專利名稱：井筒壓力和流量管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種井筒壓力和流量管理系統(tǒng)，尤其涉及一種鉆井和完井的全過程期間對井筒壓力和流量進行控制的系統(tǒng)。
技術(shù)背景常規(guī)鉆井過程中，鉆柱內(nèi)孔通過鉆頭水眼與環(huán)形空間形成了一個連通的體系，即U形管。根據(jù)U形管原理，常規(guī)鉆井過程中的井底壓力表達式為Pb=Pmd+Pla(I)式I中，Pb-井底壓力，Pmd-鉆井液靜液柱壓力，Pla-循環(huán)時環(huán)空摩擦壓力。從此式中可以看出，對于窄壓力窗口地層或者老油田的壓力衰竭地層，常規(guī)泥漿密度設(shè)計可以保證靜止時井底壓力等于所需壓力(設(shè)計壓力)。但是當鉆井液開始循環(huán)時，井底壓力增加了一個環(huán)空摩擦壓力，此時就很可能就引發(fā)井漏。按照常規(guī)井控此時需要降低泥漿密度以低于地層破裂壓力，如果遇到異常壓力地層，井涌就有可能隨之發(fā)生。這將會導致額外的鉆井非生產(chǎn)時間、超額的泥漿成本以及頻繁的井控問題，甚至不能鉆達設(shè)計井深，無法迅速可靠的實現(xiàn)對井筒壓力的管理。在常規(guī)鉆井技術(shù)過程中配備鉆柱單向閥、旋轉(zhuǎn)防噴器以及節(jié)流管匯，這樣整個鉆井系統(tǒng)可以承受一定的套管回壓，成為一種封閉鉆井循環(huán)系統(tǒng)，此時的井底壓力表達式為Pb=Pmd+Pla+Pa(2)式2中，Pa-井口回壓(套壓)。從此式中可以看出，可以通過施加井口回壓來完成對井筒壓力的控制，由此產(chǎn)生了控制壓力鉆井技術(shù)。目前的控制壓力鉆井技術(shù)可以完成大多數(shù)情況下對井筒壓力的控制。但是在柴油機驅(qū)動的鉆機上，鉆井泵的啟停速度變化太快，導致井筒內(nèi)流量急劇變化，造成井口回壓控制偏離加大，甚至發(fā)散，最終導致井下復雜事故；在非變頻鉆機上，鉆井過程中進入井筒的鉆井液流量的調(diào)節(jié)范圍有限，如果可以對進入井筒內(nèi)的鉆井液流量進行控制，再配合井口節(jié)流回壓系統(tǒng)和輔助泵系統(tǒng)的壓力控制，勢必會加大對井筒壓力控制的范圍，擴大鉆井系統(tǒng)的適應(yīng)性；而且，在排氣體溢流過程中，氣體到達節(jié)流閥時，由于氣體和液體的密度發(fā)生很大的變化，導致套壓變化很大，造成井底壓力的波動。因此常規(guī)的控制壓力鉆井不能完成鉆井全過程的井底壓力恒定。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是提供一種井筒壓力和流量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)在鉆井或者完井的全過程中對井筒壓力和流量的控制。本發(fā)明原理是一方面對進入井筒內(nèi)的鉆井液流量進行控制，再配合井口節(jié)流系統(tǒng)和輔助泵系統(tǒng)的壓力控制，從而加大對井筒壓力控制的范圍，擴大鉆井系統(tǒng)的適應(yīng)性。具體方案為包括常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)、節(jié)流回壓系統(tǒng)及配合使用的監(jiān)測與控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括鉆井液注入轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和輔助栗系統(tǒng)；鉆井液注入轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的入口管線與鉆井栗聯(lián)接，入口管線經(jīng)過三通管線分為兩路其中一路經(jīng)截斷閥分為兩路并分別于鉆柱和泥漿罐連接；另一路經(jīng)過截斷閥和節(jié)流閥后又分為兩路，一路經(jīng)過截斷閥返回泥漿罐，另一路經(jīng)過流量計量裝置后與四通聯(lián)接；四通的另外三路管線，分別與旋轉(zhuǎn)防噴器的管線出口、井控節(jié)流管匯的出口以及節(jié)流回壓系統(tǒng)的入口聯(lián)接；節(jié)流回壓系統(tǒng)包括節(jié)流閥和流量計量裝置；輔助泵系統(tǒng)包括輔助泵和截斷閥，輔助泵出口管線聯(lián)接截斷閥，截斷閥的出口管線聯(lián)接到所述的四通與節(jié)流回壓系統(tǒng)之間；監(jiān)測控制系統(tǒng)可以監(jiān)測常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)、鉆井液注入轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、輔助泵系統(tǒng)以及節(jié)流回壓系統(tǒng)的相關(guān)信息，對控制對象的監(jiān)測值與設(shè)定值進行比較，然后控制所述各個系統(tǒng)對鉆井井筒進行壓力和流量控制。所述監(jiān)測與控制系統(tǒng)的控制對象可以是鉆井立壓、套壓、井底壓力和流量中的一個或者任意個的組合。