流體測(cè)量系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于鉆探井孔的流體測(cè)量系統(tǒng)和方法。該測(cè)量系統(tǒng)包括導(dǎo)管、超聲感應(yīng)裝置和處理裝置。所述導(dǎo)管開(kāi)設(shè)有可收容鉆桿及通過(guò)返回的鉆探流體的通道。所述超聲感應(yīng)裝置用于傳輸復(fù)數(shù)個(gè)探測(cè)信號(hào)來(lái)探測(cè)返回的鉆探流體的流動(dòng)，且基于所探測(cè)的導(dǎo)管中的返回的鉆探流體的不同位置以產(chǎn)生復(fù)數(shù)個(gè)相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)。所述處理裝置用于對(duì)所述復(fù)數(shù)個(gè)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理以產(chǎn)生與所述探測(cè)的導(dǎo)管中的返回的鉆探流體的不同位置相關(guān)的復(fù)數(shù)個(gè)相應(yīng)的流體輪廓信息，該處理裝置可進(jìn)一步對(duì)所述復(fù)數(shù)個(gè)流體輪廓信息進(jìn)行處理以獲得返回的鉆探流體的體積流速。
【專利說(shuō)明】流體測(cè)量系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可用于測(cè)量流體體積流速(或稱體積流量)(Volumetric FlowRates)的流體測(cè)量系統(tǒng)和方法，尤其涉及一種可在油井，比如海上油井鉆探過(guò)程中來(lái)測(cè)量返回的鉆探流體(或返回的鉆探泥衆(zhòng)，Returning Drilling Fluids)的體積流速以減輕或避免井涌(Kick)發(fā)生的流體測(cè)量系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]從地下地層(Subsurface Formation)來(lái)尋找并開(kāi)探碳?xì)浠衔?Hydrocarbon),如石油已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)十年。由于以地面為基地的油井有限的生產(chǎn)能力，從海底油井開(kāi)探碳?xì)浠衔锞鸵鹆岁P(guān)注。通常，在鉆探海上油井(Offshore Well)時(shí)，可轉(zhuǎn)動(dòng)的鉆頭(DrillBit)設(shè)置在鉆柱(Drill String)上從海床下鉆出井孔。表面平臺(tái)，如海面平臺(tái)或鉆探船通過(guò)鉆柱對(duì)鉆頭進(jìn)行控制。同時(shí)，立管(Riser)設(shè)置來(lái)連接海面平臺(tái)和海床上形成的井口(Wellhead)。鉆柱穿過(guò)立管來(lái)導(dǎo)引鉆頭到井口處。
[0003]在鉆井過(guò)程中，鉆柱從海面平臺(tái)獲得必要的能量驅(qū)動(dòng)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)。其間，來(lái)自設(shè)置在海面平臺(tái)的流體罐的鉆探流體(或者鉆探泥漿)通過(guò)鉆柱到達(dá)鉆頭，然后通過(guò)設(shè)置在鉆柱和立管殼體間的環(huán)形空間返回流體罐。鉆探流體維持了一定的靜水壓力(HydrostaticPressure)來(lái)平衡來(lái)自井孔的流體的壓力并對(duì)鉆頭進(jìn)行冷卻。另外，鉆探流體與井孔形成過(guò)程中產(chǎn)生的物料相混合以攜帶其到海面進(jìn)行處理。
[0004]在一些情況下，從海床中進(jìn)入井孔中的流體的壓力大于鉆探流體的壓力，其可導(dǎo)致往井孔中進(jìn)入不期望的流體，這在行業(yè)中可稱為井涌。通?？赏ㄟ^(guò)返回的鉆探流體流量大于來(lái)自鉆柱中的鉆探流體的流量的情況來(lái)確定井涌的發(fā)生。在一定的情況下，井涌的發(fā)生具有潛在的風(fēng)險(xiǎn)，其可造成設(shè)備損壞及對(duì)操作人員和環(huán)境造成不利影響。
