欠平衡钻井井底压力自动控制装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及石油欠平衡钻井技术领域，是一种欠平衡钻井井底压力自动控制装置及其使用方法。欠平衡钻井井底压力自动控制系统包括数据采集单元、逻辑判断控制单元和执行单元，数据采集单元用于采集环空井底压力和井口回压，并将采集到的数据发送至逻辑判断控制单元；逻辑判断控制单元根据判断结果控制回压泵的开关以及节流阀的开度。本发明专利技术结构合理而紧凑，使用方便，在各工况转换过程中维持井底压力恒定，安全地钻穿窄密度窗口低层，减少井涌、井漏现象的发生，减少套管层次、井下复杂事故，缩短非生产时间，提高钻井效率，节约钻井作业成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油欠平衡钻井
，是一种欠平衡钻井井底压力自动控制装置及其使用方法。
技术介绍
随着我国石油勘探与开发向深部复杂地层的不断发展，窄密度窗口安全钻井的问题越来越突出，在许多油田已成为影响和制约石油勘探开发进程与钻井施工的技术瓶颈。发展和研究解决窄密度窗口安全钻井技术的新技术、新工艺和新装备是急需解决的问题，其中，在停泵、开泵过程中保持井底压力恒定是核心。中国专利号ZL 200310103433.1，授权公告日2007年12月5日的专利文献，公开了一种欠平衡钻井井底压力自动控制装置及方法，其通过实时采集钻井作业中的立管压力、套管压力、节流阀开度及泥浆泵泵冲的动态模拟数据，并将所测数据输出给数据处理单元，数据处理单元将包括井身结构、钻具结构、泥浆性能在内的静态数据及上述采集到的数据进行处理，以实测的立压和计算得到的钻具内和钻头压降来计算欠平衡钻井钻进时的井底压力P1，系统设定的井底压力值±设定误差为P2，当P1＜P2时，发出关小节流阀开度的指令，以增加套压值，在等待一个压力传播延迟后，根据变化了的立压和所述动静态数据重新计算井底压力P1，再把计算的井底压力P1与P2进行对比，直到计算出的井底压力在系统设定值±设定误差范围之内；当P1﹥P2时，发出开大节流阀开度的指令，以减少套压值，在等待一个压力传播延迟后，根据变化了的立压和其他数据重新计算井底压力P1，再把计算的井底压力P1与P2进行对比，直到井底压力在设定值±设定误差范围之内。执行单元根据上述数据处理单元给出的控制节流阀开度的指令，输出控制信号给电控节流阀，控制节流阀的开度，以实时将井底压力控制在设定的范围内。上述井底压力控制系统及方法只适用于正常循环钻进过程中将井底压力控制在设定的范围内，而在停泵、开泵过程中，会使井底产生过大的压力波动，容易引起窄密度窗口井的井下复杂事故。
技术实现思路
本专利技术提供了一种欠平衡钻井井底压力自动控制装置及其使用方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有欠平衡钻井井底压力自动控制装置及方法中存在的在停泵、开泵过程中，会使井底产生过大的压力波动、容易引起窄密度窗口井的井下复杂事故的问题。本专利技术的技术方案是通过以下措施来实现的：一种欠平衡钻井井底压力自动控制装置，包括数据采集单元、逻辑判断控制单元和执行单元，其中，数据采集单元包括随钻压力传感器和井口回压传感器，随钻压力传感器用于采集欠平衡钻井作业时的环空井底压力,并将采集到的环空井底压力传输给逻辑判断控制单元；井口回压传感器用于采集井口回压，并将采集到的井口回压传输给逻辑判断控制单元，随钻压力传感器的信号输出端与逻辑判断控制单元的第一信号输入端通过导线电连接在一起，井口回压传感器的信号输出端与逻辑判断控制单元的第二信号输入端通过导线电连接在一起；执行单元包括第一闸板阀、第二闸板阀、第一节流阀、第二节流阀和回压泵，第一闸板阀、回压泵和第一节流阀串联形成第一支路，第一闸板阀与井口连接，回压泵的输出口分别与第一闸板阀和第一节流阀连接；第二闸板阀、第二节流阀串联形成第二支路，第二支路与第一支路并联，第二闸板阀与井口连接，逻辑判断控制单元的第一信号输出端与第一闸板阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第二信号输出端与第二闸板阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第三信号输出端与第一节流阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第四信号输出端与第二节流阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第五信号输出端与回压泵的信号输入端通过导线电连接在一起。