一種鉆井控壓系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及石油鉆探技術領域，具體涉及一種鉆井控壓系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]控壓鉆井技術是近年來形成的一項鉆井新技術，主要用于保護油氣層等地下資源、防止鉆進中的井漏、保證鉆井安全以及加快鉆井速度。但目前形成的控壓鉆井方法，主要是“井底恒壓”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(lián)系起來進行考慮和控制，不能實現(xiàn)二者的實時平衡，不能實現(xiàn)“零壓力窗口”地層的鉆井。并且配套裝備復雜、控制要求高、現(xiàn)場實施難度大，具有很大局限性。石油鉆探技術2011年第39卷第4期，在第7-12頁介紹了《PCDS-1精細控壓鉆井系統(tǒng)研制與現(xiàn)場試驗》。文中介紹了 PCDS-1系統(tǒng)的研制與現(xiàn)場試驗情況，也介紹了國外控壓鉆井技術，包括Schlumberger公司的DAPC系統(tǒng)、Hal Ii burton公司的MPD系統(tǒng)和Weatherford公司的MFC系統(tǒng)。Schlumberger 公司的DAPC系統(tǒng)采用“井底恒壓”控壓方式，節(jié)流管匯、回壓栗、水力學模型和綜合壓力控制器協(xié)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范圍內(nèi)。本方法強調(diào)自動調(diào)節(jié)回壓和動態(tài)控制，以保持井底壓力穩(wěn)定。Hal I iburton公司的MPD系統(tǒng)采用“井底恒壓”控壓方式，其與DAPC的功能類似，并具備微流量監(jiān)測控制功能，其優(yōu)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精細控壓鉆井系統(tǒng)，采用“井底恒壓”控制方式，主要由自動節(jié)流系統(tǒng)、回壓栗系統(tǒng)、液氣控制系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)和控制中心等部分組成。在控壓鉆井試驗中，鉆進中井口回壓值誤差不大于設定值0.2MPa，起下鉆工況誤差在0.5MPa以內(nèi)。該種控制方式存在四個方面的問題:一是控制目的為“井底恒壓”，即pb = pma+pla+pax(pb為井底壓力，pma為環(huán)形空間靜液壓力，pla為循環(huán)時環(huán)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“不涌不漏”狀態(tài)；二是對于井底壓力的計算，受循環(huán)壓耗、抽吸壓力、激動壓力以及鉆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、回壓栗、綜合壓力控制器以及水力學模型等，配套復雜，控制難度大；四是現(xiàn)場實施需要專業(yè)隊伍，推廣難度大。Weatherford公司的MFC系統(tǒng)采用“微流量控制”控壓方式，通過實時監(jiān)測進出□鉆井液的微小壓力、質(zhì)量流量、當量循環(huán)密度和流速等參數(shù)快速改變井口回壓，以滿足鉆井工藝要求。該方式強調(diào)微流量監(jiān)測控制，即在溢流小于80L時即可檢測出來并在2min內(nèi)對其進行控制，使總溢流體積小于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鉆井狀態(tài)，更適應控壓鉆井要求。但該控壓方式存在裝置和儀器配套復雜、實施工藝復雜的問題，推廣應用難度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的主要是為了解決上述技術問題，而提供一種鉆井控壓系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明包括鉆井裝置、井口裝置、鉆井液循環(huán)系統(tǒng)和鉆井控壓模塊，所述鉆井裝置包括鉆桿機架和鉆桿機構，所述鉆桿機構通過鉆桿機架架設在井口，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(huán)狀，井口安全基座上設有鉆井液循環(huán)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，所述鉆井液循環(huán)系統(tǒng)包括高壓注漿栗、高壓注漿管、高壓漿電磁閥、循環(huán)鉆井液出液電磁閥、循環(huán)鉆井液出液管、加熱式氣液分離器、鉆井液濾渣器和鉆井液配液罐，所述高壓注漿栗通過高壓注漿管和高壓漿電磁閥與鉆桿機構的內(nèi)管相通，所述循環(huán)鉆井液出液管通過循環(huán)鉆井液出液電磁閥與井口安全基座上的鉆井液循環(huán)出口相通，循環(huán)鉆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鉆井液濾渣器的進液口相通，所述鉆井液配液罐的進液口與鉆井液濾渣器的出液口相通，所述鉆井液配液罐的出液口與高壓注漿栗的進液口相