用于控制井筒壓力的設(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣開發(fā)鉆井技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用于控制井筒壓力的設(shè)備及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了達到提高機械鉆速、減少儲層污染、避免泥漿漏失、增加井眼穩(wěn)定、控制溢流井涌等目的，近年來控制壓力鉆井和井控技術(shù)成為國內(nèi)外鉆井研究中的熱點領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的HydroPulse?脈沖工具利用流動循環(huán)閥閥門的開啟和關(guān)閉來間歇式地阻斷來流，對鉆頭施加沖擊力，從而形成吸入壓力脈沖，產(chǎn)生吸入脈沖鉆井效果。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)基于附壁射流原理開發(fā)出了負(fù)壓脈沖工具，其基本原理是:當(dāng)高速液流經(jīng)過噴嘴時卷吸旁道內(nèi)的液體，使其向上流動，此時在閥的受力面上，閥體受到推動向下移動，直至關(guān)閉，由于液流的瞬間中斷，在井底鉆頭附近就產(chǎn)生了相對負(fù)壓區(qū)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中還存在Anderhammer工具,其工作原理則是:鉆井液通過上接頭進入流道盤的噴嘴后進行分流，一部分進入襯套和筒體的環(huán)空，一部分進入定子襯套來驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)，并繼續(xù)下行，在套筒中和另一部分鉆井液匯合，然后經(jīng)由回轉(zhuǎn)中心軸上端的徑向流道口進入中心軸，流向上盤閥，上盤閥的旋轉(zhuǎn)使上盤閥與下盤閥的流道時開時閉，液流在這種情況下將會出現(xiàn)閉則升壓，開則泄壓，由此產(chǎn)生脈沖射流和脈沖壓力。
[0006]上述3種工具僅能對井底壓力形成影響。
[0007]針對欠平衡鉆井技術(shù)在海上鉆井中難以解決的一些問題，近幾年還開發(fā)出了更為復(fù)雜同時功能更為強大的控制壓力鉆井(MPD)技術(shù)和控制鉆井液帽(CMC)鉆井技術(shù)。控制壓力鉆井(MPD)技術(shù)是由欠平衡鉆井(UBD)技術(shù)和動力鉆井技術(shù)綜合發(fā)展起來的一項新技術(shù)，它利用封閉的鉆井液循環(huán)設(shè)備，通過液力井的模擬程序來反饋數(shù)據(jù)，預(yù)測環(huán)空壓力剖面，從而使自動控制壓力設(shè)備自動調(diào)節(jié)節(jié)流閥，產(chǎn)生微小調(diào)節(jié)量來精確控制整個井眼的環(huán)空壓力剖面?？刂沏@井液帽(CMC)鉆井技術(shù)是控制壓力鉆井(MPD)技術(shù)在深水鉆井應(yīng)用中的新發(fā)展，它既能當(dāng)作開放式循環(huán)設(shè)備操作，又能當(dāng)作封閉式循環(huán)設(shè)備操作，同時使用較重的鉆井液，通過水下鉆井液舉升泵設(shè)備調(diào)節(jié)鉆井液帽在隔水管內(nèi)的位置，從而快速、準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)井底壓力。
[0008]上述這些工具與設(shè)備存在三個方面的問題:一是部分工具和設(shè)備是由流動的鉆井液直接驅(qū)動，這種方式僅能對井底壓力形成影響；二是需要占用鉆井設(shè)備有限的可資利用的循環(huán)壓力，即在產(chǎn)生壓力控制效果的同時，必然會引起鉆頭壓降的降低，從而影響鉆頭水馬力和水力沖擊力，對破巖產(chǎn)生不利影響；三是一旦鉆井泵出現(xiàn)故障，或者循環(huán)設(shè)備發(fā)生泄漏(包括海洋套管)，井眼壓力剖面將立即發(fā)生改變，這有可能導(dǎo)致發(fā)生井漏、溢流、井塌等復(fù)雜的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]如上所述，現(xiàn)有技術(shù)中存在如下問題:首先，現(xiàn)有技術(shù)中用于控制井筒壓力的工具僅能對井底壓力形成影響，無法在井筒的縱向方向上實現(xiàn)統(tǒng)一、整體的控制；其次，現(xiàn)有技術(shù)中用于控制井筒壓力的工具需要占用鉆井設(shè)備有限的可資利用的循環(huán)壓力，必然會引起鉆頭壓降的降低，產(chǎn)生不利影響；再次，一旦鉆井泵出現(xiàn)故障，或者循環(huán)設(shè)備發(fā)生泄漏(包括海洋套管)，井眼壓力剖面將立即發(fā)生改變，這有可能導(dǎo)致發(fā)生井漏、溢流、井塌等復(fù)雜的情況，而現(xiàn)有技術(shù)中的井筒壓力控制工具和方法不能夠及時、有效地進行應(yīng)對。
