CN103790530B - 钻井流体转向切换控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻井流体转向切换控制系统，包括：连续循环阀（1）、流道转向控制装置（10）、高压泵（41）、泥浆罐（42）和填充泵（43），连续循环阀（1）与流道转向控制装置（10）双管道连通；在钻杆上部设置有顶驱（44）与流道转向控制装置（10）管道连通；高压泵（41）、泥浆罐（42）和填充泵（43）分别与流道转向控制装置（10）管道连通，泥浆罐（42）分别与高压泵（41）和填充泵（43）管道连通。本发明通过提供了一种钻井流体转向切换控制系统备，解决了目前连续循环阀系统难以避免的钻井流体流失和污染钻台面等问题，同时可以不受管道长度影响，提高流道转向切换作业效率和井下完全。

Description

钻井流体转向切换控制系统

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，特别涉及一种钻井流体转向切换控制系统，具体地，是一套在钻井接单根或立柱时实现钻井流体连续循环的系统。

背景技术

连续循环钻井是一项先进的钻井技术，在接单根或立柱期间，利用一种钻井液流道转向控制装置，保持钻柱内钻井液的连续循环，从而在整个钻进期间实现稳定的当量循环密度和不间断的钻屑排出，避免了停泵和开泵循环时引起的井底压力波动，全面改善了井眼条件和钻井安全，极大地降低钻井事故，提高总的机械钻速。连续循环钻井技术可以广泛应用于窄密度窗口井、大位移井/水平井、欠平衡井和高温高压井的领域，显著提高钻井效率，为钻井提速和油气增产提供强大动力和技术支撑。

目前，连续循环钻井技术主要有两种方法。一种是美国NOV公司开发的连续循环系统(CCS)，相关专利包括US7322418B2、US6315051B1等，该系统已实现商业化应用，但由于其结构复杂，体积庞大，控制难度高，使用成本昂贵，尤其是放在井口的主机占用了钻台面很大的空间，因此限制了该系统的推广使用。另一种是意大利ENI公司开发的连续循环阀系统(E-CD)，相关专利包括US20060278434A1、US20100084142A1等，该系统只需在每个单根或立柱顶端安装一个钻杆短接，即连续循环阀，在接单根或立柱时，通过压力和手动方式实现阀内流道切换，保持钻柱内钻井流体的连续循环；与连续循环系统相比，该系统结构简单，操作方便，使用成本相对较低，尤其是无需占用钻台面井口位置，可进行常规上卸扣操作，更易获得钻井人员的认可。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：一方面，在完成阀内流道切换后，操作人员要卸开位于连续循环阀上端的钻柱或主动钻杆，此时钻杆和水龙带内残留的钻井流体将会溢出，每次操作都会造成大量钻井流体的流失，同时造成钻台面污染，若配备泥浆防喷盒，则在卸扣时影响动力钳等井口设备使用，钻井人员亦不方便操作。另一方面，若因钻台面限制无法放置流道转向控制装置，则只能将其放置在地面上，此时转向控制装置与连续循环阀之间的连接管线较长，因此，在转向控制装置向该连接管线泵入高压流体前，需先泵入低压流体进行预充填，否则可能会影响钻柱内钻井流体循环的稳定性，进而造成井下压力波动。由于自身功能结构的限制，目前的E-CD系统不具备解决上述问题能力。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种钻井流体转向切换控制系统。其目的在于通过合理的流道转向切换控制，不仅能够在接单根或立柱期间保持钻柱内钻井流体的连续循环，而且可以避免卸扣时钻杆或水龙带内残留钻井流体流失和污染钻台面，同时最大限度地消除转向切换控制对钻柱内循环流体的影响，提高流道转向切换作业效率和井下完全，另外，本发明还可以有效降低高压钻井流体对开关控制阀的冲蚀作用，提高开关控制阀的使用寿命。所述技术方案如下：