所述常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)的防噴器組的頂部安裝旋轉(zhuǎn)防噴器，井下鉆具組合聯(lián)接有 隨鉆測量工具和單向閥。所述的截斷閥后串聯(lián)一個節(jié)流閥。 所述輔助泵系統(tǒng)的輔助泵和截斷閥之間設(shè)有分支管路，其上設(shè)有節(jié)流閥，分支管路的出口管線聯(lián)接到所述的節(jié)流回壓系統(tǒng)的流量計量裝置的前端。所述節(jié)流閥的執(zhí)行器是液壓馬達帶動蝸輪蝸桿。本實用新型的優(yōu)點是(I)可以提高鉆井的控制能力、更快、更經(jīng)濟的達到最終的鉆井深度；(2)可以實現(xiàn)對井筒壓力和流量的雙重控制，從而擴寬井筒壓力控制系統(tǒng)的使用范圍；(3)消除由于鉆井泵啟停帶來的井筒壓力的劇烈波動。

圖I是本實用新型一種井筒壓力和流量管理系統(tǒng)的示意圖。圖中1001.常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)，1002.鉆井液注入轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，1003.輔助泵系統(tǒng)，1004.節(jié)流回壓系統(tǒng)，1005.監(jiān)測控制系統(tǒng)；I.鉆柱，2.旋轉(zhuǎn)防噴器，3.防噴器組，4.鉆井四通，5.隨鉆測量工具，6.單向閥，
7.井控節(jié)流管匯，8.四通，9.截斷閥A，10.流量計量裝置A，11.截斷閥B，12.節(jié)流閥A，13.截斷閥C，14.截斷閥D，15.節(jié)流閥B，16.截斷閥E，17.鉆井泵，18.截斷閥F，19.輔助泵，20.流量計量裝置B，21.截斷閥G，22.節(jié)流閥C，23.節(jié)流閥D，24.流量計量裝置C，25.分離裝置，26.泥漿罐。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖I對本實用新型作進一步描述常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)1001的防噴器組3的頂部安裝旋轉(zhuǎn)防噴器2，井下鉆具組合包括隨鉆測量工具5和單向閥6，由此常規(guī)鉆井系統(tǒng)成為一鉆井過程中的封閉承壓系統(tǒng)。鉆井液注入轉(zhuǎn)換系統(tǒng)1002的入口管線與鉆井泵17聯(lián)接，入口管線經(jīng)過三通管線分為兩路，一路經(jīng)過截斷閥E16，節(jié)流閥B15后又分為兩路，一路與鉆柱I聯(lián)接，另一路經(jīng)過截斷閥D14返回泥漿罐26 ;另一路經(jīng)過截斷閥C13和節(jié)流閥A12后又分為兩路，一路經(jīng)過截斷閥F18返回泥漿罐26，另一路經(jīng)過流量計量裝置AlO后與四通8聯(lián)接；四通8的另外三路管線，分別與旋轉(zhuǎn)防噴器2的管線出口、井控節(jié)流管匯7的出口以及節(jié)流回壓系統(tǒng)1004的入口聯(lián)接。節(jié)流回壓系統(tǒng)1004包括節(jié)流閥D23和流量計量裝置C24 ;其出口與分離裝置連接25聯(lián)接，然后進入泥漿罐26。輔助泵系統(tǒng)1003包括輔助泵19和 截斷閥G21，輔助泵19出口管線聯(lián)接截斷閥G21，截斷閥G21的出口管線聯(lián)接到所述的四通8與節(jié)流回壓系統(tǒng)1004之間；輔助泵系統(tǒng)1003的輔助泵19和截斷閥G21之間包括一條分支管路，這條分支管路包括節(jié)流閥C22，分支管路的出口管線聯(lián)接到所述的節(jié)流回壓系統(tǒng)1004的流量計量裝置C24的前端。監(jiān)測控制系統(tǒng)1005可以監(jiān)測常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)1001、鉆井液注入轉(zhuǎn)換系統(tǒng)1002、輔助泵系統(tǒng)1003以及節(jié)流回壓系統(tǒng)1004的相關(guān)信息，對控制對象的監(jiān)測值與設(shè)定值進行比較，然后控制所述各個系統(tǒng)對鉆井井筒進行壓力和流量控制；所述的控制對象可以是鉆井立壓、套壓、井底壓力和流量中的一個或者任意個的組合。節(jié)流閥的執(zhí)行器是液壓馬達帶動蝸輪蝸桿。
