CN202348185U - 一种自给式局部循环系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种自给式局部循环系统,涉及自动灌浆控压系统设备制造技术领域,包括灌浆子系统、上水子系统、动力子系统和本地监控子系统,本实用新型可简化现场安装程序,提高上水效率,以及自动化控制程度,并为上位控压钻井系统集中控制提供实时监测参数,使现场作业更加安全可靠,更符合现场应用需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及自动灌浆控压系统设备制造技术领域,确切地说涉及一种适用于油气井钻井精细压力控制钻井和欠平衡钻井过程中,接单根和起下钻等井筒内停止循环工况时,实现井口局部循环,维持设定的井口回压,取代原来靠第三方灌浆控压方式的循环系统。
背景技术
在已有技术中,在石油钻井精细压力控制钻井和欠平衡钻井接单根和起下钻过程中,由于井筒内流体停止循环后,井底压力由于失去循环压耗而降低;同时,随着钻具不断起出井内,井内的泥浆液面不断下降,也将造成井底压力的降低;而此时井口没有流体经过节流管汇而无法进行节流控制井口回压在目标回压值,使得井底压力保持在目标控制值。
因此,在接单根和起下钻过程中,必须建立井口的局部循环,一部分流体经过节流阀分流和控压,使部分流体在钻柱起出过程中注入井筒内保持液面,另一部分流体经过节流阀使得节流阀可控制节流压力。
目前在欠平衡钻井作业中采用的方法主要是:一边利用压裂车频繁向井内灌注泥浆,另外一边手动控制节流阀来控制井口压力,同时再安排专人测量、记录并校核灌入的泥浆,从而实现灌浆、控压、安全起钻的目的。使用现有的技术灌浆控压,存在下面几个主要问题:1.操纵压裂车的人,往往控制不好每次灌入的量,造成井口压力过低或过高,造成过度欠平衡或正压差,不利于安全起钻和储层保护;2.整个起钻过程中需要人工计量灌入的泥浆量,可能会存在人为误差,不利于及时发现起钻过程中的安全隐患;也不能很准确的控制压力;3.由于需要专门用砂泵抽井队钻井液罐内泥浆到压裂车,常常因为供给的钻井液量不足造成不能及时灌入钻井液到井内,或者供给的钻井液量过多,造成压裂车泥浆罐装不了,造成环境污染;4. 整个起钻过程中需要至少三个人配合频繁的开关阀门,劳动强度非常大,
而在精细压力控制钻井过程中,在停止循环时候套压补偿主要靠回压泵系统,该系统在目前现场应用来看,主要存在以下两个问题:一是为了满足一定出口排量和压力情况下,回压泵系统的电机额定功率大,需要井队提供一台400KW的发电机专用供电,这使得现场应用时候对井队的设备选择性和依赖程度很高,有些井队不能提供相应的发电机,需要另外配备,且能耗高;二是该系统现场安装位置特性决定了井队泥浆罐和回压泵单元入口之间距离长,回压泵上水效率不好,使得出口流量不稳定,难以精确控制井口套压,很难达到稳定精细控制井筒压力的目标。三是,目前国内制造的回压泵单元,为了解决上水问题,特意加装了一个泥浆储备罐,但是该罐体钻井液量的供给问题上,依然未解决压裂车钻井液供给存在的问题。
实用新型内容
为解决上述技术问题,本实用新型提出了一种适用于油气井钻井压力控制钻井和欠平衡钻井接单根和起钻过程中,实现井口局部循环和灌浆,确保井口流过节流阀有一定流量以维持稳定的井口套压,且准确计量泵出口流量的自给式局部循环系统,本实用新型可简化现场安装程序,提高上水效率,以及自动化控制程度,并为上位控压钻井系统集中控制提供实时监测参数,使现场作业更加安全可靠,更符合现场应用需求。
本实用新型是通过采用下述技术方案实现的:
一种自给式局部循环系统,其特征在于:包括灌浆子系统、上水子系统、动力子系统和本地监控子系统,其中:
所述的灌浆子系统包括泥浆泵、单流阀、闸阀六、闸阀七、四通、安全溢流阀和流量计,所述四通分别连接闸阀六、闸阀七、安全溢流阀和泥浆泵的出口,闸阀七与单流阀连接,泥浆泵的进口连接有本地监控子系统的流量计,四通上还连接有本地监控子系统的压力传感器;