[0005]操作人員密切關(guān)注這種不期望發(fā)生的流體所造成的潛在風(fēng)險(xiǎn)的可能并在海面持續(xù)的監(jiān)控鉆探流體的流入及流出。比如，在鉆探流體循環(huán)的過(guò)程中不斷監(jiān)控流體罐中鉆探流體的水平或在泥衆(zhòng)振動(dòng)篩(Shale Shakers)的流體線上安裝葉片式測(cè)量計(jì)(PaddleMeters)來(lái)確定是否鉆探過(guò)程中流體流量發(fā)生變化。然而，這種方法并不準(zhǔn)確且需要相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間才能發(fā)現(xiàn)并對(duì)井孔中流體的變化做出反應(yīng)。
[0006]所以，需要提供一種新的流體測(cè)量系統(tǒng)和方法，其可在井孔鉆探的過(guò)程中對(duì)返回的鉆探流體的體積流速進(jìn)行測(cè)量來(lái)確定流體是否有變化，從而來(lái)確保鉆探的安全運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種用于鉆探井孔的流體測(cè)量系統(tǒng)。該測(cè)量系統(tǒng)包括導(dǎo)管、超聲感應(yīng)裝置和處理裝置。所述導(dǎo)管開(kāi)設(shè)有可收容鉆桿及通過(guò)返回的鉆探流體的通道。所述超聲感應(yīng)裝置用于傳輸復(fù)數(shù)個(gè)探測(cè)信號(hào)來(lái)探測(cè)返回的鉆探流體的流動(dòng)，且基于所探測(cè)的導(dǎo)管中的返回的鉆探流體的不同位置以產(chǎn)生復(fù)數(shù)個(gè)相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)。所述處理裝置用于對(duì)所述復(fù)數(shù)個(gè)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理以產(chǎn)生與所述探測(cè)的導(dǎo)管中的返回的鉆探流體的不同位置相關(guān)的復(fù)數(shù)個(gè)相應(yīng)的流體輪廓信息，該處理裝置可進(jìn)一步對(duì)所述復(fù)數(shù)個(gè)流體輪廓信息進(jìn)行處理以獲得返回的鉆探流體的體積流速。
[0008]本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例提供了 一種用于鉆探井孔的流體測(cè)量方法。該流體測(cè)量方法包括利用超聲感應(yīng)裝置傳輸復(fù)數(shù)個(gè)探測(cè)信號(hào)來(lái)探測(cè)導(dǎo)管中的返回的鉆探流體的流動(dòng)，該導(dǎo)管開(kāi)設(shè)有可收容鉆桿及通過(guò)所述返回的鉆探流體的通道；利用超聲感應(yīng)裝置基于所探測(cè)的導(dǎo)管中的返回的鉆探流體的不同位置以產(chǎn)生復(fù)數(shù)個(gè)相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)；利用處理裝置對(duì)所述復(fù)數(shù)個(gè)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理以產(chǎn)生與所述所探測(cè)的導(dǎo)管中的返回的鉆探流體的不同位置相關(guān)的復(fù)數(shù)個(gè)相應(yīng)的流體輪廓信息；及利用處理裝置對(duì)所述復(fù)數(shù)個(gè)流體輪廓信息進(jìn)行處理以獲得返回的鉆探流體的體積流速。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0010]圖1為本發(fā)明鉆探系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0011]圖2為沿圖1所示鉆探系統(tǒng)中的A-A線所得的鉆探組合的一個(gè)實(shí)施例的剖面示意圖；
[0012]圖3為本發(fā)明鉆探系統(tǒng)的測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；及
