出口6之间的位置，有一个旋转密封装置(rsd)15，在本说明书中一般称为密封元件。旋转密封装置15能够密封整个立管1的环空5，同时允许钻杆4的旋转。
115.一个额外的环形密封元件16，它被设计用来密封非旋转钻杆4周围。这个环形密封元件16在更换rsd15时使用，也可以在rsd失效时作为一种安全措施。
116.在操作图1的系统时，rsd保持关闭。已经从钻杆4抽出并从环空5返回的泥浆通过泥浆回流管线108从立管中分流出来。调节节流器113被以保持井内一定的压力。
117.rsd 15以下的压力大于大气压力。如果rsd发生泄漏，就会有井液泄漏到大气中，需要采取控制方法，如关闭环形密封元件16和更换rsd 15。
118.用于sbp的水下专用设备通过脐带缆180进行监测和控制。
119.在图1中，显示了一种配置，其中rsd 15和环形密封元件16位于法兰35和37之间的专用立管接头136上，而出口6位于法兰34和35之间的单独接头33上。这只是sbp水下专用设备如何布置的一个例子。
120.这种已知的系统有很多优点，但也确实有很多缺点，如上文背景技术一节中所述。
121.图2显示了另一个已知的系统，它被设计为在泵送立管开放模式下运行。该系统也可以被称为cml(受控泥浆液位)系统。在这个系统中，通过控制立管中的泥浆液位来控制油井的压力。
122.对于图1的系统，图2显示了从水体表面s的钻井平台或船2延伸到水体底部b的钻井立管1。钻井立管1包含一个滑动接头3，该接头适于承担钻井平台或船2与立管1之间的相对运动。
123.钻杆4沿着钻井立管1的内部延伸并进入井中(未显示)。在钻杆4和立管1之间形成一个环空5。
124.钻井流体，也经常被称为泥浆或钻井泥浆，被泵送至钻杆4下方，从钻杆4的下端出来，并向上泵入环空5。泥浆从钻杆4的下端流出后，将与油、气、水、颗粒、岩石等井内物质混合，并流向环空5。泥浆由钻机泵(通常是一组泵)40沿钻杆向下泵送。压力传感器39被方便地布置在钻机泵40的出口处
125.节流管线47从bop 50延伸出来。节流管线47有一个隔离阀48和一个压力传感器49。节流管线47与钻机节流器52相联。
126.压井管线45通过隔离阀46与bop 50相连。在压井管线45的上端是截流液泵43和压力传感器44。
127.增压管线23在靠近bop50布置的入口24之间联接。管线23有隔离阀25并由增压泵41提供。在管线23中包括压力传感器42。
128.在表面s以下的深度，有来自立管1的出口6。该出口与带有隔离阀9的泥浆回流管
线8相连接。泥浆回流管线8延伸到平台2，那里有安装在泥浆回流管线8上的流量计14。在正常操作中，泥浆通过阀门53关闭和阀门55打开的管线59输送到泥浆处理系统。
129.作为一种选择，泥浆可以通过管线58和钻机节流器52输送到泥浆处理系统，其中，阀门55关闭，阀门53打开。
130.一个或多个压力传感器29布置在立管内。在bop上也有压力传感器51。
131.出口6和压力传感器29是专用立管接头33的一部分，与正在使用的其他立管接头不同。使用常规立管法兰34和35将专用立管接头33安装在立管1中。
132.在立管1的顶部，有一条用于回流泥浆的流体管线60和环形密封元件38。如果气体上升到立管1的顶部，环形密封元件38用来关闭立管环空5。有单独的系统(未显示)，确保在使用环形密封元件38时以安全方式处理气体，这通常被称为分流器系统。
133.还有与立管1的顶部相联的填充管线26。泵27可以通过填充管线26泵送泥浆。流量计28或其他测量流量的方法用来控制泵入立管1的泥浆量。
134.当操作图2的系统时，立管1通常保持顶部对大气压力开放。立管1中的泥浆45液位是由回流泵7根据井内所需压力控制的。
135.安装有泵7的上游压力传感器56和下游压力传感器57。传感器56和57可用于计算由泵7产生的压力。
136.脐带缆80从平台2向下延伸到泵7。脐带缆为泵7提供动力，同时也将信号和动力在水底传递给cml组件，如安装在立管上的压力传感器29，隔离阀9，以及泵7两侧的压力传感器56和57。
137.这个系统有很多优点，但也有一些缺点。其中的缺点是与处理进入bop上方的立管的气体涌入有关的困难，尽管存在处理这种情况的方法，这里将不作描述。
138.图2a是另一个现有技术钻井立管系统的示意图。这是基于statoil和agr在2014年4月8日至9日在马德里举行的spe/iacd mpd ubo会议上的介绍。关于同一概念的论文在2014年的海上技术会议上发表，记录在otc-25292-ms论文中。论文中描述的不相关的特征已被排除，图中显示了相关部分的解释。
139.图2a显示了从水体表面s的钻井平台或船2延伸到水体底部b的钻井立管1。钻井立管1包含滑动接头3，它适合于承担钻井平台或船2和立管1之间的相对运动。
140.钻杆4沿着钻井立管1的内部延伸并进入井中(未显示)。在钻杆4和立管1之间形成一个环空5。
141.泥浆沿钻杆4向下泵送，从钻杆4的下端抽出，向上泵入环空5。泥浆从钻杆4的下端流出后，将与油、气、水、颗粒、岩石等井内物质混合，并流向环空5。泥浆由钻机泵40(通常是一组泵)沿钻杆4向下泵送。压力传感器39方便地布置在钻机泵40的出口处。
142.在一深度处存在第一出口6，回流泵7连接到该第一出口6。回流泵7的下游端与回流管线208相连，该管道与连接立管1的管线230相连。该泵7有上游隔离阀209和下游隔离阀210。
143.还包括泵旁通管线211，泵旁通管线211有隔离阀212。
144.有立管出口隔离阀209和立管进口隔离阀222。
145.在图2a中还显示了从bop50延伸出来的节流管线47。节流管线47有隔离阀48和压力传感器49。节流管线47与钻机节流器52相连接。在钻机节流器52的下游有压力传感器92。
146.从管道208还有分支管线660通往节流管线47。在分支管线660上有隔离阀661。
147.在立管1上离立管出口6较高的位置且入口管220的下方，布置了旋转控制装置(rcd)215。rcd215通常被放置在900-1600英尺(约275-50米)的旋转式方钻杆补心(rkb)(未显示)下面。
148.在rcd 215的下方还可以设置可选的立管环形物216。
149.在立管1的顶部，分流器38的下面，有通常称为钟形接头的出口61。这连接到流体管线60，当以全立管液位245运行时，该出流体管线允许将钻井泥浆输送到泥浆处理设施。
150.立管上配备了压力传感器229和299。压力传感器229位于rcd215的下方，压力传感器299位于rcd215的上方。
151.泵7通过脐带缆280从地面接收动力。脐带缆还包含电源和信号电缆，用于操作和监测水下阀门和传感器。
