CN110617052B - 一种隔水管充气双梯度钻井控制压力的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔水管充气双梯度钻井控制压力的装置，由上部隔水管、上注气通道、平衡连通装置、下注气通道、钻杆、下部隔水管、防喷器、海底高压泵、稳压器、紧急切断电磁阀C、闭锁装置、高压液压油输送管和钻井平台组成，所述上部隔水管由钻进平台向下延伸，下部隔水管由闭锁装置向下延伸，闭锁装置上有高压液压油输送管；所述平衡连通装置上端口连接闭锁装置上方上部隔水管，下端口连接闭锁装置下方下部隔水管；所述防喷器设置在海底井口处；所述所述海底高压泵管路有紧急切断电磁阀C，海底高压泵上有降压管路和增压管路。本装置能及时、精确的控制井底压力，适应多变的实际工程情况，保证深海钻井安全进行。

Description

一种隔水管充气双梯度钻井控制压力的装置

技术领域

本发明专利涉及海洋深水钻井过程中的一种隔水管充气双梯度钻井控制压力的装置。

背景技术

随着我国对海洋石油与天然气勘探开发力度的加大，各种复杂地区钻井问题日益增多，在这些地区应用常规的钻井技术可能会导致出现很多钻井问题：压漏地层造成大量的钻井液漏失、井喷事故、卡钻和其它井下复杂事故；同时，也会对产层造成损害。特别是钻井的过程中时常漏失大量钻井液，甚至漏失失返并造成井喷事故，造成巨大的财产损失与人员伤害。此外，在我国很多地区钻井，其非作业钻井时间发生的安全问题也主要是由井漏、井喷及其它井下复杂事故所引起的。

双梯度钻井技术中钻井液液面系统隔水管中压力的控制是双梯度钻井作业首要考虑的问题，如果处理不当，则会对作业人员、钻机和钻井设备构成极大威胁。尤其是当井下出现紧急情况，需要实时调压时，如何很好的控制和调节隔水管充气双梯度钻井的压力对于工程实际应用具有重要的意义。申请号为： CN200710123135.7的中国发明专利，通过调节随钻注入接头注入口的大小，将随钻注入接头内、外管之间的低密度流体注入钻杆和井眼之间环空，在井筒环空中形成至少两个不同的压力梯度实现控压。但是随钻分离注入装置专利中提到的同时采用多个随钻分离注入接头更是难以实现，该发明专利采用的钻杆是双壁钻杆，随钻注入接头也是一具有内、外管的双壁钻杆段，结构复杂，维修保养起来十分困难。申请号为：CN201510438335.6的中国发明专利，引入了旋转分离器、防喷器、带有海底泵组的回流管线、压紧管线、注入管线、控制管线和节流管线，通过两次循环实现压井。但该专利中提到的旋转分离器制造工艺复杂，实际应用困难，已经不属于双梯度钻井的主流研究方向。防喷器与管线的功能设计复杂，可靠性问题不容易保证，且只能实现压井单一功能，难以应对复杂多变的真实工程情况。

当前实现双梯度钻井控压的方案结构复杂、功能单一、工程实际应用价值不高。主要表现在：引入了随钻分离注入装置，但该装置有分离效果不明显、结构复杂以及容易失效等先天缺陷，目前已经不属于双梯度钻井的主要研究方向。传统的隔水管充气双梯度钻井采用单注气通道，对于井底压力的控制完全取决于充入的空气量大小。相对于长距离的井段，充入的空气量无法在短时间内快速有效改变井底压力，更无法对时刻变换不定的工程实际情况做出及时有效的反应。目前亟待一种能够适应多变的工程实际情况，做出快速、精确的进行双梯度钻井井底压力控制的设备。

因此，为了解决这些问题，本专利提出一种新的控制方法，通过引入闭锁装置和平衡连通装置，配合海底高压泵，上注气通道和下注气通道。实现了快速、精确的控制隔水管充气双梯度钻井井底压力，并且能够很好的适应溢流、井涌和井漏等多变的实际工程情况，使得钻井更加安全、可靠。

