海洋精细控压钻井装置及压力控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及海洋精细控压钻井装置及压力控制方法，属于石油与天然气钻井工程技术领域，包括井口密封分流装置，所述井口密封分流装置用于密封钻柱与井口装置的环形空间，实现钻井循环流体在井口的密闭导流；井口压力控制模块，所述井口压力控制模块与井口密封分流装置连接，所述井口压力控制模块用于对管线内和井口密封分流装置的压力进行监测控制；远程控制装置，所述远程控制装置用于远程对井口密封分流装置、井口压力控制模块进行控制，远程控制装置和井口密封分流装置、井口压力控制模块进行通讯及信号传输。本发明专利技术能够实现井筒流体密闭循环、对井底压力的实时控制，彻底解决平台空间受限问题、污染问题，消除喇叭管和总成切换的作业时间。切换的作业时间。切换的作业时间。

【技术实现步骤摘要】
海洋精细控压钻井装置及压力控制方法


[0001]本专利技术属于石油与天然气钻井工程
，特别涉及海洋精细控压钻井装置及压力控制方法，适用于不同类型平台的海洋精细控压钻井作业。

技术介绍

[0002]海洋复杂条件油气藏已经成为勘探开发的重要领域。海上油气藏普遍存在压力体系复杂、安全压力窗口狭窄等风险。海洋精细控压钻井技术通过采用封闭、承压的钻井液循环系统，能够精确控制井眼压力剖面，实现钻进、接立柱、起下钻等不同钻井作业工况的自动控制及井底压力的稳定。能够有效地解决窄密度窗口、浅表层危害和隔水管进气等海洋钻井复杂问题，有利于降本增效。
[0003]目前海洋精细控压钻井技术已在渤海湾等滩浅海地区开展了部分区块的规模化应用，效果显著。与陆上钻井相比，海上钻井存在环境温度变化大、井底压力预测与控制困难、常规控压装备无法适应海上平台空间等突出问题，压力精细控制难度更大。迫切需要解决井底压力准确预测与监测、快速平稳控制，井口装备模块化小型化等关键技术难题。
[0004]现有的海洋控压钻井装备已经能够基本满足常规的海洋精细控压钻井作业，但是现有的技术存在以下几点不足：1、针对不同平台的适应能力受限。常规的海洋控压钻井装备属于第三方接入设备，需要单独放置于主甲板或者管子甲板上、占地面积大，在生产平台等小型钻井平台上作业时安装空间严重受限，无法很好的适用于所有平台的安装作业；2、常规控压钻井起下钻等过程漏泥浆严重。特别是倒滑起钻、喇叭管与总成切换泥浆顺钻具流至BOP组合，污染严重；3、喇叭管和总成切换的作业时间长，影响海洋控压钻井的作业时效。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术针对海洋钻井过程中的复杂情况，结合小型钻井平台、生产平台钻修井模块空间严重受限，常规控压钻井起下钻等过程漏泥浆严重等实际情况，提出新型的海洋精细控压钻井技术解决方案；能够实现井筒流体密闭循环、对井底压力的实时控制，彻底解决平台空间受限问题、污染问题，消除喇叭管和总成切换的作业时间。
[0006]本专利技术为克服现有技术存在的问题，提供如下技术方案：
[0007]海洋精细控压钻井装置，包括：
[0008]井口密封分流装置，所述井口密封分流装置用于密封钻柱与井口装置的环形空间，实现钻井循环流体在井口的密闭导流；
[0009]井口压力控制模块，所述井口压力控制模块与井口密封分流装置连接，所述井口压力控制模块用于对管线内和井口密封分流装置的压力进行监测控制；
[0010]远程控制装置，所述远程控制装置用于远程对井口密封分流装置、井口压力控制模块进行控制，远程控制装置和井口密封分流装置、井口压力控制模块进行通讯及信号传输。
[0011]进一步地，所述井口密封分流装置包括密封连接的井口密封分流装置上壳体和井口密封分流装置下壳体，井口密封分流装置下壳体底部连接环形防喷器，所述井口密封分流装置上壳体外部安装有上卡箍，井口密封分流装置下壳体外部安装有下卡箍，所述井口密封分流装置一侧设有第一法兰，井口密封分流装置另一侧设有第二法兰、第三法兰；所述井口密封分流装置上设有井口密封总成，所述井口密封总成设置于井口密封分流装置上壳体及井口密封分流装置下壳体的连接处和井口密封分流装置上壳体及上卡箍的的连接处，井口密封总成包括若干个环形密封圈。
