[发明专利]隔水管单元系统、钻井系统和用于钻井系统的方法

说明书

一种隔水管单元系统，其包括：隔水管单元部件，其具有通道，并包含用于发送第一超声信号来获得第一超声数据的第一超声模块以及用于发送第二超声信号来获得第二超声数据的第二超声模块，其中，所述第一超声信号的波束方向垂直于所述通道的轴线，所述第二超声信号的波束方向倾斜于所述通道的所述轴线；及处理模块，用于接收所述第一超声数据和所述第二超声数据，并获得第一信息和第二信息。还描述了一种钻井系统和用于钻井系统的方法。

技术领域

本发明通常涉及隔水管单元系统、钻井系统和用于钻井系统的方法。

背景技术

对于来自地下地层的碳氢化合物的勘探和开采已经进行了长达数十年。因老化陆基开采井的受限的产率，对于来自海底井孔的碳氢化合物回收越发关注。通常，为了钻探海上井孔，附于钻柱(drill pipe)的可旋转的钻头(drill bit)被用于开凿海底之下的井孔。钻柱允许从表面位置(通常，从海上平台或钻井船)对钻头进行控制。此外，部署隔水管(riser)以将表面处的平台连接到海底上的井口。钻柱穿过隔水管从而将钻头引导到井孔。

在钻井期间，钻头旋转，同时钻柱传递来自表面平台的必要的功率。同时，钻井流体从表面平台通过钻柱循环至钻头，并然后通过钻柱和套管(casing)或隔水管之间的空间返回到表面平台。钻井流体保持静压以抗衡来自井孔的流体压力，并在操作期间对钻头进行冷却。另外，钻井流体与在开凿井孔期间挖掘的材料混合，并将材料运载到表面以进行处理。

在某些情况下，从地层进入井孔的流体压力可高于钻井流体的压力。这可能导致不期望的流体涌入到井孔中，在产业中被称为“井涌”。在一些情况下，发生井涌导致潜在的毁灭性的设备失效和伴随而来的对钻井操作者和环境的潜在伤害。

井孔操作员对这样的不期望的涌入而带来潜在毁灭性保持警觉，并在海面处连续地监视钻井流体的流入和流出，以检测井涌。然而，因传统装置的体积和复杂性而难以采用传统的装置来监视表面平台中的钻井流体。此外，在井孔处发生流体的扰动的时刻与在海面处检测到扰动的时刻之间存在相对长的时间(例如，数十分钟)，即，当在海面处的操作者得到井涌警告时，可能已经发生了井涌。因此，尽早检测到井涌是数十年来期望的目标。此外，防喷器(blow out preventer，以下简称“BOP”)通常在检测到井涌风险时被使用来封井或剪切(shear)所述钻杆。然而，钻杆的一些部位可能难以剪切，因而可导致BOP无法防止井涌。

因此，期望提供新的和改进的系统和方法来监控返回自井孔的流体和钻杆位置。

发明内容

在一方面中，本发明的具体实施方式涉及一种隔水管单元系统，其包括：隔水管单元部件，其具有通道，并包含用于发送第一超声信号来获得第一超声数据的第一超声模块以及用于发送第二超声信号来获得第二超声数据的第二超声模块，其中，所述第一超声信号的波束方向垂直于所述通道的轴线，所述第二超声信号的波束方向倾斜于所述通道的所述轴线；及处理模块，用于接收所述第一超声数据和所述第二超声数据，并获得第一信息和第二信息。

在另一方面中，本发明的具体实施方式涉及一种钻井系统，其包括：隔水管；钻杆，用于将钻井流体引导到井孔；隔水管单元部件，其与所述隔水管连接，所述隔水管与所述隔水管单元部件具有通道，所述通道用于容纳所述钻杆，并允许返回自所述井孔的流体通过由所述隔水管单元部件和所述钻杆形成的环形空间，所述隔水管单元部件包含用于发送第一超声信号来获得第一超声数据的第一超声模块以及用于发送第二超声信号来获得第二超声数据的第二超声模块，其中，所述第一超声信号的波束方向垂直于所述通道的轴线，所述第二超声信号的波束方向倾斜于所述通道的所述轴线；及处理模块，用于接收所述第一超声数据和所述第二超声数据，并获得与所述钻杆有关的第一信息和与所述返回自井孔的流体有关的第二信息。