CN103615208A - 钻井用四相分离器进液机构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井用四相分离器进液机构及其控制方法，其第一进液管路在四相分离器正常运行时流通；备用进液管路在第一进液管路内的压力超过设定值时与第一进液管路同时流通；第三进液管路为经四相分离器固相舱分离后进入储砂罐的钻井液再次回收流入到四相分离器内进行循环的管路；回收管路一端连接到四相分离器的排液口，另一端连接到第一进液管路和备用进液管路的进液口，当四相分离器正常运行完后，四相分离器、回收管路、第一进液管路和备用进液管路形成钻井液循环路径。本发明可将井内返出的钻井液导入四相分离器内，防止因流量或压力突然增大或进液管堵塞影响四相分离器的正常运行，并能回收储砂罐中的残余钻井液再次参与循环。

Description

钻井用四相分离器进液机构及控制方法

技术领域

本发明涉及一种钻井用四相分离器进液机构及控制方法，属于石油钻探欠平衡钻井用四相分离器设备，主要是用于在钻井用四相分离器的进液管汇的结构及其操控方法。

背景技术

欠平衡钻井是指在钻井过程中钻井液液柱的压力小于地层流体压力，地层流体就会进入井眼并返至地面。欠平衡钻井技术很好的解决了常规钻井技术中对地层污染的问题，并能提高油气产量等诸多优点，因此在国内外有着广阔的市场前景。欠平衡钻井需要对返至地面含有地层流体的钻井液进行分离，以便使钻井液恢复其性能再次循环使用。目前国内普遍采用的是气液两相分离器、撇油罐、振动筛的配置，其中撇油罐和振动筛为敞开式结构，如果返出的含有地层流体的钻井液中含有硫化氢或易挥发的烃类物质，就会对井场人员以及周围环境造成严重威胁，因此，目前在国内对硫化氢含量大于50ppm的储层还不能进行欠平衡钻井作业。

为了满足对高含硫储层进行欠平衡钻井作业的需要，则需钻井液在密闭条件下得到分离，将分离的废物及有害物质得到妥善处理，所以密闭系统是高含硫地层实施欠平衡钻井作业的必配装备。四相分离器是密闭系统的核心装置，可以将返出地面的钻井液中的油、气、液、固进行有效分离。目前，国外的一些石油公司已相继研制出了四相分离器并成功进行了现场使用，但国内对四相分离器的研究还处于初级阶段。

另外，中国专利号“200920078576.4”公开了一种钻井液四相分离器，公开日为2009年10月21日，其包括壳体 和分离机构，分离机构的除固仓设置在壳体内的前部，液、气分离仓和储油 仓分别设置在壳体内的中部和后部。

但现有的钻井液四相分离器还存在如下不足：在欠平衡钻井作业中，从井内返出的钻井液的流量和压力并不稳定，并含有大量的岩屑，在钻井结束后对管路中的岩屑进行清理较为麻烦，同时，从四相分离器中排入储砂罐中的岩屑也伴有一定量的残余钻井液，需要专用设备进行回收。

并且，为满足设备对钻井液中各相介质的有效分离条件，通过理论计算得出，四相分离器的容积较大，即罐体尺寸较大，如果同时配套一体安装结构复杂的泵阀与管路系统等机构装置，整套设备的体积与重量将增加较多，从而将超过国内对于道路运输的严格标准，使得设备的运输问题较为困难。同时，整个系统泵阀机构较多，且管路系统结构复杂，如果其中一个环节出现故障，将拆卸整套设备进行维修，因此维护极为不便，且庞大的设备将占用较大的钻井现场空间，尤其为处于山地地区的有限钻井现场空间布局带来困难。

发明内容

本发明的目的在于克服现有钻井用四相分离器存在的上述不足，提供一种钻井用四相分离器进液机构及控制方法。本发明可将井内返出的钻井液稳定有序的导入四相分离器罐内，防止因流量或压力突然增大或进液管堵塞影响四相分离器的正常运行，并能回收储砂罐中的残余钻井液再次参与循环，节约了成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种钻井用四相分离器进液机构，其特征在于：包括第一进液管路、备用进液管路、第三进液管路和回收管路；所述第一进液管路在四相分离器正常运行时流通；所述备用进液管路在第一进液管路内的压力超过设定值时与第一进液管路同时流通；第三进液管路为经四相分离器固相舱分离后进入储砂罐的钻井液再次回收流入到四相分离器内进行循环的管路；所述回收管路一端连接到四相分离器的排液口，另一端连接到第一进液管路和备用进液管路的进液口，当四相分离器正常运行完后，四相分离器、回收管路、第一进液管路和备用进液管路形成钻井液循环路径。

