CN114991691A - 一种海上高温高压井钻井作业应急泄压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海上高温高压井钻井作业应急泄压系统，在钻井阻流管汇后面(下游)依次连接高压管线、地面安全阀、动力油嘴、数据头、油嘴管汇、三相分离器、分向管汇和燃烧臂等。如钻遇异常高压首先采取钻井游车顶驱向井内顶替高比重钻井液，井筒内钻井液混合地层流体由环空返出至应急泄压系统，通过系统中动力油嘴、油嘴管汇进行压力多级控制，节流降压后的流体经三相分离器分离后，气体流经分向管汇至燃烧臂进行燃烧处理，从而实现压力安全释放，保证钻井井控安全。本发明具有安全性高、稳定性高和耐冲蚀性高的特点。
Description
技术领域
本发明涉及石油、天然气勘探开发技术领域，更具体的是，本发明涉及一种海上高温高压井钻井作业应急泄压系统。
背景技术
目前，海上油气田开发钻井期间通常是通过井口防喷器作为井控安全措施的重要屏障，当钻遇异常高压的情况，不会直接构成井涌或井喷事故，无需立即关闭防喷器，通常通过钻井阻流管汇、气液分离器进行应急泄压和循环压井，在常规钻井作业中应用较为广泛。
该项技术具体工序为：①通过钻井游车顶驱向井内顶替高比重钻井液；②调节钻井阻流管汇进行压力控制；③节流降压后的流体在钻井气液分离器进行气液两相分离；④分离后的天然气直接通过钻井天车排空，液体导入泥浆池；⑤持续循环，直至关闭阻流管汇无压力为止。
但现有技术存在以下不足：
1、由于钻井阻流管汇为一级节流，控制精度差，容易开关过大，难以满足海上高温高压井压力控制要求；
2、由于钻井阻流管汇采用可调针阀进行压力/流量控制，油嘴处易产生冲蚀发生刺漏现象，无法保障良好的压力控制，且具有较大的井控风险；
3、大多数钻井平台未配置燃烧臂，通过钻井气液分离器分离后的气体只能通过天车直接排空，当钻遇高压高产气层采用天车泄压极不安全，无论在处理方式还是处理量方面都存在较大短板。
发明内容
本发明的目的是设计开发了一种海上高温高压井钻井作业应急泄压系统，通过动力油嘴和油嘴管汇组合形成二级节流，结合三相分离器和燃烧臂，提高了系统压力控制能力、安全性和耐冲蚀能力，实现安全井控。
本发明提供的技术方案为：
一种海上高温高压井钻井作业应急泄压系统，包括：
动力油嘴，其入口端与钻井阻流管汇的出口端相连接；
油嘴管汇，其入口端与所述动力油嘴的出口相连接；
三相分离器，其入口端与所述油嘴管汇的出口端相连接；
两个燃烧臂，其均与所述三相分离器的气体出口端相连接。
优选的是，还包括：
地面安全阀，其设置在所述钻井阻流管汇的出口端和动力油嘴的入口端之间。
优选的是，所述地面安全阀、动力油嘴、油嘴管汇和三相分离器之间通过高压硬管线相连接。
优选的是，还包括：
第一压力传感器，其设置在所述油嘴管汇的入口端，用于检测井口压力；
温度传感器，其设置在所述油嘴管汇的入口端，用于检测井口温度；
第二压力传感器，其设置在钻台的节流管汇上，用于检测套管压力；
第三压力传感器，其设置在所述三相分离器内，用于检测流体压力；
流量传感器，其设置在所述三相分离器内，用于检测流体流量；
多个振动传感器，其分别设置在所述油嘴管汇的入口端、三相分离器的气体出口端和两个燃烧臂根部气路管线上，用于检测流程管线振动。
优选的是，还包括：
数据头，其设置在所述油嘴管汇的入口端，且所述数据头与第一压力传感器、温度传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、流量传感器和多个振动传感器相连接。
优选的是，还包括：
化学注入泵，其设置在所述动力油嘴和油嘴管汇之间，且所述化学注入泵的注入管线与数据头相连接。
优选的是，还包括：
控制面板，其与所述地面安全阀相连接，用于对所述地面安全阀进行液压控制；
ESD系统，其控制端分别设置在钻台司钻房、油嘴管汇、三相分离器、数采房和逃生通道中，且所述ESD系统与所述数据头相连接。
优选的是，还包括：
分向管汇，其设置在所述三相分离器的气体出口和两个燃烧臂之间。
优选的是，所述三相分离器为卧式三相分离器。
