CN116220584A - 一种co2驱注采井压井系统及其优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CO2驱注采井压井系统，包括套管、钻杆以及井口套管；井口套管的一端与套管连通，另一端与钻井液储罐相连；钻杆上设置有立压传感器，井口套管上设置有套压传感器和气液流量计；与井口套管连通的高压支管，且高压支管位于气液流量计与节流阀之间；高压支管上设置有压力自控阀；第一循环周节流阀关闭，且套压大于Phigh时，压力自控阀自动打开；套压小于等于Phigh时，压力自控阀保持关闭；与井口套管连通的低压支管，且低压支管位于套压传感器之前；低压支管上设置有原浆自补充元件；第一循环周节流阀关闭，且套压小于Plow时，原浆自补充元件自动打开；套压大于等于Plow时，原浆自补充元件保持关闭。
Description
技术领域
本申请涉及CO2采油技术领域，具体涉及一种CO2驱注采井压井系统及其优化方法。
背景技术
随着油气勘探开发领域的不断延伸，钻井的复杂性和井控的风险越来越大，对钻井的技术要求也越来越高，为适应勘探开发对钻井的更高要求必须首先做好钻井的安全工作。钻井过程中，当钻遇油气层时，如果井底压力低于地层压力，地层流体就会侵入井筒，大量地层流体侵入井筒后，可能形成井涌，如果控制不当，就可能导致井喷，造成资源浪费、设备损坏、环境污染、人员伤亡、井眼报废，一旦失火后果更为严重。
因此，钻井过程中采取有效措施进行油气井压力控制对钻井的安全作业十分必要。在井控中，把溢流后及时关井，尽快安全准确压井，重新建立井底压力平衡的二次井控技术作为井控的核心。
溢流发生后，需要关井，并通过更换合理密度的钻井液将侵入井筒的流体循环排出或压回地层，重新建立井下压力平衡系统，使井底压力等于或略大于地层压力。
目前，钻井现场大都采用司钻法或工程师法进行压井，这两种压井方法虽然都有压井施工参数计算简单，压井过程便于控制的优点。但是，传统的压井方法中，均通过手动操作或控制系统来控制节流阀的关闭，存在关阀时机不准的问题；此外，压井过程都依赖立压表以及套压表来实时控制立压和套压，存在控制系统信号传递滞后的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：
一种CO2驱注采井压井系统，包括套管、钻杆以及井口套管；
其中，套管设置在井眼中，钻杆设置在套管中，在套管的内壁与钻杆的外壁之间以及井眼的底部形成了供钻井液循环的环空；井口套管的一端与套管连通，另一端与钻井液储罐相连；
钻杆上设置有立压传感器，井口套管上设置有套压传感器和气液流量计，且套压传感器、气液流量计以及节流阀由上游至下游依次设置；
还包括：与井口套管连通的高压支管，且高压支管位于气液流量计与节流阀之间；高压支管上设置有压力自控阀；
其中，第一循环周节流阀关闭，且套压大于Phigh时，压力自控阀自动打开；套压小于等于Phigh时，压力自控阀保持关闭；
还包括：与井口套管连通的低压支管，且低压支管位于套压传感器之前；低压支管上设置有原浆自补充元件；
其中，第一循环周节流阀关闭，且套压小于Plow时，原浆自补充元件自动打开；套压大于等于Plow时，原浆自补充元件保持关闭。
进一步的，压力自控阀包括阀体、固定安装于阀体上端的阀连接座、以及固定安装于阀连接座上端的阀安装座；
其中，阀体内固定安装有阀芯，且阀芯将阀体内空腔分隔为流入通道和流出通道；阀芯为中空配置，且阀芯外壁配置有与流入通道匹配的流入口以及与流出通道匹配的流出口；阀芯内可移动地设置有阀芯堵头，以便将流入口封闭或打开。
进一步的，阀芯堵头的上端固定安装有阀杆，阀杆贯穿阀连接座和阀安装座，且阀杆可相对阀连接座和阀安装座上下滑动；