下面是对上述专利技术技术方案的进一步优化或/和改进：上述执行单元还包括备用阀组，备用阀组包括第三闸板阀和第三节流阀，逻辑判断控制单元的第六信号输出端与第三闸板阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第七信号输出端与第三节流阀的信号输入端通过导线电连接在一起，第三闸板阀和第三节流阀串联形成第三支路，第三支路、第二支路、第一支路并联。本专利技术还提供了一种上述欠平衡钻井井底压力自动控制装置的使用方法，包括：步骤1，根据井身结构、钻具组合、钻井液性能以及邻井的地层孔隙压力、破裂压力、坍塌压力设定井底目标压力值和井口回压目标值；步骤2，通过随钻压力传感器采集环空井底压力，通过井口回压传感器采集井口回压；步骤3，启泵：钻井液排量梯度式增加，当井口回压传感器采集到的井口回压大于设定的井口回压目标值时，通过逻辑判断控制单元开大第一节流阀的开度，待钻井泵达到第一预定排量后，通过逻辑判断控制单元开启第二闸板阀，待井口回压平衡后，通过逻辑判断控制单元关闭第一闸板阀，当钻井泵达到第二预定排量时进行正常钻进；步骤4，钻进：当随钻压力传感器采集到的环空井底压力小于井底目标压力值时，通过逻辑判断控制单元关小第二节流阀的开度或/和开启回压泵进行压力补偿；当随钻压力传感器采集到的环空井底压力大于井底目标压力值时，通过逻辑判断控制单元开大第二节流阀的开度，钻井完成后停泵；步骤5，停泵：钻井液排量梯度式减小，当井口回压传感器采集到的井口回压小于设定的井口回压目标值时，通过逻辑判断控制单元关小第二节流阀的开度；然后通过逻辑判断控制单元开启第一节流阀，然后通过逻辑判断控制单元开启回压泵进行循环，待第一闸板阀两侧的压力平衡后，通过逻辑判断控制单元开启第一闸板阀，并通过逻辑判断控制单元逐步关闭第二节流阀，最后通过逻辑判断控制单元关闭第二闸板阀，完成停泵。本专利技术还提供了另外一种上述欠平衡钻井井底压力自动控制装置的使用方法，包括：步骤1，根据井身结构、钻具组合、钻井液性能以及邻井的地层孔隙压力、破裂压力、坍塌压力设定井底目标压力值和井口回压目标值；步骤2，通过随钻压力传感器采集环空井底压力，通过井口回压传感器采集井口回压；步骤3，当第二节流阀出现故障时，通过逻辑判断控制单元关闭第二闸板阀，并启用备用阀组；启泵：钻井液排量梯度式增加，当井口回压传感器采集到的井口回压大于设定的井口回压目标值时，通过逻辑判断控制单元开大第一节流阀的开度，待钻井泵达到第一预定排量后，通过逻辑判断控制单元开启第三闸板阀，待井口回压平衡后，通过逻辑判断控制单元关闭第一闸板阀，当钻井泵达到第二预定排量时进行正常钻进；步骤4，钻进：当随钻压力传感器采集到的环空井底压力小于井底目标压力值时，通过逻辑判断控制单元关小第三节流阀的开度或/和开启回压泵进行压力补偿；当随钻压力传感器采集到的环空井底压力大于井底目标压力值时，通过逻辑判断控制单元开大第三节流阀的开度，钻井完成后停泵；步骤5，停泵：钻井液排量梯度式减小，当井口回压传感器采集到的井口回压小于设定的井口回压目标值时，通过逻辑判断控制单元关小第三节流阀的开度；然后通过逻辑判断控制单元开启第一节流阀，然后通过逻辑判断控制单元开启回压泵进行循环，待第一闸板阀两侧的压力平衡后，通过逻辑判断控制单元开启第一闸板阀，并通过逻辑判断控制单元逐步关闭第三节流阀，最后通过逻辑判断控制单元关闭第三闸板阀，完成停泵。