CN105257229B - 泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及控压钻井技术领域，是一种泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置及其使用方法，泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置包括进液管、调节管、设定模块和逻辑判断模块，进液管和调节管通过三通固定安装在一起，在进液管上固定安装有流量监视模块和第一开关阀，在调节管上依序固定安装有第二开关阀和节流阀。本发明在控压钻井中能够使机械泵的排量在开泵和停泵过程中阶梯式输入井筒内，以便于自动节流管汇有足够的时间来补偿因开泵和停泵对井底造成的压力变化，使井底在开泵和停泵过程中的压力保持恒定，为控压钻井技术的实施提供了技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及控压钻井技术领域，是一种泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置及其使用方法。
背景技术
在钻井过程中，窄密度窗口的钻井往往存在开泵漏和停泵喷的问题，为解决此问题而引入控压钻井技术，即MPD（Managed Pressure Drilling）。其主要技术特点：将工具与工艺相结合，通过预先控制环空压力剖面，可以减少窄安全密度窗口钻井相关的风险和投资，可以对回压、流体密度、流体流变性、环空液面、循环摩擦力和井眼几何尺寸进行综合分析并加以控制。控压钻井可观察井筒内的压力变化，能够动态控制环空压力，更经济地完成其他技术不可能完成的钻井作业。在控压钻井过程中，井底压力表达式：Ph=Pm+Pa+Pc，其中，Ph为井底压力，Pm为环空液柱压力，Pc为井口套压。控压钻井的目标：保持整个钻井过程中的井筒压力处于预先设定好的目标范围之内，实现钻井过程中井底压力的恒定。然而，在机械泵的开泵或停泵的过程中，容易对井底压力造成扰动，难以保持井底压力的恒定，造成以上不良情况的原因如下：在停泵过程中，机械泵的泵冲数直接降为0，导致环空循环压耗在短时间内迅速降低至0，导致自动节流管汇没有足够的时间来补偿因开泵造成的井底压力变化，从而造成井底压力的波动，开泵过程与停泵相反，同样也造成井底压力波动。
发明内容
本发明提供了一种泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置及其使用方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决机械泵在开泵或停泵过程中存在的无法保持井底压力的恒定的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置，包括进液管、调节管、设定模块和逻辑判断模块，进液管和调节管通过三通固定安装在一起，在进液管上固定安装有流量监视模块和第一开关阀，在调节管上依序固定安装有第二开关阀和节流阀，设定模块的信号输出端与逻辑判断模块的第一信号输入端电连接，流量监视模块的信号输出端与逻辑判断模块的第二信号输入端电连接。
下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
上述泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置还包括控制模块，节流阀为自动节流阀，控制模块的信号输入端与逻辑判断模块的信号输出端电连接，控制模块的信号输出端与自动节流阀的信号输入端电连接。
上述流量监视模块包括流量计，流量计的信号输出端与逻辑判断模块的第二信号输入端电连接。
上述泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置还包括撬体，进液管、调节管和三通均固定在撬体上。
