CN102418509A - 一种控制压力钻井技术室内试验系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制压力钻井技术室内试验系统及方法可以完成对控制压力钻井节流管汇和采集控制系统的室内试验。试验系统包括钻井地面注入模拟系统、钻柱模拟系统、地层模拟系统、环空模拟系统和控制压力回压系统。试验系统可以模拟立压、套压、井底压力、钻柱和环空压力损失以及钻井过程中的循环、接单根、漏失和井涌的各种情况。该控制压力钻井技术室内试验系统简单，容易实现，能够模拟非线性的压力变化以及了解节流阀的流量特性，能够检测采集测量系统的精确程度以及控制系统的可靠性和重复性，通过对采集控制系统的不断调试了解其调节特性，为现场试验起到一定的指导作用。

Description

一种控制压力钻井技术室内试验系统及方法
技术领域
本发明涉及一种钻井技术室内试验系统及方法，尤其涉及一种可以对控制压力钻井技术进行室内试验的系统及方法。
背景技术
目前，控制压力钻井技术在国内外日益得到重视，2005年IADC和SPE曾专门召开欠平衡作业(UBO)和控制压力钻井(MPD)专题会议进行研讨，并为之下了定义：控制压力钻井技术是一种能够更加精确的控制井眼环空压力剖面的钻井方法，其目的是确定井下压力窗口并以此为依据进行环空压力控制。控制压力钻井通过一定的设备和方法来精确控制井下压力，能够根据井下压力变化迅速作出正确的调整，从而减少在井下压力窗口窄、易漏、易喷等地层钻进进的风险和成本，达到其它方法所不能达到的经济效果；控制压力钻井还可以用于避免井涌，作业过程中意外流入井内的地层流体可以被安全处理。
国外已研发出多种实施MPD的工具、设备和技术(包括井底恒压法、加压泥浆帽法、双梯度钻井法、微流量控制方法，HSE控制压力钻井方法)，并进行了现场应用。国内必须在借鉴国外的经验基础上，加快控制压力钻井技术和设备的研发，先进行室内试验模拟，然后再在结构单一、容易处理的井上采用较为简单的设备配置进行控压试验，学习和总结经验之后再进行复杂的试验研究。
控制压力钻井作为全球钻井技术领域新近推出的一项新的钻井工艺技术，利用室内试验来证实测量系统的精确程度以及控制系统可靠性和重复性是相当必要的。但是国内外还未见利用室内试验系统来对控制压力钻井节流管汇和采集控制系统进行室内试验的系统。
发明内容
本发明的目的就是提供一种控制压力钻井技术室内试验系统及方法，完成对控制压力钻井节流管汇和采集控制系统的室内试验。
为实现上述目的，本发明采用以下设计方案：
一种控制压力钻井技术室内试验系统，包括钻井地面注入模拟系统、钻柱模拟系统、地层模拟系统、环空模拟系统和控制压力回压系统。钻井地面注入模拟系统包括主泵、溢流调压阀和压力传感器；钻柱模拟系统包括压力调节阀和单向阀和压力传感器；环空模拟系统包括长胶管和压力调节阀；地层模拟系统包括辅助泵、溢流调压阀、单向阀和压力传感器；地层模拟系统中的辅助泵经过单向阀联接到钻柱模拟系统和环空模拟系统的联接点上，辅助泵和单向阀之间有溢流调压阀和压力传感器，单向阀和联接点之间有溢流调压阀和压力传感器；
一种控制压力钻井技术室内试验方法，包括以下步骤：
将钻井地面注入模拟系统、钻柱模拟系统、环空模拟系统与控制压力回压系统依次管线连接；
地层模拟系统中的辅助泵经过单向阀联接到钻柱模拟系统和环空模拟系统的联接点上，辅助泵和单向阀之间有溢流调压阀和压力传感器，单向阀和联接点之间有溢流调压阀和压力传感器；
钻井地面注入模拟系统的主泵泵入液体模拟钻井液循环；
调节钻柱模拟系统的压力调节阀改变钻柱内的压力损失；
调节环空模拟系统的压力调节阀)改变井筒压力损失；
调节地层模拟系统的溢流调压阀的调定压力，改变地层孔隙压力的模拟值；
调节地层模拟系统的溢流调压阀的调定压力，改变地层漏失压力的模拟值；
控制压力回压系统分别从钻井地面注入模拟系统、钻柱模拟系统以及环空模拟系统的压力传感器获取钻井立压，井底压力和钻井套压的模拟值，根据控制对象实测值与设定值进行比较，然后对控制压力回压系统(15)进行控制。
本发明的优点是：(1)系统简单，容易实现。(2)能够模拟非线性的压力变化以及了解节流阀的流量特性。(3)能够检测采集测量系统的精确程度以及控制系统可靠性和重复性，通过对采集控制系统的不断调试了解其调节特性，为现场试验起到一定的指导作用。
附图说明
图1是本发明一种控制压力钻井技术室内试验系统示意图。
图中1.钻井地面注入模拟系统，2.主泵，3.溢流调压阀，4.截断阀，5.压力传感器，6.旋转防喷器，7.钻柱模拟系统，8.压力调节阀，9.单向阀，10.压力传感器，11.环空模拟系统，12.长胶管，13.压力调节阀，14.压力传感器，15.控制压力回压系统，16.地层模拟系统，17.压力传感器，18.压力传感器，19.溢流调压阀，20.单向阀，21.截断阀，22.溢流调压阀，23.辅助泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
在图1中，钻井地面注入模拟系统1的主泵2泵送泥浆经过溢流调压阀3、截断阀4和压力传感器5，经过钻柱模拟系统7的压力调节阀8和单向阀9和压力传感器10，经过环空模拟系统11的长胶管12、压力调节阀13和压力传感器14进入控制压力回压系统15；地层模拟系统16中的辅助泵23经过单向阀20联接到钻柱模拟系统7和环空模拟系统11的联接点上，辅助泵23和单向阀20之间之间有溢流调压阀22、压力传感器17和截断阀21，单向阀20和联接点之间有溢流调压阀19和压力传感器18；
钻井地面注入模拟系统1的主泵2泵入液体模拟钻井液循环；
调节钻柱模拟系统7的压力调节阀8改变钻柱内的压力损失；
调节环空模拟系统11的压力调节阀12改变井筒压力损失；
调节地层模拟系统16的溢流调压阀22的调定压力，改变地层孔隙压力的模拟值；
调节地层模拟系统16的溢流调压阀20的调定压力，改变地层漏失压力的模拟值；
控制压力回压系统15分别从压力传感器5、压力传感器10、压力传感器14获取钻井立压，井底压力和钻井套压的模拟值，根据控制对象实测值与设定值进行比较，然后对控制压力回压系统15进行控制；
通过溢流调压阀调节改变系统压力和流量，通过压力调节阀的调节改变系统摩阻，从而在室内模拟钻井过程中的循环、接单根以及井涌和漏失的各种情况，完成对控制压力钻井节流管汇和采集控制系统的室内试验。