152.在这个现有技术系统中，在钻井期间，泥浆通过立管返回到地面。在系统需要处理立管气体异常的情况下，可以通过隔离和绕过水下泵来处理气体，并将回流的气体带入节流管线，同时抽空增压管线，并使用钻机节流器来调节立管的压力。
153.增压管线23与靠近bop 50布置的入口24相联。由增压泵41提供管线23，具有隔离阀25。从增压管线23到立管1有分支管线292，在rcd215上方有入口。在分支管线292上有隔离阀291。
154.本发明的详细说明
155.在下面的描述中，应该注意到，虽然只描述了一个隔离阀来关闭一个特定的管线，但在关键位置安装至少两个隔离阀是常见的做法。因此，"一个阀门"应被理解为"多个阀门中的一个"。
156.此外，附图不是按比例绘制的，因为与立管的直径相比，垂直距离将比图中所示大得多。
157.在本说明中，术语封闭式立管是指环空在立管内被封闭的系统，并且有可能在位于立管内的一些密封装置上的压力差下运行。有几种方法可以创造和保持压力差，这些方法本身就是技术人员已知的。
158.在本说明书中，将泵用作去除压力，将节流器用作增加压力。从物理角度来看，在这两个组件中，实际发生的情况正好相反，泵向流体增加能量和压力，而节流器则从流体中消散或移除能量和压力。然而，在本发明的背景下，按照钻工的习惯，我们指的是操作泵或节流器对井筒压力的影响。
159.术语"泥浆"和"钻井流体"被交替使用，以表示一般的钻井流体。这意味着涵盖所有类型的钻井常用流体，例如但不限于液体、气态流体、气体和液体混合物、泡沫、乳化水和/或油、水基、油基、气态和合成基钻井流体。本发明的系统也可用于钻井以外的其他目的，如固井、完井、注水、水化预防或压裂，因此可以使用与这些操作相关的液体代替或补充钻井流体或在钻井流体之外使用。
160.在本说明书中，包括权利要求书，当使用术语"连接"或"被连接"时，应理解为"流体连接"。
161.当在本说明书中，将常规硬件设置之外的专用设备，如回流泵7或回流管线，描述为安装在立管上时，这些部件可以替代性地安装在立管附近，例如悬挂在钻机上，或位于海
底。
162.图3显示了根据本发明的系统的第一个实施方案，在某种程度上可以被视为图1和图2的两个系统的新颖组合。
163.图3显示了从水体表面s的钻井平台或船2延伸到水体底部b的钻井立管1。钻井立管1包含滑动接头3，它适合于承担钻井平台或船2和立管1之间的相对运动。如果钻井平台1支撑在底部b上，如自升式钻机，滑动接头3可以省略。
164.钻杆4沿着钻井立管1的内部延伸并进入井中(未显示)。在钻杆4和立管1之间形成环空5。
165.液体，例如钻井流体、用于固结衬管和套管的水泥、meg、水、塞子和废弃水泥、乙二醇等被泵下钻杆4。下面将以钻井泥浆为例进行说明。钻井泥浆沿钻杆4向下泵送，从钻杆4的下端流出，并向上进入沿环空5。泥浆从钻杆4的下端流出后，将与油、气、水、颗粒、岩石等井内物质混合，并流向环空5。泥浆由钻机泵40(通常是一组泵)沿钻杆4向下泵送。压力传感器39被方便地布置在钻机泵40的出口处。
166.在水面s以下的深度，可以是50-1000米，但在目前的大多数情况下是2-400米左右，有第一出口6，回流泵7与之相联。回流泵7的下游端与回流管线8相联。回流管线8延伸到表面s以上的钻井平台或船2。它可以包含流量计14。流量计14也可以沿回流管线8布置在所示出的其他位置。
167.隔离阀组9和10布置成便于在上游端和下游端或两者处隔离回流泵7。
168.在正常操作中，泥浆通过管线59输送到泥浆处理系统，其中，阀门53关闭，阀门55打开。
169.图中还包括从bop50延伸出来的节流管线47。节流器有隔离阀48和压力传感器49。节流管线47与钻机节流器52相连接。
170.回流管线8也通过管线58与钻机节流器52相连接。阀门55和53可以用来确定回流的方向。
171.还包括泵旁通管线11。泵旁通管线11有隔离阀12。因此，当阀门9和10打开、阀门12关闭时，钻井流体可以通过回流泵7被泵送到地面，或者当一组阀门9、10中的至少一个(或最好是两个)关闭、阀门12打开时，钻井流体靠自身的压力流经泵的旁通管线11。
172.在回流泵7的进口侧布置有压力传感器56，在泵7的出口侧布置有压力传感器57。
173.脐带缆80除了提供操作传感器、阀门和密封元件的动力以及信号路径，还提供驱动泵的动力。动力可以是液压的或电动的，具体取决于所用泵的类型。
174.在离回流泵7较高的立管1位置，但仍基本低于表面，布置了密封装置15，该密封装置是在钻杆4旋转时也周围钻杆4密封的类型。这种闭合装置有时称为旋转式闭合装置(rcd)，在下文中我们将使用更通用的术语旋转式密封装置(rsd)15。
175.立管还可以有额外的密封元件，其形式为环形密封元件16，这是具有与rsd类似功能的装置，但其设计为不随着钻杆4的旋转而运行任何时间长度。它主要设计成在不旋转钻杆4的情况下进行操作。rsd15通常与钻杆4一起安装和收回，而环形密封元件16则与立管1一起安装。可以安装一个以上的rsd，也可以安装一个以上的环形密封元件。环形密封元件16设计用来密封非旋转钻杆4周围。环形密封元件16可以在较短的时间内代替rsd使用，也可以使用旋转钻杆4。rsd15和环形密封元件16可以按任何顺序排列。也可以想象，rsd位于
环形密封元件内。
176.旁通管线17布置为绕过rsd 15和环形密封元件16。旁通管线17有可以打开的阀门18，以允许井液流经旁通管线17。
177.回流管线8也通过上部分支管线20与rsd 15和环形密封元件16上方的立管1相连。该分支管线20有隔离阀22。
178.该装置可以具有通过隔离阀46连接到bop 50的常规压井管线45。压井管线45的上端是截流液泵43和压力传感器44。
179.增压管线23从表面延伸到立管1上的入口24。入口24基本上位于泵出口6的下方，最好是靠近立管1的下端。增压管线23配备有一个或多个隔离阀25。增压管线23还配备了压力传感器72，可以测量增压管线中的液位。
180.任何合适的管线，如截流管线、节流器或立管上的其他现有管道可用作填充管线来代替增压管线23。或者，可以安装专门的填充管线。
181.填充泵41布置用于将液体从增压管线23中抽出。管线23中包括压力传感器42。
182.图3的系统还有上层填充管线26，它与立管1的顶部相联，通常是通过分流器38的现有开口。泵27可以通过填充管线26泵送泥浆。流量计28用于控制泵入立管1的泥浆量。
183.在立管1的顶部，在分流器38的下面，有通常被称为钟形接头的出口61。它与流体管线60相连，当立管满负荷运行时，钻井泥浆可以输送到泥浆处理设施。