上述第一开关阀和第二开关阀均为闸阀。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置的使用方法，按下述方法进行：在设定模块中设定进液管在开泵过程和停泵过程中的流量输入步骤；在开泵过程中，进液管的流量输入步骤为进液管内的流量从0升/秒逐渐增大至25升/秒；在停泵过程中，进液管的流量输入步骤为进液管内的流量从25升/秒逐渐减少至0升/秒；将三通与机械泵固定安装在一起，进液管与井筒内的立管通过钻具连接在一起，将调节管的出口与泥浆罐连接在一起，当需要启动机械泵时，开启第一开关阀和第二开关阀，节流阀的开度处于最大开度的状态，然后，启动机械泵，机械泵通过三通将钻井液泵入进液管和调节管内，进入进液管内的钻井液进入井筒内，进入调节管内的钻井液进入泥浆罐内，设定模块将开泵过程的流量输入步骤发送至逻辑判断模块，流量监视模块实时采集进液管内的钻井液的实际流量，流量监视模块将钻井液的实际流量发送至逻辑判断模块，在逻辑判断模块中，钻井液的实际流量与处于相同时间段的开泵过程的流量输入步骤的流量进行比较，根据钻井液的实际流量与处于相同时间段的开泵过程的流量输入步骤的流量的比较值，控制节流阀的开度，节流阀的开度逐渐减小，直至钻井液的实际流量与开泵过程的流量输入步骤的流量相同，当进液管内的钻井液的实际流量增加至25升/秒时，关闭第二开关阀，后续机械泵泵入的钻井液通过进液管进入井筒内，完成开泵，当需要关停机械泵时，第一开关阀和第二开关阀处于开启状态，节流阀的开度处于最小开度的状态，设定模块将设定进液管在停泵过程中的流量输入步骤发送给逻辑判断模块，流量监视模块实时采集进液管内的钻井液的实际流量，流量监视模块将钻井液的实际流量发送至逻辑判断模块，在逻辑判断模块中，钻井液的实际流量与处于相同时间段的停泵过程的流量输入步骤的流量进行比较，根据钻井液的实际流量与处于相同时间段的开泵过程的流量输入步骤的流量的比较值，控制节流阀的开度，节流阀的开度逐渐增大，直至钻井液的实际流量与停泵过程的流量输入步骤的流量相同，当进液管内的钻井液的实际流量减少至0升/秒时，关闭第一开关阀，关停机械泵，机械泵继续泵入的钻井液通过调节管进入泥浆罐，完成停泵。
下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：
上述当需要启动机械泵时，逻辑判断模块根据钻井液的实际流量与处于相同时间段的开泵过程的流量输入步骤的流量的比较值向控制模块发出调节自动节流阀的开度的信号，控制模块根据逻辑判断模块给予的信号，向自动节流阀发出调节开度的信号，使自动节流阀调节开度，自动节流阀的开度逐渐减小，直至钻井液的实际流量与处于相同时间段的开泵过程的流量输入步骤的流量相同，当进液管内的钻井液的实际流量增加至25升/秒时，关闭第二开关阀，后续机械泵泵入的钻井液通过进液管进入井筒内，完成开泵，当需要关停机械泵时，逻辑判断模块根据钻井液的实际流量与处于相同时间段的停泵过程的流量输入步骤的流量的比较值向控制模块发出调节自动节流阀的开度的信号，控制模块根据逻辑判断模块给予的信号，向自动节流阀发出调节开度的信号，使自动节流阀调节开度，自动节流阀的开度逐渐增大，直至钻井液的实际流量与处于相同时间段的停泵过程的流量输入步骤的流量相同，当进液管内的钻井液的实际流量减少至0升/秒时，关闭第一开关阀，关停机械泵，机械泵继续泵入的钻井液通过调节管进入泥浆罐，完成停泵。
上述开泵过程中，进液管的流量增加速度为每秒增加2升至5升；在停泵过程中，进液管的流量减少速度为每秒减少2升至5 升。
本发明在控压钻井中能够使机械泵的排量在开泵和停泵过程中阶梯式输入井筒内，以便于自动节流管汇有足够的时间来补偿因开泵和停泵对井底造成的压力变化，使井底在开泵和停泵过程中的压力保持恒定，为控压钻井技术的实施提供了技术支持。
附图说明
附图1为实施例1的俯视结构示意图。
附图2为实施例1的控制原理图。
附图3为实施例2的逻辑框图。
附图中的编码分别为：1为进液管，2为调节管，3为三通，4为第一开关阀，5为第二开关阀，6为自动节流阀，7为流量计，8为撬体。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
在发明中，为了便于描述，在实施例中各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：如附图1至2所示，该泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置包括进液管1、调节管2、设定模块和逻辑判断模块，进液管1和调节管2通过三通3固定安装在一起，在进液管1上固定安装有流量监视模块和第一开关阀4，在调节管2上依序固定安装有第二开关阀5和节流阀，设定模块的信号输出端与逻辑判断模块的第一信号输入端电连接，流量监视模块的信号输出端与逻辑判断模块的第二信号输入端电连接。根据本实施例所述的泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置，在控压钻井中，能够使机械泵的排量在开泵过程中阶梯式输出本实施例，从而使钻井液阶梯式输入井筒内，以便于自动节流管汇有足够的时间来补偿因开泵对井底造成的压力变化，使井底在开泵过程中的压力保持恒定，同理，能够使机械泵的排量在停泵过程中阶梯式输出本实施例，从而使钻井液阶梯式输入井筒内，以便于自动节流管汇有足够的时间来补偿因停泵对井底造成的压力变化，使井底在停泵过程中的压力保持恒定，为控压钻井技术的实施提供了技术支持。上述设定模块和逻辑判断模块均采用现有公知的技术。
