CN112780222B - 一种自动控制堵漏材料分段加注的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动控制堵漏材料分段加注的装置与方法。该装置包括加料漏斗1、底座15、调速电机5、螺旋叶片3、加注罐6、搅拌机11、吸液泵10、吸液泵节流阀9、钻井液循环罐8、加注罐节流阀12、流量计13、钻井泵14和控制面板7。该方法包括：（1）将不同的堵漏材料分别添加至不同的加料漏斗中；（2）通过吸液泵将钻井液泵入加注罐内，将堵漏材料注入加注罐内，开启搅拌机，将钻井液与堵漏材料搅拌均匀，成为堵漏浆；（3）将堵漏浆通过钻井泵注入井筒；（4）完成多级堵漏浆注入后，钻井液进行正常的钻井循环。本发明能够更好控制堵漏材料的加注过程，实现堵漏材料的分段注入，有效提高钻井过程的堵漏效果，实现高效钻井。
Description
技术领域
本发明涉及油气田勘探开发领域，具体涉及钻井工程中一种自动控制堵漏材料分段加注的装置与方法。
背景技术
石油钻井作业过程中井漏严重影响施工进度，漏失大量钻井液造成巨大的经济损失，可能还会带来更多的井下复杂问题。针对井漏，常用桥塞堵漏方法进行处理，常规的桥塞堵漏方法是将不同粒径的堵漏材料按照一定比例混合均匀后一次性注入井筒，让堵漏材料在裂缝中架桥充填形成封堵层，实现堵漏。常规桥塞堵漏效率低，裂缝发生变形后容易复漏，且造成堵漏材料的浪费。发明专利“一种适用于裂缝性地层的多段塞分级堵漏方法”(CN110118073A)公开了一种新的桥塞堵漏方法，该方法需要分段注入不同粒径的堵漏材料，首先注入架桥颗粒，形成架桥颗粒层，然后通过分次注入次级堵漏颗粒，逐级填充，最后形成致密封堵层。此方法需要对堵漏材料进行分批注入，并精确控制堵漏浆浓度，而目前现场钻井液循环系统的设备难以实现多段塞分级堵漏工艺，为此设计了一套自动控制堵漏材料分段加注的装置与使用方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动控制堵漏材料分段加注的装置，该装置原理可靠，操作简便，能将堵漏材料按比例分批注入井筒中，保证堵漏浆按设定的流量、浓度注入井筒，从而对堵漏浆的调配与浓度实现全过程精准控制。
本发明的另一目的还在于提供利用上述装置自动控制堵漏材料分段加注的方法，通过该方法能够更好控制堵漏材料的加注过程，实现堵漏材料的分段注入，有效提高钻井过程的堵漏效果，实现高效钻井，具有广阔的市场应用前景。
为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。
一种自动控制堵漏材料分段加注的装置，包括加料漏斗、底座、调速电机、螺旋叶片、加注罐、搅拌机、吸液泵、控制面板、吸液泵节流阀、加注罐节流阀、流量计和钻井泵。
所述加料漏斗固定在底座上，不同的加料漏斗用以添加不同的堵漏材料。通过控制挡片来控制不同加料漏斗里堵漏材料分批或同时加注。
所述底座用以固定加料机部分，汇集加料漏斗中的堵漏材料进入加注罐。
所述调速电机通过联轴器与螺旋叶片相连接，调速电机固定在螺旋叶片上方，受系统控制，调节螺旋叶片速度。
所述螺旋叶片的左端是进料口，下端是出料口，螺旋叶片的转速决定了堵漏材料的加注速度。
所述搅拌机固定在加注罐中，对吸入的钻井液和加入的堵漏材料进行混合搅拌，保证堵漏材料与钻井液均匀混合。
所述吸液泵一端通过吸液管线接入到钻井液循环罐内，另一端连接至加注罐，通过吸液管线将钻井液循环罐内的钻井液吸入加注罐内。
所述吸液泵节流阀安装在吸液管线上，用以调节吸入钻井液的流量。
所述加注罐左端通过吸液管线接入到钻井液循环罐内，吸入钻井液；上方为堵漏材料的进料口；右端通过注浆管线连接至钻井泵，配好的堵漏浆通过钻井泵注入井筒中。加注罐主要是充当堵漏材料与钻井液混合的容器。
所述控制面板作为整个自动控制系统的输入端，用以设定堵漏材料的加注时间与加注速度。
所述加注罐节流阀安装在注浆管线上，用以控制堵漏浆流量。
所述混合流体流量计位于注浆管线上，测量加注罐输出的堵漏浆流量。
所述钻井泵连接至加注灌，将加注灌中的堵漏浆泵入井筒。
利用上述装置自动控制堵漏材料分段加注的方法，依次包括以下步骤：
