[發(fā)明專利]井筒壓力控制系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210403002.6
• 申請(qǐng)日: 2012-10-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103775011B
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許衛(wèi)平;任紅;吳仲華;韓來(lái)聚;馬清明;溫林榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油化工股份有限公司;中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院
• 主分類號(hào): E21B21/08
• 分類號(hào): E21B21/08
• 代理公司: 北京聿宏知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯(lián)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及油氣開(kāi)發(fā)鉆井技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種井筒壓力控制系統(tǒng)。

本發(fā)明還涉及一種井筒壓力控制方法。

背景技術(shù)

為了達(dá)到提高機(jī)械鉆速、減少儲(chǔ)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(lái)控制壓力鉆井和井控技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外鉆井研究中的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

現(xiàn)有技術(shù)中的HydroPulse^TM脈沖工具利用流動(dòng)循環(huán)閥閥門的開(kāi)啟和關(guān)閉來(lái)間歇式地阻斷來(lái)流，對(duì)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。

在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)基于附壁射流原理開(kāi)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(guò)噴嘴時(shí)卷吸旁道內(nèi)的液體，使其向上流動(dòng)，此時(shí)在閥的受力面上，閥體受到推動(dòng)向下移動(dòng)，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(duì)負(fù)壓區(qū)。

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(guò)上接頭進(jìn)入流道盤的噴嘴后進(jìn)行分流，一部分進(jìn)入襯套和筒體的環(huán)空，一部分進(jìn)入定子襯套來(lái)驅(qū)動(dòng)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(jìn)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(shí)開(kāi)時(shí)閉，液流在這種情況下將會(huì)出現(xiàn)閉則升壓，開(kāi)則泄壓，由此產(chǎn)生脈沖射流和脈沖壓力。

上述3種工具僅能對(duì)井底壓力形成影響。

針對(duì)欠平衡鉆井技術(shù)在海上鉆井中難以解決的一些問(wèn)題，近幾年還開(kāi)發(fā)出了更為復(fù)雜同時(shí)功能更為強(qiáng)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)?？刂茐毫︺@井（MPD）技術(shù)是由欠平衡鉆井（UBD）技術(shù)和動(dòng)力鉆井技術(shù)綜合發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，它利用封閉的鉆井液循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)液力井的模擬程序來(lái)反饋數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)環(huán)空壓力剖面，從而使自動(dòng)控制壓力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)流閥，產(chǎn)生微小調(diào)節(jié)量來(lái)精確控制整個(gè)井眼的環(huán)空壓力剖面。控制鉆井液帽(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(kāi)放式循環(huán)系統(tǒng)操作，又能當(dāng)作封閉式循環(huán)系統(tǒng)操作，同時(shí)使用較重的鉆井液，通過(guò)水下鉆井液舉升泵系統(tǒng)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。

上述這些工具與系統(tǒng)，除了控制鉆井液帽(CMC)鉆井技術(shù)外，其它的工具與系統(tǒng)都是由流動(dòng)的鉆井液直接驅(qū)動(dòng)，這種方式存在三個(gè)方面的問(wèn)題：一是部分工具僅能對(duì)井底壓力形成影響；二是需要占用鉆井系統(tǒng)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(shí)，必然會(huì)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(duì)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)系統(tǒng)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。

而控制鉆井液帽（CMC）鉆井技術(shù)只適用于深水，并且只具備一套鉆井液提升泵，通過(guò)控制其在隔水管中的位置來(lái)控制壓力，由于控制窗口狹窄，不能實(shí)現(xiàn)全井控制壓力。

另外，專利文獻(xiàn)CN102402184A公開(kāi)了一種井筒壓力模型預(yù)測(cè)系統(tǒng)控制方法。然而此文獻(xiàn)并未涉及具體檢測(cè)井筒狀況以及彌補(bǔ)溢流，漏失等問(wèn)題的裝置。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種井筒壓力控制系統(tǒng)及控制方法，其不僅能夠?qū)θ驳膲毫?shí)施控制，而且不依賴泥漿循環(huán)系統(tǒng)，可獨(dú)立發(fā)揮作用。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出了一種井筒壓力控制系統(tǒng)，包括安裝在鉆桿上的至少一個(gè)測(cè)量傳感器和至少一個(gè)壓力控制元件，以及用于控制該壓力控制元件的控制器，測(cè)量傳感器將所檢測(cè)的井筒參數(shù)發(fā)送給控制器，控制器根據(jù)接收到的井筒參數(shù)控制壓力控制元件停機(jī)、沿第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)或沿與其相反的第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)井筒參數(shù)顯示為正常鉆進(jìn)時(shí)，控制器使壓力控制元件停機(jī)；當(dāng)特定的測(cè)量傳感器所檢測(cè)到的井筒參數(shù)顯示為發(fā)生井漏時(shí)，控制器使相鄰于該特定的測(cè)量傳感器的壓力控制元件沿第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)特定的測(cè)量傳感器所檢測(cè)到的井筒參數(shù)顯示為發(fā)生溢流時(shí)，控制器使相鄰于該特定的測(cè)量傳感器的壓力控制元件沿第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

在一個(gè)實(shí)施例中，壓力控制元件沿第一方向的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致井筒內(nèi)環(huán)空靜液柱壓力與地層破裂壓力之間的差值減小，而沿第二方向的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致井筒內(nèi)環(huán)空靜液柱壓力與地層破裂壓力之間的差值增大。

在一個(gè)實(shí)施例中，控制器根據(jù)壓力控制元件離井漏或溢流的發(fā)生位置點(diǎn)的距離和井筒內(nèi)環(huán)空液流的流量來(lái)調(diào)整該壓力控制元件的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間。

在一個(gè)實(shí)施例中，控制器設(shè)置成隨著壓力控制元件離開(kāi)井漏或溢流的發(fā)生位置點(diǎn)，該控制器使該壓力控制元件的轉(zhuǎn)動(dòng)速度逐漸降低至零。