[0012]进一步地，所述井口密封分流装置上壳体上部设有增高防溢管，增高防溢管顶部连接有平台井口分流器，增高防溢管与平台井口分流器之间设有气胎胶囊，对井口密封分流装置上壳体与平台井口分流器之间密封连接。
[0013]进一步地，所述上卡箍、下卡箍均包括液控缸体，液控缸体与远程控制装置的集成控制管线束中的液压管线连接，上卡箍至少有三个，等间距的环绕设置在井口密封分流装置上壳体的外侧，下卡箍至少有三个，等间距的环绕设置在井口密封分流装置下壳体的外侧。
[0014]进一步地，所述井口压力控制模块包括第三液动平板阀、第二液动平板阀、灌浆管线，第三液动平板阀与第三法兰相连接，第二液动平板阀与第二法兰相连接，灌浆管线与第一法兰相连接；所述灌浆管线上安装有第一旋塞阀和第一电磁流量计，井口压力控制模块包括井队固井泵、回压补偿管线，井队固井泵通过回压补偿管线与灌浆管线连接，回压补偿管线上安装有第二旋塞阀。
[0015]进一步地，所述井口压力控制模块包括第二管线、井队管汇、第三管线，第二管线与第三管线连接到井队管汇，所述第三管线连接第三液动平板阀，第三管线上安装有第三电磁流量计，第二管线连接第二液动平板阀，第二管线上安装有套压传感器、液动节流阀、流量传感器变送器模块、质量流量计、手动平板阀，套压传感器设置在第二管线与第二法兰的连接处，手动平板阀与第三管线相连接。
[0016]进一步地，所述远程控制装置包括卡箍液压控制装置、液动平板阀液压控制装置、PLC电控柜、集成控制管线束，卡箍液压控制装置通过位于集成控制管线束中的液压管线控制井口密封分流装置的上卡箍、下卡箍缩进或松开，液动平板阀液压控制装置通过位于集成控制管线束中的液压管线控制井口压力控制模块的第三液动平板阀、第二液动平板阀打开或关闭，PLC电控柜通过位于集成控制管线束中的信号线、电源线实现与井口压力控制模块进行通讯及信号传输。
[0017]进一步地，所述远程控制装置包括液动节流阀液压控制装置、井场工程师核心工作站，液动节流阀液压控制装置通过位于集成控制管线束中的液压管线控制井口压力控制模块上的液动节流阀的开度大小；所述井场工程师核心工作站通过电源线、信号线与PLC电控柜之间进行通讯，井场工程师核心工作站通过信号线与海洋平台控制中心进行通讯交互，用于实时接收来自于海洋平台控制中心的实时数据和命令，并执行指定动作，实现海洋精细控压钻井过程中的井口压力与出口的流量的监测与实时控制。
[0018]进一步地，使用如上述的海洋精细控压钻井装置，包括如下步骤：
[0019]根据钻井现场的实际需要，确定多个类型的目标，并对其进行权重分配；
[0020]建立循环压耗计算模型、井底压力计算模型、漏失压力计算模型、井壁稳定性计算
模型、波动压力计算模型、溢流量计算模型、漏失量计算模型、机械钻速计算模型、综合成本计算模型；
[0021]根据用户输入的油气钻井参数及多个不同类型的目标优化子模型，得到多个子模型优化结果，这些子模型可以基于不同的目标，如钻井时间、综合钻井成本、油气储层保护，来对海洋精细控压钻井过程的压力控制过程进行优化；
[0022]根据预设的控制参数组合，以及多个子模型优化结果，得到多组初步的海洋精细控压钻井压力控制策略，这些策略是在不同的控制参数下，基于各自的目标子模型得到的初步优化结果；
[0023]安装海洋精细控压钻井装置，安装远程控制装置，安装连接集成控制管线束；
[0024]通过传感器设备，实时采集井筒压力、环空压力、流量、钻头位置数据，这些数据可以用于后续的分析和控制；