发明内容

本发明要解决上述现有技术存在的问题，提供了一种隔水管充气双梯度钻井控制压力的装置，由上部隔水管、紧急切断电磁阀A、上注气通道、单向阀A、自动高压控制阀A、自动高压控制阀B、平衡连通装置、下注气通道、钻杆、下部隔水管、紧急切断电磁阀B、单向阀B、防喷器、固定锁链、钻头、固定器、监测分析模块、海底高压泵、稳压器、紧急切断电磁阀C、增压管路、降压管路、闭锁装置、高压液压油输送管和钻井平台组成，其特征在于：上部隔水管由钻井平台向下延伸，下部隔水管由闭锁装置向下延伸，闭锁装置其上有来自钻井平台的高压液压油输送管路；闭锁装置的上方设置了上注气通道，闭锁装置的下方设置了下注气通道，紧急切断电磁阀A、单向阀A和自动高压控制阀A位于上注气通道，紧急切断电磁阀B、单向阀B和自动高压控制阀B位于下注气通道；平衡连通装置安装在闭锁装置旁边，上下端口与闭锁装置很接近，上端口连接闭锁装置上方上部隔水管，下端口连接闭锁装置下方下部隔水管，隔水管内部为钻杆；防喷器设置在海底井口处，其上方是下注气通道和海底高压泵；海底高压泵管路有紧急切断电磁阀C和稳压器，海底高压泵上有降压管路、增压管路和专门的监测分析模块。

闭锁装置上有两个高压液压油输送管接入底座，其上与高压液压油输送管为螺纹紧固连接，由上至下共分为六层，其中第一层与上部隔水管螺纹紧固连接，第二层上有高压液压油输送管接入底座，第三层、第四层和第五层为钻井液通道B控制层，这三层每一层外部都与高压油管路螺纹紧固连接，管路上安装有高压油控制器(C)和高压电磁阀，内部由钻杆通道(A)、极限位置固定器、旋转内胆、钻杆隔层和4个钻井液通道(B)组成，第六层与下部隔水管通过螺纹紧固连接。

平衡连通装置中间为高压隔断电磁阀，上部和下部拥有压力传感器和密度传感器，共计4个传感器。

本装置通过引入上注气通道、下注气通道、平衡连通装置、闭锁装置以及海底高压泵的相互配合，能够实时、精确的控制钻井压力，应对钻井过程中出现的溢流和井漏问题。当各种传感器参数不正常时，通过高压油管路向闭锁装置泵送高压液压油，闭锁装置首先实现闭锁，其次上注气通道、下注气通道根据具体工程问题调整注气量，在此过程中，海底高压泵也相互配合，实现压力的精确调控，当各种传感器参数显示正常后，开启平衡连通装置，平衡闭锁装置上下钻井液压差，平衡后，平衡连通装置关闭，高压油管路控制闭锁装置开启，继续正常钻井过程。

相比于普通的单注气孔隔水管充气双梯度钻井平台，本发明所采用的上注气通道、下注气通道、闭锁装置、平衡连通装置以及海底高压泵使得调节不仅增大了压力调控范围，更增大了压力的调节精读和及时响应度，并且能够很好的适应溢流、井涌和井漏等多变的实际工程情况。通过改变闭锁装置和平衡连通装置的接入数量，本发明专利还可以实现多梯度钻井。

