CN114718486A - 一种基于井下防喷器的井筒压力控制装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于井下防喷器的井筒压力控制装置和方法，包括井口溢流监测装置，所述井口溢流监测装置实时监测井口溢流及井涌情况；钻柱，所述钻柱的上部设置有可开关的钻井液循环通道；以及设置在所述钻柱中部的防喷器，所述防喷器构造成能够通过投入憋压球而膨胀从而封隔所述钻柱与套管的环空；并通过管串憋通后解封。本发明能够监测到井口溢流及井涌，并在到井口溢流及井涌情况出现时启动防喷器坐封，进行循环压井并使井下压力平衡，压井结束，井下防喷器解封，井筒重新建立钻井液循环，继续正常钻进，可有效防止井口溢流及井涌。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于井下防喷器的井筒压力控制装置和方法，属于油气田钻完井技术领域。
背景技术
在石油天然气钻井施工中，为安全地钻过高压油、气层并避免发生钻井井喷失控事故，需要在钻井的井口或井底安装一种设备，即防喷器。当井筒内的压力小于地层压力时，井下地层中的油、气、水进入井筒并形成溢流或井涌，严重时可发生钻井井喷和着火事故。防喷器的作用就是当井内出现溢流、井涌时，可快速关闭井口和井下环空，防止井喷事故的发生。
防喷器的类型可分为普通防喷器、万能防喷器和旋转防喷器。万能防喷器是可以在紧急情况下启动，应付任何尺寸的钻具和空井；旋转防喷器是可以实现边喷边钻作业。在深井钻井中常是除两种普通防喷器外，再加上万能防喷器、旋转防喷器，使三种或四种组合地装于井口。
现有的井下防喷器在使用时，其井筒压力不易控制，使得使用不安全，不能有效保证操作人员的生命安全，因此，急需一种基于井下防喷器的井筒压力控制工艺来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于井下防喷器的井筒压力控制装置和方法，能够监测到井口溢流及井涌，并在到井口溢流及井涌情况出现时启动防喷器坐封，进行循环压井并使井下压力平衡，压井结束，井下防喷器解封，井筒重新建立钻井液循环，继续正常钻进，可有效防止井口溢流及井涌。
根据本发明的一个方面，提出了一种基于井下防喷器的井筒压力控制装置，包括：
井口溢流监测装置，所述井口溢流监测装置实时监测井口溢流及井涌情况；钻柱，所述钻柱的上部设置有可开关的钻井液循环通道；以及
设置在所述钻柱中部的防喷器，所述防喷器构造成能够通过投入憋压球而膨胀从而封隔所述钻柱与套管的环空；并通过管串憋通后解封。
本发明的进一步改进在于，所述钻柱的内部设置有单流阀。
本发明的进一步改进在于，所述钻井液循环通道包括连通所述钻柱内部和外部的循环孔，以及能够封堵和打开所述循环孔的环形遮挡片。
本发明的进一步改进在于，所述循环孔的上方设置有收纳槽，所述收纳槽内安装有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的端部连接所述环形遮挡片；
其中，所述电动伸缩杆伸长时所述环形遮挡片封堵所述循环孔，所述电动伸缩杆收缩时所述环形遮挡片收缩到所述收纳槽内，所述循环孔打开。
本发明的进一步改进在于，所述电动伸缩杆通过电动马达或电机控制伸缩。
本发明的进一步改进在于，所述环形遮挡片通过导向块连接在所述钻柱上，并沿所述导向块滑动。
根据本发明的另一个方面，提出了一种井筒压力控制方法，包括：
将防喷器与钻柱相连并下放到井下，通过井口溢流检测装置实时监测井口溢流及井涌情况；
当井口溢流监测装置监测到井口溢流及井涌出现时，井下防喷器坐封，关闭单向阀并开启所述钻井液循环通道；
进行循环压井并使井下压力平衡；
压井结束处理完溢流后，井下防喷器解封，钻井液循环通道关闭，井筒重新建立钻井液循环，继续正常钻进。
本发明的进一步改进在于，当井口溢流监测装置监测到井口溢流及井涌出现时，通过下压启动钻进，并投球启动下钻使防喷器启动。
本发明的进一步改进在于，在压井过程中，通过压力演变模型计算防喷器底部的压力变化。
本发明的进一步改进在于，在压井过程中，防喷器底部压力达到防喷器最大承受压力的时间为安全作业时间。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明所述基于井下防喷器的井筒压力控制装置和方法，井口溢流监测装置监测到井口溢流及井涌出现时，井下防喷器坐封，采用井筒压力控制软件，确定压井方案，进行循环压井并使井下压力平衡，压井结束，井下防喷器解封，井筒重新建立钻井液循环，继续正常钻进，可有效防止井口溢流及井涌，使用安全可靠，可有效保证操作人员的生命安全。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1所示为本发明的一个实施例的基于井下防喷器的井筒压力控制装置的结构示意图，显示了钻柱正常钻进的工作状态；
