CN102606132A

CN102606132A - 石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法及其控制系统

Info

Publication number: CN102606132A
Application number: CN2012100638009A
Authority: CN
Inventors: 赵刚; 何飞; 曹民; 于春
Original assignee: PUYANG BAIFU RUIDE PETROLEUM TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: PUYANG BAIFU RUIDE PETROLEUM TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2032-03-13
Also published as: CN102606132B

Abstract

本发明涉及石油钻井起钻作业中的自动灌浆控制，一种石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法及其控制系统。采用灌浆泵自动灌浆，将低压回水管线通过阀门接入高压管线，同时将所述低压回水管线通过一三通转换阀分别连接灌浆泵出口与泥浆罐罐面管网，其采用的灌浆路线如下：未起钻时，控制中心发出控制指令操作三通转换阀，使三通转换阀P—A通道连接低压回水管线与泥浆罐罐面管网；起钻时，控制中心发出控制指令操作三通转换阀，使三通转换阀P—B通道连接低压回水管线与灌浆泵，灌浆时泥浆的行进路线为：灌浆泵—三通转换阀—低压回水管线—高压管线—灌浆管线。全新的灌浆路线设计充分利用了原有管线，降低了工程建设成本；独特的监测方法，能够为控制中心提供准确的状态参量，提高了井涌井漏监测的准确性、可靠性。

Description

石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法及其控制系统

技术领域

本发明涉及石油钻井起钻作业中的自动灌浆控制方法，特别是涉及一种石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法及其控制系统。

背景技术

在石油钻井起钻作业中，改泥浆泵灌浆为小电泵自动灌浆，不仅可以提升钻井工作的本质安全水平，更能够节约能源、降低能耗、减少碳排量。但目前的自动灌浆技术，由于存在工艺路线不合理、计量不准、灌浆不及时、监测判断有误、设备运行不稳定等诸多缺陷，加之目前对井涌井漏的监测技术水平还停留在依靠人工监测泥浆的液位方量阶段，因此未能达到真正的自动化控制水平。目前有一些方案是在高架回流槽上安装液位传感器，拟在此监测泥浆出口流量的变化，以达到及时监测井涌井漏的目的，但由于监测点选择不合理以及使用的传感器不能满足技术要求，因此不能达到及时、准确、稳定、可靠的监测井涌井漏的目的，影响灌浆自动控制技术的实现。尤其是，由于现有灌浆路线工艺设计的不合理，导致目前的自动灌浆技术实现成本非常高，工艺复杂，不容易安装，操作不方便，不利于节能降耗。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出一种自动灌浆控制方法及一种自动灌浆控制系统，全新的灌浆路线设计充分利用了原有管线，降低了工程建设成本；

独特的监测方法，能够为控制中心提供准确的状态参量，提高了井涌井漏监测的准确性、可靠性。

本发明所采用的技术方案：

一种石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法，采用灌浆泵自动灌浆，其特征是：将低压回水管线（3）通过阀门（19）接入高压管线（6），同时将所述低压回水管线（3）通过一三通转换阀（2）分别连接灌浆泵（1）出口与泥浆罐罐面管网（4），其采用的灌浆路线如下：

未起钻时，控制中心发出控制指令操作三通转换阀，使三通转换阀P—A通道连接低压回水管线（3）与泥浆罐罐面管网（4）；

起钻时，控制中心发出控制指令操作三通转换阀，使三通转换阀P—B通道连接低压回水管线（3）与灌浆泵（1），灌浆时泥浆的行进路线为：灌浆泵（1）—三通转换阀（2）—低压回水管线（3）—高压管线（6）—灌浆管线（7）。

所述的石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法，在溢流口（8）与封井器（9）之间的喇叭口套管（10）上溢流口位置安装液位传感器（11），喇叭口套管上封井器上方位置安装压力传感器（12），通过所述液位传感器和压力传感器这两个点在喇叭口套管上获取一个固定的容积，该容积大于一个立柱的排代量，

当起出一个立柱灌浆时，控制中心根据检测的压力传感器信号判断井漏和溢流情况，在压力传感器一直有信号时，表示喇叭口套管内的灌浆液位不低于压力传感器；若压力传感器无信号则表示有井漏发生；若未灌浆而液位传感器指示灯亮，表示有溢流发生；

在起出一个立柱时，控制中心根据绞车传感器、悬重传感器检测的实时数据，准确分析判断起出了立柱并发出控制指令操作灌浆泵灌浆，当灌浆液面到达溢流口液位传感器时，控制中心指令灌浆泵停止灌浆。