附图说明

图1是本发明一种隔水管充气双梯度钻井控制压力的装置的结构示意图；

图2是本发明闭锁装置示意图；

图3是本发明闭锁装置其中一环的内部结构示意图和C-C向截面图；

图4是本发明平衡连通装置示意图；

图5是本发明改装成为多梯度钻井的装置示意图。

图中：1.上部隔水管，2.紧急切断电磁阀A，3.上注气通道，4.单向阀A， 5.自动高压控制阀A，6.自动高压控制阀B，7.平衡连通装置，8.下注气通道， 9.钻杆，10.下部隔水管，11.紧急切断电磁阀B，12.单向阀B，13.防喷器，14. 固定锁链，15.钻头，16.固定器，17.检测分析模块，18.海底高压泵，19.稳压器，20.紧急切断电磁阀C，21.增压管路，22.降压管路，23.闭锁装置，24.高压液压油输送管，25.钻井平台，26.油管接口，27.电磁阀D，28.旋转模块， 29.高压油管路，30.极限位置固定器，31.旋转内胆，32.钻杆隔层，钻杆通道 A，钻井液通道B，高压油控制装置C，33.压力传感器，34.高压隔断电磁阀， 35.密度传感器。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1-图5所示，一种隔水管充气双梯度钻井控制压力的装置的结构示意图，由上部隔水管1、紧急切断电磁阀A2、上注气通道3、单向阀A4、自动高压控制阀A5、自动高压控制阀B6、平衡连通装置7、下注气通道8、钻杆9、下部隔水管10、紧急切断电磁阀B11、单向阀B12、防喷器13、固定锁链14、钻头15、固定器16、监测分析模块17、海底高压泵18、稳压器19、紧急切断电磁阀C20、增压管路21、降压管路22、闭锁装置23、高压液压油输送管24 和钻井平台25组成，其特征在于：上部隔水管1由钻井平台25向下延伸，下部隔水管10由闭锁装置23向下延伸，闭锁装置23其上有来自钻井平台25的高压液压油输送管路24；闭锁装置23的上方设置了上注气通道3，闭锁装置 23的下方设置了下注气通道8，紧急切断电磁阀A2、单向阀A4和自动高压控制阀A5位于上注气通道3，紧急切断电磁阀B11、单向阀B12和自动高压控制阀B6位于下注气通道8；平衡连通装置7安装在闭锁装置23旁边，上下端口与闭锁装置23很接近，上端口连接闭锁装置23上方上部隔水管1，下端口连接闭锁装置23下方下部隔水管10，隔水管内部为钻杆9；防喷器13设置在海底井口处，其上方是下注气通道8和海底高压泵18；海底高压泵18管路有紧急切断电磁阀C20和稳压器19，海底高压泵18上有降压管路22、增压管路21 和专门监测分析模块17。

如图2所示，一种隔水管充气双梯度钻井控制压力的闭锁装置23，该装置由高压液压油输送管29泵进高压液压油控制，其中第三层、第四层和第五层内部可以实现相对运动，每一层均设有高压油泵进和卸油通道，其上均设置电磁阀D27，用以控制泵油管道是否开启。正常工作时，通过错开两层的旋转角度就可实现闭锁功能，3层的引入，可以使得调压更加精准。

如图3所示，闭锁装置23其中一环的内部结构示意图和C-C向截面图，由内而外分别是钻杆隔层32，其内部是钻杆通道A，外部是旋转内胆31，旋转内胆31上有4个钻井液通道B，旋转内胆的最大旋转位置受到极限位置固定器30 控制。

如图4所示，一种隔水管充气双梯度钻井控制压力的平衡连通装置7，该连通器上下均设有压力传感器33、密度传感器35，中间为高压隔断电磁阀 34。

正常钻井时，闭锁装置23处于开启状态，平衡连通装置7也处于开启状态，用于平衡闭锁装置23的引入对井段的影响。紧急切断电磁阀A2、紧急切断电磁阀B11处于开启状态，紧急切断阀C20处于关闭状态，海底高压泵18处于停机状态，防喷器13处于开启状态。此时压力的调节原理与普通隔水管充气双梯度钻井相似，区别在于采用了上下两个井段的上注气通道3和下注气通道 8设置，使得压力调控范围更大，上注气通道3对底部压力影响相对较小，配合下注气通道8，使得压力的调控更加精确，更加适合深水钻井。将在钻井平台25上混合有空气的低密度钻井液通过上注气通道3和下注气通道8管路输送到井下，根据传感器参数，合理的调节自动高压控制阀A5和自动高压控制阀 B6的开度。当井底压力高于正常值但差距不是很明显时，自动高压控制阀B6 关闭，自动高压控制阀A5根据实际情况选择开度大小，进行压力调控。当井底压力略高于正常值时，自动高压控制阀B6和自动高压控制阀A5同时打开，开度大小由传感器参数，根据实际情况而变。

当遭遇溢流、井涌等压力需要调控或者压力突增等紧急情况时，需要实时、准确的进行调压。首先防喷器13立即关闭，随后关闭闭锁装置23和平衡连通装置7。这样井段就被闭锁装置23、防喷器13分为了高、中、低三个井段，从上至下，钻井液密度、压力依次变大。当发生溢流和井涌时，低井段的压力较大，高于正常值，需要泄压。此时开起海底高压泵18和紧急切断电磁阀 C20，海底高压泵18通过降压管路22向外排压，同时，低密度钻井液通过自动高压控制阀B6、单向阀B12和紧急切断电磁阀B11，像中部井段注入低密度钻井液缓解压力，这样就可以调节中部井段压力使其处于较低的压力值。然后，打开防喷器13，在下注气通道8和海底高压泵18的配合下，对低井段的高压进行调节，使其回到正常值。

