CN105696959B - 智能油气井反循环钻井系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种智能油气井反循环钻井系统，涉及石油钻探技术领域，其特征在于它包括钻杆机构、高压气反循环举升机构、钻井液循环机构和智能控制模块，所述钻杆机构包括龙门机架、多级内外钻杆组件、钻盘、钻头组件和钻杆动力组件，所述龙门机架架设在油气井地面上，所述多级内外钻杆组件的内外钻杆之间形成高压空气通道，多级内外钻杆组件的内钻杆内设有钻井液通道，多级内外钻杆组件的外壁与油气井内壁间形成钻井液循环空间，所述高压空气通道与多级内外钻杆组件的钻井液通道相通；系统结设计合理，操作简捷，智能化程度高，能智能化应对井下及设备异常情况，安全系数高，具有很好的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻探技术领域，具体涉及智能油气井反循环钻井系统。
背景技术
气体钻井技术可大幅提高火山岩、砾石层、碎屑岩、碳酸盐岩等难钻地层的机械钻速，在川渝等地区应用，平均钻速提高4～15倍。但采用正循环气体钻井时(特别是大直径井)，设备投资大、占地多、耗气量大、运行能耗高、成本高，如在26″井眼(500m)气体钻井所需气量500m3/min以上，171/2″井眼所需气量300m3/min；在井壁稳定性较差，或地层出水量较大的情况下，增大气量进行气体钻井加剧了对井壁的冲蚀，增大了井壁失稳可能性；同时，处理地层出水问题的能力较差，倘若同时地层裂隙发育(即井漏失返且地层大量出水)，则很难建立正常循环，即使采用充气钻井，也容易出现漏水不漏砂的情况，难以保证井下安全；这些问题对正循环气体钻井的应用带来了诸多限制。
现有一种气举反循环的钻井方法，如专利申请号为CN101929309A专利公开了一种气举反循环钻进工艺，其工艺步骤为：①先卸下双壁方钻杆向芯管内注满液体，然后重新安装好双壁方钻杆，②关闭排渣管出口处的高压阀门，启动空压机供气，③待进气压力上升到5.5-6MPa时，再迅速打开排渣管出口处的高压阀门。是一种不用全部拔出所有钻具就能解决钻头进水眼堵塞的气举反循环钻进工艺。这种钻井工艺提供了一种气举反循环的钻井方法，但是这种钻井工艺不能对井下情况及钻井设备的各个运行参数进行监控，当井下由井喷或者井漏风险时，不能够快速有效的做出应对措施，避免工程损失。
发明内容
本发明的目的主要是为了解决上述技术问题，而提供智能油气井反循环钻井系统。
本发明包括钻杆机构、高压气反循环举升机构、钻井液循环机构和智能控制模块，所述钻杆机构包括龙门机架、多级内外钻杆组件、钻盘、钻头组件和钻杆动力组件，所述龙门机架架设在油气井地面上，所述多级内外钻杆组件的内外钻杆之间形成高压空气通道-，多级内外钻杆组件的内钻杆内设有钻井液通道，多级内外钻杆组件的外壁与油气井内壁间形成钻井液循环空间，所述高压空气通道-与多级内外钻杆组件的钻井液通道相通，多级内外钻杆组件的顶部钻杆段通过钻盘与底部钻杆段活动相连，所述钻头组件安装在多级内外钻杆组件的端部，所述钻杆动力组件通过传动装置驱动多级内外钻杆组件的底部钻杆段转动，所述高压气反循环举升机构包括高压空压机组、高压气管、高压气电磁进气阀、循环钻井液出液电磁阀和循环钻井液出液管，所述高压空压机组安装在油气井地面上，高压空压机组的高压气出气口依次通过高压气管和高压气电磁进气阀与多级内外钻杆组件的高压空气通道-相通，所述循环钻井液出液管通过循环钻井液出液电磁阀与多级内外钻杆组件内钻杆的钻井液通道顶部相通，所述钻井液循环机构包括气液分离器、循环钻井液处理罐和钻井液自动称重配比装置，所述气液分离器的进液口与循环钻井液出液管相通，所述循环钻井液处理罐与气液分离器的出液口相通，所述钻井液自动称重配比装置包括配比罐、一组钻井液配比料斗、一组称重下料阀、进水管和循环钻井液补充管，所述配比罐通过管道与循环钻井液处理罐的出液口相通，所述一组钻井液配比料斗分别通过一组称重下料阀和管道与配比罐相通，所述进水管通过进水电磁阀与配比罐的进水口相通，所述配比罐的出液口通过补充阀门和循环钻井液补充管与钻井液循环空间相通，所述智能控制模块分别监测系统各个环节压力值和温度值，并控制系统各电磁阀的开启和关闭。
所述智能控制模块包括井下压力传感器、井下温度传感器、高压空气通道压力传感器、钻井液通道压力传感器、钻井液循环空间压力传感器、模拟量输入模块、控制计算机和开关量输出模块，所述井下压力传感器和井下温度传感器分别通过安装座安装在钻头组件上，所述井下压力传感器、井下温度传感器、高压空气通道压力传感器、钻井液通道压力传感器和钻井液循环空间压力传感器分别通过模拟量输入模块与控制计算机通讯相连，所述控制计算机通过开关量输出模块分别控制系统各电磁阀的开启和关闭。
