CN209011793U - 一种平衡固井用的井口压力控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种平衡固井用的井口压力控制装置，涉及油气开采钻井装置技术领域。本实用新型包括压力控制装置入口、压力控制装置前端部分、压力控制装置中端部分和压力控制装置后端部分；所述压力控制装置入口、前端部分、中端部分和后端部分依次相连，后端部分由管线与中端部分的出口进行法兰连接，管线后端连接三通，三通的一条支路进入液面检测罐，另一条支路进入液气分离器，所述液面检测罐内安装有液位监测仪；所述液面检测罐外连接有压力泵，压力泵的出口通过管线连接至井口压力控制装置的入口处。本申请的压力控制装置设备较小，能够单独成撬，方便单车运输，节约运输成本，同时也可以适用于短时间的固井作业，降低作业成本。

Description

一种平衡固井用的井口压力控制装置

技术领域

本实用新型涉及油气开采钻井装置技术领域，更具体地说涉及一种平衡固井用的井口压力控制装置。

背景技术

随着油气勘探不断转向深层油气资源，深井超深井不断增加，长裸眼段、多压力体系下必然产生窄安全密度窗口的地层，因此，精细控压钻井技术成为了这种窄安全密度窗口地层安全钻井的必备技术，但在精细控压钻井后，大多数井都采用堵漏方式，扩大地层的安全密度窗口，便于采用常规方式进行固井作业，但这种处理方式，可能要进行反复堵漏，才能建立适合常规固井的窗口，这样导致钻井周期加长，作业成本大幅增加。

为了节约成本，提高固井质量，提出了平衡固井方式，这种平衡固井方式在顺南6井和双探10井等井进行了作业，固井质量得到大幅度提高。

国家知识产权局于2010年9月29日，公开了一件公开号为CN201593387U，名称为“一种钻井环空压力精细控制系统”的实用新型专利，该实用新型专利包括：自动控制节流管汇装置、回压补偿装置、流量监测装置、井底压力随钻测量装置、数据采集和控制系统。将水力计算模块实时计算出的维持井底压力为设定值，所需的井口回压数据传输到控制系统，自动控制系统根据此回压值调节节流阀开度。通过压力的监测，能够对变化的条件进行响应并不断调整节流阀以保持回压，或启动回压补偿装置，向自动节流管汇提供钻井液以保持井口回压。能够实现在动态和静态条件下保持井底压力相对稳定，自动化程度高，控制精确、能及时调整，提高了控压钻井作业的安全性和可靠性，适用于海洋和陆地的控压钻井作业。

但在平衡固井的实际作业中，全部采用精细控压钻井设备——自动节流控制系统进行井口压力控制，在注替过程中，注入井筒的流体变化、反复的倒换泵以及开停泵，都会导致井口压力控制难度加大，井筒压力仍处于波动状态，无法实现真正意义的井筒压力精细控制。虽然目前，采用精细控压钻井系统中的回压补偿系统可实现井口局部循环，在开停泵等工况下能够保证井筒压力平稳，但该设备庞大，自带柴油机，费用太高，并且对于较短时间的固井作业，难以有效降低固井作业成本。

实用新型内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷和不足，本申请提供了一种平衡固井用的井口压力控制装置，本实用新型的发明目的在于解决现有技术中精细控压钻井系统设备庞大、对于较短时间的固井作业，无法降低固井作业成本的问题，本申请的压力控制装置设备较小，能够单独成撬，方便单车运输，节约运输成本，同时也可以适用于短时间的固井作业，降低作业成本。

为了解决上述现有技术中存在的问题，本申请是通过下述技术方案实现的：

一种平衡固井用的井口压力控制装置，其特征在于：包括压力控制装置入口、压力控制装置前端部分、压力控制装置中端部分和压力控制装置后端部分；所述压力控制装置入口、压力控制装置前端部分、压力控制装置中端部分和压力控制装置后端部分依次相连，所述压力控制装置前端部分包括四通连接头，所述四通连接头一端与压力控制装置入口相连，四通的其余三个连接头并联两条节流通道和一条直通道，两条节流通道中，一条通道正常使用，另一条通道作为备用通道，所述节流通道上安装有平板阀和节流阀；所述直通道上安装有平板阀；所述压力控制装置中端部分由管线法兰连接压力控制装置前端部分的出口，管线法兰后并联两条通道，一条通道为直通道，另一条通道上设置有流量计，为计量通道；所述压力控制装置后端部分由管线与压力控制装置中端部分的出口进行法兰连接，管线后端连接三通，三通的一条支路进入液面检测罐，另一条支路进入液气分离器，所述液面检测罐内安装有液位监测仪；所述液面检测罐外连接有压力泵，压力泵的出口通过管线连接至井口压力控制装置的入口处。

