CN112112584B - 一种用于充气钻井的气体保压分流装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于充气钻井的气体保压分流装置及方法，包括进气管路（1）、缓冲腔（2）、供气管路（3）、分流组件（4）和分流控制组件（5），所述进气管路（1）入口端与充气钻井供气主管线（A）相连，进气管路（1）出口端与缓冲腔（2）入口端相连，缓冲腔（2）出口端与供气管路（3）入口端相连，供气管路（3）出口端与充气钻井用气体控制撬（B）相连，缓冲腔（2）出口端还与分流组件（4）入口端相连，分流组件（4）出口端放置于沉砂池（C）处，所述供气管路（3）和分流组件（4）分别与分流控制组件（5）电连接。
Description
技术领域
本发明属于充气钻井供气技术领域，具体涉及一种用于充气钻井的气体保压分流装置及方法。
背景技术
充气钻井、充气泡沫钻井和气体钻井属于充气欠平衡钻井范畴，钻井过程中在井筒内钻井液中注入气体形成含气钻井液或泡沫钻井液，或井筒中注入纯气体作为钻井循环介质，从而降低井底压力，达到防漏、保护储层目的。
但充气欠平衡钻井配套的供气设备输出气量大小固定无法根据需求调节，致使充气欠平衡钻井时供气量大于需求气量，存在井内负压差较大、气液混合不均匀、易形成气柱等问题，导致循环断流、井壁失稳、携岩效果变差、溢漏同存时井控风险大、返出口喷势较大存在安全隐患等复杂问题或风险隐患，降低钻井作业效率，增加作业风险。现有技术中还没有公开用于充气钻井的气体保压分流装置，为此本发明提供了一种用于充气钻井的气体保压分流方法及装置对供气设备提供注气量进行保压分流。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于充气钻井的气体保压分流装置及方法，克服了现有技术中充气欠平衡钻井配套的供气设备输出气量大小固定无法根据需求调节，致使充气欠平衡钻井时供气量大于需求气量，存在井内负压差较大、气液混合不均匀、易形成气柱等问题，导致循环断流、井壁失稳、携岩效果变差、溢漏同存时井控风险大、返出口喷势较大存在安全隐患等复杂问题或风险隐患，降低钻井作业效率，增加作业风险，现有技术中还没有公开用于充气钻井的气体保压分流装置等问题。
为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种用于充气钻井的气体保压分流装置，包括进气管路、缓冲腔、供气管路、分流组件和分流控制组件，所述进气管路入口端与充气钻井供气主管线A相连，进气管路出口端与缓冲腔入口端相连，缓冲腔出口端与供气管路入口端相连，供气管路出口端与充气钻井用气体控制撬B相连，缓冲腔出口端还与分流组件入口端相连，分流组件出口端放置于沉砂池C处，所述供气管路和分流组件分别与分流控制组件电连接。
优选的，所述分流组件包括分流控制阀、分流控制阀控制组件、分流摩阻单元和排气管线，所述分流控制阀入口端通过法兰与缓冲腔出口端相连，分流控制阀出口端与分流摩阻单元入口端相连，分流摩阻单元出口端与排气管线相连，排气管线出口端放置于沉砂池C处，所述分流控制阀控制组件安装于分流控制阀上用于控制分流控制阀开启度，分流控制阀控制组件与分流控制组件电连接。
优选的，所述分流摩阻单元包括入口连接法兰、出口连接法兰、螺旋摩阻管、流程控制阀、固定撬体及固定支架，所述入口连接法兰与分流控制阀连接，出口连接法兰与排气管线连接，所述螺旋摩阻管为多个，多个螺旋摩阻管并排设置，所述固定支架为两个，两个固定支架平行固定于固定撬体上，所述多个螺旋摩阻管相互平行固定于两个固定支架上，所述流程控制阀设置于多个螺旋摩阻管之间用于控制多个螺旋摩阻管的开启和关闭，实现螺旋摩阻管选择性串联。
