本實用新型涉及油氣田欠平衡鉆井技術領域，是一種全過程欠平衡鉆井控壓裝置。
背景技術：
進入二十一世紀以后，欠平衡鉆井技術迅速發(fā)展，但就目前的欠平衡鉆井工藝而言，最常見的仍然是單純的欠平衡鉆進，它不能實現(xiàn)鉆井施工全過程保護油氣層的目的，主要體現(xiàn)在起下鉆操作不完善上；為避免發(fā)生溢流、井噴等復雜或事故，起鉆前需向井筒內注入重漿平衡地層壓力，注重漿作業(yè)過程及注入后，裸眼油氣層處于過平衡狀態(tài)，從而喪失欠平衡鉆進階段保護油氣層的成果。
欠平衡鉆井工藝實施過程即鉆進、起下鉆作業(yè)中，始終保持井內相對穩(wěn)定的欠平衡狀態(tài)，對儲層保護和鉆井安全至關重要；通常情況下，我們將鉆進、起下鉆作業(yè)過程均保持井底壓力小于地層壓力的鉆井作業(yè)方式，稱之為全過程欠平衡鉆井。目前，石油鉆井領域實現(xiàn)全過程欠平衡鉆井的方法有兩種：一種是使用不壓井起下鉆裝置（Snubbing Unit，專利號02133948.1），第二種是使用井下套管閥（Down-Hole Deployment Valve，專利號200610005543.8）。使用井下套管閥實現(xiàn)全過程欠平衡鉆井的方法簡述如下：起鉆過程井口帶壓，鉆頭處于井下套管閥之下時，配合使用旋轉控制頭、專用節(jié)流管匯在井口施回壓，實現(xiàn)對井筒壓力的動態(tài)控制；鉆頭起至井下套管閥以上時，通過地面控制裝置關閉井下套管閥封隔井筒，此時井口不帶壓，可拆卸旋轉控制頭后實施常規(guī)提鉆作業(yè)。下鉆鉆頭接近井下套管閥時,座封井口旋轉控制頭接方鉆桿,小排量開泵憋壓輔助打開井下套管閥開井，開井后卸掉方鉆桿實施下鉆作業(yè)；下鉆過程配合使用旋轉控制頭、專用節(jié)流管匯在井口施回壓實現(xiàn)對井筒壓力的動態(tài)控制。
由上述可知，使用井下套管閥實現(xiàn)全過程欠平衡鉆井的方法存在如下兩點缺陷：一是缺乏起鉆作業(yè)過程對井筒靜液柱壓力的連續(xù)補償或控制。如在天然氣儲層中實施起鉆作業(yè)，氣體侵入井筒后膨脹、滑脫上升，易導致灌漿量小于起出鉆具體積，為了控制合理的井底欠壓值，起鉆井口回壓控制值將不斷提高；同時上升的天然氣容易在井口形成圈閉壓力，導致井口超壓危及鉆井安全或使井底喪失欠平衡狀態(tài)。二是帶壓下鉆需接方鉆桿開泵輔助打開井下套管閥，操作程序繁瑣。
技術實現(xiàn)要素：
本實用新型提供了一種全過程欠平衡鉆井控壓裝置，克服了上述現(xiàn)有技術之不足，其能有效解決現(xiàn)有欠平衡鉆井作業(yè)的起鉆過程中缺乏對井筒靜液柱壓力的連續(xù)補償和控制的問題，更有效解決了現(xiàn)有帶壓下鉆需使用方鉆桿開泵來輔助打開井下套管閥，其操作程序繁瑣復雜的問題。
本實用新型的技術方案是通過以下措施來實現(xiàn)的：一種全過程欠平衡鉆井控壓裝置，包括井口防噴器組、旋轉控制頭、井下套管閥、套管柱、鉆井液循環(huán)處理裝置、專用節(jié)流管匯、鉆井泵組、具有檢測注入壓力和流量的鉆井液連續(xù)灌注裝置以及能開關井下套管閥的地面控制裝置，井下套管閥固定安裝在上層的套管柱上，地面控制裝置的出口與井下套管閥之間通過管線連接在一起，在井下套管閥上方的套管柱頂部自上而下依序固定安裝有旋轉控制頭和井口防噴器組，鉆井液連續(xù)灌注裝置的出口與旋轉控制頭的灌漿口通過管線一固定連接在一起，鉆井液連續(xù)灌注裝置的入口與鉆井液循環(huán)處理裝置的出口通過管線二連接在一起，在管線一上固定安裝有單流閥和開關閥，在管線二與鉆井泵組的進口之間固定連接有管線三，在鉆井泵組的出口與旋轉控制頭的頂部進口之間固定連接有管線四，在旋轉控制頭的旁通法蘭與專用節(jié)流管匯之間通過管線五固定連接在一起，在專用節(jié)流管匯上固定安裝有排氣管線，在排氣管線上固定安裝有液氣分離器，液氣分離器與鉆井液循環(huán)處理裝置通過管線六固定安裝在一起。