(1)将不同的堵漏材料分别添加至不同的加料漏斗中，设定好每一级堵漏材料的注入速度与开始注入时间，堵漏材料的注入速度v为：
式中，v为堵漏材料的注入速度，cm3/s；q为吸液管线注入加注罐的钻井液流量，L/s；C为加注罐内包含堵漏材料的堵漏浆浓度，g/L；ρ为堵漏材料的密度，g/cm3。
若需要将不同加料漏斗里的堵漏材料按一定比例混合，则将不同加料漏斗的注入速度按此比例设置，总的注入速度不变即可。
堵漏材料的开始注入时间根据上一级材料的注入时间确定，注入时间为：
式中，t为某一级堵漏材料的注入时间，s；S为某一级堵漏材料的总量，m3；v为某一级堵漏材料的加注速度，cm3/s；
(2)通过吸液泵将钻井液循环罐内的钻井液泵入加注罐内，打开堵漏材料加注控制系统，将堵漏材料与钻井液注入加注罐内，开启搅拌机，将钻井液与堵漏材料搅拌均匀，成为堵漏浆；
(3)将堵漏浆通过钻井泵注入井筒，通过调节加注罐节流阀调节其注浆流量；
(4)完成多级堵漏浆注入后，钻井液进行正常的钻井循环。
不同的段塞根据注入顺序在井下起到不同的作用，先进入的颗粒形成架桥，后续段塞的堵漏材料进行填充，最后形成致密封堵层。
本发明通过控制加料漏斗的挡片，实现不同粒级堵漏的分批或同时加注，通过控制面板调节电机转动速度以控制堵漏材料的加注速度，并将堵漏材料按一定比例注入加注罐；通过吸液泵节流阀来调节钻井液的注入流量，通过调节加注罐节流阀以控制堵漏浆的流量。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
在原有钻井液的循环系统上做简单改造，就能实现将堵漏材料或其他钻井液所需材料按所设定的要求自动添加至钻井液中，不仅实现了堵漏材料的分段加注，并通过自动控制系统控制堵漏材料的加注速度，使不同堵漏材料之间可按一定比例混合注入，从而对堵漏浆的调配与浓度实现全过程精准控制。本发明将堵漏材料分段注入井筒，使现场可以采用更小体积的加注罐，节约设施成本，并能提高架桥颗粒浓度。
附图说明
图1是一种自动控制堵漏材料分段加注的装置结构示意图。
图2是底座部分俯视图。
图中：1-加料漏斗；2-挡片；3-螺旋叶片；4-联轴器；5-调速电机；6-加注罐；7-控制面板；8-钻井液循环罐；9-吸液泵节流阀；10-吸液泵；11-搅拌机；12-加注罐节流阀；13-流量计；14-钻井泵；15-底座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参看图1、图2。
一种自动控制堵漏材料分段加注的装置，包括加料漏斗1、底座15、调速电机5、螺旋叶片3、加注罐6、搅拌机11、吸液泵10、吸液泵节流阀9、钻井液循环罐8、加注罐节流阀12、流量计13、钻井泵14和控制面板7。
所述加料漏斗1通过进料通道固定于底座15，加料漏斗底部设置挡片2，进料通道内设置螺旋叶片3，螺旋叶片通过联轴器4连接调速电机5，进料通道左端为进料口，该进料口通过挡片连接加料漏斗，下端是出料口，该出料口通过底座连接加注罐6。
所述加注罐6内有搅拌机11，上方与进料通道的出料口连通，左端通过吸液管线连接钻井液循环罐8，吸液管线设置吸液泵10、吸液泵节流阀9，右端通过注浆管线连接钻井泵14，注浆管线设置加注罐节流阀12和流量计13。
所述控制面板7为堵漏材料加注控制系统输入端，设定堵漏材料的加注时间与加注速度。
利用上述装置对井筒中分段加入堵漏材料，具体步骤如下：
计算好每一级堵漏浆的浓度C1、C2、C3。第二级段塞堵漏浆的浓度参考常规堵漏浆浓度配方设计，保证不低于第一级堵漏浆的浓度。第三级作为补充，以细颗粒封堵材料为主，如超细碳酸钙，沥青类材料，根据实际情况决定是否使用。
将所配置好的各级堵漏材料分别添加至不同的加料漏斗中。
设定好每一级堵漏材料的加注速度，其第一级堵漏材料的加注速度计算公式为：
式中，v1为第一级堵漏材料的加注速度，cm3/s，q为吸液管线注入加注罐的钻井液流量，L/s；C1为加注罐内包含第一级堵漏材料的堵漏浆浓度，g/s；ρ为第一级堵漏材料的密度，g/cm3。
若此级需要不同加料漏斗里的堵漏材料A与B按x：y的比例混合注入，则A、B材料的注入速度分别为：