优选的，所述螺旋摩阻管包括上排螺旋摩阻管和下排螺旋摩阻管，其中上排螺旋摩阻管包括第一上排螺旋摩阻管、第二上排螺旋摩阻管和第三上排螺旋摩阻管，所述下排螺旋摩阻管包括第一下排螺旋摩阻管、第二下排螺旋摩阻管、第三下排螺旋摩阻管和第四下排螺旋摩阻管，所述第一下排螺旋摩阻管靠近出口连接法兰的一端分别与出口连接法兰和第一上排螺旋摩阻管连通，第一上排螺旋摩阻管靠近入口连接法兰的一端分别与第二上排螺旋摩阻管、第三上排螺旋摩阻管和第四下排螺旋摩阻管连通，第二上排螺旋摩阻管、第三上排螺旋摩阻管和第四下排螺旋摩阻管在靠近出口连接法兰的一侧分别与出口连接法兰连通，所述第二下排螺旋摩阻管和第三下排螺旋摩阻管在靠近入口连接法兰的一侧连通，第二下排螺旋摩阻管和第三下排螺旋摩阻管在靠近出口连接法兰的一侧分别与出口连接法兰连通，所述流程控制阀设置于多个螺旋摩阻管之间用于控制多个螺旋摩阻管的开启和关闭，实现螺旋摩阻管选择性串联。
优选的，所述流程控制阀包括上排流程控制阀和下排流程控制阀，其中上排流程控制阀包括第一上排流程控制阀、第二上排流程控制阀和第三上排流程控制阀，第一上排流程控制阀设置于第一上排螺旋摩阻管与第二上排螺旋摩阻管和第三上排螺旋摩阻管入口端之间，第二上排流程控制阀设置于第二上排螺旋摩阻管与第三上排螺旋摩阻管和第四下排螺旋摩阻管入口端之间，第三上排流程控制阀设置于第二上排螺旋摩阻管和第三上排螺旋摩阻管出口端；所述下排流程控制阀包括第一下排流程控制阀、第二下排流程控制阀、第三下排流程控制阀和第四下排流程控制阀，第一下排流程控制阀设置于第一下排螺旋摩阻管和出口连接法兰之间，第二下排流程控制阀设置于第二下排螺旋摩阻管和第三下排螺旋摩阻管入口端之间，第三下排流程控制阀设置于第三下排螺旋摩阻管和第四下排螺旋摩阻管与出口连接法兰之间，第四下排流程控制阀设置于第四下排螺旋摩阻管与出口连接法兰之间。
优选的，所述第一下排螺旋摩阻管和第一上排螺旋摩阻管的出口端通过下转上排管连通管连接，第三上排螺旋摩阻管和第四下排螺旋摩阻管的入口端通过上转下排管连通管连接。
优选的，所述螺旋摩阻管由管外壁和内螺旋流道构成，其中内螺旋流道为螺旋结构。
优选的，所述进气管路由依次连接的进气由壬、短进气管和进气法兰组成，所述进气由壬入口端与充气钻井供气主管线A相连，进气法兰出口端与缓冲腔连接；所述缓冲腔由缓冲腔体、第一缓冲法兰、第二缓冲法兰和第三缓冲法兰组成，其中第一缓冲法兰、第二缓冲法兰和第三缓冲法兰分别与缓冲腔体连接，所述第一缓冲法兰与进气法兰连接，第三缓冲法兰与分流组件入口端连接；所述供气管路由依次连接的供气法兰、短供气管、气体流量计和供气由壬组成，所述供气法兰与第二缓冲法兰连接，供气由壬出口端与充气钻井用气体控制撬B，所述气体流量计安装在短供气管上，其中气体流量计连接分流控制组件。
优选的，所述分流控制组件由分流中控组件、单向信号线和双向信号线组成，所述分流中控组件通过单向信号线连接气体流量计获取供气流量值，分流中控组件通过双向信号线与分流控制阀控制组件相连用于反馈和控制分流控制阀的状态。
优选的，一种如上任一项所述的用于充气钻井的气体保压分流装置的分流方法，包括以下步骤：
步骤1）钻井的气体通过进气管路进入缓冲腔，然后进入供气管路；
步骤2）分流前根据钻井流动通道压耗初选分流组件，然后通过分流控制组件分析采集到的数据，并形成控制分流组件的控制决策指令，使供气管路读取值即实际供气量与充气钻井用气体控制撬B的钻井注气量需求吻合，将多余的气体通过分流组件分流，实现注入气体的可控制的保压分流。
相对于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本发明提供了一种用于充气钻井的气体保压分流装置，使用时供气设备所供气体通过进气管路进入缓冲腔，通过分流控制组件控制分流控制阀依据气体流量计和分流控制阀控制组件反馈数据，按照需求气量进行分流组件按需开关，供气设备所供气体实现井内供气和外放排气两路分流，可对供气设备提供的注气量进行保压分流，根据充气欠平衡钻井作业需求合理控制注气量，提高作业效率，降低作业风险，使用安全可靠，同时也适用其它行业需要进行气体保压分流的情况；
