CN110630194A - 一种蓄能器组式的控压钻井压力补偿装置 - Google Patents

一种蓄能器组式的控压钻井压力补偿装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蓄能器组式的控压钻井压力补偿装置，包括电动平板阀、单流阀、蓄能器组、法兰短节和整托底座，电动平板阀与单流阀连接并安装在整托底座的上面，安装在整托底座上的蓄能器组是储存式控压钻井压力补偿装置，位于单流阀下游，蓄能器组进液端与单流阀相连，排液端与法兰短节相连。本发明适用于控压钻井过程的压力补偿，通过释放预先储存的钻井液，为控压钻井提供液压源，实现压力补偿的连续性和稳定性，达到安全钻进的目的。

Description

一种蓄能器组式的控压钻井压力补偿装置
技术领域
本发明涉及控压钻井技术，尤其是一种蓄能器组式的控压钻井压力补偿装置。
背景技术
在钻井过程中，在压力敏感的井段，容易出现井下压力失衡，从而导致井壁掉块、井壁坍塌、溢流、沉砂卡钻等一系列井下复杂问题，造成非钻进时间延长，增加钻井成本，甚至威胁钻井作业安全。控压钻井技术就是为了解决这一问题而提出的。
控压钻井的控制目的是通过预先设定环空压力，保持井底压力在设定的压力范围内；通过对井口回压、钻井液密度、环空液面、循环压耗和井眼几何尺寸的钻井参数综合分析和精确的水力计算，精确控制整个井眼的环空压力，维持在地层孔隙压力和破裂压力之间；实现方法是通过控压钻井装备、工艺技术、计算机自动控制系统相结合，实现环空压力动态控制。
在现有控压钻井技术中，一般采用钻机上的泥浆泵或单独配套的回压泵作为动力源提供井口回压，且处于时刻待机状态，在井筒内的钻井液停止循环后，泥浆泵或回压泵启动产生井口回压，达到维持井底压力稳定的目的。但这种方式下，增加了井口回压泵及其附属设备，回压泵系统存在体积大，配套设备多、适应性差、高功耗，需要专门供电系统等缺点，不仅增加了控压钻井的作业成本，而且占据了较大场地空间，且由于泥浆泵或回压泵系统出现故障后现场难以维修，无法实现压力补偿的连续性和稳定性，导致控压钻井作业无法实施，制约控压钻井技术的发展。
目前，国外有关石油公司已完成了压力控制装置的研制，如Weatherford微流量控制系统，在传统的钻井液循环管汇上安装精确的传感器和钻井液节流器，没有回压补偿装置，其通过监测出入口流量变化改变节流压力来实现压力控制，只能用于一般要求的控压钻井与欠平衡钻井作业。但由于小排量钻井控制困难，不能满足窄密度窗口、深井全过程的控压钻井作业；At Balance的DAPC系统，与Weatherford微流量控制系统的原理一致，增加了回压补偿装置，通过井口节流管汇和回压泵的联合作用，实现井底压力的恒定控制，回压泵时刻处于待用状态，当排量值很小或完全停止时，回压泵通过节流管汇循环泥浆，向井内施加回压。Halliburton公司的压力控制系统，在上述原理的基础上，增加安全溢流通道改进了回压补偿功能，能大大降低回压泵开关泵期间压力扰动的影响，保证合理回压的连续输出，有效的实现钻进、接单根和起下钻的全工况切换。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种蓄能器组式的控压钻井压力补偿装置，能预先储存从钻机上水平管线接入的钻井液，在需要控压钻井时快速释放钻井液，为快速控制井口回压提供液压源，实现压力补偿的连续性和稳定性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种蓄能器组式的控压钻井压力补偿装置，包括电动平板阀、单流阀、蓄能器组、法兰短节和整托底座，电动平板阀与单流阀连接并安装在整托底座的上面，安装在整托底座上的蓄能器组是储存式控压钻井压力补偿装置，位于单流阀下游，蓄能器组进液端与单流阀相连，排液端与法兰短节相连。
所述蓄能器组包括机架、多个囊式蓄能器、进液端法兰、插装阀块、排液端法兰、保护罩、测充氮气管线、测充氮气接口、主液管、SAE法兰、接管、测压传感器接口、出液管、测液压管线、气压表、测充氮气三通、充氮接口、耐震压力表、测液压传感器三通、压力传感器；所述蓄能器是囊式蓄能器，多个囊式蓄能器分成2排均匀安装在整托底座上，并用机架固定，多个蓄能器间通过插装阀块、SAE法兰、接管与主液管构成并联液路；主液管一端通过进液端法兰连接上游的单流阀，一端通过排液端法兰连接下游的法兰短节，进液端法兰通径比排液端法兰通径小；插装阀块上部连接蓄能器，侧面通过SAE法兰、接管与主液管联通；接管与主液管在同一个水平面上垂直连接，且通径比主液管通径小；出液管位于插装阀块侧面，与插装阀块侧出口联通；蓄能器顶部设置有测充氮气接口，通过测充氮气管线连接到保护罩面板上的测气压充氮三通，测气压充氮三通分别与气压表、充氮接口连通，进行测量氮气压力和补充氮气；主液管上设置有测液压传感器接口，通过测液压管线连接到保护罩面板上的测液压传感器三通，测液压传感器三通分别与耐震压力表、压力传感器连通，测量和传感主液管里的钻井液压力值。