通，所述鉆井控壓模塊包括井下壓力監(jiān)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(jiān)控傳感器模塊包括鉆桿第一壓力傳感器、鉆桿第二壓力傳感器、鉆桿第三壓力傳感器和循環(huán)鉆井液壓力傳感器，所述第一壓力傳感器安裝在鉆桿機構的鉆頭上，所述鉆桿第二壓力傳感器安裝在鉆桿機構的鉆桿中部處，所述鉆桿第三壓力傳感器安裝在鉆桿機構的鉆桿內(nèi)壁上，所述循環(huán)鉆井液壓力傳感器安裝在井口安全基座的底面上，所述鉆桿第一壓力傳感器、鉆桿第二壓力傳感器、鉆桿第三壓力傳感器和循環(huán)鉆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(huán)鉆井液出液電磁閥的開啟和關閉。
[0005]所述井口防噴器是環(huán)形井口防噴器。
[0006]還有中控系統(tǒng)，所述中控系統(tǒng)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(fā)明優(yōu)點是:本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構結(jié)設計合理，操作簡捷，能夠?qū)τ蜌饩碌你@井壓力進行實時量化監(jiān)控，并通過程序?qū)Ω鱾€電磁閥門進行控制，以應對井下壓力變化帶來的各種不穩(wěn)定因素，大大提高鉆井安全性，具有很好的實用價值。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明結(jié)構示意圖。
[0010]圖中:1、鉆桿機架;2、鉆桿機構；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、高壓注漿栗;8、高壓注漿管;9、高壓漿電磁閥；10、循環(huán)鉆井液出液電磁閥；U、循環(huán)鉆井液出液管；12、加熱式氣液分離器;13、鉆井液濾渣器;14、鉆井液配液罐；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、鉆桿第一壓力傳感器;20、鉆桿第二壓力傳感器;21、鉆桿第三壓力傳感器;22、循環(huán)鉆井液壓力傳感器;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(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0012]如圖1所示，本發(fā)明包括鉆井裝置、井口裝置、鉆井液循環(huán)系統(tǒng)和鉆井控壓模塊，所述鉆井裝置包括鉆桿機架I和鉆桿機構2，所述鉆桿機構2通過鉆桿機架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(huán)狀，井口安全基座3上設有鉆井液循環(huán)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，所述鉆井液循環(huán)系統(tǒng)包括高壓注漿栗7、高壓注漿管8、高壓漿電磁閥9、循環(huán)鉆井液出液電磁閥10、循環(huán)鉆井液出液管U、加熱式氣液分離器12、鉆井液濾渣器13和鉆井液配液罐14，所述高壓注漿栗7通過高壓注漿管8和高壓漿電磁閥9與鉆桿機構的內(nèi)管相通，所述循環(huán)鉆井液出液管11通過循環(huán)鉆井液出液電磁閥10與井口安全基座3上的鉆井液循環(huán)出口相通，循環(huán)鉆井液出液管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的出液口與鉆井液濾渣器13的進液口相通，所述鉆井液配液罐14的進液口與鉆井液濾渣器13的出液口相通，所述鉆井液配液罐14的出液口與高壓注漿栗7的進液口相通，所述鉆井控壓模塊包括井下壓力監(jiān)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(jiān)控傳感器模塊包括鉆桿第一壓力傳感器19、鉆桿第二壓力傳感器20、鉆桿第三壓力傳感器21和循環(huán)鉆井液壓力傳感器22，所述第一壓力傳感器19安裝在鉆桿機構2的鉆頭上，所述鉆桿第二壓力傳感器20安裝在鉆桿機構2的鉆桿中部處，所述鉆桿第三壓力傳感器21安裝在鉆桿機構2的鉆桿內(nèi)壁上，所述循環(huán)鉆井液壓力傳感器22安裝在井口安全基座3的底面上，所述鉆桿第一壓力傳感器19、鉆桿第二壓力傳感器20、鉆桿第三壓力傳感器21和循環(huán)鉆井液壓力傳感器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(huán)鉆井液出液電磁閥10的開啟和關閉。
[0013]所述井口防噴器5是環(huán)形井口防噴器。