（2）本发明保压分流装置结构简单，安装检修方便，所述的进气管路、供气管路均设置为1条，使用法兰与缓冲腔连接且无阀门，安装简单，连接可靠，无腐蚀阻塞风险；保压分流装置所有管路、阀门、由壬及控制阀的承压压力与供气设备压力级别相同，使用安全可靠；分流组件中的部件可单独更换，安装检修方便；分流组件的分流控制阀和分流摩阻单元均为专有设计，进出口均为法兰连接，安全可靠，螺旋摩阻管可单独更换，安装检修方便，且通过分流控制阀和流程控制阀的共同控制可满足分流系统精确控制要求，确保通过缓冲腔的气体实现准确、可靠、无级分流；
（3）本发明提供了一种用于充气钻井的气体保压分流装置的分流方法，是基于总气量、分流排放气量、钻井注气量、分流排气通道压耗、钻井流动通道压耗相互作用且可平衡，在同等排放气量情况下，分流排气管线压耗可因分流组件的分流控制阀开启度和分流摩阻单元的螺旋摩阻管结构、数量不同而变化，可通过优化螺旋摩阻管结构和控制分流控制阀开启度、参与排气的螺旋摩阻管数量使分流排放气体经分流组件排放管线产生的压力损失与分流入井气体经供气管路、井内、排砂管线排放通道产生的压力损失相同，确保气体分流时缓冲腔内压力满足气体顺利注入井筒，保障充气钻井顺利作业情况下实现注入气体保压分流。
附图说明
图1、本发明一种用于充气钻井的气体保压分流装置的结构示意图；
图2、本发明一种用于充气钻井的气体保压分流装置的安装示意图；
图3、本发明一种用于充气钻井的气体保压分流装置的分流摩阻单元结构示意图；
图4、本发明一种用于充气钻井的气体保压分流装置的螺旋摩阻管结构示意图。
附图标记说明：
A-充气钻井供气主管线，B-充气钻井用气体控制撬，C-沉砂池；
1-进气管路，1.1-进气由壬，1.2-短进气管，1.3-进气法兰；
2-缓冲腔，2.1-缓冲腔体，2.2-第一缓冲法兰，2.3-第二缓冲法兰，2.4-第三缓冲法兰；
3-供气管路，3.1-供气法兰，3.2-短供气管，3.3-气体流量计，3.4-供气由壬；
4-分流组件，4.1-分流控制阀，4.2-分流控制阀控制组件，4.3-分流摩阻单元，4.4-排气管线；
4.3.1.1-入口连接法兰，4.3.1.2-出口连接法兰、4.3.2.1-第一下排螺旋摩阻管，4.3.2.2-第二下排螺旋摩阻管，4.3.2.3-第三下排螺旋摩阻管，4.3.2.4-第四下排螺旋摩阻管，4.3.3.1-第一上排螺旋摩阻管，4.3.3.2-第二上排螺旋摩阻管，4.3.3.3-第三上排螺旋摩阻管，4.3.4.1-第一下排流程控制阀，4.3.4.2-第二下排流程控制阀，4.3.4.3-第三下排流程控制阀，4.3.4.4-第四下排流程控制阀，4.3.5.1-第一上排流程控制阀，4.3.5.2-第二上排流程控制阀，4.3.5.3-第三上排流程控制阀，4.3.6.1-下转上排管连通管，4.3.6.2-上转下排管连通管，4.3.7.1-固定撬体，4.3.7.2-固定支架；
4.3.2.1.1-管外壁，4.3.2.1.2-内螺旋流道；
5-分流控制组件，5.1-分流中控组件，5.2-单向信号线，5.3-双向信号线。
具体实施方式
下面结合实施例描述本发明具体实施方式：
需要说明的是，本说明书示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
如图1~2所示，本发明公开了一种用于充气钻井的气体保压分流装置，包括进气管路1、缓冲腔2、供气管路3、分流组件4和分流控制组件5，所述进气管路1入口端与充气钻井供气主管线A相连，进气管路1出口端与缓冲腔2入口端相连，缓冲腔2出口端与供气管路3入口端相连，供气管路3出口端与充气钻井用气体控制撬B相连，缓冲腔2出口端还与分流组件4入口端相连，分流组件4出口端放置于沉砂池C处，所述供气管路3和分流组件4分别与分流控制组件5电连接。
实施例2
如图1~2所示，优选的，所述分流组件4包括分流控制阀4.1、分流控制阀控制组件4.2、分流摩阻单元4.3和排气管线4.4，所述分流控制阀4.1入口端通过法兰与缓冲腔2出口端相连，分流控制阀4.1出口端与分流摩阻单元4.3入口端相连，分流摩阻单元4.3出口端与排气管线4.4相连，排气管线4.4出口端放置于沉砂池C处，所述分流控制阀控制组件4.2安装于分流控制阀4.1上用于控制分流控制阀4.1开启度，分流控制阀控制组件4.2与分流控制组件5电连接。
