CN103061698A - 一种自动节流管汇系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动节流管汇系统，包括节流管汇和液压控制系统。节流管汇包括放喷通道、主节流通道、辅助节流通道和溢流调压通道；节流管汇的六通块上安装有压力传感器。液压控制系统的电液压力控制阀是比例溢流阀也可以是伺服阀。本发明能够实现钻井全过程中所需的精确的井口回压控制（包括起停泵以及排气体溢流），可以完成各个钻井工序间的流程倒换，具备流体流量的计量功能。

Description

一种自动节流管汇系统
技术领域
本发明涉及钻井用节流管汇系统，尤其涉及一种自动节流管汇系统。
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。
控制压力钻井过程中，井底压力表达式为：
Pb=Pmd+Pla+Pa                                          （1）
式（1）中，Pb-井底压力，Pmd-钻井液静液柱压力，Pla-循环时环空摩擦压力，Pa-井口回压 (套压)。
因此，要实现在钻井全过程中的环空压力控制就必须在钻井的各个阶段都能得到所需的井口回压。
常规钻井过程中所用的节流管汇，是控制井涌、实施油气井压力控制技术的必要设备。但是，常规钻井用的节流管汇只能实现井口有流体返出时的回压控制，并不能够完成接单根、起下钻过程中的回压控制以及各个工序的流程倒换，也不具备流体计量、阀位检测和自动灌浆等多种功能。
目前，控制压力钻井用的节流管汇通常配备的都是阀位指示型的节流阀，这些节流阀通过液压或者电动马达控制的。节流阀的结构设计使得节流阀阀芯运动相对缓慢，从而可能造成控制压力钻井系统在以下两种情况下无法将井筒压力维持在一定的范围内，引起井下复杂事故。
情况一：在钻井泵的起停过程中（主要是指柴油机加液力变矩器驱动的钻井泵的起停），由于钻井泵的排量变化非常迅速，而节流阀的阀芯运动相对缓慢，这就使得所控制的套压大大远离控制目标。
情况二：井底发生气侵后，当气体到达井口即气体滑脱到达井口节流阀时，由于气液的段塞导致钻井液的密度发生很大的变化，再加上套压到立压传播的延时效应，使得套压在许多情况下无法反应立压的变化，引起立压调节波动很大，从而造成井底压力的超调。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种能够满足钻井全过程中所需井口回压的自动节流管汇系统。
为实现上述目的，本发明采用以下设计方案：
一种自动节流管汇系统，包括节流管汇1001和液压控制系统1002。其中：所述的节流管汇包括放喷通道、主节流通道、辅助节流通道和溢流调压通道；放喷通道由六通块1、平板阀14、四通块15和平板阀16依次管线连接构成；主节流通道由六通块1、平板阀7、节流阀8、平板阀9、四通块10、平板阀11、流量计12和平板阀13依次管线连接构成；辅助节流通道由四通块3经过节流阀6与四通块10 依次管线连接构成；溢流调压通道由四通块3经过平板阀4、液控溢流阀5与四通块10 依次管线连接构成；六通块1与来自钻井环空出口管线连接, 四通块3与上游辅助泵连接后，通过平板阀2联接与六通块1连接；四通块10与四通块15通过管线连通；所述的液压控制系统1002的液压泵19的出口分成六路，一路通向节流管汇1001的液控溢流阀5上，一路通过截止阀23进入蓄能器24，一路通过电液压力控制阀27与油箱17连通，一路通过溢流阀26与油箱17相通，一路与压力传感器22相通，一路通过截止阀B(25)与油箱(17)相通。 
节流管汇1001的六通块1上安装有压力传感器；在液压控制系统1002的液压泵19的出口端连接单向阀20和高压管路过滤器21。
液压控制系统1002的电液压力控制阀27是比例溢流阀或者伺服阀。
本发明的优点是：(1) 能够实现钻井全过程中所需的精确的井口回压控制（包括起停泵以及排气体溢流）；(2)可以完成各个钻井工序间的流程倒换；（3）具备流体流量的计量功能。
附图说明
图1是本发明一种自动节流管汇系统的示意图。
图2是本发明一种自动节流管汇系统的液压控制系统的示意图。
图中： 1001.节流管汇，1002.液压控制系统；1.六通块，2. 平板阀，3. 四通块，4.平板阀，5. 液控溢流阀，6. 节流阀， 7.平板阀，8.节流阀，9.平板阀，10. 四通块，11.平板阀, 12.质量流量计，13.平板阀 , 14.平板阀, 15. 四通块, 16.平板阀, 17.油箱，18.吸油过滤器，19.液压泵，20.单向阀，21.高压管路过滤器，22.压力传感器，23.截止阀, 24.蓄能器，25截止阀，26.溢流阀，27.电液压力控制阀。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明作进一步描述：
一种自动节流管汇系统，包括节流管汇1001和液压控制系统1002。其中：所述的节流管汇包括放喷通道、主节流通道、辅助节流通道和溢流调压通道；放喷通道由六通块1、平板阀14、四通块15和平板阀16依次管线连接构成；主节流通道由六通块1、平板阀7、节流阀8、平板阀9、四通块10、平板阀11、流量计12和平板阀13依次管线连接构成；辅助节流通道由四通块3经过节流阀6与四通块10 依次管线连接构成；溢流调压通道由四通块3经过平板阀4、液控溢流阀5与四通块10 依次管线连接构成；六通块1与来自钻井环空出口管线连接, 四通块3与上游辅助泵连接后，通过平板阀2联接与六通块1连接；四通块10与四通块15通过管线连通；所述的液压控制系统1002的液压泵19的出口分成五路，一路通向节流管汇1001的液控溢流阀5上，一路通过截止阀23进入蓄能器24，一路通过电液压力控制阀27与油箱17连通，一路通过溢流阀26与油箱17相通，一路与压力传感器22相通。 
节流管汇1001的六通块1上安装有压力传感器；在液压控制系统1002的液压泵19的出口端连接单向阀20和高压管路过滤器21，在进口端连接吸油过滤器18。电液压力控制阀27是比例溢流阀或者伺服阀。
钻井过程中（平板阀2处于关闭状态），钻井泵泵送钻井液依次经过钻柱、钻头、钻井套管环空、主节流通道、平板阀11、质量流量计12和平板阀13到达分离器或者振动筛，由主节流通道的节流阀8产生所需的套压。
当钻井泵停泵之前，开启辅助泵，打开平板阀2，关闭主节流通道，辅助泵泵送钻井液通过三通块4进入溢流调压通道，然后经过平板阀11、质量流量计12和平板阀13到达分离器或者振动筛，来自钻井环空出口的钻井液经过平板阀4进入溢流调压通道，停止钻井泵，辅助泵泵送钻井液经过液控溢流阀5所产生的套压作用于套管环空。
钻井泵开启以后，倒通主节流通道，关闭平板阀2，进入钻井状态。
气体溢流发生后，当气体到达井口之前，将钻井液从主节流通道倒换到溢流调压通道、平板阀11、质量流量计12和平板阀13进入分离器或者振动筛；气体溢流排完之后再将钻井液从从溢流调压通道倒换到节流通道。
节流阀6形成的套压与液控溢流阀5的液压力（液压系统1002的油压）分别作用在节流阀6的阀芯两端，并保持平衡，可以通过改变液控溢流阀5的液压力来改变节流阀6所生成的套压；当井筒返出流量发生剧烈变化时，由于溢流阀5的液压力可以推动阀芯迅速运动，维持所需的套压。
液控溢流阀5的液压力是由液压控制系统1002的电液压力控制阀27进行调定的，通过PID智能仪表或者其它电控系统完成对电液压力控制阀27的压力设定。

