[發明專利]流體流動與壓力控制系統及方法

有效

• 申請號: 00810660.6
• 申請日: 2000-04-28
• 公開（公告）號: CN1364224A
• 公開（公告）日: 2002-08-14
• 發明（設計）人: L·L·凱恩;R·蘇特
• 申請（專利權）人: M－I有限公司
• 主分類號: F16K31/12
• 分類號: F16K31/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 曾祥凌,章社杲

背景

本發明涉及用于控制流體流動和流體壓力的系統及方法，更具體而言，涉及這樣一種系統和方法，即根據其設置一自動地移動以控制系統內的流體流動的節流器，并在系統內無論存在或發生什么流動條件都維持一期望的背壓。

有許多需要控制系統內流體流動的背壓的應用場合。例如，在鉆油井的鉆探中，通常在井孔中懸掛一鉆管，在其下端帶有鉆頭，當使鉆頭旋轉時，使鉆探流體如鉆探泥漿循環，向下穿過鉆探鉆具的內部，穿出鉆頭，向上穿過井孔的環道直至表面。維持這種流體循環目的是，用于從井孔去除鉆屑，冷卻鉆頭，以及維持井孔內的靜液壓力以控制生成氣體，防止井噴等。在這些情況下，鉆探泥漿的重量不足以維持鉆井內的底部鉆孔壓力，有必要對表面的鉆探泥漿施加額外的背壓，以補償缺乏靜液頭，從而使鉆井保持在控制之下。這樣，在一些示例中，在回流線上安裝用于鉆探流體的背壓控制裝置。

背壓控制裝置，對控制由鹽水或生成氣體注入鉆探流體引起的系統內的、會導致井噴的沖擊也是必要的。在這些情況下，足夠的額外背壓必須施加于鉆探流體，使得生成氣體得到遏制和控制鉆井，直至可使較重的流體或泥漿向鉆探鉆具下循環，向上至環道以熄滅鉆井。還希望避免產生過量的背壓，其可能使鉆探鉆具粘附，或損壞構造、鉆井外殼，或鉆井頭設備。

然而，當鉆探流體通過背壓控制裝置時，鉆探流體一定特征的變量使維持對鉆探流體的最佳背壓復雜化。例如，雜質或生成氣體的導入可以改變流體的密度，和/或進入控制裝置的流體的溫度和體積會變化。因此，直到在鉆探流體的節流處獲得響應這些變化條件的合適變化，才可實現期望的背壓。一般，傳統裝置要求手動控制和調節節流裝置孔，以維持期望的背壓。然而，手動控制節流裝置涉及滯后期，且一般不準確。

委托給本發明的受讓人的美國專利4,355,784公開一種用于控制上述環境下的鉆探流體的背壓的設備和方法，其闡述了上述問題。根據該裝置，一平衡節流裝置在屏罩內移動以控制鉆探流體的流動和背壓。節流裝置的一端受到鉆探流體的壓力，另一端受到控制流體的壓力。然而，在該設計中，當節流裝置響應鉆井流體壓力的增加或控制流體壓力的減小從其閉合位置移向開啟位置時，其經常移動太快又太遠，于是經常越過其正常操作位置。這能引起壓力峰值，和/或允許鉆井表面附近的大量氣體排出該裝置，這兩者都不利。

因此，就需要一種其結合有上述專利所公開的系統的所有優點的方法和系統，其用于控制流動流體的背壓，仍在該節流器從其關閉位置移向開啟位置時減小任何壓力峰值和氣體排出。

概述

因此，提供一種系統和方法，據此在屏罩內形成入口通道和出口通道，節流部件可在屏罩內移動以控制流體從入口通道至出口通道的流動，還向該流體施加背壓。使該節流部件從完全關閉位置至開啟位置的運動受到阻尼。

節流裝置自動地操作以維持對流動流體的預定背壓，盡管流體條件有變化。另外，在關閉和開啟穿過該系統的流體流動的過程中，可以實現將背壓精確地控制在期望壓力值。進一步，當節流裝置從關閉位置移至開啟位置時，消除大的壓力峰值和/或起始流體波動。

附圖說明

圖1-3和4是根據本發明的實施例的系統的剖視圖，示出不同操作模式；

圖2是圖1的局部放大視圖；

圖5類似圖2，但示出本發明的可選實施例。

詳細描述

參照圖1，一般，參考數字10指根據本發明的實施例的背壓控制系統。系統10包括屏罩12，其具有從其長度延伸穿過的軸向孔14和排放端14a。徑向延伸入口通道16也形成于屏罩12，并孔14交叉。可以理解，可在孔14的排放端14a和通道16的入口端設置連接凸緣等(圖中未示)以將它們連接于合適的流動線路。將來自下孔鉆井的鉆探流體導入入口通道16，穿過屏罩12，一般從孔14的排放端排出用于再循環。

閥帽18固定于與孔14的排放端14a相對的屏罩12的端部。閥帽18的截面基本為T形，并具有延伸入屏罩的孔14的柱形部18a。密封環19在形成于閥帽部18a的外表面的凹槽中延伸，并與屏罩12的相應表面接合。閥帽18也包括交叉部18b，交叉部與柱形部18a正交延伸并以任何傳統方式緊固于屏罩12的相應端。