本實(shí)用新型涉及控壓鉆井技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用控壓鉆井自動(dòng)分流管匯的控壓鉆井系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

復(fù)雜地層鉆井過程中，常規(guī)鉆井技術(shù)難以解決窄密度窗口所引發(fā)的溢流、井漏、卡鉆、井壁垮塌等難題，使得非鉆時(shí)間延長，增加鉆井成本，甚至威脅鉆井作業(yè)安全?？貕恒@井技術(shù)可以有效解決復(fù)雜地層鉆井過程中窄密度窗口的溢流、井漏、卡鉆、井壁垮塌等技術(shù)難題。

控壓鉆井的控制目標(biāo)是通過預(yù)先設(shè)定環(huán)空壓力，保持井底壓力在設(shè)定的壓力范圍內(nèi)；通過對(duì)回壓、流體密度、流體流變性、環(huán)空液面、循環(huán)摩擦力和井眼幾何尺寸的參數(shù)綜合分析和精確的水力計(jì)算進(jìn)行精確控制；實(shí)現(xiàn)方法是通過控壓鉆井裝備與工藝技術(shù)相結(jié)合，合理的邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)環(huán)空壓力動(dòng)態(tài)、自適應(yīng)控制。

在現(xiàn)有技術(shù)中，控壓鉆井中的井口回壓泵處于時(shí)刻待機(jī)狀態(tài)，在接卸鉆柱、起下鉆時(shí)鉆井液泵關(guān)閉，井筒內(nèi)的鉆井液停止循環(huán)，井口回壓泵啟動(dòng)，使鉆井液通過專用的自動(dòng)節(jié)流管匯產(chǎn)生井口附加壓力，以平衡由于鉆井泵停泵所導(dǎo)致的循環(huán)摩擦力的缺失，達(dá)到維持井底壓力穩(wěn)定的目的。但這種施加井口回壓的方式的缺陷在于：使用回壓泵施加井口回壓的方法，增加了井口回壓泵及其附屬設(shè)備的成本，這不僅增加了控壓鉆井的作業(yè)成本，而且占據(jù)了較大場地空間，由于井口回壓泵系統(tǒng)現(xiàn)場難以維修，一旦出現(xiàn)故障將導(dǎo)致控壓鉆井作業(yè)無法實(shí)施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種通過自動(dòng)分流管匯的分流鉆井液來施加井口回壓并充分利用鉆井隊(duì)現(xiàn)有配備的鉆井液泵和自動(dòng)節(jié)流管匯最終實(shí)現(xiàn)控壓鉆井作業(yè)的控壓鉆井系統(tǒng)。

為此，本實(shí)用新型技術(shù)方案如下：

一種利用控壓鉆井自動(dòng)分流管匯的控壓鉆井系統(tǒng)，包括與設(shè)置在井筒上部井口處的所述鉆柱和所述旋轉(zhuǎn)控制頭的旁通管路分別通過連接管路形成連通的自動(dòng)分流管匯和自動(dòng)節(jié)流管匯；

所述自動(dòng)分流管匯包括第一入流通路、第二入流通路、第一出流通路、第二出流通路和轉(zhuǎn)換通路；所述轉(zhuǎn)換通路一端與所述第一入流通路、所述第一出流通路的一端相互連通、另一端所述第二入流通路和所述第二出流通路的一端相互連通；所述第一入流通路的管路上依次設(shè)置有第一手動(dòng)閥門和第一液動(dòng)閥；所述第二入流通路的管路上依次設(shè)置有第二手動(dòng)閥門和第二液動(dòng)閥；所述第一出流通路的管路上依次設(shè)置有第三手動(dòng)閥門和第三液動(dòng)閥；所述第二出流通路的管路上自鄰近所述第二四通管路端依次設(shè)置有第一單流閥、第四手動(dòng)閥門和第四液動(dòng)閥，所述第一單流閥的流向?yàn)樽脏徑龅诙耐ü苈范酥了龅诙隽魍返牧硪欢耍凰鲛D(zhuǎn)換通路上自鄰近所述第一四通管路端依次設(shè)置有第五液動(dòng)閥和第二單流閥，所述第二單流閥的流向?yàn)樽脏徑龅谝凰耐ü苈范酥拎徑龅诙耐ü苈范耍?/p>