图2所示为本发明的一个实施例的基于井下防喷器的井筒压力控制装置的结构示意图，显示了防喷器坐封的工作状态；
图3所示为本发明的一个实施例的基于井下防喷器的井筒压力控制装置的结构示意图，显示了钻井液循环通道打开的工作状态；
图4所示为本发明的一个实施例的基于井下防喷器的井筒压力控制装置的结构示意图，显示了防喷器解封后的工作状态；
图5所示为本发明的一个实施例的钻井液循环通道的结构示意图，显示了环形遮挡片关闭钻井液通道状态；
图6所示为本发明的一个实施例的钻井液循环通道的结构示意图，显示了环形遮挡片打开钻井液通道状态；
图7为图6的A-A剖视图。
附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
在附图中各附图标记的含义如下：1、钻柱，11、钻井液循环通道，12、收纳槽，2、单流阀，3、胶筒，4、环形遮挡片，41、导向块，5、电动伸缩杆。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的一种基于井下防喷器的井筒压力控制装置，其包括井口溢流监测装置。井口溢流监测装置实时监测井口溢流及井涌情况。钻柱1，所述钻柱1的上部设置有可开关的钻井液循环通道11，当钻井液循环通道11打开时，能够连通钻柱1的内部和外部；当钻井液循环通道11关闭时，能够封隔所述钻柱1的内部和外部。
所述钻柱1的中部设置有防喷器，所述防喷器构造成能够通过投入憋压球而膨胀从而封隔所述钻柱1与套管的环空；并通过管串憋通后解封。
当井口溢流检测装置检测到井口溢流或井涌现象时，钻柱1上的防喷器胀封钻柱1与套管的环空(如图2所示)，同时开启钻井液循环通道11，钻井液从通道上流(如图3所示)，提供压井条件，下部钻井液停止循环。压井结束，处理完溢流后，管串憋通后，井下防喷器解封，同时关闭钻井液循环通道11(如图4所示)。
在一个实施例中，如图2所示，所述钻柱1的内部设置有单流阀2。
在一个实施例中，如图5和图6所示，所述钻井液循环通道11包括设置在钻柱1的上部的循环孔，所述循环孔连通钻柱1的内部和外部。钻井液循环通道11还包括环形遮挡片4，环形遮挡片4设置在钻柱1壁的环形空间内，环形遮挡片4能够移动，从而封堵循环孔或打开循环孔。
在一个优选的实施例中，如图5所示，循环孔的上方设置有收纳槽12，收纳槽12为环形的腔体，其内部均匀布置若干电动伸缩杆5，电动伸缩杆5的端部朝下并连接环形遮挡片4。在本实施例中，电动伸缩杆5能够伸长或收缩，其伸长时环形遮挡片4封堵所述循环孔(如图5所示)；其收缩时，环形遮挡片4随之收缩到收纳槽12内，这时由于环形遮挡片4离开循环孔，使循环孔打开，连通了钻柱1的内部和外部(如图6所示)。
优选地，所述电动伸缩杆5通过电动马达或电机控制伸缩。
在一个实施例中，如图7所示，所述环形遮挡片4通过导向块41连接在所述钻柱1上，并沿所述导向块41滑动。其中，导向块41设置在收纳槽12的下端或者延伸到钻井液循环孔上，并且导向块41成对设置，分别设置在环形遮挡片4的两侧，在两个导向块41之间形成供环形遮挡片4移动的通道。
井口溢流监测装置不仅用于监测口溢流及井涌情况，还内置压力演变模型，用于计算防喷器底部的压力变化。
根据本发明的另一个方面，还提出了一种井筒压力控制方法，本实施例所述的井筒压力控制方法通过上述实施例所述的基于井下防喷器的井筒压力控制装置来实现。所述方法包括以下步骤：
组装所述基于井下防喷器的井筒压力控制装置，将防喷器与钻柱1相连并下放到井下，通过井口溢流检测装置实时监测井口溢流及井涌情况；
当井口溢流监测装置监测到井口溢流及井涌出现时，井下防喷器坐封，关闭单向阀并开启所述钻井液循环通道11；
进行循环压井并使井下压力平衡；
压井结束处理完溢流后，井下防喷器解封，钻井液循环通道11关闭，井筒重新建立钻井液循环，继续正常钻进。
在一个优选的实施例中，当井口溢流监测装置监测到井口溢流及井涌出现时，通过下压启动钻进，并投球启动下钻使防喷器启动。同时将单流阀2关闭，防喷器的胶筒3胀封，可实现危险层环空封隔，将高压流体隔离在井下，井口上部建立钻井液循环通道11，钻井液从通道上流，提供压井条件，下部钻井液停止循环。