所述蓄能器所储存的钻井液来自于钻机上水平管线分支接口处。
本发明的有益效果是：有效解决了以往控压钻井时，通过单独提供的回压泵向井口控制管线补充钻井液存在占用设备多、转换钻井液效率较低的问题。
附图说明
图1是本发明的蓄能器组式控压钻井压力补偿装置的结构图；
图2是本发明的蓄能器组主视图；
图3是本发明的蓄能器组俯视图；
图4是本发明的蓄能器组侧视图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1-4所示，本发明的蓄能器组式的控压钻井压力补偿装置，其包括电动平板阀1、单流阀2、蓄能器组3、法兰短节4和整托底座5，电动平板阀1与单流阀2连接并安装在整托底座5的上面，安装在整托底座5上的蓄能器组3是储存式控压钻井压力补偿装置，位于单流阀2下游，蓄能器组3进液端与单流阀2相连，排液端与法兰短节4相连。
述蓄能器组3包括机架3-1、多个囊式蓄能器3-2、进液端法兰3-3、插装阀块3-4、排液端法兰3-5、保护罩3-6、测充氮气管线3-7、测充氮气接口3-8、主液管3-9、SAE法兰3-10、接管3-11、测压传感器接口3-12、出液管3-13、测液压管线3-14、气压表3-15、测充氮气三通3-16、充氮接口3-17、耐震压力表3-18、测液压传感器三通3-19、压力传感器3-20；所述蓄能器3-2是囊式蓄能器，多个囊式蓄能器分成2排均匀安装在整托底座5上，并用机架1固定，多个蓄能器间通过插装阀块3-4、SAE法兰3-10、接管3-11与主液管3-8构成并联液路；主液管3-8一端通过进液端法兰3-3连接上游的单流阀2，一端通过排液端法兰连接下游的法兰短节4，进液端法兰3-3通径比排液端法兰3-5通径小；插装阀块3-4上部连接蓄能器3-2，侧面通过SAE法兰3-9、接管3-10与主液管3-8联通；接管3-11与主液管3-9在同一个水平面上垂直连接，且通径比主液管3-9通径小；出液管3-13位于插装阀块3-4侧面，与插装阀块3-4侧出口联通；蓄能器顶部设置有测充氮气接口3-8，通过测充氮气管线3-7连接到保护罩3-6面板上的测气压充氮三通3-16，测气压充氮三通3-16分别与气压表3-15、充氮接口3-16连通，进行测量氮气压力和补充氮气；主液管3-9上设置有测液压传感器接口3-12，通过测液压管线3-14连接到保护罩3-6面板上的测液压传感器三通3-19，测液压传感器三通3-19分别与耐震压力表3-18、压力传感器3-20连通，测量和传感主液管里的钻井液压力值。
所述蓄能器所储存的钻井液来自于钻机上水平管线分支接口处。
本发明用于预先储备从钻机上水平管线分支接口处出来依次通过打开的电动平板阀1、单流阀3、进液端法兰3-3输入的钻井液；在需要控压钻进时，释放蓄能器组里的钻井液有控制地流向井口管线，从而控制井口回压。
如图2、3所示，其中所述的蓄能器3-2是囊式蓄能器，8个囊式蓄能器分成2排均匀安装在整托底座5上，并用机架1固定，蓄能器间通过插装阀块3-4、SAE法兰3-10、接管3-11与主液管3-8构成并联液路；所述的主液管3-8一端通过进液端法兰3-3连接上游的单流阀2，一端通过排液端法兰连接下游的法兰短节，进液端法兰3-3通径比排液端法兰3-5通径小43mm；所述的插装阀块3-4上部连接蓄能器3-2，侧面通过SAE法兰3-9、接管3-10与主液管3-8联通；接管3-11与主液管3-9在同一个水平面上垂直连接，且通径比主液管3-9通径小56mm。出液管3-13位于插装阀块3-4侧面，与插装阀块3-4侧出口联通。
如图4所示，蓄能器顶部设置有测充氮气接口3-8，通过测充氮气管线3-7连接到保护罩3-6面板上的测气压充氮三通3-16，分别与气压表3-15、充氮接口3-16连通，进行测量氮气压力和补充氮气；主液管3-9上设置有测液压传感器接口3-12，通过测液压管线3-14连接到保护罩3-6面板上的测液压传感器三通3-19，其分别与耐震压力表3-18、压力传感器3-20连通，测量和传感钻井液压力值。
使用完毕后，通过出液管3-13将残余钻井液排出。
