一種鑽井控壓系統的製作方法

2023-11-10 10:47:57 7

一種鑽井控壓系統的製作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及石油鑽探技術領域，具體涉及一種鑽井控壓系統。
【背景技術】
[0002]控壓鑽井技術是近年來形成的一項鑽井新技術，主要用於保護油氣層等地下資源、防止鑽進中的井漏、保證鑽井安全以及加快鑽井速度。但目前形成的控壓鑽井方法，主要是「井底恆壓」控制方法和「微流量控制」控制方法，不能將井底壓力與地層壓力聯繫起來進行考慮和控制，不能實現二者的實時平衡，不能實現「零壓力窗口」地層的鑽井。並且配套裝備複雜、控制要求高、現場實施難度大，具有很大局限性。石油鑽探技術2011年第39卷第4期，在第7-12頁介紹了《PCDS-1精細控壓鑽井系統研製與現場試驗》。文中介紹了 PCDS-1系統的研製與現場試驗情況，也介紹了國外控壓鑽井技術，包括Schlumberger公司的DAPC系統、Hal Ii burton公司的MPD系統和Weatherford公司的MFC系統。Schlumberger 公司的DAPC系統採用「井底恆壓」控壓方式，節流管匯、回壓慄、水力學模型和綜合壓力控制器協同工作，提供不間斷的精確壓力控制，使井底壓力保持在允許範圍內。本方法強調自動調節回壓和動態控制，以保持井底壓力穩定。Hal I iburton公司的MPD系統採用「井底恆壓」控壓方式，其與DAPC的功能類似，並具備微流量監測控制功能，其優勢是自動化、反應迅速、控制精度高，井口回壓自動控制精度達到0.SSMPa13PCDS-1精細控壓鑽井系統，採用「井底恆壓」控制方式，主要由自動節流系統、回壓慄系統、液氣控制系統、自動控制系統和控制中心等部分組成。在控壓鑽井試驗中，鑽進中井口回壓值誤差不大於設定值0.2MPa，起下鑽工況誤差在0.5MPa以內。該種控制方式存在四個方面的問題:一是控制目的為「井底恆壓」，即pb = pma+pla+pax(pb為井底壓力，pma為環形空間靜液壓力，pla為循環時環空壓耗，pax為井口回壓)，沒有考慮井底壓力與地層壓力的平衡。在實施中，即使按設定的井底壓力值精確控壓，對窄壓力窗口或無壓力窗口地層，也會因兩個壓力存在差值而無法達到「不湧不漏」狀態；二是對於井底壓力的計算，受循環壓耗、抽吸壓力、激動壓力以及鑽井液性能等因素影響，難以計算準確;三是需要增加井底測壓裝置、回壓慄、綜合壓力控制器以及水力學模型等，配套複雜，控制難度大；四是現場實施需要專業隊伍，推廣難度大。Weatherford公司的MFC系統採用「微流量控制」控壓方式，通過實時監測進出□鑽井液的微小壓力、質量流量、當量循環密度和流速等參數快速改變井口回壓，以滿足鑽井工藝要求。該方式強調微流量監測控制，即在溢流小於80L時即可檢測出來並在2min內對其進行控制，使總溢流體積小於800L。該控制方式控制的是溢流，只要既沒有溢流、也沒有漏失就能達到安全鑽井狀態，更適應控壓鑽井要求。但該控壓方式存在裝置和儀器配套複雜、實施工藝複雜的問題，推廣應用難度大。

【發明內容】

[0003]本發明的目的主要是為了解決上述技術問題，而提供一種鑽井控壓系統。
