專利名稱：控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)和井口回壓控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油勘探開發(fā)的鉆井領(lǐng)域，具體涉及一種控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)和井口回壓控制方法，其主要功能為用于油氣田開發(fā)鉆井過程中的井底壓力控制。
背景技術(shù)：
油氣開發(fā)，越來越多的在復(fù)雜地層作業(yè)。一般復(fù)雜地層的坍塌壓力和破裂壓力差值較小或泥漿安全密度窗口較窄，應(yīng)用常規(guī)鉆井工藝時(shí)常遇到噴、漏、卡、塌事故。為了安全進(jìn)行鉆井作業(yè)，減少事故發(fā)生，常使用控壓鉆井技術(shù)?？貕恒@井技術(shù)的手段之一是通過控制井口回壓從而 間接控制井底壓力，其核心技術(shù)和裝備之一是控壓自動(dòng)節(jié)流管匯。利用控壓自動(dòng)節(jié)流管匯可以實(shí)現(xiàn)對井口回壓的精確控制，間接實(shí)現(xiàn)對井底壓力的快速精確控制?？貕恒@井技術(shù)的一個(gè)特點(diǎn)是維持井底壓力恒定，通過井口施加回壓，補(bǔ)償鉆井液在井筒中的摩擦阻力。因此無論泥漿泵處于開啟狀態(tài)或者停止?fàn)顟B(tài)，控壓鉆井技術(shù)中的井底壓力始終為恒定值。
目前控壓鉆井中井口回壓依靠回壓泵系統(tǒng)提供，如圖1所示，控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)包括:泥漿泵1、回壓泵系統(tǒng)20、旋轉(zhuǎn)防噴器3、控壓自動(dòng)節(jié)流管匯4和液氣分離器5?；貕罕孟到y(tǒng)20由一臺(tái)泥漿泵、電機(jī)、變頻器和控制系統(tǒng)等組成，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。在生產(chǎn)作業(yè)中，使用回壓泵系統(tǒng)會(huì)增加很大的作業(yè)費(fèi)用。此外，一般回壓泵排量較小，不能長時(shí)間滿足在起鉆過程中泥漿補(bǔ)給需求，而且回壓泵系統(tǒng)需要頻繁啟動(dòng)，變頻器和控制系統(tǒng)容易出現(xiàn)故障，由于回壓泵系統(tǒng)的故障，使得鉆井作業(yè)常常被迫停止。而在海上作業(yè)時(shí)也希望能減少設(shè)備的占地面積。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)和井口回壓控制方法，以解決依靠回壓泵完成井口回壓所帶來的故障多的問題。本發(fā)明還可以解決回壓泵系統(tǒng)占地多的問題。本發(fā)明還可以解決使用回壓泵成本高，操作不便的問題。本發(fā)明還可以解決灌漿作業(yè)時(shí)回壓泵系統(tǒng)不能長時(shí)間工作等問題。
為此，本發(fā)明提出一種控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)，所述控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)包括:
一臺(tái)泥漿泵；
控壓自動(dòng)節(jié)流管匯，所述控壓自動(dòng)節(jié)流管匯具有端口 A和端口 C，所述控壓自動(dòng)節(jié)流管匯的端口 A與旋轉(zhuǎn)防噴器的主旁通口連接；
液氣分離器，連接到所述控壓自動(dòng)節(jié)流管匯的端口 C上，
泥漿池，分別與所述泥漿泵、所述控壓自動(dòng)節(jié)流管匯和液氣分離器連接；
泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)，所述泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)包括:通過四通t3連接的支路1、支路I1、支路III和支路IV，以及通過三通t5連接支路II的支路V，同時(shí)支路V和支路IV通過三通t8連接；
所述支路II上設(shè)有閥門Va和三通t5，所述閥門Va位于所述四通t3與所述三通t5之間，所述支路III上設(shè)有閥門Vb，所述支路IV上設(shè)有閥門Vc和三通t8，所述閥門Vc位于所述四通t3與所述三通t8之間，所述支路V上設(shè)有閥門VD，所述支路I連接所述泥漿泵的出口，所述支路II為鉆井液注入口，連接立管，所述支路111連接所述控壓自動(dòng)節(jié)流管匯的端口 A，所述支路IV為回流支路，連接泥漿池，所述支路V為立管卸壓支路。
進(jìn)一步地，所述泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)還包括:連接在支路I和支路II之間的直通通道。
進(jìn)一步地，所述閥門\、閥門VB、閥門V。和閥門Vv為液動(dòng)或氣動(dòng)控制的平板閥。
進(jìn)一步地，所述支路II上還設(shè)有與所述閥門Va串聯(lián)的手動(dòng)平板閥V3。