所述自動(dòng)節(jié)流管匯包括三條并聯(lián)連接的連接管路，且在三條并聯(lián)管路上依次設(shè)置有第一節(jié)流閥、第五手動(dòng)閥和第二節(jié)流閥；所述自動(dòng)節(jié)流管匯一端與所述旋轉(zhuǎn)控制頭的旁通管路連通、另一端通過連接管路與氣液分離器連通；所述氣液分離器包括用于輸出氣體的氣相管線和用于輸出液體的液相管線，所述氣相管線端部與點(diǎn)火裝置連接，所述液相管線通過振動(dòng)篩與所述鉆井液罐連通；

所述自動(dòng)分流管匯的所述第一入流通路和所述第二入流通路的另一端分別通過第一鉆井液泵和第二鉆井液泵連通至鉆井液罐；所述第一出流通路的另一端經(jīng)立管與所述鉆柱連通；所述第二出流通路的另一端通過連接管路連通至所述自動(dòng)節(jié)流管匯與所述旋轉(zhuǎn)控制頭的旁通管路之間的連接管路上。

進(jìn)一步地，該控壓鉆井系統(tǒng)還包括與所述鉆井四通放噴方向的旁通管路連通的節(jié)流管匯；所述節(jié)流管匯包括三條并聯(lián)連接的連接管路，且在三條并聯(lián)管路上依次設(shè)置有第三節(jié)流閥、第六手動(dòng)閥和第七節(jié)流閥；所述節(jié)流管匯一端與所述鉆井四通放噴方向的旁通管路連通、另一端通過連接管路與氣液分離器連通。

進(jìn)一步地，所述第一入流通路、所述第一出流通路和所述轉(zhuǎn)換通路分別與第一四通管路的三個(gè)連通口連接并形成相互貫通，在所述第一四通管路的剩余連通口處安裝有第一壓力表；所述轉(zhuǎn)換通路的另一端端口處、所述第二入流通路和所述第二出流通路分別與第二四通管路的三個(gè)連通口連接并形成相互貫通，并在所述第二四通管路的剩余連通口上安裝有第二壓力表。

該控壓鉆井系統(tǒng)充分利用鉆井隊(duì)現(xiàn)有配備的鉆井液泵，結(jié)合控壓鉆井自動(dòng)分流管匯，簡化配套裝備，操作靈活，實(shí)現(xiàn)控壓鉆井作業(yè)；在接單根、起/下鉆過程中通過控壓鉆井自動(dòng)分流管匯的控制，可以減少井底壓力波動(dòng)，提高對(duì)井底壓力的控制能力；通過新增自動(dòng)分流管匯省去了回壓泵等設(shè)備，簡化了現(xiàn)場施工工藝,降低了設(shè)備成本；減少由回壓泵帶來的一系列額外作業(yè)，減少非鉆時(shí)間，降低鉆井成本，避免由于回壓泵故障而造成的無法作業(yè)，節(jié)約能源和場地。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的控壓鉆井系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的控壓鉆井系統(tǒng)的自動(dòng)分流管匯的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明，但下述實(shí)施例絕非對(duì)本實(shí)用新型有任何限制。

如圖1～2所示，該控壓鉆井系統(tǒng)包括設(shè)置在井筒20上部井口處的鉆井四通21、旋轉(zhuǎn)控制頭23和鉆柱22，以及分別與所述鉆柱22、所述旋轉(zhuǎn)控制頭23的旁通管路和所述鉆井四通21放噴方向的旁通管路連通的自動(dòng)分流管匯、自動(dòng)節(jié)流管匯和節(jié)流管匯；具體地，