阀连接座的上端开设有安装槽，阀杆的外侧固定套设有抵接座，且抵接座位于安装槽内；阀杆的外侧套设有第一弹簧，且第一弹簧的下端抵接所述抵接座的上端面，第一弹簧的上端抵接阀安装座的下端面。
进一步的，第一弹簧包括线圈支架、励磁线圈、磁流变弹性体以及软铁片，线圈支架固定安装于安装槽的内周面，线圈支架上缠绕着励磁线圈；阀安装座和抵接座之间设有若干片磁流变弹性体，且磁流变弹性体位于励磁线圈中部，磁流变弹性体的高度大于励磁线圈的高度；两片相邻磁流变弹性体之间设置有一片软铁片，且磁流变弹性体及软铁片均为环状，套接在阀杆的外侧。
进一步的，低压支管一端连通井口套管，另一端连通原浆池。
进一步的，原浆自补充元件包括筒状本体，且筒状本体开设有空腔；
空腔内安装有变径环，变径环包括若干环单元，且若干环单元可拼接为完整圆环；
筒状本体的内侧设置有若干滑槽，且滑槽的数量与环单元相同，环单元可滑动地安装于滑槽内。
进一步的，空腔内还安装有变径驱动元件，且变径驱动元件位于变径环上方；
并且，变径驱动元件对环单元施加有使其缩回滑槽内的第一作用力，变径环下方空腔内流体对环单元施加有使其在滑槽内伸出的第二作用力；
其中，第一循环周节流阀关闭，且套压小于Plow时，第一作用力大于第二作用力；套压大于等于Plow时，第一作用力小于第二作用力。
进一步的，环单元的下端面开设有楔形弧槽，且其楔形面远离滑槽。
进一步的，环单元上端面的内侧为斜面；
并且，变径驱动元件包括金属球和导向柱，金属球的下方与环单元的斜面接触，金属球的上方开设有盲孔，导向柱部分位于盲孔内，且导向柱的下端面与盲孔的底面间隙配置。
进一步的，盲孔内还设置有拉力弹簧，且拉力弹簧的上端固定连接导向柱的下端面，下端固定连接盲孔的底面。
进一步的，空腔内安装有一字架或十字架，导向柱固定安装于一字架或十字架的下端。
进一步的，低压支管上还设置有压力表，且压力表位于原浆自补充元件的下游。
进一步的，第二循环周中，以保持套压不变为前提控制立压下降，直到重浆到达钻头，立压由TCP降低至终了循环压力的过程中，立压的控制方程为：
式中，Q为压井排量，m3/s；t为压井时间，s；A1为钻杆内横截面积，m2；D为井深，m；PP为井底压力，MPa；ΔPdrill为钻杆内压耗，MPa；ρK为重浆密度,g/cm3；ρm为钻井液密度g/cm3；GK为重浆梯度，MPa/m；Gm为钻井液梯度，MPa/m；P0为理想套压，MPa；Pa为实际套压，MPa。
一种CO2驱注采井压井优化方法，使用上述的压井系统，包括如下步骤：
S1、在钻井过程中出现溢流时，立即关井，并记录关井立压和关井套压；
S2、启泵并通过套压传感器观察保持套压不变，钻井泵的泵速由0增至低泵速，通过立压传感器观察立压由关井立压增至初始循环压力；
S3、立压保持TCP不变，套压逐渐增大，且溢流到达井口时套压最大，随着溢流由井口套管排出，套压又逐渐降低，原浆将环空中受污染钻井液完全排出；
S4、停泵并关闭节流阀，保持套压不变；
S5、启泵并保持套压不变，泵速由0增至SCR，立压再次由SIDPP增至TCP；
S6、以保持套压不变为前提控制立压下降，直到重浆到达钻头，立压由TCP降低至终了循环压力；
S7、保持CFP不变，重浆开始替换环空中的原浆，直到重浆到达井口且套压降至0；
S8、停泵完成压井过程。
进一步的，S4包括如下步骤：
S41、将要停泵并关闭节流阀时，根据第一循环周节流阀关闭时的理想套压配置第一弹簧的弹性系数，使得压力自控阀调整自动打开时所匹配的压力值为Phigh；
S42、根据第一循环周节流阀关闭时的理想套压，配置原浆自补充元件下游的低压支管内的原浆压力为Plow。
进一步的，S6中，立压的控制方程为：
式中，Q为压井排量，m3/s；t为压井时间，s；A1为钻杆内横截面积，m2；D为井深，m；PP为井底压力，MPa；ΔPdrill为钻杆内压耗，MPa；ρK为重浆密度,g/cm3；ρm为钻井液密度g/cm3；GK为重浆梯度，MPa/m；Gm为钻井液梯度，MPa/m；P0为理想套压，MPa；Pa为实际套压，MPa。