進(jìn)一步地，所述支路III上還設(shè)有與所述閥門Vb串聯(lián)的手動(dòng)平板閥V4。
進(jìn)一步地，所述支路I上還設(shè)有手動(dòng)平板閥V2。
進(jìn)一步地，所述直通通道上還設(shè)有手動(dòng)平板閥％。
進(jìn)一步地，所述直通通道通過三通t4與所述支路II連接，所述直通通道通過三通t2與所述支路I連接，所述閥門Va位于所述四通t3和所述三通t5之間，所述手動(dòng)平板閥V3位于所述三通t5和所述三通t4之間，所述手動(dòng)平板閥V2位于所述三通t2和所述四通t3之間。
本發(fā)明還提出一種控壓鉆井的井口回壓控制方法，所述井口回壓控制方法使用如前所述的控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)，所述井口回壓控制方法包括兩種工作模式:控壓模式和非控壓模式；控壓模式下，手動(dòng)平板閥V1關(guān)閉，手動(dòng)平板閥V2、手動(dòng)平板閥V3和手動(dòng)平板閥V4打開；非控壓模式下，手動(dòng)平板閥V1打開，手動(dòng)平板閥V2、手動(dòng)平板閥V3和手動(dòng)平板閥V4關(guān)閉。
進(jìn)一步地，所述控壓模式又分為:正常鉆進(jìn)模式、接單根與起下鉆模式以及意外工況保護(hù)模式；所述正常鉆進(jìn)模式下，平板閥\打開，平板閥Vb、平板閥V。和平板閥Vd關(guān)閉，鉆井液經(jīng)泥漿泵出口依次經(jīng)過平板閥V2、平板閥Va和平板閥V3后進(jìn)入立管，泥漿經(jīng)井筒循環(huán)后，由旋轉(zhuǎn)防噴器主旁通口返出，經(jīng)控壓自動(dòng)節(jié)流管匯端口 A進(jìn)入控壓自動(dòng)節(jié)流管匯，由端口 C流出返回泥漿池；接單根與起下鉆模式下，平板閥Vb、平板閥Vd打開，平板閥Va和平板閥\關(guān)閉，鉆井液經(jīng)泥漿泵出口依次經(jīng)過平板閥V2、平板閥Vb和平板閥V4后，根據(jù)井筒環(huán)空液面需要，一部分鉆井液進(jìn)入井筒環(huán)空，另一部分經(jīng)控壓自動(dòng)節(jié)流管匯流 回泥漿池，維持井底恒壓；意外工況保護(hù)模式下，平板閥\打開，平板閥Va、平板閥Vb和平板閥Vd關(guān)閉，鉆井液經(jīng)泥漿泵出口依次經(jīng)過平板閥V2和平板閥V。后返回泥漿池，以保護(hù)鉆井裝備、避免泥漿損失。
進(jìn)一步地，所述正常鉆進(jìn)模式向所述接單根與起下鉆模式轉(zhuǎn)換時(shí)，首先打開平板閥Vb，待平板閥Vb完全打開時(shí)，其次關(guān)閉平板閥Va，待平板閥Va完全關(guān)閉時(shí)，然后打開平板閥Vd進(jìn)行立管卸壓；所述接單根與起下鉆模式向所述正常鉆進(jìn)模式轉(zhuǎn)換時(shí)，首先關(guān)閉平板閥VD，待平板閥Vd完全關(guān)閉時(shí)，其次打開平板閥Va，待平板閥Va完全打開時(shí)，然后關(guān)閉平板閥Vb，直至平板閥Vb完全關(guān)閉；所述正常鉆進(jìn)模式或所述接單根與起下鉆模式向所述意外工況保護(hù)模式轉(zhuǎn)換時(shí)，首先打開平板閥V。，待平板閥V。完全打開時(shí)，其次同時(shí)關(guān)閉平板閥Va、平板閥Vb和平板閥Vd,直到完全關(guān)閉。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:1.利用泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)取代了回壓泵系統(tǒng)，降低了作業(yè)費(fèi)用，節(jié)省了場地面積，去除了高故障因素。2.無論在正常循環(huán)還是在接單根時(shí)，保證通過控壓自動(dòng)節(jié)流管匯的流量不變，有利于對井口回壓的控制。3.由于使用鉆井泥漿泵代替了回壓泵系統(tǒng)，不論正常鉆進(jìn)還是灌漿操作均能長時(shí)間工作。4.減少了控壓自動(dòng)節(jié)流管匯中的一條支路，控壓裝備得到簡化。5、所用的閥門數(shù)量較少，安裝和控制更為簡單方便。6、具有意外工況保護(hù)功能。7、本發(fā)明中沒有流量計(jì)，依靠泥漿泵泵沖計(jì)數(shù)計(jì)算流量，節(jié)省成本和安裝程序。8、本發(fā)明在不停泥漿泵的情況下完成鉆進(jìn)、接單根、起下鉆鉆井作業(yè)，減少因泥漿泵的啟停導(dǎo)致的井底壓力波動(dòng)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)控壓鉆井的工作原理示意圖2為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施例的泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)在正常鉆進(jìn)模式下的工作原理示意圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)在接單根與起下鉆模式下的工作原理示意圖7為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)在意外工況保護(hù)模式下的工作原理示意圖8為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)在非控壓模式下的工作原理示意圖9為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)控制部分原理圖