[0004]本發明包括鑽井裝置、井口裝置、鑽井液循環系統和鑽井控壓模塊，所述鑽井裝置包括鑽杆機架和鑽杆機構，所述鑽杆機構通過鑽杆機架架設在井口，所述井口裝置包括井口安全基座、井口四通、井口防噴器和井口出漿管，所述井口安全基座安裝在井口，井口安全基座為圓環狀，井口安全基座上設有鑽井液循環出口，所述井口四通密封安裝在井口安全基座的中心孔處，所述井口防噴器安裝在井口四通的底部，所述井口出漿管通過出漿電磁閥與井口四通的頂部出口相通，所述鑽井液循環系統包括高壓注漿慄、高壓注漿管、高壓漿電磁閥、循環鑽井液出液電磁閥、循環鑽井液出液管、加熱式氣液分離器、鑽井液濾渣器和鑽井液配液罐，所述高壓注漿慄通過高壓注漿管和高壓漿電磁閥與鑽杆機構的內管相通，所述循環鑽井液出液管通過循環鑽井液出液電磁閥與井口安全基座上的鑽井液循環出口相通，循環鑽井液出液管與加熱式氣液分離器的進液口相通，所述加熱式氣液分離器的出液口與鑽井液濾渣器的進液口相通，所述鑽井液配液罐的進液口與鑽井液濾渣器的出液口相通，所述鑽井液配液罐的出液口與高壓注漿慄的進液口相通，所述鑽井控壓模塊包括井下壓力監控傳感器模塊、無線傳輸模塊、模擬量輸入模塊、PLC控制器和開關量輸出模塊，所述井下壓力監控傳感器模塊包括鑽杆第一壓力傳感器、鑽杆第二壓力傳感器、鑽杆第三壓力傳感器和循環鑽井液壓力傳感器，所述第一壓力傳感器安裝在鑽杆機構的鑽頭上，所述鑽杆第二壓力傳感器安裝在鑽杆機構的鑽杆中部處，所述鑽杆第三壓力傳感器安裝在鑽杆機構的鑽杆內壁上，所述循環鑽井液壓力傳感器安裝在井口安全基座的底面上，所述鑽杆第一壓力傳感器、鑽杆第二壓力傳感器、鑽杆第三壓力傳感器和循環鑽井液壓力傳感器分別通過模擬量輸入模塊和無線傳輸模塊與PLC控制器無線通訊相連，所述PLC控制器通過開關量輸出模塊分別控制井口防噴器的閥門、尚壓楽電磁閥和循環鑽井液出液電磁閥的開啟和關閉。
[0005]所述井口防噴器是環形井口防噴器。
[0006]還有中控系統，所述中控系統由中央控制計算機、中控大屏幕和聲光報警器，所述中央控制計算機與PLC控制器通訊相連，所述中控大屏幕與中央控制計算機通訊相連，所述中央控制計算機控制聲光報警器的開啟和關閉。
[0007]所述無線傳輸模塊是藍牙模塊、WIFI無線通信模塊、3G無線通信模塊、4G無線通信模塊或Zigbee無線通信模塊。
[0008]本發明優點是:本發明系統結構結設計合理，操作簡捷，能夠對油氣井下的鑽井壓力進行實時量化監控，並通過程序對各個電磁閥門進行控制，以應對井下壓力變化帶來的各種不穩定因素，大大提高鑽井安全性，具有很好的實用價值。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明結構示意圖。
[0010]圖中:1、鑽杆機架;2、鑽杆機構；3、井口安全基座;4、井口四通;5、井口防噴器;6、井口出漿管;7、高壓注漿慄;8、高壓注漿管;9、高壓漿電磁閥；10、循環鑽井液出液電磁閥；U、循環鑽井液出液管；12、加熱式氣液分離器;13、鑽井液濾渣器;14、鑽井液配液罐；15、無線傳輸模塊;16、模擬量輸入模塊；17、PLC控制器;18、開關量輸出模塊;19、鑽杆第一壓力傳感器;20、鑽杆第二壓力傳感器;21、鑽杆第三壓力傳感器;22、循環鑽井液壓力傳感器;23、中央控制計算機;24、中控大屏幕;25、聲光報警器。
【具體實施方式】
[0011 ]下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0012]如圖1所示，本發明包括鑽井裝置、井口裝置、鑽井液循環系統和鑽井控壓模塊，所述鑽井裝置包括鑽杆機架I和鑽杆機構2，所述鑽杆機構2通過鑽杆機架I架設在井口，所述井口裝置包括井口安全基座3、井口四通4、井口防噴器5和井口出漿管6，所述井口安全基座3安裝在井口，井口安全基座3為圓環狀，井口安全基座3上設有鑽井液循環出口，所述井口四通4密封安裝在井口安全基座3的中心孔處，所述井口防噴器5安裝在井口四通4的底部，所述井口出漿管6通過出漿電磁閥與井口四通4的頂部出口相通，所述鑽井液循環系統包括高壓注漿慄7、高壓