优选的是，所述动力油嘴的材质为碳化钨。
本发明所述的有益效果：
(1)、本发明设计开发的一种海上高温高压井钻井作业应急泄压系统，在钻井期间正常钻进且井内突然出现异常高压时，采取钻井游车顶驱往井内顶替重浆，从环空返出至高压地面流程，通过地面流程进行压力控制、释放及处理同时循环压井，实现安全井控的目的，提升海上高温高压井井控应急处置保障能力和井控风险预防保障能力。
(2)、本发明设计开发的一种海上高温高压井钻井作业应急泄压系统，采用动力油嘴和油嘴管汇组合二级节流的方式，提高系统压力控制能力以及耐冲蚀能力；结合燃烧臂提高气体处理量以及处理方式的安全性和环保性；配备大排量化学注入泵有效应对生成水合物、伴生有毒有害气体等复杂情况；配备地面流程安全监测系统，实时监测系统内流体的温度、压力、流量以及系统流程的振动情况，保证系统运行的安全性。
附图说明
图1为本发明所述海上高温高压井钻井作业应急泄压系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供的一种海上高温高压井钻井作业应急泄压系统，由地面安全阀110、ESD系统、数据头、动力油嘴120、油嘴管汇130、三相分离器140、数采房、分向管汇150、大排量化学注入泵、2个燃烧臂160及其相关配套设备构成，其中，所述动力油嘴120的入口端与钻井阻流管汇100的出口端相连接，出口端与油嘴管汇130的入口端相连接，所述油嘴管汇130的出口端与三相分离器140的入口端相连接，所述三相分离器140的气体出口端通过分向管汇150与两个燃烧臂160相连接，液化气瓶为燃烧臂160燃烧提供助燃液化气。
所述动力油嘴120的入口端与钻井阻流管汇100的出口端之间设置有地面安全阀110，可以实现地面应急关井，作为井控安全的另一道屏障。
地面安全阀110和动力油嘴120分别通过液压控制面板170实现远程控制，安全高效。
在本实施例中，所述分向管汇150为三通管汇。
所述地面安全阀110、动力油嘴120、油嘴管汇130和三相分离器140之间通过高压硬管线相连接。
所述化学注入泵设置在所述动力油嘴120和油嘴管汇130之间，在本实施例中，配备大排量化学注入泵能够有效应对生成水合物、伴生有毒有害气体等复杂情况。
本发明中还包括地面流程安全监测系统，用于对井口压力、井口温度、套管压力、分离器压力、流体流量、流程管线振动等进行在线实时监测，所述地面流程安全监测系统具体包括：第一压力传感器、温度传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、流量传感器和4个振动传感器(图中未示出)，所述第一压力传感器设置在所述油嘴管汇130的入口端，用于检测井口压力；温度传感器设置在所述油嘴管汇130的入口端，用于检测井口温度；第二压力传感器设置在钻台的节流管汇上，用于检测套管压力；第三压力传感器设置在所述三相分离器140内，用于检测流体压力；流量传感器设置在所述三相分离器140内，用于检测流体流量；4个振动传感器分别设置在所述油嘴管汇130的入口端、三相分离器140的气体出口端和2个燃烧臂160根部气路管线上，用于检测流程管线振动。
所述数据头设置在所述油嘴管汇130的上游且直接与油嘴管汇130的入口端相连接，用于提供所述第一压力传感器、温度传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、流量传感器、4个振动传感器和化学注入泵的接口，且分别通过节流针阀与上述传感器相连接。
所述ESD系统作为地面安全阀110的应急关断控制系统，其控制端分别设置在钻台司钻房、油嘴管汇处、分离器处、数采房内以及至安全区域的逃生通道处，控制端通过仪表气软管线与地面安全阀的液压控制面板和数据头相连接。
在本实施例中，所述三相分离器为卧式三相分离器，