184.该系统可以在立管液位245位于钟形接头的高度，或向下至立管出口6的任何其他位置进行操作。
185.立管配备有压力传感器和/或液位传感器，例如传感器29、30。传感器29是压力传感器，而传感器30可以是压力传感器或液位传感器。这类传感器本身是本领域内众所周知的。压力传感器29位于rsd15和环形密封元件16的下方。传感器29也可以设置在bop50上。另外，额外的压力传感器51可以被布置在bop50上。压力/液位传感器30布置在rsd 15的上方。
186.泵7通过脐带缆80从表面接收动力。脐带缆还包含电源和信号电缆，以操作和监测位于立管接头33和36上的水下阀门和传感器以及环形密封元件，此外还有出口6和表面s或钻机2之间的阀门和传感器。
187.在一个优选的实施方案中，泵出口6被布置在第一专用接头33上，在法兰34和35之间延伸。rsd 15、环形密封元件16、旁通管线17以及分支管线19、20和31布置在延伸到法兰35和37之间的第二专用接头36上。或者，所有这些部件也可以包括在一个接头中。
188.现在将参照图4的示意图更详细地描述本发明的第二个实施方案。设置与图3中的设置类似，但要注意以下几点。
189.延伸到表面s以上的钻井平台或船2的回流管线8包含钻机节流器52上游的额外节流器13。还包括额外的隔离阀54。这将回流管线8与钻机节流器52连接起来，以便回流管线的流体可以通过额外的节流器13引导到钻机节流器52。隔离阀53、54、55用来决定回流的方向，这取决于流体中的气体含量。如果气体含量超过一定量，或者预计气体含量较高，气体就会被引导到节流器13和52。节流器13装有上游压力传感器90和下游压力传感器91。
190.图4的实施方案包括下部分支管线19，该分支管线也可用于绕过泵7，下文将进一步解释。
191.因此，回流管线8在rsd 15和环形密封元件16的下方和rsd 15以及环形密封元件
16的上方，分别通过下部分支管线19和上部分支管线20与立管1连接。两条分支管线19、20都有隔离阀21、22。
192.增压管线23，或用作填充管线的替代管道，也通过分支管线31与立管1在rsd 15以上的液位相连，该分支管线配备有隔离阀32，以形成较低的填充管。
193.该系统通常会在滑动接头3下方的立管水位145下运行。立管水位145可以在立管出口6和钟形接头61之间的任何地方运行。
194.该系统可以包括图4所示的所有附加功能，或者只包括其中的一些。
195.现在将参照图5的装置示意图更详细地描述本发明的第三个实施方案。该装置类似于图4中的装置，有一些额外的特征。
196.图5显示了从水体表面s的钻井平台或船2延伸到水体底部b的钻井立管1。钻井立管1包含滑动接头3，该滑动接头适合于承担钻井平台或船2和立管1之间的相对运动。如果钻井平台2被支撑在底部b上，如自升式钻机，滑动接头3可以省略。
197.钻杆4沿着钻井立管1的内部延伸并进入井中(未显示)。在钻杆4和立管1之间形成环空5。
198.液体，例如钻井流体、用于固结衬管和套管的水泥、meg、水、塞子和废弃水泥、乙二醇等被泵下钻杆4。在下文中，将以钻井泥浆为例来说明。钻井泥浆沿钻杆4向下泵送，从钻杆4的下端流出，并沿环空5向上。泥浆从钻杆4的下端流出后，将与油、气、水、颗粒、岩石等井内物质混合，并流向环空5。泥浆由钻机泵40(通常是一组泵)沿钻杆4向下泵送。压力传感器39方便地布置在钻机泵40的出口处。
199.在水面以下s的深度，可以是50-1000米，但在目前大多数情况下是2-400米左右，有第一出口6，回流泵7与之相联。回流泵7的下游端与回流管线8相联。回流管线8延伸到表面s以上的钻井平台或船2，它可以包含流量计114。流量计114也可以沿回流管线8布置在另一个地方，例如在泵7的出口处，如流量计599所示。
200.隔离阀组9和10被布置成便于隔离回流泵7的上游端和下游端或两者处。
201.还包括泵旁通管线11。泵旁通管线11有隔离阀12。因此，当阀门9和10打开、阀门12关闭时，钻井流体可以通过回流泵7被泵送到表面，或者当一组阀门9、10中的至少一个(或最好是两个)关闭、阀门12打开时，钻井流体靠自身的压力流经泵的旁通管线11。
202.在泵7的上游56和下游57安装有压力传感器。传感器56和57可用于计算由泵7产生的压力。
203.在正常操作中，泥浆通过管线159被输送到泥浆处理系统，其中，阀门54关闭，阀门155打开。或者，在隔离阀155关闭和隔离阀54打开的情况下，回流管线8的泥浆可以通过管线168输送到钻机节流器52。在钻机节流器52的下游有一个压力传感器92。泥浆也可以通过管线159或168以及图5中未显示的进一步的管线被输送到泥浆气体分离器中。
204.在图5中还显示了从bop50延伸出来的节流管线47。该节流器有隔离阀48和压力传感器49，节流管线47与钻机节流器52相联。
205.在离立管出口6较高的立管1位置上，但仍然基本上在表面以下，布置了rsd 15。
206.立管还可以有额外的密封元件，其形式为环形密封元件16，这是具有与rsd类似功能的装置，但其设计为不随钻杆4的旋转而运行任何时间长度。它主要被设计成在不旋转钻杆4的情况下进行操作。而rsd15通常与钻杆4一起布置和收回，环形密封元件16则与立管1
一起安装。可以安装一个以上的rsd，也可以安装一个以上的环形密封元件。环形密封元件16设计用来密封非旋转钻杆4周围。环形密封元件16也可以在较短的时间内与旋转钻杆4一起使用，来代替rsd 15。rsd15和环形密封元件16可以按任何顺序排列。也可以设想将rsd15放在环形密封元件内。
207.旁通管线17布置为绕过rsd 15和环形密封元件16。旁通管线17有隔离阀18，它可以打开以允许井液流经旁通管线17。
208.回流管线8也通过上部分支管线20与rsd 15以及环形密封元件16上方的立管1连接。该分支管线20有隔离阀22。
209.该装置可以具有通过隔离阀46连接到bop 50的常规压井管线45。压井管线45的上端是截流液泵43和压力传感器44。
210.增压管线23从表面延伸到立管1上的入口24。入口24基本上位于泵出口6的下方，最好是靠近立管1的下端。增压管线23配备有一个或多个隔离阀25。增压管线23还配备了压力传感器72，可以测量增压管线中的液位。
211.任何合适的管线，如截流管线、节流器或立管上的其他现有管线，都可以用来代替增压管线23作为填充管线。或者，可以安装一个专用的填充管线。
212.填充泵41布置用来将液体从增压管线23中抽出。管线23中包括压力传感器42。
