[实用新型]一种钻井环空压力精细控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及油气田钻井工程技术领域，是一种钻井环空压力精细控制系统，进一步地说，是一种能够精确控制井眼环空压力剖面、在静态和动态条件下实现钻井过程中井底压力相对稳定的压力控制系统。

背景技术

目前，随着海洋勘探开发规模的不断扩大以及陆地上对更深、更复杂地层勘探开发活动的日益增多，深水环境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，尤其是在复杂地层情况下，由于孔隙压力和破裂压力之间的窗口通常比较小，常会遇到喷、漏、卡和塌等井下复杂情况，不但会延长钻井周期，而且还会带来HSE(健康、安全、环境)方面的问题。

为了解决上述问题，最近几年提出的控压钻井技术是钻井过程中进行压力控制的一个较新方法，控压钻井技术通过对井口回压、流体密度、流体流变性、环空液面高度、钻井液循环摩阻和井眼几何尺寸的综合控制，使整个井眼的压力维持在地层孔隙压力和破裂压力之间，有效控制地层流体侵入井筒，减少井涌、井漏、卡钻等多种钻井复杂情况，非常适宜孔隙压力和破裂压力窗口较窄的地层作业。与传统过平衡钻井技术相比，控压钻井技术有更多、更有效、更迅速的手段和方法实现对井筒环空压力的控制。与欠平衡钻井技术相比，控压钻井技术是以解决钻井复杂事故为其基本出发点，采用近平衡或略过平衡方式钻井，钻井过程中不诱导地层流体涌出，如果有微量地层流体涌入井筒，可以通过控压钻井设备及工艺方法安全、有效地处理。控压钻井技术能够解决一系列与钻井压力控制相关的问题，增强了钻井作业的安全性和可靠性、降低了经济成本。

国外控压钻井技术经过多年的发展，已形成较为成熟的控压钻井方法及配套装备，目前实现控压钻井的主要方法有：井底恒压系统、微流量控制系统、双梯度钻井技术、加压泥浆帽钻井技术、当量循环密度降低工具和连续循环系统等。这些技术方案都有其各自的特征和适用范围，微流量控制系统能较精确的进行早期溢流检测，但对井眼压力的控制水平较弱；加压泥浆帽钻井技术会浪费大量钻井液并且对地层条件有限制；双梯度钻井技术主要应用于海上，能比较好的解决问题；当量循环密度降低工具使用效果并不明显。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种能精确自动控制井眼环空压力剖面的压力控制系统，能够满足控压钻井的不同工况，实现在静态和动态条件下均保持井底压力的相对稳定，能有效控制地层流体侵入井筒，减少井涌、井漏、卡钻等多种钻井复杂情况的发生，并具有控压精度高、安全可靠、性能良好、自动化程度高的特点。

本实用新型采用的技术方案是：钻井环空压力精细控制系统，主要由旋转控制头、自动控制节流管汇、回压泵、质量流量计、井底压力随钻测量仪、压力传感器、四相分离器、上位计算机、控制器、数据采集系统组成；其特征在于：四通连接三条管线并分成三路管线，第一路管线连接第一气控平板阀和第一压力传感器后与旋转控制头出口端连接；第二路管线依次连接有第二气控平板阀、四通、井控节流管汇和四相分离器，四相分离器通过排液管线与泥浆池连接。在第二路管线的四通上接有管线，该管线与井口钻井四通相连；第三路管线又分为两个支路，第一支路依次连接有第二压力传感器、自动控制节流管汇、第四压力传感器、第二质量流量计、振动筛，振动筛通过筛后排液管与泥浆池连接；第二支路依次连接有压力传感器、气控平板阀、第三压力传感器、回压泵、第一质量流量计和灌注泵，灌注泵的进液端通过回压泵进液管线与泥浆池相连；在第一支路中的第二质量流量计与振动筛之间的四通上有管线与四相分离器相连；钻井泵进液端通过钻井泵进液管线与泥浆池连接，钻井泵排液端通过管线与水龙带相连；井底压力随钻测量仪连接在钻头的上方；全部压力传感器通过信号传输电缆与数据采集系统相连，数据采集系统通过总线与控制器连接，控制器通过数据总线与上位计算机连接。上位计算机采用标准工业用控制计算机，计算机中有完善的控制软件，可显示控压钻井所有参数，操作人员可通过软件实现对压力控制系统的操作。

所述的自动控制节流管汇主要由气控平板阀、液控节流阀和手动平板阀组成。自动控制节流管汇有四条主要通路，第一条通路是由入口端相连的第一手动平板阀和管线组成；在第一手动平板阀进口端管线上，通过四通又分出第二条通路和第三条通路，其中第二条通路依次连接有第四气控平板阀、第一液控节流阀和第二手动平板阀，第二手动平板阀与第一条通路出口管线连接；第三条通路依次连接有第五气控平板阀、第二液控节流阀和第三手动平板阀，第三手动平板阀与第一条通路出口管线连接；第四条通路连接有第三气控平板阀和第三液控节流阀，第三液控节流阀与第一条通路出口管线连接。