如上所述的石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法，在地面高压管线上安装流量计（13），在封井器下方地面井口的井筒外壁安装外夹式井口液位传感器（18），通过所述溢流口液位传感器（11）和外夹式井口液位传感器（18）这两个点获取一个固定的容积，该容积大于3个立柱的排代量，

1）当起出3个立柱灌浆时，井筒内的灌浆液位不会低于井口液位传感器，即井口液位传感器应该一直有信号，若无信号则表示有井漏发生；若未灌浆而溢流口液位传感器、压力传感器指示灯亮，表示有溢流发生；

在起出3个立柱时，控制中心根据绞车传感器、悬重传感器检测的实时数据，准确分析判断起出了立柱并发出控制指令操作灌浆泵灌浆，当灌浆液面到达溢流口液位传感器时，控制中心指令灌浆泵停止灌浆；

2）当起出3个以上的立柱灌浆时，控制中心根据绞车传感器、悬重传感器检测的实时数据，准确分析判断起出立柱的数量并发出控制指令操作灌浆泵灌浆，当灌浆液面到达井口液位传感器时，井口液位传感器指示灯亮，控制中心指令灌浆泵停止灌浆；若灌浆量小于对应的起出立柱的排代量，井口液位传感器指示灯亮，表示有溢流发生；若灌浆量大于对应的起出立柱的排代量，井口液位传感器指示灯亮，表示有井漏发生。

所述的石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法，在溢流口（8）与封井器（9）之间的喇叭口套管（10）上安装有温度传感器、电导率传感器，或者在泥浆泵上安装泵冲传感器；

1）正常钻进时，流量或泵冲曲线与液位曲线变化方向一致；若流量或泵冲值正常而液位值增大，同时喇叭口套管内泥浆的温度和电导率发生异变，则表示发生井涌；若流量或泵冲值正常而液位值减小，则表示发生井漏；

2）正常钻进时，控制中心根据溢流口液位传感器、压力传感器检测的实时数据，计算出口泥浆的实时密度；

3）起钻时，控制中心根据绞车传感器、悬重传感器检测的实时数据，准确分析判断起出立柱的数量、计算出排代量，并据此决定向喇叭口套管内的灌浆数量；

a若未灌浆而液位传感器指示灯亮，表示有溢流发生；

b或灌浆时灌浆量小于排代量，液位传感器指示灯亮，也表示有溢流发生；

c若未起出立柱而压力传感器无信号，表示有井漏发生；

d或在灌浆时灌浆量等于或大于排代量，液位传感器指示灯仍然不亮，也表示有井漏发生；

4）下钻时，若液位传感器指示灯不亮，表示有井漏发生；若液位传感器指示灯长亮不灭，表示有溢流发生；

5）接单根时若液位传感器指示灯亮，表示有溢流发生；若压力传感器无信号，表示有井漏发生；

6）喇叭口套管内钻套环空的横截面积是一定的，以溢流口液位传感器和压力传感器这两个点，就可以在喇叭口套管上获取一个固定的容积，通过计算泥浆在此容积内升起或下降的速度，就可以判断出溢流或井漏的速度。

一种石油钻井起钻作业中自动灌浆控制系统，包括控制中心，灌浆泵，控制中心安装在司钻工作台面上的总控制柜内，控制中心包括工控机和ＰＬＣ，控制中心通过PLC控制连接灌浆泵、泥浆泵，所述自动灌浆控制系统，将低压回水管线（3）通过阀门（19）接入高压管线（6），同时将所述低压回水管线（3）通过一三通转换阀（2）分别连接灌浆泵（1）出口与泥浆罐罐面管网（4），所述三通转换阀有P—A和P—B两个通道，其P—A通道连接低压回水管线（3）与泥浆罐罐面管网（4），P—B通道连接低压回水管线（3）与灌浆泵（1）；所述控制中心通过PLC控制连接三通转换阀（2）。

所述的石油钻井起钻作业中自动灌浆控制系统，包括溢流口液位传感器、压力传感器，所述溢流口液位传感器、压力传感器安装在溢流口与封井器之间的喇叭口套管上，压力传感器安装的位置要低于液位传感器，所述溢流口液位传感器、压力传感器输出信号连接控制中心。

所述的石油钻井起钻作业中自动灌浆控制系统，包括溢流口液位传感器、压力传感器和井口液位传感器，所述溢流口液位传感器、压力传感器安装在溢流口与封井器之间的喇叭口套管上，压力传感器安装的位置要低于液位传感器，所述井口液位传感器安装在地面井口的井筒外壁，所述溢流口液位传感器、压力传感器、井口液位传感器输出信号连接控制中心。