213.图5的系统还有上填充管线26，它与立管1的顶部相连接，通常是通过分流器38的现有开口。泵27可以通过填充管线26泵送泥浆。流量计28用于控制泵入立管1的泥浆量。
214.在立管1的顶部，在分流器38的下面，有通常被称为钟形接头的出口61。它与流体管线60相连，当立管满负荷运行时，可将钻井泥浆输送到泥浆处理设施。
215.立管上装有压力传感器和/或液位传感器，如传感器29和30。传感器29是压力传感器，而传感器30可以是压力传感器或液位传感器。这样的传感器本身就是本领域内众所周知的。压力传感器29位于rsd15和环形密封元件16的下方。传感器29也可以布置在bop50上。或者，额外的压力传感器51也可以布置在bop50上。压力/液位传感器30布置在rsd15的上方。
216.泵7通过脐带缆80从表面接收动力。脐带缆还包含电源和信号电缆，用于操作和监测位于立管接头33和36上的水下阀门和传感器以及环形密封元件，此外还有图5上出口6和表面s之间显示的本发明的阀门、传感器和其他设备。
217.在一个优选的实施方案中，泵的出口6布置在第一专用接头33上，在法兰34和35之间延伸。rsd15、环形密封元件16、压力或液位传感器30、压力传感器72以及带有隔离阀32、22、18和551的分支管线17、20、31和550布置在一个延伸到法兰35和37之间的第二专用接头36上。所有这些部件可以替代地包括在从法兰34到37的一个接头中。
218.立管中的泥浆液位505通常保持在滑动接头3以下，但在某些操作中可以升高到钟形接头61。
219.一个节流器113位于回流管线8上。压力传感器190和191位于节流器113的上游和下游。这些可以用来计算节流器113上的压降。该系统还可以包括节流器113周围的旁通管线布置(图中未显示)。
220.流量计114显示在节流器113的上游。该流量计114也可以位于节流器113的下游。
221.压力传感器29可用于测量rsd 15或环形密封元件16位置以下的立管内的压力。在
系统处于开放模式时，该压力由立管液位和泥浆重量驱动。在封闭模式下，该压力可由泵、节流器或两者结合来调节。
222.压力或液位传感器30测量密封装置上方的泥浆液位，在封闭模式下运行时，可用于监测上部立管。
223.增压管线23，或用作填充管线的替代管线，也在rsd 15上方的液位上通过分支管线31与立管1相连，分支管线上装有隔离阀32，形成较低的填充管线。
224.在系统处于封闭模式时，即在rsd 15到位和旁通管线18关闭的情况下，泵7可以将rsd 15以下的压力维持在充满泥柱的回流管线8和泵允许的最小吸入压力之间的任何压力，通常为1bara左右。在rsd15以下的出口6的压力可以高于、等于或低于rsd15上方的压力。与现有技术中描述的双梯度概念相比，还具有重要意义的是，可以实现立管出口6处的压力低于海水梯度的压力，即来自钟形接头的水柱。
225.通过操作节流器113，可以向回流管线8添加背压。当操作节流器113时，泵7可以用来产生一些增压，停止以便不产生增压，或者通过关闭隔离阀9和10并打开隔离阀12以允许流过泵7来隔离。关闭隔离阀9和10以隔离泵7，在某些情况下会增加系统的最大压力等级，因为泵在某些情况下会是压力等级最低的系统部件。
226.通过这种独特的水下泵7和节流器113的组合，可以以无缝的方式增加和减少全立管的压力，使系统有能力调节全立管的压力，这在现有技术解决方案中是不可能的。这对钻井者来说是很重要的，因为它增加了操作窗口，也使他们在选择泥浆重量方面有更大的灵活性，并且仍然能够在任何时候都保持井底压力在钻井窗口内。使节流器113和泵7同步无缝运行的控制算法，对于本领域的技术人员来说是很熟悉的。
227.接下来，将描述如何控制rsd 15上方的液位，也是在封闭模式下运行时。图5显示了立管出口管线550，也可以表示为上立管吸入管线，立管1的出口位于rsd 15上方。立管出口550允许钻工在rsd15到位和旁通管线18关闭时也能降低立管液位505。
228.这是通过打开隔离阀551，保持隔离阀9和12关闭，打开隔离阀10并操作泵7来完成的。然后，流体可以从立管1的上部排出去。通过以这种方式操作系统，钻工可以减少立管液位505。钻工还可以与泵27或泵41，或两者结合使用这一功能，将新的液体注入立管的上部，即rsd15以上，以提高液位505，改变泥浆重量，或改变立管中泥浆的其他特性。
229.一旦钻工完成了rsd 15上方的泥浆循环，隔离阀551可以关闭，隔离阀9或隔离阀12可以打开，以继续作业。钻工希望在rsd15以上进行液体循环的原因可能有很多。例如，在打开rsd旁通管线18之前，降低rsd15上方的液面，或者将立管液面505降低到比上次关闭旁通管线18之前的液面更低的液位，或者清除在作业期间通过rsd15漏过的液体。
230.通过上述方法，还可以使rsd15以上的泥浆具有与rsd15以下的泥浆不同的特性。钻工特别感兴趣的是能够在不改变整个泥浆系统的情况下向井增加静压，在rsd15以上增加压力作为额外的屏障，或者在某些情况下，在立管的上部使用比井其他部分密度更低的泥浆进行操作。
231.现有技术描述了如何通过使用布置有密封装置的泵送立管系统来获得压力控制，其中吸力从密封装置下方吸入并排入密封装置上方的立管。这种系统的一个例子显示在前面描述的图2a中。在操作这样的系统时，切屑可能会积聚在密封装置的顶部。由于通常有从密封装置上方到下方的驱动压力差，这些切屑对钻工来说是一个问题，因为它们会导致密
封装置的磨损和损坏。这个问题已经知道了很久，现有技术中也描述了各种装置。
232.在现有技术的泵送立管系统中，如图2a所示的系统，其目的是通过不增加专用的回流管线来减少钻机的集成成本，人们要么使用立管作为回流管线，而不能降低立管的液位，要么使用现有的辅助管线，如增压管线，作为回流管线。当使用现有的辅助管线时，还不可能在所述辅助管线用于其原来的功能的同时，操作泵送立管系统来调节井筒压力。本发明为现有技术中的这些缺陷提供了一个解决方案。
233.现在将参照图6，详细描述本发明的第四个实施方案。
234.在本发明的实施方案中，引入了一种独特的组合，即利用现有的辅助管线(通常是增压管线)与立管插件相结合，创建一个冲洗系统，以确保切屑不会积聚在密封装置的顶部，造成损坏和磨损。
235.在本实施例中还引入了将辅助管线交替用于三种不同目的的可能性，或者将其用于其最初的目的，或者作为冲洗系统的注入管线(如上所述)，或者作为装载有切屑的泥浆的回流管线。这里提到的前两种用途也可以同时使用。
236.图6显示了从水体表面s的钻井平台或船2延伸到水体底部b的钻井立管1。钻井立管1包含滑动接头3，该接头适于承担钻井平台或船2和立管1之间的相对运动。如果钻井平台2被支撑在底部b上，如自升式钻机，滑动接头3可以省略。
