[发明专利]用于防喷器的传感器系统及其使用方法

说明书

一种用于海底油气井的传感器系统包括壳体、发射线圈、接收线圈和处理器。所述壳体限定了钻井管柱从中输送穿过的内部空间。所述发射线圈联接到所述壳体并且被配置为传导电流脉冲并在所述内部空间内感应出电磁场。所述电磁场与所述电流脉冲相对应并且与所述钻井管柱相互作用。所述接收线圈联接到所述壳体并且被配置为检测所述电磁场，包括由于所述钻井管柱与所述电磁场相互作用而引起的所述电磁场的扰动。所述处理器联接到所述发射线圈和所述接收线圈。所述处理器被配置为基于所述电流脉冲和由所述接收线圈检测到的所述电磁场来计算所述钻井管柱的直径。

关于由联邦政府资助的研究和开发的声明

本发明是根据能源部颁发的合同号11121-5503-01在政府支持下完成的。政府享有本发明的某些权利。

背景技术

本公开的领域总体上涉及防喷器，并且更具体地，涉及用于确定防喷器内的管接头的位置的传感器系统。

海底石油和天然气生产通常涉及钻取和操作井以定位和取收碳氢化合物。钻机位于相对深水的井场。在这些井中采用工具诸如例如但不限于钻具、油管和钻杆来探测水下储层。防止流体从井溢出和泄漏到环境中是很重要的。钻井作业人员通常会尽最大努力防止溢出或泄漏，然而，钻井过程中高压储层和地层的穿透会导致井筒本身压力突然增加或“井涌”。较大压力激动可能导致钻杆套管、钻井泥浆和碳氢化合物从井筒中喷出，从而导致井故障。

防喷器通常用于油气井的钻井和完井，用于保护钻井和操作人员以及井场及其装备免受井喷的影响。通常，防喷器是远程控制的阀或一组阀，其可以在井压意外升高的情况下关闭井筒。一些已知的防喷器包括围绕钻柱以组的形式布置的若干个阀。给定组内的阀通常在其操作方式和压力等级方面彼此不同，因此提供不同程度的井控制。例如，许多已知的防喷器包括全封剪切闸板类型的阀，其被配置为如果所述组中的其他阀无法控制井压则切断和压接钻杆，从而用作防止井喷的最终紧急保护。

在井喷期间，当防喷器的阀被激活时，预期剪切闸板将切断钻井管柱以防止井喷影响上游的钻井装备。安置剪切闸板，使得当防喷器的阀被致动时，从多于一侧切断钻井管柱。剪切闸板可能由于各种原因而无法切断钻井管柱，所述各种原因包括但不限于防喷器内部钻井管柱的横向移动，以及剪切闸板附近存在管接头。因此，期望知道管接头相对于防喷器剪切闸板的位置，并且知道操作期间钻井管柱的移动的性质。

发明内容

在一个方面，提供了一种用于海底油气井的传感器系统。所述传感器系统包括壳体、发射线圈、第一接收线圈和处理器。壳体限定了钻井管柱从中输送穿过的内部空间。发射线圈联接到壳体并且被配置为传导电流脉冲并在内部空间内感应出电磁场。电磁场与电流脉冲相对应并且与钻井管柱相互作用。第一接收线圈联接到壳体并且被配置为检测电磁场和由于钻井管柱与其相互作用而引起的电磁场的扰动。处理器联接到发射线圈和第一接收线圈。处理器被配置为基于电流脉冲和由第一接收线圈检测到的电磁场计算钻井管柱的直径。

在另一方面，提供了一种海底防喷器。海底防喷器包括圆柱形壳体、通信接口和传感器系统。圆柱形壳体限定了钻井管柱从中输送穿过的内部空间。通信接口被配置为通过通信信道通信地联接到钻井平台。传感器系统包括发射线圈、第一接收线圈和处理器。发射线圈联接到圆柱形壳体。发射线圈被配置为在内部空间内周期性地产生电磁场并且钻井管柱与所述电磁场相互作用。第一接收线圈联接到圆柱形壳体。第一接收线圈被配置为检测电磁场，包括由于钻井管柱与所述电磁场相互作用引起的电磁场的扰动。处理器联接到通信接口、发射线圈和第一接收线圈。处理器被配置为基于由第一接收线圈检测的电磁场跟踪钻井管柱的直径，并且通过通信接口将表示直径的数据传输到通信信道上。

在又一个方面，提供了一种操作海底油气井处的传感器系统的方法。所述方法包括产生电流脉冲。所述方法包括使电流脉冲传导通过发射线圈，以在传感器系统壳体的内部空间内感应出电磁场。所述方法包括在第一接收线圈处检测电磁场，包括由于钻井管柱在其输送穿过壳体时与电磁场的相互作用引起的电磁场的扰动。所述方法包括基于由第一接收线圈检测的电磁场计算钻井管柱的直径。