[发明专利]煤层气水平分支井分流自动控制系统及工艺

说明书

技术领域

本发明涉及煤层气水平分支井开采及其自动化技术领域，特别是一种用于降低煤层气水平分支井井筒内压力波动的煤层气水平分支井分流自动控制系统及工艺。

背景技术

煤层气作为一种优质高效清洁能源，其开发利用前景广阔，制约煤层气大规模开发利用的主要原因是煤层气井单井产量低、成本高，利用水平分支井进行煤层气开发是解决这一问题的重要技术手段，它能在较低成本基础上获得高产量，达到工业开发的要求。但是采用水平井钻煤层也对钻井工程技术提出了更高的挑战，其中最迫切需要解决的两个问题是煤层气水平分支井井壁稳定及井漏。由于煤岩割理、裂隙发育，岩石脆度大、强度低，使得煤层在斜井段或水平井段井壁极不稳定，容易垮塌，而煤层气水平井钻井过程中的压力扰动又使得煤层井壁垮塌问题进一步加剧。

1、现有的煤层气水平分支井钻井工艺包括接单根、起钻、下钻过程，不仅会引起井筒内较大的压力波动，使煤层长期处于加载-卸载-加载的循环应力状态，导致煤岩发生疲劳破坏，而且这些过程需要频繁的开关泵，开泵瞬间的水击压力也会加剧煤层的垮塌。

2、在煤层气水平分支井注气欠平衡钻井的接单根过程中，需要关闭泥浆泵并停止向井筒内注气，接单根结束后，再打开泥浆泵，同时恢复注气，这一过程导致气液两相混合不均匀，使得井筒内出现压力波动；

3、在常规的煤层气水平分支井钻井工艺中，为了提高大斜度井段钻井液的携岩效率，使岩屑顺利通过大斜度井段，常加大钻井液排量，但在高排量作用下，钻井液会对井壁形成较大冲蚀，造成井壁垮塌，掩埋钻具等井下事故。

因此井壁稳定问题既是煤层气水平井或多分支井钻井的主要风险之一，也是亟待攻克的主要技术瓶颈。

在传统的煤层气水平分支井钻井工艺中，通常采用延长开关泵时间的方式减小由于开关泵产生的水击压力；通过合理控制起下钻速度，减小起钻时井筒内产生的抽吸压力，下钻时产生的激动压力，最终达到减小井筒内压力波动的目的。这种传统的工艺方法，虽然能够在一定的程度上减小井筒内压力波动情况，但在实践中仍然无法保持井壁稳定。因此控制煤层气钻井过程中压力在较小范围波动将有助于解决煤层气井壁失稳问题。

申请号为201010246028.5的中国专利，对现有钻井工艺进行了改进，即在煤层气水平分支井注气欠平衡的接单根工艺过程中，使钻井液从直井泵入水平分支井筒内，无需停止泥浆泵。这样虽然能够及时携岩，保证井筒内清洁，但是无法有效减小井筒内的压力波动，以及钻井液对井壁的冲蚀作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，充分利用排采直井，提供一种煤层气水平分支井分流自动控制系统及工艺，能有效地解决现有煤层气水平分支井钻井中出现的井下压力波动大，携岩效率低，冲蚀井壁的技术问题，避免发生井眼垮塌甚至井漏等井下事故。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

煤层气水平分支井分流自动控制系统，包含所述水平分支井的主井眼还包括用于排采的直井，水平分支井主井眼井口装置设有旋转控制头和全封闸板防喷器，直井还连接有泥浆泵、泥浆池和空压机，所述的煤层气水平分支井分流自动控制系统包括地面管汇结构与自动控制系统。

所述的地面管汇结构包括第一泥浆输入管线、第二泥浆输入管线、泥浆返出管线、辅助泥浆返出管线和注气管线，第一泥浆输入管线从泥浆泵连接至煤层气水平分支井主井眼，其上装有流量计和平板阀d；第二泥浆输入管线从泥浆泵连接至注气管线，管线上装有平板阀c和分流阀；泥浆返出管线从旋转控制头下的四通接出连接至泥浆池，从旋转控制头下的四通至泥浆池的方向上依次装有平板阀a、压力传感器、节流阀、振动筛、平板阀g和气液分离器；辅助泥浆返出管线从井口四通接出与管线相连接，其上装有平板阀b；注气管线从空压机连接至直井井口，其沿从空压机至直井井口的方向上依次装有平板阀f、增压机、平板阀e、混气装置和压力表。

所述的控制系统包括现场传感器、数据采集板卡、现场总线、工业控制计算机、主服务器、可编程逻辑控制器PLC和电动执行机构，现场传感器与数据采集板卡连接，数据采集板卡通过现场总线与工业控制计算机输入端连接，主服务器与工业控制计算机的输入端相连，工业控制计算机的输出端与可编程逻辑控制器PLC的输入端连接，可编程逻辑控制器PLC的输出端连接电动执行机构，电动执行机构与节流阀、分流阀和平板阀连接，主服务器还连接有录井数据系统和水平分支井随钻监测系统。