有益效果：
节流阀关闭早了致使环空中存在圈闭压力时，压力自控阀自动打开将环空中溢流排空，以使套压降低至理想状态，从而避免套压过大会导致井底压力过大于地层压力造成二次破坏。并且，在第一循环周停泵且节流阀关闭过晚时，原浆自补充元件自动打开向环空中补充原浆，以使套压升高至理想状态，能够自动排除节流阀关闭过晚带来的问题。
两片相邻磁流变弹性体之间设有一片的软铁片用以增强磁路中的磁导，提高磁流变弹性体周围的磁场强度，扩展了磁流变弹簧的弹性系数的变化范围，调节励磁线圈中的电流，即可以改变磁流变弹性体的弹性系数，实现压力自控阀能够根据实际情况调整自动打开时所匹配的压力值。
压力自控阀不依赖套压传感器反馈套压过高的信号以及控制系统指令泄压阀打开的过程，避免了信号传递滞后所带来的不利影响。原浆自补充元件同样不依赖套压传感器反馈套压过低的信号以及控制系统指令充液阀打开的过程，避免了信号传递滞后所带来的不利影响。
实现了在第二循环周泵入重浆的过程中，在充分考虑实际套压与理想套压具有偏差值的前提下，综合压井情况的复杂性，提高了第二周循环重浆下行时间内控制套压不变压井措施的精确性和适用性。
节流阀关闭晚了致使环空中套压过低时，第一作用力大于第二作用力，环单元缩回滑槽内，相邻的环单元之间形成缝隙以供流体经过，变径环上方的原浆向环空内补充原浆，以使套压升高至理想状态。若未发生节流阀关闭晚了致使环空中套压过低，第一作用力小于第二作用力，环单元在滑槽内伸出拼接为完整圆环，变径环上方的原浆被阻隔。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为系统整体图；
图2为井口套管整体结构图；
图3为压力自控阀剖视图；
图4为阀芯结构图；
图5为图3中A处局部放大图；
图6为原浆自补充元件剖视图；
图7为图6中B处局部放大图；
图8为变径环闭合状态结构图；
图9为变径环打开状态结构图；
图10为环单元结构图。
其中，套管1、立压传感器21、钻杆2、井口套管3、套压传感器31、气液流量计32、节流阀33、井眼4、高套压平衡单元5、高压支管51、压力自控阀52、阀体53、流入通道531、流出通道532、阀连接座54、安装槽541、阀安装座55、阀芯56、中空561、流入口562、流出口563、阀芯堵头564、阀杆57、抵接座571、第一弹簧58、线圈支架581、励磁线圈582、磁流变弹性体583、软铁片584、低套压平衡单元6、低压支管61、原浆自补充元件62、筒状本体621、空腔622、变径环623、环单元624、滑槽625、楔形弧槽626、楔形面627、斜面628、变径驱动元件64、金属球641、导向柱642、盲孔643、拉力弹簧644、密封圈645、一字架或十字架646。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1-10，本实施方式提供了一种CO2驱注采井压井系统，包括套管1、钻杆2以及井口套管3。
其中，套管1设置在井眼4中，钻杆2设置在套管1中，在套管1的内壁与钻杆2的外壁之间以及井眼4的底部形成了供钻井液循环的环空；井口套管3的一端与套管1连通，另一端与钻井液储罐相连，将环空中的钻井液循环到钻井液储罐中。
此外，钻杆2上设置有立压传感器21，用以测量钻杆2中钻井液的压力；井口套管3上设置有套压传感器31和气液流量计32，用以测量环空套压以及井口套管3中钻井液和溢流的流量。井口套管3上还设置有节流阀33，用以对井口套管3中钻井液进行开闭。这里，套压传感器31、气液流量计32以及节流阀33由上游至下游依次设置，节流阀33可以为手控阀或液控阀。
并且，钻杆2的上游还连通有钻井泵(未示出)和混浆池(未示出)，用以向钻杆2内输入原浆和重浆。
