本发明专利技术公开了一种半潜式钻井平台的控压钻井装置及方法，该装置包括从钻杆顶部向下依次设置的导流装置、球形接头、三段式伸缩短节、旋转控制头、转换接头、隔水管、防喷器组、套管、PWD随钻测压工具、钻头；三段式伸缩短节顶端通过球形接头连接导流装置，底端与旋转控制头的壳体顶部栽丝法兰连接；旋转控制头的壳体底端通过转换接头与隔水管连接；通过钻杆、旋转控制头的旋转总成和壳体形成井口环空密闭可加压的钻井液循环系统；旋转控制头壳体的几个出口分别连接液动平板阀，一个液动平板阀和主返出管线连接，主返出管线连接控压分流装置，控压分流装置连接控压节流管汇系统，实现井底压力的调整与控制。力的调整与控制。力的调整与控制。
【技术实现步骤摘要】
一种半潜式钻井平台的控压钻井装置及方法
[0001]本专利技术涉及深海石油天然气勘探开发
，尤其是一种半潜式钻井平台的控压钻井装置及方法。
技术介绍
[0002]目前，随着我国不断加大深海石油天然气资源的勘探开发力度，相应的安全高效钻井技术及工艺的不断需求，特别是深水海域的勘探重点井，温度更高，压力窗口更窄，作业环境更为苛刻，溢流、漏失等复杂情况频发，急需开展超高温高压窄压力窗口的控压钻井技术及工艺研究。
[0003]专利CN2022211223450公开了一种环形液压锁紧式的旋转控制头装置。其结构包括壳体、旋转总成和环形液压锁紧系统。该装置改变了传统的旋转总成与壳体，防溢管总成与壳体安装固定的方式，旋转总成是通过采用若干个同平面等圆周距并受远程液压站控制的液压油缸及锁紧爪，实现锁紧爪伸出或收回，以实现旋转总成的安装与取出，改变了以前抱箍式的安装连接方式。壳体可以同时连接旋转总成和防溢管总成，互不干扰，由此现场施工时，减少更换旋转控制头总成程序、大大节约非生产时间、降低高空作业的安全风险和经常拆卸防溢管所形成的泥浆泄露而带来的环保安全风险。所述旋转控制头装置为建立一套海上钻井平台安全、高效的欠平衡及控压钻井工艺技术提供技术支撑。
[0004]但是，现有的用于深水的钻井平台半潜式钻井平台，无法满足控压钻井技术及工艺的要求，其主要原因是：第一、现有隔水管伸缩短节和球形接头抗压能力不够，所以无法在其上部安装现有密闭井口环空的旋转控制头对井口施加压力进行控压钻井；第二、现有两段式隔水管伸缩短节的结构造成无法实现在张紧环上安装旋转控制头，进行控压钻井。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是针对现有的半潜式钻井平台的井口装置存在的上述问题和缺少相应控压钻井的装备，提供一种半潜式钻井平台的控压钻井装置及方法。
[0006]本专利技术提供的半潜式钻井平台的控压钻井装置，主要结构包括钻杆，钻杆顶端与泥浆泵连接。从钻杆顶部向下，依次设置的导流装置、球形接头、三段式伸缩短节、旋转控制头、转换接头、隔水管、防喷器组、套管、PWD随钻测压工具、钻头。
[0007]所述旋转控制头为环形液压锁紧式旋转控制头，其结构包括壳体、位于壳体内的旋转总成和位于壳体上的环形液压锁紧系统三部分。详细结构见专利CN2022211223450中的记载。
[0008]所述三段式伸缩短接是将常规(或“原”)两段式伸缩短节的上部短节改造成的三段式伸缩短节。其伸缩长度满足海浪起伏高度，最小内径要大于下入工具或旋转控制头的旋转总成的最大外径，三段式伸缩短节顶端通过球形接头连接导流装置，底端与旋转控制头的壳体的顶部栽丝法兰连接；旋转控制头底端与隔水管连接；通过旋转控制头形成井口环空密闭可加压的钻井液循环系统。所述隔水管上设置张紧环。
[0009]所述旋转控制头的两个返出口分别连接液动平板阀，一个液动平板阀与主返出管线连接，主返出管线连接控压分流装置，控压分流装置连接控压节流管汇系统进行节流控压，控压节流管汇系统的出口分两条管线，一条管线到井队液气分离器，液气分离后气体通过防喷管线防喷或燃烧，液体流到振动筛后回到泥浆罐；另一条管线直接到井队振动筛后回到泥浆罐。所述返出管线上设置液体流量计实时监测返出口流量。另一个液动平板阀连接灌浆管线与井队的灌浆泵连接，用于常规起钻时给井筒灌浆用；通过节流管汇的节流阀的阀位开度大小的调节，形成节流阀阀前压力，简称井口压力，从而实现井底压力的调整与控制。所述旋转控制头的其他出口，可作为备用返出口或备用出口。
[0010]优选的是，所述旋转控制头的壳体底端通过转换接头与隔水管顶端连接。旋转控制头的壳体顶端的栽丝法兰与三段式伸缩短节的底部接头通过螺栓连接。
[0011]优选的是，所述控压分流装置的出口分为三条管线，一条连接控压节流管汇，一条作为回压管线连接回压泵，用于控压泵接单根和控压起下钻；一条作为平衡管线进一步连接节流管线；所述回压泵、回压管线和平衡管线协同作用，用于带压更换旋转控制头。
[0012]优选的是，所述控压节流管汇系统包括节流管汇、流量计管汇、液控系统、PLC数据采集及控制系统，用于接收控压控制中心指令，自动开关节流阀开度，实时调整和控制井口压力。所述控压控制中心由正压防爆房和控压工控机组成。