所述自動(dòng)分流管匯包括第一入流通路1、第二入流通路2、第一出流通路3、第二出流通路4和轉(zhuǎn)換通路5；所述第一入流通路1、所述第一出流通路3和所述轉(zhuǎn)換通路5分別與第一四通管路6的三個(gè)連通口連接并形成相互貫通，在所述第一四通管路6的剩余連通口處安裝有用于實(shí)時(shí)監(jiān)測所述第一四通管路6內(nèi)液體流量的第一壓力表8；所述轉(zhuǎn)換通路5的另一端端口處、所述第二入流通路2和所述第二出流通路4分別與第二四通管路7的三個(gè)連通口連接并形成相互貫通，并在所述第二四通管路7的剩余連通口上安裝有用于實(shí)時(shí)監(jiān)測所述第二四通管路7內(nèi)液體流量的第二壓力表9；其中，所述第一入流通路1的管路上依次設(shè)置有第一手動(dòng)閥101和第一液動(dòng)閥102；所述第二入流通路2的管路上依次設(shè)置有第二手動(dòng)閥201和第二液動(dòng)閥202；所述第一出流通路3的管路上依次設(shè)置有第三手動(dòng)閥301和第三液動(dòng)閥302；所述第二出流通路4的管路上自鄰近所述第二四通管路7端依次設(shè)置有第一單流閥401、第四手動(dòng)閥402和第四液動(dòng)閥403，所述第一單流閥401的流向?yàn)樽脏徑龅诙耐ü苈?端至所述第二出流通路4的另一端；其中，單流閥401用于防止鉆井液經(jīng)旋轉(zhuǎn)控制頭流出后反向?qū)ι嫌蝹鬟f壓力，防止一第二鉆井液泵、第二鉆井液泵開關(guān)，以及其他流道切換過程中出現(xiàn)過大的井口壓力波動(dòng)，保持井口壓力穩(wěn)定變化；所述轉(zhuǎn)換通路5上自鄰近所述第一四通管路6端依次設(shè)置有第五液動(dòng)閥501和第二單流閥502，所述第二單流閥502的流向?yàn)樽脏徑龅谝凰耐ü苈?端至鄰近所述第二四通管路7端；

所述自動(dòng)節(jié)流管匯和所述節(jié)流管匯均包括三條并聯(lián)連接的連接管路；具體地，所述自動(dòng)節(jié)流管匯的三條并聯(lián)連接的連接管路兩端分別交匯形成用于與其他管路連接的兩端，且在三條并聯(lián)管路上依次設(shè)置有第一節(jié)流閥10、第五手動(dòng)閥11和第二節(jié)流閥12；所述節(jié)流管匯的三條并聯(lián)連接的連接管路兩端分別交匯形成用于與其他管路連接的兩端，且在三條并聯(lián)管路上依次設(shè)置有第三節(jié)流閥26、第六手動(dòng)閥25和第七節(jié)流閥27；所述節(jié)流管匯一端與所述鉆井四通21放噴方向的旁通管路連通、另一端通過連接管路與氣液分離器17連通，使鉆井液經(jīng)所述氣液分離器17振篩實(shí)現(xiàn)氣液分離；所述自動(dòng)節(jié)流管匯一端與所述旋轉(zhuǎn)控制頭23的旁通管路連通、另一端通過連接管路連通至所述節(jié)流管匯與所述氣液分離器17之間的連接管路上，使流經(jīng)所述自動(dòng)節(jié)流管匯的鉆井液同樣流入所述氣液分離器17中實(shí)現(xiàn)氣液分離；

所述自動(dòng)分流管匯的所述第一入流通路1和所述第二入流通路2的另一端分別通過第一鉆井液泵14和第二鉆井液泵15連通至鉆井液罐16，使所述鉆井液罐16中的鉆井液根據(jù)需要通過所述第一鉆井液泵14和所述第二鉆井液泵15泵送至所述自動(dòng)分流管匯的不同支路中；所述第一出流通路3的另一端經(jīng)立管與所述鉆柱22連通；所述第二出流通路4的另一端通過連接管路連通至所述自動(dòng)節(jié)流管匯與所述旋轉(zhuǎn)控制頭23的旁通管路之間的連接管路上；該自動(dòng)分流管匯與第一鉆井液泵14、第二鉆井液泵15、旋轉(zhuǎn)控制頭23、自動(dòng)節(jié)流管匯24形成地面循環(huán)通路，用于施加井口回壓，維持井底壓力穩(wěn)定；

