CN109113602B - 一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置，包括：泥浆泵输入介质流道、主循环流道、侧循环流道、节流灌浆流道、泄压流道以及液压缸控制旋塞阀；所述主循环流道、侧循环流道以及泥浆泵输入介质流道一体成型；所述主循环流道、侧循环流道以及泥浆泵输入介质流道分别与所述泄压流道相通连接；所述主循环流道、侧循环流道、节流灌浆流道以及泄压流道均固定设置有液压缸控制旋塞阀。本发明将各个流道集于一体，紧凑循环装置内部结构，缩小了循环装置的体积，且结构简单，泄漏点少，安全可靠并方便安装、维修以及现场操作，利于海上作业。

Description

一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置

技术领域

本发明涉及地质钻探和石油钻井技术领域，尤其涉及的是一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置。

背景技术

在钻井过程接立柱（或单根），或起下钻作业中钻柱上扣卸扣时保持井内泥浆（循环介质）正常循环的技术称为连续循环钻井技术；该技术有两种装备系统：一种是CCS系统，另一种是ECD系统，该种装备是在高压（循环介质）下工作；但是，这两套系统中的流道接口众多，容易发生泄漏，安全性差，且其装置结构组件体积庞大，不利于钻井平台作业，而且其价格昂贵，限制了广泛使用。

另外，在国内现有的连续循环装置中，也是采用多个流道和接口来控制井内泥浆的循环，因此也存在体积庞大的问题，导致该装置在运输安装和维修过程中非常不方便；况且，由于该连续循环装置体积过于庞大，这对于海上平台狭小的作业空间来说，非常不利于工人的操作，严重影响钻井的效率。

可见，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置，旨在将各个流道集于一体，紧凑装置内部结构，以解决现有技术中因装置体积过大而带来的安全性差，安装、维修以及操作不便的技术问题。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置，其中，包括：泥浆泵输入介质流道、用于输出泥浆泵介质的主循环流道、用于输出泥浆泵介质的侧循环流道、用于节流和灌浆的节流灌浆流道、用于流道转换后进行泄压的泄压流道以及用于控制流道关闭或打开的液压缸控制旋塞阀；

所述主循环流道、侧循环流道以及泥浆泵输入介质流道一体成型；

所述泄压流道位于所述主循环流道与侧循环流道之间，且所述泄压流道与所述节流灌浆流道一体成型；

所述主循环流道、侧循环流道以及泥浆泵输入介质流道分别与所述节流灌浆流道相通连接；所述主循环流道、侧循环流道、节流灌浆流道以及泄压流道上均固定设置有液压缸控制旋塞阀；

所述液压缸控制旋塞阀用于控制泥浆泵输入介质从主循环流道输出，或用于控制泥浆泵输入介质从侧循环流道输出，或用于控制流道内泄压，或用于控制流道节流灌浆。

进一步地，所述节流灌浆流道为回流管道，包括第一竖向管道、第一横向管道、第二竖向管道以及第二横向管道，所述第一竖向管道、第一横向管道、第二竖向管道以及第二横向管道依次首尾相通连接且位于同一阀体内。

进一步地，所述第一横向管道的中间部与泥浆泵输入介质流道相通连接。

进一步地，所述第二横向管道的一端与主循环流道相通连接，所述第二横向管道的另一端与侧循环流道相通连接。

进一步地，所述液压缸控制旋塞阀包括主循环控制阀、侧循环控制阀、第一节流控制阀、第二节流控制阀、第一泄压控制阀以及第二泄压控制阀。

进一步地，所述第一节流控制阀位于主循环流道与泥浆泵输入介质流道之间，所述第二节流控制阀位于侧循环流道与泥浆泵输入介质流道之间，所述第一节流控制阀和第二节流控制阀分别与节流灌浆流道固定连接。

进一步地，所述第一泄压控制阀位于主循环流道与泄压流道之间，所述第二泄压控制阀位于侧循环流道与泄压流道之间；所述第一泄压控制阀和第二泄压控制阀分别与节流灌浆流道固定连接。

进一步地，所述主循环控制阀与主循环流道固定连接，所述侧循环控制阀与侧循环流道固定连接。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置，通过将泥浆泵输入介质流道、主循环流道、侧循环流道、节流灌浆流道以及泄压流道集于一体，使得连续循环装置的结构简化、体积大大减小，从而方便了连续循环装置的安装、维修和操作，以及方便了海上狭小空间的钻井作业；同时由于采用多流道阀体，流道内部相通，大大减少了泄漏点，在高压作业情况下安全性大大提高；该连续循环装置通过多个液压缸控制旋塞阀控制流道内介质的流向，使得连续循环装置的输出流道可以转换，从而在不停泵的情况下实行卸扣和上扣作业，提高了钻井的效率，减少了因停泵停止循环而造成井下垮塌，卡钻等事故发生；同时，通过二个液压缸控制旋塞阀控制转换后流道内泄压，使得作业人员在拆装钻杆时不受高压介质的损害，保证了操作人员的安全。