所述的石油钻井起钻作业中自动灌浆控制系统，在溢流口与封井器之间的喇叭口套管上安装有温度传感器、电导率传感器，所述温度传感器、电导率传感器输出信号连接控制中心。

所述的石油钻井起钻作业中自动灌浆控制系统，在地面高压管线上安装流量计，或在泥浆泵上安装泵冲传感器；所述流量计或泵冲传感器输出信号连接控制中心。

本发明的有益效果：

1、本发明石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法及系统，与国内外现有方法相比，其创新与独到之处在于：a、灌浆路线不同。国内外的自动灌浆均需架设灌浆管线，而我方是利用原有管线。b、控制方法不同。国内外检测灌浆是否到位的控制点均在高架回流槽上，而我方是在喇叭口套管上。这就使得本发明自动灌浆控制系统的结构简单，容易实现且建设成本低，有利于节能降耗。

2、本发明石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法及系统，实现对灌浆过程中井涌井漏判断的方法简单、直接，监测结果准确、可靠。国内外的自动灌浆，对灌浆过程中涌漏的判断方法一是靠流量计计算灌浆量，二是靠液位计计量灌浆罐的液位来计算灌浆量。而我方是在喇叭口套管上安装一上一下两个液位传感器，控制中心根据起下钻、接单根时不同的作业性质，分析判断是否有涌漏发生。由于喇叭口套管内钻套环空的横截面积是一定的，以上下液位传感器这两个点，就可以在喇叭口套管上获取一个固定的容积，该容积大于一个立柱的排代量，通过判断泥浆在此容积内的位置，就可以判断出灌浆是否到位及是否有涌漏发生。

附图说明

图1：本发明石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法及系统工艺简图；

图2：本发明石油钻井起钻作业中自动灌浆控制系统原理图；

图3：本发明石油钻井起钻作业中自动灌浆控制系统及方法工艺流程图。

具体实施方式

实施例一：参见图1、图2，本发明石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法，采用如下的灌浆路线和灌浆泵自动灌浆，将低压回水管线3通过阀门19接入高压管线6，同时将所述低压回水管线3通过一三通转换阀2分别连接灌浆泵1出口与泥浆罐罐面管网4，其采用的灌浆路线如下：

未起钻时，控制中心发出控制指令操作三通转换阀，使三通转换阀P—A通道连接低压回水管线3与泥浆罐罐面管网4；

起钻时，控制中心发出控制指令操作三通转换阀，使三通转换阀P—B通道连接低压回水管线3与灌浆泵1，灌浆时泥浆的行进路线为：灌浆泵1—三通转换阀2—低压回水管线3—高压管线6—灌浆管线7。

实施例二：参见图1、图2、图3，本实施例石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法，在实施例一的基础上，在溢流口8与封井器9之间的喇叭口套管10上溢流口位置安装液位传感器11，喇叭口套管上封井器上方位置安装压力传感器12，通过所述液位传感器11和压力传感器这12两个点在喇叭口套管上获取一个固定的容积，该容积大于一个立柱的排代量，当起出一个立柱灌浆时，控制中心根据检测的压力传感器信号判断井漏和溢流情况，在压力传感器一直有信号时，表示喇叭口套管内的灌浆液位不低于压力传感器；若压力传感器无信号则表示有井漏发生；若未灌浆而液位传感器指示灯亮，表示有溢流发生；在起出一个立柱时，控制中心根据绞车传感器、悬重传感器检测的实时数据，准确分析判断起出了立柱并发出控制指令操作灌浆泵灌浆，当灌浆液面到达溢流口液位传感器时，控制中心指令灌浆泵停止灌浆。

图3中，编号13为流量计，14为高架回流槽，15为振动筛，16为一号泥浆灌，17为2号泥浆灌，18为外夹式井口液位传感器。

实施例三：参见图1、图2、图3，本实施例石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法，与实施例二不同的是：在地面高压管线上安装流量计13，在封井器下方地面井口的井筒外壁安装18，通过所述溢流口液位传感器11和外夹式井口液位传感器18这两个点获取一个固定的容积，该容积大于3个立柱的排代量，

1）当起出3个立柱一灌浆时，井筒内的灌浆液位不会低于井口液位传感器，即井口液位传感器应该一直有信号，若无信号则表示有井漏发生；若未灌浆而溢流口液位传感器、压力传感器指示灯亮，表示有溢流发生；