本发明所述的海上高温高压井钻井作业应急泄压系统，从系统功能方面，采用动力油嘴和油嘴管汇组合二级节流的方式，通过油嘴管汇二级节流手动控制以及数采系统实时压力在线检测提高压力控制能力；配备三相分离器和燃烧臂，分离后的可燃气体可通过燃烧臂燃烧处理，安全性和处理量得到提高；配备地面安全阀，可以实现地面应急关井，作为井控安全的另一道屏障。从系统可靠性方面，配备动力油嘴，作为第一道节流屏障，采用碳化钨超高耐磨材料，在耐磨性以及应对各种复杂条件方面具有较高优势，同时为第二道节流提供保护；配备大排量化学注入泵有效应对生成水合物、伴生有毒有害气体等复杂情况。
本发明提供的一种海上高温高压井钻井作业应急泄压系统的工作过程为：
当海上钻井平台钻遇异常高压地层时，首先采取钻井游车顶驱往井内顶替高比重钻井液，井筒内钻井液混合地层流体由环空返出至应急泄压系统，通过所述系统中的动力油嘴、油嘴管汇、地面分离器、燃烧臂等进行压力多级控制，节流降压后的流体经分离器分离后，气体流经分向管汇至燃烧臂进行燃烧处理，液体返回至泥浆池收集，从而实现压力安全释放及处理，实现安全井控的目的，提升海上高温高压井井控应急处置保障能力和井控风险预防保障能力，作为钻井异常压力(高压)安全释放的重要手段，保证海上高温高压井的钻井安全。
本发明设计开发的一种海上高温高压井钻井作业应急泄压系统，结合高温高压井特点及常规应急泄压、循环压井等工序，在钻井期间正常钻进时井内突然出现异常高压，通过地面流程将井内压力进行释放并循环压井，实现安全井控的目的，降低施工风险。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
Claims (10)
1.一种海上高温高压井钻井作业应急泄压系统，其特征在于，包括：
动力油嘴，其入口端与钻井阻流管汇的出口端相连接；
油嘴管汇，其入口端与所述动力油嘴的出口相连接；
三相分离器，其入口端与所述油嘴管汇的出口端相连接；
两个燃烧臂，其均与所述三相分离器的气体出口端相连接。
2.如权利要求1所述的海上高温高压井钻井作业应急泄压系统，其特征在于，还包括：
地面安全阀，其设置在所述钻井阻流管汇的出口端和动力油嘴的入口端之间。
3.如权利要求2所述的海上高温高压井钻井作业应急泄压系统，其特征在于，所述地面安全阀、动力油嘴、油嘴管汇和三相分离器之间通过高压硬管线相连接。
4.如权利要求3所述的海上高温高压井钻井作业应急泄压系统，其特征在于，还包括：
第一压力传感器，其设置在所述油嘴管汇的入口端，用于检测井口压力；
温度传感器，其设置在所述油嘴管汇的入口端，用于检测井口温度；
第二压力传感器，其设置在钻台的节流管汇上，用于检测套管压力；
第三压力传感器，其设置在所述三相分离器内，用于检测流体压力；
流量传感器，其设置在所述三相分离器内，用于检测流体流量；
多个振动传感器，其分别设置在所述油嘴管汇的入口端、三相分离器的气体出口端和两个燃烧臂根部气路管线上，用于检测流程管线振动。
5.如权利要求4所述的海上高温高压井钻井作业应急泄压系统，其特征在于，还包括：
数据头，其设置在所述油嘴管汇的入口端，且所述数据头与第一压力传感器、温度传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、流量传感器和多个振动传感器相连接。
6.如权利要求5所述的海上高温高压井钻井作业应急泄压系统，其特征在于，还包括：
化学注入泵，其设置在所述动力油嘴和油嘴管汇之间，且所述化学注入泵的注入管线与数据头相连接。
7.如权利要求6所述的海上高温高压井钻井作业应急泄压系统，其特征在于，还包括：
控制面板，其与所述地面安全阀相连接，用于对所述地面安全阀进行液压控制；
ESD系统，其控制端分别设置在钻台司钻房、油嘴管汇、三相分离器、数采房和逃生通道中，且所述ESD系统与所述数据头相连接。
8.如权利要求7所述的海上高温高压井钻井作业应急泄压系统，其特征在于，还包括：
分向管汇，其设置在所述三相分离器的气体出口和两个燃烧臂之间。
9.如权利要求8所述的海上高温高压井钻井作业应急泄压系统，其特征在于，所述三相分离器为卧式三相分离器。
10.如权利要求9所述的海上高温高压井钻井作业应急泄压系统，其特征在于，所述动力油嘴的材质为碳化钨。
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