[0013]圖4為本發(fā)明測(cè)量系統(tǒng)的超聲感應(yīng)裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下將描述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，需要指出的是，在這些實(shí)施方式的具體描述過(guò)程中，為了進(jìn)行簡(jiǎn)明扼要的描述，本說(shuō)明書(shū)不可能對(duì)實(shí)際的實(shí)施方式的所有特征均作詳盡的描述。應(yīng)當(dāng)可以理解的是，在任意一種實(shí)施方式的實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，正如在任意一個(gè)工程項(xiàng)目或者設(shè)計(jì)項(xiàng)目的過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的具體目標(biāo)，為了滿足系統(tǒng)相關(guān)的或者商業(yè)相關(guān)的限制，常常會(huì)做出各種各樣的具體決策，而這也會(huì)從一種實(shí)施方式到另一種實(shí)施方式之間發(fā)生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開(kāi)發(fā)過(guò)程中所作出的努力可能是復(fù)雜并且冗長(zhǎng)的，然而對(duì)于與本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容相關(guān)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本公開(kāi)揭露的技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一些設(shè)計(jì)，制造或者生產(chǎn)等變更只是常規(guī)的技術(shù)手段，不應(yīng)當(dāng)理解為本公開(kāi)的內(nèi)容不充分。
[0015]除非另作定義，權(quán)利要求書(shū)和說(shuō)明書(shū)中使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)或者科學(xué)術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專利申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)以及權(quán)利要求書(shū)中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語(yǔ)并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來(lái)區(qū)分不同的組成部分?！耙粋€(gè)”或者“一”等類似詞語(yǔ)并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個(gè)。“包括”或者“包含”等類似的詞語(yǔ)意指出現(xiàn)在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“設(shè)置”、“連接”或者“相連”等類似的詞語(yǔ)并非限定于物理的或者機(jī)械的連接，也不限于是直接的還是間接的連接。
[0016]圖1所示為本發(fā)明鉆探系統(tǒng)10的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。在本發(fā)明實(shí)施例中，鉆探系統(tǒng)10可用來(lái)鉆探井孔來(lái)開(kāi)探碳?xì)浠衔?，如化石燃?Fossil Fuels)。在非限定示例中，井孔包括陸上井孔(Onshore Well)和海上井孔(Offshore Well)。在一個(gè)示例中，鉆探系統(tǒng)10用來(lái)開(kāi)探海上井孔。
[0017]如圖1所示，鉆探系統(tǒng)10通常包括位于水面上的平臺(tái)11及連接平臺(tái)11和位于海床14上的井口 13的鉆探組合12。鉆探組合12 (如圖2所示)包括鉆柱15、鉆頭(未圖示)及立管16來(lái)開(kāi)鑿出井孔。