[0010]據(jù)此，本發(fā)明提出了一種用于控制井筒壓力的設(shè)備，其不僅能夠?qū)θ驳膲毫嵤┛刂?，而且不依賴泥漿循環(huán)設(shè)備，可獨立發(fā)揮作用。
[0011]本發(fā)明提出了一種用于控制井筒壓力的設(shè)備，包括安裝在鉆桿上的至少一個測量傳感器和至少一個壓力影響元件，以及用于控制所述壓力影響元件的控制器，所述測量傳感器將所檢測到的井筒參數(shù)發(fā)送給所述控制器，所述控制器根據(jù)接收到的井筒參數(shù)控制所述壓力影響元件不工作或影響周圍流體的壓力狀態(tài)。
[0012]通過根據(jù)本發(fā)明的用于控制井筒壓力的設(shè)備，首先根據(jù)所檢測到的井筒參數(shù)，可以實時掌控整個縱向方向上的井筒狀態(tài)，再通過控制器控制壓力影響元件，在井筒的縱向方向上實現(xiàn)統(tǒng)一、整體的控制。同時，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的運作獨立于泥漿循環(huán)系統(tǒng)，不需要消耗液力，保證了鉆頭所需的液力。
[0013]優(yōu)選地，所述壓力影響元件包括能夠停機和運動的第一子部分和/或第二子部分，所述第一子部分能夠沿第一方向運動，所述第二子部分能夠沿第二方向運動。在壓力影響元件中設(shè)置兩個具有不同功能的子部分，可以靈活地影響其周圍流體的壓力狀態(tài)。通過兩個子部分的協(xié)調(diào)，可以單向或雙向地進行壓力的控制。
[0014]優(yōu)選地，當(dāng)井筒參數(shù)顯示為正常鉆進時，通過所述控制器控制所述壓力影響元件的第一子部分和/或第二子部分停機；當(dāng)特定的測量傳感器所檢測到的井筒參數(shù)顯示為發(fā)生井漏時，通過所述控制器控制相鄰于所述特定的測量傳感器的壓力影響元件的第一子部分沿第一方向運動；和/或當(dāng)特定的測量傳感器所檢測到的井筒參數(shù)顯示為發(fā)生溢流時，通過所述控制器控制相鄰于所述特定的測量傳感器的壓力影響元件的第二子部分沿第二方向運動。
[0015]由此可見，一旦鉆井泵出現(xiàn)故障，或者循環(huán)設(shè)備發(fā)生泄漏，井眼壓力剖面將立即發(fā)生改變，這有可能導(dǎo)致發(fā)生井漏、溢流、井塌等復(fù)雜的情況，而通過根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠及時、有效地進行應(yīng)對。針對正常鉆進、井漏和溢流等不同的情況分別采取不同的應(yīng)對方案。通過第一子部分、第二子部分的配合來調(diào)節(jié)流體壓力，以抵消井漏和溢流所造成的損害。
[0016]優(yōu)選地，當(dāng)所述壓力影響元件的第一子部分沿第一方向運動時，井筒內(nèi)環(huán)空靜液柱壓力與地層破裂壓力之間的差值減小，當(dāng)所述壓力影響元件的第二子部分沿第二方向運動時，井筒內(nèi)環(huán)空靜液柱壓力與地層破裂壓力之間的差值增大。通過改變所述差值，可以緩解甚至消除由井漏或溢流所造成的影響。
[0017]優(yōu)選地，根據(jù)所述壓力影響元件離井漏或溢流的發(fā)生位置點的距離和井筒內(nèi)環(huán)空液流的流量的不同，通過所述控制器來調(diào)整所述壓力影響元件的第一子部分和/或第二子部分的運動速度和運動時間。如此可以實施更精準(zhǔn)的控制，目的性明確，應(yīng)變靈活。
[0018]優(yōu)選地，隨著所述壓力影響元件遠(yuǎn)離井漏或溢流的發(fā)生位置點，通過所述控制器控制所述壓力影響元件的第一子部分和/或第二子部分的運動速度，使其逐漸降低至零。如此可以實施更精準(zhǔn)的控制，目的性明確，應(yīng)變靈活。
[0019]優(yōu)選地，所述傳感器的類型為靶式壓力傳感器、超聲波傳感器或電容傳感器。如此，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可用來探測多種不同的井筒參數(shù)，有利于全面地了解井筒狀態(tài)，以便控制器進行判斷和控制。
[0020]優(yōu)選地，所述壓力影響元件的第一子部分和/或第二子部分的類型為渦輪泵、軸流泵、葉片泵或柱塞泵。
[0021]優(yōu)選地，所述設(shè)備還包括用于調(diào)整鉆頭方向的導(dǎo)向裝置，所述控制器根據(jù)來自所述傳感器的參數(shù)判斷井筒狀態(tài)后對所述導(dǎo)向裝置下達針對方向的指令。如此還可以同時完成對整個鉆桿進行導(dǎo)向的功能。
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