所述的上水子系统包括泥浆储备罐、砂泵一、砂泵二、闸阀三、闸阀一、闸阀二、闸阀四和闸阀五,所述闸阀一连接砂泵一的入口,砂泵一的出口连接闸阀二,泥浆储备罐分别连接闸阀二、闸阀三、闸阀四、灌浆子系统的闸阀六和灌浆子系统的安全溢流阀,本地监控子系统的流量计,流量计进口连接闸阀五,流量计的出口连接灌浆子系统的的泥浆泵,砂泵二进口连接闸阀四、砂泵二的出口连接闸阀五;
所述动力子系统包括发动机和与发动机连接的变速箱与减速机构,所述泥浆泵与变速箱与减速机构连接;
所述本地监控子系统包括流量计、泵冲感应器、压力传感器、本地监测及控制中心、液位传感器、现场远程上位系统和人机交互界面,本地监测及控制中心通过数据线与液位传感器、压力传感器、泵冲传感器、流量计、所述变速箱与减速机构、所述发动机、所述砂泵一、所述砂泵二、现场远程上位系统和人机交互界面连接,所述泵冲传感器安装在所述泥浆泵上,液位传感器安装于泥浆储备罐上。
还包括有撬装底座,所述本地检测及控制中心安装与撬装底座上。
上水子系统还包括有搅拌器,搅拌器设置在泥浆储备罐中。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果表现在:
1、采用本实用新型所述的灌浆子系统、上水子系统、动力子系统和本地监控子系统形成的技术方案,适用于油气井钻井压力控制钻井和欠平衡钻井接单根和起钻过程中,实现井口局部循环和灌浆,确保井口流过节流阀有一定流量以维持稳定的井口套压,且准确计量泵出口流量,本实用新型可简化现场安装程序,提高上水效率,以及自动化控制程度,并为上位控压钻井系统集中控制提供实时监测参数,使现场作业更加安全可靠,更符合现场应用需求。
同时,本实用新型不需要外接电源,不依赖于井队的动力系统,其适用于各种钻机和钻井平台。
2、在回压补偿作业过程中,采用高压泥浆泵将钻井液从储液罐中灌入井筒,解决了由于管线距离长导致的上水效率低的难题,使回压补偿作业更加安全、可靠,取代原来靠第三方灌浆控压方式。
3、本回压补偿系统设计了储液罐,采用一般软管线通过大功率砂泵就可将钻井液注入储液罐,再用高压泥浆泵将储液罐中的钻井液灌入井筒中。这种方式避免了在现场采用硬管线连接和对循环罐进行改造作业,节约了成本和劳动力。
4、是该系统能实现设备状态和全参数的监测,为生产上结合其他参数判定风险和预警提供支撑。
5、本回压补偿系统采用“顺控方式”进行灌浆作业,在进行自动灌浆回压补偿作业时,有效控制储液罐内钻井液量,避免储液罐内钻井液过多溢出罐体或过少影响回压补偿作业;并确保了泥浆泵出口的流量平稳、实现连续稳定的钻井液在井口部分局部循环,确保回压补偿施工作业安全、可靠。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图;
图2为本系统控制方法逻辑连接示意图。
图中标记:
1、闸阀一,2、砂泵一,3、闸阀二、4、泥浆储备罐,5、闸阀三,6、闸阀四,7、流量计,8、闸阀五,9、泥浆泵,10、变速箱与减速机构,11、发动机,12、闸阀六,13、安全溢流阀,14、闸阀七,15、单流阀,16、泵冲传感器,17、压力传感器,18、本地监测及控制中心,19、现场远程上位系统,20、四通,21、搅拌器,22、液位传感器,23、人机交互界面,24、砂泵二,27、控制箱,A、砂泵停止点,B、砂泵启动点,C、报警点, 28、泥浆泵单元。
具体实施方式
实施例1
本实用新型由灌浆子系统、上水子系统、动力子系统、本地监控子系统、撬装与连接管线构成。
灌浆子系统主要包括了一台专用高压泥浆泵9,提供灌浆系统所需的高压泥浆;安全溢流阀13,用于泵出口压力超过设定安全值自动泄压,确保安全;单流阀15,确保井内流体不会逆向进入该系统,确保生产安全;闸阀组14、12,流程需要开关管线;四通20连接闸阀14、闸阀12、安全溢流阀13、高压泥浆泵9的出口;闸阀14与单流阀15连接,高压泥浆泵9进口连接流量计7,高压泥浆泵9与变速箱与减速机构10连接。