本实施方式采用两轮循环压井，溢流关井后，用两个循环周来完成压井作业，第一循环周用原密度钻井液(原浆)循环排除井筒内受污染钻井液，待压井液(重浆)配置完后，开始第二循环周，将压井液泵入井内，并重新建立井下压力平衡。以便使用于加重材料不足或加重不及时配浆速度慢等工况。
具体到本实施方式中，可以理解的是，第一循环周中泵入原浆，首先，启泵并通过套压传感器31观察保持套压不变，钻井泵的泵速由0增至低泵速
(SCR)，通过立压传感器21观察立压由关井立压(SIDPP)增至初始循环压力(TCP)；然后，立压保持TCP不变，套压逐渐增大，且溢流到达井口时套压最大，随着溢流由井口套管3排出，套压又逐渐降低，原浆将环空中受污染钻井液完全排出；最后，停泵并关闭节流阀33，保持套压不变，立压又降低至SIDPP，且与套压相等，第一循环周完成。
第一循环周完成的过程中，理想状态需要7-10天，重浆也已配置完成。
第二循环周中泵入重浆，首先，启泵并保持套压不变，泵速由0增至SCR，立压再次由SIDPP增至TCP；然后，以保持套压不变为前提控制立压下降，直到重浆到达钻头，立压由TCP降低至终了循环压力(CFP)；再次，保持CFP不变，重浆开始替换环空中的原浆，直到重浆到达井口且套压降至0；最后，停泵完成第二循环周。
然而，在第一循环周停泵并关闭节流阀33时，关闭节流阀33应该与停泵同步操作，才能保证停泵期间的套压与SIDPP基本一致，即，停泵期间的套压Pa位于区间[Plow,Phigh]内，显然，Plow<SIDPP<Phigh。但是，在这一环节往往出现问题。
一方面，若节流阀33关闭早了，致使环空中存在圈闭压力使得套压无法降低至理想状态，套压过大会(以至于Pa大于Phigh)导致井底压力过大于地层压力造成二次破坏，也导致第二循环周中的立压和套压难以控制。
另一方面，若节流阀33关闭晚了，则致使环空中的原浆过多排出，使得套压下降太多低于理想状态，套压过低(以至于Pa小于Plow)会导致井底压力过小于地层压力造成二次溢流污染原浆，进而导致需要重新建立井底压力平衡。
为此，一方面，本实施方式中，井口套管3上还设置有高套压平衡单元5，用于排除节流阀33关闭过早所带来的问题。即，排空环空中的溢流，消除圈闭压力，以使套压降低至理想状态。
具体的，高套压平衡单元5包括与井口套管3连通的高压支管51，且高压支管51位于气液流量计32与节流阀33之间；高压支管51上设置有压力自控阀52。
其中，第一循环周节流阀33关闭，且套压大于Phigh时，压力自控阀52自动打开；套压小于等于Phigh时，压力自控阀52保持关闭。
由此，若节流阀33关闭早了致使环空中存在圈闭压力时，压力自控阀52自动打开将环空中溢流排空，以使套压降低至理想状态，从而避免套压过大会导致井底压力过大于地层压力造成二次破坏，以及避免第二循环周中的立压和套压难以控制。
具体的，压力自控阀52包括阀体53、固定安装于阀体53上端的阀连接座54、以及固定安装于阀连接座54上端的阀安装座55。
其中，阀体53内固定安装有阀芯56，且阀芯56将阀体53内空腔分隔为流入通道531和流出通道532；阀芯56为中空561配置，且阀芯56外壁配置有与流入通道531匹配的流入口562以及与流出通道532匹配的流出口563；阀芯56内可移动地设置有阀芯堵头564，以便将流入口562封闭或打开。
更具体的，阀芯堵头564的上端固定安装有阀杆57，阀杆57贯穿阀连接座54和阀安装座55，且阀杆57可相对阀连接座54和阀安装座55上下滑动；阀连接座54的上端开设有安装槽541，阀杆57的外侧固定套设有抵接座571，且抵接座571位于安装槽541内；阀杆57的外侧套设有第一弹簧58，且第一弹簧58的下端抵接所述抵接座571的上端面，第一弹簧58的上端抵接阀安装座55的下端面。
