[發明專利]粒子沖擊鉆井檢測與控制系統

有效

• 申請號: 201610290056.4
• 申請日: 2016-05-05
• 公開（公告）號: CN105781420B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 趙健;張貴才;徐依吉;韓烈祥;周衛東;蔡春雷;楊洋洋;郭文卿;周毅;萬夫磊;李建波
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B7/18
• 分類號: E21B7/18;E21B44/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種粒子沖擊鉆井檢測與控制系統，屬于石油鉆井領域。

背景技術

隨著石油鉆井所鉆遇地層巖石越來越硬，地層越來越復雜，石油鉆井面臨著巨大的技術挑戰。粒子沖擊鉆井技術是一種有效提高硬地層、復雜地層鉆井速度，降低鉆井成本的有效手段。粒子沖擊鉆井通過地面在鉆井液中加入一定比例的鋼質粒子，鋼質粒子在鉆井液攜帶下，到達井下鉆頭，鋼質粒子與鉆井液從鉆頭噴嘴高速噴出，通過粒子沖擊和鉆頭機械聯合破巖方式，有效提高了巖石的破巖效率，因此可以大幅度的提高石油鉆井速度。

粒子沖擊鉆井技術裝備主要包括粒子注入系統裝置、粒子回收系統裝置、專用粒子沖擊鉆頭、檢測與控制系統四大部分。其中粒子注入系統裝置、粒子回收系統裝置、專用粒子沖擊鉆頭的研究起步較早，已經取得了顯著成果。

粒子沖擊鉆井檢測與控制系統是粒子鉆井系統的關鍵部分，檢測與控制系統可檢測粒子鉆井的粒子注入量、粒子濃度、螺桿轉速、溫度、壓力、流量、液位等參數，并將測得的數據通過線路傳輸到上位機，實現數據的實時傳輸現實和控制。利用粒子沖擊鉆井檢測與控制系統可及時準確得到系統的各運行參數，同時可減輕現場操作人員的勞動強度，實現數據的遠程采集和各設備的遠程控制，對采集到的數據進行存儲，可為技術人員分析系統的運行狀況，及時處理相應故障，并利用控制系統進行相應的控制提供保障，極大提高了粒子沖擊鉆井系統的可操作性和安全性，因此粒子沖擊鉆井檢測與控制系統研究顯得尤為重要。

本發明提出了一套粒子沖擊鉆井檢測與控制系統，實現了系統粒子注入量、粒子濃度、螺桿轉速、溫度、壓力、流量、液位等參數的實時監控，實時采集系統各參數，并能夠通過控制系統對相應的參數進行調控，極大了提高了粒子沖擊鉆井系統的可操作性和安全性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一套粒子沖擊鉆井檢測與控制系統，實現系統粒子注入量、粒子濃度、螺桿轉速、溫度、壓力、流量、液位等參數的實時監控，實時采集系統各參數，并能夠通過控制系統對相應的參數進行調控，極大了提高了粒子沖擊鉆井系統的可操作性和安全性。

本發明所述的粒子沖擊鉆井檢測與控制系統由壓力表、壓力傳感器、質量流量計、質量傳感器、高壓粒子儲罐、螺旋輸送機、質量傳感器、轉速傳感器、溫度傳感器、液壓工作站、攝像機、射吸漏斗、磁選機、振動篩、泥漿儲罐、螺桿泵、旋轉儲罐、輸送帶、砂泵、高低壓閥門、高低壓管線組成。

鉆井液經過泥漿泵加壓后，經高壓管線到達高壓粒子罐的底部，壓力表、壓力傳感器、質量流量計分別安裝于入口高壓管線上。高壓粒子罐中的粒子在螺旋輸送機的作用下，螺桿旋轉將高壓罐的粒子旋轉進入高壓鉆井液中。高壓粒子罐壓力平衡管線上安裝壓力表和壓力傳感器。螺旋輸送機由液壓馬達控制螺桿的旋轉，液壓馬達由液壓工作站控制。螺旋輸送機螺桿外筒上安裝轉速傳感器、溫度傳感器。高壓粒子罐底部安裝重量傳感器。粒子從高壓粒子罐中流出和鉆井液混合后，形成粒子和鉆井液混合液，經過高壓管線達到鉆井平臺立管，出口的高壓管線安裝質量流量計。粒子和鉆井液通過立管進入到井下鉆頭，粒子從鉆頭噴嘴高速噴出，實現了粒子沖擊輔助鉆頭破巖，破巖后的粒子和巖屑在鉆井液攜帶下，從井隊環空中上返到井口。兩個高壓粒子罐交替運行，實現粒子的不間斷注入。

返回的粒子和巖屑混合物進入輸送帶中，由輸送帶輸送至射吸漏斗，射吸漏斗由砂泵提供動力液。粒子和巖屑在液體的攜帶下，達到磁選機，磁選機磁選作用下，粒子和巖屑分開，分離得到的粒子進入旋轉儲罐中，分離出的巖屑由振動篩篩出。剩余的液體進入到泥漿罐中，在泥漿罐的一側安裝有液位傳感器。粒子在旋轉儲罐中，不斷的旋轉運動，可防止粒子的粘結。旋轉儲罐的底部安裝有質量傳感器，當需要粒子時，旋轉儲罐反轉，粒子旋轉儲罐進入到螺桿泵漏斗中，螺桿泵上安裝有轉速傳感器，粒子在螺桿泵作用下，被輸送到射吸漏斗中，射吸漏斗動力液來自砂泵，粒子在砂泵液體的攜帶下進入到高壓粒子罐中，實現了對高壓粒子罐的供料。

全場設置共設置13處攝像機，實現全場的視頻監控，兩個高壓粒子罐頂部各設置一處攝像機，兩個螺旋輸送機附近各設置一處攝像機、高壓管線附近設置一處攝像機、場地設置一處攝像機、磁選機附近設置一處攝像機，振動篩附近設置一處攝像機、泥漿罐上部設置一處攝像機、旋轉儲罐附近設置一處攝像機、螺桿輸送機附近設置一處攝像機、輸送帶附近設置一處攝像機、砂泵附近設置一處攝像機，各個攝像機信號通過信號傳輸線輸送到硬盤錄像機上。