其中，圖5至圖8中，用實(shí)線和虛線分別表示井口回壓控制系統(tǒng)(主要體現(xiàn)泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng))中各支路(或管路或通道)的流向通斷，實(shí)線表示該支路連通或流通，虛線表示該支路斷開；黑色實(shí)體閥門表示閥門導(dǎo)通，空心閥門表示閥門關(guān)閉。
附圖標(biāo)號(hào)說明:
1、泥漿泵；20、回壓泵系統(tǒng)；3、旋轉(zhuǎn)防噴器；4、控壓自動(dòng)節(jié)流管匯；5、液氣分離器
2、泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)；8、泥漿池具體實(shí)施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)包括:
一臺(tái)泥漿泵1，所述泥漿泵具有入口和出口，入口與泥漿池8連接，出口與立管連接;
控壓自動(dòng)節(jié)流管匯(也稱自動(dòng)節(jié)流管匯或控制鉆井節(jié)流管匯)4，所述控壓自動(dòng)節(jié)流管匯具有端口 A和端口 C，所述控壓自動(dòng)節(jié)流管匯的端口 A與旋轉(zhuǎn)防噴器3的主旁通口連接，所述控壓自動(dòng)節(jié)流管匯還具有端口 B，端口 B用于連接泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)2，端口 B與端口 A連通，端口 B與支路III相連接；
液氣分離器5，連接到所述控壓自動(dòng)節(jié)流管匯的端口 C上；
泥漿池8，分別與所述泥漿泵1、所述控壓自動(dòng)節(jié)流管匯4和液氣分離器5連接；
泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)2，主要包括閥門和管路，所述泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)具體包括:通過四通t3連接的支路1、支路I1、支路III和支路IV，以及通過三通t5連接支路II的支路V,并且三通t8連接支路V和支路IV，所述支路II上設(shè)有閥門Va和三通t5，所述閥門Va位于所述四通t3與所述三通t5之間，所述支路III上設(shè)有閥門Vb，所述支路IV上設(shè)有閥門Vc和三通t8，所述閥門Vc位于所述四通t3與所述三通t8之間，所述支路V上設(shè)有閥門VD，所述支路I連接所述泥漿泵的出口，所述支路II為鉆井液注入口，連接立管，所述支路III連接所述控壓自動(dòng)節(jié)流管匯的端口 A，所述支路IV為回流支路，連接泥漿池，所述支路V為立管卸壓支路。其中，支路III可以連接在與端口 A相連通的端口 B上。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的主要區(qū)別在于:現(xiàn)有技術(shù)使用一臺(tái)泥漿泵I和一個(gè)包含另外一臺(tái)泥漿泵的回壓泵系統(tǒng)，該回壓泵系統(tǒng)除了一臺(tái)排量較小的泥漿泵，還包括電機(jī)、變頻器、驅(qū)動(dòng)器、控制器等復(fù)雜模塊，成本高、占地大，而本發(fā)明只使用一臺(tái)泥漿泵1，用一套閥門和管路的組合結(jié)構(gòu)(即泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)2)代替了包含泥漿泵的回壓泵系統(tǒng)，泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)2不再是回壓泵或泥漿泵結(jié)構(gòu)，即不再是泵結(jié)構(gòu)，而是閥門和管路形成的組合系統(tǒng)，或可以稱為閥門系統(tǒng)，這種閥門系統(tǒng)自身只控制管路的通斷，不產(chǎn)生對流體的泵入作用，因而無需電機(jī)、變頻器、驅(qū)動(dòng)器等模塊，結(jié)構(gòu)簡單，不易出故障，成本低，占地小，消除了起鉆時(shí)因回壓泵排量過小而導(dǎo)致的灌漿不足問題，去除了因回壓泵系統(tǒng)故障而增加的非生產(chǎn)時(shí)間，從而提高了控壓鉆井設(shè)備的可靠性。
本發(fā)明還可以包括:旋轉(zhuǎn)防噴器3，以形成更完整的井口回壓功能。本發(fā)明還可以包括:其它一些裝備，如井架、壓井管匯等，以實(shí)現(xiàn)鉆井的各項(xiàng)功能。
進(jìn)一步地，所述閥門VA、閥門\、閥門V。和閥門Vd為液動(dòng)或氣動(dòng)控制的平板閥，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