本专利技术结构合理而紧凑，使用方便，在各工况转换过程中维持井底压力恒定，安全地钻穿窄密度窗口低层，减少井涌、井漏现象的发生，从而能够钻穿更深的裸眼段，减少套管层次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种欠平衡钻井井底压力自动控制装置，其特征在于包括数据采集单元、逻辑判断控制单元和执行单元，其中，数据采集单元包括随钻压力传感器和井口回压传感器，随钻压力传感器用于采集欠平衡钻井作业时的环空井底压力,并将采集到的环空井底压力传输给逻辑判断控制单元；井口回压传感器用于采集井口回压，并将采集到的井口回压传输给逻辑判断控制单元，随钻压力传感器的信号输出端与逻辑判断控制单元的第一信号输入端通过导线电连接在一起，井口回压传感器的信号输出端与逻辑判断控制单元的第二信号输入端通过导线电连接在一起；执行单元包括第一闸板阀、第二闸板阀、第一节流阀、第二节流阀和回压泵，第一闸板阀、回压泵和第一节流阀串联形成第一支路，第一闸板阀与井口连接，回压泵的输出口分别与第一闸板阀和第一节流阀连接；第二闸板阀、第二节流阀串联形成第二支路，第二支路与第一支路并联，第二闸板阀与井口连接，逻辑判断控制单元的第一信号输出端与第一闸板阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第二信号输出端与第二闸板阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第三信号输出端与第一节流阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第四信号输出端与第二节流阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第五信号输出端与回压泵的信号输入端通过导线电连接在一起。...

【技术特征摘要】
1.一种欠平衡钻井井底压力自动控制装置，其特征在于包括数据采集单元、逻辑判断控制单元和执行单元，其中，
数据采集单元包括随钻压力传感器和井口回压传感器，随钻压力传感器用于采集欠平衡钻井作业时的环空井底压力,并将采集到的环空井底压力传输给逻辑判断控制单元；井口回压传感器用于采集井口回压，并将采集到的井口回压传输给逻辑判断控制单元，随钻压力传感器的信号输出端与逻辑判断控制单元的第一信号输入端通过导线电连接在一起，井口回压传感器的信号输出端与逻辑判断控制单元的第二信号输入端通过导线电连接在一起；
执行单元包括第一闸板阀、第二闸板阀、第一节流阀、第二节流阀和回压泵，第一闸板阀、回压泵和第一节流阀串联形成第一支路，第一闸板阀与井口连接，回压泵的输出口分别与第一闸板阀和第一节流阀连接；第二闸板阀、第二节流阀串联形成第二支路，第二支路与第一支路并联，第二闸板阀与井口连接，逻辑判断控制单元的第一信号输出端与第一闸板阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第二信号输出端与第二闸板阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第三信号输出端与第一节流阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第四信号输出端与第二节流阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第五信号输出端与回压泵的信号输入端通过导线电连接在一起。
2.根据权利要求1所述的欠平衡钻井井底压力自动控制装置，其特征在于执行单元还包括备用阀组，备用阀组包括第三闸板阀和第三节流阀，逻辑判断控制单元的第六信号输出端与第三闸板阀的信号输入端通过导线电连接在一起，逻辑判断控制单元的第七信号输出端与第三节流阀的信号输入端通过导线电连接在一起，第三闸板阀和第三节流阀串联形成第三支路，第三支路、第二支路、第一支路并联。
3.一种如权利要求1所述的欠平衡钻井井底压力自动控制装置的使用方法，其特征在于包括：
步骤1，根据井身结构、钻具组合、钻井液性能以及邻井的地层孔隙压力、破裂压力、坍塌压力设定井底目标压力值和井口回压目标值；
步骤2，通过随钻压力传感器采集环空井底压力，通过井口回压传感器采集井口回压；
步骤3，启泵：钻井液排量梯度式增加，当井口回压传感器采集到的井口回压大于设定的井口回压目标值时，通过逻辑判断控制单元开大第一节流阀的开度，待钻井泵达到第一预定排量后（此处的第一预定排量不太清楚，请提供范围，比如达到总排量的百分之几至百分之几），通过逻辑判断控制单元开启第二闸板阀，待井口回压平衡后，通过逻辑判断...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨刚，刘伟，周琳，黄学刚，付和，
申请(专利权)人：中国石油集团西部钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65