[发明专利]精细控压钻井立管流量分流控制装置及其回压补偿方法

说明书

本发明涉及钻井控压技术领域，是一种精细控压钻井立管流量分流控制装置及其回压补偿方法，该装置包括主管和角位移传感器；在主管上依次串接有第一闸阀、第一闸板阀、第二闸阀和流量计，在第一闸阀和第一闸板阀之间的主管上连通有分流管，在分流管上依次串接有第二闸板阀、节流阀和第三闸阀，节流阀与角位移传感器连通。本发明能够在控压钻井中做到进入井筒排量逐渐增加/减少,以便分流管有足够的时间来补偿因停/开泵造成的井底压力变化，这样，即使停泵或开泵，也能够有效避免钻井泵的泵冲数突然增大或降低，有效避免井口环空循环压耗波动过大进而造成井底压力波动，保证井底压力在机械泵停/开泵过程中保持稳定。

技术领域

本发明涉及钻井控压技术领域，是一种精细控压钻井立管流量分流控制装置和一种精细控压钻井立管分流回压补偿方法。

背景技术

窄密度窗口的钻井往往存在开泵漏、停泵喷的问题；为解决此问题引入控压钻井技术，即MPD（Managed Pressure Drilling）。其主要技术特点是：将工具与工艺相结合，通过预先控制环空压力剖面，可以减少窄安全密度窗口钻井相关的风险和投资；可以对回压、流体密度、流体流变性、环空液面、循环摩擦力和井眼几何尺寸进行综合分析并加以控制。控压钻井可观察井筒压力变化，能够动态控制环空压力，更经济地完成其他技术不可能完成的钻井作业。

控压钻井过程中，井底压力表达式：Ph=Pm+Pa+Pc，其中Ph井底压力，Pm为环空液柱压力，Pc为井口套压。

控压钻井的目标是：保持整个钻井过程中井筒压力处于预先设定好的目标范围之内，要实现钻井过程中井底压力的恒定，就要计算好钻井各个工序中井口套压值。

一般机械泵停泵过程为直接将泵冲数降为0，导致环空循环压耗短时间降低至0，以至于，从而造成井底压力波动，开泵过程与停泵相反，同样也将造成井底压力波动。

发明内容

本发明提供了一种精细控压钻井立管流量分流控制装置和一种使用精细控压钻井立管流量分流控制装置实现的精细控压钻井立管分流回压补偿方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决目前控压钻井机械泵停/开泵泵冲数突然降低/增大易造成井底压力波动的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种精细控压钻井立管流量分流控制装置，包括主管和角位移传感器；在主管上依次串接有第一闸阀、第一闸板阀、第二闸阀和流量计，在第一闸阀和第一闸板阀之间的主管上连通有分流管，在顺着流体走向的分流管上依次串接有第二闸板阀、节流阀和第三闸阀，节流阀的信号输出端与角位移传感器的信号输入端连通。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述在第一闸阀之前的主管与流量计之后的主管之间连通有旁通管，在旁通管上串接有第四闸阀。

上述在顺着流体走向的第四闸阀之后的旁通管上连通有泄压管，在泄压管上串接有第五闸阀。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种使用精细控压钻井立管流量分流控制装置实现的精细控压钻井立管分流回压补偿方法，还包括控制模块，角位移传感器的信号输出端与控制模块中的角位移传感器的信号输入端连通，节流阀的信号输入端与控制模块中的节流阀信号输出端连通，以下为分别为开泵过程、钻井过程和停泵过程的操作方法：

开泵过程中，首先，节流阀处于全开、第一闸阀、第二闸板阀和第三闸阀为全开，第一闸板阀、第二闸阀、第四闸阀、第五闸阀为全关，先打开第一闸板阀和第二闸阀，角位移传感器实时采集节流阀的面积开度，并将数据传输给控制模块，控制模块将角位移传感器采集到的节流阀的面积开度与立管过流面积进行运算分析，得出节流阀面积开度与立管过流面积之间的比值，控制模块向节流阀发出开关节流阀的指令并向节流阀输出电控信号，缓慢关闭节流阀，控制节流阀开启度，逐步减小节流阀的面积开度与立管过流面积的比值，直至完全关闭节流阀后关闭第三闸阀；