進(jìn)一步地，如圖3，所述泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)還包括:連接在所述支路I和支路II之間的直通通道VI，以用于非控壓鉆井作業(yè)需要。
進(jìn)一步地，如圖3，所述支路II上還設(shè)有與所述閥門Va串聯(lián)的手動(dòng)平板閥V3。進(jìn)一步地，所述支路III上還設(shè)有與所述閥門Vb串聯(lián)的手動(dòng)平板閥V4。進(jìn)一步地，所述支路I上還設(shè)有手動(dòng)平板閥V2·,以方便在非控壓模式下對設(shè)備進(jìn)行檢修，而不影響作業(yè)正常進(jìn)行。
進(jìn)一步地，所述直通通道上還設(shè)有手動(dòng)平板閥V1，控制泥漿導(dǎo)流管匯的控壓/非控壓模式轉(zhuǎn)換。
進(jìn)一步地，如圖3，所述直通通道通過三通t4與所述支路II連接，所述直通通道通過三通t2與所述支路I連接，所述閥門Va位于所述四通t3和所述三通t5之間，所述手動(dòng)平板閥V3位于所述三通t5和所述三通t4之間，所述手動(dòng)平板閥V2位于所述三通t2和所述四通t3之間。上述各支路和直通通道都是通過管道、三通、四通、閥門連接起來，安裝方便，連接簡單，節(jié)省安裝時(shí)間和安裝成本，占地少。
本發(fā)明的工作原理為:如圖2所示，本發(fā)明方案中包括五個(gè)連接口或支路。其中I為入口，連接泥漿泵出口；I1、II1、IV為出口，其中支路11為井筒泥漿注入口，連接立管，此出口所在支路上具有平板閥Va ;支路III為井口回壓補(bǔ)償出口，連接控壓自動(dòng)節(jié)流管匯的端口 B，此出口所在支路上具有平板閥Vb ;支路IV為回流口，連接泥漿池，此出口所在支路上具有平板閥V。；支路V為卸壓支路，此支路上具有平板閥\，兩端分別連接支路II和支路IV的出口，用于在接單根操作時(shí)，將立管壓力卸載至支路IV出口壓力，支路IV出口與大氣連通，支路IV出口壓力即為大氣壓力。為了進(jìn)一步提高本發(fā)明的功能，本發(fā)明還可以包括:直通通道VI，用于非控壓鉆井作業(yè)需要。
四個(gè)平板閥可以為相同型號(hào)，可以為手動(dòng)控制，也可以為液動(dòng)或氣動(dòng)控制平板閥。但為了便于操作，一般選用液動(dòng)或氣動(dòng)控制平板閥。
正常鉆進(jìn)時(shí)，平板閥Va打開，平板閥Vb、平板閥V。、平板閥Cd關(guān)閉，鉆井液經(jīng)出口 11送入立管,進(jìn)入正常循環(huán)狀態(tài)。
接單根時(shí)，平板閥Vb、平板閥Vd打開，平板閥Va和平板閥V。關(guān)閉，鉆井液經(jīng)出口111進(jìn)入控壓自動(dòng)節(jié)流管匯，控壓自動(dòng)節(jié)流管匯通過改變節(jié)流閥開度調(diào)節(jié)井口回壓值，同時(shí)平板閥Vd使立管與泥漿池連通，保證立管內(nèi)的壓力處于安全范圍。
起鉆過程中進(jìn)行灌漿作業(yè)時(shí)，與接單根操作相同。
當(dāng)遇特殊時(shí)刻或意外工況，如鉆具刺穿、閥芯損壞、通道堵塞等，為保證現(xiàn)場作業(yè)人員與鉆井設(shè)備安全，需采取意外工況保護(hù)措施，則平板閥Va、平板閥Vb、平板閥Vd關(guān)閉，平板閥\打開，鉆井液經(jīng)出口 IV直接進(jìn)入泥漿池。
本發(fā)明中，含有五條支路，由四通t3、三通t5和三通t8連接。
支路I (或?yàn)橹稩)中，自四通t3起依次包括四通t3、手動(dòng)平板閥V2、三通t2、接口 kl，其中接口 kl連接泥漿泵出口 ；
支路2 (或?yàn)橹稩I)中，自四通t3起依次包括四通t3、液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥\、三通t5、手動(dòng)平板閥V3、三通t4、接口 k6，其中接口 k6連接至立管。
支路3 (或?yàn)橹稩II)中，自四通t3起依次包括四通t3、液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥VB、手動(dòng)平板閥V4、接口 k7，其中接口 k7連接至控壓自動(dòng)節(jié)流管匯原回壓泵接口處或者新型控壓自動(dòng)節(jié)流管匯入口端。
支路4(或?yàn)橹稩V)中，自四通t3起依次包括四通t3、液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥Vc、三通t8、接口 k9，其中接口 k9連接至泥漿池。
支路5 (或?yàn)橹稸)中，自三通t5起依次包括三通t5、液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥VD、三通t8。
進(jìn)而，在以上基礎(chǔ)上，在三通t2與三通t4之間連接手動(dòng)平板閥V1，此支路作為直通通道VI，用于非控壓鉆井作業(yè)需要。
泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)的工作模式分為兩種:控壓模式和非控壓模式?？貕耗Ｊ较拢謩?dòng)平板閥V1關(guān)閉，手動(dòng)平板閥V2、手動(dòng)平板閥V3和手動(dòng)平板閥V4打開；非控壓模式下，手動(dòng)平板閥V1打開,手動(dòng)平板閥V2、手動(dòng)平板閥V3和手動(dòng)平板閥V4關(guān)閉。