[0018]鉆柱15包括鉆桿(Drill Pipe)，其由多個(gè)具有一定長(zhǎng)度的管道首尾相連形成。鉆頭安裝在鉆柱15的一端并且可旋轉(zhuǎn)的在海床14下進(jìn)行開(kāi)鑿。鉆柱15可用來(lái)輸送鉆頭從而來(lái)延伸在海床14下的開(kāi)鑿。同時(shí)，來(lái)自平臺(tái)11的鉆探流體100 (也常被稱為鉆探泥漿，如圖3所示)通過(guò)鉆柱15輸送到井孔中。
[0019]立管16包括導(dǎo)管,其具有筒形橫截面(Tubular Cross Section)。鉆柱15可設(shè)置在立管16中且沿著立管16的長(zhǎng)度方向在立管16中延伸。立管16在其內(nèi)開(kāi)設(shè)有通道來(lái)收容鉆柱15。這樣，就在鉆柱15和立管16的內(nèi)表面間形成了環(huán)形空間17，從而立管16可導(dǎo)引鉆柱15到井口 13處，而且來(lái)自井孔中的返回的鉆探流體101 (如圖3所示)可通過(guò)環(huán)形空間17返回平臺(tái)11。
[0020]這樣，在鉆探過(guò)程中，鉆柱15轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭。來(lái)自平臺(tái)11的鉆探流體100的循環(huán)通過(guò)鉆柱15到達(dá)鉆頭，然后通過(guò)形成于鉆柱15和立管16內(nèi)表面間的環(huán)形空間17以返回的鉆探流體101的形成返回平臺(tái)11。鉆探流體100維持了一定的靜水壓力(HydrostaticPressure)來(lái)平衡來(lái)自井孔的流體的壓力并對(duì)鉆頭進(jìn)行冷卻，同時(shí)，鉆探流體把在開(kāi)鑿井孔過(guò)程中產(chǎn)生的物料，如破碎的巖石等帶到水面。在一定示例中，來(lái)自平臺(tái)11的鉆探流體100可包括水或油和多種添加物。返回的鉆探流體101可至少包括鉆探流體100和開(kāi)鑿井孔過(guò)程中產(chǎn)生的物料的混合物。在平臺(tái)11上，返回的鉆探流體101可被進(jìn)行處理，比如進(jìn)行過(guò)濾移除其中的固體物質(zhì)后可重新進(jìn)行循環(huán)。
[0021]如上所述，在一定的應(yīng)用中，從海床中進(jìn)入井孔中的流體的壓力可大于鉆探流體100的壓力，這可導(dǎo)致海床中的流體隨同鉆探流體一同進(jìn)入環(huán)形空間17中從而產(chǎn)生較大的返回流體。這種返回流體可稱為井涌(Kick),如果控制不當(dāng)就會(huì)導(dǎo)致井噴(Blowout)。
[0022]因此，就需要對(duì)返回的鉆探流體101進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控測(cè)量來(lái)確定井是否發(fā)生從而減輕或避免井涌(Kick)的發(fā)生造成的危害。圖3所示為本發(fā)明流體測(cè)量系統(tǒng)18的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。在一些示例中，流體測(cè)量系統(tǒng)18可用來(lái)通過(guò)測(cè)量返回的鉆探流體101的體積流速來(lái)探測(cè)井涌的發(fā)生以減輕或避免井涌(Kick)的發(fā)生造成的危害。在其他示例中，流體測(cè)量系統(tǒng)18可進(jìn)一步通過(guò)比對(duì)預(yù)先確定的鉆探流體100的體積流速和測(cè)量的返回的鉆探流體101的體積流速來(lái)確定井涌的發(fā)生。
[0023]如圖3所示,流體測(cè)量系統(tǒng)18包括立管16、超聲感應(yīng)裝置19及處理裝置20。超聲感應(yīng)裝置19用來(lái)當(dāng)返回的鉆探流體101通過(guò)環(huán)形空間17的過(guò)程中對(duì)處于不同位置或不同時(shí)間點(diǎn)的返回的鉆探流體101的流體輪廓(Flow Profiles)信息進(jìn)行測(cè)量。在非限定示例中，流體輪廓信息可包括流體流速信息。在本實(shí)施例中，超聲感應(yīng)裝置19設(shè)置在立管16上，其包括具有復(fù)數(shù)個(gè)超聲感應(yīng)器21。該復(fù)數(shù)個(gè)超聲感應(yīng)器21彼此間隔且成一定的角度(Azimuthally)圍繞著立管16設(shè)置。盡管在本實(shí)施例中設(shè)置有一個(gè)以上的超聲感應(yīng)器，在一定的應(yīng)用中，也可僅設(shè)置一個(gè)超聲感應(yīng)器。