Claims (3)

1.一种控制压力钻井技术室内试验系统，其特征在于，由钻井地面注入模拟系统(1)、钻柱模拟系统(7)、地层模拟系统(16)、环空模拟系统(11)和控制压力回压系统(15)组成；
钻井地面注入模拟(1)系统包括主泵(2)、溢流调压阀(3)和压力传感器(5)；
钻柱模拟系统(7)包括压力调节阀(8)和单向阀(9)和压力传感器(10)；
环空模拟系统(11)包括长胶管(12)、压力调节阀(13)和压力传感器(14)；地层模拟系统(16)包括辅助泵(23)、溢流调压阀(19)(22)、单向阀(20)和压力传感器(17)(18)；
地层模拟系统(16)中的辅助泵(23)经过单向阀(20)联接到钻柱模拟系统(7)和环空模拟系统(11)的联接点上，辅助泵(23)和单向阀(20)之间有溢流调压阀(22)和压力传感器(17)，单向阀(20)和联接点之间有溢流调压阀(19)和压力传感器(18)。
2.根据权利要求1所述的一种控制压力钻井技术室内试验系统，其特征在于，所述的压力调节阀可以是截断阀。
3.一种控制压力钻井技术室内试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
将钻井地面注入模拟系统(1)、钻柱模拟系统(7)、环空模拟系统(11)与控制压力回压系统(15)依次管线连接；
地层模拟系统(16)中的辅助泵(23)经过单向阀(20)联接到钻柱模拟系统(7)和环空模拟系统(11)的联接点上，辅助泵(23)和单向阀(20)之间有溢流调压阀(22)和压力传感器(17)，单向阀(20)和联接点之间有溢流调压阀(19)和压力传感器(18)；
钻井地面注入模拟系统(1)的主泵(2)泵入液体模拟钻井液循环；
调节钻柱模拟系统(7)的压力调节阀(8)改变钻柱内的压力损失；
调节环空模拟系统(11)的压力调节阀(12)改变井筒压力损失；
调节地层模拟系统(16)的溢流调压阀(22)的调定压力，改变地层孔隙压力的模拟值；
调节地层模拟系统(16)的溢流调压阀(20)的调定压力，改变地层漏失压力的模拟值；
控制压力回压系统(15)分别从压力传感器(5)、压力传感器(10)、压力传感器(14)获取钻井立压，井底压力和钻井套压的模拟值，根据控制对象实测值与设定值进行比较，然后对控制压力回压系统(15)进行控制。
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