当低部和中部的压力均处于相对正常状态时，开起平衡连通装置7，高压隔断电磁阀34根据传感器参数实际情况进行开度大小调节，实时控制高、中井段的钻井液密度，当高、中、低井段的钻井液密度相对平衡时，开启闭锁装置 23，实现全井段互通。此时，通过逐渐增大注气量和减小海底高压泵18的排出量，最终紧急切断电磁阀C20关闭，海底高压泵18停机，达到与正常钻井相似的工况即可。

当遭遇井漏需要压力调控或者压力突降等紧急情况时，需要快速、准确的进行调压。首先防喷器13立即关闭，随后闭锁装置23和平衡连通装置7也关闭。这样井段就被闭锁装置23、防喷器13分为了三个部分，从上至下，钻井液密度、压力依次变大。当发生井漏时，低井段的压力低于正常值，需要增压。此时开启海底高压泵18，海底高压泵18通过增压管路21向内增压，自动高压控制阀B6根据传感器参数自动进行开度调节，这样就可以实时的调节中部井段压力，使其处于较高的压力值。然后，打开防喷器13，在海底高压泵18 的作用下，对低井段的低压进行实时控制，使其回到正常值。

当底部和中部的压力均处于相对正常状态时，开启平衡连通装置7，自动高压控制阀A5和自动高压控制阀B6根据传感器参数实际情况进行开度大小调节，实时控制高、中、低井段的钻井液密度，当高、中、低井段的钻井液密度相对平衡时，开启闭锁装置23，实现全井段互通。此时，通过逐渐减小注气量和海底高压泵18的排入量，最终紧急切断电磁阀C20关闭，海底高压泵18停机，达到与正常钻进相似的工况。

Claims (3)

1.一种隔水管充气双梯度钻井控制压力的装置，由上部隔水管(1)、紧急切断电磁阀A(2)、上注气通道(3)、单向阀A(4)、自动高压控制阀A(5)、自动高压控制阀B(6)、平衡连通装置(7)、下注气通道(8)、钻杆(9)、下部隔水管(10)、紧急切断电磁阀B(11)、单向阀B(12)、防喷器(13)、固定锁链(14)、钻头(15)、固定器(16)、监测分析模块(17)、海底高压泵(18)、稳压器(19)、紧急切断电磁阀C(20)、增压管路(21)、降压管路(22)、闭锁装置(23)、高压液压油输送管(24)和钻井平台(25)组成，其特征在于：上部隔水管(1)由钻井平台(25)向下延伸，下部隔水管(10)由闭锁装置(23)向下延伸，闭锁装置(23)其上有来自钻井平台(25)的高压液压油输送管路(24)；闭锁装置(23)的上方设置了上注气通道(3)，闭锁装置(23)的下方设置了下注气通道(8)，紧急切断电磁阀A(2)、单向阀A(4)和自动高压控制阀A(5)位于上注气通道(3)，紧急切断电磁阀B(11)、单向阀B(12)和自动高压控制阀B(6)位于下注气通道(8)；平衡连通装置(7)安装在闭锁装置(23)旁边，上下端口与闭锁装置(23)很接近，上端口连接闭锁装置(23)上方上部隔水管(1)，下端口连接闭锁装置(23)下方下部隔水管(10)，隔水管内部为钻杆(9)；防喷器(13)设置在海底井口处，其上方是下注气通道(8)和海底高压泵(18)；海底高压泵(18)管路有紧急切断电磁阀C(20)和稳压器(19)，海底高压泵(18)上有降压管路(22)、增压管路(21)和专门监测分析模块(17)。

2.如权利要求1所述的一种隔水管充气双梯度钻井控制压力的装置，其特征在于：闭锁装置(23)上有两个高压液压油输送管(24)接入底座(26)，其上与高压液压油输送管(24)为螺纹紧固连接，由上至下共分为六层，其中第一层与上部隔水管(1)螺纹紧固连接，第二层上有高压液压油输送管(24)接入底座(26)，第三层、第四层和第五层为钻井液通道B控制层，这三层每一层外部都与高压油管路(29)螺纹紧固连接，管路上安装有高压油控制器(C)和高压电磁阀(27)，内部由钻杆通道(A)、极限位置固定器(30)、旋转内胆(31)、钻杆隔层(32)和4个钻井液通道(B)组成，第六层与隔水管(10)螺纹紧固连接。

3.如权利要求1所述的一种隔水管充气双梯度钻井控制压力的 装置，其特征在于：平衡连通装置(7)中间为高压隔断电磁阀(34)，上部和下部拥有压力传感器(33)和密度传感器(35)，共计4个传感器。

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