下面是對上述實用新型技術方案的進一步優(yōu)化或/和改進：
上述鉆井液循環(huán)處理裝置可包括緩沖罐和至少一個循環(huán)罐，在管線六的出口上固定連接有緩沖罐，緩沖罐與循環(huán)罐通過管線七固定連接在一起，循環(huán)罐與管線二固定連接在一起；所述的緩沖罐內設有振動篩和除氣器，相鄰的兩個循環(huán)罐之間相連通且每個循環(huán)罐內均固定安裝有除砂器。
上述鉆井液連續(xù)灌注裝置可包括鉆井液灌注泵、第一壓力表和流量監(jiān)測計，管線二的出口與鉆井液灌注泵的進口相連通，鉆井灌注泵的出口與管線一的進口相連通，第一壓力表和流量監(jiān)測計均固定安裝在鉆井液灌注泵的出口處。
上述還可包括壓井管匯和節(jié)流管匯和至少一個重漿罐，重漿罐的出口與鉆井泵組之間固定連接有管線八，在壓井管匯的入口與管線四之間固定連接有管線九，壓井管匯的出口固定連接在井下套管閥上部的套管柱上，節(jié)流管匯的入口通過管線十與井下套管閥上部的套管柱固定連接，節(jié)流管匯的出口固定連接有放噴管線，防噴管線上固定連接有回漿管線，回漿管線的出口與緩沖罐固定連接。
上述管線五可為高壓水龍帶；或/和，節(jié)流管匯與專用節(jié)流管匯之間可固定連接有高壓水龍帶。
上述地面控制裝置可為手動打壓泵，手動打壓泵的出口與井下套管閥入口之間固定連接有管線十一和管線十二。
本實用新型通過調節(jié)專用節(jié)流管匯節(jié)流閥的開啟度，在井口施加合理的回壓，實現(xiàn)動態(tài)控制井底壓力，從而實現(xiàn)連續(xù)的欠平衡鉆井作業(yè)。通過地面鉆井液連續(xù)灌注裝置、專用節(jié)流管匯、旋轉控制頭和井下套管閥的配合操作，實時補償井筒靜液柱壓力和調節(jié)井口回壓值，達到動態(tài)控制井筒壓力的目的，使井底始終處于可控的欠平衡狀態(tài)，從而有效控制起下鉆過程中地層流體侵入井筒的量，有利于保護油氣田儲層并有效保障了鉆井作業(yè)的安全性。本實用新型地面設備結構簡單，操作簡便，可廣泛的應用于全過程欠平衡鉆井作業(yè)中。
附圖說明
附圖1為本實用新型實施例1的連接示意圖。
附圖中的編碼分別為：1為井口防噴器組，2為旋轉控制頭，3為井下套管閥，4為重漿罐，5為循環(huán)罐，6為專用節(jié)流管匯，7為鉆井泵組，8為管線一，9為壓井管匯，10為第一壓力表，11為流量監(jiān)測計，12為鉆井液灌注泵，13為旁通法蘭，14為高壓水龍帶，15為節(jié)流管匯，16為套管柱，17為防噴管線，18為第二壓力表，19為節(jié)流閥，20為液氣分離器，21為排氣管線，22為管線二，23為緩沖罐，24為振動篩，25為除氣器，26為除砂器，27為手動打壓泵，28為管線十一，29為管線十二，30為開關閥，31為單流閥，32為管線三，33為管線四，34為管線五，35為管線六，36為管線七，37為管線八，38為管線九，39為管線十,40為回漿管線。
具體實施方式
本實用新型不受下述實施例的限制，可根據(jù)本實用新型的技術方案與實際情況來確定具體的實施方式。
在本實用新型中，為了便于描述，各部件的相對位置關系的描述均是根據(jù)說明書附圖1的布圖方式來進行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置關系是依據(jù)說明書附圖的布圖方向來確定的。