控壓模式又分為:正常鉆進(jìn)模式、接單根與起下鉆模式以及意外工況保護(hù)模式；所述正常鉆進(jìn)模式下，平板閥Va打開，平板閥Vb、平板閥V。和平板閥Vd關(guān)閉，鉆井液經(jīng)泥漿泵出口依次經(jīng)過平板閥V2、平板閥Va和平板閥V3后進(jìn)入立管，泥漿經(jīng)井筒循環(huán)后，由旋轉(zhuǎn)防噴器主旁通口返出，經(jīng)控壓自動(dòng)節(jié)流管匯端口 A進(jìn)入控壓自動(dòng)節(jié)流管匯，由端口 C流出返回泥漿池；接單根與起下鉆模式下，平板閥Vb、平板閥Vd打開，平板閥Va和平板閥V。關(guān)閉，鉆井液經(jīng)泥漿泵出口依次經(jīng)過平板閥V2、平板閥Vb和平板閥V4后，根據(jù)井筒環(huán)空液面需要，一部分鉆井液進(jìn)入井筒環(huán)空，另一部分經(jīng)控壓自動(dòng)節(jié)流管匯流回泥漿池，維持井底恒壓；意外工況保護(hù)模式下，平板閥V。打開，平板閥Va、平板閥Vb和平板閥Vd關(guān)閉，鉆井液經(jīng)泥漿泵出口依次經(jīng)過平板閥V2和平板閥\后返回泥漿池，以保護(hù)現(xiàn)場作業(yè)人員及鉆井裝備安全、避免泥漿損失。
正常鉆進(jìn)模式向所述接單根與起下鉆模式轉(zhuǎn)換時(shí)，首先打開平板閥VB，待平板閥Vb完全打開時(shí)，其次關(guān)閉平板閥Va，待平板閥Va完全關(guān)閉時(shí)，然后打開平板閥Vd進(jìn)行立管卸壓；所述接單根與起下鉆模式向所述正常鉆進(jìn)模式轉(zhuǎn)換時(shí)，首先關(guān)閉平板閥VD，待平板閥Vd完全關(guān)閉時(shí)，其次打開平板閥Va，待平板閥Va完全打開時(shí)，然后關(guān)閉平板閥Vb，直至平板閥Vb完全關(guān)閉；所述正常鉆進(jìn)模式或所述接單根與起下鉆模式向所述意外工況保護(hù)模式轉(zhuǎn)換時(shí)，首先打開平板閥\，待平板閥\完全打開時(shí)，其次同時(shí)關(guān)閉平板閥Va、平板閥Vb和平板閥VD，直到完全關(guān)閉。
下面具體描述一下本發(fā)明的工作過程:
圖2為泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)最簡單的一種實(shí)施方式，揭示了其工作原理，方案中的五條通道(支路)是必不可少的。
圖3為考慮現(xiàn)場實(shí)際需要的實(shí)施方案。在本實(shí)施方案中，支路I中增加了手動(dòng)平板閥V1，支路II中含有液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥Va和手動(dòng)平板閥V3，支路III中含有液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥Vb和手動(dòng)平板閥V4，支路IV中含有液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥Vc。支路V含有液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥VD。這樣，便于控制各支路的流量。
在實(shí)際作業(yè)中，為了在不需要控壓的井段應(yīng)用方便，以及設(shè)備發(fā)生故障時(shí)方便維修，需要在原來基礎(chǔ)上增加直通通道。當(dāng)應(yīng)用非控壓模式時(shí)，手動(dòng)平板閥V1打開，手動(dòng)平板閥V2、手動(dòng)平板閥V3、手動(dòng)平板閥V4關(guān)閉，鉆井液由泥漿泵出口經(jīng)手動(dòng)平板閥V1直接通過進(jìn)入立管，此時(shí)還可以對液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥VA、液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥VB、液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥\和液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥Vd進(jìn)行維修、更換操作。
圖4為在現(xiàn)場作業(yè)中，泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)的連接示意圖。泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)中支路I連接泥漿泵出口，支路II連接至立管，支路III連接控壓自動(dòng)節(jié)流管匯原回壓泵接口或新型控壓自動(dòng)節(jié)流管匯入口端，支路IV連接至泥漿池。
