[发明专利]用于确定钻杆位置的系统和方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及钻井领域，尤其涉及一种在钻井过程中用于确定钻杆位置的系统和方法。

背景技术

在钻井时，可转动的钻头设置在钻杆上，海面平台通过钻杆对钻头进行控制，钻杆驱动钻头转动，从而从海床下钻出井孔。在此期间，来自设置在海面平台的流体罐中的钻井液通过钻杆到达钻头，然后，通过设置在钻杆和立管之间的环形空间来返回流体罐中。钻井液维持了一定的静水压力来平衡来自井孔的流体的压力并对钻头进行冷却。另外，钻井液与井孔形成过程中产生的物料相混合以返回并携带其到海面进行处理。

在钻井过程中，当从井壁中进入井孔中的流体的压力大于钻井液的压力时，则会导致井壁中的流体随同钻井液一同进入环形空间中，从而产生较大压力的返回的钻井液，如果控制不当就会导致井喷的发生。因此，需要对返回的钻井液进行实时的监控测量以确定是否会发生井喷。通常，通过测量返回的钻井液的流量来监控井喷的发生。而在测量返回的钻井液的流量时，钻杆位置起到至关重要的作用。另外，通过钻杆位置可以确定出钻杆直径变化，从而当封井装置将被关闭时可以避免钻杆的接头处。因此，确定出钻杆位置对于钻井具有重要作用。

因此，有必要提供一种系统和方法以解决如上所述的至少一个问题。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种用于确定钻杆位置的系统，其包括超声传感器阵列、超声收发装置及信号处理装置。其中，所述超声传感器阵列被设置在管道上，其中，所述管道用于收容钻杆，在所述管道与所述钻杆之间形成用于通过返回的钻井液的环形空间。所述超声收发装置用于激励所述超声传感器阵列，并且用于用于通过所述超声传感器阵列来向所述环形空间发射多个超声信号并且接收多个超声信号。信号处理装置用于对所述接收到的多个超声信号进行处理，以估算出所述钻杆的位置。

本发明的另一个方面在于提供一种用于确定钻杆位置的方法，其包括：

通过超声传感器阵列来向形成于管道和所述管道内的钻杆之间的环形空间发射多个超声信号；

通过所述超声传感器阵列来接收多个超声信号；及

对所述接收到的多个超声信号进行处理，以估算出所述钻杆的位置。

根据本发明的具体实施方式的用于确定钻杆位置的系统和方法不要求超声必须到达钻杆，其可以通过对由超声传感器阵列所接收到的多个超声信号进行分析和处理，即使在超声到达钻杆的强度很小的情况下，也可以估算出钻杆的位置，进而也可以基于钻杆的位置估算出钻杆随时间变化的运动轨迹，进一步提高流速测量的准确性。本发明的用于确定钻杆位置的方法对于钻井应用具有较高的实用性和可靠性。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：

图1是根据本发明的一个具体实施方式的用于确定钻杆位置的系统的示意性框图；

图2是图1中的立管的剖视图；

图3是图1中的信号处理装置的示意性结构框图；

图4是使用空间连续性来估算钻杆位置时的示意图；

图5是使用平均速度来估算钻杆位置时的示意图；及

图6是根据本发明的一个具体实施方式的用于确定钻杆位置的方法的流程图。

具体实施方式

为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。

除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举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。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。