提供了一种钻井流体转向切换控制系统，所述系统包括：连续循环阀、流道转向控制装置、高压泵、泥浆罐和填充泵，所述连续循环阀安装在钻杆上，所述连续循环阀具有上旁通孔和下旁通孔，所述流道转向控制装置分别与所述上旁通孔和所述下旁通孔管道连通；在钻杆上部设置有顶驱，所述顶驱与所述流道转向控制装置管道连通；所述高压泵、所述泥浆罐和所述填充泵分别与所述流道转向控制装置管道连通，所述高压泵与所述泥浆罐管道连通，所述泥浆罐与所述填充泵管道连通；

所述连续循环阀为安装在钻杆上的一个短接，所述连续循环阀的第一端与上部钻杆连接，所述连续循环阀的第二端与下部钻杆连接；所述连续循环阀内管柱上在与所述上旁通孔对应的位置设置有三通球阀，所述三通球阀连通/阻断所述上部钻杆、所述流道转向控制装置以及所述连续循环阀的第二端；所述连续循环阀内管柱上在与所述下旁通孔对应的位置设置有单向阀，所述单向阀连通/阻断所述连续循环阀和所述流道转向控制装置。

进一步地，所述流道转向控制装置包括：与所述上旁通孔依次连接的开关控制阀F、阀块D、开关控制阀C、流量调节阀A和阀块A，所述阀块A与所述高压泵连接；与所述下旁通孔依次连接的阀块C、开关控制阀E、阀块F、流量调节阀B和开关控制阀H，所述开关控制阀H与所述泥浆罐连接；与所述顶驱依次连接的阀块B、开关控制阀D、阀块E、止回阀B和开关控制阀G，所述开关控制阀G与所述填充泵连接，所述阀块E与所述止回阀B的输出口连接；所述阀块A还分别与所述阀块B和所述阀块C连接，所述阀块D还分别与所述阀块E和所述阀块F连接。

进一步地，所述顶驱与所述阀块B之间还依次设置有水龙带、立管和立管接口。

进一步地，所述阀块A与所述阀块B之间设置有开关控制阀A，所述阀块A与所述阀块C设置有开关控制阀B，所述阀块B上安装有压力检查器A，所述阀块C安装有压力检测器B。

进一步地，所述阀块A与所述高压泵之间设置有连接口A，所述阀块B与所述立管接口之间设置有连接口B，所述下旁通孔与所述阀块C之间设置有连接口C，所述上旁通孔与所述开关控制阀F之间设置有连接口D，所述开关控制阀G与所述填充泵之间设置有连接口E，所述开关控制阀H与所述泥浆罐之间设置有连接口F。

进一步地，所述阀块A与所述连接口A之间设置有止回阀A，所述阀块A与所述止回阀A的输出口连接。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明通过提供了一种钻井流体转向切换控制系统备，解决了目前连续循环阀系统难以避免的钻井流体流失和污染钻台面等问题，同时可以不受管道长度影响，在流道转向切换时最大限度地保证钻柱内循环流体的稳定性，提高流道转向切换作业效率和井下完全，另外，开关阀和流量阀串联结构可以有效降低高压钻井流体对开关控制阀的冲蚀作用，提高阀门使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的钻井流体转向切换控制系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例

本实施例提供了一种钻井流体转向切换控制系统，参见图1，该系统包括：连续循环阀1、流道转向控制装置10、高压泵41、泥浆罐42和填充泵43。其中，连续循环阀1安装在钻杆上，即连续循环阀1是安装在钻杆顶端上的一个短接。该连续循环阀1具有上旁通孔5和下旁通孔4，上旁通孔5和下旁通孔4均开设在连续循环阀1的侧壁上。优选地，连续循环阀1的第一端与上部钻杆9连接，连续循环阀1的第二端与下部钻杆8连接。连续循环阀1内管柱上在与上旁通孔5对应的位置设置有三通球阀3，该三通球阀3连通/阻断上部钻杆9、流道转向控制装置10以及连续循环阀1的第二端。当三通球阀3位于开启位置时，三通球阀3上端水眼7与下端水眼6导通，而上旁通孔5与水眼隔断，当三通球阀3旋转90度位于关闭位置时，三通球阀3上端水眼7和下端水眼6隔断，上旁通孔5与三通球阀3上端水眼7导通。连续循环阀1内管柱上在与下旁通孔4对应的位置设置有单向阀2，单向阀2连通/阻断连续循环阀1和流道转向控制装置10。