所述智能控制模块还有中控室大屏幕，所述中控室大屏幕与控制计算机通讯相连。
所述控制计算机根据各传感器监测值，分别控制一组钻井液配比料斗、一组称重下料阀和进水电磁阀的进料量。
所述智能控制模块还有报警装置，所述控制计算机控制报警装置的开关。
本发明优点是：本发明提供一种能够实现气举反循环钻井的智能化钻井系统，系统结设计合理，操作简捷，智能化程度高，能智能化应对井下及设备异常情况，安全系数高，具有很好的实用价值。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图中：1、龙门机架；2、多级内外钻杆组件；2-1、高压空气通道；3、钻盘；4、钻头组件；5、钻杆动力组件；6、高压空压机组；7、高压气管；8、高压气电磁进气阀；9、循环钻井液出液电磁阀；10、循环钻井液出液管；11、气液分离器；12、循环钻井液处理罐；13、配比罐；14、一组钻井液配比料斗；15、一组称重下料阀；16、进水管；17、循环钻井液补充管；18、补充阀门；19、井下压力传感器；20、井下温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明包括钻杆机构、高压气反循环举升机构、钻井液循环机构和智能控制模块，所述钻杆机构包括龙门机架1、多级内外钻杆组件2、钻盘3、钻头组件4和钻杆动力组件5，所述龙门机架1架设在油气井地面上，所述多级内外钻杆组件2的内外钻杆之间形成高压空气通道2-1，多级内外钻杆组件2的内钻杆内设有钻井液通道，多级内外钻杆组件2的外壁与油气井内壁间形成钻井液循环空间，所述高压空气通道2-1与多级内外钻杆组件2的钻井液通道相通，多级内外钻杆组件2的顶部钻杆段通过钻盘3与底部钻杆段活动相连，所述钻头组件4安装在多级内外钻杆组件2的端部，所述钻杆动力组件5通过传动装置驱动多级内外钻杆组件2的底部钻杆段转动，所述高压气反循环举升机构包括高压空压机组6、高压气管7、高压气电磁进气阀8、循环钻井液出液电磁阀9和循环钻井液出液管10，所述高压空压机组6安装在油气井地面上，高压空压机组6的高压气出气口依次通过高压气管7和高压气电磁进气阀8与多级内外钻杆组件2的高压空气通道2-1相通，所述循环钻井液出液管10通过循环钻井液出液电磁阀9与多级内外钻杆组件2内钻杆的钻井液通道顶部相通，所述钻井液循环机构包括气液分离器11、循环钻井液处理罐12和钻井液自动称重配比装置，所述气液分离器11的进液口与循环钻井液出液管10相通，所述循环钻井液处理罐12与气液分离器11的出液口相通，所述钻井液自动称重配比装置包括配比罐13、一组钻井液配比料斗14、一组称重下料阀15、进水管16和循环钻井液补充管17，所述配比罐13通过管道与循环钻井液处理罐12的出液口相通，所述一组钻井液配比料斗14分别通过一组称重下料阀15和管道与配比罐13相通，所述进水管16通过进水电磁阀与配比罐13的进水口相通，所述配比罐13的出液口通过补充阀门18和循环钻井液补充管17与钻井液循环空间相通，所述智能控制模块分别监测系统各个环节压力值和温度值，并控制系统各电磁阀的开启和关闭。
所述智能控制模块包括井下压力传感器19、井下温度传感器20、高压空气通道压力传感器、钻井液通道压力传感器、钻井液循环空间压力传感器、模拟量输入模块、控制计算机和开关量输出模块，所述井下压力传感器19和井下温度传感器20分别通过安装座安装在钻头组件4上，所述井下压力传感器19、井下温度传感器20、高压空气通道压力传感器、钻井液通道压力传感器和钻井液循环空间压力传感器分别通过模拟量输入模块与控制计算机通讯相连，所述控制计算机通过开关量输出模块分别控制系统各电磁阀的开启和关闭。
所述智能控制模块还有中控室大屏幕，所述中控室大屏幕与控制计算机通讯相连。
所述控制计算机根据各传感器监测值，分别控制一组钻井液配比料斗14、一组称重下料阀15和进水电磁阀的进料量。
所述智能控制模块还有报警装置，所述控制计算机控制报警装置的开关。
工作方式及原理：正常下钻时，一组钻井液配比料斗正常按照设定钻井液配比料下料进入到配比罐和水混合通过环钻井液补充管向多级内外钻杆组件2的外壁与油气井内壁间形成的钻井液循环空间内补充钻井液，钻杆动力组件5通过传动装置驱动多级内外钻杆组件2的底部钻杆段转动，从而驱动钻头组件下钻，高压空压机组产生的高压气体通过高压气管和高压气电磁进气阀进入到高压空气通道，进而进入到多级内外钻杆组件的钻井液通道内，高压气体和钻井液混合形成低密度气液混合物，这样钻井液循环空间的钻井液密度大于多级内外钻杆组件内的低密度气液混合物，根据连通器原理，钻井液循环空间的高密度钻井液流入到多级内外钻杆组件的钻井液通道内，将低密度气液混合物向上举升，通过循环钻井液出液电磁阀和循环钻井液出液管进入到气液分离器，气液分离器将气体和钻井液分离后，再将钻井液通入循环钻井液处理罐将矿渣等杂质滤除掉后，通入到配比罐完成钻井液的循环。