式中，vA为A材料的注入速度，cm3/s；vB为B材料的注入速度，cm3/s。
第二、三级堵漏材料的加注速度计算方法同上。
根据第一、二级堵漏材料的注入时间，设定好第二、三级堵漏材料的开始加注时间。
第一级堵漏材料的注入时间为：
式中，t1为第一级堵漏材料的注入时间，s；S1为第一级堵漏材料的总量，m3；v1为第一级堵漏材料的加注速度，cm3/s。
第二级堵漏材料的开始加注时间为t1。
第二级堵漏材料的加注时间计算方法同上，得出加注时间为t2。
第三级堵漏材料的开始加注时间为t1+t2。
打开吸液泵，将钻井液循环罐内的钻井液泵入加注罐内，同时打开堵漏材料控制系统，将第一级堵漏材料所在加料漏斗的挡片打开，开始加注第一级堵漏材料。
将堵漏材料与钻井液添加至加注罐内后，开启搅拌机，将钻井液与堵漏材料搅拌均匀，待加注罐内钻井液与堵漏材料被搅拌机搅拌均匀后，堵漏浆通过钻井泵注入井筒，其初始排量为Q，通过调节加注罐节流阀可调节其注浆流量。
当第一级堵漏材料注入完成后，系统自动打开第二级堵漏材料所在加料漏斗的挡片，开始注入第二级的堵漏材料。
当第二级堵漏材料注入完成后，系统自动打开第三级堵漏材料所在加料漏斗的挡片，开始注入第三级的堵漏材料。
完成多级堵漏浆注入后调速电机与加料装置自动关闭，钻井液进行正常的钻井循环。
不同的段塞根据注入顺序在井下起到不同的作用，先进入的颗粒形成架桥，后续段塞的堵漏材料进行填充，最后形成致密封堵层。
Claims (4)
1.一种自动控制堵漏材料分段加注的方法，其特征在于， 依靠分段加注装置完成，该装置包括加料漏斗(1)、底座(15)、调速电机(5)、螺旋叶片(3)、加注罐(6)、搅拌机(11)、吸液泵(10)、吸液泵节流阀(9)、钻井液循环罐(8)、加注罐节流阀(12)、流量计(13)、钻井泵(14)和控制面板(7)，所述加料漏斗(1)通过进料通道固定于底座(15)，加料漏斗底部设置挡片(2)，进料通道内设置螺旋叶片(3)，螺旋叶片通过联轴器(4)连接调速电机(5)，进料通道左端为进料口，该进料口通过挡片连接加料漏斗，下端是出料口，该出料口通过底座连接加注罐(6)；所述加注罐内有搅拌机，上方与进料通道的出料口连通，左端通过吸液管线连接钻井液循环罐(8)，吸液管线设置吸液泵(10)、吸液泵节流阀(9)，右端通过注浆管线连接钻井泵(14)，注浆管线设置加注罐节流阀(12)和流量计(13)；所述控制面板(7)为堵漏材料加注控制系统输入端，设定堵漏材料的加注时间与加注速度；该方法依次包括以下步骤：
(1)将不同的堵漏材料分别添加至不同的加料漏斗中，设定好每一级堵漏材料的注入速度与开始注入时间；
(2)通过吸液泵将钻井液循环罐内的钻井液泵入加注罐内，打开堵漏材料加注控制系统，将堵漏材料注入加注罐内，开启搅拌机，将钻井液与堵漏材料搅拌均匀，成为堵漏浆；
(3)将堵漏浆通过钻井泵注入井筒，通过调节加注罐节流阀调节其注浆流量；
(4)完成多级堵漏浆注入后，钻井液进行正常的钻井循环。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，堵漏材料的注入速度v为：
式中，v为堵漏材料的注入速度，cm3/s；q为吸液管线注入加注罐的钻井液流量，L/s；C为加注罐内包含堵漏材料的堵漏浆浓度，g/L；ρ为堵漏材料的密度，g/cm3。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当需要将不同加料漏斗里的堵漏材料按一定比例混合时，则将不同加料漏斗的注入速度按此比例设置，总的注入速度不变。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，堵漏材料的开始注入时间根据上一级材料的注入时间确定：
式中，t为某一级堵漏材料的注入时间，s；S为某一级堵漏材料的总量，m3；v为某一级堵漏材料的加注速度，cm3/s。
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| GR01 | Patent grant | ||
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