[0024]圖4所示為設(shè)置在立管16上的復(fù)數(shù)個(gè)超聲感應(yīng)器21的一個(gè)實(shí)施例的排列示意圖。如圖4所示，超聲感應(yīng)器21圍繞著立管16且彼此間隔設(shè)置。在本實(shí)施例中，超聲感應(yīng)器21設(shè)置在立管16的外表面上,在一定的不例中，超聲感應(yīng)器21也可設(shè)置在立管16中或延伸進(jìn)立管16中，從而作為濕感應(yīng)器(Wetted Sensor)來(lái)接觸返回的鉆探流體101以進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0025]在測(cè)量中，在返回的鉆探流體101通過(guò)環(huán)形空間17的過(guò)程中，每一個(gè)超聲感應(yīng)器21產(chǎn)生并傳輸探測(cè)信號(hào)到返回的鉆探流體101中，且由于鉆探流體101中的顆粒物的反向散射來(lái)產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)。隨后，響應(yīng)信號(hào)被相應(yīng)的超聲感應(yīng)器21所接收以便于到處理裝置20中進(jìn)行處理，從而就獲得與探測(cè)信號(hào)所探測(cè)的返回的鉆探流體101的相應(yīng)的位置相關(guān)的流體輪廓信息。
[0026]在非限定示例中，超聲感應(yīng)器21可包括多普勒超聲感應(yīng)器(Doppler UltrasonicSensors)或渡越時(shí)間超聲感應(yīng)器(Transit Time Ultrasonic Sensors),其具有較高的感應(yīng)準(zhǔn)確度。當(dāng)然，也可使用其他合適的感應(yīng)裝置。在一些應(yīng)用中，每個(gè)多普勒超聲感應(yīng)器可傳輸探測(cè)信號(hào)并接收響應(yīng)信號(hào)。在一個(gè)示例中，多普勒超聲感應(yīng)器朝向鉆柱15傳輸探測(cè)信號(hào)并接收相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)。在渡越時(shí)間超聲感應(yīng)器工作時(shí)，其中一個(gè)感應(yīng)器可用來(lái)傳輸探測(cè)信號(hào)，相臨的另一個(gè)感應(yīng)器可用來(lái)接收響應(yīng)信號(hào)，這樣其間的信號(hào)傳輸就不會(huì)被鉆柱15所阻擋。
[0027]在圖3所示的實(shí)施例中，處理裝置20可與超聲感應(yīng)裝置19通訊以接收并對(duì)來(lái)自超聲感應(yīng)器21的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理，從而獲得與探測(cè)的返回的鉆探流體位置相關(guān)的流體輪廓信息。在非限定示例中，處理裝置20可設(shè)置在立管16的外表面上。頻譜分析算法(Spectrum Analysis Algorithm),如多普勒頻譜分析算法可用來(lái)對(duì)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理以確定相應(yīng)的流體輪廓信息。進(jìn)一步的，返回的鉆探流體10的流體輪廓信息可在處理裝置20中進(jìn)行處理，以獲得返回的鉆探流體10的體積流速。在非限定示例中，感應(yīng)裝置19的所有超聲感應(yīng)器21均完成一次探測(cè)可獲得的所需的流體輪廓信息。
[0028]在一些應(yīng)用中，處理裝置20包括有流體動(dòng)力學(xué)模型(Flow Dynamic Model)，其包括但不限于實(shí)時(shí)的計(jì)算的流體動(dòng)力學(xué)模型(Computational Fluid Dynamics Model)。該流體動(dòng)力學(xué)模型利用非線性優(yōu)化算法，比如非線性最小二乘方優(yōu)化算法，并基于所探測(cè)的與返回的鉆探流體101的相應(yīng)的位置相關(guān)的流體輪廓信息從而得到返回的鉆探流體的體積流速。
