【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及深水浅部钻井，更具体地，涉及一种增压限流水眼的设计方法及增压限流装置。
技术介绍
1、近年来，深水油气领域正逐步成为中国能源发展的主战场，与近海浅水钻井不同，深水钻井必须面对更为复杂的海洋深水环境和作业条件。通常来说，深水钻井作业需要建立安全稳定的水下井口与钻井系统，这将不可避免的增加整口井的作业工期并造成高投入。另一方面，针对深水浅部气层的钻探作业，浅部地层通常难以对水下井口及隔水管系统提供足够的承载力，且此类作业中建立井口的成本显得更加高昂。
2、为降低深水浅部气层钻探作业中的高风险、高成本，可行的方法为对浅部气层进行开路钻进，并通过随钻测井的方式对地层资料进行采集，此方式不仅能降低水下井口失稳的风险，也能节约建立、回收水下井口与隔水管系统的工期。但在深水开路钻进的过程中，为保障压稳气层，需采用较高比重的钻井液进行钻进，此时泥面以上为相对低比重的海水，因此钻具内部液柱压力明显大于钻具外部液柱压力，这将造成钻进开泵时泵压较小，进而导致随钻测井钻具无法进行实时解调，从而影响钻井作业决策效率。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提出一种增压限流水眼的设计方法及增压限流装置，该方法能根据钻具在正常情况下内部的压耗、最小的地面泵压、内外液柱压差泥浆比重、流量系数以及泵排量计算水眼当量内径，再以水眼当量内径来设计水眼，从而使随钻测井钻具实现实时解调功能。
2、为达到上述目的，本专利技术的一种增压限流水眼的设计方法，包括以下步骤：
4、s2：根据钻具在正常情况下内部的第一压耗、最小的地面泵压以及所述内外液柱压差计算得到增压限流装置所需提供的第二压耗；
5、s3：根据所述第二压耗、泥浆比重、流量系数以及泵排量计算得到水眼当量内径；
6、s4：根据所述水眼当量内径设计水眼的内径和个数。
7、本技术方案通过测量仪器测出钻杆内外液柱压差，再通过正常情况下的钻具的第一压耗、最小的地面泵压等到可以满足解调需求的第二压耗，再通过第二压耗、实际测量所得的泥浆比重和流量系数以及实际使用的泵排量来计算得到水眼当量内径，最后根据水眼当量内径即可设计出满足解调需求的多个水眼以及每个水眼的内径。
8、作为一种优选方案，为了满足增压限流装置所需提供的压耗，所以所述第二压耗根据以下公式计算得出：
9、f>d+b-c
10、式中：f为第二压耗、d为最小的地面泵压、b为钻杆内外液柱压差、c为第一压耗。
11、作为一种优选方案，所述水眼当量内径根据以下公式计算得出：
12、f＝0.08ρ·q2/(c2·de2)
13、式中：f为第二压耗、ρ为泥浆比重、q为泵排量、c为流量系数、de为水眼当量内径。
14、作为一种优选方案，所有水眼的内径等效成水眼当量内径，所述水眼的内径和个数根据以下公式计算得出：
15、de＝(d12+d22+d32+...+dn2)1/2
16、式中：d1～dn为各水眼的内径、n为水眼个数，本技术方案可以根据水眼当量内径设置至少一个主水眼和多个辅助水眼，通过公式调整主水眼的内径和辅助水眼的个数和内径以满足解调需求。
17、作为一种优选方案，为了保证地面泵压大于随钻测井钻具实现实时解调功能所需立管泵压，所以所述最小的地面泵压为随钻测井钻具实现实时解调功能所需的立管泵压。
18、作为一种优选方案，为了满足增压限流装置的实际使用需求，所以所述水眼的内径还需根据钻井作业所需排量、水眼流速以及其余钻具压耗综合选择。
19、一种增压限流装置，包括阀座、阀芯以及压紧机构，所述阀芯与阀座套接，所述压紧机构的一端与阀芯连接，所述压紧机构的另一端与阀座连接，所述阀芯的竖直方向上贯穿有至少一个内径适配解调需求的第一水眼。
20、本技术方案中，增压限流装置的阀座安装于钻测井钻具上，阀芯安装于阀座内并通过压紧机构将阀芯压紧在阀座上以对阀芯提供向下的压力，以保证装置的密封性同时防止阀芯滑出阀座，阀芯设有用于增压限流的第一水眼，该第一水眼的内径由随钻测井钻具实现实时解调功能所需压耗决定，并且还需根据随钻测井钻具实时调节所需泵压大小，结合钻井作业所需排量、水眼流速、其余钻具压耗及内外流体压力差等因素综合计算对第一水眼的内径进行设计。
21、作为一种优选方案，为了防止阀芯堵塞，所以所述阀芯的竖直方向上还贯穿有与所述第一水眼间隔设置的第二水眼，所述第二水眼的内径小于所述第一水眼的内径，第一水眼作为主水眼供液柱通过，第二水眼作为辅助水眼供液柱通过可以起到分压限流作用，并且第一水眼和第二水眼的内径等于水眼当量内径，水眼当量内径根据实际解调需求计算得出，因此第一水眼和第二水眼可以满足实际解调需求，进而为现场钻井作业实时决策提供可靠数据支持。
22、作为一种优选方案，为了使得阀芯和阀座的连接更加紧密以保证其密封性，所以所述阀座设有供所述阀芯安装的容置腔，所述容置腔竖直贯穿所述阀座，所述容置腔的底部形成有与所述阀芯的外表面适配的台阶面，所述阀芯安装在所述容置腔内且所述阀芯的外表面与所述台阶面相贴合，所述阀芯的外周套设有密封圈，本技术方案中的阀芯为圆锥形，且锥面朝下设置，阀座的底部的容置腔向内凸起形成与阀芯适配的环状台阶面，在工作过程中，阀芯与阀座在液柱的冲击下产生较大的挤压力，通过上述台阶面可以增加阀芯与阀座的接触面积，有效避免了因局部受力过大造成阀芯或阀座的损坏，其中阀芯的顶部外周套设有环形密封圈，在压紧机构的作用下，阀芯向下顶紧在台阶面上，而密封圈与台阶面接触产生弹性形变，进而保证阀芯本体与阀座间的良好密封性。