所述第一进液管路包括第一水平管段和第一垂直管段，第一水平管段通过第一四通结构与第一垂直管段连接，第一水平管段的进液口与进液管连接，第一垂直管段连接到四相分离器。

所述备用进液管路包括备用垂直管段，备用垂直管段一端连接到四相分离器，另一端连接有备用四通结构，备用四通结构与第一四通结构连通。

所述第三进液管路包括第三垂直管段，第三垂直管段一端连接到四相分离器，另一端连接有第三四通结构，第三四通结构通过管线连接到储砂罐，且储砂罐通过管线连接到四相分离器固相舱，形成循环管路。

所述回收管路上沿四相分离器的排液口排液方向依次设置有回收管路控制阀、回收管路泵和回收管路单流阀。

所述第一进液管路的第一水平管段上设置有第一水平管段控制阀和压力传感器，回收管路的另一端连接到第一四通结构与第一水平管段控制阀之间的第一水平管段上；第一垂直管段上设置有第一垂直管段控制阀和流量计。

所述备用进液管路与第三进液管路并联后连接到四相分离器，备用进液管路的备用垂直管段上设置有备用垂直管段控制阀和流量计。

所述第三进液管路的第三垂直管段上设置有第三垂直管段控制阀和流量计，与储砂罐连接的管线上设置有管线单流阀、管线泵和管线控制阀，储砂罐上设置有液面监测装置。

所述进液管设置在进液管撬体上，泵和控制阀设置在泵阀撬体上；四相分离器底部与泵阀撬体连接，一侧与进液管撬体连接。

所述四相分离器通过法兰与底部的泵阀撬体相连，一侧通过法兰与进液管撬体相连，且通过定位销分别将四相分离器和泵阀撬体、泵阀撬体和进液管撬体连接。

一种钻井用四相分离器进液机构的控制方法，其特征在于：

a、当第一进液管路内的压力值若小于或等于设定值，四相分离器正常运行，第一进液管路流通；

b、当第一进液管路内的压力超过设定值时，备用进液管路打开，备用进液管路与第一进液管路同时流通；

c、当经四相分离器固相舱分离后的钻井液进入储砂罐，储砂罐内的液位超过设定值时，第三进液管路打开，将储砂罐内的钻井液泵入罐内进行分离；

d、当四相分离器运行完后，向四相分离器内注入钻井液，通过回收管路、第一进液管路、备用进液管路和四相分离器形成钻井液循环。

采用本发明的优点在于：

一、本发明通过第一进液管路和备用进液管路，可将井内返出的钻井液稳定有序的导入四相分离器内，防止因流量或压力突然增大或进液管堵塞影响四相分离器的正常运行；通过第三进液管路，能回收储砂罐中的残余钻井液再次参与循环，节约了成本。

二、本发明对欠平衡钻井用四相分离器的进液管汇进行了创新，并对其控制方法做了改进，进液机构除能将正常情况下从井内返出的钻井液导流入四相分离器罐内进行分离外，还能在第一进液管路内压力或流量突然增大时等突发情况下作出自动调节控制，启用备用进液管路，降低主进液管路的压力，保障了设备运行的安全。

三、本发明中的储砂罐残液回收进液管路即第三进液管路，将经固相舱分离后进入储砂罐中的残余钻井液再次泵入罐内分离，减少了钻井液的损耗，节约了成本。

四、本机构在进液管路的垂直管段和水平管段设计的四通结构，减轻了钻井液流体对管路的冲蚀并能在停泵后可以方便的将岩屑排除；同时将进液管路与排液管路通过控制阀控制通断，可在停泵后用不含岩屑的干净钻井液对管路系统进行冲洗循环，将沉积在进液管路垂直管段的岩屑冲入罐内，很好的解决了岩屑在垂直管段底部沉积、压实和堵塞，造成憋泵、烧泵等危害的问题，保证四相分离器下次运行的安全性。

五、本发明对四相分离器的进液机构进行合理改进，在钻井过程中对进入罐内的流体进行流量和压力实时监测，通过实时控制各泵阀的开关，使得钻井液稳定有序的流入罐体内，为四相分离器对钻井液进行有效的分离提供了可靠的先决条件。

六、本发明通过旁通管路的设计可以将储砂罐中残余钻井液回收进入罐内参与循环，节约了作业成本，通过循环干净钻井液冲洗和四通结构设计，可以解决垂直管段中岩屑清理困难的问题。