所述压力控制装置前端部分的两条节流通道上分别安装有两个电控型节流阀。

所述压力控制装置中端部分中的流量计包括质量流量计和/或电磁流量计。

所述压力控制装置后端部分中进入液气分离罐的分支通道上安装有平板阀。

所述压力控制装置后端部分中进入液面检测罐的分支通道上安装有电控型节流阀。

所述液面检测罐外还配备有一台压力泵，由软管直接连接井队循环罐。

所述压力控制装置还包括数据采集单元和本地控制单元，所述数据采集单元包括压力传感器、阀位传感器、温度传感器、液位监测仪、流量计中的一种或多种的组合，所述本地控制单元包括本地工控机、控制器和驱动器，控制器和驱动器用于控制压力控制装置中所有阀门的开启关闭动作和压力泵的启停动作。

与现有技术相比，本实用新型所带来的有益的技术效果表现在：

1、在井筒压力平衡固井作业过程中，可通过井口压力控制装置内部建立循环，防止因注前置液、水泥泵、后置液、泥浆等的反复开停泵及流体变化造成的压力波动，确保井筒压力恒定，从而使环空的水泥浆不会发生气侵或漏失，达到提高固井质量的目的。

2、在整个固井作业中，井口一直处于密闭循环状态，尤其是反复开停泵时，通过自动调节节流阀控制井口套压，不会造成井筒压力的拨动。在泥浆顶替的过程中，可自动调节井口套压，维持井筒压力的平稳，使环空的水泥浆不会发生气侵或漏失，从而提高固井质量。

3、将本申请的压力控制装置结构简单，可以单独成撬，方便单车运输，能够节约运输成本。同时本申请的压力控制装置采用数据采集单元和本地控制单元，自动化程度高，各个阀门联立动作，可节约人工成本。在本申请中，数据采集单元的压力传感器、阀位传感器、温度传感器、液位监测仪和流量计均通过信号传输电缆与数据采集单元相连，数据采集单元通过总线与本地控制单元的控制器相连，控制器通过数据总线与本地工控机相连，工控机采用标准工业用控制工控机，工控机上有完善的控制软件，可显示控压钻井参数，操作人员可通过该软件实现对压力控制装置的操作，在本申请中，工控机和控制软件均采用现有工控机和井口压力控制软件。

附图说明

图1为本实用新型井口压力控制装置的布局图；

图2为本实用新型井口压力控制装置的数据采集与控制流程图。

附图标记：100、压力控制装置入口，200、压力控制装置前端部分,300、压力控制装置中端部分,400、压力控制装置后端部分。

具体实施方式

参照说明书附图1和2。在本实施例中，井口压力控制装置应用在井筒压力平衡固井作业过程中的井内压力变化剧烈阶段，如注前置液、水泥浆、后置液、泥浆等的反复开停泵及流体变化过程。

实施例1

注入前置液、水泥浆、后置液、泥浆过程中，井口压力控制装置的工作原理为：在注入前置液、水泥泵、后置液、泥浆前，将压力泵C由井队循环罐中抽取一定量的泥浆至液面检测罐A中；在所述的井口压力控制装置I内，先建立一个闭环的循环通道，即泥浆从液面检测罐——压力泵B——三通G——四通F——阀3——阀2——阀6——阀9——流量计E——阀12——液面检测罐A。若需控制井口套压，则调节阀2和阀12，实现二级节流控制。其中阀2、阀12为电控型节流阀，阀1、阀3、阀9为开关阀，阀6为平板阀。

在液面检测罐A中的液位监测仪D记录液面检测罐A的液面，并维持液面的平稳。若阀3、阀2、阀6支路出现堵塞，则关闭阀3，走阀4、阀5、阀8支路。若需控制井口套压，则调节阀5和阀12，实现二级节流控制。其中阀4为开关阀，阀8为平板阀。