237.钻杆4沿着钻井立管1的内部延伸并进入井中(未显示)。在钻杆4和立管1之间形成环空5。
238.液体，例如钻井流体、用于固结衬管和套管的水泥、meg、水、塞子和废弃水泥、乙二醇等被泵下钻杆4。在下文中，将以钻井泥浆为例来说明。钻井泥浆沿着钻杆4向下泵送，从钻杆4的下端流出，然后流向环空5。泥浆从钻杆4的下端流出后，将与油、气、水、颗粒、岩石等井内物质混合，并流向环空5。泥浆由钻机泵40(通常是一组泵)沿钻杆4向下泵送。压力传感器39方便地布置在钻机泵40的出口处。
239.在水面s以下的深度，可以是50-1000米，但在目前大多数情况下是2-400米左右，有第一出口6，回流泵7与之相联。回流泵7的下游端与回流管线608相联。回流管线608连接到管线220，管线220连接到立管1，通过管线223连接到辅助管线23。通过选择性地操作隔离阀122和222，钻工可以选择哪条流体路线是开放的。管线608可以有安装在靠近泵7的流量计599。
240.隔离阀组9和10布置成便于在上游或下游端或两者之间对回流泵7进行隔离。
241.还包括泵旁通管线11。泵旁通管线11有隔离阀12。因此，当阀门9和10打开、阀门12关闭时，钻井流体可以通过回流泵7被泵送到表面，或者当一组阀门9、10中的至少一个(或最好是两个)关闭、阀门12打开时，钻井流体靠自身的压力流经泵的旁通管线11。
242.在泵7布置有的上游压力传感器56和下游压力传感器57。传感器56和57可用于计算泵7产生的压力
243.在正常操作中，泥浆通过管线220在隔离阀122打开的情况下被输送到泥浆处理系统，并沿着立管1向上，在钟形接头61处有立管泥浆液位606。
244.在图6中还显示了从bop 50延伸出来的节流管线47。该节流管线有隔离阀48和压力传感器49。节流管线47与钻机节流器52相联。在钻机节流器52的下游有压力传感器92。
245.在离立管出口6较高的立管1位置，但仍基本低于表面，布置了rsd15。
246.立管还可以有额外的密封元件，其形式为环形密封元件16，这是具有与rsd类似功能的装置，但其设计不随钻杆4的旋转而运行任何时间长度。它主要被设计为在钻杆4不旋转的情况下运行。rsd15通常与钻杆4一起布置和收回，而环形密封元件16则与立管1一起安装。可以安装一个以上的rsd，也可以安装一个以上的环形密封元件。环形密封元件16设计用于密封非旋转的钻杆4周围。环形密封元件16可以在较短的时间内代替rsd使用，也可用于旋转的钻杆4。rsd15和环形密封元件16可以按任何顺序排列。也可以想象，rsd位于环形密封元件内。
247.立管插件616安装在位于rsd 15上方的立管接头36中。来自辅助管线23的连接管线31连接到立管接头36，位于rsd 15上方和立管插件616下方
248.立管插件616的轴向截面开口面积与立管接头36的内部截面面积相比很小，通常为立管截面的5％或更小。
249.旁通管线617布置为绕过rsd15、环形密封元件16和立管件616。旁通管线617有隔离阀18，可以打开以允许井液流经旁通管线617。
250.该布置可以有传统的压井管线45，该管线通过隔离阀46与bop50相连。在压井管线45的上端有截流液泵43和压力传感器44。
251.增压管线23从表面延伸到立管1上的入口24。入口24基本上位于泵出口6的下方，最好是靠近立管1的下端。增压管线23配备有一个或多个隔离阀25。增压管线23还配备了压力传感器72，可以测量增压管线中的液位。
252.任何合适的管道，如截流管线、节流器或立管上的其他现有管线都可用作填充管线来代替增压管线23。或者可以安装专门的填充管线。
253.填充泵41布置成将液体泵送至增压管线23。压力传感器42包括在管线23中。
254.图6的系统还具有连接到立管1顶部的上部填充管线26，通常通过分流器38中的现有开口。泵27可以通过填充管线26泵送泥浆。流量计28用于控制泵入立管1的泥浆量。
255.在立管1的顶部，在分流器38的下方，有出口61，通常称为钟形接头。这与流体管线60相连，当以全立管液位运行时，该管线允许将钻井泥浆输送到泥浆处理设施。
256.立管配备有压力传感器和/或液位传感器，例如传感器29和130。传感器29是压力传感器，而传感器130可以是压力传感器或液位传感器。这种传感器本身在本领域中是众所周知的。压力传感器29在rsd15和环形密封元件16下方。传感器29也可以设置在bop50上。或者，附加压力传感器51可以设置在bop 50上。压力/液位传感器130布置在立管插件616上方。
257.泵7通过脐带缆80从表面接收动力。除了用于本实施例的阀门、传感器和其他设备之外，脐带缆还包含电力和信号电缆以操作和监测位于立管接头33和36上的水下阀门和传感器以及环形密封元件，它们布置在图6的出口6和表面s之间。
258.在优选实施例中，泵出口6布置在第一专用接头33上，在法兰134和135之间延伸。rsd 15、环形密封元件16、压力或液位传感器30、压力传感器72以及带有隔离阀222、122、32和18的分支管线617、220和223布置在法兰135和137之间延伸的第二个专用接头36上。所有这些部件可替代地包括在法兰134至137的一个接头中。
259.当沿辅助管线23向上引导回流时，引入了新的顶部流动路径，这将在下文中描述。
260.为了隔离泵41并确保没有带有切屑的泥浆进入泵，关闭隔离阀233。隔离阀232打
开，泥浆从泵7泵送，通过管线608、220、223、23和236到顶部流量计114并通过节流器113。在此，流体可以通过管线159引导至常规泥浆处理系统，其中隔离阀155打开且隔离阀54关闭，或者至钻机节流器52且隔离阀54打开且隔离阀155关闭。顶部节流器113具有上游和下游压力传感器190和191。
261.立管605中的泥浆液位通常保持在滑动接头3以下，但对于某些操作，可以将其提升到钟形接头61，如附图标记606所示。
262.压力传感器190和191位于节流器113的上游和下游。这些可用于计算通过节流器113的压降。
263.流量计114显示在节流器113的上游。该流量计114也可以位于节流器113的下游。对于所有实施例来说都是这种情况。
264.仅示出了一条回流管线608。该系统可能有第二条回流管线以降低堵塞的风险。
265.作为具有第二回流管线8的替代方案，具有隔离阀18的旁通管线617可以用作仪表过压保护系统。这通过使用来自压力传感器29的读数来实现。当来自传感器29的压力超过预定设定点时，隔离阀18将打开。