所述氣液分離器17包括用于輸出氣體的氣相管線和用于輸出液體的液相管線，所述氣相管線端部與點(diǎn)火裝置19連接，所述液相管線與所述鉆井液罐16連通且在所述液相管線與所述鉆井液罐16之間還設(shè)置有振動(dòng)篩18，使經(jīng)所述氣液分離器17分離出的鉆井液重新輸送至所述鉆井液罐16中，循環(huán)使用。其中，振動(dòng)篩18用于清除鉆井液中的巖屑等固相顆粒，氣液分離器17用于分離出混入鉆井液中的油、氣、巖屑等雜質(zhì)。

其中，所述第一手動(dòng)閥101、所述第二手動(dòng)閥201、所述第三手動(dòng)閥301和所述第四手動(dòng)閥402處于常開狀態(tài)；所述手動(dòng)閥11和第一節(jié)流閥10處于常關(guān)狀態(tài)。所述節(jié)流管匯為在井口壓力超過控壓鉆井設(shè)備的額定壓力后，關(guān)鉆井四通節(jié)流壓井時(shí)配合使用，因此一般為常閉狀態(tài)。

該控壓鉆井系統(tǒng)的工作原理：當(dāng)正常鉆進(jìn)時(shí)，第一入口通路1和第一出流通路3處于連通狀態(tài)，轉(zhuǎn)換通路5、第二入流通路2和第二出流通路4處于關(guān)閉狀態(tài)，第一鉆井泵14開啟，第二鉆井泵關(guān)閉，建立了從第一鉆井泵14經(jīng)鉆柱22進(jìn)入井筒20返出井口的鉆轉(zhuǎn)控制頭23的旁通，再進(jìn)入自動(dòng)節(jié)流管匯24，再進(jìn)入氣液分離器17，過振動(dòng)篩18進(jìn)鉆井液罐16，再至第一鉆井泵14的正常鉆進(jìn)循環(huán)通路；正常鉆進(jìn)轉(zhuǎn)換至接卸單根(立柱)/起下鉆的過程，開啟第二入流通路2和第二出流通路4，開啟第二鉆井液泵15，開啟節(jié)流閥10，在正常鉆進(jìn)循環(huán)通路外建立額外的地面節(jié)流循環(huán)通路。然后，關(guān)閉第一鉆井液泵14，關(guān)閉第一出流通路3和第一入流通路1，完成切斷鉆柱22至井筒20的循環(huán)，同時(shí)調(diào)節(jié)第二鉆井泵15和自動(dòng)節(jié)流管匯24的節(jié)流閥11，增大井口回壓補(bǔ)償因井筒內(nèi)循環(huán)停止而減少的磨阻損失，然后打開轉(zhuǎn)換通路5，逐漸關(guān)閉第二鉆井泵15的同時(shí)逐漸打開第一鉆井泵14，關(guān)閉第二入流通路2，完成正常鉆進(jìn)向接卸單根(立柱)/起下鉆的過程；接卸單根(立柱)/起下鉆轉(zhuǎn)換至正常鉆進(jìn)的過程，開啟第一出流通路3，再關(guān)閉轉(zhuǎn)換通路5和第二出流通路4，完成地面節(jié)流循環(huán)通路向鉆柱22通路的轉(zhuǎn)換，與此同時(shí)調(diào)節(jié)自動(dòng)節(jié)流管匯24，調(diào)節(jié)井口回壓至正常鉆進(jìn)值，完成轉(zhuǎn)換過程。