圖5在正常鉆進(jìn)模式時(shí)，泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)工作示意圖。工作時(shí)，泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)中的手動(dòng)平板閥V1處于常閉狀態(tài)，手動(dòng)平板閥V2、手動(dòng)平板閥V3、手動(dòng)平板閥V4處于常開狀態(tài)。正常鉆進(jìn)時(shí)，液動(dòng) (氣動(dòng))平板閥Va打開，液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥VB、液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥V。、液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥Vd關(guān)閉。鉆井液經(jīng)泥漿泵出口依次經(jīng)過平板閥V2、平板閥\、平板閥V3后進(jìn)入立管。
圖6為在接單根與起下鉆作業(yè)中，泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)工作示意圖。在接單根與起下鉆時(shí)，手動(dòng)平板閥狀態(tài)與正常鉆進(jìn)時(shí)相同，液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥Va、液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥Vd打開，液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥VB、VC關(guān)閉。鉆井液經(jīng)泥漿泵出口依次經(jīng)過平板閥V2、平板閥Vb、平板閥V4后，根據(jù)井口回壓需要，一部分鉆井液進(jìn)入井筒環(huán)空，一部分經(jīng)控壓自動(dòng)節(jié)流管匯流回泥漿池，維持井底恒壓。其中，液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥Vd打開，但其所在支路中并無鉆井液持續(xù)流動(dòng)，它的作用是將立管與泥漿池連通，將立管中的壓力卸載到常壓范圍。
圖7為系統(tǒng)故障或其他意外工況時(shí)，泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)工作示意圖。當(dāng)遇系統(tǒng)故障或其它故障時(shí)，液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥Vc打開，液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥VA、液動(dòng)(氣動(dòng))平板_VB、液動(dòng)(氣動(dòng))平板閥Vd關(guān)閉，鉆井液經(jīng)泥漿泵出口依次經(jīng)過平板閥V2、平板閥V。后返回泥漿池，即可避免泥漿泵壓力過高引起事故發(fā)生，又可節(jié)約保護(hù)鉆井液。
圖8為無控壓鉆井作業(yè)要求時(shí)，泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)工作示意圖。當(dāng)鉆井作業(yè)不需要控壓時(shí)，平板閥V1處于開啟狀態(tài),手動(dòng)平板閥V2、手動(dòng)平板閥V3、手動(dòng)平板閥V4處于關(guān)閉狀態(tài)。鉆井液經(jīng)泥漿泵出口經(jīng)過平板閥V1后直接進(jìn)入立管，即鉆井液經(jīng)泥漿泵出口經(jīng)過直通通道VI直接進(jìn)入立管，立管與鉆桿連接。
圖9為控制系統(tǒng)控制原理圖。控壓鉆井總控制系統(tǒng)為核心控制系統(tǒng)，它接收司鉆操作臺(tái)的工藝操作和控壓鉆井工程師控制站的參數(shù)設(shè)定指令，采集井底壓力、井口泥漿返出排量、泥漿導(dǎo)流管匯關(guān)鍵點(diǎn)壓力和各個(gè)閥門開度、井口回壓、控壓自動(dòng)節(jié)流管匯各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)壓力及各個(gè)閥門開度以及其它參數(shù)，對泥漿導(dǎo)流管匯控制系統(tǒng)和控壓自動(dòng)節(jié)流管匯控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令；泥漿導(dǎo)流管匯控制系統(tǒng)通過分析所接收的控制指令，控制氣動(dòng)或液動(dòng)控制站1，控制氣動(dòng)或液動(dòng)控制站I除了接收遠(yuǎn)程電信號(hào)控制，還可接受現(xiàn)場手動(dòng)操作控制，以實(shí)現(xiàn)對泥漿導(dǎo)流管匯中氣動(dòng)或液動(dòng)平板閥的控制；通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將泥漿導(dǎo)流管匯中關(guān)鍵位置壓力及閥門開度反饋到控壓鉆井總控制系統(tǒng)和泥漿導(dǎo)流管匯控制系統(tǒng)。控壓自動(dòng)節(jié)流管匯控制系統(tǒng)通過分析所接收的控制指令，控制氣動(dòng)或液動(dòng)控制站2，控制氣動(dòng)或液動(dòng)控制站2除了接收遠(yuǎn)程電信號(hào)控制，還可接受現(xiàn)場手動(dòng)操作控制，以實(shí)現(xiàn)對控壓自動(dòng)節(jié)流管匯中氣動(dòng)或液動(dòng)平板閥、節(jié)流閥的控制；通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將控壓自動(dòng)節(jié)流管匯井口回壓、閥門開度等信號(hào)反饋到控壓鉆井總控制系統(tǒng)和控壓自動(dòng)節(jié)流管匯控制系統(tǒng)。