下面是对上述泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置的进一步优化或/和改进：
如附图1至2所示，泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置还包括控制模块，节流阀为自动节流阀6，控制模块的信号输入端与逻辑判断模块的信号输出端电连接，控制模块的信号输出端与自动节流阀6的信号输入端电连接。自动节流阀6与控制模块的组合使用能够实现自动调节调节管2的钻井液流量的作用，提高了流量的调节精度，为保持井底压力的恒定做贡献。
如附图1所示，流量监视模块包括流量计7，流量计7的信号输出端与逻辑判断模块的第二信号输入端电连接。
如附图1所示，泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置还包括撬体8，进液管1、调节管2和三通3均固定在撬体8上。撬体8的设置便于移动进液管1和调节管2，提高了泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置的使用灵活性。
根据需要，第一开关阀4和第二开关阀5均为闸阀。
实施例2：如附图1至3所示，该泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置的使用方法，按下述方法进行：在设定模块中设定进液管1在开泵过程和停泵过程中的流量输入步骤；在开泵过程中，进液管1的流量输入步骤为进液管1内的流量从0升/秒逐渐增大至25升/秒；在停泵过程中，进液管1的流量输入步骤为进液管1内的流量从25升/秒逐渐减少至0升/秒；将三通3与机械泵固定安装在一起，进液管1与井筒内的立管通过钻具连接在一起，将调节管2的出口与泥浆罐连接在一起，当需要启动机械泵时，开启第一开关阀4和第二开关阀5，节流阀的开度处于最大开度的状态，然后，启动机械泵，机械泵通过三通3将钻井液泵入进液管1和调节管2内，进入进液管1内的钻井液进入井筒内，进入调节管2内的钻井液进入泥浆罐内，设定模块将开泵过程的流量输入步骤发送至逻辑判断模块，流量监视模块实时采集进液管1内的钻井液的实际流量，流量监视模块将钻井液的实际流量发送至逻辑判断模块，在逻辑判断模块中，钻井液的实际流量与处于相同时间段的开泵过程的流量输入步骤的流量进行比较，根据钻井液的实际流量与处于相同时间段的开泵过程的流量输入步骤的流量的比较值，控制节流阀的开度，节流阀的开度逐渐减小，直至钻井液的实际流量与开泵过程的流量输入步骤的流量相同，当进液管1内的钻井液的实际流量增加至25升/秒时，关闭第二开关阀5，后续机械泵泵入的钻井液通过进液管1进入井筒内，完成开泵，当需要关停机械泵时，第一开关阀4和第二开关阀5处于开启状态，节流阀的开度处于最小开度的状态，设定模块将设定进液管1在停泵过程中的流量输入步骤发送给逻辑判断模块，流量监视模块实时采集进液管1内的钻井液的实际流量，流量监视模块将钻井液的实际流量发送至逻辑判断模块，在逻辑判断模块中，钻井液的实际流量与处于相同时间段的停泵过程的流量输入步骤的流量进行比较，根据钻井液的实际流量与处于相同时间段的开泵过程的流量输入步骤的流量的比较值，控制节流阀的开度，节流阀的开度逐渐增大，直至钻井液的实际流量与停泵过程的流量输入步骤的流量相同，当进液管1内的钻井液的实际流量减少至0升/秒时，关闭第一开关阀4，关停机械泵，机械泵继续泵入的钻井液通过调节管2进入泥浆罐，完成停泵。根据本实施例所述的机械泵排量在控压钻井中阶梯式输出的方法，在控压钻井中，能够使机械泵的排量在开泵过程中阶梯式输出泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置，从而使钻井液阶梯式输入井筒内，以便于自动节流管汇有足够的时间来补偿因开泵对井底造成的压力变化，使井底在开泵过程中的压力保持恒定，同理，能够使机械泵的排量在停泵过程中阶梯式输出泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置，从而使钻井液阶梯式输入井筒内，以便于自动节流管汇有足够的时间来补偿因停泵对井底造成的压力变化，使井底在停泵过程中的压力保持恒定，为控压钻井技术的实施提供了技术支持。
