一種可變流量控壓鉆井回壓補償裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，所述裝置包括液力部分及動力部分，其中所述液力部分的進液管線連接至出液管線，所述進液管線上依次設(shè)置有：第一加壓裝置(1)、第一控制閥(2)、過濾裝置(3)、第二加壓裝置(4)、三缸柱塞泵(6)、壓力緩沖裝置(7)、第二控制閥(9)；所述動力部分包括電動機(11)及多檔位變速箱(12)，電動機(11)的動力輸出端通過多檔位變速箱(12)連接三缸柱塞泵(6)的動力接口。本實用新型保證回壓補償供液的連續(xù)性和穩(wěn)定性，通過存儲和穩(wěn)定脈動壓力保證回壓補償裝置的穩(wěn)定輸出，實現(xiàn)井底壓力的高精度控制，以滿足控壓鉆井過程中不同工況作業(yè)條件下對回壓補償?shù)淖兞髁啃枨蟆?br> 【專利說明】一種可變流量控壓鉆井回壓補償裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，屬于油氣鉆井工程【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油勘探向深層、復雜地層發(fā)展，窄密度窗口、噴漏同存等問題已成為影響和制約石油勘探開發(fā)進程與鉆井施工的技術(shù)瓶頸。由此也對石油、天然氣鉆井井筒壓力、流量控制能力提出了更高的要求。其中，窄密度安全窗口是指地層孔隙壓力和破裂壓力、漏失壓力之間的安全鉆井窗口較小，在常規(guī)鉆井方式下環(huán)空壓力波動范圍將超過此安全鉆井窗口，易造成井漏、井涌、井壁失穩(wěn)、卡鉆等復雜事故，使生產(chǎn)時效低，鉆井周期長，成本高。
[0003]目前，現(xiàn)有技術(shù)多采用控壓鉆井技術(shù)與裝備解決此類問題。相應的井筒壓力控制技術(shù)是控壓鉆井技術(shù)的核心。在控壓鉆井過程中，通過對井口回壓、流體密度、流體流變性、環(huán)空液面高度、鉆井液循環(huán)摩阻和井眼幾何尺寸的綜合控制，使整個井眼的壓力維持在地層孔隙壓力和破裂壓力之間?？貕恒@井過程中對井眼壓力控制的關(guān)鍵技術(shù)是:回壓補償系統(tǒng)要保證鉆進、接單根和起下鉆全工況下的壓力穩(wěn)定。回壓補償系統(tǒng)一般通過向井筒內(nèi)不斷泵入鉆井液來實現(xiàn)，但是目前控壓鉆井過程中回壓補償系統(tǒng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性普遍較差，在不同的井眼尺寸的控壓鉆井作業(yè)中，當遇到接單根、起下鉆、更換旋轉(zhuǎn)控制頭膠芯等不同鉆井作業(yè)工況時，控壓鉆井系統(tǒng)需要不同的補償流量，而現(xiàn)有的控壓鉆井系統(tǒng)均采用流量恒定的壓力補償裝置，使得控壓鉆井的井底壓力控制精度收到影響，對于深井、超深井地層壓力敏感的窄密度窗口甚至零密度窗口的控壓鉆井作業(yè)帶來困擾。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型為解決現(xiàn)有的控壓鉆井技術(shù)存在的井底壓力控制精度較差，從而無法滿足控壓鉆井過程中不同工況作業(yè)條件下對回壓補償?shù)淖兞髁啃枨蟮膯栴}，進而提出了一種可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，具體包括如下的技術(shù)方案:
[0005]一種可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，所述裝置包括液力部分及動力部分，其中所述液力部分的進液管線連接至出液管線，所述進液管線上依次設(shè)置有:第一加壓裝置、第一控制閥、過濾裝置、第二加壓裝置、三缸柱塞泵、壓力緩沖裝置、第二控制閥；所述動力部分包括電動機及多檔位變速箱，電動機的動力輸出端通過多檔位變速箱連接三缸柱塞泵的動力接口。
[0006]如上所述的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，其中，所述供液管線上設(shè)置的第二加壓裝置、三缸柱塞泵、壓力緩沖裝置和第二控制閥以及所述動力部分均固定在撬裝底座上。
[0007]如上所述的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，其中，所述第一加壓裝置設(shè)置在鉆井液池內(nèi)或泥漿池出口處。
[0008]如上所述的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，其中，所述壓力緩沖裝置包括用于存儲脈沖壓力并穩(wěn)定輸出流量的活塞式儲能器。