[0014]還有中控系統(tǒng)，所述中控系統(tǒng)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:正常鉆井時，鉆井液配液罐按照設定鉆井液配比配制鉆井液，并通過高壓注漿栗和高壓注漿管向鉆桿機構的內(nèi)管注入高壓鉆井液，高壓鉆井液向下不斷擠壓，不斷的將礦渣、泥漿等雜質(zhì)從鉆桿外帶出，依次通過井口防噴器、井口四通和井口出漿管通入到循環(huán)鉆井液出液管，后在進入到加熱式氣液分離器，通過加熱的方式使氣液分離，分離后，帶有雜質(zhì)的鉆井液進入到鉆井液濾渣，將雜質(zhì)過濾掉后，回流到鉆井液配液罐，完成鉆井液的循環(huán);井下壓力監(jiān)控傳感器模塊設有鉆桿第一壓力傳感器、鉆桿第二壓力傳感器、鉆桿第三壓力傳感器和循環(huán)鉆井液壓力傳感器，鉆桿第一壓力傳感器、鉆桿第二壓力傳感器和鉆桿第三壓力傳感器分別實時監(jiān)測鉆桿各個部位，也就是井下各個深度的鉆井液的壓力值，循環(huán)鉆井液壓力傳感器監(jiān)控循環(huán)鉆井液向上沖擊力，這些監(jiān)控的值，實時通過無線傳輸模塊實時發(fā)送給PLC控制器，并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，并根據(jù)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(huán)鉆井液出液電磁閥10發(fā)出開啟或關閉指令，來對井下壓力進行調(diào)控。當井下壓力傳感器監(jiān)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(xiàn)更大損失。
【主權項】
1.一種鉆井控壓系統(tǒng)，其特征在于它包括鉆井裝置、井口裝置、鉆井液循環(huán)系統(tǒng)和鉆井控壓模塊，所述鉆井裝置包括鉆桿機架(I)和鉆桿機構(2)，所述鉆桿機構(2)通過鉆桿機架(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(huán)狀，井口安全基座(3)上設有鉆井液循環(huán)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，所述鉆井液循環(huán)系統(tǒng)包括高壓注漿栗(7)、高壓注漿管(8)、高壓漿電磁閥(9)、循環(huán)鉆井液出液電磁閥(10)、循環(huán)鉆井液出液管(11)、加熱式氣液分離器(12)、鉆井液濾渣器(13)和鉆井液配液罐(14)，所述高壓注漿栗(7)通過高壓注漿管(8)和高壓漿電磁閥(9)與鉆桿機構的內(nèi)管相通，所述循環(huán)鉆井液出液管(11)通過循環(huán)鉆井液出液電磁閥(1)與井口安全基座(3)上的鉆井液循環(huán)出口相通，循環(huán)鉆井液出液管(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)的出液口與鉆井液濾渣器(13)的進液口相通，所述鉆井液配液罐(I4)的進液口與鉆井液濾渣器(13)的出液口相通，所述鉆井液配液罐(14)的出液口與高壓注漿栗(7)的進液口相通，所述鉆井控壓模塊包括井下壓力監(jiān)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(jiān)控傳感器模塊包括鉆桿第一壓力傳感器(19)、鉆桿第二壓力傳感器(20)、鉆桿第三壓力傳感器(21)和循環(huán)鉆井液壓力傳感器(22)，所述第一壓力傳感器(19)安裝在鉆桿機構(2)的鉆頭上，所述鉆桿第二壓力傳感器(20)安裝在鉆桿機構(2)的鉆桿中部處，所述鉆桿第三壓力傳感器(21)安裝在鉆桿機構(2)的鉆桿內(nèi)壁上，所述循環(huán)鉆井液壓力傳感器(22)安裝在井口安全基座(3)的底面上，所述鉆桿第一壓力傳感器(19)、鉆桿第二壓力傳感器(20)、鉆桿第三壓力傳感器(21)和循環(huán)鉆井液壓力傳感器(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(huán)鉆井液出液電磁閥(10)的開啟和關閉。2.根據(jù)權利要求1所述的一種鉆井控壓系統(tǒng)，其特征在于所述井口防噴器(5)是環(huán)形井口防噴器。3.根據(jù)權利要求1所述的一種鉆井控壓系統(tǒng)，其特征在于還有中控系統(tǒng)，所述中控系統(tǒng)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(jù)權利要求1所述的一種鉆井控壓系統(tǒng)，其特征在于所述無線傳輸模塊(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】一種鉆井控壓系統(tǒng)，涉及石油鉆探技術領域，它包括鉆井裝置、井口裝置、鉆井液循環(huán)系統(tǒng)和鉆井控壓模塊，所述鉆井裝置包括鉆桿機架(1)和鉆桿機構(2)，所述鉆桿機構(2)通過鉆桿機架(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(huán)狀，井口安全基座(3)上設有鉆井液循環(huán)出口；本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構結(jié)設計合理，操作簡捷，能夠?qū)τ蜌饩碌你@井壓力進行實時量化監(jiān)控，并通過程序?qū)Ω鱾€電磁閥門進行控制，以應對井下壓力變化帶來的各種不穩(wěn)定因素，大大提高鉆井安全性，具有很好的實用價值。
【IPC分類】E21B21/08
【公開號】CN105715220
【申請?zhí)枴緾N201610039793
【發(fā)明人】鄭雙進
【申請人】長江大學