CN216767326U

CN216767326U - 一种控压钻井地面节流控制管汇装置

Info

Publication number: CN216767326U
Application number: CN202220199152.9U
Authority: CN
Inventors: 李皋; 李红涛; 陈一健; 肖东
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2022-01-25
Filing date: 2022-01-25
Publication date: 2022-06-17
Anticipated expiration: 2032-01-25

Abstract

本实用新型公开了一种控压钻井地面节流控制管汇装置，包括PLC控制器、电控节流阀、闸板阀和节流导流管汇系统；电控节流阀和闸板阀分别安装在节流导流管汇系统中；节流导流管汇系统包括Ⅰ、支路Ⅱ、支路Ⅲ、支路Ⅳ和支路Ⅴ；支路Ⅰ、支路Ⅱ和支路Ⅲ通过三通T₆（51）连接；支路Ⅳ通过三通T₇（55）与支路Ⅱ连接；支路Ⅴ通过三通T₅（37）与支路Ⅲ连接。本实用新型利用地面简易节流控制管汇取代精细控压钻井系统的地面自动节流控制系统，结构简单，不存在撬装装置，设备占用面积小，且安装灵活，解决了常规控压钻井系统难以山地钻井、海洋钻井等井场空间有限场景应用的难题。

Description

一种控压钻井地面节流控制管汇装置

技术领域

本实用新型涉及石油钻井设备领域，尤其涉及一种控压钻井地面节流控制管汇装置。

背景技术

随着油气勘探开发工作的不断深入，勘探开发领域正逐渐转向深层、深水和非常规等复杂地层。一般复杂地层的“安全密度窗口”较窄，应用常规钻探技术时易出现井涌、井漏、卡钻等一系列钻井复杂问题，井筒流动安全控制问题突出，已成为严重影响和制约复杂地层油气勘探开发的技术瓶颈。

控压钻井技术（MPD）是近年来发展起来的一项钻井新技术，其核心是通过相应的装备系统实时调控井口回压，从而间接控制井底压力，使其一直处于“钻井安全密度窗口”内，可有效预防和控制井漏和溢流，避免井下复杂，大幅度降低非常生产时间。控压钻井技术已经成为当前解决复杂地层钻井井筒压力控制难题最有效的技术手段。控压钻井技术自问世以来，经过多年的发展，技术体系日趋完善，井筒压力的控制精度也持续提高，发展出的精细控压钻井系统井底压力控制精度可达±0.35MPa，已经成为了一项安全高效钻井的钻井装备新利器，相关装备也已实现国产化。

目前，精细控压钻井技术已在现场得到了规模化应用，取得了很好的应用成效，但现有的精细控压钻井技术还存在如下问题：

1、现有精细控压钻井系统主要包括旋转防喷器、地面自动节流管汇、回压补偿装置、井下随钻压力测试系统（PWD）、地面控制软件等组成。地面节流控制系统由各种闸板阀、液控节流阀、主节流管汇、辅助节流管汇、科里奥利流量计、压力传感器、液控节流控制操作台和控制箱等组成。回压补偿装置由电动三缸柱塞泵、交流电机、上水管线、排水管线及科里奥利流量计等组成。地面自动节流管汇和回压补偿装置结构复杂，整体采用撬装结构，再加上配套的数控房等，整套精细控压钻井系统相当庞大，设备占用面积大，且整套装备不能分为独立单元单独应用，必须整套设备上井场，这对井场大小提出了较为严苛的要求，严重限制了精细控压钻井技术在海洋钻井、山地钻井等场景的推广应用。

