欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制裝置及其使用方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及石油欠平衡鉆井【技術(shù)領(lǐng)域】，是一種欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制裝置及其使用方法。欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集單元、邏輯判斷控制單元和執(zhí)行單元，數(shù)據(jù)采集單元用于采集環(huán)空井底壓力和井口回壓，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至邏輯判斷控制單元；邏輯判斷控制單元根據(jù)判斷結(jié)果控制回壓泵的開(kāi)關(guān)以及節(jié)流閥的開(kāi)度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理而緊湊，使用方便，在各工況轉(zhuǎn)換過(guò)程中維持井底壓力恒定，安全地鉆穿窄密度窗口低層，減少井涌、井漏現(xiàn)象的發(fā)生，減少套管層次、井下復(fù)雜事故，縮短非生產(chǎn)時(shí)間，提高鉆井效率，節(jié)約鉆井作業(yè)成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制裝置及其使用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油欠平衡鉆井【技術(shù)領(lǐng)域】，是一種欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制裝置及其使用方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)石油勘探與開(kāi)發(fā)向深部復(fù)雜地層的不斷發(fā)展，窄密度窗口安全鉆井的問(wèn)題越來(lái)越突出，在許多油田已成為影響和制約石油勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程與鉆井施工的技術(shù)瓶頸。發(fā)展和研究解決窄密度窗口安全鉆井技術(shù)的新技術(shù)、新工藝和新裝備是急需解決的問(wèn)題，其中，在停泵、開(kāi)泵過(guò)程中保持井底壓力恒定是核心。
[0003]中國(guó)專(zhuān)利號(hào)ZL 200310103433.1，授權(quán)公告日2007年12月5日的專(zhuān)利文獻(xiàn)，公開(kāi)了一種欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制裝置及方法，其通過(guò)實(shí)時(shí)采集鉆井作業(yè)中的立管壓力、套管壓力、節(jié)流閥開(kāi)度及泥漿泵泵沖的動(dòng)態(tài)模擬數(shù)據(jù)，并將所測(cè)數(shù)據(jù)輸出給數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元將包括井身結(jié)構(gòu)、鉆具結(jié)構(gòu)、泥漿性能在內(nèi)的靜態(tài)數(shù)據(jù)及上述采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以實(shí)測(cè)的立壓和計(jì)算得到的鉆具內(nèi)和鉆頭壓降來(lái)計(jì)算欠平衡鉆井鉆進(jìn)時(shí)的井底壓力P1，系統(tǒng)設(shè)定的井底壓力值土設(shè)定誤差為P2，當(dāng)Pl <P2時(shí)，發(fā)出關(guān)小節(jié)流閥開(kāi)度的指令，以增加套壓值，在等待一個(gè)壓力傳播延遲后，根據(jù)變化了的立壓和所述動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)重新計(jì)算井底壓力P1，再把計(jì)算的井底壓力Pl與P2進(jìn)行對(duì)比，直到計(jì)算出的井底壓力在系統(tǒng)設(shè)定值土設(shè)定誤差范圍之內(nèi)；當(dāng)？1 > P2時(shí)，發(fā)出開(kāi)大節(jié)流閥開(kāi)度的指令，以減少套壓值，在等待一個(gè)壓力傳播延遲后，根據(jù)變化了的立壓和其他數(shù)據(jù)重新計(jì)算井底壓力Pl，再把計(jì)算的井底壓力Pl與P2進(jìn)行對(duì)比，直到井底壓力在設(shè)定值土設(shè)定誤差范圍之內(nèi)。執(zhí)行單元根據(jù)上述數(shù)據(jù)處理單元給出的控制節(jié)流閥開(kāi)度的指令，輸出控制信號(hào)給電控節(jié)流閥，控制節(jié)流閥的開(kāi)度，以實(shí)時(shí)將井底壓力控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。
