[实用新型]一种控压钻井系统

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种油气田钻井工程技术领域，是精确控制井底压力、提高钻井安全性、降低非生产时效的控压钻井系统。

背景技术：

井底压力控制是钻井过程中的关键环节。常规钻井过程中，钻井液压力是用来控制地层压力并保持井眼稳定。静止状态下，井底压力P_BH仅与钻井液静液柱压力P_Hyd有关；循环状态下，井底压力P_BH是钻井液静液压力P_Hyd和环空压耗P_AF两者之和。然而随着油气勘探开发向深水、深层发展，深水和深部复杂地层给传统钻井过程中井底压力的控制带来诸多难题。特别是在钻遇窄密度窗口地层，地层压力窗口甚至小于0.02g/cm³，这就导致了传统工艺钻井过程中，开泵、下钻时钻井液漏失严重，停泵、起钻时发生气侵、井涌等问题。这些问题严重制约了窄密度窗口地层油气的勘探和开发。

控压钻井是最近几年在国外快速发展的一项新技术，该技术使用欠平衡钻井的设备，使钻井液处于闭环回路的循环方式，精确控制井筒环空压力剖面，使井筒压力剖面处于地层孔隙压力和破裂压力间，避免或减少井漏和井涌等复杂事故的发生。控压钻井技术是以解决钻井复杂事故为其基本出发点，采用欠平衡或微过平衡方式钻进，钻井过程中能够通过适当的工艺、技术和设备，安全、有效地处理涌入井筒的流体。与欠平衡钻井技术相比，控压钻井技术解决了欠平衡钻井技术所无法克服的地层出水、井壁失稳、储层含H₂S等问题。控压钻井技术的优势可总结为以下几点：解决窄密度窗口地层安全钻井的问题，减轻对地层的伤害，减少井下复杂事故，提高钻井的安全性和机械钻速。因此，控压钻井技术可用于完成高难度井、低经济效益井和以前“不可钻”井的钻井作业。

目前控压钻井技术有多种方式，如不间断循环系统、井底恒压系统、微流量控制系统、深水双梯度系统、加压泥浆帽系统和当量泥浆循环密度降低工具等。这些技术都具有自身的技术特征和应用范围，其技术的发展程度也不尽相同。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一套能精确自动控制井底压力处于平衡或微过平衡状态的控压钻井系统，控制井底压力一直小于地层漏失压力、大于地层孔隙压力，避免井底出现钻井液漏失或地层流体涌出的复杂事故，在不改变现场技师操作习惯的原则下，通过对设备的干预控制，消除人工操作井底压力波动过大的问题，提高控压钻井作业效率。

本实用新型所述的控压钻井系统是由压力传感器、数据采集器、计算机或服务器、工控机、PLC控制器、电机、旋转控制头、控压钻井节流管汇、回压泵、质量流量计构成；

压力传感器包括：泥浆泵冲传感器、回压泵冲传感器、绞车钻速传感器、回压压力传感器、井下测量传感器和溢流阀压力传感器；压力传感器通过信号传输电缆与数据采集器连接，数据采集器分别与工控机和计算机连接，计算机与工控机连接，工控机连接PLC控制器，PLC控制器分别与泥浆泵电机、回压泵电机、绞车电机、溢流阀和液动控制箱连接；泥浆泵冲传感器安装在泥浆泵上，泥浆泵的进液端通过泥浆泵进液管线与泥浆池相连，泥浆泵出口端通过水龙带与顶驱的水龙头相连，井下测量传感器一端与钻杆连接，另一端与钻头相连，钻杆穿过井口安装的防喷器组合和旋转控制头，通过保护接头与顶驱相连；旋转控制头出口端通过管线分成两路，一路连接溢流阀，溢流阀通过泄压管与泥浆池相连，溢流阀压力传感器安装在溢流阀上；另一路又被分成两路，一路通过板阀与回压泵的排液端连接，一路连接控压钻井节流管汇的进液端，回压泵通过回压泵进液管与泥浆池相连；控压钻井节流管汇出口端与质量流量计的进口端相连，质量流量计出口端与除气器的进口相连，除气器出口接振动筛，振动筛通过排液管与泥浆池相连；回压泵冲传感器安装在回压泵上；回压压力传感器安装在控压钻井节流管汇；顶驱通过钓钩与游车相连，游车通过钢缆和天车与绞车相连，绞车通过螺纹固定在钻台上，绞车钻速传感器安装在绞车上.

数据采集转换模块采集并转换传感器实时测量的数据，将采集的数据分别输送到水力计算和设备工艺参数优化模块和综合分析控制模块。钻井固定参数通过手工输入或固定格式导入的方式输入到水力计算和设备工艺参数优化模块。水力计算和设备工艺参数优化模块将根据输入的参数计算出模拟结果，实时水力模拟结果同时还被输送到综合分析控制模块，综合分析控制模块对比分析实时采集数据和水力模拟结果，需要对设备控制时，综合分析控制模块向PLC控制器发出控制信号，完成对相关设备的控制。