附图说明

图1是本发明一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置的结构示意图。

图2是本发明一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置的主循环状态示意图。

图3是本发明一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置的主循环转侧循环节流灌浆工况示意图。

图4是本发明一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置的主循环转侧循环后节流灌浆泄压示意图。

图5是本发明一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置的侧循环状态示意图。

图6是本发明一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置的侧循环转主循环节流灌浆工况示意图。

图7是本发明一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置的侧循环转主循环后节流灌浆泄压示意图。

图中：100、主循环流道；200、侧循环流道；300、节流灌浆流道；400、泄压流道；500、泥浆泵输入介质流道；600、液压缸控制旋塞阀；310、第一竖向管道；320、第一横向管道；330、第二竖向管道；340、第二横向管道；610、主循环控制阀；620、侧循环控制阀；630、第一泄压控制阀；640、第二泄压控制阀；650、第二节流控制阀；660、第一节流控制阀。

具体实施方式

本发明提供一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置的结构示意图。

请参见图1，本实施例提供的一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置，包括：主循环流道100、侧循环流道200、节流灌浆流道300、泄压流道400、泥浆泵输入介质流道500、液压缸控制旋塞阀600。

所述泥浆泵输入介质流道500承接泥浆泵出来的钻井液（钻井内的泥浆流出后经泥浆泵加压，通过钻杆水眼注入井底形成钻井液的循环），用于输出泥浆泵的循环介质（井内泥浆）；所述主循环流道100和侧循环流道200连接所述泥浆泵输入介质流道500，且所述主循环流道100、侧循环流道200以及所述泥浆泵输入介质流道500一体成型。

所述主循环流道100用于接收所述泥浆泵输入介质流道500输出的循环介质，并向钻井内输出循环介质，形成循环介质的主循环状态；同样的，所述侧循环流道200用于接收所述泥浆泵输入介质流道500输出的循环介质，并通过循环短接侧接口向钻井内输出循环介质，形成循环介质的侧循环状态；所述泥浆泵输入介质流道500输出的循环介质可通过主循环控制阀610或侧循环控制阀620来控制流向，使得循环介质从所述主循环流道100输出，或从所述侧循环流道200输出；从而将主循环状态转换到侧循环状态，或将侧循环状态转换到主循环状态。

所述主循环流道100、侧循环流道200以及所述泥浆泵输入介质流道500分别与所述节流灌浆流道300相通连接；所述节流灌浆流道300用于主循环状态转换侧循环状态时进行节流和灌浆作业，或侧循环状态转换主循环状态时进行节流和灌浆作业，避免直接转换流道带来的水击效应，以保证安全钻井作业。

在所述主循环流道100上固定设置有主循环控制阀610，所述侧循环流道200上固定设置有侧循环控制阀620；通过控制主循环控制阀610打开，配合其他控制阀（侧循环控制阀620、第一泄压控制阀630、第二泄压控制阀640、第二节流控制阀650、第一节流控制阀660），可控制泥浆泵介质从所述主循环流道100输出；同样的，通过控制侧循环控制阀620打开，配合其他控制阀，可控制泥浆泵介质从所述侧循环流道200输出。

进一步地，在所述主循环流道100与侧循环流道200之间设置有泄压流道400；所述泄压流道400连接所述节流灌浆流道300，且与所述节流灌浆流道300形成三通式管道一体连接；另外，为了排出主循环流道100以及侧循环流道200的内压力，所述泄压流道400还分别与主循环流道100以及侧循环流道200相通连接，通过所述泄压流道400的泄压作用，以使非循环流道内的高压介质排出，为安全装拆钻杆或装拆侧循环管线提供安全保障。

进一步地，所述节流灌浆流道300为回流管道，包括第一竖向管道310、第一横向管道320、第二竖向管道330以及第二横向管道340；所述第一竖向管道310、第一横向管道320、第二竖向管道330以及第二横向管道340依次首尾相通连接，形成一“口”字型；所述第一横向管道320的中间部与所述泥浆泵输入介质流道500相通连接；所述第二横向管道340的一端与所述主循环流道100相通连接，所述第二横向管道340的另一端与所述侧循环流道200相通连接。