具体地说，本发明蓄能器组是蓄能器通过插装阀块安装在整托底座上；蓄能器组分成两排，都与中间主液管线联通，形成并联液路，用于预先储备钻井液，每个蓄能器都是单独控制开关，不影响其他蓄能器的运行；本发明主液管一端的进液法兰与上游的单流阀连通形成进液端，接受来自钻机上水平管线分支出口的钻井液并储存在蓄能器组中，另一端排液法兰与法兰短节连通形成排液端，进液端通径小于排液端通径；所述出液管是用来排出蓄能器内残余的钻井液，在主液管上安装测量主液管内流体压力耐震压力表和压力传感器输入端接口，在蓄能器顶部安装有测量蓄能器组胶囊内氮气压力和充氮的输入端接口，输出端接口均安装在保护罩外侧便于直接观察；蓄能器组外面安装有保护罩，用以保护和隔离蓄能器组。
所述机架用角钢制作而成，安装在蓄能器组四周支撑固定蓄能器组；所述的测充氮气接口安装在蓄能器顶部，通过测充氮气管线和测充氮气三通来测量蓄能器胶囊里氮气压力充装氮气；所述测液压传感器接口安装在主液管上，通过测液压传感管线和测液压传感器三通分别连接耐震液压表和压力传感器，测量主液管内流体压力，均安装在保护罩外侧便于直接观察；所述保护罩是安装在蓄能器组外面的长方体钢制壳体，用以保护和隔离蓄能器组。
蓄能器组式控压钻井压力补偿装置进行工作时，打开蓄能器组3上游的电动平板阀1，将钻机上水平管线分支接口处的钻井液通过单流阀2进入与主液管3并联的8个蓄能器3-2，并储存在蓄能器组里。在需要控压钻井时，释放储存的钻井液有控制地流向井口管线，从而控制井口回压；观察耐震压力表3-18上显示的钻井液压力值，当蓄能器组释放出来钻井液压力低于设定值时，再打开电动平板阀1，补充储存钻井液；观察气压表3-15的压力值，当压力低于设定值时，通过充氮接口3-17补充氮气至设定值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种蓄能器组式的控压钻井压力补偿装置，其特征在于，包括电动平板阀(1)、单流阀(2)、蓄能器组(3)、法兰短节(4)和整托底座(5)，电动平板阀(1)与单流阀(2)连接并安装在整托底座(5)的上面，安装在整托底座(5)上的蓄能器组(3)是储存式控压钻井压力补偿装置，位于单流阀(2)下游，蓄能器组(3)进液端与单流阀(2)相连，排液端与法兰短节(4)相连。
2.根据权利要求1所述蓄能器组式的控压钻井压力补偿装置，其特征在于，所述蓄能器组(3)包括机架(3-1)、多个囊式蓄能器(3-2)、进液端法兰(3-3)、插装阀块(3-4)、排液端法兰(3-5)、保护罩(3-6)、测充氮气管线(3-7)、测充氮气接口(3-8)、主液管(3-9)、SAE法兰(3-10)、接管(3-11)、测压传感器接口(3-12)、出液管(3-13)、测液压管线(3-14)、气压表(3-15)、测充氮气三通(3-16)、充氮接口(3-17)、耐震压力表(3-18)、测液压传感器三通(3-19)、压力传感器(3-20)；所述蓄能器(3-2)是囊式蓄能器，多个囊式蓄能器分成2排均匀安装在整托底座(5)上，并用机架(1)固定，多个蓄能器间通过插装阀块(3-4)、SAE法兰(3-10)、接管(3-11)与主液管(3-8)构成并联液路；主液管(3-8)一端通过进液端法兰(3-3)连接上游的单流阀(2)，一端通过排液端法兰连接下游的法兰短节(4)，进液端法兰(3-3)通径比排液端法兰(3-5)通径小；插装阀块(3-4)上部连接蓄能器(3-2)，侧面通过SAE法兰(3-9)、接管(3-10)与主液管(3-8)联通；接管(3-11)与主液管(3-9)在同一个水平面上垂直连接，且通径比主液管(3-9)通径小；出液管(3-13)位于插装阀块(3-4)侧面，与插装阀块(3-4)侧出口联通；蓄能器顶部设置有测充氮气接口(3-8)，通过测充氮气管线(3-7)连接到保护罩(3-6)面板上的测气压充氮三通(3-16)，测气压充氮三通(3-16)分别与气压表(3-15)、充氮接口(3-16)连通，进行测量氮气压力和补充氮气；主液管(3-9)上设置有测液压传感器接口(3-12)，通过测液压管线(3-14)连接到保护罩(3-6)面板上的测液压传感器三通(3-19)，测液压传感器三通(3-19)分别与耐震压力表(3-18)、压力传感器(3-20)连通，测量和传感主液管里的钻井液压力值。
3.根据权利要求1所述蓄能器组式的控压钻井压力补偿装置，其特征在于，所述蓄能器所储存的钻井液来自于钻机上水平管线分支接口处。
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