2）当起出3个以上的立柱一灌浆时，控制中心根据绞车传感器、悬重传感器检测的实时数据，准确分析判断起出立柱的数量并发出控制指令操作灌浆泵灌浆，当灌浆液面到达井口液位传感器时，井口液位传感器指示灯亮，控制中心指令灌浆泵停止灌浆；若灌浆量小于对应的起出立柱的排代量，井口液位传感器指示灯亮，表示有溢流发生；若灌浆量大于对应的起出立柱的排代量，井口液位传感器指示灯亮，表示有井漏发生。

实施例四：参见图1、图2、图3，本实施例石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法，在溢流口8与封井器9之间的喇叭口套管10上安装有温度传感器、电导率传感器，在地面高压管线上安装流量计13，或者在泥浆泵上安装泵冲传感器；

a若未灌浆而液位传感器指示灯亮，表示有溢流发生；

c若未起出立柱而压力传感器无信号，表示有井漏发生；

实施例五：参见图1、图2、图3，本实施例为实现前述石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法的自动灌浆控制系统，包括控制中心，灌浆泵，所述控制中心安装在司钻工作台面上的总控制柜内，控制中心包括工控机和ＰＬＣ，控制中心通过PLC控制连接灌浆泵、泥浆泵，所述自动灌浆控制系统，将低压回水管线3通过阀门19接入高压管线6，同时将所述低压回水管线3通过一三通转换阀2分别连接灌浆泵1出口与泥浆罐罐面管网4，所述三通转换阀有P—A和P—B两个通道，其P—A通道连接低压回水管线3与泥浆罐罐面管网4，P—B通道连接低压回水管线3与灌浆泵1；所述控制中心通过PLC控制连接三通转换阀2。

实施例六：参见图3、图2，本实施例的石油钻井起钻作业中自动灌浆控制系统，与实施例五不同的是：包括溢流口液位传感器、压力传感器，所述溢流口液位传感器、压力传感器安装在溢流口与封井器之间的喇叭口套管上，压力传感器安装的位置要低于液位传感器，所述溢流口液位传感器、压力传感器输出信号连接控制中心。

实施例七：参见图3、图2，本实施例的石油钻井起钻作业中自动灌浆控制系统，包括溢流口液位传感器、压力传感器和井口液位传感器，所述溢流口液位传感器、压力传感器安装在溢流口与封井器之间的喇叭口套管上，压力传感器安装的位置要低于液位传感器，所述井口液位传感器安装在地面井口的井筒外壁，所述溢流口液位传感器、压力传感器、井口液位传感器输出信号连接控制中心。

所述的石油钻井起钻作业中自动灌浆控制系统，在溢流口与封井器之间的喇叭口套管上安装有温度传感器、电导率传感器，所述温度传感器、电导率传感器输出信号连接控制中心；或者，在地面高压管线上安装流量计，或在泥浆泵上安装泵冲传感器；所述流量计或泵冲传感器输出信号连接控制中心。

所述的石油钻井起钻作业中自动灌浆控制系统，提出了一种全新的灌浆路线：未起钻时，使P—A通道连接低压回水管线与泥浆罐罐面管网。起钻时，控制中心指令操作气动三通转换阀，使P—B通道连接低压回水管线与灌浆泵。灌浆时泥浆的行进路线为：灌浆泵—气动三通转换阀—低压回水线路—高压管线—灌浆管线。

本发明石油钻井起钻作业中自动灌浆控制系统，井涌井漏判断原理为：喇叭口套管内的液位低于溢流口底边时液位传感器指示灯不亮，高于溢流口底边时指示灯亮。套管内液位的高低变化与高压管线内泥浆流量的大小（或是与泥浆泵泵冲的大小）呈一一对应的正相关，一个流量值（或泵冲值）只对应一个液位值，流量（或泵冲）的大小决定液位的高低。其井涌井漏判断方法如下：

1）正常钻进时，流量（或泵冲）曲线与液位曲线变化方向一致。若发生井涌，流量（或泵冲）值正常而液位值增大，同时喇叭口套管内泥浆的温度和电导率发生异变；若发生井漏，则流量（或泵冲）值正常而液位值减小。

2）起钻时，控制中心根据绞车传感器、悬重传感器检测的实时数据，准确分析判断起出立柱的数量、计算出排代量，并据此决定向喇叭口套管内的灌浆数量。a若未灌浆而液位传感器指示灯亮，表示有溢流发生；b或灌浆时灌浆量小于排代量，液位传感器指示灯亮，也表示有溢流发生；c若未起出立柱而压力传感器无信号，表示有井漏发生；d或在灌浆时灌浆量等于或大于排代量，液位传感器指示灯仍然不亮，也表示有井漏发生。