[0025]根据采集到的数据，建立井筒压力模型，可以采用机器学习方法，利用历本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.海洋精细控压钻井装置，其特征在于：包括：井口密封分流装置(100)，所述井口密封分流装置(100)用于密封钻柱与井口装置的环形空间，实现钻井循环流体在井口的密闭导流；井口压力控制模块(200)，所述井口压力控制模块(200)与井口密封分流装置(100)连接，所述井口压力控制模块(200)用于对管线内和井口密封分流装置(100)的压力进行监测控制；远程控制装置(300)，所述远程控制装置(300)用于远程对井口密封分流装置(100)、井口压力控制模块(200)进行控制，远程控制装置(300)和井口密封分流装置(100)、井口压力控制模块(200)进行通讯及信号传输。2.如权利要求1所述的海洋精细控压钻井装置，其特征在于：所述井口密封分流装置(100)包括密封连接的井口密封分流装置上壳体(11)和井口密封分流装置下壳体(12)，井口密封分流装置下壳体(12)底部连接环形防喷器(16)，所述井口密封分流装置上壳体(11)外部安装有上卡箍(14)，井口密封分流装置下壳体(12)外部安装有下卡箍(15)，所述井口密封分流装置(100)一侧设有第一法兰(101)，井口密封分流装置(100)另一侧设有第二法兰(106)、第三法兰(102)；所述井口密封分流装置(100)上设有井口密封总成(13)，所述井口密封总成(13)设置于井口密封分流装置上壳体(11)及井口密封分流装置下壳体(12)的连接处和井口密封分流装置上壳体(11)及上卡箍(14)的的连接处，井口密封总成(13)包括若干个环形密封圈。3.如权利要求2所述的海洋精细控压钻井装置，其特征在于：所述井口密封分流装置上壳体(11)上部设有增高防溢管(19)，增高防溢管(19)顶部连接有平台井口分流器(17)，增高防溢管(19)与平台井口分流器(17)之间设有气胎胶囊(18)，对井口密封分流装置上壳体(11)与平台井口分流器(17)之间密封连接。4.如权利要求2所述的海洋精细控压钻井装置，其特征在于：所述上卡箍(14)、下卡箍(15)均包括液控缸体，液控缸体与远程控制装置(300)的集成控制管线束(306)中的液压管线连接，上卡箍(14)至少有三个，等间距的环绕设置在井口密封分流装置上壳体(11)的外侧，下卡箍(15)至少有三个，等间距的环绕设置在井口密封分流装置下壳体(12)的外侧。5.如权利要求2所述的海洋精细控压钻井装置，其特征在于：所述井口压力控制模块(200)包括第三液动平板阀(44)、第二液动平板阀(43)、灌浆管线(52)，第三液动平板阀(44)与第三法兰(102)相连接，第二液动平板阀(43)与第二法兰(106)相连接，灌浆管线(52)与第一法兰(101)相连接；所述灌浆管线(52)上安装有第一旋塞阀(41)和第一电磁流量计(123)，井口压力控制模块(200)包括井队固井泵(4)、回压补偿管线(51)，井队固井泵(4)通过回压补偿管线(51)与灌浆管线(52)连接，回压补偿管线(51)上安装有第二旋塞阀(42)。6.如权利要求5所述的海洋精细控压钻井装置，其特征在于：所述井口压力控制模块(200)包括第二管线、井队管汇(5)、第三管线(53)，第二管线与第三管线(53)连接到井队管汇(5)，所述第三管线(53)连接第三液动平板阀(44)，第三管线(53)上安装有第三电磁流量计(122)，第二管线连接第二液动平板阀(43)，第二管线上安装有套压传感器、液动节流阀(105)、流量传感器变送器模块(121)、质量流量计(104)、手动平板阀(103)，套压传感器设置在第二管线与第二法兰(106)的连接处，手动平板阀(103)与第三管线...

【专利技术属性】
技术研发人员：张景田，郭庆丰，王国伟，蔡骁，王正旭，赵庆，张鑫，门明磊，梁磊，李鹏飞，屈宪伟，叶晨曦，郭晨，
申请(专利权)人：中国石油集团工程技术研究院有限公司北京石油机械有限公司，
类型：发明
国别省市：