Claims (4)

1.一种自动节流管汇系统，包括节流管汇(1001)和液压控制系统(1002)，其特征在于：所述的节流管汇包括放喷通道、主节流通道、辅助节流通道和溢流调压通道；其中，放喷通道由六通块(1)、平板阀(14)、四通块(15)和平板阀(16)依次管线连接构成；主节流通道由六通块(1)、平板阀(7)、节流阀(8)、平板阀(9)、四通块(10)、平板阀(11)、流量计(12)和平板阀(13)依次管线连接构成；辅助节流通道由四通块(3)经过节流阀(6)与四通块(10) 依次管线连接构成；溢流调压通道由四通块(3)经过平板阀(4)、液控溢流阀(5)与四通块(10) 依次管线连接构成；六通块(1)与来自钻井环空出口管线连接, 四通块(3)与上游辅助泵连接后， 通过平板阀(2)联接与六通块（1）连接；四通块(10)与四通块(15)通过管线连通；所述的液压控制系统(1002)的液压泵(19)的出口分成六路，一路通向节流管汇(1001)的液控溢流阀(5)上，一路通过截止阀(23)进入蓄能器(24)，一路通过电液压力控制阀(27)与油箱(17)连通，一路通过溢流阀(26)与油箱(17)相通，一路与压力传感器(22)相通，一路通过截止阀B(25)与油箱(17)相通。
2.根据权利要求1所述的自动节流管汇系统，其特征在于，节流管汇(1001)的六通块(1)上安装有压力传感器；在液压控制系统(1002)的液压泵(19)的出口端连接单向阀（20）和高压管路过滤器（21）。
3.根据权利要求1所述的自动节流管汇系统，其特征在于，液压控制系统(1002)的电液压力控制阀(27)是比例溢流阀。
4.根据权利要求1所述的自动节流管汇系统，其特征在于，液压控制系统(1002)的电液压力控制阀(27)是伺服阀。
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