下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步描述：
實施例1：如附圖1所示，該全過程欠平衡鉆井控壓裝置包括井口防噴器組1、旋轉控制頭2、井下套管閥3、套管柱16、鉆井液循環(huán)處理裝置、專用節(jié)流管匯6、鉆井泵組7、具有檢測注入壓力和流量的鉆井液連續(xù)灌注裝置以及能開關井下套管閥3的地面控制裝置，井下套管閥3固定安裝在上層的套管柱16上，地面控制裝置的出口與井下套管閥3之間通過管線連接在一起，在井下套管閥3上方的套管柱16頂部自上而下依序固定安裝有旋轉控制頭2和井口防噴器組1，鉆井液連續(xù)灌注裝置的出口與旋轉控制頭2的灌漿口通過管線一8固定連接在一起，鉆井液連續(xù)灌注裝置的入口與鉆井液循環(huán)處理裝置的出口通過管線二22連接在一起，在管線一8上固定安裝有單流閥31和開關閥30，在管線二22與鉆井泵組7的進口之間固定連接有管線三32，在鉆井泵組7的出口與旋轉控制頭2的頂部進口之間固定連接有管線四33，在旋轉控制頭2的旁通法蘭13與專用節(jié)流管匯6之間通過管線五34固定連接在一起，在專用節(jié)流管匯6上固定安裝有排氣管線21，在排氣管線21上固定安裝有液氣分離器20，液氣分離器20與鉆井液循環(huán)處理裝置通過管線六35固定安裝在一起。
鉆井液循環(huán)處理裝置、鉆井液連續(xù)灌注裝置均為現(xiàn)有公知公用的技術。
在起下鉆過程中，通過鉆井液循環(huán)處理裝置向井內注入鉆井液，實時補償井筒靜柱壓力，以保持井筒穩(wěn)定的靜液柱壓力，調節(jié)專用節(jié)流管匯6上的節(jié)流閥19的開啟度，控制進入井筒內的鉆井液量以維持恒定的井口回壓；由此可知，通過鉆井液循環(huán)處理裝置與節(jié)流管匯6的配合作用，能夠實現(xiàn)動態(tài)控制井底壓力，從而實現(xiàn)連續(xù)的欠平衡鉆井作業(yè)。
地面控制裝置用以開關井下套管閥3，相對于現(xiàn)有帶壓下鉆需接方鉆桿開泵輔助打開井下套管閥而言，通過地面控制裝置開關井下套管閥3的操作程序更為簡化。
這里，專用節(jié)流管匯6上的第二壓力表18可以監(jiān)測井口回壓值，即起鉆時記錄井口回壓的控制值，在下鉆時可以通過調節(jié)節(jié)流閥19流量的大小使井口回壓值與起鉆時井口回壓控制值相等，達到動態(tài)控制井筒壓力的目的。在鉆頭鉆進過程，通過調節(jié)專用節(jié)流管匯6上的節(jié)流閥19的開啟度，在井口施加合理的回壓，實現(xiàn)動態(tài)控制井底壓力，從而實現(xiàn)連續(xù)的欠平衡鉆井作業(yè)；在下鉆過程中，當井下套管閥3帶壓時井內會存在圈閉壓力，可通過調節(jié)專用節(jié)流管匯6上的節(jié)流閥19的開啟度使其節(jié)流循環(huán)，釋放圈閉壓力，使井底在下鉆過程中始終處于相對穩(wěn)定的欠平衡狀態(tài)。
可根據(jù)實際需要，對上述全過程欠平衡鉆井控壓裝置作進一步優(yōu)化或/和改進：
如附圖1所示，鉆井液循環(huán)處理裝置包括緩沖罐23和至少一個循環(huán)罐5，在管線六35的出口上固定連接有緩沖罐23，緩沖罐23與循環(huán)罐5通過管線七36固定連接在一起，循環(huán)罐5與管線二22固定連接在一起；所述的緩沖罐23內設有振動篩24和除氣器25，相鄰的兩個循環(huán)罐5之間相連通且每個循環(huán)罐5內均固定安裝有除砂器26。緩沖罐23內安裝振動篩24用于除去鉆井液中的巖屑，除氣器25主要用于進一步凈化鉆井液，使鉆井液中分散的地層氣體脫離出來。這里在循環(huán)罐5中安裝除砂器26用于進一步除去鉆井液中的巖屑。振動篩24、除氣器25和除砂器26均為現(xiàn)有公知公用的設備。