上水子系统主要包括了一台泥浆储备罐4,用储备存放泥浆,供系统泥浆循环使用;一台砂泵2,用于远距离从井队泥浆罐抽吸泥浆至泥浆储备罐;一台砂泵24,用于向专用高压泥浆泵9灌注泥浆储备罐4中的泥浆,提高高压泥浆泵9的上水效率;搅拌器21,用于罐内泥浆搅拌防止沉降;排污闸阀5用于施工结束或者检修设备需要排除泥浆储备罐4中的剩余泥浆;闸阀组1、3、6、8,用于流程需要开关管线,并方便检修、更换其它设备。闸阀1连接砂泵单元2的入口,砂泵单元2出口用连接管线连接闸阀3;泥浆储备罐4连接闸阀3、闸阀5、闸阀12、安全溢流阀13,流量计7进口连接闸阀8、出口连接高压泥浆泵9;砂泵24进口连接闸阀6,出口连接闸阀8;搅拌器安置于泥浆储备罐4内。
动力子系统主要包括柴油发动机11,给高压泥浆泵和局部循环系统提供转速动能,确保高压泥浆泵运转;变速箱与减速机构10,用于减低柴油发动机11的高转速到目标转速以适合高压泥浆泵正常运转,确保输出目标的流量。高压泥浆泵9与变速箱与减速机构10连接,柴油发动机11与变速箱与减速机构10连接。
本地监控子系统主要包括流量计7,用于计量灌入钻井液量;泵冲感应器16,用于监测高压泥浆泵工作状况及计量;压力传感器17,用于监测泵出口压力;液位传感器22,用于监测泥浆储备罐内液面高低;本地监测及控制中心18,包括各种控制处理器、数据连接接口和网络接口,负责现场所有信号采集、处理、执行控制命令、驱动执行机构,即根据传感器采集的数据、上位系统19或者本地人机交互界面23的指令,进行分析决策和下达指令给砂泵单元2、24启停动作、柴油发动机11启停动作与转速、变速箱与减速机构10变速档位动作,达到控制自给式局部循环系统的目的。本地监测及控制中心18安装于撬装底座,通过数据线液面传感器22、压力传感器17与泵冲传感器16、流量计7、变速箱与减速机构10、柴油发动机11、砂泵单元2、24、本地人机交互界面23与本地监测及控制中心18通过数据线连接。泵冲传感器16与专用高压泥浆泵9连接,压力传感器17连接在泵出口四通20或者出口管线上,液位传感器22安放于泥浆储备罐。
实施例2
作为本实用新型的最佳实施方式,种自给式局部循环系统,由灌浆子系统、上水子系统、动力子系统、本地监控子系统及撬装和连接管线构成。本系统连接及达到的技术效果如下:
闸阀1连接砂泵单元2的入口,砂泵单元2出口用连接管线连接闸阀3,便于砂泵单元2检修和灌注泥浆到泥浆储备罐;泥浆储备罐4连接闸阀3、闸阀5、闸阀6、闸阀12、安全溢流阀13,闸阀5用于泥浆储备罐4的清洗排污,闸阀6便于砂泵24检修时候关断来流通道,以免泥浆储备罐4内流体流出造成浪费和环境污染,闸阀12连接高压泥浆泵9和泥浆储备罐4,用于启动泵时候让泵空负荷启动,保护启动部件和泵,溢流阀13用于高压泥浆泵9、闸阀14、单流阀15和出液管线的过压保护,溢流阀流出的流体返回泥浆储备罐,形成自循环,不浪费泥浆且保证设备安全;砂泵24出口连接闸阀8,进口连闸阀6,关断进出口闸阀6、8,便于泵的检修;流量计7进口连接闸阀8、出口连接高压泥浆泵9,便于计量从高压泥浆泵9泵出的泥浆提及流量; 专用高压泥浆泵9进口连接闸阀8,出口连接四通20,高压泥浆泵9与变速箱与减速机构10连接,柴油发动机11与变速箱与减速机构10连接,四通20连接闸阀14、闸阀12、安全溢流阀13高压泥浆泵两端设置闸阀8、14便于流程管线开关和设备检修时候关断进出口,变速箱与减速机构10把柴油发动机11的转速变化为与泥浆泵匹配的设计目标转速,以达到目标出口排量;闸阀14与单流阀15连接,单流阀确保外部流体不能反灌入高压泥浆泵;搅拌器安置于泥浆储备罐4内,防止重泥浆中加重材料沉降造成结饼和密度不均;泵冲传感器16与专用高压泥浆泵9连接,监控泥浆泵的工作状态和计量冲数;压力传感器17连接在泵出口四通20或者出口管线上,监测出口泵压;液位传感器22安放于泥浆储备罐,监测液面高度,为砂泵2启停提供依据,并为砂泵24和高压泥浆泵9开停提供基本参数;液面传感器22、压力传感器17与泵冲传感器16、流量计7、变速箱与减速机构10、柴油发动机11、砂泵单元2与24、本地人机交互界面23与本地监测及控制中心18通过数据线连接,实现本地的数据实时监测与控制,本地监测及控制中心18与远程上位系统19连接,实现上位远程集中监控。
