[发明专利]流体测量系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于测量流体体积流速（或称体积流量）（Volumetric Flow Rates）的流体测量系统和方法，尤其涉及一种可在油井，比如海上油井钻探过程中来测量返回的钻探流体（或返回的钻探泥浆，Returning Drilling Fluids）的体积流速以减轻或避免井涌（Kick）发生的流体测量系统和方法。 

背景技术

从地下地层（Subsurface Formation）来寻找并开探碳氢化合物（Hydrocarbon），如石油已经进行了数十年。由于以地面为基地的油井有限的生产能力，从海底油井开探碳氢化合物就引起了关注。通常，在钻探海上油井（Offshore Well）时，可转动的钻头（Drill Bit）设置在钻柱（Drill String）上从海床下钻出井孔。表面平台，如海面平台或钻探船通过钻柱对钻头进行控制。同时，立管（Riser）设置来连接海面平台和海床上形成的井口（Wellhead）。钻柱穿过立管来导引钻头到井口处。 

在钻井过程中，钻柱从海面平台获得必要的能量驱动钻头转动。其间，来自设置在海面平台的流体罐的钻探流体（或者钻探泥浆）通过钻柱到达钻头，然后通过设置在钻柱和立管壳体间的环形空间返回流体罐。钻探流体维持了一定的静水压力（Hydrostatic Pressure）来平衡来自井孔的流体的压力并对钻头进行冷却。另外，钻探流体与井孔形成过程中产生的物料相混合以携带其到海面进行处理。 

在一些情况下，从海床中进入井孔中的流体的压力大于钻探流体的压力，其可导致往井孔中进入不期望的流体，这在行业中可称为井涌。通常可通过返回的钻探流体流量大于来自钻柱中的钻探流体的流量的情况来确定井涌的发生。在一定的情况下，井涌的发生具有潜在的风险，其可造成设备损坏及对操作人员和环境造成不利影响。 

操作人员密切关注这种不期望发生的流体所造成的潜在风险的可能并在 海面持续的监控钻探流体的流入及流出。比如，在钻探流体循环的过程中不断监控流体罐中钻探流体的水平或在泥浆振动筛（Shale Shakers）的流体线上安装叶片式测量计（Paddle Meters）来确定是否钻探过程中流体流量发生变化。然而，这种方法并不准确且需要相对较长的时间才能发现并对井孔中流体的变化做出反应。 

所以，需要提供一种新的流体测量系统和方法，其可在井孔钻探的过程中对返回的钻探流体的体积流速进行测量来确定流体是否有变化，从而来确保钻探的安全运行。 

发明内容

本发明的一个实施例提供了一种用于钻探井孔的流体测量系统。该测量系统包括导管、超声感应装置和处理装置。所述导管开设有可收容钻杆及通过返回的钻探流体的通道。所述超声感应装置用于传输复数个探测信号来探测返回的钻探流体的流动，且基于所探测的导管中的返回的钻探流体的不同位置以产生复数个相应的响应信号。所述处理装置用于对所述复数个响应信号进行处理以产生与所述探测的导管中的返回的钻探流体的不同位置相关的复数个相应的流体轮廓信息，该处理装置可进一步对所述复数个流体轮廓信息进行处理以获得返回的钻探流体的体积流速。 

本发明另一个实施例提供了一种用于钻探井孔的流体测量方法。该流体测量方法包括利用超声感应装置传输复数个探测信号来探测导管中的返回的钻探流体的流动，该导管开设有可收容钻杆及通过所述返回的钻探流体的通道；利用超声感应装置基于所探测的导管中的返回的钻探流体的不同位置以产生复数个相应的响应信号；利用处理装置对所述复数个响应信号进行处理以产生与所述所探测的导管中的返回的钻探流体的不同位置相关的复数个相应的流体轮廓信息；及利用处理装置对所述复数个流体轮廓信息进行处理以获得返回的钻探流体的体积流速。 

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中： 

图1为本发明钻探系统的一个实施例的示意图； 

图2为沿图1所示钻探系统中的A-A线所得的钻探组合的一个实施例的剖面示意图； 

图3为本发明钻探系统的测量系统的一个实施例的示意图；及 

图4为本发明测量系统的超声感应装置的一个实施例的示意图。 

具体实施方式