[0009]如上所述的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，其中，所述第一控制閥和第二控制閥均采用通過人工控制所述進液管線的流量通斷的手動平板閥。
[0010]如上所述的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，其中，所述第二控制閥通過用于防止所述進液管線輸出流量回流的單流閥連接所述出液管線。
[0011]如上所述的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，其中，在所述第二加壓裝置與所述三缸柱塞泵之間的進液管線上設(shè)置有用于測量所述進液管線的流量變化的質(zhì)量流量計。
[0012]如上所述的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，其中，在所述壓力緩沖裝置與第二控制閥之間的進液管線上設(shè)置有用于測量所述進液管線內(nèi)壓的壓力傳感器。
[0013]如上所述的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，其中，所述可變流量控壓鉆井回壓補償裝置還包括用于根據(jù)所述質(zhì)量流量計和壓力傳感器反饋的數(shù)據(jù)控制所述多檔位變速箱提供連續(xù)穩(wěn)定的回壓補償流量的遠程控制系統(tǒng)。
[0014]如上所述的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，其中，所述進液管線上設(shè)置的第二加壓裝置、三缸柱塞泵、壓力緩沖裝置和第二控制閥以及所述動力部分均固定在撬裝底座上，所述壓力緩沖裝置包括用于存儲脈沖壓力并穩(wěn)定輸出流量的活塞式儲能器，所述第一控制閥和第二控制閥均采用通過人工控制所述進液管線的流量通斷的手動平板閥，所述第二控制閥通過用于防止所述進液管線輸出流量回流的單流閥連接所述出液管線，在所述第二加壓裝置與所述三缸柱塞泵之間的進液管線上設(shè)置有用于測量所述進液管線的流量變化的質(zhì)量流量計，在所述壓力緩沖裝置與第二控制閥之間的進液管線上設(shè)置有用于測量所述進液管線內(nèi)壓的壓力傳感器，所述裝置還包括用于根據(jù)所述質(zhì)量流量計和壓力傳感器反饋的數(shù)據(jù)控制所述多檔位變速箱提供連續(xù)穩(wěn)定的回壓補償流量的遠程控制系統(tǒng)。
[0015]本實用新型通過以第一加壓裝置作為進液出始點，有效的解決了泥漿粘度較大、長距離輸液的困難，保證了回壓補償供液的連續(xù)性和穩(wěn)定性；同時在距離三缸柱塞泵近距離處安裝有第二加壓裝置作為第二階段供液動力，并通過電動機和多檔位變速箱控制三缸柱塞泵的輸出，進一步保證了回壓流量補償?shù)倪B續(xù)性和穩(wěn)定性；最后通過壓力緩沖裝置有效存儲和穩(wěn)定脈動壓力，保證回壓補償裝置的穩(wěn)定輸出，從而實現(xiàn)對井底壓力的高精度控制，以滿足控壓鉆井過程中不同工況作業(yè)條件下對回壓補償?shù)淖兞髁啃枨蟆?br>
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1以實例的方式示出了一實施例中的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置的結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0017]本【具體實施方式】是對本實用新型的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，其中的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而并不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I(lǐng)域技術(shù)人員在沒有經(jīng)過創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施方式都屬于本實用新型的保護范圍。
[0018]本【具體實施方式】提供了一種可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，所述裝置包括液力部分及動力部分，其中所述液力部分的進液管線連接至出液管線，如圖1所示，所述進液管線上依次設(shè)置有:第一加壓裝置1、第一控制閥2、過濾裝置3、第二加壓裝置4、三缸柱塞泵6、壓力緩沖裝置7、第二控制閥9 ;所述動力部分包括電動機11及多檔位變速箱12，電動機11的動力輸出端通過多檔位變速箱12連接三缸柱塞泵6的動力接口。