[0029]在一些實(shí)施例中，處理裝置20不限于任何特定的可用來(lái)執(zhí)行本發(fā)明處理任務(wù)的處理裝置。在本發(fā)明實(shí)施例中，處理裝置可表示任何能夠進(jìn)行運(yùn)算或計(jì)算，對(duì)執(zhí)行本發(fā)明的任務(wù)而言是必要的裝置。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，處理裝置還可表示任何能夠接收輸入并按照規(guī)定的規(guī)則處理該輸入，從而產(chǎn)生輸出的裝置。
[0030]這樣，基于所獲得的返回的鉆探流體101的體積流速就可便于用來(lái)確定井涌的發(fā)生以便于采取相應(yīng)的調(diào)整措施以減輕或避免井涌的發(fā)生。在一定的應(yīng)用中，如上所述，可把確定的返回的鉆探流體101的體積流速與預(yù)先確定的鉆探流體100的體積流速相比較來(lái)確定井涌的發(fā)生。在一些示例中，也可在平臺(tái)11處設(shè)置有監(jiān)控裝置22以與處理裝置向通訊以顯示處理結(jié)果，便于使用者觀察。
[0031]這樣，在操作中，隨著鉆桿15轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)頭進(jìn)行開(kāi)鑿，來(lái)自平臺(tái)11的鉆探流體100通過(guò)鉆桿15到達(dá)鉆頭，然后以返回的鉆探流體101的形式通過(guò)環(huán)形空間17朝平臺(tái)11返回。其間，超聲感應(yīng)裝置19對(duì)立管16中的返回的鉆探流體101的流體輪廓信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)。處理裝置20對(duì)所獲得的流體輪廓信息進(jìn)行處理以確定返回的鉆探流體101的體積流速。
[0032]在非限定示例中，當(dāng)返回的鉆探流體101的體積流速大于預(yù)設(shè)值，比如預(yù)先確定的鉆探流體100的體積流速時(shí)，其可表明來(lái)自海床的流體的壓力大于鉆探流體100的壓力，井涌可能發(fā)生。在這種情況下，就需要對(duì)返回的鉆探流體101進(jìn)行控制，以減輕或避免井涌的發(fā)生。
[0033]如圖1所示，鉆探系統(tǒng)10設(shè)置有靠近海床14的封井裝置(Blowout Preventer)23來(lái)控制返回的鉆探流體101的流動(dòng)以避免井涌(或井噴)的發(fā)生。超聲感應(yīng)裝置19和處理裝置20可設(shè)置在立管16上且靠近封井裝置23，從而位于水面下。來(lái)自封井裝置23的電纜102可對(duì)超聲感應(yīng)裝置19提供能量。在特定的示例中，超聲感應(yīng)裝置19也可設(shè)置于封井裝置23下或位于其中。
[0034]通常，封井裝置23可包括較低位置的封井裝置24及與立管16 —端相連的下級(jí)海底取油管(Lower Marine Riser Package, LMRP) 25。閘板(Ram)和環(huán)形密封件(未圖不)設(shè)置在下級(jí)海底取油管25后。在開(kāi)探過(guò)程中，較低位置的封井裝置24及下級(jí)海底取油管25相連。
[0035]復(fù)數(shù)個(gè)閘板和環(huán)形器(或防噴件)26設(shè)置在較低位置的封井裝置24中。在正常操作時(shí)，閘板和環(huán)形器26處于打開(kāi)狀態(tài)，但當(dāng)井涌或井噴發(fā)生時(shí)，閘板和環(huán)形器26可在控制的狀態(tài)下來(lái)控制通過(guò)立管16的返回的鉆探流體101的流動(dòng)。此處使用的“控制的狀態(tài)”可指閘板和環(huán)形器26可關(guān)閉或減少在立管16中的返回的鉆探流體的流動(dòng)。比如，當(dāng)井涌發(fā)生時(shí)，閘板和環(huán)形器26可減少返回的鉆探流體101在立管中的流動(dòng)以減輕或避免井涌的繼續(xù)發(fā)生。此處使用的“減少”可指減少返回的鉆探流體的流動(dòng)，但并不關(guān)閉返回流體朝向平臺(tái)11的流動(dòng)。當(dāng)然，在一定的情況下，當(dāng)井涌發(fā)生時(shí)，閘板和環(huán)形器26也可關(guān)閉返回的鉆探流體在立管16中的流動(dòng)。