266.为了确保在向rsd15上方的立管泵送含切屑的泥浆时，切屑不会落在rsd15上，钻井流体顺着辅助管线23通过管线31泵入rsd15和立管插件616之间的立管1空腔中。由于rsd15密封环空，流量将被迫向上，通过立管插件616的开口，与上面的钻井流体混合。通过立管插件616的上升流速将足以产生使钻井流体通过立管插件616的开口的上升速度，该速度高于钻井泥浆中切屑的滑动速度。这一流速通常为每分钟100-500升。
267.钻工可能希望将增压管线用于增压管线最初目的。这很容易通过打开隔离阀25和关闭隔离阀32来实现。对于这些操作，阀门222已经关闭。如果不把干净的泥浆泵入管线31，理论上一些切屑可能进入立管插件616和rsd15之间的空腔。为了避免这种情况，钻工可以部分打开隔离阀25和隔离阀32以产生正确的阻塞效果，从而允许受控的流量同时通过入口24进入立管并通过管线31进入冲洗腔。或者钻工可以选择接受切屑堆积在rsd 15顶部的风险，而不是通过管线31循环。
268.图6的系统也可以按照图5所述的方式安装带有隔离阀551的管线550，但在图6的实施例中，从立管插件616上方抽吸。
269.现在将描述利用上述设置的各种可能的操作过程。大多数过程可以使用本文描述的任何一个实施方案进行，而对于某些程序，特定的实施方案可能是必要的。从解释中应该可以明显看出，是否提到了一个特定的实施方案。有时一个特定的部件只使用一个参考号，而在不同的图中，同一部件可能使用不同的参考号。
270.从带有压力控制的封闭式立管和带有受控泥浆液位(cml)的泵送立管快速转换。
271.rsd 15在钻杆4周围保持关闭，随着旁通管线18的关闭，rsd 15下面的立管1中的压力可以通过调整泵的吸入压力来控制。
272.如果情况需要或有利于将控制方式改变为开放系统，即井中的压力由立管中的泥浆液位控制，这可以通过打开旁通管线18快速完成。无需取回rsd 15，因为它可以保持关闭状态。作为替代方案，如果rsd是为其设计的，则可以打开它以切换到开放系统。在开放模式下，立管1内的液位可以设置在泵出口6和立管1顶部之间的任意高度，并由泵7控制。因此，在旁通管线617、17中的阀18打开之前，可以将rsd 15上方的压力调节到与rsd下方相同或
更高的压力。
273.当然也可以通过关闭旁通管线18从立管开放模式进入立管封闭模式。
274.通过在封闭模式和开放模式之间切换来测量泥浆量。
275.当系统处于封闭模式时，即旁通管线17的隔离阀18关闭并处于压力控制下时，很难非常准确地测量系统中的泥浆体积。当前的测量方法依赖于随时间累积的流量测量，即流入井中的泥浆与流出井的泥浆流量和/或具有与钻机运动、起伏、差等因素对上部体积测量系统的影响相关的不确定性传感器分辨率、未完全充满液体的管道等。流量测量具有固有的不准确性，随着时间的推移结合起来会导致体积估计具有很大的不确定性。泵送立管开放模式可实现更高准确度的测量。
276.通过从封闭模式切换到开放模式，并停止流入和流出立管，井中的任何体积变化都可以通过在静态条件下的立管1中的泥浆液位准确地确定。当立管中高于rsd的压力高于、低于或等于低于rsd时，可以安全地从封闭模式切换到开放模式。在模式之间切换时，必须注意保持在允许的钻井窗口内，通常由孔隙压力和裂缝压力给出。
277.此外，在循环期间，开放模式允许通过观察立管液位非常快速地检测井中的增益或损失情况。
278.当在封闭模式下操作时，本发明允许通过打开旁通管线17中的阀18或允许rsd15上方和下方之间直接穿过rsd 15的流通来切换到cml开放模式。这允许将立管1用作储罐来执行流量检查或出于任何其他原因使用它来测量静态条件下井中的体积变化。立管中的液位可以被设置，由此，当钻井泵关闭时，rsd 15上方和下方的压力不同。出于操作原因，可能不希望打开旁通管线，除非rsd上方和下方的压力接近相等。在这种情况下，需要更改立管中的液位。这种液位的变化需要时间。
279.作为上述的替代方案，并且也在本发明的范围内，在从封闭模式到开放模式以及使用立管作为储罐来监测井和任何体积变化时，泥浆回流管线8可以用作储罐来监测井。要使用该管线道8，必须将其部分抽空到正确的液位以获得所需的井筒压力。这可以通过打开阀门22，使泥浆回流管线8通过分支管线20排入rsd 15上方或下方的立管或通过打开阀门12，通过泵旁通管线11(或对于实施例如图4所示，通过打开阀门22)通过分支管线19。
280.由于回流管线8的直径小于立管1的直径，因此井中的任何体积变化都将导致回流管线8的液位发生比立管1中更大的变化。因此，与使用立管1作为储罐相比，使用这种方法可以获得更准确的体积变化读数。由于与使用立管1时相比，回流管线8中的液位变化更快，因此在涌入的情况下施加在井上的压力将随着回流管线8中的液位增加而迅速增加。由于在大多数除了在钻非常细的孔时的情况下井的直径大于泥浆回流管线8的直径时，系统将对阻止涌入具有自我调节作用。
281.作为上述的第二替代方案，增压管线23可以用作储罐以监测井。为了使用该管线，必须打开阀25，并且必须停止泵41的泵送。增压管线23中的液位和相关压力现在将与rsd以下的立管中的压力相等。增压管线中的实际液位可以随时由增压管线压力传感器72验证。一旦达到所需液位，增压管线可用于以与开放立管相同的方式监测音量。为此目的，可以使用增压管线压力传感器72。
282.通过降低压力差来减少rsd的磨损
283.在封闭模式中，rsd 15上方的压力可以等于或低于rsd下方的压力，但是在某些操
作模式中也可以保持高于rsd下方的压力。这确保了从rsd上方到下方穿过rsd的任何泄漏，因此rsd上方的压力是防止井液不受控制地流向表面的额外安全措施。
284.然而，rsd 15两端的压力差越高，rsd上的磨损越大。为了减少磨损，压力差应保持较低。
285.液位/压力传感器29、30用于监测rsd 15下方和上方的压力。rsd 15以下的允许压力变化由井的操作参数给出，该参数规定井内压力必须保持在一定的范围内，例如地层的压裂压力和地层的孔隙压力，以及相关的安全边际。如果通过rsd 15的压力差超过预定限值，则通过以受控(逐渐)方式打开旁通管线隔离阀18或通过调节rsd来增加泄漏率，以降低rsd 15上方的泥浆液位，直到压力差再次低于预定限值。
286.如果压力差下降到预定限值以下，则通过将泥浆填充到立管1中来提高rsd 15上方的泥浆液位。这可以很方便地通过填充管线26或通过下层填充管线23和分支管线31完成。
287.监测rsd的磨损情况