在一个实施例中，在压井过程中，通过压力演变模型计算防喷器底部的压力变化。
在一个实施例中，在压井过程中，防喷器底部压力达到防喷器最大承受压力的时间为安全作业时间。
使用防喷器坐封后，采用井筒压力控制软件，确定压井方案，进行循环压井并使井下压力平衡，通过压力演变模型计算防喷器底部的压力变化，防喷器底部压力达到防喷器最大承受压力的时间为安全作业时间，使井筒压力易控制。
根据本实施例所述的井筒压力控制方法，通过井口溢流监测装置实时监测井口数据情况(如图1所示)，当井口溢流监测装置监测到井口溢流及井涌出现时，通过下压启动钻进，投球启动下钻使防喷器启动，井下防喷器坐封，同时将单流阀2关闭，防喷器的胶筒3胀封，可实现危险层环空封隔，将高压流体隔离在井下。与此同时，电动伸缩杆5带动环形遮挡片4在导向块41的导向作用下竖直上升，直至环形遮挡片4进入收纳槽12内，此时钻井液循环通道11由于不再被环形遮挡片4遮挡而打开。这样，井口上部可建立钻井液循环通道11，钻井液从通道上流，提供压井条件。
此时下部钻井液停止循环，使用防喷器坐封后，井口溢流监测装置通过压力演变模型计算防喷器底部的压力变化，防喷器底部压力达到防喷器最大承受压力的时间为安全作业时间，采用井筒压力控制软件，确定压井方案，进行循环压井并使井下压力平衡。
压井结束，处理完溢流后，管串憋通后，井下防喷器解封，电动伸缩杆5带动环形遮挡片4在导向块41的导向作用下竖直下移，直至环形遮挡片4进入钻井液循环通道11内，此时钻井液循环通道11被环形遮挡片4遮挡，井筒重新建立钻井液循环，继续正常钻进，该井筒压力控制工艺，可有效防止井口溢流及井涌，使用安全可靠，可有效保证操作人员的生命安全。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于井下防喷器的井筒压力控制装置，其特征在于，包括：
井口溢流监测装置，所述井口溢流监测装置实时监测井口溢流及井涌情况；
钻柱(1)，所述钻柱(1)的上部设置有可开关的钻井液循环通道(11)；以及
设置在所述钻柱(1)中部的防喷器，所述防喷器构造成能够通过投入憋压球而膨胀从而封隔所述钻柱(1)与套管的环空；并通过管串憋通后解封。
2.根据权利要求1所述的基于井下防喷器的井筒压力控制装置，其特征在于，所述钻柱(1)的内部设置有单流阀(2)。
3.根据权利要求2所述的基于井下防喷器的井筒压力控制装置，其特征在于，所述钻井液循环通道(11)包括连通所述钻柱(1)内部和外部的循环孔，以及能够封堵和打开所述循环孔的环形遮挡片(4)。
4.根据权利要求3所述的基于井下防喷器的井筒压力控制装置，其特征在于，所述循环孔的上方设置有收纳槽(12)，所述收纳槽(12)内安装有电动伸缩杆(5)，所述电动伸缩杆(5)的端部连接所述环形遮挡片(4)；
其中，所述电动伸缩杆(5)伸长时所述环形遮挡片(4)封堵所述循环孔，所述电动伸缩杆(5)收缩时所述环形遮挡片(4)收缩到所述收纳槽(12)内，所述循环孔打开。
5.根据权利要求4所述的基于井下防喷器的井筒压力控制装置，其特征在于，所述电动伸缩杆(5)通过电动马达或电机控制伸缩。
6.根据权利要求5所述的基于井下防喷器的井筒压力控制装置，其特征在于，所述环形遮挡片(4)通过导向块(41)连接在所述钻柱(1)上，并沿所述导向块(41)滑动。
7.使用根据权利要求1至6中任一项所述的基于井下防喷器的井筒压力控制装置的井筒压力控制方法，其特征在于，包括：
将防喷器与钻柱(1)相连并下放到井下，通过井口溢流检测装置实时监测井口溢流及井涌情况；
当井口溢流监测装置监测到井口溢流及井涌出现时，井下防喷器坐封，关闭单向阀并开启所述钻井液循环通道(11)；
进行循环压井并使井下压力平衡；
压井结束处理完溢流后，井下防喷器解封，钻井液循环通道(11)关闭，井筒重新建立钻井液循环，继续正常钻进。
8.根据权利要求7所述的基于井下防喷器的井筒压力控制装置，其特征在于，当井口溢流监测装置监测到井口溢流及井涌出现时，通过下压启动钻进，并投球启动下钻使防喷器启动。
9.根据权利要求8所述的基于井下防喷器的井筒压力控制装置，其特征在于，在压井过程中，井口溢流监测装置通过压力演变模型计算防喷器底部的压力变化。
10.根据权利要求9所述的基于井下防喷器的井筒压力控制装置，其特征在于，在压井过程中，防喷器底部压力达到防喷器最大承受压力的时间为安全作业时间。
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