注漿管8、高壓漿電磁閥9、循環鑽井液出液電磁閥10、循環鑽井液出液管U、加熱式氣液分離器12、鑽井液濾渣器13和鑽井液配液罐14，所述高壓注漿慄7通過高壓注漿管8和高壓漿電磁閥9與鑽杆機構的內管相通，所述循環鑽井液出液管11通過循環鑽井液出液電磁閥10與井口安全基座3上的鑽井液循環出口相通，循環鑽井液出液管11與加熱式氣液分離器12的進液口相通，所述加熱式氣液分離器12的出液口與鑽井液濾渣器13的進液口相通，所述鑽井液配液罐14的進液口與鑽井液濾渣器13的出液口相通，所述鑽井液配液罐14的出液口與高壓注漿慄7的進液口相通，所述鑽井控壓模塊包括井下壓力監控傳感器模塊、無線傳輸模塊15、模擬量輸入模塊16、PLC控制器17和開關量輸出模塊18，所述井下壓力監控傳感器模塊包括鑽杆第一壓力傳感器19、鑽杆第二壓力傳感器20、鑽杆第三壓力傳感器21和循環鑽井液壓力傳感器22，所述第一壓力傳感器19安裝在鑽杆機構2的鑽頭上，所述鑽杆第二壓力傳感器20安裝在鑽杆機構2的鑽杆中部處，所述鑽杆第三壓力傳感器21安裝在鑽杆機構2的鑽杆內壁上，所述循環鑽井液壓力傳感器22安裝在井口安全基座3的底面上，所述鑽杆第一壓力傳感器19、鑽杆第二壓力傳感器20、鑽杆第三壓力傳感器21和循環鑽井液壓力傳感器22分別通過模擬量輸入模塊16和無線傳輸模塊15與PLC控制器17無線通訊相連，所述PLC控制器17通過開關量輸出模塊18分別控制井口防噴器5的閥門、高壓漿電磁閥9和循環鑽井液出液電磁閥10的開啟和關閉。
[0013]所述井口防噴器5是環形井口防噴器。
[0014]還有中控系統，所述中控系統由中央控制計算機23、中控大屏幕24和聲光報警器25，所述中央控制計算機23與PLC控制器17通訊相連，所述中控大屏幕24與中央控制計算機23通訊相連，所述中央控制計算機23控制聲光報警器25的開啟和關閉。
[0015]所述無線傳輸模塊15是藍牙模塊、WIFI無線通信模塊、3G無線通信模塊、4G無線通信模塊或Zigbee無線通信模塊。
[0016]工作方式及原理:正常鑽井時，鑽井液配液罐按照設定鑽井液配比配製鑽井液，並通過高壓注漿慄和高壓注漿管向鑽杆機構的內管注入高壓鑽井液，高壓鑽井液向下不斷擠壓，不斷的將礦渣、泥漿等雜質從鑽杆外帶出，依次通過井口防噴器、井口四通和井口出漿管通入到循環鑽井液出液管，後在進入到加熱式氣液分離器，通過加熱的方式使氣液分離，分離後，帶有雜質的鑽井液進入到鑽井液濾渣，將雜質過濾掉後，回流到鑽井液配液罐，完成鑽井液的循環;井下壓力監控傳感器模塊設有鑽杆第一壓力傳感器、鑽杆第二壓力傳感器、鑽杆第三壓力傳感器和循環鑽井液壓力傳感器，鑽杆第一壓力傳感器、鑽杆第二壓力傳感器和鑽杆第三壓力傳感器分別實時監測鑽杆各個部位，也就是井下各個深度的鑽井液的壓力值，循環鑽井液壓力傳感器監控循環鑽井液向上衝擊力，這些監控的值，實時通過無線傳輸模塊實時發送給PLC控制器，並最終傳輸給中央控制計算機，中央控制計算機通過不斷變化的壓力值來判定井下的壓力情況，並根據壓力情況來對井口防噴器5的閥門、高壓漿電磁閥9和循環鑽井液出液電磁閥10發出開啟或關閉指令，來對井下壓力進行調控。當井下壓力傳感器監測到井下壓力異常，有井噴或者井漏風險時，中央控制計算機控聲光報警器報警，這時工作人員需要進行緊急處置，避免出現更大損失。
【主權項】