本系统控制过程如下:
1、实施回压补偿作业前,打开闸阀1、3、6、8、12、14,关闭闸阀5,开启砂泵2先将储液罐灌满,并通过控制机构18或19设定储液罐内钻井液面高度启动/停止大功率砂泵和高压泥浆泵。
2、回压补偿作业时,选择控制模式,即本地手动控制和本地自动控制、远程自动控制模式。
(1)当控制开关在手动位置时,局部循环系统脱离自动状态,系统只做监控使用不参与控制,一切控制全靠手动完成泵的启停和回压补偿灌浆过程。
(2)当控制开关在本地自动位置时,系统出于本地自动控制状态,按照顺序控制模式进行系统控制。即回压补偿作业时,通过高压泥浆泵将储液罐内钻井液注入井筒,同时通过液面监测系统实时监测储液罐内钻井液面高度,当液面低于系统设置低点(B点)时操作控制机构启动大功率砂泵,将井队循环罐内的钻井液补充到回压补偿系统储液罐中,当储液罐内钻井液面高度高于设定高点(A点)时停止大功率砂泵,以保证储液罐内钻井液充足。同时,还设定了液位最低点(C点),当液面降到最低点时,操作控制机构会发出警报并停止高压泥浆泵,以到达防止抽空保护高压泥浆泵的目的。
(3)、当控制开关在远程自动位置时,系统出于远程自动控制状态,在回压补偿作业实施过程中,通过系统远程控制接口将各种参数实时传输至现场远程上位系统或者后方基地,上位系统或者后方基地根据参数变化掌握设备运转状态及现场施工情况,可针对现场情况发出各种施工作业指令,并可对系统进行实时监控,提高了整个施工作业的安全性和系统可靠性。
(4)、单次作业完毕,打开闸阀12、确保下次作业安全。
Claims (3)
1.一种自给式局部循环系统,其特征在于:包括灌浆子系统、上水子系统、动力子系统和本地监控子系统,其中:
所述的灌浆子系统包括泥浆泵、单流阀、闸阀六、闸阀七、四通、安全溢流阀和流量计,所述四通分别连接闸阀六、闸阀七、安全溢流阀和泥浆泵的出口,闸阀七与单流阀连接,泥浆泵的进口连接有本地监控子系统的流量计,四通上还连接有本地监控子系统的压力传感器;
所述的上水子系统包括泥浆储备罐、砂泵一、砂泵二、闸阀三、闸阀一、闸阀二、闸阀四和闸阀五,所述闸阀一连接砂泵一的入口,砂泵一的出口连接闸阀二,泥浆储备罐分别连接闸阀二、闸阀三、闸阀四、灌浆子系统的闸阀六和灌浆子系统的安全溢流阀,本地监控子系统的流量计,流量计进口连接闸阀五,流量计的出口连接灌浆子系统的的泥浆泵,砂泵二进口连接闸阀四、砂泵二的出口连接闸阀五;
所述动力子系统包括发动机和与发动机连接的变速箱与减速机构,所述泥浆泵与变速箱与减速机构连接;
所述本地监控子系统包括流量计、泵冲感应器、压力传感器、本地监测及控制中心、液位传感器、现场远程上位系统和人机交互界面,本地监测及控制中心通过数据线与液位传感器、压力传感器、泵冲传感器、流量计、所述变速箱与减速机构、所述发动机、所述砂泵一、所述砂泵二、现场远程上位系统和人机交互界面连接,所述泵冲传感器安装在所述泥浆泵上,液位传感器安装于泥浆储备罐上。
2.根据权利要求1所述的自给式局部循环系统,其特征在于:还包括有撬装底座,所述本地检测及控制中心安装与撬装底座上。
3.根据权利要求1所述的自给式局部循环系统,其特征在于:上水子系统还包括有搅拌器,搅拌器设置在泥浆储备罐中。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20120725 |
|
CX01 | Expiry of patent term |