前置液、水泥浆、后置液、泥浆等流体入井，环空返出的泥浆由旋转防喷器的高压管线通过三通G进入井口压力控制装置I内。

实时监测流量计E测得的流量及液面检测罐A上的液位监测仪D的数据，一旦发生变化，快速自动打开阀11，同时调节阀12，维持液面检测罐的正常液位，同时保持三通G的套压。泥浆一部分由阀12进入液面检测罐A，另一部分由阀11进入液气分离器，再由液气分离器分离后，泥浆进入井队循环罐。其中阀11为平板阀。

在注入前置液、水泥浆、后置液、泥浆时，有一种应急情况，即一旦发现有气体从井口内返出，则快速停压力泵B，同时快速关闭阀12，带有气体的泥浆全部进入液气分离器，并进行分离，液体返回井队泥浆罐，气体排至火炬进行燃烧。排气完成恢复正常后，打开压力泵B，在井口压力控制装置I内建立闭环循环。

实施例2

注入前置液、水泥浆、后置液、泥浆过程中反复停泵时的井口压力控制装置的工作原理：

在停井队泵或水泥车泵时，关闭阀11，仍在井口压力控制装置I内保持闭环循环，即泥浆从液面检测罐A—压力泵B—阀1—三通G—四通F—阀3—阀2—阀6—阀9—流量计E—阀12—液面检测罐A。若需控制井口套压，则调节阀2和阀12，实现二级节流控制。其中阀2、阀12为电控型节流阀，阀1、阀3、阀9为开关阀，阀6为平板阀。

在开井队泵时，自动打开阀11，泥浆仍在井口压力控制装置I内保持闭环循环，同时，从井内返出的部分泥浆从阀11返回至井队循环罐。

在开井队泵或水泥车泵时，环空返出的泥浆由旋转防喷器的高压管线通过三通G进入井口压力控制装置I内。

实时监测流量计E测得的流量及液面检测罐A上的液位监测仪D监测的数据，一旦发生变化，快速自动打开阀11，同时调节阀12，维持液面检测罐A的正常液位，同时保持三通G的套压。泥浆一部分由阀12进入液面检测罐A，另一部分由阀11进入液气分离器，再由分离器分离后，泥浆进入井队循环罐。

在开井队泵或水泥车泵时，有一种应急情况，即一旦发现有气体从井口内返出，则快速停压力泵B，同时，快速关闭阀12，带有气体的泥浆全部进入分离器，并进行分离，液体返回井队泥浆罐，气体排至火炬进行燃烧。排气完成恢复正常后，打开压力泵B在井口压力控制系统I内建立闭环循环。

在起钻时，打开井队泵，由井队节流管汇入口泵入泥浆，补偿因钻具在井内减少的体积，多余泥浆则通过井口压力控制装置I返回井队循环罐。此时，井口压力控制装置内停止压力泵B和关闭阀12；若需要带压起，则控制阀2。

实施例3

井口压力控制装置的数据采集与本地控制原理：

数据采集与本地控制单元通过传感器和数据线实时采集数据，包括采集阀2、阀5和阀12的阀位数据；阀1、阀3、阀4、阀6、阀7、阀8、阀9、阀10和阀11的开关阀位；四通F、三通H的温度和压力数据；液面检测罐A中的液面监测数据；流量计E的流量数据。

数据采集后，直接传输至数据分析与远程控制系统。或者直接传输至本地控制单元中。

由控制单元对各个阀门进行联立自动控制：控制阀2或阀5、阀12的开度，控制阀1、阀3、阀4、阀6、阀7、阀8、阀9、阀10和阀11的开关。控制时，要确保四通F的压力不变。

实施例4

作为本申请又一较佳实施例，本实施例公开了：

本申请的井口压力控制装置由节流阀、平板阀、流量计、三通、四通、硬管、电缆线、数据线、压力传感器、阀位传感器、温度传感器、液面检测罐、小泵、液位监测仪、本地控制系统联合构成。

所述井口压力控制装置既可本地控制，也可远程控制。

所述井口压力控制装置是一个撬体，实现单车运输。

所述井口压力控制装置的入口是一个三通G，从井内返出的泥浆通过连接井口旋转防喷器的高压管线进入三通G。所述三通G的另两个出口，一个与后端的四通F相连接，另一个通过管线与压力泵B连接。

