CN110924883A - 一种无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统 - Google Patents

Abstract

一种无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统，它设有电阻率传感器、处理器和举升泵的变频控制器；所述电阻率传感器设置若干组，分别安装在钻井设备的吸入模块内壁不同高度位置处，电阻率传感器的信号输出端与处理器输入端连接；所述处理器的输出端与举升泵的变频控制器连接。本发明通过电阻率传感器采集的信息判定海底井口泥浆液面的位置，以此判定井口的压力状态，并通过对海底举升泵排量的控制平衡井口泥浆压力与海底处海水静压力，从而实现了双梯度钻井的目的。

Description

一种无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统

技术领域

本发明涉及一种钻井压力监测及控制系统，尤其是一种适于无隔水管钻井泥浆闭路循环的压力监测及控制系统。

背景技术

随着能源需求的日益增长，我国勘探及开发领域也逐步迈向海洋。海洋钻井是海洋勘探及开发最主要的手段之一。目前海洋钻井最突出的问题就是由于海水的存在，导致地层孔隙压力和破裂压力之间的安全窗口狭窄，给钻井作业带来诸多安全隐患，因此无隔水管泥浆闭路循环钻井系统应运而生。

海洋无隔水管钻井即一种控制压力钻井技术，是采用两个压力梯度来控制井眼压力剖面的钻井方式，其工作原理是下入海底泵，将上返至井口的泥浆通过海底泵举升返回至钻台平面，同时实时控制海底泵排量，使井口压力始终与同水平面外部海水压力相等，以达到双梯度钻井目的，由此可见井口压力检测及控制是无隔水管钻井关键技术之一。

现有技术中，通常采用差压传感器来检测井口内泥浆与同水平面外部海水的压力差，但由于泥浆与海水的密度差较小，通过差压传感器采集的压力差数值精度较低，以此难以精准控制海底泵排量，导致井口出现海水涌入或泥浆溢出等现象。

发明内容

本发明提供一种无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统，旨在通过对海底井口内泥浆液面位置的实时监测来反映井口的压力状态，实现对海底举升泵流量的控制，保证井口泥浆压力与海底处海水静压力平衡。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统，设有电阻率传感器、处理器和举升泵的变频控制器；所述电阻率传感器设置若干组，分别安装在钻井设备的吸入模块内壁不同高度位置处，电阻率传感器的信号输出端与处理器输入端连接；所述处理器的输出端与举升泵的变频控制器连接。

上述无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统，所述电阻率传感器设置三组，分别为电阻率上传感器、电阻率中传感器和电阻率下传感器；所述电阻率上传感器布置在吸入模块内壁上部，用于采集吸入模块内腔上部液体的电阻率信息；所述电阻率中传感器布置在吸入模块内壁中部，用于采集吸入模块内腔中部液体的电阻率信息；所述电阻率下传感器布置在吸入模块内壁下部，位于吸入模块的泥浆出口下方，用于采集吸入模块内腔下部液体的电阻率信息。

上述无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统，其电阻率上传感器采集的电阻率信息读数为A，电阻率中传感器采集的电阻率信息读数为B，电阻率下传感器采集的电阻率信息读数为C；处理器对三组电阻率传感器采集的信息读数A、B、C分别进行比对后，判定井口泥浆液面的位置，从而判定井口处的压力状态，并以此对海底举升泵流量进行控制。

上述无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统，在钻井设备正常运转工况，当A＜B＜C时，吸入模块内腔下部为纯泥浆，上部为海水，中部为泥浆与海水的混合物，井口泥浆压力与海底处海水静压力平衡，钻井设备处于正常循环状态，处理器不发出指令，系统维持现有状态运行；当A≤B，B=C时，吸入模块内腔中泥浆液位上升，处理器向举升泵的变频控制器发出升频指令，通过变频控制器升频来提高举升泵转速，以增加举升泵排量；当A=B，B≤C时，吸入模块内腔中泥浆液位下降，处理器向举升泵的变频控制器发出降频指令，通过变频控制器降频来降低举升泵转速，以减小举升泵排量。