所述的分流组件4可通过优化螺旋摩阻管结构和控制分流控制阀开启度、参与排气的螺旋摩阻管数量改变同等排放气量情况下的分流排放通道的压力损失。
所述分流控制阀控制组件4.2用于控制分流控制阀4.1的开启度，现有技术中能实现该功能的控制器均可使用。
实施例3
如图3所示，优选的，所述分流摩阻单元4.3包括入口连接法兰4.3.1.1、出口连接法兰4.3.1.2、螺旋摩阻管、流程控制阀、固定撬体4.3.7.1及固定支架4.3.7.2，所述入口连接法兰4.3.1.1与分流控制阀4.1连接，出口连接法兰4.3.1.2与排气管线4.4连接，所述螺旋摩阻管为多个，多个螺旋摩阻管并排设置，所述固定支架4.3.7.2为两个，两个固定支架4.3.7.2平行固定于固定撬体4.3.7.1上，所述多个螺旋摩阻管相互平行固定于两个固定支架4.3.7.2上，所述流程控制阀设置于多个螺旋摩阻管之间用于控制多个螺旋摩阻管的开启和关闭，实现螺旋摩阻管选择性串联。
实施例4
如图3所示，优选的，所述螺旋摩阻管包括上排螺旋摩阻管和下排螺旋摩阻管，其中上排螺旋摩阻管包括第一上排螺旋摩阻管4.3.3.1、第二上排螺旋摩阻管4.3.3.2和第三上排螺旋摩阻管4.3.3.3，所述下排螺旋摩阻管包括第一下排螺旋摩阻管4.3.2.1、第二下排螺旋摩阻管4.3.2.2、第三下排螺旋摩阻管4.3.2.3和第四下排螺旋摩阻管4.3.2.4，所述第一下排螺旋摩阻管4.3.2.1靠近出口连接法兰4.3.1.2的一端分别与出口连接法兰4.3.1.2和第一上排螺旋摩阻管4.3.3.1连通，第一上排螺旋摩阻管4.3.3.1靠近入口连接法兰4.3.1.1的一端分别与第二上排螺旋摩阻管4.3.3.2、第三上排螺旋摩阻管4.3.3.3和第四下排螺旋摩阻管4.3.2.4连通，第二上排螺旋摩阻管4.3.3.2、第三上排螺旋摩阻管4.3.3.3和第四下排螺旋摩阻管4.3.2.4在靠近出口连接法兰4.3.1.2的一侧分别与出口连接法兰4.3.1.2连通，所述第二下排螺旋摩阻管4.3.2.2和第三下排螺旋摩阻管4.3.2.3在靠近入口连接法兰4.3.1.1的一侧连通，第二下排螺旋摩阻管4.3.2.2和第三下排螺旋摩阻管4.3.2.3在靠近出口连接法兰4.3.1.2的一侧分别与出口连接法兰4.3.1.2连通，所述流程控制阀设置于多个螺旋摩阻管之间用于控制多个螺旋摩阻管的开启和关闭，实现螺旋摩阻管选择性串联。
实施例5
如图3所示，优选的，所述流程控制阀包括上排流程控制阀和下排流程控制阀，其中上排流程控制阀包括第一上排流程控制阀4.3.5.1、第二上排流程控制阀4.3.5.2和第三上排流程控制阀4.3.5.3，第一上排流程控制阀4.3.5.1设置于第一上排螺旋摩阻管4.3.3.1与第二上排螺旋摩阻管4.3.3.2和第三上排螺旋摩阻管4.3.3.3入口端之间，第二上排流程控制阀4.3.5.2设置于第二上排螺旋摩阻管4.3.3.2与第三上排螺旋摩阻管4.3.3.3和第四下排螺旋摩阻管4.3.2.4入口端之间，第三上排流程控制阀4.3.5.3设置于第二上排螺旋摩阻管4.3.3.2和第三上排螺旋摩阻管4.3.3.3出口端；所述下排流程控制阀包括第一下排流程控制阀4.3.4.1、第二下排流程控制阀4.3.4.2、第三下排流程控制阀4.3.4.3和第四下排流程控制阀4.3.4.4，第一下排流程控制阀4.3.4.1设置于第一下排螺旋摩阻管4.3.2.1和出口连接法兰4.3.1.2之间，第二下排流程控制阀4.3.4.2设置于第二下排螺旋摩阻管4.3.2.2和第三下排螺旋摩阻管4.3.2.3入口端之间，第三下排流程控制阀4.3.4.3设置于第三下排螺旋摩阻管4.3.2.3和第四下排螺旋摩阻管4.3.2.4与出口连接法兰4.3.1.2之间，第四下排流程控制阀4.3.4.4设置于第四下排螺旋摩阻管4.3.2.4与出口连接法兰4.3.1.2之间。
实施例6