由此，初始状态时，在第一弹簧58的作用下，阀杆57以及阀芯堵头564均有向下运动的趋势，以将流入口562封闭；相应的，流入通道531内的流体压力会给阀芯堵头564以及阀杆57向上运动的趋势，若流体压力超过第一弹簧58的弹力，则阀芯堵头564向上运动以将流入口562打开。
本实施方式中，第一弹簧58为磁流变弹簧，磁流变弹簧的弹性系数可以调整以实现主动控制。
其一，对于不同的工况，第一循环周节流阀33关闭时的理想套压不同，可以根据不同的理想套压配置第一弹簧58相应的弹性系数；其二，在一种工况下，整个压井过程中理想套压是变化的，可以根据第一循环周节流阀33关闭时的理想套压配置第一弹簧58相应的弹性系数。从而实现了压力自控阀52能够根据实际情况调整自动打开时所匹配的压力值。
本实施方式中，磁流变弹簧58包括线圈支架581、励磁线圈582、磁流变弹性体583以及软铁片584，线圈支架581固定安装于安装槽541的内周面，线圈支架581上缠绕着励磁线圈582；阀安装座55和抵接座571之间设有若干片磁流变弹性体583，且磁流变弹性体583位于励磁线圈582中部，磁流变弹性体583的高度大于励磁线圈582的高度；两片相邻磁流变弹性体583之间设置有一片软铁片584，且磁流变弹性体583及软铁片584均为环状，套接在阀杆57的外侧。
可以理解的是，阀安装座55、抵接座571和阀连接座54均为导电金属材质，阀安装座55、抵接座571、阀连接座54以及磁流变弹性体583和软铁片584构成了一个闭合的磁路。
通过以上设置，两片相邻磁流变弹性体583之间设有一片的软铁片584用以增强磁路中的磁导，提高磁流变弹性体583周围的磁场强度，扩展了磁流变弹簧58的弹性系数的变化范围，调节励磁线圈582中的电流，即可以改变磁流变弹性体583的弹性系数，实现压力自控阀52能够根据实际情况调整自动打开时所匹配的压力值。
本实施方式的CO2驱注采井压井系统，在第一循环周停泵且节流阀33关闭过早时，压力自控阀52自动打开将环空中溢流排空，以使套压降低至理想状态，能够自动排除节流阀33关闭过早带来的问题。
同时，值得说明的是，本实施方式的CO2驱注采井压井系统配置的压力自控阀52，不依赖套压传感器31反馈套压过高的信号以及控制系统指令泄压阀打开的过程，避免了信号传递滞后所带来的不利影响。
另一方面，井口套管3上还设置有低套压平衡单元6，用于排除节流阀33关闭过晚所带来的问题。即，向环空中反流原浆，以使套压恢复至理想状态。
具体的，低套压平衡单元6包括与井口套管3连通的低压支管61，且低压支管61位于套压传感器31之前；低压支管61上设置有原浆自补充元件62。
其中，第一循环周节流阀33关闭，且套压小于Plow时，原浆自补充元件62自动打开；套压大于等于Plow时，原浆自补充元件62保持关闭。
由此，若节流阀33关闭晚了致使环空中套压过低时，原浆自补充元件62自动打开向环空中补充原浆，以使套压升高至理想状态，从而避免套压过低会导致井底压力小于地层压力造成二次溢流，进而避免需要重新建立井底压力平衡。
可以理解的是，低压支管61一端连通井口套管3，另一端连通原浆池。从而，原浆自补充元件62自动打开时，原浆由原浆池泵入井口套管3进而进入环空。
具体的，原浆自补充元件62包括筒状本体621，且筒状本体621开设有空腔622。空腔622内安装有变径环623，变径环623包括若干环单元624，且若干环单元624可拼接为完整圆环；相应的，筒状本体621的内侧设置有若干滑槽625，且滑槽625的数量与环单元624相同，环单元624可滑动地安装于滑槽625内。
从而，原浆自补充元件62打开状态时，环单元624缩回滑槽625内，相邻的环单元624之间形成缝隙以供流体经过；原浆自补充元件62关闭状态时，环单元624在滑槽625内伸出，且所有环单元624拼接为完整圆环，以将空腔622阻隔，流体不得经过。优选的，环单元624的数量为四个。