288.由于rsd15在使用过程中会受到磨损，特别是由于钻杆相对于rsd的旋转，它必须每隔一段时间就被更换。在没有对rsd的状况进行任何检测的情况下，必须根据rsd15的预期寿命定期更换。
289.利用本发明，即使只使用一个rsd 15，也不需要从外部提供液体，就可能监测rsd15的磨损情况。这是基于这样一个事实，即随着rsd 15的磨损，rsd上的泄漏会增加。通过使用液位/压力传感器29、30监测rsd15下方的压力和上方的压力或液位，并跟踪泥浆流入和流出井的情况，如上所述，本发明的系统可以监测泥浆在rsd15上的泄漏情况，从而监测rsd的磨损情况。测量的泄漏率也可以与rsd上的测量值相结合，例如rsd上的液压或弹簧载荷，以确定磨损状态。
290.减少对rsd的磨损
291.作为上述rsd 15磨损监测的进一步实施例，本发明的系统还可用于减少rsd 15上的磨损。
292.众所周知，rsd上的磨损取决于钻杆和rsd之间的摩擦，摩擦越高，磨损越高。除其他因素外，摩擦力还取决于rsd设置为对钻杆具有的力。这个力越大，摩擦力就越大。尽管更高的力和更高的摩擦力会导致磨损增加，但rsd设置为相对于钻杆具有相对较高的力。这是为了避免通过rsd的过度泄漏。
293.利用本发明，可以监测rsd上的泄漏。因此，只要泄漏不超过某个预定限度，就可以允许某种泄漏。通过将rsd的设置调整为接近最大允许泄漏率，将降低磨损率，并延长rsd的使用寿命。
294.补偿rsd上增加的泄漏
295.在本发明中，在泵送立管封闭模式下，rsd 15上会有泄漏。在至少一种操作模式中，这种泄漏将从上到下，并将导致立管中的钻井流体液位下降。这可以通过将泥浆填充到立管中来补偿，以保持泥浆液位高于rsd恒定。在常规钻井中，立管的填充将通过钻杆或增压管线完成。然而，对于本发明的设置，这是不可能的。因此，填充将通过上部填充管线26或下部填充管线23和分支管线31完成，它们都在rsd上方结束。
296.使用本发明，可以使用上述的泄漏监测来确定必须在rsd上方填充到立管中的泥
浆体积。
297.还可以使用通过增加rsd压靠钻杆的力来补偿增加的泄漏，例如由rsd的磨损引起的。然而，根据本发明，在确定rsd压在钻杆4上的压力时，考虑了rsd上方的泥浆液位和立管在rsd上方的填充率。根据本发明，可以通过上述以受控速率填充立管和通过调节rsd对钻杆的压力来补偿泄漏。因此，立管1中rsd 15上方的泥浆液位可以保持在恒定液位。为此，使用泵27和流量计28。这个过程可以完全自动化并由算法控制。
298.阻止rsd的泄漏
299.在某些操作期间，例如当循环井涌时，或在(静态)连接过程中，当操作时密封元件上方的压力接近动态条件下的压力，但低于静态条件下的压力时，通过rsd 15的泄漏往往是不可接受的。在这些情况下，可以通过增加rsd 15压在钻杆4上的力，使其与钻杆保持紧密的密封，来阻止泄漏，或至少使其达到可接受的范围。如何增加rsd对钻杆4的作用力将取决于rsd的类型，因此不属于本发明的范畴。这个过程可以通过使用一个控制器自动完成。
300.处理泥浆中的涌入和气体
301.在正常工作中，无论这是在封闭或开放模式下，井中的泥浆都会通过回流泵7返回。然而，如果有气体涌入井中，让气体通过泵往往是不可取的。在这种情况下，阀门9和阀门10被关闭。相反，阀门21被打开，让气体流经下分支管线19，并上升到节流器13。
302.或者也可以让流入物通过泵的旁通管线11流向节流器。
303.与泥浆一起上来的气体可以积聚在rsd下面。为了在打开或拉动rsd15时不以不受控的方式释放这些气体，打开旁通管线17，以允许泥浆从rsd上方向下流动，目的是将气体向下冲洗，通过泵7并以受控方式进入泥浆回流管线8。根据条件，这可能涉及增加rsd 15以上的液位，以使泵7的速度更高，从而产生更大的向下流动。同时，立管1从rsd上方的顶部被填充(如上所述)。因此，在立管1中产生了大量通过旁通管线17的向下流动。积聚的气体被夹在泥浆流中，通过回流泵7进行冲洗。该流体继续沿着回流管线8向上流动。在表面上，它可以被输送到泥浆/气体分离器，以便安全处理气体。
304.当提高泵7的速度，从而将压力降低到rsd 15以下时，井上的压力将被降低，bop可能被关闭，以确保井中的压力不会下降到可接受的限度以下。在关闭bop时，可以使用已知的方法来确保bop下面有足够高的压力，例如，打开充满泥浆的压井管线的阀门。使bop以下的井保持在可接受的液位之上的方法不属于本发明。
305.为改造立管系统做准备
306.在某些情况下，rsd 15的功能和可能的额外封闭装置，例如环形密封元件16，可能存在于打算用于其他钻井活动的立管接头中，例如表面背压(sbp)或立管气体处理(rgh)。对于本发明的系统，可以使用用于这些其他活动的立管接头，并可以改造为使用上述的控制系统和本发明系统的部分或全部功能进行控制。
307.用于这些其他井活动的立管接头可以另外安装额外的连接和设备，以方便作为sbp或rgh以及作为本发明系统的一部分的双重用途。用于其他作业的立管接头最初会有自己的控制线，通过脐带缆进入表面。在本发明中，它可以配备一些功能，通过增加管线和其他作为本发明系统一部分使用所需的硬件来实现重新配置的特征。最值得注意的是重新配置，使现有的系统能够通过新增的泵送立管设备的脐带缆从表面接收控制功能。立管接头的双重用途可以扩展到包括安装立管泵7和相关压力传感器29和出口6的设施。这些设施可
以在这两种用途之间进行优化。
308.同时使用节流器和泵来控制井筒压力
309.在某些情况下，当操作这个系统时，全立管时井筒中的总压力，或ecd，在循环时将过高，但在不循环时将过低。因此需要控制压力。其他的影响，如切屑也可能导致需要控制压力。在这种情况下，当泥浆柱处于静止状态(即没有循环)时，需要增加压力，而在循环时需要去除多余的压力。钻工可能需要控制压力的原因有很多，这种操作模式可能是计划中的模式，可能是泥浆重量的变化超出了操作过程中的预期，可能是井筒条件发生了变化，如钻进压力斜坡时，孔隙压力突然增加，或者其他许多原因。无论如何，在这种情况下，钻工可能想用节流器、泵或两者的组合来控制井下压力。
310.在封闭模式下单独使用节流器或泵来控制井下压力是现有技术中已知的。然而，对于某些情况，可能是钻工想在添加和移除压力之间进行切换。这里所说的增加和消除压力是相对于在开放立管充满泥浆的情况下的压力而言的。为了使操作有效和安全，加压和卸压之间的过渡应该是无缝的。有许多操作场景可能与此相关。下面提到两个例子。