如图3所示，优选的，所述第一下排螺旋摩阻管4.3.2.1和第一上排螺旋摩阻管4.3.3.1的出口端通过下转上排管连通管4.3.6.1连接，第三上排螺旋摩阻管4.3.3.3和第四下排螺旋摩阻管4.3.2.4的入口端通过上转下排管连通管4.3.6.2连接。
如图4所示，优选的，所述螺旋摩阻管由管外壁4.3.2.1.1和内螺旋流道4.3.2.1.2构成，其中内螺旋流道4.3.2.1.2为螺旋结构。
所述螺旋摩阻管的内流道通过设计成螺旋结构，相比同通径规则同心管，同长度摩阻管的内流道长度和单位流道长度的气体流动摩阻损失均一定程度增加，且可通过增加内螺旋流道的螺旋度来增加气体流过螺旋摩阻管的综合摩阻损失。
实施例7
如图1~2所示，优选的，所述进气管路1由依次连接的进气由壬1.1、短进气管1.2和进气法兰1.3组成，所述进气由壬1.1入口端与充气钻井供气主管线A相连，进气法兰1.3出口端与缓冲腔2连接；所述缓冲腔2由缓冲腔体2.1、第一缓冲法兰2.2、第二缓冲法兰2.3和第三缓冲法兰2.4组成，其中第一缓冲法兰2.2、第二缓冲法兰2.3和第三缓冲法兰2.4分别与缓冲腔体2.1连接，所述第一缓冲法兰2.2与进气法兰1.3连接，第三缓冲法兰2.4与分流组件4入口端连接；所述供气管路3由依次连接的供气法兰3.1、短供气管3.2、气体流量计3.3和供气由壬3.4组成，所述供气法兰3.1与第二缓冲法兰2.3连接，供气由壬3.4出口端与充气钻井用气体控制撬B，所述气体流量计3.3安装在短供气管3.2上，其中气体流量计3.3连接分流控制组件5。
如图1~2所示，优选的，所述分流控制组件5由分流中控组件5.1、单向信号线5.2和双向信号线5.3组成，所述分流中控组件5.1通过单向信号线5.2连接气体流量计3.3获取供气流量值，分流中控组件5.1通过双向信号线5.3与分流控制阀控制组件4.2相连用于反馈和控制分流控制阀4.1的状态以及提供分流摩阻单元4.3数量增减推荐及显示相关分流信息。
所述分流中控组件5.1为PLC控制组件。
实施例8
优选的，一种如上任一项所述的用于充气钻井的气体保压分流装置的分流方法，包括以下步骤：
步骤1）钻井的气体通过进气管路1进入缓冲腔2，然后进入供气管路3；
步骤2）分流前根据钻井流动通道压耗初选分流组件4，然后通过分流控制组件5分析采集到的数据，并形成控制分流组件4的控制决策指令，使供气管路3读取值即实际供气量与充气钻井用气体控制撬B的钻井注气量需求吻合，将多余的气体通过分流组件4分流，实现注入气体的可控制的保压分流。
本发明原理如下：
如图2所示，本发明提供了一种用于充气钻井的气体保压分流装置，包括进气管路1、缓冲腔2、供气管路3、分流组件4和分流控制组件5，进气管路1连接缓冲腔2，缓冲腔2连接供气管路3和分流组件4，供气管路3和分流组件4分别电连接分流控制组件5，通过分流控制组件5控制供气管路3和分流组件4，当进气管路1进气量大时，分流控制组件5检测到供气管路3的气量超过所需气量，分流控制组件5控制分流组件4开启，并且保证通过优化螺旋摩阻管结构和控制分流控制阀开启度、参与排气的螺旋摩阻管数量使分流排放气体经分流组件排放管线产生的压力损失与分流入井气体经供气管路、井内、排砂管线排放通道产生的压力损失相同，本发明是基于总气量、分流排放气量、钻井注气量、分流排气通道压耗、钻井流动通道压耗相互作用且可平衡，在同等排放气量情况下，分流排气管线压耗可因分流组件的分流控制阀开启度和分流摩阻单元的螺旋摩阻管结构、数量不同而变化，确保气体分流时缓冲腔内压力满足气体顺利注入井筒，保障充气钻井顺利作业情况下实现注入气体保压分流。
气体保压分流装置的实施步骤如下：
1、作业前根据钻井流动通道压耗初选参与排气的螺旋摩阻管数量，控制流程控制阀选定参与排气的螺旋摩阻管；
2、开启分流中控组件5.1，并输入钻井需求注气量及其他相关参数；
3、充气钻井供气设备所供气体通过充气钻井供气主管线A、短进气管1.2进入缓冲腔体2.1；
4、缓冲腔2内气体通过短供气管3.2、充气钻井用气体控制撬和分流控制阀4.1、分流摩阻单元4.3两个通道分别分流进入井内循环、大气排放；