流道转向控制装置10分别与上旁通孔5和下旁通孔4管道连通；在钻杆上部设置有顶驱44，顶驱44与流道转向控制装置10管道连通；高压泵41、泥浆罐42和填充泵43分别与流道转向控制装置10管道连通，高压泵41与泥浆罐42管道连通，泥浆罐42与填充泵43管道连通。

流道转向控制装置10由开关控制阀、流量阀、止回阀、阀块、连通管和压力检测装置等组成。具体地，流道转向控制装置10包括：与上旁通孔5依次连接的开关控制阀F31、阀块D28、开关控制阀C23、流量调节阀A22和阀块A13，阀块A13与高压泵41连接；与下旁通孔4依次连接的阀块C20、开关控制阀E27、阀块F37、流量调节阀B38和开关控制阀H39，开关控制阀H39与泥浆罐42连接；与顶驱44依次连接的阀块B17、开关控制阀D25、阀块E33、止回阀B34和开关控制阀G35，开关控制阀G35与填充泵43连接，阀块E33与止回阀B34的输出口连接；阀块A13还分别与阀块B17和阀块C20连接，阀块D28还分别与阀块E33和阀块F37连接。

优选地，顶驱44与阀块B17之间还依次设置有水龙带45、立管46和立管接口47。阀块A13与阀块B17之间设置有开关控制阀A12，阀块A13与阀块C20设置有开关控制阀B14，阀块B17上安装有压力检查器A16，阀块C20安装有压力检测器B19。

阀块A13与高压泵41之间设置有连接口A15，阀块B17与立管接口47之间设置有连接口B18，下旁通孔4与阀块C20之间设置有连接口C21，上旁通孔5与开关控制阀F31之间设置有连接口D32，开关控制阀G35与填充泵43之间设置有连接口E36，开关控制阀H39与泥浆罐42之间设置有连接口F40。阀块A13与连接口A15之间设置有止回阀A11，阀块A13与止回阀A11的输出口连接。

优选地，流道转向控制装置10通过高压管道与连续循环阀1、立管46、高压泵41、填充泵43和泥浆灌42连通，具体的连接关系如下：

阀块A13与止回阀A11输出口连通，止回阀A11输入口设置有连接口A15，连接口A15与高压泵41输出口通过高压管A48连通，阀块A13与阀块B17通过开关控制阀A12连通，阀块A13与阀块C20通过开关控制阀B14连通，阀块A13与阀块D28通过流量调节阀A22和开关控制阀C23连通，流量调节阀A22与开关控制阀C23串联连通。

阀块B17与阀块E33通过连通管A24和开关控制阀D25连通，连通管A24和开关控制阀D25串联连通，阀块B17上的连接口B18与立管接口47通过高压管B49连通。

阀块C20与阀块F37通过连通管B26和开关控制阀E27连通，连通管B26与开关控制阀E27串联连通，阀块C20上的连接口C21与连续循环阀1的下旁通孔4通过高压管C50连通。

阀块D28与阀块E33通过连通管C29连通，阀块D28与阀块F37通过连通管D30连通，阀块D28与开关控制阀F31连通，开关控制阀F31另一端设置有连接口D32，连接口D32与连续循环阀1的上旁通口5通过高压管D51连通。

阀块E33与止回阀B34输出口连通，止回阀B34输入口与开关控制阀G35连通，开关控制阀G35另一端设置有连接口E36，连接口E36与充填泵43输出口通过高压管E52连通。

