[發明專利]煤層氣水平分支井分流自動控制系統及工藝

有效

• 申請號: 201210146931.3
• 申請日: 2012-05-14
• 公開（公告）號: CN102704908A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 李黔;尹虎;肖勁超;楊先倫;吳昊;何小東
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00;E21B21/08;E21B21/10
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

技術領域

本發明涉及煤層氣水平分支井開采及其自動化技術領域，特別是一種用于降低煤層氣水平分支井井筒內壓力波動的煤層氣水平分支井分流自動控制系統及工藝。

背景技術

煤層氣作為一種優質高效清潔能源，其開發利用前景廣闊，制約煤層氣大規模開發利用的主要原因是煤層氣井單井產量低、成本高，利用水平分支井進行煤層氣開發是解決這一問題的重要技術手段，它能在較低成本基礎上獲得高產量，達到工業開發的要求。但是采用水平井鉆煤層也對鉆井工程技術提出了更高的挑戰，其中最迫切需要解決的兩個問題是煤層氣水平分支井井壁穩定及井漏。由于煤巖割理、裂隙發育，巖石脆度大、強度低，使得煤層在斜井段或水平井段井壁極不穩定，容易垮塌，而煤層氣水平井鉆井過程中的壓力擾動又使得煤層井壁垮塌問題進一步加劇。

1、現有的煤層氣水平分支井鉆井工藝包括接單根、起鉆、下鉆過程，不僅會引起井筒內較大的壓力波動，使煤層長期處于加載-卸載-加載的循環應力狀態，導致煤巖發生疲勞破壞，而且這些過程需要頻繁的開關泵，開泵瞬間的水擊壓力也會加劇煤層的垮塌。

2、在煤層氣水平分支井注氣欠平衡鉆井的接單根過程中，需要關閉泥漿泵并停止向井筒內注氣，接單根結束后，再打開泥漿泵，同時恢復注氣，這一過程導致氣液兩相混合不均勻，使得井筒內出現壓力波動；

3、在常規的煤層氣水平分支井鉆井工藝中，為了提高大斜度井段鉆井液的攜巖效率，使巖屑順利通過大斜度井段，常加大鉆井液排量，但在高排量作用下，鉆井液會對井壁形成較大沖蝕，造成井壁垮塌，掩埋鉆具等井下事故。

因此井壁穩定問題既是煤層氣水平井或多分支井鉆井的主要風險之一，也是亟待攻克的主要技術瓶頸。

在傳統的煤層氣水平分支井鉆井工藝中，通常采用延長開關泵時間的方式減小由于開關泵產生的水擊壓力；通過合理控制起下鉆速度，減小起鉆時井筒內產生的抽吸壓力，下鉆時產生的激動壓力，最終達到減小井筒內壓力波動的目的。這種傳統的工藝方法，雖然能夠在一定的程度上減小井筒內壓力波動情況，但在實踐中仍然無法保持井壁穩定。因此控制煤層氣鉆井過程中壓力在較小范圍波動將有助于解決煤層氣井壁失穩問題。

申請號為201010246028.5的中國專利，對現有鉆井工藝進行了改進，即在煤層氣水平分支井注氣欠平衡的接單根工藝過程中，使鉆井液從直井泵入水平分支井筒內，無需停止泥漿泵。這樣雖然能夠及時攜巖，保證井筒內清潔，但是無法有效減小井筒內的壓力波動，以及鉆井液對井壁的沖蝕作用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，充分利用排采直井，提供一種煤層氣水平分支井分流自動控制系統及工藝，能有效地解決現有煤層氣水平分支井鉆井中出現的井下壓力波動大，攜巖效率低，沖蝕井壁的技術問題，避免發生井眼垮塌甚至井漏等井下事故。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

煤層氣水平分支井分流自動控制系統，包含所述水平分支井的主井眼還包括用于排采的直井，水平分支井主井眼井口裝置設有旋轉控制頭和全封閘板防噴器，直井還連接有泥漿泵、泥漿池和空壓機，所述的煤層氣水平分支井分流自動控制系統包括地面管匯結構與自動控制系統。

所述的地面管匯結構包括第一泥漿輸入管線、第二泥漿輸入管線、泥漿返出管線、輔助泥漿返出管線和注氣管線，第一泥漿輸入管線從泥漿泵連接至煤層氣水平分支井主井眼，其上裝有流量計和平板閥d；第二泥漿輸入管線從泥漿泵連接至注氣管線，管線上裝有平板閥c和分流閥；泥漿返出管線從旋轉控制頭下的四通接出連接至泥漿池，從旋轉控制頭下的四通至泥漿池的方向上依次裝有平板閥a、壓力傳感器、節流閥、振動篩、平板閥g和氣液分離器；輔助泥漿返出管線從井口四通接出與管線相連接，其上裝有平板閥b；注氣管線從空壓機連接至直井井口，其沿從空壓機至直井井口的方向上依次裝有平板閥f、增壓機、平板閥e、混氣裝置和壓力表。

所述的控制系統包括現場傳感器、數據采集板卡、現場總線、工業控制計算機、主服務器、可編程邏輯控制器PLC和電動執行機構，現場傳感器與數據采集板卡連接，數據采集板卡通過現場總線與工業控制計算機輸入端連接，主服務器與工業控制計算機的輸入端相連，工業控制計算機的輸出端與可編程邏輯控制器PLC的輸入端連接，可編程邏輯控制器PLC的輸出端連接電動執行機構，電動執行機構與節流閥、分流閥和平板閥連接，主服務器還連接有錄井數據系統和水平分支井隨鉆監測系統。