通过将所述节流灌浆流道300与主循环流道100、侧循环流道200、泥浆泵输入介质流道500进行相通连接，使得在主循环状态开始转换到侧循环状态过程中（或侧循环状态转换到主循环状态的过程中）先进行节流和灌浆作业，避免直接转换流道带来的水击效应，以保证安全钻井作业；并在节流和灌浆之后对主循环流道100（或侧循环流道200）进行泄压，以保证主循环流道100（或侧循环流道200）内压力为零，以使非循环流道内的高压介质排出，为安全装拆钻杆或装拆侧循环管线提供安全保障。

进一步地，液压缸控制旋塞阀600包括主循环控制阀610、侧循环控制阀620、第一泄压控制阀630、第二泄压控制阀640、第二节流控制阀650以及第一节流控制阀660。

所述主循环控制阀610位于所述主循环流道100上，且与所述主循环流道100固定连接，通过控制所述主循环控制阀610可将所述主循环流道100打开或关闭；所述侧循环控制阀620位于所述侧循环流道200上，且与所述侧循环流道200固定连接，通过控制所述侧循环控制阀620可将所述侧循环流道200打开或关闭，通过打开或关闭主循环控制阀610或侧循环控制阀620，从而完成泥浆泵输入介质流道500进入的介质（循环液）进入主循环流道100或进入侧循环流道200的流道。

所述第二节流控制阀650和第一节流控制阀660分别位于泥浆泵输入介质流道500的两侧，所述第二节流控制阀650和第一节流控制阀660分别与节流灌浆流道300固定连接；所述第一泄压控制阀630位于所述主循环流道100与泄压流道400之间，且与所述节流灌浆流道300固定连接；所述第二泄压控制阀640位于所述侧循环流道200与泄压流道400之间，且与所述节流灌浆流道300固定连接。

通过控制所述第一泄压控制阀630、第二节泄压制阀640、第二节流控制阀650以及第一节流控制阀660的开关状态，可相应地进行节流、灌浆以及泄压作业。

进一步地，所述液压缸控制旋塞阀600、第二节流控制阀650和第一节流控制阀660、主循环控制阀610和侧循环控制阀620都可连接PLC自动控制设备，通过PLC自动控制设备的控制，可自动地控制各个旋塞阀的开关状态；亦可连接手动控制杆，通过手动控制杆来控制各个旋塞阀的开关状态；所述PLC自动设备控制方式或手动控制杆控制方式均属于现有技术，故不赘述。

优选地，本发明实施例以PLC程序自动控制设备为主，手动控制杆为辅；正常工作时，通过PLC程序控制设备控制各个旋塞阀的开关状态，并通过PLC程序控制设备上的显示屏精确地显示各个旋塞阀及流道的工作状态以及工作时间（开启或关闭时间），以使工作人员可实时地监控钻井作业中的各个状态；当PLC程序控制设备出现故障时，可通过手动控制杆来控制各个旋塞阀的开关状态，避免因PLC程序控制设备故障而导致连续循环装置停止工作。

本发明一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置的工作原理：

如图2所示，当控制主循环控制阀610打开、侧循环控制阀620关闭、第一泄压控制阀630关闭、第二泄压控制阀640关闭、第二节流控制阀650关闭以及第一节流控制阀660关闭时，进入主循环状态，此时，泥浆泵介质经主循环流道100输出，用于正常钻进工况。

如图3所示，当控制主循环控制阀610打开、侧循环控制阀620关闭、第一泄压控制阀630关闭、第二泄压控制阀640关闭、第二节流控制阀650打开以及第一节流控制阀660关闭时，进入主循环转侧循环节流灌浆工况，此时，泥浆泵介质经主循环流道100输出，同时经节流灌浆流道300有小排量介质(钻井液)流向侧循环流道200的末端输出。

如图4所示，当侧循环流道200与泥浆泵输入介质流道500压力达到平衡后，侧循环控制阀620打开、控制主循环控制阀610关闭、第一泄压控制阀630打开，经泄压流道400泄压，此时第二泄压制阀640关闭、第二节流控制阀650关闭以及第一节流控制阀660关闭，进入主循环转侧循环后泄压状态，此时，泥浆泵介质经侧循环流道200输出，主循环流道100内介质和装置内灌浆经泄压流道400排出。

如图5所示，当控制主循环控制阀610关闭、侧循环控制阀620打开、第一泄压控制阀630关闭、第二泄压控制阀640关闭、第二节流控制阀650关闭以及第一节流控制阀660关闭时，进入侧循环状态，此时，泥浆泵介质经侧循环流道200输出用于钻杆拆装工况。