本实施方式中，空腔622内还安装有变径驱动元件64，且变径驱动元件64位于变径环623上方；并且，变径驱动元件64对环单元624施加有使其缩回滑槽625内的第一作用力，变径环623下方空腔622内流体对环单元624施加有使其在滑槽625内伸出的第二作用力。
其中，第一循环周节流阀33关闭，且套压小于Plow时，第一作用力大于第二作用力；套压大于等于Plow时，第一作用力小于第二作用力。
由此，若节流阀33关闭晚了致使环空中套压过低时，第一作用力大于第二作用力，环单元624缩回滑槽625内，相邻的环单元624之间形成缝隙以供流体经过，变径环623上方的原浆向环空内补充原浆，以使套压升高至理想状态。
若未发生节流阀33关闭晚了致使环空中套压过低，第一作用力小于第二作用力，环单元624在滑槽625内伸出拼接为完整圆环，变径环623上方的原浆被阻隔。
值得说明的是，第一作用力为变径环623上方流体施加给变径驱动元件64向下移动的作用力，该作用力再作用于环单元624。即，第一作用力为变径环623上方流体间接施加给环单元624的压力，第二作用力为变径环623下方流体直接施加给环单元624的压力。并且，变径环623上方原浆的压力大于第一循环周节流阀33关闭时的理想套压。
本实施方式中，环单元624的下端面开设有楔形弧槽626，且其楔形面627远离滑槽625。从而，环单元624下方流体对楔形面627压力的水平分力使环单元624有向滑槽625外伸出的趋势。
可以理解的是，可以通过调整楔形弧槽626的数量、楔形面627的倾角或者楔形弧槽626的深度，来改变上述水平分力与环单元624下方流体压力之间的关系。
本实施方式中，环单元624上端面的内侧为斜面628。并且，变径驱动元件64包括金属球641和导向柱642，金属球641的下方与环单元624的斜面628接触，金属球641的上方开设有盲孔643，导向柱642部分位于盲孔643内，且导向柱642的下端面与盲孔643的底面间隙配置，使得金属球641只能在竖直方向移动。
由此，变径环623上方流体施加给金属球641向下移动的作用力，该作用力再挤压环单元624的斜面628，该挤压的水平分力使环单元624有向滑槽625内缩进的趋势。
本实施方式中，盲孔643内还设置有拉力弹簧644，且拉力弹簧644的上端固定连接导向柱642的下端面，下端固定连接盲孔643的底面。
值得说明的是，拉力弹簧644的作用有二：其一、抵消金属球641的自重，从而能够使第一作用力与第二作用力建立直接的匹配关系，简化控制程序；其二、原浆自补充元件62打开并且第一作用力重新等于第二作用力(即套压恢复理想状态)时，驱动金属球641向上移动使原浆自补充元件62再次自动闭合。
可以理解的是，盲孔643的内壁与导向柱642的外壁之间设置有密封圈645，以防止原浆进入盲孔643。
本实施方式中，空腔622内安装有一字架或十字架646，导向柱642固定安装于一字架或十字架646的下端。
本实施方式中，低压支管61上还设置有压力表63，且压力表63位于原浆自补充元件62的下游，以便监测并辅助控制原浆自补充元件62下游的低压支管61内的原浆压力。
其一，对于不同的工况，第一循环周节流阀33关闭时的理想套压不同，可以根据不同的理想套压配置原浆自补充元件62下游的低压支管61内的原浆压力；其二，在一种工况下，整个压井过程中理想套压是变化的，可以根据第一循环周节流阀33关闭时的理想套压配置原浆自补充元件62下游的低压支管61内的原浆压力。
通过以上设置，本实施方式的CO2驱注采井压井系统，在第一循环周停泵且节流阀33关闭过晚时，原浆自补充元件62自动打开向环空中补充原浆，以使套压升高至理想状态，能够自动排除节流阀33关闭过晚带来的问题。