權(quán)利要求1.一種井筒壓力和流量管理系統(tǒng)，包括常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)(1001)、節(jié)流回壓系統(tǒng)(1004)及配合使用的監(jiān)測與控制系統(tǒng)(1005)，其特征在于，還包括鉆井液注入轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(1002)和輔助泵系統(tǒng)(1003);鉆井液注入轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(1002)的入口管線與鉆井泵(17)聯(lián)接，入口管線經(jīng)過三通管線分為兩路其中一路經(jīng)截斷閥E(16)分為兩路并分別與鉆柱(I)和泥漿罐(26)連接；另一路經(jīng)過截斷閥C(13)和節(jié)流閥A(12)后又分為兩路，一路經(jīng)過截斷閥F(IS)返回泥漿罐(26)，另一路經(jīng)過流量計量裝置(10)后與四通(8)聯(lián)接；四通(8)的另外三路管線，分別與旋轉(zhuǎn)防噴器(2)的管線出口、井控節(jié)流管匯(7)的出口以及節(jié)流回壓系統(tǒng)(1004)的入口聯(lián)接；節(jié)流回壓系統(tǒng)(1004)包括節(jié)流閥D(23)和流量計量裝置(24)；輔助泵系統(tǒng)(1003)包括輔助泵(19)和截斷閥G(21)，輔助泵(19)出口管線聯(lián)接截斷閥G(21)，截斷閥G(21)的出口管線聯(lián)接到所述的四通(8)與節(jié)流回壓系統(tǒng)(1004)之間；監(jiān)測控制系統(tǒng)(1005)可以監(jiān)測常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)(1001)、鉆井液注入轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(1002)、輔助泵系統(tǒng)(1003)以及節(jié)流回壓系統(tǒng)(1004)的相關(guān)信息，對控制對象的監(jiān)測值與設(shè)定值進行比較，然后控制所述各個系統(tǒng)對鉆井井筒進行壓力和流量控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的井筒壓力和流量管理系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測與控制系統(tǒng)(1005)的控制對象可以是鉆井立壓、套壓、井底壓力和流量中的一個或者任意個的組口 ο
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的井筒壓力和流量管理系統(tǒng)，其特征在于，所述常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)(1001)的防噴器組(3)的頂部安裝旋轉(zhuǎn)防噴器(2)，井下鉆具組合聯(lián)接有隨鉆測量工具(5)和單向閥(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的井筒壓力和流量管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的截斷閥E(16)后串聯(lián)一個節(jié)流閥B (15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的井筒壓力和流量管理系統(tǒng)，其特征在于，所述輔助泵系統(tǒng)(1003)的輔助泵(19)和截斷閥G(21)之間設(shè)有分支管路，其上設(shè)有節(jié)流閥C(22)，分支管路的出口管線聯(lián)接到所述的節(jié)流回壓系統(tǒng)(1004)的流量計量裝置(24)的前端。
6.根據(jù)1-5任一權(quán)利要求所述的井筒壓力和流量管理系統(tǒng)，其特征在于，所述節(jié)流閥的執(zhí)行器是液壓馬達帶動蝸輪蝸桿。
專利摘要本實用新型公開了一種井筒壓力和流量管理系統(tǒng)，包括常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)、鉆井液注入轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、輔助泵系統(tǒng)、節(jié)流回壓系統(tǒng)和監(jiān)測控制系統(tǒng)。監(jiān)測控制系統(tǒng)可以監(jiān)測常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)、鉆井液注入轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、輔助泵系統(tǒng)以及節(jié)流回壓系統(tǒng)的相關(guān)信息，對控制對象的監(jiān)測值與設(shè)定值進行比較，然后控制所述各個系統(tǒng)對鉆井井筒進行壓力和流量控制。本實用新型可以提高鉆井的控制能力、更快、更經(jīng)濟的達到最終的鉆井深度；可以實現(xiàn)對井筒壓力和流量的雙重控制，從而擴寬井筒壓力控制系統(tǒng)的使用范圍；消除由于鉆井泵啟停帶來的井筒壓力的劇烈波動。
文檔編號E21B21/12GK202788695SQ20122038191
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者李宗清, 康波, 燕修良, 陳永明, 楊俊鋒, 苗智瑜, 周鯤, 朱煥剛 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石化集團勝利石油管理局鉆井工藝研究院