实施例3：如附图1至3所示，与上述实施例2的不同之处在于，当需要启动机械泵时，逻辑判断模块根据钻井液的实际流量与处于相同时间段的开泵过程的流量输入步骤的流量的比较值向控制模块发出调节自动节流阀6的开度的信号，控制模块根据逻辑判断模块给予的信号，向自动节流阀6发出调节开度的信号，使自动节流阀6调节开度，自动节流阀6的开度逐渐减小，直至钻井液的实际流量与处于相同时间段的开泵过程的流量输入步骤的流量相同，当进液管1内的钻井液的实际流量增加至25升/秒时，关闭第二开关阀5，后续机械泵泵入的钻井液通过进液管1进入井筒内，完成开泵，当需要关停机械泵时，逻辑判断模块根据钻井液的实际流量与处于相同时间段的停泵过程的流量输入步骤的流量的比较值向控制模块发出调节自动节流阀6的开度的信号，控制模块根据逻辑判断模块给予的信号，向自动节流阀6发出调节开度的信号，使自动节流阀6调节开度，自动节流阀6的开度逐渐增大，直至钻井液的实际流量与处于相同时间段的停泵过程的流量输入步骤的流量相同，当进液管1内的钻井液的实际流量减少至0升/秒时，关闭第一开关阀4，关停机械泵，机械泵继续泵入的钻井液通过调节管2进入泥浆罐，完成停泵。控制模块能够快速接收逻辑判断模块发出的指令，自动节流阀6能够快速执行控制模块发出的指令，实现自动调节调节管2的钻井液流量的作用，提高了流量的调节精度，为保持井底压力的恒定做贡献。
实施例4：与上述实施例2和实施例3的不同之处在于，开泵过程中，进液管1的流量增加速度为每秒增加2升至5升；在停泵过程中，进液管1的流量减少速度为每秒减少2升至5升。进液管1的流量增加速度或者进液管1的流量减少速度根据自动节流管汇对井底的压力变化进行补偿所需要的时间而定。
综上所述，根据本发明所述的泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置及其使用方法，在控压钻井中，能够使机械泵的排量在开泵和停泵过程中阶梯式输入井筒内，以便于自动节流管汇有足够的时间来补偿因开泵和停泵对井底造成的压力变化，使井底在开泵和停泵过程中的压力保持恒定，为控压钻井技术的实施提供了技术支持。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
Claims (1)
1.一种泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置实现机械泵排量在控压钻井中阶梯式输出的方法，其特征在于按下述方法进行：在设定模块中设定进液管在开泵过程和停泵过程中的流量输入步骤；在开泵过程中，进液管的流量输入步骤为进液管内的流量从0升/秒逐渐增大至25升/秒；在停泵过程中，进液管的流量输入步骤为进液管内的流量从25升/秒逐渐减少至0升/秒；将三通与机械泵固定安装在一起，进液管与井筒内的立管通过钻具连接在一起，将调节管的出口与泥浆罐连接在一起，当需要启动机械泵时，开启第一开关阀和第二开关阀，节流阀的开度处于最大开度的状态，然后，启动机械泵，机械泵通过三通将钻井液泵入进液管和调节管内，进入进液管内的钻井液进入井筒内，进入调节管内的钻井液进入泥浆罐内，设定模块将开泵过程的流量输入步骤发送至逻辑判断模块，流量监视模块实时采集进液管内的钻井液的实际流量，流量监视模块将钻井液的实际流量发送至逻辑判断模块，在逻辑判断模块中，钻井液的实际流量与处于相同时间段的开泵过程的流量输入步骤的流量进行比较，根据钻井液的实际流量与处于相同时间段的开泵过程的流量输入步骤的流量的比较值，控制节流阀的开度，节流阀的开度逐渐减小，直至钻井液的实际流量与开泵过程的流量输入步骤的流量相同，当进液管内的钻井液的实际流量增加至25升/秒时，关闭第二开关阀，后续机械泵泵入的钻井液通过进液管进入井筒内，完成开泵，当需要关停机械泵时，第一开关阀和第二开关阀处于开启状态，节流阀的开度处于最小开度的状态，设定模块将设定进液管在停泵过程中的流量输入步骤发送给逻辑判断模块，流量监视模块实时采集进液管内的钻井液的实际流量，流量监视模块将钻井液的实际流量发送至逻辑判断模块，在逻辑判断模块中，钻井液的实际流量与处于相同时间段的停泵过程的流量输入步骤的流量进行比较，根据钻井液的实际流量与处于相同时间段的停泵过程的流量输入步骤的流量的比较值，控制节流阀的开度，节流阀的开度逐渐增大，直至钻井液的实际流量与停泵过程的流量输入步骤的流量相同，当进液管内