钻探流体参数监测系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钻探系统，尤其涉及一种针对钻探系统中的钻探流体进行监测的系统和方法。
【背景技术】
[0002]在碳氢化合物(Hydrocarbon)的开采过程中，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池。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。另夕卜，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。
[0003]在一些情况下，从地层中进入井孔中的流体的压力大于钻探流体的压力，其可导致往井孔中侵入不期望的流体，这在行业中可称为井涌。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。为了防止这种灾难性的破坏，有必要对井涌进行估算以提前关闭防喷器的截止阀门或调整钻探流体的密度以缓解井涌现象。
[0004]测量钻探流体流量变化是目前对判断井涌常用的估算方法，实际上除了科里奥利流量计(质量流量计)外的其他流量计的测量结果都受到流体形态(Flow Shape)的影响，因此希望在“充分发展的流体形态”(Well Developed Flow Shape)下可靠地测得流量。然而，在钻井的过程中，钻柱的运动会导致流体形态混乱；同时由于钻探流体成分复杂，理论上无法确定其流体形态，因此精确可靠地测量流量就成了世界难题。而质量流量计由于其原理的限制，不适于在海下工作且不适于测量带有气体、大颗粒物或粘度较大的流体，因此不适合用于钻探流体的测量。为更精确可靠的分析井涌现象，希望采用一种不受流体形态影响的流速和流量的测量方法以为井涌的估算提供重要依据。
[0005]因此，有必要提供一种改进的系统和方法来解决上述技术问题。
【发明内容】
[0006]鉴于上面提及的技术问题，本发明的一方面在于提供一种钻探系统，该钻探系统包括:钻探组件，连接在钻探平台和井口之间以用于钻探井孔，该钻探组件包括读取器模块以读取返回的钻探流体中分布的射频标签的数据信息，通过通讯线路将该射频标签的数据信息传输给控制器以计算得到该返回的钻探流体的相关参数。
[0007]本发明的另一方面在于提供一种钻探流体参数监测方法，该方法包括如下步骤:
[0008]向钻探组件注入混有至少个射频标签的钻探流体；
[0009]通过读取器模块读取随返回的钻探流体移动的射频标签的数据信息；以及
[0010]接收该至少一个射频标签的数据信息以计算得到该返回的钻探流体的相关参数。
[0011]本发明的另一方面在于提供一种用于钻探系统的防喷器，包括读取器模块以读取在该钻探系统的返回的钻探流体中分布的射频标签的数据信息，每个射频标签包括一个唯一的标签识别码，通过通讯线路将该射频标签的数据信息传输给该钻探系统的控制器以计算得到该返回的钻探流体的相关参数。
[0012]相较于现有技术，本发明提供的钻探流体参数的监测系统和方法采用射频识别技术(Rad1 Frequency Identificat1n Device,RFID)以对返回的钻探流体的相关参数进行监测。读取器模块可快速对与该返回的钻探流体一同移动的射频标签的标签识别码信号进行读取并传输至控制器。该控制器可对该标签识别码信号进行解码并识别以计算得到射频标签在该返回的钻探流体中的移动速度，进而得到该钻探流体的流速和流量。通过本发明提供的方法可提高测量流速和流量的精度，从而可提高井涌估算的可靠性并快速响应以防止灾难性破坏。
【附图说明】
[0013]通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中:
[0014]图1所示为本发明具有钻探流体参数监测功能的钻探系统的一种实施方式示意图；
[0015]图2所示为安装于图1钻探系统上的读取器模块的一种实施方式示意图；
[0016]图3所示为安装于图1钻探系统上的读取器模块的另一种实施方式示意图；
[0017]图4所示为如图2或如图3所示的钻探系统中钻探组件沿1-Ι的一种截面示意图；
[0018]图5所示为图1钻探系统上的读取器和射频标签的一种实施方式示意图；
[0019]图6所示为图1钻探系统生成的钻探流体的一个流速曲线图；
[0020]图7所示为如图2或如图3所示的钻探系统中钻探组件沿1-Ι的另一种截面示意图；
[0021]图8所示为如图2或如图3所示的钻探系统中钻探组件沿1-Ι的另一种截面示意图；
[0022]图9所示为对如图8所示的截面流体的不同位置点的流速的一种实施方式示意图；以及
[0023]图10所示本发明对钻探流体参数进行监测的方法的一种实施方式流程图。
【具体实施方式】
[0024]以下将描述本发明的【具体实施方式】，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。
[0025]除非另作定义，权利要求书和说明书中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。“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“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”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。“设置”或者“连接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。
[0026]请参照图1，为本发明具有钻探流体参数监测功能的钻探系统100的一种实施方式示意图。在本发明实施例中，钻探系统100可用来钻探井孔121以开探碳氢化合物。在非限定示例中，井孔121包括陆上井孔(Onshore Well)和离岸井孔(Offshore Well)。在一个示例中，钻探系统100用来开探离岸井孔。
[0027]如图1所示，钻探系统100包括钻探平台101和钻探组件103。该钻探平台101可包括钻探船只或海上塔架。该钻探平台101可通过其上设置的流体池131、流体泵135、旋转驱动装置137、控制器138和其他未示意的组件控制该钻探组件103伸入地层107以下钻探井孔121。
[0028]该钻探组件103连接到该钻探平台101的底部。在一些实施方式中，该钻探组件103包括钻柱110、钻头114、立管111、低位海下油管截油装置(Lower Marine RiserPackage, LMRP) 113 和防喷器(Blowout Preventor, BOP) 115。
[0029]在钻探过程中，该旋转驱动装置137在该控制器138的控制下通过该钻柱110驱动该钻头114转动以在该地层107下对地层进行钻探进而形成该井孔121。同时，来自该流体池131的钻探流体141 (钻探泥浆)在该一个或多个流体泵135的作用下由注入管132注入该钻柱110并到达该钻头114，然后通过形成于该钻柱110和该立管111内表面间的环形空间122以将返回的钻探流体143经由输出管133返回该钻探平台101如该流体池131的另一空间。
[0030]该钻探流体141维持一定的静水压(Hydrostatic Pressure)以平衡地层流体的压力、冷却该钻头114，同时可携带钻探该井孔121的过程产生的物料混合物(未示出)。
[0031]该钻探流体141可包括水、油和/或其他钻探液成分。该物料混合物可包括钻探该井孔121时形成的岩石碎屑。该返回的钻探流体143可至少包括钻探流体141和该物料混合物。在该钻探平台101上对该返回的钻探流体143进行处理，比如对该返回的钻探流体143进行过滤以滤除其中的岩石碎屑等物质的操作，处理后的返回的钻探流体143可用作新的钻探流体141重新进行循环使用。
[0032]如上所述，在一定的应