本發(fā)明取代了回壓泵系統(tǒng)，降低了作業(yè)費(fèi)用，節(jié)省了場地面積、去除了因回壓泵系統(tǒng)故障而增加的非生產(chǎn)時(shí)間，從而提高了控壓鉆井設(shè)備的可靠性。
由于各平板閥只能工作在全開、全關(guān)狀態(tài)，支路I1、支路III和支路IV不能同時(shí)導(dǎo)通，本發(fā)明中無需流量計(jì)，而是依靠泥漿泵泵沖計(jì)數(shù)計(jì)算流量，節(jié)省了成本，簡化了安裝。
本發(fā)明中，由于各平板閥只能工作在全開、全關(guān)狀態(tài)，支路I1、支路III和支路IV不能同時(shí)導(dǎo)通，所以本發(fā)明可以無需設(shè)置有節(jié)流閥就可以實(shí)現(xiàn)接單根操作。
以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。為本發(fā)明的各組成部分在不沖突的條件下可以相互組合，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等`同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)包括 一臺(tái)泥衆(zhòng)泵； 控壓自動(dòng)節(jié)流管匯，所述控壓自動(dòng)節(jié)流管匯具有端口 A和端口 C，端口 A為泥漿入口，端口 C為泥漿出口，所述控壓自動(dòng)節(jié)流管匯的端口 A與旋轉(zhuǎn)防噴器的主旁通口連接； 液氣分離器，連接到所述控壓自動(dòng)節(jié)流管匯的端口 C上； 泥漿池，分別與所述泥漿泵、所述控壓自動(dòng)節(jié)流管匯和液氣分離器連接； 泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)，所述泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)包括通過四通t3連接的支路I、支路II、支路III和支路IV，以及通過三通t5與支路II連接的支路V ;同時(shí)支路V和支路IV通過三通t8連接； 所述支路II上設(shè)有閥門Va和三通t5，所述閥門Va位于所述四通t3與所述三通t5之間，所述支路III上設(shè)有閥門\，所述支路IV上設(shè)有閥門Vc和三通t8，所述閥門Vc位于所述四通t3與所述三通t8之間，所述支路V上設(shè)有閥門VD，所述支路I連接所述泥漿泵的出口，所述支路II為鉆井液注入口，連接立管，所述支路III連接所述控壓自動(dòng)節(jié)流管匯的端口 A，所述支路IV為回流支路，連接泥漿池，所述支路V為立管卸壓支路。
2.如權(quán)利要求I所述的控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)，其特征在于，所述泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)還包括連接在所述支路I和支路II之間的直通通道。
3.如權(quán)利要求I所述的控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)，其特征在于，所述閥門Va閥門VB>閥門V。和閥門Vd為液動(dòng)或氣動(dòng)控制的平板閥。
4.如權(quán)利要求2所述的控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)，其特征在于，所述支路II上還設(shè)有與所述閥門\串聯(lián)的手動(dòng)平板閥V3。
5.如權(quán)利要求4所述的控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)，其特征在于，所述支路III上還設(shè)有與所述閥門Vb串聯(lián)的手動(dòng)平板閥V4。
6.如權(quán)利要求5所述的控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)，其特征在于，所述支路I上還設(shè)有手動(dòng)平板閥V2。
7.如權(quán)利要求6所述的控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)，其特征在于，所述直通通道上還設(shè)有手動(dòng)平板閥％。