1.一種鑽井控壓系統，其特徵在於它包括鑽井裝置、井口裝置、鑽井液循環系統和鑽井控壓模塊，所述鑽井裝置包括鑽杆機架(I)和鑽杆機構(2)，所述鑽杆機構(2)通過鑽杆機架(I)架設在井口，所述井口裝置包括井口安全基座(3)、井口四通(4)、井口防噴器(5)和井口出漿管(6)，所述井口安全基座(3)安裝在井口，井口安全基座(3)為圓環狀，井口安全基座(3)上設有鑽井液循環出口，所述井口四通(4)密封安裝在井口安全基座(3)的中心孔處，所述井口防噴器(5)安裝在井口四通(4)的底部，所述井口出漿管(6)通過出漿電磁閥與井口四通(4)的頂部出口相通，所述鑽井液循環系統包括高壓注漿慄(7)、高壓注漿管(8)、高壓漿電磁閥(9)、循環鑽井液出液電磁閥(10)、循環鑽井液出液管(11)、加熱式氣液分離器(12)、鑽井液濾渣器(13)和鑽井液配液罐(14)，所述高壓注漿慄(7)通過高壓注漿管(8)和高壓漿電磁閥(9)與鑽杆機構的內管相通，所述循環鑽井液出液管(11)通過循環鑽井液出液電磁閥(1)與井口安全基座(3)上的鑽井液循環出口相通，循環鑽井液出液管(11)與加熱式氣液分離器(12)的進液口相通，所述加熱式氣液分離器(12)的出液口與鑽井液濾渣器(13)的進液口相通，所述鑽井液配液罐(I4)的進液口與鑽井液濾渣器(13)的出液口相通，所述鑽井液配液罐(14)的出液口與高壓注漿慄(7)的進液口相通，所述鑽井控壓模塊包括井下壓力監控傳感器模塊、無線傳輸模塊(15)、模擬量輸入模塊(16)、PLC控制器(17)和開關量輸出模塊(18)，所述井下壓力監控傳感器模塊包括鑽杆第一壓力傳感器(19)、鑽杆第二壓力傳感器(20)、鑽杆第三壓力傳感器(21)和循環鑽井液壓力傳感器(22)，所述第一壓力傳感器(19)安裝在鑽杆機構(2)的鑽頭上，所述鑽杆第二壓力傳感器(20)安裝在鑽杆機構(2)的鑽杆中部處，所述鑽杆第三壓力傳感器(21)安裝在鑽杆機構(2)的鑽杆內壁上，所述循環鑽井液壓力傳感器(22)安裝在井口安全基座(3)的底面上，所述鑽杆第一壓力傳感器(19)、鑽杆第二壓力傳感器(20)、鑽杆第三壓力傳感器(21)和循環鑽井液壓力傳感器(22)分別通過模擬量輸入模塊(16)和無線傳輸模塊(15)與PLC控制器(17)無線通訊相連，所述PLC控制器(17)通過開關量輸出模塊(18)分別控制井口防噴器(5)的閥門、高壓漿電磁閥(9)和循環鑽井液出液電磁閥(10)的開啟和關閉。2.根據權利要求1所述的一種鑽井控壓系統，其特徵在於所述井口防噴器(5)是環形井口防噴器。3.根據權利要求1所述的一種鑽井控壓系統，其特徵在於還有中控系統，所述中控系統由中央控制計算機(23)、中控大屏幕(24)和聲光報警器(25)，所述中央控制計算機(23)與PLC控制器(17)通訊相連，所述中控大屏幕(24)與中央控制計算機(23)通訊相連，所述中央控制計算機(23)控制聲光報警器(25)的開啟和關閉。4.根據權利要求1所述的一種鑽井控壓系統，其特徵在於所述無線傳輸模塊(15)是藍牙模塊、WIFI無線通信模塊、3G無線通信模塊、4G無線通信模塊或Zigbee無線通信模塊。
【專利摘要】一種鑽井控壓系統，涉及石油鑽探技術領域，它包括鑽井裝置、井口裝置、鑽井液循環系統和鑽井控壓模塊，所述鑽井裝置包括鑽杆機架(1)和鑽杆機構(2)，所述鑽杆機構(2)通過鑽杆機架(1)架設在井口，所述井口裝置包括井口安全基座(3)、井口四通(4)、井口防噴器(5)和井口出漿管(6)，所述井口安全基座(3)安裝在井口，井口安全基座(3)為圓環狀，井口安全基座(3)上設有鑽井液循環出口；本發明系統結構結設計合理，操作簡捷，能夠對油氣井下的鑽井壓力進行實時量化監控，並通過程序對各個電磁閥門進行控制，以應對井下壓力變化帶來的各種不穩定因素，大大提高鑽井安全性，具有很好的實用價值。
【IPC分類】E21B21/08
【公開號】CN105715220
【申請號】CN201610039793
【發明人】鄭雙進
【申請人】長江大學