2、精细控压钻井的自动节流管汇的阀位控制采用液动控制模式，进口的液动控制系统成本高，单只阀件的费用高达一百多万元，不利于推广应用；国产液动控制系统响应速度慢，压力控制波动大，距离精细控压的要求尚存在一定的距离。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种控压钻井地面节流控制管汇装置，解决了当前精细控压钻井占地多的问题，大幅度降低了控压钻井的作业成本，有利于控压钻井技术的推广应用。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种控压钻井地面节流控制管汇装置，包括PLC控制器、电控节流阀、闸板阀和节流导流管汇系统；电控节流阀和闸板阀分别安装在节流导流管汇系统中；闸板阀包括手动闸板阀SV₃、手动闸板阀SV₈、手动闸板阀SV₉、手动闸板阀SV₁₀、手动闸板阀SV₁₂、手动闸板阀SV₁₃、手动闸板阀SV₁₅；电控节流阀包括电控节流阀V₁、电控节流阀V₂和电控节流阀V₃；PLC控制器分别与电控节流阀V₁、电控节流阀V₂和电控节流阀V₃连接；所述节流导流管汇系统包括Ⅰ、支路Ⅱ、支路Ⅲ、支路Ⅳ和支路Ⅴ；支路Ⅰ、支路Ⅱ和支路Ⅲ通过三通T₆连接；支路Ⅳ通过三通T₇与支路Ⅱ连接；支路Ⅴ通过三通T₅与支路Ⅲ连接。

支路Ⅰ上安装有流量计F₃、手动闸板阀SV₁₅和压力传感器P₈；手动闸板阀SV₁₅通过三通T₈与井控节流管汇相连接；PLC控制器分别与流量计F₃和压力传感器P₈连接。

支路Ⅱ上安装有电控节流阀V₂、流量计F₂、手动闸板阀SV₁₃、压力传感器P₄和压力传感器P₅；手动闸板阀SV₁₃与三通T₇相连接；压力传感器P₄和压力传感器P₅分别安装在电控节流阀V₂的两端；PLC控制器分别与电控节流阀V₂和流量计F₂连接。

支路Ⅲ上安装有电控节流阀V₁和手动闸板阀SV₉；电控节流阀V₁的两端分别有安装压力传感器P₆和压力传感器P₇；PLC控制器分别与电控节流阀V₁、压力传感器P₆和压力传感器P₇连接。

支路Ⅳ安装有手动闸板阀SV₃、手动闸板阀SV₁₂、电控节流阀V₃、压力传感器P₂和压力传感器P₃；手动闸板阀SV₃通过三通T₄与井控节流管汇相连接；压力传感器P₂和压力传感器P₃分别安装在电控节流阀V₃的两端；PLC控制器分别与电控节流阀V₃、压力传感器P₂和压力传感器P₃连接。

支路Ⅴ安装有手动闸板阀SV₈和手动闸板阀SV₁₀；手动闸板阀SV₁₀通过四通SC₄与井队气液分离器相连接。

本实用新型的有益效果：

本实用新型利用地面简易节流控制管汇取代精细控压钻井系统的地面自动节流控制系统，结构简单，不存在撬装装置，设备占用面积小，且安装灵活，解决了常规控压钻井系统难以山地钻井、海洋钻井等井场空间有限场景应用的难题。

附图说明

图1是现有精细控压钻井系统工作原理示意图；

图2是现有井控节流管汇结构放大示意图；

图3是本实用新型的结构示意图。

附图中：1、旋转防喷器，2、环形防喷器，3、双闸板防喷器，4、单闸板防喷器，5、井壁，6、钻柱，7、井下压力随钻测试系统，8、钻头，9、压井管汇，10、泥浆泵，11、水龙带，12、回压补偿管汇，13、过滤器组，14、燃烧池，15、气液分离器，16、井控节流管汇，17、泥浆池，18、泥浆罐，19、振动筛，20、三通T₁，21、手动闸板阀SV₁，22、手动闸板阀SV₂，23、手动闸板阀SV₃，24、三通T₂，25、三通T₃，26、三通T₄，27、自动节流控制系统，28、气液分离器排气管，29、精细控压自动控制系统，30、钻井水力学计算软件，31、手动闸板阀SV₄，32、手动闸板阀SV₅，33、泥浆返出支路，34、手动闸板阀SV₆，35、手动闸板阀SV₇，36、四通SC₄，37、三通T₅，38、手动闸板阀SV₈，39、电控节流阀V₁，40、电控节流阀V₂，41、电控节流阀V₃，42、四通SC₁，43、压力传感器P₂，44、压力传感器P₃，45、压力传感器P₄，46、压力传感器P₅，47、压力传感器P₆，48、压力传感器P₇，49、压力传感器P₈，50、流量计F₂，51、三通T₆，52、手动闸板阀SV₉，53、手动闸板阀SV₁₀，54、流量计F₃，55、三通T₇，56、手动闸板阀SV₁₁，57、手动闸板阀SV₁₂，58、手动闸板阀SV₁₃，59、手动闸板阀SV₁₅，60、三通T₈。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，现有的精细控压钻井系统主要包括旋转防喷器1、环形防喷器2、地面自动节流管汇、回压补偿装置、井下随钻压力测试系统7（PWD）、地面控制软件等组成。图1和图2中，精细控压钻井系统还包括双闸板防喷器3、单闸板防喷器4、井壁5、钻柱6、钻头8、压井管汇9、泥浆泵10、水龙带11、回压补偿管汇12、过滤器组13、燃烧池14、气液分离器15、井控节流管汇16、泥浆池17、泥浆罐18、振动筛19、三通T₁20、三通T₂24、三通T₃25、气液分离器排气管28、精细控压自动控制系统29、钻井水力学计算软件30、手动闸板阀SV₄31、手动闸板阀SV₅32、泥浆返出支路33、手动闸板阀SV₆34、手动闸板阀SV₇35和四通SC₁42等设备。