七、本发明中，位于第一进液管路上的压力传感器所测压力大小将决定各条管路中部分阀门的开关情况，并安装有流量计测量每条进液管路的流量，将经四相分离器分离后的干净钻井液以循环冲洗的方式导入进液主管路，防止岩屑在进液管汇垂直管段大量沉积。

八、本发明将进液管道的垂直管段与水平管段的交汇处设计成四通结构，在钻井结束后可将四通底部盲板打开清理沉积的残余岩屑，该结构能够自动有效的控制和监测四相分离器的进液量，为四相分离器的安全运行提供了保障，使得钻井液能够稳定有序的流入罐体内，结合第三进液管路可以实现储砂罐中残余钻井液的回收，具有结构简单合理，安全可靠、经济节省等特点。

九、本发明中，所述进液管设置在进液管撬体上，泵和控制阀设置在泵阀撬体上；四相分离器底部与泵阀撬体连接，一侧与进液管撬体连接；进一步地所述四相分离器通过法兰与底部的泵阀撬体相连，一侧通过法兰与进液管撬体相连，且通过定位销将四相分离器、泵阀撬体和进液管撬体连接；这种结构既能满足四相分离器运输方便的要求，同时也便于设备的安装和拆卸维护，该结构设计将四相分离器分为三大模块，模块化的设计实现分体维护及方便有效的运输，同时分体撬装紧凑组合的结构形式也便于在钻井现场中进行合理放置，减小了在井场的占用空间。

附图说明

图1为本发明结构示意图

图2为本发明采用撬体结构的安装结构示意图

图中标记为：1、排液口，2、四相分离器，3、回收管路，4、第一进液管路，5、备用进液管路，6、备用垂直管段控制阀，7、第三进液管路，8、第三垂直管段控制阀，9、管线，10、储砂罐，11、液位传感器，12、管线泵，13、管线单流阀，14、第三四通结构，15、压力传感器，16、第一垂直管段控制阀，17、流量计，18、第一水平管段控制阀，19、机构进液口，20、回收管路单流阀，21、回收管路泵，22、回收管路控制阀，23、进液管撬体，24、泵阀撬体，25、定位销。

具体实施方式

实施例1

一种钻井用四相分离器进液机构，包括第一进液管路4、备用进液管路5、第三进液管路7和回收管路3；所述第一进液管路4在四相分离器2正常运行时流通；所述备用进液管路5在第一进液管路4内的压力超过设定值时与第一进液管路4同时流通；第三进液管路7为经四相分离器2的固相舱分离后进入储砂罐10的钻井液再次回收流入到四相分离器2内进行循环的管路；所述回收管路3一端连接到四相分离器2的排液口1，另一端连接到第一进液管路4和备用进液管路5的进液口，当四相分离器2正常运行完后，四相分离器2、回收管路3、第一进液管路4和备用进液管路5形成钻井液循环路径。

所述第一进液管路4包括第一水平管段和第一垂直管段，第一水平管段通过第一四通结构与第一垂直管段连接，第一水平管段的进液口与进液管连接，第一垂直管段连接到四相分离器。第一水平管段的进液口为机构进液口19，从井内返出的钻井液从机构进液口19进入进液机构。

本实施例中，所述备用进液管路5包括备用垂直管段，备用垂直管段一端连接到四相分离器2，另一端连接有备用四通结构，备用四通结构与第一四通结构连通。

本实施例中，所述第三进液管路7包括第三垂直管段，第三垂直管段一端连接到四相分离器2，另一端连接有第三四通结构14，第三四通结构14通过管线9连接到储砂罐10，且储砂罐10通过又一管线连接到四相分离器2的固相舱，形成固相舱到储砂罐10的循环管路。

本实施例中，所述回收管路3上沿四相分离器2的排液口1排液方向依次设置有回收管路控制阀22、回收管路泵21和回收管路单流阀20。

进一步地，所述第一进液管路4的第一水平管段上设置有第一水平管段控制阀18和压力传感器，回收管路3的另一端连接到第一四通结构与第一水平管段控制阀18之间的第一水平管段上；第一垂直管段上设置有第一垂直管段控制阀16和流量计17。

进一步地，所述备用进液管路5与第三进液管路7并联后连接到四相分离器2，备用进液管路5的备用垂直管段上设置有备用垂直管段控制阀6和流量计17。

进一步地，所述第三进液管路7的第三垂直管段上设置有第三垂直管段控制阀8和流量计17，与储砂罐10连接的管线上设置有管线单流阀13、管线泵12和管线控制阀，储砂罐10上设置有液面监测装置，液面监测装置优选为液位传感器11。