当井下压力传感器监测到井下压力异常，有井喷或者井漏风险时，控制计算机根据各传感器监测值，分别控制一组钻井液配比料斗14、一组称重下料阀15和进水电磁阀的进料量，来配出钻井液加重溶液或者钻井液减轻溶液，以满足不同井下压力环境需求，来避免井喷或者井漏的情况产生。
当各传感器监测的值超过设定安全阀值时，控制计算机控制报警装置报警，这时工作人员需要进行紧急处置，避免出现更大损失。
Claims (5)
1.智能油气井反循环钻井系统，其特征在于它包括钻杆机构、高压气反循环举升机构、钻井液循环机构和智能控制模块，所述钻杆机构包括龙门机架(1)、多级内外钻杆组件(2)、钻盘(3)、钻头组件(4)和钻杆动力组件(5)，所述龙门机架(1)架设在油气井地面上，所述多级内外钻杆组件(2)的内外钻杆之间形成高压空气通道(2-1)，多级内外钻杆组件(2)的内钻杆内设有钻井液通道，多级内外钻杆组件(2)的外壁与油气井内壁间形成钻井液循环空间，所述高压空气通道(2-1)与多级内外钻杆组件(2)的钻井液通道相通，多级内外钻杆组件(2)的顶部钻杆段通过钻盘(3)与底部钻杆段活动相连，所述钻头组件(4)安装在多级内外钻杆组件(2)的端部，所述钻杆动力组件(5)通过传动装置驱动多级内外钻杆组件(2)的底部钻杆段转动，所述高压气反循环举升机构包括高压空压机组(6)、高压气管(7)、高压气电磁进气阀(8)、循环钻井液出液电磁阀(9)和循环钻井液出液管(10)，所述高压空压机组(6)安装在油气井地面上，高压空压机组(6)的高压气出气口依次通过高压气管(7)和高压气电磁进气阀(8)与多级内外钻杆组件(2)的高压空气通道(2-1)相通，所述循环钻井液出液管(10)通过循环钻井液出液电磁阀(9)与多级内外钻杆组件(2)内钻杆的钻井液通道顶部相通，所述钻井液循环机构包括气液分离器(11)、循环钻井液处理罐(12)和钻井液自动称重配比装置，所述气液分离器(11)的进液口与循环钻井液出液管(10)相通，所述循环钻井液处理罐(12)与气液分离器(11)的出液口相通，所述钻井液自动称重配比装置包括配比罐(13)、一组钻井液配比料斗(14)、一组称重下料阀(15)、进水管(16)和循环钻井液补充管(17)，所述配比罐(13)通过管道与循环钻井液处理罐(12)的出液口相通，所述一组钻井液配比料斗(14)分别通过一组称重下料阀(15)和管道与配比罐(13)相通，所述进水管(16)通过进水电磁阀与配比罐(13)的进水口相通，所述配比罐(13)的出液口通过补充阀门(18)和循环钻井液补充管(17)与钻井液循环空间相通，所述智能控制模块分别监测系统各个环节压力值和温度值，并控制系统各电磁阀的开启和关闭。
2.根据权利要求1所述的智能油气井反循环钻井系统，其特征在于所述智能控制模块包括井下压力传感器(19)、井下温度传感器(20)、高压空气通道压力传感器、钻井液通道压力传感器、钻井液循环空间压力传感器、模拟量输入模块、控制计算机和开关量输出模块，所述井下压力传感器(19)和井下温度传感器(20)分别通过安装座安装在钻头组件(4)上，所述井下压力传感器(19)、井下温度传感器(20)、高压空气通道压力传感器、钻井液通道压力传感器和钻井液循环空间压力传感器分别通过模拟量输入模块与控制计算机通讯相连，所述控制计算机通过开关量输出模块分别控制系统各电磁阀的开启和关闭。
3.根据权利要求1或2所述的智能油气井反循环钻井系统，其特征在于所述智能控制模块还有中控室大屏幕，所述中控室大屏幕与控制计算机通讯相连。
4.根据权利要求1或2所述的智能油气井反循环钻井系统，其特征在于所述控制计算机根据各传感器监测值，分别控制一组钻井液配比料斗(14)、一组称重下料阀(15)和进水电磁阀的进料量。
5.根据权利要求2所述的智能油气井反循环钻井系统，其特征在于所述智能控制模块还有报警装置，所述控制计算机控制报警装置的开关。
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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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180130 |