阀块F37与开关控制阀H39通过流量调节阀B38连通，开关控制阀H39另一端设置有连接口F40，连接口F40与泥浆罐42通过低压管C55连通。

充填泵43吸水口通过低压管B54与泥浆罐42连通，高压泵41吸水口通过低压管A53与泥浆罐42连通。

阀块B17安装有压力检查器A16，阀块C20安装有压力检测器B19。

本发明的钻井流体转向切换控制系统的工作原理是：

(a)正常钻井时，连续循环阀1的三通球阀3处于开启位置，此时三通球阀3的上端水眼7和下端水眼6导通，上旁通孔5和下旁通孔4均处于关闭状态，开关控制阀A12开启，其余开关控制阀关闭，高压泵41通过高压管A48、止回阀A11、开关控制阀A12、高压管B49向立管46输送高压钻井流体，高压钻井流体经水龙带45、顶驱44、上部钻杆9和连续循环阀1流向下部钻柱8并循环至井底；

(b)当需要接单根或立柱时，先使下部钻柱8座于转盘56上，然后用高压管D51将上旁通孔5与连接口D32连通，用高压管C50将下旁通孔4与连接口C21连通；

(c)开启开关控制阀E27、开关控制阀F31和开关控制阀G35，启动充填泵43，向高压管C50和高压管D51充填低压流体，观察压力检测器B19，当充填压力达到设定值时(如2MPa)，关闭充填泵43和开关控制阀G35；

(d)开启开关控制阀C23，将阀块A13内的高压流体注入高压管C50和高压管D51中，用流量调节阀A22控制注入流速，即可以降低注入过程对钻柱8内循环流体的影响，又可以有效保护开关控制阀C23，减小高压流体的冲蚀作用，当压力检测器B19检测出的压力与压力检测器A16一致时，关闭开关控制阀C23和开关控制阀E27；

(e)开启开关控制阀B14，然后逐渐关闭开关控制阀A12，使下旁通孔4上的单向阀2开启，当开关控制阀A12完全关闭时，全部高压流体通过开关控制阀B14、高压管C50和下旁通孔单向阀2流入下部钻柱8内，将三通球阀3旋转90度关闭，此时三通球阀3的上端水眼7与上旁通孔5连通，下端水眼6被隔断；

(f)开启开关控制阀H39和开关控制阀D25，使高压管D51、上部钻杆9、水龙带45和立管46内的高压流体卸压，并通过开关控制阀H39和低压管C55排入到泥浆罐中，当压力检测器A16检测压力显示为零时，关闭开关控制阀H39；

(g)卸开上部钻杆9与连续循环阀1之间的接头，加接新钻杆，完成操作后，开启开关控制阀G35，启动充填泵43，向立管46和高压管D51充填低压流体，观察压力检测器A16，当充填压力达到设定值时(如2MPa)，关闭充填泵43和开关控制阀G35；

(h)开启开关控制阀C23，将阀块A13内的高压流体注入立管46和高压管D51中，用流量调节阀A22控制注入流速，当压力检测器A16检测出的压力与压力检测器B19一致时，关闭开关控制阀C23和开关控制阀D25；

(i)开启开关控制阀A12，将三通球阀3反向旋转90度开启，此时球阀3的上端水眼7与下端水眼6连通，上旁通孔5被隔断，然后逐渐关闭开关控制阀B14，使下旁通孔4上的单向阀2关闭，当开关控制阀B14完全关闭时，全部高压流体通过开关控制阀A12、立管46、上部钻杆9和连续循环阀1流入下部钻柱8内；

(j)开启开关控制阀H39和开关控制阀E27，使高压管C50和高压管D51内的高压流体卸压，并通过开关控制阀H39和低压管C55排入到泥浆罐中，当压力检测器B19检测压力显示为零时，关闭开关控制阀H39；