同时，值得说明的是，本实施方式的CO2驱注采井压井系统配置的原浆自补充元件62，不依赖套压传感器31反馈套压过低的信号以及控制系统指令充液阀打开的过程，避免了信号传递滞后所带来的不利影响。
本实施方式中，第二循环周中，以保持套压不变为前提控制立压下降，直到重浆到达钻头，立压由TCP降低至终了循环压力(CFP)的过程中，立压的控制方程为：
式中，Q为压井排量，m3/s；t为压井时间，s；A1为钻杆内横截面积，m2；D为井深，m；PP为井底压力，MPa；ΔPdrill为钻杆内压耗，MPa；ρK为重浆密度,g/cm3；ρm为钻井液密度g/cm3；GK为重浆梯度，MPa/m；Gm为钻井液梯度，MPa/m；P0为理想套压(即SIDPP)，MPa；Pa为实际套压，MPa。
通过上述设置，实现了在第二循环周泵入重浆的过程中，在充分考虑实际套压与理想套压具有偏差值的前提下，综合压井情况的复杂性，提高了第二周循环重浆下行时间内控制套压不变压井措施的精确性和适用性。
本实施方式还提供了一种CO2驱注采井压井优化方法，包括如下步骤：
S1、在钻井过程中出现溢流时，立即关井，并记录关井立压(SIDPP)和关井套压；
S2、启泵并通过套压传感器31观察保持套压不变，钻井泵的泵速由0增至低泵速(SCR)，通过立压传感器21观察立压由关井立压(SIDPP)增至初始循环压力(TCP)；
S3、立压保持TCP不变，套压逐渐增大，且溢流到达井口时套压最大，随着溢流由井口套管3排出，套压又逐渐降低，原浆将环空中受污染钻井液完全排出；
S4、停泵并关闭节流阀33，保持套压不变；
S5、启泵并保持套压不变，泵速由0增至SCR，立压再次由SIDPP增至TCP；
S6、以保持套压不变为前提控制立压下降，直到重浆到达钻头，立压由TCP降低至终了循环压力(CFP)；
S7、保持CFP不变，重浆开始替换环空中的原浆，直到重浆到达井口且套压降至0；
S8、停泵完成压井过程。
本实施方式中，S4包括如下步骤：
S41、将要停泵并关闭节流阀33时，根据第一循环周节流阀33关闭时的理想套压配置第一弹簧58的弹性系数，使得压力自控阀52调整自动打开时所匹配的压力值为Phigh；
S42、根据第一循环周节流阀33关闭时的理想套压，配置原浆自补充元件62下游的低压支管61内的原浆压力为Plow。
本实施方式中，S6中，立压的控制方程为：
式中，Q为压井排量，m3/s；t为压井时间，s；A1为钻杆内横截面积，m2；D为井深，m；PP为井底压力，MPa；ΔPdrill为钻杆内压耗，MPa；ρK为重浆密度,g/cm3；ρm为钻井液密度g/cm3；GK为重浆梯度，MPa/m；Gm为钻井液梯度，MPa/m；P0为理想套压，MPa；Pa为实际套压，MPa。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种CO2驱注采井压井系统，包括套管、钻杆以及井口套管；
其中，套管设置在井眼中，钻杆设置在套管中，在套管的内壁与钻杆的外壁之间以及井眼的底部形成了供钻井液循环的环空；井口套管的一端与套管连通，另一端与钻井液储罐相连；
钻杆上设置有立压传感器，井口套管上设置有套压传感器和气液流量计，且套压传感器、气液流量计以及节流阀由上游至下游依次设置；
其特征在于，还包括：与井口套管连通的高压支管，且高压支管位于气液流量计与节流阀之间；高压支管上设置有压力自控阀；
其中，第一循环周节流阀关闭，且套压大于Phigh时，压力自控阀自动打开；套压小于等于Phigh时，压力自控阀保持关闭；
还包括：与井口套管连通的低压支管，且低压支管位于套压传感器之前；低压支管上设置有原浆自补充元件；
其中，第一循环周节流阀关闭，且套压小于Plow时，原浆自补充元件自动打开；套压大于等于Plow时，原浆自补充元件保持关闭。