5、分流中控组件5.1实时综合分析采集的气体流量计3.3数据、分流控制阀控制组件4.2反馈数据和其它采集的数据，并形成控制分流控制阀开启度的控制决策指令、摩阻管数量增减推荐及显示相关分流信息；
6、控制决策指令发给分流控制阀控制组件4.2控制分流控制阀4.1开启度；
7、根据摩阻管数量增减推荐及显示相关分流信息，选择性开启分流摩阻单元4.3的流程控制阀选择参与排气的螺旋摩阻管数；
8、在整个气体保压分流作业过程中，分流中控组件5.1实时分析，并形成控制决策指令、摩阻管数量增减推荐及显示相关分流信息，实现分流支路分流量的精细控制，确保系统压力平衡和充气钻井作业需求。
分流摩阻单元的结构设计及摩阻管增减控制操作步骤如下：
如图3所示，所述的分流摩阻单元包括入口连接法兰4.3.1.1、出口连接法兰4.3.1.2、螺旋摩阻管4.3.2.1-4.3.2.4和4.3.3.1-4.3.3.3、流程控制阀4.3.4.1-4.3.4.4和4.3.5.1-4.3.5.3、下转上排管连通管4.3.6.1、上转下排管连通管4.3.6.2、固定撬体4.3.7.1及固定支架4.3.7.2，其中流程控制阀控制螺旋摩阻管参与使用的数量和分流排气走的流道，下转上排管连通管、上转下排管连通管连接上下层排气管，加工时可根据需求螺旋摩阻管的数量和层数。
摩阻管增减控制操作步骤如下：
1、控制参与分流排气摩阻管数量为1根：打开4.3.4.1流程控制阀，关闭4.3.4.2、4.3.4.3和4.3.5.1流程控制阀，此时4.3.2.1螺旋摩阻管参与分流排气。
2、控制参与分流排气摩阻管数量为3根：打开4.3.4.3、4.3.4.4、4.3.5.1、4.3.5.2流程控制阀，关闭4.3.4.1、4.3.4.2和4.3.5.3流程控制阀，此时4.3.2.1、4.3.2.4和4.3.3.1螺旋摩阻管参与分流排气。
3、控制参与分流排气摩阻管数量为5根：打开4.3.4.3、4.3.4.4、4.3.5.1、4.3.5.3流程控制阀，关闭4.3.4.1、4.3.4.2和4.3.5.2流程控制阀，此时4.3.2.1、4.3.2.4和4.3.3.1螺旋摩阻管参与分流排气。
4、控制参与分流排气摩阻管数量为7根：打开4.3.4.2、4.3.4.4、4.3.5.1、4.3.5.3流程控制阀，关闭4.3.4.1、4.3.4.3和4.3.5.2流程控制阀，此时4.3.2.1、4.3.2.2等7根螺旋摩阻管均参与分流排气。
如需要更多的螺旋摩阻管参与排气，则设计安装更多数量及层数的螺旋摩阻管，节省空间，设计合理的流程控制阀，使用时通过控制流程控制阀，控制参与排气的螺旋摩阻数量。
本发明提供了一种用于充气钻井的气体保压分流装置，使用时供气设备所供气体通过进气管路进入缓冲腔，通过分流控制组件控制分流控制阀依据气体流量计和分流控制阀控制组件反馈数据，按照需求气量进行分流组件按需开关，供气设备所供气体实现井内供气和外放排气两路分流，可对供气设备提供的注气量进行保压分流，根据充气欠平衡钻井作业需求合理控制注气量，提高作业效率，降低作业风险，使用安全可靠。
本发明保压分流装置结构简单，安装检修方便，所述的进气管路、供气管路均设置为1条，使用法兰与缓冲腔连接且无阀门，安装简单，连接可靠，无腐蚀阻塞风险；保压分流装置所有管路、阀门、由壬及控制阀的承压压力与供气设备压力级别相同，使用安全可靠；分流组件中的部件可单独更换，安装检修方便；分流组件的分流控制阀和分流摩阻单元均为专有设计，进出口均为法兰连接，安全可靠，螺旋摩阻管可单独更换，安装检修方便，且通过分流控制阀和流程控制阀的共同控制可满足分流系统精确控制要求，确保通过缓冲腔的气体实现准确、可靠、无级分流。
本发明方法及装置不但适用于充气钻井、充气泡沫钻井和气体钻井等充气欠平衡钻井作业，同时也适用其它行业需要进行气体保压分流的情况。
上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。
Claims (7)