上述无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统，用于实现钻进过程中突发情况下的应急处理，当A=B=C，且C与纯泥浆电阻率数值一致时，吸入模块内泥浆涌出，此时处于井涌状态，处理器向举升泵的变频控制器发出升频指令，通过变频控制器升频来提高举升泵转速，以增加举升泵排量、降低吸入模块内泥浆液位；当A=B=C且C与纯海水电阻率数值一致时，吸入模块内海水涌入，此时处于井漏状态，处理器向举升泵的变频控制器发出降频指令，通过变频控制器降频来降低举升泵转速，以减小举升泵排量、升高吸入模块内泥浆液位。

本发明提供了一种无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统，它可通过电阻率传感器采集的信息判定海底井口泥浆液面的位置，以此判定井口的压力状态，并通过对海底举升泵排量的控制平衡井口泥浆压力与海底处海水静压力，从而实现了双梯度钻井的目的。

附图说明

图1是无隔水管泥浆闭路循环钻井设备结构示意图；

图2是电阻率传感器在吸入模块内腔布置示意图；

图3是本发明控制逻辑框图。

图中各标号清单为：

1、钻杆，2、泥浆，3、吸入模块，4、海水，5、海底，6、钻头，7、泥浆返回管线，8、举升泵，9、电阻率上传感器，10、电阻率中传感器，11、电阻率下传感器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

参看图 1，在无隔水管泥浆闭路循环钻井设备中设有钻杆1、吸入模块3、钻头6、泥浆返回管线7和举升泵8，其工作原理是：在海底下入举升泵8，在举升泵8驱动下，将上返至井口的泥浆2通过泥浆返回管线7举升返回至钻台平面；为使井口压力始终与同水平面外部海水压力相等，达到双梯度钻井目的，需实时对举升泵8排量进行控制。本发明提供一种无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统，该钻井压力监测及控制系统设有电阻率传感器、处理器和举升泵的变频控制器；所述电阻率传感器设置若干组，分别安装在钻井设备的吸入模块3内壁不同高度位置处，电阻率传感器的信号输出端与处理器输入端连接；所述处理器的输出端与举升泵8的变频控制器连接。

参看图1、图2，本发明所述的无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统，其优选实施例是：所述电阻率传感器设置三组，分别为电阻率上传感器9、电阻率中传感器10和电阻率下传感器11；所述电阻率上传感器9布置在吸入模块3内壁上部，用于采集吸入模块3内腔上部液体的电阻率信息；所述电阻率中传感器10布置在吸入模块3内壁中部，用于采集吸入模块3内腔中部液体的电阻率信息；所述电阻率下传感器11布置在吸入模块3内壁下部，位于吸入模块3的泥浆出口下方，用于采集吸入模块3内腔下部液体的电阻率信息。

参看图1、图2、图3，本发明所述的无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统，所述电阻率上传感器9采集的电阻率信息读数为A，电阻率中传感器10采集的电阻率信息读数为B，电阻率下传感器11采集的电阻率信息读数为C；处理器对三组电阻率传感器采集的信息读数A、B、C分别进行比对后，判定井口泥浆液面的位置，从而判定井口处的压力状态，并以此对海底举升泵8流量进行控制。在钻井设备正常运转工况，当A＜B＜C时，吸入模块3内腔下部为纯泥浆，上部为海水，中部为泥浆与海水的混合物，井口泥浆压力与海底处海水静压力平衡，钻井设备处于正常循环状态，处理器不发出指令，系统维持现有状态运行；当A≤B，B=C时，吸入模块3内腔中泥浆液位上升，处理器向举升泵8的变频控制器发出升频指令，通过变频控制器升频来提高举升泵8转速，以增加举升泵8排量；当A=B，B≤C时，吸入模块3内腔中泥浆液位下降，处理器向举升泵8的变频控制器发出降频指令，通过变频控制器降频来降低举升泵8转速，以减小举升泵8排量。