其地面节流控制系统由各种闸板阀、液控节流阀、主节流管汇、辅助节流管汇、科里奥利流量计、压力传感器、液控节流控制操作台和控制箱等组成。地面自动节流管汇结构复杂，整体采用撬装结构，再加上配套的数控房等，整套精细控压钻井系统相当庞大，设备占用面积大，且整套装备不能分为独立单元单独应用，必须整套设备上井场，这对井场大小提出了较为严苛的要求，严重限制了精细控压钻井技术在海洋钻井、山地钻井等场景的推广应用。

本实用新型为解决上述地面节流控制系统存在的问题，设计了一种地面简易节流控制管汇用于取代精细控压钻井系统的自动节流控制系统27，该装置与精细控压钻井系统的井控节流管汇16相结合后，存在并联和串联两种工作模式，可通过打开和关闭手动闸板阀SV₃23、液控节流阀、手动闸板阀SV₁₅59进行切换。本实用新型装置的详细设计过程见下列实施例。

实施例一：

本实施例中，如图3所示，一种控压钻井地面节流控制管汇装置，包括PLC控制器、电控节流阀、闸板阀和节流导流管汇系统。电控节流阀和闸板阀分别安装在节流导流管汇系统中；闸板阀包括手动闸板阀SV₃23、手动闸板阀SV₈38、手动闸板阀SV₉52、手动闸板阀SV₁₀53、手动闸板阀SV₁₁56、手动闸板阀SV₁₂57、手动闸板阀SV₁₃58、手动闸板阀SV₁₅59；电控节流阀包括电控节流阀V₁39、电控节流阀V₂40和电控节流阀V₃41；PLC控制器分别与电控节流阀V₁39、电控节流阀V₂40和电控节流阀V₃41连接。

节流导流管汇系统包括Ⅰ、支路Ⅱ、支路Ⅲ、支路Ⅳ和支路Ⅴ；支路Ⅰ、支路Ⅱ和支路Ⅲ通过三通T₆51连接；支路Ⅳ通过三通T₇55与支路Ⅱ连接；支路Ⅴ通过三通T₅37与支路Ⅲ连接。

支路Ⅰ上安装有流量计F₃54、手动闸板阀SV₁₅59和压力传感器P₈49；手动闸板阀SV₁₅59通过三通T₈60与井控节流管汇16相连接；PLC控制器分别与流量计F₃54和压力传感器P₈49连接。

支路Ⅱ上安装有电控节流阀V₂40、流量计F₂50、手动闸板阀SV₁₃58、压力传感器P₄45和压力传感器P₅46；手动闸板阀SV₁₃58与三通T₇55相连接；压力传感器P₄45和压力传感器P₅46分别安装在电控节流阀V₂40的两端；PLC控制器分别与电控节流阀V₂40和流量计F₂50连接。

支路Ⅲ上安装有电控节流阀V₁39和手动闸板阀SV₉52；电控节流阀V₁39的两端分别有安装压力传感器P₆47和压力传感器P₇48；PLC控制器分别与电控节流阀V₁39、压力传感器P₆47和压力传感器P₇48连接。