本实施例中，所述进液管设置在进液管撬体23上，泵和控制阀设置在泵阀撬体24上；四相分离器2底部与泵阀撬体24连接，一侧与进液管撬体23连接。

优选地，所述四相分离器2通过法兰与底部的泵阀撬体24相连，一侧通过法兰与进液管撬体23相连，且通过定位销25分别将四相分离器2和泵阀撬体24、泵阀撬体24和进液管撬体23稳定连接。

一种钻井用四相分离器进液机构的控制方法，包括：

a、当第一进液管路内的压力值若小于或等于设定值，四相分离器正常运行，第一进液管路流通；

b、当第一进液管路内的压力超过设定值时，备用进液管路打开，备用进液管路与第一进液管路同时流通；

c、当经四相分离器固相舱分离后的钻井液进入储砂罐，储砂罐内的液位超过设定值时，第三进液管路打开，将储砂罐内的钻井液泵入罐内进行分离；

d、当四相分离器运行完后，向四相分离器内注入钻井液，通过回收管路、第一进液管路、备用进液管路和四相分离器形成钻井液循环。

以下对本发明的工作原理进行说明：

四相分离器2在正常运行时利用球阀即控制阀控制只有第一进液管路4流通，当压力传感器15检测到第一进液管路4的压力超过设定压力时，另一条备用进液管路5的球阀自动打开使钻井液可从两条进液管路同时进入四相分离器2内，从而降低第一进液管路4的压力使管路处于正常的压力范围。

第三进液管路7是由经四相分离器2的固相舱分离后进入储砂罐10的残余钻井液再次回收流入到四相分离器2内进行循环的管路，将四相分离器2通过管线9连接到储砂罐10，再通过又一管线将储砂罐10连接到四相分离器2，此管线9通过法兰与备用进液管路5并联连接，使储砂罐10中的钻井液与备用进液管路5的钻井液汇合后流入四相分离器2内进行分离。

为避免在同时启用备用进液管路5和残液的回收管路3时，备用进液管路5中的钻井液灌入回收管路3，需在回收管路中安装回收管路单流阀20。储砂罐10上安装有液面监测装置即液位传感器11，实时进行液面监控，并自动控制该管路上的泵阀开关。

钻井结束后，由于钻井液中的岩屑受自身重力作用会在进液管路的垂直管段底部沉积下来，为了避免沉积的岩屑将管路堵塞，设计了两种结构将进液管段的岩屑清除干净。首先将四相分离器2的排液口1通过一段管路连接至第一进液管路4，并安装回收管路单流阀20。停泵后，关闭第一进液管路4的进液控制阀即第一水平管段控制阀18，可使部分的干净钻井液在管路内循环，循环过程中可以不断冲洗进液管垂直管段内沉积的岩屑。其次，在进液管的垂直管段与水平管段的交汇处设计了四通管路构造，既可减轻钻井液分离过程中对管路转折处的冲刷腐蚀，也可在停泵时将四通管路的底部法兰盲板打开将沉积的岩屑排出，保证管路的清洁与通畅。同时在每条进液管路上安装流量计，时刻监测各管路内流体流量情况，为系统可靠运行提供保障。

实施例2

下面结合附图对本发明实施例做进一步说明。

图1所示为本发明钻井用四相分离器进液机构示意图。

从井内返出的钻井液从机构进液口19进入进液机构，压力传感器15检测的第一进液管路4压力值若小于设定值，则处于正常压力范围内，第一垂直管段控制阀16开启使钻井液从第一垂直管段流入四相分离器2内，备用垂直管段控制阀6与其它阀门处于关闭。

当压力传感器15检测到的压力值超过设定值时，备用垂直管段控制阀6自动打开使钻井液同时从第一垂直管段和备用垂直管段进入四相分离器2内。储砂罐10上的液位传感器11检测的液位超过设定值，打开第三垂直管段控制阀8，启动管线泵12，将储砂罐里的残余钻井液重新泵入四相分离器2内进行分离，管线单流阀13防止备用垂直管段内的钻井液回流到第三垂直管段。

当四相分离器2正常运行完后，向四相分离器2内注入干净的钻井液参与循环，打开回收管路控制阀22，关闭第一水平管段控制阀18，启动回收管路泵21，使钻井液从排液口1沿回收管路3流入第一垂直管段和备用垂直管段。使其在四相分离器内循环，从而将因重力作用沉积在第一垂直管段和备用垂直管段底部的沉砂和岩屑冲入四相分离器内，以免堵住进液口，影响四相分离器下次的正常运行。