311.当进行连接时，循环被停止，因此ecd的动态成分被移除。井下压力下降，因为没有流过环空。这种压力下降需要通过在钻井泵降速时增加立管压力和在钻井泵升速时减少立管压力来进行补偿。当系统在去除压力的模式下运行时，钻工可能会遇到需要循环出去的井涌。在这样的过程中，需要在循环过程中对系统施加额外的压力，以解决到循环出的气体低密度的问题。处理井涌的方法和概念对于本领域的技术人员来说是已知的。对于某些泥浆重量和井涌尺寸的组合，钻工需要在井涌循环开始时增加压力，在井涌循环结束时去除压力。
312.对于这种情况，钻工可以通过同时和串联操作泵7和节流器13、113来操作图4、5或6的系统，其中泵消除压力，节流器增加压力。通过以控制的方式调节泵的速度和节流器的打开，在操作的物理限制范围内，任何负压或正压都可以在几秒钟内产生。
313.在这个过程中，在节流器增加的压力大于泵排出的压力的时候，钻工可以选择通过关闭阀门9和10并打开阀门12来隔离泵。如果系统压力接近泵的额定压力，或者怀疑有可能影响系统运行的大量气体进入泵内，这将是特别重要的。虽然可以由钻工手动控制系统的运行，但该系统通常会设置自动控制系统，将节流器和泵设置为主从配置，利用传感器的读数来维持所需的井筒压力。这种控制井筒压力的控制系统一般在表面背压作业中很常见。将水下泵的控制和回流管线中泥浆的可压缩性添加到这种控制系统中，并使泵隔离阀的关闭和泵旁通管线的开启自动化，这本身就是控制系统领域的熟练人员所熟知的。
314.改变立管液位或改变rsd上方的泥浆
315.在封闭系统的操作过程中，钻工可能想对封闭的rsd 15上方的立管中的泥浆进行改变。钻工可能想这样做的原因有很多。下面提到几个例子。可能是钻工想打开rsd15，而目前上面的泥浆液位太高。可能是钻工想在立管的上部增加泥浆的重量。也可能是钻工想清除立管上部的切屑。
316.在系统处于封闭模式，立管出口6被隔离的情况下，上立管吸入管线550被用来从立管中抽吸。顶部填充泵，或增压管线可同时用于向上部立管填充。这显然将有助于改变泥浆液位或更换泥浆。
317.通过改变rsd15上方的泥浆重量、立管液位或两者的组合，可以控制立管上部压
力。在其他钻井作业中，立管帽的概念是众所周知的，即用压井管线、节流管线或增压管线来改变立管中的泥浆重量，形成有两种泥浆重量的系统，通常是为了增加井筒的压力。对于这样的系统，钻工无法顺着钻杆循环并保持立管帽的完整。在本系统中，通过使用rsd15下面的出口，钻工将能够沿着钻杆向下和环空向上循环，同时保持上立管帽的完整，而不会用环空的泥浆来稀释它。由于上面的泥浆较重，较重的泥浆会有向下迁移的趋势，并与下面较轻的泥浆混合，但这可以通过只允许一个小的开口通过或经过rsd 15来控制，这个开口大到可以提供充分的压力流通，但小到只允许非常有限的流体通过。从上面到下面的泄漏率可以达到每分钟1-50升的量级，这可以由钻工很容易地管理。
318.在钻井过程中，气体可能已经聚集到rsd 15以下。如果井下压力允许，在打开rsd之前，作为一项安全预防措施，可以降低立管上部的泥浆液位，以防止任何气体沿立管向上迁移。
319.在处理井涌时，在井涌循环过程中会有一段时期，将将在rsd15的下方有气体。为了避免在这种时候回流管线发生堵塞的问题，系统可以安装过压保护系统，作为旁通管线穿过rsd，让受压气体进入上部立管。为了减少这种事件的负面后果的风险，上部立管吸入管线550可以用来降低立管液位。然后，上部立管将作为高大的分离器，从液位到表面的距离比传统的分离器要高得多。这将减少立管卸载事件的风险。
320.在开放模式下操作-迅速恢复到封闭模式
321.可以预见，除了图6中描述的模式外，本发明的主要操作将是在开放模式下操作系统，但在定期或不定期的时间段内切换到封闭模式。切换到封闭模式可能是有计划的，例如在连接处设置压力，或者是无计划的，例如在井涌时，希望能迅速恢复到过度平衡的状态。所需的压力可能是可以由泵单独管理的液位，也可能是需要增加节流器的压力，可能需要泵和节流器串联运行。上文已经详细介绍了这种操作。
322.当rsd在开放模式下运行时，钻工可以通过关闭旁通管线隔离阀快速转换为封闭模式，或者根据rsd的设计，关闭rsd本身。关闭旁通管线可以在1到5秒内完成。rsd也可以被设置为在1至5秒内关闭。对于钻工来说，在1到5秒内从打开到关闭是非常迅速的，不会造成任何操作上的限制。有了这一独特的功能，钻工可以利用开放式cml系统的所有好处，同时又能迅速转换为封闭式系统，以利用封闭式系统的效率或安全特性。
323.使用旁通管线或rsd作为节流器装置保护套管鞋
324.在封闭模式下运行时，由于立管压力和井下压力持续增加是于堵塞、设备的错误操作或类似情况导致的导致的。在这种情况下，套管鞋的压力可能超过断裂压力，地层可能破裂，导致严重损失。为了防止这种情况，rsd旁路管线隔离阀，或rsd本身，如果设计允许通过减少预载，可以作为简单的节流器，使立管压力在套管鞋破裂前以可控方式释放。节流效果的准确性不会达到普通钻井节流器的质量，但这对钻工来说是可以接受的，因为主要目的是利用节流效果来避免破坏套管鞋，但要以有控制的方式进行，而不是快速释放压力，因为压力可能会低于孔隙压力，这可能会产生不利影响。如果旁通管线隔离阀是球阀，本领域的技术人员将知道如何部分打开这样的阀门，以充当一个节流器。鉴于本发明的正常操作模式是降低的立管液位到足够到达钻机的高度的操作，流体在许多情况下可以安全地绕到rsd以上的立管。在现有技术中没有描述故意用降低的立管液位来操作封闭的立管系统。
325.不在底层钻探时计算和补偿温度引起的密度效应
326.当拔出孔时，特别是在高温井上，环空中的钻井泥浆将被地层加热。作为加热的结果，密度会下降，孔内泥浆的体积会增加。通过在开放模式下使用立管作为储罐，降低立管液面，可以持续监测井筒中泥浆的体积变化。任何进入或离开井的设备都会有体积，可以预先测量并计入泥浆体积测量中。由于每件设备的体积是非常准确的，而且也知道井的几何形状和尺寸，所以可以用体积的变化来计算整体密度的变化。钻井所进入的地层的温度是已知的，可以在钻井过程中测量，或估计。在此基础上，可以计算出井内泥浆的温度曲线。通过将温度测量或估计与泥浆的已知物理特性和井的几何形状相结合，可以计算出不在钻杆上循环时温度曲线随时间的变化。井下温度的变化将导致泥浆的密度随着加热而下降，这反过来又会导致泥浆在井中的体积膨胀和相关压力下降。膨胀的体积将从直径较小的井中膨胀到直径较大的立管中，因此，最后效果将是井筒压力的下降。根据泥浆的已知特性、体积测量和对地层温度的观察或预测以及井中泥浆的相关井下温度曲线，可以计算出温度引起的井筒压力下降。为了补偿井筒压力的下降，可以增加立管中的泥浆液位，以达到接近稳定的井筒压力。
327.如果在此过程中出现突然涌入的情况，可采用本文所述的其他方法来关闭立管，以安全处理涌入的情况。