[0036]圖1所示的實(shí)施例僅是示意性的。為了便于說(shuō)明，一些元件沒(méi)有圖示，比如可至少控制閘板和環(huán)形器26處于打開(kāi)狀態(tài)或處于控制的狀態(tài)的控制裝置及從平臺(tái)傳輸信號(hào)給控制裝置的電纜等。在一些應(yīng)用中，當(dāng)基于返回的鉆探流體101的體積流速確定井涌的發(fā)生后，處理裝置可輸送信號(hào)給控制裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)封井裝置23來(lái)控制返回的鉆探流體101的流動(dòng)。比如，響應(yīng)于超聲感應(yīng)器21所探測(cè)到的返回的鉆探流體101的體積流速，封井裝置23可減少返回的鉆探流體101的流動(dòng)，從而增加施加到封井裝置23下部的井孔的壓力來(lái)平衡來(lái)自井中的流體的壓力以減輕或避免超聲感應(yīng)器21所監(jiān)測(cè)到的事件。當(dāng)該事件被控制后，鉆探操作可恢復(fù)至正常。此處使用的“事件”可包括井涌及/或井噴。在一個(gè)示例中，該事件指井涌。
[0037]在本發(fā)明實(shí)施例中，其使用超聲感應(yīng)裝置來(lái)探測(cè)返回的鉆探流體的實(shí)時(shí)體積流速，這樣就可以快速的探測(cè)返回的鉆探流體的流動(dòng)變化以確定是否事件發(fā)生。與傳統(tǒng)的方法相比，本發(fā)明實(shí)施例中的探測(cè)系統(tǒng)可提供實(shí)時(shí)的返回的鉆探流體的狀態(tài)，這樣，就可及時(shí)的探測(cè)事件的發(fā)生以及時(shí)有效的進(jìn)行控制。
[0038]此外，在傳統(tǒng)的方法中，鉆桿15可在鉆探流體100通過(guò)時(shí)發(fā)生震動(dòng)或搖擺，這樣，就會(huì)導(dǎo)致返回的鉆探流體101不穩(wěn)定而影響到超聲感應(yīng)裝置19的監(jiān)測(cè)。本發(fā)明實(shí)施例中的流體測(cè)量系統(tǒng)設(shè)置有復(fù)數(shù)個(gè)超聲感應(yīng)器來(lái)測(cè)量實(shí)時(shí)的不同位置的或不同時(shí)間點(diǎn)的返回的鉆探流體的流體輪廓信息，這就減少或消除了鉆桿的震動(dòng)所造成的影響，從而提高了探測(cè)的準(zhǔn)確度。進(jìn)一步的，本發(fā)明實(shí)施例中的流體控制系統(tǒng)具有較簡(jiǎn)單的架構(gòu)、較快的響應(yīng)速度且可較容易的對(duì)傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。
[0039]雖然結(jié)合特定的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，對(duì)本發(fā)明可以作出許多修改和變型。因此，要認(rèn)識(shí)到權(quán)利要求書(shū)的意圖在于覆蓋在本發(fā)明真正構(gòu)思和范圍內(nèi)的所有這些修改和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種用于鉆探井孔的流體測(cè)量系統(tǒng)，包括: 導(dǎo)管，其開(kāi)設(shè)有可收容鉆桿及通過(guò)返回的鉆探流體的通道； 超聲感應(yīng)裝置，其用于傳輸復(fù)數(shù)個(gè)探測(cè)信號(hào)來(lái)探測(cè)返回的鉆探流體的流動(dòng)，且基于所探測(cè)的導(dǎo)管中的返回的鉆探流體的不同位置以產(chǎn)生復(fù)數(shù)個(gè)相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)；及 處理裝置，其用于對(duì)所述復(fù)數(shù)個(gè)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理以產(chǎn)生與所述探測(cè)的導(dǎo)管中的返回的鉆探流體的不同位置相關(guān)的復(fù)數(shù)個(gè)相應(yīng)的流體輪廓信息，該處理裝置可進(jìn)一步對(duì)所述復(fù)數(shù)個(gè)流體輪廓信息進(jìn)行處理以獲得返回的鉆探流體的體積流速。