23、作为一种优选方案，为了实现压紧功能，所以所述压紧机构包括弹性元件和压紧件，所述压紧件设于所述阀芯顶部，所述弹性元件的一端与容置腔固定，所述弹性元件的另一端与压紧件固定，所述弹性元件处于压缩状态，弹性元件安装在阀座的容置腔内且位于阀芯的上方，弹性元件的一端向阀芯的轴心延伸并与压紧件固定，由于弹性元件处于压缩状态，使得弹性元件的一端向下压，以使得压紧件将阀芯压紧在容置腔内，起到防止阀芯脱落的作用。
24、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
25、1.本专利技术根据不同工况、不同钻具组合条件下的随钻测井钻具实时解调需求，对井下增压限流装置的增压限流水眼进行差异化设计，提高深水浅部气层开路钻井作业过程中的钻具压耗及立管泵压，使随钻测井钻具能够实时解调，可靠性高。
26、2.本专利技术根据钻具在正常情况下内部的压耗、最小的地面泵压、内外液柱压差泥浆比重、流量系数以及泵排量就能设计出满足解调需求的水眼，缩短了获取地层资料所需的时间，提高了钻井作业决策效率。
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1.一种增压限流水眼的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种增压限流水眼的设计方法，其特征在于，所述第二压耗根据以下公式计算得出：
3.根据权利要求2所述的一种增压限流水眼的设计方法，其特征在于，所述水眼当量内径根据以下公式计算得出：
4.根据权利要求3所述的一种增压限流水眼的设计方法，其特征在于，所述水眼的内径和个数根据以下公式计算得出：
5.根据权利要求1所述的一种增压限流水眼的设计方法，其特征在于，所述最小的地面泵压为随钻测井钻具实现实时解调功能所需的立管泵压。
6.根据权利要求1所述的一种增压限流水眼的设计方法，其特征在于，所述水眼的内径还需根据钻井作业所需排量、水眼流速以及其余钻具压耗综合选择。
7.基于权利要求1至6任一项所述的设计方法的一种增压限流装置，其特征在于，包括阀座(1)、阀芯(2)以及压紧机构，所述阀芯(2)与阀座(1)套接，所述压紧机构的一端与阀芯(2)连接，所述压紧机构的另一端与阀座(1)连接，所述阀芯(2)的竖直方向上贯穿有至少一个内径适配解调需求的第
8.根据权利要求7所述的一种增压限流装置，其特征在于，所述阀芯(2)的竖直方向上还贯穿有与所述第一水眼(201)间隔设置的第二水眼(202)，所述第二水眼(202)的内径小于所述第一水眼(201)的内径。
9.根据权利要求7所述的一种增压限流装置，其特征在于，所述阀座(1)设有供所述阀芯(2)安装的容置腔(101)，所述容置腔(101)竖直贯穿所述阀座(1)，所述容置腔(101)的底部形成有与所述阀芯(2)的外表面适配的台阶面(102)，所述阀芯(2)安装在所述容置腔(101)内且所述阀芯(2)的外表面与所述台阶面(102)相贴合，所述阀芯(2)的外周套设有密封圈(5)。
10.根据权利要求9所述的一种增压限流装置，其特征在于，所述压紧机构包括弹性元件(3)和压紧件(4)，所述压紧件(4)设于所述阀芯(2)顶部，所述弹性元件(3)的一端与容置腔(101)固定，所述弹性元件(3)的另一端与压紧件(4)固定，所述弹性元件(3)处于压缩状态。
...【技术特征摘要】
1.一种增压限流水眼的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种增压限流水眼的设计方法，其特征在于，所述第二压耗根据以下公式计算得出：
3.根据权利要求2所述的一种增压限流水眼的设计方法，其特征在于，所述水眼当量内径根据以下公式计算得出：
4.根据权利要求3所述的一种增压限流水眼的设计方法，其特征在于，所述水眼的内径和个数根据以下公式计算得出：
5.根据权利要求1所述的一种增压限流水眼的设计方法，其特征在于，所述最小的地面泵压为随钻测井钻具实现实时解调功能所需的立管泵压。
6.根据权利要求1所述的一种增压限流水眼的设计方法，其特征在于，所述水眼的内径还需根据钻井作业所需排量、水眼流速以及其余钻具压耗综合选择。
7.基于权利要求1至6任一项所述的设计方法的一种增压限流装置，其特征在于，包括阀座(1)、阀芯(2)以及压紧机构，所述阀芯(2)与阀座(1)套接，所述压紧机构的一端与阀芯(2)连接，所述压紧机构的另一端与阀座(1)连接，所述阀芯(2)的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘书杰，陈浩东，罗鸣，蒋东雷，吴艳辉，马传华，张波涛，肖平，于鑫，杨宇鹏，高禹，张旭东，姚义元，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司海南分公司，
类型：发明
国别省市：
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