[发明专利]欠平衡钻井井底压力自动控制装置及其使用方法

权利要求书

1.一种欠平衡钻井井底压力自动控制装置，其特征在于包括数据采集单元、逻辑判断控制单元和执行单元，其中，

数据采集单元包括随钻压力传感器和井口回压传感器，随钻压力传感器用于采集欠平衡钻井作业时的环空井底压力,并将采集到的环空井底压力传输给逻辑判断控制单元；井口回压传感器用于采集井口回压，并将采集到的井口回压传输给逻辑判断控制单元，随钻压力传感器的信号输出端与逻辑判断控制单元的第一信号输入端通过导线电连接在一起，井口回压传感器的信号输出端与逻辑判断控制单元的第二信号输入端通过导线电连接在一起；

执行单元包括第一闸板阀、第二闸板阀、第一节流阀、第二节流阀和回压泵，第一闸板阀、回压泵和第一节流阀串联形成第一支路，第一闸板阀与井口连接，回压泵的输出口分别与第一闸板阀和第一节流阀连接；第二闸板阀、第二节流阀串联形成第二支路，第二支路与第一支路并联，第二闸板阀与井口连接，逻辑判断控制单元的第一信号输出端与第一闸板阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第二信号输出端与第二闸板阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第三信号输出端与第一节流阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第四信号输出端与第二节流阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第五信号输出端与回压泵的信号输入端通过导线电连接在一起。

2.根据权利要求1所述的欠平衡钻井井底压力自动控制装置，其特征在于执行单元还包括备用阀组，备用阀组包括第三闸板阀和第三节流阀，逻辑判断控制单元的第六信号输出端与第三闸板阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第七信号输出端与第三节流阀的信号输入端通过导线电连接在一起，第三闸板阀和第三节流阀串联形成第三支路，第三支路、第二支路、第一支路并联。

3.一种如权利要求1所述的欠平衡钻井井底压力自动控制装置的使用方法，其特征在于包括：

步骤1，根据井身结构、钻具组合、钻井液性能以及邻井的地层孔隙压力、破裂压力、坍塌压力设定井底目标压力值和井口回压目标值；

步骤2，通过随钻压力传感器采集环空井底压力，通过井口回压传感器采集井口回压；

步骤3，启泵：钻井液排量梯度式增加，当井口回压传感器采集到的井口回压大于设定的井口回压目标值时，通过逻辑判断控制单元开大第一节流阀的开度，待钻井泵达到第一预定排量后（此处的第一预定排量不太清楚，请提供范围，比如达到总排量的百分之几至百分之几），通过逻辑判断控制单元开启第二闸板阀，待井口回压平衡后，通过逻辑判断控制单元关闭第一闸板阀，当钻井泵达到第二预定排量时（此处的第二预定排量不太清楚，请提供范围，比如达到总排量的百分之几至百分之几）进行正常钻进；

步骤4，钻进：当随钻压力传感器采集到的环空井底压力小于井底目标压力值时，通过逻辑判断控制单元关小第二节流阀的开度或/和开启回压泵进行压力补偿；当随钻压力传感器采集到的环空井底压力大于井底目标压力值时，通过逻辑判断控制单元开大第二节流阀的开度，钻井完成后停泵；

步骤5，停泵：钻井液排量梯度式减小，当井口回压传感器采集到的井口回压小于设定的井口回压目标值时，通过逻辑判断控制单元关小第二节流阀的开度；然后通过逻辑判断控制单元开启第一节流阀，然后通过逻辑判断控制单元开启回压泵进行循环，待第一闸板阀两侧的压力平衡后，通过逻辑判断控制单元开启第一闸板阀，并通过逻辑判断控制单元逐步关闭第二节流阀，最后通过逻辑判断控制单元关闭第二闸板阀，完成停泵。

4.一种如权利要求2所述的欠平衡钻井井底压力自动控制装置的使用方法，其特征在于包括：

步骤1，根据井身结构、钻具组合、钻井液性能以及邻井的地层孔隙压力、破裂压力、坍塌压力设定井底目标压力值和井口回压目标值；

步骤2，通过随钻压力传感器采集环空井底压力，通过井口回压传感器采集井口回压；

步骤3，当第二节流阀出现故障时，通过逻辑判断控制单元关闭第二闸板阀，并启用备用阀组；

启泵：钻井液排量梯度式增加，当井口回压传感器采集到的井口回压大于设定的井口回压目标值时，通过逻辑判断控制单元开大第一节流阀的开度，待钻井泵达到第一预定排量后，通过逻辑判断控制单元开启第三闸板阀，待井口回压平衡后，通过逻辑判断控制单元关闭第一闸板阀，当钻井泵达到第二预定排量时进行正常钻进；

步骤4，钻进：当随钻压力传感器采集到的环空井底压力小于井底目标压力值时，通过逻辑判断控制单元关小第三节流阀的开度或/和开启回压泵进行压力补偿；当随钻压力传感器采集到的环空井底压力大于井底目标压力值时，通过逻辑判断控制单元开大第三节流阀的开度，钻井完成后停泵；

步骤5，停泵：钻井液排量梯度式减小，当井口回压传感器采集到的井口回压小于设定的井口回压目标值时，通过逻辑判断控制单元关小第三节流阀的开度；然后通过逻辑判断控制单元开启第一节流阀，然后通过逻辑判断控制单元开启回压泵进行循环，待第一闸板阀两侧的压力平衡后，通过逻辑判断控制单元开启第一闸板阀，并通过逻辑判断控制单元逐步关闭第三节流阀，最后通过逻辑判断控制单元关闭第三闸板阀，完成停泵。