如附圖1所示，鉆井液連續(xù)灌注裝置包括鉆井液灌注泵12、第一壓力表10和流量監(jiān)測計11，管線二22的出口與鉆井液灌注泵12的進口相連通，鉆井灌注泵12的出口與管線一8的進口相連通，第一壓力表10和流量監(jiān)測計11均固定安裝在鉆井液灌注泵12的出口處。這里，第一壓力表10主要用于監(jiān)測灌注鉆井液的壓力，當壓力達到井口合理控制的回壓值時，可關閉鉆井液灌注泵12；當壓力低于井口合理控制的回壓值時，可開啟鉆井液灌注泵12，壓力上升至井口控制回壓值時再關閉鉆井液灌注泵12。通過流量監(jiān)測計11可以實時監(jiān)測井筒鉆井液的排替量。鉆井液灌注泵12通過與旋轉控制頭2、井下套管閥3和專用節(jié)流管匯6的配合操作，實現(xiàn)帶壓起下鉆和動態(tài)控制井筒壓力，使井底始終處于可控的欠平衡狀態(tài)，從而有效控制起下鉆過程中地層流體流入井筒的流量，有利于保護儲層和保障鉆井安全且該裝置具有壓力過載時自動停泵泄壓的功能。
如附圖1所示，還包括壓井管匯9和節(jié)流管匯15和至少一個重漿罐4，重漿罐4的出口與鉆井泵組7之間固定連接有管線八37，在壓井管匯9的入口與管線四33之間固定連接有管線九38，壓井管匯9的出口固定連接在井下套管閥3上部的套管柱16上，節(jié)流管匯15的入口通過管線十39與井下套管閥3上部的套管柱16固定連接，節(jié)流管匯15的出口固定連接有放噴管線17，防噴管線17上固定連接有回漿管線40，回漿管線40的出口與緩沖罐23固定連接。這里，壓井管匯9的作用是在壓井時，其向井內強行灌注重泥漿，進行壓井作業(yè)，通過專用節(jié)流管匯6來控制井口回壓，從而實現(xiàn)安全壓井作業(yè)；此時，鉆井泵組7代替鉆井液連續(xù)灌注裝置實施壓井作業(yè)。
如附圖1所示，管線五34為高壓水龍帶；或/和，節(jié)流管匯15與專用節(jié)流管匯6之間固定連接有高壓水龍帶14。
如附圖1所示，地面控制裝置為手動打壓泵27，手動打壓泵27的出口與井下套管閥3入口之間固定連接有管線十一28和管線十二29。這里的井下套管閥3為現(xiàn)有公知技術，通過井下套管閥內部的相對滑動，能夠分別連通管線十一28和管線十二29。手動打壓泵27與井下套管閥3之間連通管線十一28時，能夠打開井下套管閥3閥板，確保下鉆時鉆柱能夠通過井下套管閥3持續(xù)下入至井底；手動打壓泵27與井下套管閥3連通管線十二29時，能夠實現(xiàn)關閉井下套管閥3閥板，封隔井筒。
如圖1所示，上述實施例全過程欠平衡鉆井控壓裝置的使用方法，包括以下步驟：
第一步，在全過程欠平衡鉆井作業(yè)前，安裝全過程欠平衡鉆井控壓裝置；將井下套管閥3隨上層套管柱16一起下至適當井深；
第二步，按照常規(guī)下鉆，當鉆頭接近井下套管閥3時，井口座封旋轉控制頭2，打開專用節(jié)流管匯6上的節(jié)流閥31，查看第二壓力表18的壓力讀數(shù)，確保此時井口回壓等于帶壓起鉆時井口回壓，使井底在下鉆過程中始終處于相對穩(wěn)定的欠平衡狀態(tài)；查看井下套管閥3的下端是否帶壓，當井下套管閥3下端沒有帶壓時，則進入第三步；當井下套管閥3下端帶壓時，則進入第四步；