回收管路单流阀20避免在钻井时钻井液直接从机构进液口19窜入回收管路3。此外，进液管段底部设计的四通结构可以将底部的法兰盲板打开，使沉积的岩屑从法兰口排出。三根进液管路均安装有流量计17，监测各管路内流量情况。

Claims (10)

1.一种钻井用四相分离器进液机构，其特征在于：包括第一进液管路（4）、备用进液管路（5）、第三进液管路（7）和回收管路（3）；所述第一进液管路（4）在四相分离器（2）正常运行时流通；所述备用进液管路（5）在第一进液管路（4）内的压力超过设定值时与第一进液管路（4）同时流通；第三进液管路（7）为经四相分离器（2）固相舱分离后进入储砂罐（10）的钻井液再次回收流入到四相分离器（2）内进行循环的管路；所述回收管路（3）一端连接到四相分离器（2）的排液口，另一端连接到第一进液管路（4）和备用进液管路（5）的进液口，当四相分离器（2）正常运行完后，四相分离器（2）、回收管路（3）、第一进液管路（4）和备用进液管路（5）形成钻井液循环路径。

2.根据权利要求1所述的钻井用四相分离器进液机构，其特征在于：所述第一进液管路（4）包括第一水平管段和第一垂直管段，第一水平管段通过第一四通结构与第一垂直管段连接，第一水平管段的进液口与进液管连接，第一垂直管段连接到四相分离器（2）。

3.根据权利要求2所述的钻井用四相分离器进液机构，其特征在于：所述备用进液管路（5）包括备用垂直管段，备用垂直管段一端连接到四相分离器（2），另一端连接有备用四通结构，备用四通结构与第一四通结构连通。

4.根据权利要求1、2或3所述的钻井用四相分离器进液机构，其特征在于：所述第三进液管路（7）包括第三垂直管段，第三垂直管段一端连接到四相分离器（2），另一端连接有第三四通结构（14），第三四通结构（14）通过管线连接到储砂罐（10），且储砂罐（10）通过管线连接到四相分离器（2）固相舱，形成循环管路。

5.根据权利要求4所述的钻井用四相分离器进液机构，其特征在于：所述回收管路（3）上沿四相分离器（2）的排液口（1）排液方向依次设置有回收管路控制阀（22）、回收管路泵（21）和回收管路单流阀（20）。

6.根据权利要求2、3或5所述的钻井用四相分离器进液机构，其特征在于：所述第一进液管路（4）的第一水平管段上设置有第一水平管段控制阀（18）和压力传感器（15），回收管路（3）的另一端连接到第一四通结构与第一水平管段控制阀（18）之间的第一水平管段上；第一垂直管段上设置有第一垂直管段控制阀（16）和流量计（17）。

7.根据权利要求3所述的钻井用四相分离器进液机构，其特征在于：所述备用进液管路（5）与第三进液管路（7）并联后连接到四相分离器（2），备用进液管路（5）的备用垂直管段上设置有备用垂直管段控制阀（6）和流量计（17）。

8.根据权利要求4所述的钻井用四相分离器进液机构，其特征在于：所述第三进液管路（7）的第三垂直管段上设置有第三垂直管段控制阀（8）和流量计（17），与储砂罐（10）连接的管线上设置有管线单流阀（13）、管线泵（12）和管线控制阀，储砂罐（10）上设置有液面监测装置。

9.根据权利要求6所述的钻井用四相分离器进液机构，其特征在于：所述进液管设置在进液管撬体（23）上，泵和控制阀设置在泵阀撬体（24）上；四相分离器（2）底部与泵阀撬体（24）连接，一侧与进液管撬体（23）连接。

10.根据权利要求1所述的钻井用四相分离器进液机构的控制方法，其特征在于：

a、当第一进液管路内的压力值若小于或等于设定值，四相分离器正常运行，第一进液管路流通；

b、当第一进液管路内的压力超过设定值时，备用进液管路打开，备用进液管路与第一进液管路同时流通；

c、当经四相分离器固相舱分离后的钻井液进入储砂罐，储砂罐内的液位超过设定值时，第三进液管路打开，将储砂罐内的钻井液泵入罐内进行分离；

d、当四相分离器运行完后，向四相分离器内注入钻井液，通过回收管路、第一进液管路、备用进液管路和四相分离器形成钻井液循环。

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