的钻井液的实际流量减少至0升/秒时，关闭第一开关阀，关停机械泵，机械泵继续泵入的钻井液通过调节管进入泥浆罐，完成停泵；其中：当需要启动机械泵时，逻辑判断模块根据钻井液的实际流量与处于相同时间段的开泵过程的流量输入步骤的流量的比较值向控制模块发出调节自动节流阀的开度的信号，控制模块根据逻辑判断模块给予的信号，向自动节流阀发出调节开度的信号，使自动节流阀调节开度；当需要关停机械泵时，逻辑判断模块根据钻井液的实际流量与处于相同时间段的停泵过程的流量输入步骤的流量的比较值向控制模块发出调节自动节流阀的开度的信号，控制模块根据逻辑判断模块给予的信号，向自动节流阀发出调节开度的信号，使自动节流阀调节开度；在开泵过程中，进液管的流量增加速度为每秒增加2升至5升；在停泵过程中，进液管的流量减少速度为每秒减少2升至5 升；其中：
所述泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置包括进液管、调节管、设定模块和逻辑判断模块，进液管和调节管通过三通固定安装在一起，在进液管上固定安装有流量监视模块和第一开关阀，在调节管上依序固定安装有第二开关阀和节流阀，设定模块的信号输出端与逻辑判断模块的第一信号输入端电连接，流量监视模块的信号输出端与逻辑判断模块的第二信号输入端电连接；其中：该泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置还包括控制模块，节流阀为自动节流阀，控制模块的信号输入端与逻辑判断模块的信号输出端电连接，控制模块的信号输出端与自动节流阀的信号输入端电连接；流量监视模块包括流量计，流量计的信号输出端与逻辑判断模块的第二信号输入端电连接；该泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置，还包括撬体，进液管、调节管和三通均固定在撬体上；第一开关阀和第二开关阀均为闸阀。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 830026 the Xinjiang Uygur Autonomous Region economic and Technological Development Zone, Central South Road, No. 326, West Drilling Drilling Engineering Technology Research Institute of science and Technology Management Department of science and technology Applicant after: CNPC Xibu Drilling Engineering Company Limited Address before: 834000 the Xinjiang Uygur Autonomous Region Friendship Road, No. 98 Drilling Engineering Technology Research Institute, Karamay Applicant before: CNPC Xibu Drilling Engineering Company Limited |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200927 Address after: 100120 Beijing Xicheng District six laying Kang Patentee after: CHINA NATIONAL PETROLEUM Corp. Patentee after: CNPC Xibu Drilling Engineering Co.,Ltd. Address before: 830026 science and technology management division, West drilling and Drilling Engineering Institute, No. 326 South Central Road, Urumqi economic and Technological Development Zone, the Xinjiang Uygur Autonomous Region, China Patentee before: CNPC Xibu Drilling Engineering Co.,Ltd. |