1.一种用于充气钻井的气体保压分流装置，其特征在于：包括进气管路（1）、缓冲腔（2）、供气管路（3）、分流组件（4）和分流控制组件（5），所述进气管路（1）入口端与充气钻井供气主管线（A）相连，进气管路（1）出口端与缓冲腔（2）入口端相连，缓冲腔（2）出口端与供气管路（3）入口端相连，供气管路（3）出口端与充气钻井用气体控制撬（B）相连，缓冲腔（2）出口端还与分流组件（4）入口端相连，分流组件（4）出口端放置于沉砂池（C）处，所述供气管路（3）和分流组件（4）分别与分流控制组件（5）电连接；
所述分流组件（4）包括分流控制阀（4.1）、分流控制阀控制组件（4.2）、分流摩阻单元（4.3）和排气管线（4.4），所述分流控制阀（4.1）入口端通过法兰与缓冲腔（2）出口端相连，分流控制阀（4.1）出口端与分流摩阻单元（4.3）入口端相连，分流摩阻单元（4.3）出口端与排气管线（4.4）相连，排气管线（4.4）出口端放置于沉砂池（C）处，所述分流控制阀控制组件（4.2）安装于分流控制阀（4.1）上用于控制分流控制阀（4.1）开启度，分流控制阀控制组件（4.2）与分流控制组件（5）电连接；
所述分流摩阻单元（4.3）包括入口连接法兰（4.3.1.1）、出口连接法兰（4.3.1.2）、螺旋摩阻管、流程控制阀、固定撬体（4.3.7.1）及固定支架（4.3.7.2），所述入口连接法兰（4.3.1.1）与分流控制阀（4.1）连接，出口连接法兰（4.3.1.2）与排气管线（4.4）连接，所述螺旋摩阻管为多个，多个螺旋摩阻管并排设置，所述固定支架（4.3.7.2）为两个，两个固定支架（4.3.7.2）平行固定于固定撬体（4.3.7.1）上，所述多个螺旋摩阻管相互平行固定于两个固定支架（4.3.7.2）上，所述流程控制阀设置于多个螺旋摩阻管之间用于控制多个螺旋摩阻管的开启和关闭，实现螺旋摩阻管选择性串联；
所述分流控制组件（5）由分流中控组件（5.1）、单向信号线（5.2）和双向信号线（5.3）组成，所述分流中控组件（5.1）通过单向信号线（5.2）连接气体流量计（3.3）获取供气流量值，分流中控组件（5.1）通过双向信号线（5.3）与分流控制阀控制组件（4.2）相连用于反馈和控制分流控制阀（4.1）的状态。
2.根据权利要求1所述的一种用于充气钻井的气体保压分流装置，其特征在于：所述螺旋摩阻管包括上排螺旋摩阻管和下排螺旋摩阻管，其中上排螺旋摩阻管包括第一上排螺旋摩阻管（4.3.3.1）、第二上排螺旋摩阻管（4.3.3.2）和第三上排螺旋摩阻管（4.3.3.3），所述下排螺旋摩阻管包括第一下排螺旋摩阻管（4.3.2.1）、第二下排螺旋摩阻管（4.3.2.2）、第三下排螺旋摩阻管（4.3.2.3）和第四下排螺旋摩阻管（4.3.2.4），所述第一下排螺旋摩阻管（4.3.2.1）靠近出口连接法兰（4.3.1.2）的一端分别与出口连接法兰（4.3.1.2）和第一上排螺旋摩阻管（4.3.3.1）连通，第一上排螺旋摩阻管（4.3.3.1）靠近入口连接法兰（4.3.1.1）的一端分别与第二上排螺旋摩阻管（4.3.3.2）、第三上排螺旋摩阻管（4.3.3.3）和第四下排螺旋摩阻管（4.3.2.4）连通，第二上排螺旋摩阻管（4.3.3.2）、第三上排螺旋摩阻管（4.3.3.3）和第四下排螺旋摩阻管（4.3.2.4）在靠近出口连接法兰（4.3.1.2）的一侧分别与出口连接法兰（4.3.1.2）连通，所述第二下排螺旋摩阻管（4.3.2.2）和第三下排螺旋摩阻管（4.3.2.3）在靠近入口连接法兰（4.3.1.1）的一侧连通，第二下排螺旋摩阻管（4.3.2.2）和第三下排螺旋摩阻管（4.3.2.3）在靠近出口连接法兰（4.3.1.2）的一侧分别与出口连接法兰（4.3.1.2）连通，所述流程控制阀设置于多个螺旋摩阻管之间用于控制多个螺旋摩阻管的开启和关闭，实现螺旋摩阻管选择性串联。