参看图1、图2、图3，本发明所述的无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统，还可用于实现钻进过程中突发情况下的应急处理，例如：当A=B=C，且C与纯泥浆电阻率数值一致时，吸入模块3内泥浆涌出，此时处于井涌状态，处理器向举升泵8的变频控制器发出升频指令，通过变频控制器升频来提高举升泵8转速，以增加举升泵8排量、降低吸入模块3内泥浆液位；当A=B=C且C与纯海水电阻率数值一致时，吸入模块3内海水涌入，此时处于井漏状态，处理器向举升泵8的变频控制器发出降频指令，通过变频控制器降频来降低举升泵8转速，以减小举升泵8排量、升高吸入模块3内泥浆液位。

Claims (5)

1.一种无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统，其特征是，所述钻井压力监测及控制系统设有电阻率传感器、处理器和举升泵的变频控制器；所述电阻率传感器设置若干组，分别安装在钻井设备的吸入模块（3）内壁不同高度位置处，电阻率传感器的信号输出端与处理器输入端连接；所述处理器的输出端与举升泵（8）的变频控制器连接。

2.根据权利要求1所述的无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统，其特征是，所述电阻率传感器设置三组，分别为电阻率上传感器（9）、电阻率中传感器（10）和电阻率下传感器（11）；所述电阻率上传感器（9）布置在吸入模块（3）内壁上部，用于采集吸入模块（3）内腔上部液体的电阻率信息；所述电阻率中传感器（10）布置在吸入模块（3）内壁中部，用于采集吸入模块（3）内腔中部液体的电阻率信息；所述电阻率下传感器（11）布置在吸入模块（3）内壁下部，位于吸入模块（3）的泥浆出口下方，用于采集吸入模块（3）内腔下部液体的电阻率信息。

3.根据权利要求2所述的无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统，其特征是，所述电阻率上传感器（9）采集的电阻率信息读数为A，电阻率中传感器（10）采集的电阻率信息读数为B，电阻率下传感器（11）采集的电阻率信息读数为C；处理器对三组电阻率传感器采集的信息读数A、B、C分别进行比对后，判定井口泥浆液面的位置，从而判定井口处的压力状态，并以此对海底举升泵（8）流量进行控制。

4.根据权利要求3所述的无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统，其特征是，在钻井设备正常运转工况，当A＜B＜C时，吸入模块（3）内腔下部为纯泥浆，上部为海水，中部为泥浆与海水的混合物，井口泥浆压力与海底处海水静压力平衡，钻井设备处于正常循环状态，处理器不发出指令，系统维持现有状态运行；当A≤B，B=C时，吸入模块（3）内腔中泥浆液位上升，处理器向举升泵（8）的变频控制器发出升频指令，通过变频控制器升频来提高举升泵（8）转速，以增加举升泵（8）排量；当A=B，B≤C时，吸入模块（3）内腔中泥浆液位下降，处理器向举升泵（8）的变频控制器发出降频指令，通过变频控制器降频来降低举升泵（8）转速，以减小举升泵（8）排量。

5.根据权利要求3所述的无隔水管钻井泥浆闭路循环压力监测及控制系统，其特征是，它用于实现钻进过程中突发情况下的应急处理，当A=B=C，且C与纯泥浆电阻率数值一致时，吸入模块（3）内泥浆涌出，此时处于井涌状态，处理器向举升泵（8）的变频控制器发出升频指令，通过变频控制器升频来提高举升泵（8）转速，以增加举升泵（8）排量、降低吸入模块（3）内泥浆液位；当A=B=C且C与纯海水电阻率数值一致时，吸入模块（3）内海水涌入，此时处于井漏状态，处理器向举升泵（8）的变频控制器发出降频指令，通过变频控制器降频来降低举升泵（8）转速，以减小举升泵（8）排量、升高吸入模块（3）内泥浆液位。

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