[0013]采用上述半潜式钻井平台的控压钻井装置进行控压钻井的方法：在钻井过程中，泥浆罐内的泥浆通过泥浆泵经过钻杆泵送至井底，通过井下钻头水眼流出，泥浆将携带钻屑通过钻杆与井眼之间的环空返至井口旋转控制头，然后通过旋转控制头的返出口及液动平板阀经返出管线至控压分流装置到控压节流管汇系统，通过节流管汇的节流阀的阀位开度大小的调节，形成节流阀阀前压力(井口压力)，从而实现井底压力的调整与控制。
[0014]井底压力的公式如下：
[0015]井底压力＝泥浆液柱压力+环空摩阻+井口压力
[0016]其中：
[0017]泥浆液柱压力：泥浆液柱压力＝泥浆密度x重力加速度x井眼垂直深度，一般在泥浆密度和井眼垂直深度一定时，泥浆液柱压力是一个相对稳定的一个值。
[0018]环空摩阻：环空摩阻与泵排量、泥浆密度、泥浆性能、井身结构、钻杆组合等因素有关，一般在钻井参数和泥浆性能确定的情况下，环空摩阻是一个相对稳定的一个值。
[0019]井口压力：它是唯一个可根据现场实际钻井工况实时进行调整和控制的压力。它的基本控制原理一般是设置一个目标井底压力值，然后通过井下随钻测压PWD工具的测量值或水力模型计算的井底压力值与设定的目标井底压力值实时比对，系统将自动计算出一个井口压力设置值，并通过自动节流控制系统，调节节流阀的开度大小，直至实际井口压力与井口压力设置值基本一致时，从而达到调整和控制井底压力与设定的目标井底压力值一致，保持节流阀开度大小，维持井口压力稳定，实现半潜式海洋钻井平台的控压钻井施工。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：
[0021](1)改变了传统井口非密闭不能加压的状态，本专利技术的控压钻井装置是通过改造传统的两段式伸缩短节的内筒为三段式伸缩短节，在原两段式伸缩短节外筒与三段式伸缩短节之间安装环形液压锁紧式旋转控制头，形成井口环空密闭可加压的钻井液循环系统。
[0022](2)改变了传统返出管线无节流装置的状态，本专利技术的控压钻井装置是在返出管
线上连接控压自动节流管汇系统，可实时根据井下实际情况对井口压力进行调整和控制，从而实现控压钻井技术及工艺。
[0023](3)改变了传统返出管线无流量监测装置的状态，本专利技术的控压钻井装置在返出管线上连接流量计，可实时监测出口流量，工控机溢流漏失软件系统对PLC实时采集的钻井参数及出、入口流量进行比对、判断，及早发现溢流或漏失并报警，改变了传统监测泥浆罐液面变化来发现溢流或漏失，提高井控安全，降低生产风险。
[0024](4)本专利技术的半潜式钻井平台的控压钻井装置为建立一套半潜式深水钻井平台安全、高效的欠平衡及控压钻井技术及工艺，填补国内半潜式钻本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种半潜式钻井平台的控压钻井装置，其特征在于，包括钻杆，钻杆顶端与泥浆泵连接，从钻杆顶部向下，依次设置的导流装置、球形接头、三段式伸缩短节、旋转控制头、转换接头、隔水管、防喷器组、套管、PWD随钻测压工具、钻头；所述三段式伸缩短接是将常规两段式伸缩短节的上部短节改造成的三段式伸缩短节，其伸缩长度满足海浪起伏高度，最小内径大于下入工具或旋转控制头的旋转总成的最大外径，三段式伸缩短节顶端通过球形接头连接导流装置，底端与旋转控制头壳体的顶端栽丝法兰连接；所述旋转控制头为环形液压锁紧式旋转控制头，其结构包括壳体、位于壳体内的旋转总成和位于壳体上的环形液压锁紧系统三部分；旋转控制头的壳体顶端与三段式底端连接，旋转控制头壳体的底座通过转换接头与隔水管连接；旋转控制头的旋转总成通过环形液压锁紧机构固定在壳体内，通过钻杆、旋转控制头的旋转总成及壳体形成井口环空密闭可加压的钻井液循环系统；所述旋转控制头壳体下部的几个出口分别连接液动平板阀，一个液动平板阀和主返出管线连接，主返出管线连接控压分流装置，控压分流装置连接控压节流管汇系统进行节流控压，控压节流管汇系统的出口分两条管线，一条管线到井队液气分离器，液气分离后气体通过防喷管线防喷或燃烧，液体流到振动筛后回到泥浆罐；另一条管线直接到井队振动筛后回到泥浆罐；通过控压节流管汇系统的节流阀的阀位开度大小的调节，形成节流阀阀前压力，简称井口压力，从而实现井底压力的调整与控制；另一个液动平板阀连接灌浆管线与井队的灌浆泵连接，用于常规起钻时给井筒灌浆用，其他出口可作为备用出口。如权利要求1所述的半潜式钻井平台的控压钻井装置，其特征在于，所述旋转控制头的壳体底端通过转换接头与隔水管顶端连接；旋转控制头的壳体顶端的栽丝法兰与三段式伸缩短节的底部接头通过螺栓连接。2.权利要求1所述的半潜式钻井平台的控压钻井装置，...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺志刚，李雪刚，乔国发，李金崇，后建武，
申请(专利权)人：新疆格瑞迪斯石油技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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