[0019]具體的，第一加壓裝置I可采用空氣泵，設(shè)置在鉆井液池內(nèi)或泥漿池出口處，并且所述供液管線上設(shè)置的第二加壓裝置4、三缸柱塞泵6、壓力緩沖裝置7和第二控制閥9以及所述動力部分均可固定在撬裝底座上，實現(xiàn)了對現(xiàn)場不同工況下的靈活安裝，連接各個器件的管線之間可采用直接、硬管或法蘭短節(jié)連接。相應的第二加壓裝置4可采用灌注泵，第一控制閥2和第二控制閥9均可采用手動平板閥，壓力緩沖裝置7可采用活塞式儲能器。多檔位變速箱12可根據(jù)現(xiàn)場的實際要求，通過調(diào)節(jié)變速箱的檔位，針對不同井眼尺寸或作業(yè)工況對控壓鉆井系統(tǒng)進行便捷、快速的變流量補償，為控壓鉆井過程提供必要的流量補償，減小工況切換過程壓力脈動過大的影響，進一步提高了控壓鉆井作業(yè)的壓力控制精度，避免了通過更換柱塞泵缸套來改變流量的復雜工序，同時有效克服了由于三缸柱塞泵長時間、高負荷運轉(zhuǎn)帶來的設(shè)備流量輸出不穩(wěn)定工作的問題，保證了回壓補償系統(tǒng)流量補償?shù)倪B續(xù)性和穩(wěn)定性。
[0020]在本實用新型一實施例中，第二控制閥9通過用于防止所述進液管線輸出流量回流的單流閥10連接所述出液管線。由于控壓鉆井過程中的壓力是隨時變化的，如果所述出液管線中產(chǎn)生負壓就會使鉆井液回流到所述進液管線中，造成控壓鉆井失衡，而單流閥10的作用是防止所述進液管線輸出的流量回流，從而保證所述出液管線和所述進液管線中的壓力和流量穩(wěn)定。
[0021 ] 在本實用新型一實施例中，在第二加壓裝置4與三缸柱塞泵6之間的進液管線上設(shè)置有用于測量所述進液管線的流量變化的質(zhì)量流量計5。該質(zhì)量流量計5能夠精確計量鉆井進口流量，與錄井測量流量以及出口流量相比，可快速精確的測量排量變化、判斷井下是否存在微量的溢流和漏失，并將測量的流量變化通過FF總線反饋給遠程控制系統(tǒng)。
[0022]在本實用新型一實施例中，在壓力緩沖裝置7的出口與第二控制閥9的進口之間的管線上設(shè)置有壓力傳感器8。相應的壓力傳感器8可采用多功能壓力傳感器，用于測量管線中的流量壓力數(shù)據(jù)，并可根據(jù)要求將所述流量壓力數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程控制系統(tǒng)中。
[0023]在本實用新型一實施例中，所述裝置還包括用于根據(jù)所述質(zhì)量流量計5和壓力傳感器8反饋的數(shù)據(jù)控制所述多檔位變速箱12提供連續(xù)穩(wěn)定的回壓補償流量的遠程控制系統(tǒng)，所述遠程控制系統(tǒng)能夠根據(jù)流量壓力數(shù)據(jù)及流量變化，能夠及時檢測鉆井泵的上水效率，與泵壓、泵沖等參數(shù)作對比可更快地發(fā)現(xiàn)鉆井泵故障，降低設(shè)備安全風險。
[0024]本【具體實施方式】提供的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置的工作原理包括:鉆井液經(jīng)第一加壓裝置I打壓泵入所述進液管線，流經(jīng)第一控制閥2，再經(jīng)過過濾裝置3過濾。由于鉆井液的稠度較大、流動性小，經(jīng)過長距離流動后需經(jīng)過第二加壓裝置4再次加壓使鉆井液保持均勻流速，通過質(zhì)量流量計5測量鉆井液密度、排量、含氣率后，鉆井液經(jīng)三缸柱塞泵6加壓到井口需要的壓力。在三缸柱塞泵6對鉆井液進行加壓的過程中，電動機11長時間、穩(wěn)定的向三缸柱塞泵6輸出動力，經(jīng)過多檔位變速箱12的轉(zhuǎn)換，提供給三缸柱塞泵6所需要的長時間、穩(wěn)定的不同排量動力。由于三缸柱塞泵6的流量波動，需要經(jīng)過活壓力緩沖裝置7的穩(wěn)壓。最后，鉆井液經(jīng)過第二控制閥9和單流閥10流入出液管線。
[0025]綜上所述，本實用新型通過以空氣泵作為上液出始點，有效地解決了泥漿粘度較大、長距離輸液的困難，保證了回壓補償供液的連續(xù)性和穩(wěn)定性；同時在距離三缸柱塞泵近距離處安裝有灌注泵作為第二階段供液動力，并通過電動機控制三缸柱塞泵的輸出，保證了回壓補償系統(tǒng)流量補償?shù)倪B續(xù)性和穩(wěn)定性；最后將活塞式儲能器作為壓力緩沖裝置，能有效存儲和穩(wěn)定脈動壓力，保證回壓補償裝置的穩(wěn)定輸出，從而實現(xiàn)對井底壓力的高精度控制，以滿足控壓鉆井過程中不同工況作業(yè)條件下對回壓補償?shù)淖兞髁啃枨蟆?br> [0026]以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本實用新型的精神與范疇，而對其進行的等效修改或變更，均應包括于權(quán)利要求中。
