[實用新型]一種控壓鉆井系統

有效

• 申請號: 200920110293.3
• 申請日: 2009-07-30
• 公開（公告）號: CN201460863U
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 崔龍連;汪海閣;葛云華;卓魯斌
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油集團鉆井工程技術研究院
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 謝小延

技術領域：

本實用新型涉及一種油氣田鉆井工程技術領域，是精確控制井底壓力、提高鉆井安全性、降低非生產時效的控壓鉆井系統。

背景技術：

井底壓力控制是鉆井過程中的關鍵環節。常規鉆井過程中，鉆井液壓力是用來控制地層壓力并保持井眼穩定。靜止狀態下，井底壓力P_BH僅與鉆井液靜液柱壓力P_Hyd有關；循環狀態下，井底壓力P_BH是鉆井液靜液壓力P_Hyd和環空壓耗P_AF兩者之和。然而隨著油氣勘探開發向深水、深層發展，深水和深部復雜地層給傳統鉆井過程中井底壓力的控制帶來諸多難題。特別是在鉆遇窄密度窗口地層，地層壓力窗口甚至小于0.02g/cm³，這就導致了傳統工藝鉆井過程中，開泵、下鉆時鉆井液漏失嚴重，停泵、起鉆時發生氣侵、井涌等問題。這些問題嚴重制約了窄密度窗口地層油氣的勘探和開發。

控壓鉆井是最近幾年在國外快速發展的一項新技術，該技術使用欠平衡鉆井的設備，使鉆井液處于閉環回路的循環方式，精確控制井筒環空壓力剖面，使井筒壓力剖面處于地層孔隙壓力和破裂壓力間，避免或減少井漏和井涌等復雜事故的發生。控壓鉆井技術是以解決鉆井復雜事故為其基本出發點，采用欠平衡或微過平衡方式鉆進，鉆井過程中能夠通過適當的工藝、技術和設備，安全、有效地處理涌入井筒的流體。與欠平衡鉆井技術相比，控壓鉆井技術解決了欠平衡鉆井技術所無法克服的地層出水、井壁失穩、儲層含H₂S等問題。控壓鉆井技術的優勢可總結為以下幾點：解決窄密度窗口地層安全鉆井的問題，減輕對地層的傷害，減少井下復雜事故，提高鉆井的安全性和機械鉆速。因此，控壓鉆井技術可用于完成高難度井、低經濟效益井和以前“不可鉆”井的鉆井作業。

目前控壓鉆井技術有多種方式，如不間斷循環系統、井底恒壓系統、微流量控制系統、深水雙梯度系統、加壓泥漿帽系統和當量泥漿循環密度降低工具等。這些技術都具有自身的技術特征和應用范圍，其技術的發展程度也不盡相同。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一套能精確自動控制井底壓力處于平衡或微過平衡狀態的控壓鉆井系統，控制井底壓力一直小于地層漏失壓力、大于地層孔隙壓力，避免井底出現鉆井液漏失或地層流體涌出的復雜事故，在不改變現場技師操作習慣的原則下，通過對設備的干預控制，消除人工操作井底壓力波動過大的問題，提高控壓鉆井作業效率。

本實用新型所述的控壓鉆井系統是由壓力傳感器、數據采集器、計算機或服務器、工控機、PLC控制器、電機、旋轉控制頭、控壓鉆井節流管匯、回壓泵、質量流量計構成；

壓力傳感器包括：泥漿泵沖傳感器、回壓泵沖傳感器、絞車鉆速傳感器、回壓壓力傳感器、井下測量傳感器和溢流閥壓力傳感器；壓力傳感器通過信號傳輸電纜與數據采集器連接，數據采集器分別與工控機和計算機連接，計算機與工控機連接，工控機連接PLC控制器，PLC控制器分別與泥漿泵電機、回壓泵電機、絞車電機、溢流閥和液動控制箱連接；泥漿泵沖傳感器安裝在泥漿泵上，泥漿泵的進液端通過泥漿泵進液管線與泥漿池相連，泥漿泵出口端通過水龍帶與頂驅的水龍頭相連，井下測量傳感器一端與鉆桿連接，另一端與鉆頭相連，鉆桿穿過井口安裝的防噴器組合和旋轉控制頭，通過保護接頭與頂驅相連；旋轉控制頭出口端通過管線分成兩路，一路連接溢流閥，溢流閥通過泄壓管與泥漿池相連，溢流閥壓力傳感器安裝在溢流閥上；另一路又被分成兩路，一路通過板閥與回壓泵的排液端連接，一路連接控壓鉆井節流管匯的進液端，回壓泵通過回壓泵進液管與泥漿池相連；控壓鉆井節流管匯出口端與質量流量計的進口端相連，質量流量計出口端與除氣器的進口相連，除氣器出口接振動篩，振動篩通過排液管與泥漿池相連；回壓泵沖傳感器安裝在回壓泵上；回壓壓力傳感器安裝在控壓鉆井節流管匯；頂驅通過釣鉤與游車相連，游車通過鋼纜和天車與絞車相連，絞車通過螺紋固定在鉆臺上，絞車鉆速傳感器安裝在絞車上.

數據采集轉換模塊采集并轉換傳感器實時測量的數據，將采集的數據分別輸送到水力計算和設備工藝參數優化模塊和綜合分析控制模塊。鉆井固定參數通過手工輸入或固定格式導入的方式輸入到水力計算和設備工藝參數優化模塊。水力計算和設備工藝參數優化模塊將根據輸入的參數計算出模擬結果，實時水力模擬結果同時還被輸送到綜合分析控制模塊，綜合分析控制模塊對比分析實時采集數據和水力模擬結果，需要對設備控制時，綜合分析控制模塊向PLC控制器發出控制信號，完成對相關設備的控制。