[發明專利]一種鉆井液密度井下實時控制系統

無效

• 申請號: 201410343129.2
• 申請日: 2014-07-18
• 公開（公告）號: CN104234648A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 閆鐵;陳勛;畢雪亮;孫士慧;張楠;李井輝
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: E21B21/14
• 分類號: E21B21/14
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 曹愛華

技術領域

本發明涉及井下鉆井液密度控制系統，具體涉及一種鉆井液密度井下實時控制系統。

背景技術

由于地層本身存在壓力，并且隨著井深的增加而增加，為了保持井壁穩定最初都是過平衡鉆井即使用密度較大的鉆井液，始終保持井底壓力大于地層壓力，使井眼環空中的鉆井液柱對井壁起著支撐作用。但由于過大的鉆井液靜液柱壓力加持在鉆頭上，不利于鉆頭破巖，因此過平衡鉆井最大的缺點就是鉆速慢和鉆井液漏失污染地層。到了六七十年代，欠平衡鉆井技術開始出現，欠平衡鉆井技術即使用密度較小的鉆井液，允許井底壓力小于地層壓力，并在地面加以控制的技術。欠平衡鉆井由于采用負壓鉆進，減小了壓持作用，有利于鉆頭對巖石的破碎，因此欠平衡鉆井最大的優勢是提高了鉆速和有效控制漏失，但欠平衡鉆井井壁穩定性差，一般適用于地層條件較好的情況，復雜地層如異常高壓地層等限制了欠平衡鉆井的應用?？貕恒@井技術，通過對井底壓力的實時監測，控制井口回壓，始終保持井底壓差處于微過平衡或近平衡狀態，有效控制地層流體侵入井眼，非常適宜窄密度窗口的地層作業?？梢钥吹讲还苓^平衡鉆井、欠平衡鉆井還是控壓鉆井，都有各自的優勢和適用范圍，但過平衡鉆井、欠平衡鉆井、控壓鉆井的優勢沒有很好地結合起來，影響了鉆井效率。

另外，目前普通氣液混合一般都是在地面進行，空氣通過壓縮機，鉆井液通過泥漿泵，在進入鉆桿之前在地面進行混合，這樣流過鉆桿的流體將是氣液兩相流，由于氣液兩相流存在滑脫現象，這往往引起比單相的液流更高的壓力損耗，因此能耗較高；由于流入鉆桿的鉆井液中混入空氣，鉆桿的腐蝕速度更快；若調整氣液比，新的氣液混合流體從地面到達目標地層需要一定的時間，存在滯后。?

發明內容

本發明的目的是提供一種鉆井液密度井下實時控制系統，這種鉆井液密度井下實時控制系統用于解決目前普通氣液混合在地面進行不能很好地使井底壓差在過平衡、欠平衡和近平衡狀態之間轉換的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：這種鉆井液密度井下實時控制系統包括鉆機、防噴裝置、雙鉆桿鉆具、空氣壓縮機、泥漿泵、中間傳輸裝置、鉆鋌、電磁閥、封隔器、無線接收器、地面控制系統，防噴裝置安裝在鉆機下，雙鉆桿鉆具有內鉆桿和外鉆桿，內鉆桿和外鉆桿同軸設置，中間傳輸裝置由同軸設置的內筒和外筒構成，內筒和外筒之間的環形空間為鉆井液通道，內筒的上端面設置進氣口，外筒的側壁設置進液口，空氣壓縮機通過輸氣管線連接到內筒的進氣口，泥漿泵連接外筒的進液口，內筒末端連接內鉆桿，外筒末端連接外鉆桿；外鉆桿的末端連接鉆鋌，內鉆桿的末端通過三腳架固定在鉆鋌底部；內鉆桿末端連接電磁閥，封隔器安裝在外鉆桿上，無線密度傳感器和無線壓力傳感器均安裝在鉆鋌底部；無線接收器接收來自無線密度傳感器和無線壓力傳感器的信號，無線接收器連接地面控制系統。

上述方案中空氣壓縮機與內筒之間的輸氣管線上安裝閥門，為了防止井下自動控制失效，鉆井技術人員根據返回的鉆井參數信息，可以手動關閉該閥門，以切斷氣體供應，保證安全生產。

本發明具有以下有益效果：

1、本發明為了利用好過平衡鉆井、欠平衡鉆井和控壓鉆井這三種鉆井技術的優勢，避免這三種鉆井技術的劣勢，提出一種鉆井液密度井下實時控制系統，根據鉆遇地層的實際情況，按鉆井需要通過向鉆井液混入氣體調節鉆井液密度，使井底壓差在過平衡、欠平衡和近平衡狀態之間轉換，井壁穩定性較好的地層保持欠平衡狀態提高機械鉆速，異常高壓地層保持過平衡狀態防止井噴失控，確保鉆井安全，從而安全高效地鉆達目的層，減少非生產時間，降低鉆井成本。

2、本發明采用井下氣液混合的方式，與地面氣液混合具有以下主要優勢：1）能耗較低，外鉆桿和內鉆桿都是單相流動，摩擦壓力損耗較兩相流時要小，比如用鉆井水力參數計算軟件（HUBS）模擬不同氣液混合方式的鉆井壓力損失，已知參數：井深5000m，套管尺寸244.5mm，鉆桿/外鉆桿尺寸127mm，內鉆桿尺寸51mm，鉆井液排量1.2m3/min，氣體排量80?m3/min，井口回壓0.1MPa，結果表明地面氣液混合方式壓力損耗為18.5MPa，井下氣液混合方式壓力損耗為12.6MPa，井下混合比地面混合壓力損耗低1/3；2）由于鉆桿內氣液分開向下流動，鉆桿腐蝕速度比兩相流要慢；3）內鉆桿的末端抵達到鉆鋌的底部，這樣氣體的出口位于鉆鋌的底部，氣體與鉆井液在鉆頭上方進行氣液混合，由于氣液在鉆頭上方附近混合，并且利用內鉆桿底端的電磁閥調節氣液比，因此采用井下氣液混合方式縮短了控制時間，避免了控制滯后。