【權(quán)利要求】
1.一種可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，所述裝置包括液力部分及動力部分，其中所述液力部分的進液管線連接至出液管線，其特征在于，所述進液管線上依次設(shè)置有:第一加壓裝置(I)、第一控制閥(2)、過濾裝置(3)、第二加壓裝置(4)、三缸柱塞泵(6)、壓力緩沖裝置(7)、第二控制閥(9);所述動力部分包括電動機(11)及多檔位變速箱(12)，電動機(11)的動力輸出端通過多檔位變速箱(12)連接三缸柱塞泵￠)的動力接口。
2.如權(quán)利要求1所述的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，其特征在于，所述進液管線上設(shè)置的第二加壓裝置(4)、三缸柱塞泵￠)、壓力緩沖裝置(7)和第二控制閥(9)以及所述動力部分均固定在撬裝底座上。
3.如權(quán)利要求1所述的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，其特征在于，所述第一加壓裝置(I)設(shè)置在鉆井液池內(nèi)或泥漿池出口處。
4.如權(quán)利要求1所述的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，其特征在于，所述壓力緩沖裝置(7)包括用于存儲脈沖壓力并穩(wěn)定輸出流量的活塞式儲能器。
5.如權(quán)利要求1所述的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，其特征在于，所述第一控制閥(2)和第二控制閥(9)均采用通過人工控制所述進液管線的流量通斷的手動平板閥。
6.如權(quán)利要求1所述的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，其特征在于，所述第二控制閥(9)通過用于防止所述進液管線輸出流量回流的單流閥(10)連接所述出液管線。
7.如權(quán)利要求1至6任意一項所述的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，其特征在于，在所述第二加壓裝置(4)與所述三缸柱塞泵(6)之間的進液管線上設(shè)置有用于測量所述進液管線的流量變化的質(zhì)量流量計(5)。
8.如權(quán)利要求7所述的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，其特征在于，在所述壓力緩沖裝置(7)與第二控制閥(9)之間的進液管線上設(shè)置有用于測量所述進液管線內(nèi)壓的壓力傳感器⑶。
9.如權(quán)利要求8所述的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，其特征在于，所述裝置還包括用于根據(jù)所述質(zhì)量流量計(5)和壓力傳感器(8)反饋的數(shù)據(jù)控制所述多檔位變速箱(12)提供連續(xù)穩(wěn)定的回壓補償流量的遠程控制系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求1所述的可變流量控壓鉆井回壓補償裝置，其特征在于，所述進液管線上設(shè)置的第二加壓裝置(4)、三缸柱塞泵￠)、壓力緩沖裝置(7)和第二控制閥(9)以及所述動力部分均固定在撬裝底座上，所述壓力緩沖裝置(7)包括用于存儲脈沖壓力并穩(wěn)定輸出流量的活塞式儲能器，所述第一控制閥(2)和第二控制閥(9)均采用通過人工控制所述進液管線的流量通斷的手動平板閥，所述第二控制閥(9)通過用于防止所述進液管線輸出流量回流的單流閥(10)連接所述出液管線，在所述第二加壓裝置(4)與所述三缸柱塞泵(6)之間的進液管線上設(shè)置有用于測量所述進液管線的流量變化的質(zhì)量流量計(5)，在所述壓力緩沖裝置(7)與第二控制閥(9)之間的進液管線上設(shè)置有用于測量所述進液管線內(nèi)壓的壓力傳感器(8)，所述裝置還包括用于根據(jù)所述質(zhì)量流量計(5)和壓力傳感器(8)反饋的數(shù)據(jù)控制所述多檔位變速箱(12)提供連續(xù)穩(wěn)定的回壓補償流量的遠程控制系統(tǒng)。
【文檔編號】E21B21/08GK204175210SQ201420591179
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】王凱, 石林, 王瑛, 周英操, 劉偉, 陳國勝, 梁磊, 王國偉 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院