第三步，通過地面控制裝置打開井下套管閥3，此時旋轉控制頭2的膠芯抱緊鉆柱但井口不帶壓，全開專用節(jié)流管匯6上的節(jié)流閥31，實施正常下鉆作業(yè)，同時通過流量監(jiān)測計11實時監(jiān)測井筒鉆井液的排替量，之后進入第五步；
第四步，通過鉆井液連續(xù)灌注裝置向井筒注入鉆井液憋壓，輔助地面控制裝置打開井下套管閥3；此時井口旋轉控制頭2的膠芯抱緊鉆柱且井口帶回壓，若井口回壓值大于帶壓起鉆時控制回壓值，即存在圈閉壓力；通過調節(jié)專用節(jié)流管匯6上的節(jié)流閥31的開啟度節(jié)流循環(huán)釋放圈閉壓力，節(jié)流循環(huán)返出的鉆井液進入液氣分離器20處理后經管線六35進入緩沖罐23，即進入鉆井液循環(huán)處理裝置；節(jié)流循環(huán)釋放圈閉壓力所需有效鉆井液量通過鉆井液連續(xù)灌注裝置補充，直至井口回壓穩(wěn)定且與帶壓起鉆控制回壓值相等后方能恢復下鉆作業(yè)；之后進入第五步；
第五步，當鉆頭位置下至井下套管閥3以下時，旋轉控制頭2的膠芯抱緊鉆柱實施帶壓起鉆；通過鉆井液連續(xù)灌注裝置向井內連續(xù)灌入鉆井液，以保持井筒穩(wěn)定的靜液柱壓力；實時調節(jié)專用節(jié)流管匯6上的節(jié)流閥31的開啟度，控制進入井筒的鉆井液量以維持恒定的井口回壓；節(jié)流循環(huán)返出的鉆井液進入液氣分離器20處理后，經管線六進入鉆井液循環(huán)處理裝置；即起鉆過程通過連續(xù)灌漿和實時調節(jié)井口回壓的方式，實現(xiàn)井筒壓力的連續(xù)控制，使井底在起鉆過程中處于相對穩(wěn)定的欠平衡狀態(tài)；當鉆頭起至井下套管閥3以上時，進入第六步；
第六步，鉆頭起至井下套管閥3以上時，通過手動打壓泵27關閉井下套管閥3，實現(xiàn)封隔井筒，此時井口不帶壓，可拆卸旋轉控制頭2實施常規(guī)起鉆。
在起下鉆過程中，通過鉆井液循環(huán)處理裝置向井內注入鉆井液，實時補償井筒靜柱壓力，以保持井筒穩(wěn)定的靜液柱壓力，調節(jié)專用節(jié)流管匯6上的節(jié)流閥19的開啟度，控制進入井筒內的鉆井液量以維持恒定的井口回壓；由此可知，通過鉆井液循環(huán)處理裝置與節(jié)流管匯6的配合作用，能夠實現(xiàn)動態(tài)控制井底壓力，從而實現(xiàn)連續(xù)的欠平衡鉆井作業(yè)。
地面控制裝置用于開關井下套管閥3，相對于現(xiàn)有帶壓下鉆需接方鉆桿開泵輔助打開井下套管閥而言，通過地面控制裝置開關井下套管閥3的操作程序更為簡化。
這里，上述專用節(jié)流管匯6上的第二壓力表18可以監(jiān)測井口回壓值，即起鉆時記錄井口回壓的控制值，在下鉆時通過調節(jié)節(jié)流閥19流量的大小使井口回壓值與起鉆時井口回壓控制值相等，達到動態(tài)控制井筒壓力的目的。在鉆頭鉆進過程，通過調節(jié)專用節(jié)流管匯6上的節(jié)流閥19的開啟度，在井口施加合理的回壓，實現(xiàn)動態(tài)控制井底壓力，從而實現(xiàn)連續(xù)的欠平衡鉆井作業(yè)；在下鉆過程中，當井下套管閥3帶壓時井內會存在圈閉壓力，可通過調節(jié)專用節(jié)流管匯6上的節(jié)流閥19的開啟度使其節(jié)流循環(huán)，釋放圈閉壓力，使井底在下鉆過程中始終處于相對穩(wěn)定的欠平衡狀態(tài)。
以上技術特征構成了本實用新型的實施例，其具有較強的適應性和實施效果，可根據(jù)實際需要增減非必要的技術特征，來滿足不同情況的需求。