2.如權(quán)利要求1所述的流體測(cè)量系統(tǒng)，其中該流體測(cè)量系統(tǒng)可用來(lái)在鉆探海上油井的過(guò)程中以減輕或避免井涌的發(fā)生。
3.如權(quán)利要求1所述的流體測(cè)量系統(tǒng)，其中所述超聲感應(yīng)裝置包括復(fù)數(shù)個(gè)超聲感應(yīng)器。
4.如權(quán)利要求3所述的流體測(cè)量系統(tǒng)，其中所述復(fù)數(shù)個(gè)超聲感應(yīng)器包括多普勒超聲感應(yīng)器或渡越時(shí)間超聲感應(yīng)器。
5.如權(quán)利要求3所述的流體測(cè)量系統(tǒng)，其中所述超聲感應(yīng)器圍繞著所述導(dǎo)管設(shè)置。
6.如權(quán)利要求5所述的流體測(cè)量系統(tǒng)，其中所述超聲感應(yīng)器與所述返回的鉆探流體相接觸。
7.如權(quán)利要求1所述的流體測(cè)量系統(tǒng)，其中所述處理裝置設(shè)置在所述導(dǎo)管上。
8.如權(quán)利要求1所述的流體測(cè)量系統(tǒng)，其中所述處理裝置設(shè)置有多普勒頻譜分析算法來(lái)處理所述響應(yīng)信號(hào)以確定相應(yīng)的流體輪廓。
9.如權(quán)利要求1所述的流體測(cè)量系統(tǒng)，其中所述處理裝置設(shè)置有非線性最小二乘方優(yōu)化算法來(lái)基于所述流體輪廓確定所述體積流速。
10.一種用于鉆探井孔的流體測(cè)量方法，包括: 利用超聲感應(yīng)裝置傳輸復(fù)數(shù)個(gè)探測(cè)信號(hào)來(lái)探測(cè)導(dǎo)管中的返回的鉆探流體的流動(dòng)，該導(dǎo)管開(kāi)設(shè)有可收容鉆桿及通過(guò)所述返回的鉆探流體的通道； 利用超聲感應(yīng)裝置基于所探測(cè)的導(dǎo)管中的返回的鉆探流體的不同位置以產(chǎn)生復(fù)數(shù)個(gè)相應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)； 利用處理裝置對(duì)所述復(fù)數(shù)個(gè)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理以產(chǎn)生與所述所探測(cè)的導(dǎo)管中的返回的鉆探流體的不同位置相關(guān)的復(fù)數(shù)個(gè)相應(yīng)的流體輪廓信息；及 利用處理裝置對(duì)所述復(fù)數(shù)個(gè)流體輪廓信息進(jìn)行處理以獲得返回的鉆探流體的體積流速。
11.如權(quán)利要求10所述的流體測(cè)量方法，其中該流體測(cè)量系統(tǒng)可用來(lái)在鉆探海上油井的過(guò)程中以減輕或避免井涌的發(fā)生。
12.如權(quán)利要求10所述的流體測(cè)量方法，其中所述超聲感應(yīng)裝置包括復(fù)數(shù)個(gè)超聲感應(yīng)器。
13.如權(quán)利要求12所述的流體測(cè)量方法，其中所述復(fù)數(shù)個(gè)超聲感應(yīng)器包括多普勒超聲感應(yīng)器或渡越時(shí)間超聲感應(yīng)器。
14.如權(quán)利要求12所述的流體測(cè)量方法，其中所述超聲感應(yīng)器圍繞著所述導(dǎo)管設(shè)置。
15.如權(quán)利要求14所述的流體測(cè)量方法，其中所述超聲感應(yīng)器與所述返回的鉆探流體相接觸。
16.如權(quán)利要求10所述的流體測(cè)量方法，其中所述處理裝置設(shè)置在所述導(dǎo)管上。
17.如權(quán)利要求10所述的流體測(cè)量方法，其中所述處理裝置設(shè)置有多普勒頻譜分析算法來(lái)處理所述響應(yīng)信號(hào)以確定相應(yīng)的流體輪廓。
18.如權(quán)利要求10所述的流體測(cè)量方法，其中所述處理裝置設(shè)置有非線性最小二乘方優(yōu)化算法來(lái)基于所述流 體輪廓確定所述體積流速。
【文檔編號(hào)】G01P5/24GK103926422SQ201310009343
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月10日
【發(fā)明者】劉莉, 劉逢甦, 梅艷, 克里斯多佛.E.沃爾夫, 羅伯特.A.喬吉 申請(qǐng)人:通用電氣公司