3.根据权利要求2所述的一种用于充气钻井的气体保压分流装置，其特征在于：所述流程控制阀包括上排流程控制阀和下排流程控制阀，其中上排流程控制阀包括第一上排流程控制阀（4.3.5.1）、第二上排流程控制阀（4.3.5.2）和第三上排流程控制阀（4.3.5.3），第一上排流程控制阀（4.3.5.1）设置于第一上排螺旋摩阻管（4.3.3.1）与第二上排螺旋摩阻管（4.3.3.2）和第三上排螺旋摩阻管（4.3.3.3）入口端之间，第二上排流程控制阀（4.3.5.2）设置于第二上排螺旋摩阻管（4.3.3.2）与第三上排螺旋摩阻管（4.3.3.3）和第四下排螺旋摩阻管（4.3.2.4）入口端之间，第三上排流程控制阀（4.3.5.3）设置于第二上排螺旋摩阻管（4.3.3.2）和第三上排螺旋摩阻管（4.3.3.3）出口端；所述下排流程控制阀包括第一下排流程控制阀（4.3.4.1）、第二下排流程控制阀（4.3.4.2）、第三下排流程控制阀（4.3.4.3）和第四下排流程控制阀（4.3.4.4），第一下排流程控制阀（4.3.4.1）设置于第一下排螺旋摩阻管（4.3.2.1）和出口连接法兰（4.3.1.2）之间，第二下排流程控制阀（4.3.4.2）设置于第二下排螺旋摩阻管（4.3.2.2）和第三下排螺旋摩阻管（4.3.2.3）入口端之间，第三下排流程控制阀（4.3.4.3）设置于第三下排螺旋摩阻管（4.3.2.3）和第四下排螺旋摩阻管（4.3.2.4）与出口连接法兰（4.3.1.2）之间，第四下排流程控制阀（4.3.4.4）设置于第四下排螺旋摩阻管（4.3.2.4）与出口连接法兰（4.3.1.2）之间。
4.根据权利要求2所述的一种用于充气钻井的气体保压分流装置，其特征在于：所述第一下排螺旋摩阻管（4.3.2.1）和第一上排螺旋摩阻管（4.3.3.1）的出口端通过下转上排管连通管（4.3.6.1）连接，第三上排螺旋摩阻管（4.3.3.3）和第四下排螺旋摩阻管（4.3.2.4）的入口端通过上转下排管连通管（4.3.6.2）连接。
5.根据权利要求2所述的一种用于充气钻井的气体保压分流装置，其特征在于：所述螺旋摩阻管由管外壁（4.3.2.1.1）和内螺旋流道（4.3.2.1.2）构成，其中内螺旋流道（4.3.2.1.2）为螺旋结构。
6.根据权利要求1所述的一种用于充气钻井的气体保压分流装置，其特征在于：所述进气管路（1）由依次连接的进气由壬（1.1）、短进气管（1.2）和进气法兰（1.3）组成，所述进气由壬（1.1）入口端与充气钻井供气主管线（A）相连，进气法兰（1.3）出口端与缓冲腔（2）连接；所述缓冲腔（2）由缓冲腔体（2.1）、第一缓冲法兰（2.2）、第二缓冲法兰（2.3）和第三缓冲法兰（2.4）组成，其中第一缓冲法兰（2.2）、第二缓冲法兰（2.3）和第三缓冲法兰（2.4）分别与缓冲腔体（2.1）连接，所述第一缓冲法兰（2.2）与进气法兰（1.3）连接，第三缓冲法兰（2.4）与分流组件（4）入口端连接；所述供气管路（3）由依次连接的供气法兰（3.1）、短供气管（3.2）、气体流量计（3.3）和供气由壬（3.4）组成，所述供气法兰（3.1）与第二缓冲法兰（2.3）连接，供气由壬（3.4）出口端与充气钻井用气体控制撬（B），所述气体流量计（3.3）安装在短供气管（3.2）上，其中气体流量计（3.3）连接分流控制组件（5）。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的用于充气钻井的气体保压分流装置的分流方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）钻井的气体通过进气管路（1）进入缓冲腔（2），然后进入供气管路（3）；
步骤2）分流前根据钻井流动通道压耗初选分流组件（4），然后通过分流控制组件（5）分析采集到的数据，并形成控制分流组件（4）的控制决策指令，使供气管路（3）读取值即实际供气量与充气钻井用气体控制撬（B）的钻井注气量需求吻合，将多余的气体通过分流组件（4）分流，实现注入气体的可控制的保压分流。
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