一種利用上述控壓鉆井自動(dòng)分流管匯的控壓鉆井系統(tǒng)的控壓鉆井方法，包括如下具體步驟：

S1、設(shè)備準(zhǔn)備：如圖1所示連接上述控壓鉆井系統(tǒng)，具體地，第一鉆井液泵14和第二鉆井液泵15的入口端分別與鉆井液罐16連接，第一鉆井液泵14的出口端與第一入流通路1的入口端連接，第二鉆井液泵15的出口端與第二入流通路2的入口端連接；第一出流通路3的出口端經(jīng)立管與鉆柱22連接，鉆柱穿過旋轉(zhuǎn)控制頭23進(jìn)入井筒20；旋轉(zhuǎn)控制頭23的旁通與第二出流通路4的出口端和自動(dòng)節(jié)流管匯24的入口端連接；鉆井四通21的放噴方向旁通與節(jié)流管匯13的入口端連接；自動(dòng)節(jié)流管匯24和節(jié)流管匯13的出口端都與氣液分離器17連接，氣液分離器17的液相管線與振動(dòng)篩18連接，振動(dòng)篩18與鉆井液罐16連接，氣液分離器17的氣相管線與點(diǎn)火裝置19連接；其中，第一手動(dòng)閥101、第二手動(dòng)閥201、第三手動(dòng)閥301、第四手動(dòng)閥402處于常開狀態(tài)；手動(dòng)閥11和第一節(jié)流閥10為常關(guān)狀態(tài)；

S2、正常鉆進(jìn)狀態(tài)：正常鉆進(jìn)狀態(tài)：保持第一液動(dòng)閥102、第三液動(dòng)閥302和第一鉆井液泵14處于開啟狀態(tài)；第二液動(dòng)閥202、第四液動(dòng)閥403、第五液動(dòng)閥501和第二鉆井液泵15以及第一節(jié)流閥10、第五手動(dòng)閥11處于關(guān)閉狀態(tài)；鉆井液通過第一鉆井液泵14自鉆井液罐泵16泵出依次流經(jīng)第一入流通路1、第一出流通路3和鉆柱22，并進(jìn)入井筒20中，當(dāng)鉆井液返至地面后通過旋轉(zhuǎn)控制頭23的旁通支路再依次流經(jīng)自動(dòng)節(jié)流管匯中設(shè)置有第二節(jié)流閥12的通路進(jìn)入氣液分離器17中，使鉆井液經(jīng)氣液分離器17振篩分離后的液體經(jīng)液相管線進(jìn)入振動(dòng)篩18最終回到鉆井液罐16中，分離后的氣體經(jīng)氣相管線進(jìn)入點(diǎn)火裝置19內(nèi)進(jìn)行點(diǎn)燃處理；

S3、正常鉆進(jìn)狀態(tài)轉(zhuǎn)至井筒內(nèi)鉆井液停止循環(huán)狀態(tài)：開啟第二液動(dòng)閥202、第四液動(dòng)閥403和第二鉆井液泵15，并控制第二鉆井液泵15的流量逐漸增大至與第一鉆井液泵14的排量相同；同時(shí)，開啟第一節(jié)流閥10使其所在管路形成通路，調(diào)節(jié)第一節(jié)流閥10的開度，使井口套壓保持正常鉆進(jìn)所需壓力值穩(wěn)定；調(diào)節(jié)第一鉆井液泵14的排量逐漸減小至零，當(dāng)?shù)谝汇@井液泵14完全停泵時(shí)關(guān)閉第三液動(dòng)閥302，同時(shí)調(diào)節(jié)第一節(jié)流閥10和第二節(jié)流閥12，第一節(jié)流閥10的開度大幅減小直至關(guān)閉第一節(jié)流閥10所在通路，第二節(jié)流閥12的開度減小至使井口壓力至達(dá)到筒內(nèi)鉆井液停止循環(huán)所需的壓力值；開啟第五液動(dòng)閥501和第一鉆井液泵14并逐漸關(guān)閉第二鉆井液泵15，逐漸調(diào)節(jié)第一鉆井液泵14和第二鉆井液泵15的排量使總鉆井液排量保持穩(wěn)定，當(dāng)?shù)诙@井液泵15關(guān)閉后，關(guān)閉第二液動(dòng)閥202；

S4、井筒內(nèi)鉆井液停止循環(huán)狀態(tài)轉(zhuǎn)至正常鉆進(jìn)狀態(tài)：開啟第三液動(dòng)閥302，使部分鉆井液分流至鉆柱22內(nèi)；與此同時(shí)，先關(guān)閉第五液動(dòng)閥501，再關(guān)閉第四液動(dòng)閥403，使全部鉆井液鉆井液流至鉆柱22內(nèi)，并增大第二節(jié)流閥12的開度使井口壓力恢復(fù)至正常鉆井所需壓力值，恢復(fù)正常鉆進(jìn)。