(k)将高压管C50和高压管D51分别从下旁通孔4和上旁通孔5卸下，开始正常钻井。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种钻井流体转向切换控制系统，其特征在于，所述系统包括：连续循环阀(1)、流道转向控制装置(10)、高压泵(41)、泥浆罐(42)和填充泵(43)，所述连续循环阀(1)安装在钻杆上，所述连续循环阀(1)具有上旁通孔(5)和下旁通孔(4)，所述流道转向控制装置(10)分别与所述上旁通孔(5)和所述下旁通孔(4)管道连通；

在钻杆上部设置有顶驱(44)，所述顶驱(44)与所述流道转向控制装置(10)管道连通；

所述高压泵(41)、所述泥浆罐(42)和所述填充泵(43)分别与所述流道转向控制装置(10)管道连通，所述高压泵(41)与所述泥浆罐(42)管道连通，所述泥浆罐(42)与所述填充泵(43)管道连通；

所述连续循环阀(1)为安装在钻杆上的一个短接，所述连续循环阀(1)的第一端与上部钻杆(9)连接，所述连续循环阀(1)的第二端与下部钻杆(8)连接；

所述连续循环阀(1)内管柱上在与所述上旁通孔(5)对应的位置设置有三通球阀(3)，所述三通球阀(3)连通/阻断所述上部钻杆(9)、所述流道转向控制装置(10)以及所述连续循环阀(1)的第二端；

所述连续循环阀(1)内管柱上在与所述下旁通孔(4)对应的位置设置有单向阀(2)，所述单向阀(2)连通/阻断所述连续循环阀(1)和所述流道转向控制装置(10)。

2.根据权利要求1所述的钻井流体转向切换控制系统，其特征在于，所述流道转向控制装置(10)包括：

与所述上旁通孔(5)依次连接的开关控制阀F(31)、阀块D(28)、开关控制阀C(23)、流量调节阀A(22)和阀块A(13)，所述阀块A(13)与所述高压泵(41)连接；

与所述下旁通孔(4)依次连接的阀块C(20)、开关控制阀E(27)、阀块F(37)、流量调节阀B(38)和开关控制阀H(39)，所述开关控制阀H(39)与所述泥浆罐(42)连接；

与所述顶驱(44)依次连接的阀块B(17)、开关控制阀D(25)、阀块E(33)、止回阀B(34)和开关控制阀G(35)，所述开关控制阀G(35)与所述填充泵(43)连接，所述阀块E(33)与所述止回阀B(34)的输出口连接；

所述阀块A(13)还分别与所述阀块B(17)和所述阀块C(20)连接，所述阀块D(28)还分别与所述阀块E(33)和所述阀块F(37)连接。

3.根据权利要求2所述的钻井流体转向切换控制系统，其特征在于，所述顶驱(44)与所述阀块B(17)之间还依次设置有水龙带(45)、立管(46)和立管接口(47)。

4.根据权利要求3所述的钻井流体转向切换控制系统，其特征在于，所述阀块A(13)与所述阀块B(17)之间设置有开关控制阀A(12)，所述阀块A(13)与所述阀块C(20)设置有开关控制阀B(14)，所述阀块B(17)上安装有压力检查器A(16)，所述阀块C(20)安装有压力检测器B(19)。

5.根据权利要求4所述的钻井流体转向切换控制系统，其特征在于，所述阀块A(13)与所述高压泵(41)之间设置有连接口A(15)，所述阀块B(17)与所述立管接口(47)之间设置有连接口B(18)，所述下旁通孔(4)与所述阀块C(20)之间设置有连接口C(21)，所述上旁通孔(5)与所述开关控制阀F(31)之间设置有连接口D(32)，所述开关控制阀G(35)与所述填充泵(43)之间设置有连接口E(36)，所述开关控制阀H(39)与所述泥浆罐(42)之间设置有连接口F(40)。

6.根据权利要求5所述的钻井流体转向切换控制系统，其特征在于，所述阀块A(13)与所述连接口A(15)之间设置有止回阀A(11)，所述阀块A(13)与所述止回阀A(11)的输出口连接。