支路Ⅳ安装有手动闸板阀SV₃23、手动闸板阀SV₁₂57、电控节流阀V₃41、压力传感器P₂43和压力传感器P₃44；手动闸板阀SV₃23通过三通T₄26与井控节流管汇16相连接；压力传感器P₂43和压力传感器P₃44分别安装在电控节流阀V₃41的两端；PLC控制器分别与电控节流阀V₃41、压力传感器P₂43和压力传感器P₃44连接。

支路Ⅴ安装有手动闸板阀SV₈38和手动闸板阀SV₁₀53；手动闸板阀SV₁₀53通过四通SC₄36与现有精细控压钻井系统的气液分离器15相连接。

实施例二：

本实施例中，在实施例一提供装置结构基础上，对本实用新型装置的工作模式和工作原理做进一步说明。

本实施例中，控压钻井地面简易节流控制管汇装置工作模式的切换过程包括：打开手动闸板阀SV₃23、手动闸板阀SV₁₅59，关闭液控节流阀，地面简易节流控制管汇即与井控节流管汇16处于并联状态。在并联模式下，井控节流管汇16处于关闭状态，利用实施例一的地面简易节流控制管汇进行节流控压。此时，地面简易节流控制管汇中具有效节流作用的是支路Ⅱ、支路Ⅲ、支路Ⅳ和支路Ⅴ，支路Ⅰ是封闭的支路，不存在钻井液流动，不起节流作用。

当所述的地面简易节流控制管汇与井控节流管汇16处于并联连接时，钻井液的流动路径具体为：钻井经选择防喷器1返出，通过手动闸板阀SV₁ 22、三通T₃ 25、手动闸板阀SV₁ 21、三通T₁ 20、三通T₄ 26进入地面简易节流控制管汇，并依次通过其支路Ⅳ、支路Ⅱ、支路Ⅲ、支路Ⅴ，经四通SC₄ 36进入气液分离器15，分离后的钻井液通过振动筛19，经固控后进入泥浆罐18。

在并联模式下，通过支路Ⅳ上的电控节流阀V₃ 41、支路上的电控节流阀V₂ 40和支路上的电控节流阀V₁ 39实现三级节流控压，3支电控节流阀的开度由PLC控制器自动调控。

进一步地，关闭手动闸板阀SV₃ 23，打开手动闸板阀SV₁₅ 59、液控节流阀，本实施例的简易节流控制管汇即与井控节流管汇16处于串联状态。在串联模式下，地面简易节流控制管汇具有有效节流作用的是支路Ⅰ、支路Ⅲ和支路Ⅴ，支路Ⅱ和支路Ⅳ处于关闭状态，不存在钻井液流动，不起节流作用。

本实施例中，地面简易节流控制管汇与井控节流管汇16处于串联连接时，钻井液的流动路径具体为：钻井液经选择防喷器1返出，通过手动闸板阀SV₂ 22、三通T₃ 25、手动闸板阀SV₁ 21、三通T₁ 20、三通T₄ 26进入井控节流管汇16，并经井控节流管汇16的液控节流阀、三通T₈ 60，进入地面简易节流控制管汇的支路Ⅰ，依次通过其支路Ⅲ和支路Ⅴ后，经四通SC₄ 36进入气液分离器15，分离后的钻井液通过振动筛19，经固控后进入泥浆罐18。

在串联模式下，通过支路上的电控节流阀V₁39实现单级节流控压，也可同时控制井控节流管汇16上的液控节流阀进行双级节流控压。电控节流阀V₁39和液控节流阀的开度由PLC控制器自动调控。

本实用新型的地面简易节流控制管汇与现有技术的主要区别在于：现有精细控压钻井技术的地面自动节流控制系统27由各种闸阀、液控节流阀（≥3支）、主节流管汇、辅助节流管汇、科里奥利流量计、压力传感器、液控节流控制操作台、控制箱等组成，整体采用撬装结构，设备结构复杂、占用面积大，难以满足山地钻井、海洋钻井等井场空间受限场景的应用要求，且标配的液控节流阀、科里奥利流量计等部件价格昂贵，造成整套地面自动节流控制系统27造价高昂。而本实用新型所述的地面简易节流控制管汇是一套由手动闸板阀、电控节流阀压力传感器、流量计和管路的组合结构，结构简单，安装灵活，不存在撬装装置，设备占用面积小。