所述井口压力控制装置的出口由管线连接至液气分离器。

所述井口压力控制装置的入口和出口由法兰或由壬连接。

所述井口压力控制装置包括前端、中端和后端三部分及数据采集和本地控制单元。

所述井口压力控制装置的前端部分，依靠四通F，并联两条节流通道和一条直通道组成。两条节流通道中，一条通道正常使用，另一条通道作为备用，而遇到紧急情况，可直接打开直通道。所述的节流通道上分别安装两只电控型节流阀（阀3、阀2；阀4，阀5），并进行自动节流压力控制。

所述的井口压力控制装置的中端部分，包括由管线法兰连接前端部分的出口，后并联两条通道。一条通道有流量计E，另一条通道为直通道。正常工况下，走具有流量计E的通道，紧急情况下走直通道。所述的流量计包括质量流量计、电磁流量计等。

所述的井口压力控制装置的后端部分，由管线与中端部分的出口进行法兰连接，管线后端连接三通H，三通H的一条支路进入液面检测罐A中，另一条支路进入液气分离器。在所述的进入液气分离器的分支通道处，即三通附近，安装有一个自动控制的平板阀（阀11）；在所述的进入液面检测罐A的分支通道处，即三通附近也安装有一个电控型自动节流阀（阀12）。在所述的液面检测罐A内，安装有液位监测仪D。在液面检测罐A外配有一台压力泵C，由软管直接连接井队循环罐。在液面检测罐A外还有一台高压压力泵B，该泵一端与液面检测罐A连接，另一端由管线连接至井口压力控制装置的入口100附近，即三通G上。

所述的井口压力控制装置的数据采集和本地控制单元，包括数据采集单元和本地控制单元。所述的数据采集单元，包括压力传感器、阀位传感器、温度传感器、液位监测仪、流量计实时采集的数据，并将所有数据存储在本地工控机内；所述的本地控制单元，包括本地工控机、控制器和驱动器，涵盖所有阀门的开启关闭动作和电动泵的启停动作。

Claims (6)

1.一种平衡固井用的井口压力控制装置，其特征在于：包括压力控制装置入口（100）、压力控制装置前端部分（200）、压力控制装置中端部分（300）和压力控制装置后端部分（400）；所述压力控制装置入口（100）、压力控制装置前端部分（200）、压力控制装置中端部分（300）和压力控制装置后端部分（400）依次相连，所述压力控制装置前端部分（200）包括四通连接头，所述四通（F）连接头一端与压力控制装置入口（100）相连，四通（F）的其余三个连接头并联两条节流通道和一条直通道，两条节流通道中，一条通道正常使用，另一条通道作为备用通道，所述节流通道上安装有平板阀和节流阀；所述直通道上安装有平板阀；所述压力控制装置中端部分（300）由管线法兰连接压力控制装置前端部分（200）的出口，管线法兰后并联两条通道，一条通道为直通道，另一条通道上设置有流量计，为计量通道；所述压力控制装置后端部分（400）由管线与压力控制装置中端部分（300）的出口进行法兰连接，管线后端连接三通，三通的一条支路进入液面检测罐（A），另一条支路进入液气分离器，所述液面检测罐（A）内安装有液位监测仪；所述液面检测罐（A）外连接有压力泵（B），压力泵（B）的出口通过管线连接至井口压力控制装置的入口处。

2.如权利要求1所述的一种平衡固井用的井口压力控制装置，其特征在于：所述压力控制装置前端部分（200）的两条节流通道上分别安装有两个电控型节流阀。

3.如权利要求1所述的一种平衡固井用的井口压力控制装置，其特征在于：所述压力控制装置中端部分（300）中的流量计包括质量流量计和/或电磁流量计。

4.如权利要求1所述的一种平衡固井用的井口压力控制装置，其特征在于：所述压力控制装置后端部分（400）中进入液气分离罐的分支通道上安装有平板阀。

5.如权利要求1所述的一种平衡固井用的井口压力控制装置，其特征在于：所述压力控制装置后端部分（400）中进入液面检测罐（A）的分支通道上安装有电控型节流阀。

6.如权利要求1所述的一种平衡固井用的井口压力控制装置，其特征在于：所述液面检测罐（A）外还配备有一台压力泵（C），由软管直接连接井队循环罐。