如图6所示，当控制主循环控制阀610关闭、侧循环控制阀620打开、第一泄压控制阀630关闭、第二泄压控制阀640关闭、第二节流控制阀650关闭以及第一节流控制阀660打开时，进入侧循环转主循环节流灌浆工况，此时，泥浆泵介质经侧循环流道200输出，同时经节流灌浆流道300有小排量介质(钻井液)流向主循环流道100的末端输出。

如图7所示，当主循环流道100与泥浆泵输入介质流道500压力达到平衡后，控制主循环控制阀610打开、侧循环控制阀620关闭、第一泄压控制阀630关闭、第二泄压控制阀640打开、第二节流控制阀650关闭以及第一节流控制阀660关闭时，进入侧循环转主循环后泄压状态，此时，泥浆泵介质经主循环流道100输出，侧循环流道200内介质和装置内灌浆经泄压流道400排出,压力降至零时关闭泄压控制阀640，进入图2中的主循环状态即可。

本实施例具有以下有益效果：

本发明提供一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置，通过将主循环流道、侧循环流道、节流灌浆流道以及泄压流道集于一体，使得连续循环装置的结构简化、体积大大减小，从而方便了连续循环装置的安装、维修和操作，以及方便了海上狭小空间的钻井作业；同时由于采用多流道阀体，流道内部相通，大大减少了泄漏点，在高压作业情况下安全性大大提高；该装置通过多个液压缸控制旋塞阀控制流道内介质的流向，使得连续循环装置的输出流道可以转换，从而在不停泵的情况下实行卸扣和上扣作业，提高了钻井的效率，减少了因停泵停止循环而造成井下垮塌，卡钻等事故发生；同时，通过多个液压缸控制旋塞阀控制转换后流道内泄压，作业人员在拆装钻杆时不受高压介质的损害，保证了操作人员的安全。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种石油钻井用智能化集成式连续循环装置，其特征在于，包括：泥浆泵输入介质流道、用于输出泥浆泵介质的主循环流道、用于输出泥浆泵介质的侧循环流道、用于节流和灌浆的节流灌浆流道、用于流道转换后进行泄压的泄压流道以及用于控制流道关闭或打开的液压缸控制旋塞阀；

所述主循环流道、侧循环流道以及泥浆泵输入介质流道一体成型；所述泄压流道位于所述主循环流道与侧循环流道之间，且所述泄压流道与所述节流灌浆流道一体成型；

所述主循环流道、侧循环流道以及泥浆泵输入介质流道分别与所述节流灌浆流道相通连接；所述主循环流道、侧循环流道、节流灌浆流道以及泄压流道上均固定设置有液压缸控制旋塞阀；

所述液压缸控制旋塞阀用于控制泥浆泵输入介质从主循环流道输出，或用于控制泥浆泵输入介质从侧循环流道输出，或用于控制流道内泄压，或用于控制流道节流灌浆；

所述节流灌浆流道为回流管道，包括第一竖向管道、第一横向管道、第二竖向管道以及第二横向管道，所述第一竖向管道、第一横向管道、第二竖向管道以及第二横向管道依次首尾相通连接且位于同一阀体内；

所述第一横向管道的中间部与泥浆泵输入介质流道相通连接；

所述第二横向管道的一端与主循环流道相通连接，所述第二横向管道的另一端与侧循环流道相通连接。

2.根据权利要求1所述的石油钻井用智能化集成式连续循环装置，其特征在于，所述液压缸控制旋塞阀包括主循环控制阀、侧循环控制阀、第一节流控制阀、第二节流控制阀、第一泄压控制阀以及第二泄压控制阀。

3.根据权利要求2所述的石油钻井用智能化集成式连续循环装置，其特征在于，所述第一节流控制阀位于主循环流道与泥浆泵输入介质流道之间，所述第二节流控制阀位于侧循环流道与泥浆泵输入介质流道之间，所述第一节流控制阀和第二节流控制阀分别与节流灌浆流道固定连接。

4.根据权利要求2所述的石油钻井用智能化集成式连续循环装置，其特征在于，所述第一泄压控制阀位于主循环流道与泄压流道之间，所述第二泄压控制阀位于侧循环流道与泄压流道之间；所述第一泄压控制阀和第二泄压控制阀分别与节流灌浆流道固定连接。

5.根据权利要求2所述的石油钻井用智能化集成式连续循环装置，其特征在于，所述主循环控制阀与主循环流道固定连接，所述侧循环控制阀与侧循环流道固定连接。