3）下钻时，若液位传感器指示灯不亮，表示有井漏发生；若液位传感器指示灯长亮不灭，表示有溢流发生。

4）接单根时若液位传感器指示灯亮，表示有溢流发生；若压力传感器无信号，表示有井漏发生。

5）喇叭口套管内钻套环空的横截面积是一定的，以溢流口液位传感器和压力传感器这两个点，就可以在喇叭口套管上获取一个固定的容积，通过计算泥浆在此容积内升起或下降的速度，就可以判断出溢流或井漏的速度。

溢流口液位传感器可以实时检测出喇叭口套管内泥浆液位的高度，并计算出泥浆液面到压力传感器的高度值，压力传感器可以实时检测出喇叭口套管内泥浆的压力值，以高度值和压力值为依据，就可以计算出喇叭口套管内泥浆的实时密度值，实现对出口泥浆密度的监测。

Claims

1.一种石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法，采用灌浆泵自动灌浆，其特征是：将低压回水管线（3）通过阀门（19）接入高压管线（6），同时将所述低压回水管线（3）通过一三通转换阀（2）分别连接灌浆泵（1）出口与泥浆罐罐面管网（4），其采用的灌浆路线如下：

2.根据权利要求1所述的石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法，其特征是：在溢流口（8）与封井器（9）之间的喇叭口套管（10）上溢流口位置安装液位传感器（11），喇叭口套管上封井器上方位置安装压力传感器（12），通过所述液位传感器（11）和压力传感器（12）这两个点在喇叭口套管上获取一个固定的容积，该容积大于一个立柱的排代量，

3.根据权利要求2所述的石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法，其特征是：在地面高压管线上安装流量计（13），在封井器下方地面井口的井筒外壁安装外夹式井口液位传感器（18），通过所述溢流口液位传感器（11）和外夹式井口液位传感器（18）这两个点获取一个固定的容积，该容积大于3个立柱的排代量，

4.根据权利要求1、2或3所述的石油钻井起钻作业中自动灌浆控制方法，其特征是：在溢流口（8）与封井器（9）之间的喇叭口套管（10）上安装有温度传感器、电导率传感器，或者在泥浆泵上安装泵冲传感器；

a若未灌浆而液位传感器指示灯亮，表示有溢流发生；

c若未起出立柱而压力传感器无信号，表示有井漏发生；

5.一种石油钻井起钻作业中自动灌浆控制系统，包括控制中心，灌浆泵，控制中心安装在司钻工作台面上的总控制柜内，控制中心包括工控机和ＰＬＣ，控制中心通过PLC控制连接灌浆泵、泥浆泵，其特征是：所述自动灌浆控制系统，将低压回水管线（3）通过阀门（19）接入高压管线（6），同时将所述低压回水管线（3）通过一三通转换阀（2）分别连接灌浆泵（1）出口与泥浆罐罐面管网（4），所述三通转换阀有P—A和P—B两个通道，其P—A通道连接低压回水管线（3）与泥浆罐罐面管网（4），P—B通道连接低压回水管线（3）与灌浆泵（1）；所述控制中心通过PLC控制连接三通转换阀（2）。

6.根据权利要求5所述的石油钻井起钻作业中自动灌浆控制系统，其特征是：包括溢流口液位传感器、压力传感器，所述溢流口液位传感器、压力传感器安装在溢流口与封井器之间的喇叭口套管上，压力传感器安装的位置要低于液位传感器，所述溢流口液位传感器、压力传感器输出信号连接控制中心。

7.根据权利要求5所述的石油钻井起钻作业中自动灌浆控制系统，其特征是：包括溢流口液位传感器、压力传感器和井口液位传感器，所述溢流口液位传感器、压力传感器安装在溢流口与封井器之间的喇叭口套管上，压力传感器安装的位置要低于液位传感器，所述井口液位传感器安装在地面井口的井筒外壁，所述溢流口液位传感器、压力传感器、井口液位传感器输出信号连接控制中心。

8.根据权利要求5、6或7所述的石油钻井起钻作业中自动灌浆控制系统，其特征是：在溢流口与封井器之间的喇叭口套管上安装有温度传感器、电导率传感器，所述温度传感器、电导率传感器输出信号连接控制中心。

9.根据权利要求5、6或7所述的石油钻井起钻作业中自动灌浆控制系统，其特征是：在地面高压管线上安装流量计，或在泥浆泵上安装泵冲传感器；所述流量计或泵冲传感器输出信号连接控制中心。