此外，本实用新型所述的地面简易节流控制管汇使用成本相对较低的3支电控节流阀取代液控节流阀，以常规液相流量计取代科里奥利流量计，设备造价整体上得到了大幅度降低。需要说明的是，尽管单支电控节流阀的最大工作压差低于液控节流阀，但地面简易节流控制管汇使用3支电控节流阀串联（并联模式下）或1支电控节流阀与井控节流管汇16串联的形式实现多级节流控压，其整体的控压能力并不弱于现有技术的地面自动节流控制系统27，且电控节流阀的响应速度更快。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种控压钻井地面节流控制管汇装置，其特征在于，包括PLC控制器、电控节流阀、闸板阀和节流导流管汇系统；电控节流阀和闸板阀分别安装在节流导流管汇系统中；闸板阀包括手动闸板阀SV₃（23）、手动闸板阀SV₈（38）、手动闸板阀SV₉（52）、手动闸板阀SV₁₀（53）、手动闸板阀SV₁₂（57）、手动闸板阀SV₁₃（58）、手动闸板阀SV₁₅（59）；电控节流阀包括电控节流阀V₁（39）、电控节流阀V₂（40）和电控节流阀V₃（41）；PLC控制器分别与电控导流管汇系统包括Ⅰ、支路Ⅱ、支路Ⅲ、支路Ⅳ和支路Ⅴ；支路Ⅰ、支路Ⅱ和支路Ⅲ通过三通T₆（51）连接；支路Ⅳ通过三通T₇（55）与支路Ⅱ连接；支路Ⅴ通过三通T₅（37）与支路Ⅲ连接。

2.根据权利要求1所述的一种控压钻井地面节流控制管汇装置，其特征在于，所述支路Ⅰ上安装有流量计F₃（54）、手动闸板阀SV₁₅（59）和压力传感器P₈（49）；手动闸板阀SV₁₅（59）通过三通T₈（60）与井控节流管汇（16）相连接；PLC控制器分别与流量计F₃（54）和压力传感器P₈（49）连接。

3.根据权利要求1所述的一种控压钻井地面节流控制管汇装置，其特征在于，所述支路Ⅱ上安装有电控节流阀V₂（40）、流量计F₂（50）、手动闸板阀SV₁₃（58）、压力传感器P₄（45）和压力传感器P₅（46）；手动闸板阀SV₁₃（58）与三通T₇（55）相连接；压力传感器P₄（45）和压力传感器P₅（46）分别安装在电控节流阀V₂（40）的两端；PLC控制器分别与电控节流阀V₂（40）和流量计F₂（50）连接。

4.根据权利要求1所述的一种控压钻井地面节流控制管汇装置，其特征在于，所述支路Ⅲ上安装有电控节流阀V₁（39）和手动闸板阀SV₉（52）；电控节流阀V₁（39）的两端分别有安装压力传感器P₆（47）和压力传感器P₇（48）；PLC控制器分别与电控节流阀V₁（39）、压力传感器P₆（47）和压力传感器P₇（48）连接。

5.根据权利要求1所述的一种控压钻井地面节流控制管汇装置，其特征在于，所述支路Ⅳ安装有手动闸板阀SV₃（23）、手动闸板阀SV₁₂（57）、电控节流阀V₃（41）、压力传感器P₂（43）和压力传感器P₃（44）；手动闸板阀SV₃（23）通过三通T₄（26）与井控节流管汇（16）相连接；压力传感器P₂（43）和压力传感器P₃（44）分别安装在电控节流阀V₃（41）的两端；PLC控制器分别与电控节流阀V₃（41）、压力传感器P₂（43）和压力传感器P₃（44）连接。

6.根据权利要求1所述的一种控压钻井地面节流控制管汇装置，其特征在于，所述支路Ⅴ安装有手动闸板阀SV₈（38）和手动闸板阀SV₁₀（53）；手动闸板阀SV₁₀（53）通过四通SC₄36与现有精细控压钻井系统的气液分离器（15）相连接。