8.如權(quán)利要求7所述的控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)，其特征在于，所述直通通道通過三通t4與所述支路II連接，所述直通通道通過三通t2與所述支路I連接，所述閥門\位于所述四通t3和所述三通t5之間，所述手動(dòng)平板閥V3位于所述三通t4和所述三通t5之間，所述手動(dòng)平板閥V2位于所述三通t2和所述四通t3之間。
9.一種控壓鉆井的井口回壓控制方法，其特征在于，所述井口回壓控制方法使用如權(quán)利要求8所述的控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)，所述井口回壓控制方法包括兩種工作模式控壓模式和非控壓模式；控壓模式下，手動(dòng)平板閥V1關(guān)閉，手動(dòng)平板閥V2、手動(dòng)平板閥V3和手動(dòng)平板閥V4打開；非控壓模式下,手動(dòng)平板閥V1打開,手動(dòng)平板閥V2、手動(dòng)平板閥V3和手動(dòng)平板閥V4關(guān)閉。
10.如權(quán)利要求9所述的控壓鉆井的井口回壓控制方法，其特征在于，所述控壓模式又分為正常鉆進(jìn)模式、接單根與起下鉆模式以及意外工況保護(hù)模式；所述正常鉆進(jìn)模式下，平板閥\打開，平板閥Vb、平板閥V。和平板閥Vd關(guān)閉，鉆井液經(jīng)泥漿泵出口依次經(jīng)過平板閥V2、平板閥Va和平板閥V3后進(jìn)入立管，鉆井液經(jīng)井筒循環(huán)后，由旋轉(zhuǎn)防噴器主旁通口返出，經(jīng)端口 A進(jìn)入控壓自動(dòng)節(jié)流管匯，由端口 C流出返回泥漿池；接單根與起下鉆模式下，平板閥Vb和平板閥Vd打開，平板閥Va和平板閥V。關(guān)閉，鉆井液經(jīng)泥漿泵出口依次經(jīng)過平板閥V2、平板閥Vb和平板閥V4后，根據(jù)井口回壓需要，一部分鉆井液進(jìn)入井筒環(huán)空，另一部分經(jīng)控壓自動(dòng)節(jié)流管匯流回泥漿池，維持井底恒壓，同時(shí)，平板閥Vd使立管與泥漿池連通，將立管壓力降低到安全范圍；意外工況保護(hù)模式下，平板閥V。打開，平板閥Va、平板閥Vb和平板閥Vd關(guān)閉，鉆井液經(jīng)泥漿泵出口依次經(jīng)過平板閥V2和平板閥V。后返回泥漿池，以保護(hù)鉆井裝備、避免泥漿損失。
11.如權(quán)利要求10所述的控壓鉆井的井口回壓控制方法，其特征在于，所述正常鉆進(jìn)模式向所述接單根與起下鉆模式轉(zhuǎn)換時(shí)，首先打開平板閥\，待平板閥Vb完全打開時(shí)，其次關(guān)閉平板閥Va，待平板閥Va完全關(guān)閉時(shí)，然后打開平板閥Vd進(jìn)行立管卸壓；所述接單根與起下鉆模式向所述正常鉆進(jìn)模式轉(zhuǎn)換時(shí)，首先關(guān)閉平板閥待平板閥Vd完全關(guān)閉時(shí)，其次打開平板閥Va，待平板閥Va完全打開時(shí)，然后關(guān)閉平板閥Vb，直至平板閥Vb完全關(guān)閉；所述正常鉆進(jìn)模式或所述接單根與起下鉆模式向所述意外工況保護(hù)模式轉(zhuǎn)換時(shí)，首先打開平板閥V。，待平板閥V。完全打開時(shí)，其次同時(shí)關(guān)閉平板閥Va、平板閥Vb和平板閥VD，直到完全關(guān)閉。
12.如權(quán)利要求10所述的控壓鉆井的井口回壓控制方法，其特征在于，所述控壓模式下，平板閥Va、平板閥Vb和平板閥V。之中必須有一個(gè)處于打開狀態(tài)。
13.如權(quán)利要求10所述的控壓鉆井的井口回壓控制方法，其特征在于，所述控壓模式下，在關(guān)閉支路II、III、IV之中的任意一條支路之前，必須先打開支路II、III、IV之中另外一條支路。
全文摘要
本發(fā)明提出一種控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)和井口回壓控制方法。所述控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)包括一臺(tái)泥漿泵；控壓自動(dòng)節(jié)流管匯；液氣分離器；泥漿池，分別與所述泥漿泵、所述控壓自動(dòng)節(jié)流管匯和液氣分離器連接；旋轉(zhuǎn)防噴器；泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)，所述泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)包括通過四通t3連接的支路I、支路II、支路III和支路IV，通過三通t5與支路II連接的支路V，同時(shí)支路V和支路IV通過三通t8連接。所述井口回壓控制方法使用如前所述的控壓鉆井的井口回壓控制系統(tǒng)。本發(fā)明利用泥漿導(dǎo)流管匯系統(tǒng)取代了回壓泵系統(tǒng)，降低了作業(yè)費(fèi)用，節(jié)省了場地面積，去除了高故障因素。
文檔編號(hào)E21B21/08GK103256015SQ20131016806
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月6日
發(fā)明者李軍, 張濤, 柳貢慧, 何淼 申請人:中國石油大學(xué)(北京), 北京信息科技大學(xué)