2.根据权利要求1所述的CO2驱注采井压井系统，其特征在于：压力自控阀包括阀体、固定安装于阀体上端的阀连接座、以及固定安装于阀连接座上端的阀安装座；
其中，阀体内固定安装有阀芯，且阀芯将阀体内空腔分隔为流入通道和流出通道；阀芯为中空配置，且阀芯外壁配置有与流入通道匹配的流入口以及与流出通道匹配的流出口；阀芯内可移动地设置有阀芯堵头，以便将流入口封闭或打开。
3.根据权利要求2所述的CO2驱注采井压井系统，其特征在于：阀芯堵头的上端固定安装有阀杆，阀杆贯穿阀连接座和阀安装座，且阀杆可相对阀连接座和阀安装座上下滑动；
阀连接座的上端开设有安装槽，阀杆的外侧固定套设有抵接座，且抵接座位于安装槽内；阀杆的外侧套设有第一弹簧，且第一弹簧的下端抵接所述抵接座的上端面，第一弹簧的上端抵接阀安装座的下端面。
4.根据权利要求1所述的CO2驱注采井压井系统，其特征在于：原浆自补充元件包括筒状本体，且筒状本体开设有空腔；
空腔内安装有变径环，变径环包括若干环单元，且若干环单元可拼接为完整圆环；
筒状本体的内侧设置有若干滑槽，且滑槽的数量与环单元相同，环单元可滑动地安装于滑槽内。
5.根据权利要求4所述的CO2驱注采井压井系统，其特征在于：空腔内还安装有变径驱动元件，且变径驱动元件位于变径环上方；
并且，变径驱动元件对环单元施加有使其缩回滑槽内的第一作用力，变径环下方空腔内流体对环单元施加有使其在滑槽内伸出的第二作用力；
其中，第一循环周节流阀关闭，且套压小于Plow时，第一作用力大于第二作用力；套压大于等于Plow时，第一作用力小于第二作用力。
6.根据权利要求5所述的CO2驱注采井压井系统，其特征在于：环单元的下端面开设有楔形弧槽，且其楔形面远离滑槽。
7.根据权利要求5所述的CO2驱注采井压井系统，其特征在于：环单元上端面的内侧为斜面；
并且，变径驱动元件包括金属球和导向柱，金属球的下方与环单元的斜面接触，金属球的上方开设有盲孔，导向柱部分位于盲孔内，且导向柱的下端面与盲孔的底面间隙配置。
8.根据权利要求7所述的CO2驱注采井压井系统，其特征在于：盲孔内还设置有拉力弹簧，且拉力弹簧的上端固定连接导向柱的下端面，下端固定连接盲孔的底面。
9.一种CO2驱注采井压井优化方法，使用如权利要求1～8任意一项所述的压井系统，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在钻井过程中出现溢流时，立即关井，并记录关井立压和关井套压；
S2、启泵并通过套压传感器观察保持套压不变，钻井泵的泵速由0增至低泵速，通过立压传感器观察立压由关井立压增至初始循环压力；
S3、立压保持TCP不变，套压逐渐增大，且溢流到达井口时套压最大，随着溢流由井口套管排出，套压又逐渐降低，原浆将环空中受污染钻井液完全排出；
S4、停泵并关闭节流阀，保持套压不变；
S5、启泵并保持套压不变，泵速由0增至SCR，立压再次由SIDPP增至TCP；
S6、以保持套压不变为前提控制立压下降，直到重浆到达钻头，立压由TCP降低至终了循环压力；
S7、保持CFP不变，重浆开始替换环空中的原浆，直到重浆到达井口且套压降至0；
S8、停泵完成压井过程。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：S4包括如下步骤：
S41、将要停泵并关闭节流阀时，根据第一循环周节流阀关闭时的理想套压配置第一弹簧的弹性系数，使得压力自控阀调整自动打开时所匹配的压力值为Phigh；
S42、根据第一循环周节流阀关闭时的理想套压，配置原浆自补充元件下游的低压支管内的原浆压力为Plow。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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