[0004]上述井底壓力控制系統(tǒng)及方法只適用于正常循環(huán)鉆進(jìn)過(guò)程中將井底壓力控制在設(shè)定的范圍內(nèi)，而在停泵、開(kāi)泵過(guò)程中，會(huì)使井底產(chǎn)生過(guò)大的壓力波動(dòng)，容易引起窄密度窗口井的井下復(fù)雜事故。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制裝置及其使用方法，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，其能有效解決現(xiàn)有欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制裝置及方法中存在的在停泵、開(kāi)泵過(guò)程中，會(huì)使井底產(chǎn)生過(guò)大的壓力波動(dòng)、容易引起窄密度窗口井的井下復(fù)雜事故的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制裝置，包括數(shù)據(jù)采集單元、邏輯判斷控制單元和執(zhí)行單元，其中，數(shù)據(jù)采集單元包括隨鉆壓力傳感器和井口回壓傳感器，隨鉆壓力傳感器用于采集欠平衡鉆井作業(yè)時(shí)的環(huán)空井底壓力，并將采集到的環(huán)空井底壓力傳輸給邏輯判斷控制單元；井口回壓傳感器用于采集井口回壓，并將采集到的井口回壓傳輸給邏輯判斷控制單元，隨鉆壓力傳感器的信號(hào)輸出端與邏輯判斷控制單元的第一信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，井口回壓傳感器的信號(hào)輸出端與邏輯判斷控制單元的第二信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起；
執(zhí)行單元包括第一閘板閥、第二閘板閥、第一節(jié)流閥、第二節(jié)流閥和回壓泵，第一閘板閥、回壓泵和第一節(jié)流閥串聯(lián)形成第一支路，第一閘板閥與井口連接，回壓泵的輸出口分別與第一閘板閥和第一節(jié)流閥連接；第二閘板閥、第二節(jié)流閥串聯(lián)形成第二支路，第二支路與第一支路并聯(lián)，第二閘板閥與井口連接，邏輯判斷控制單元的第一信號(hào)輸出端與第一閘板閥的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，邏輯判斷控制單元的第二信號(hào)輸出端與第二閘板閥的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，邏輯判斷控制單元的第三信號(hào)輸出端與第一節(jié)流閥的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，邏輯判斷控制單元的第四信號(hào)輸出端與第二節(jié)流閥的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，邏輯判斷控制單元的第五信號(hào)輸出端與回壓泵的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起。
[0007]下面是對(duì)上述發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn):
上述執(zhí)行單元還包括備用閥組，備用閥組包括第三閘板閥和第三節(jié)流閥，邏輯判斷控制單元的第六信號(hào)輸出端與第三閘板閥的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，邏輯判斷控制單元的第七信號(hào)輸出端與第三節(jié)流閥的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，第三閘板閥和第二節(jié)流閥串聯(lián)形成第二支路，第二支路、第二支路、第一支路并聯(lián)。
[0008]本發(fā)明還提供了一種上述欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制裝置的使用方法，包括: 步驟1，根據(jù)井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、鉆井液性能以及鄰井的地層孔隙壓力、破裂壓力、坍塌壓力設(shè)定井底目標(biāo)壓力值和井口回壓目標(biāo)值；
步驟2，通過(guò)隨鉆壓力傳感器采集環(huán)空井底壓力，通過(guò)井口回壓傳感器采集井口回壓；步驟3，啟泵:鉆井液排量梯度式增加，當(dāng)井口回壓傳感器采集到的井口回壓大于設(shè)定的井口回壓目標(biāo)值時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)大第一節(jié)流閥的開(kāi)度，待鉆井泵達(dá)到第一預(yù)定排量后，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第二閘板閥，待井口回壓平衡后，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)閉第一閘板閥，當(dāng)鉆井泵達(dá)到第二預(yù)定排量時(shí)進(jìn)行正常鉆進(jìn)；
步驟4，鉆進(jìn):當(dāng)隨鉆壓力傳感器采集到的環(huán)空井底壓力小于井底目標(biāo)壓力值時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)小第二節(jié)流閥的開(kāi)度或/和開(kāi)啟回壓泵進(jìn)行壓力補(bǔ)償；當(dāng)隨鉆壓力傳感器采集到的環(huán)空井底壓力大于井底目標(biāo)壓力值時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)大第二節(jié)流閥的開(kāi)度，鉆井完成后停泵；
步驟5，停泵:鉆井液排量梯度式減小，當(dāng)井口回壓傳感器采集到的井口回壓小于設(shè)定的井口回壓目標(biāo)值時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)小第二節(jié)流閥的開(kāi)度；然后通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第一節(jié)流閥，然后通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟回壓泵進(jìn)行循環(huán)，待第一閘板閥兩側(cè)的壓力平衡后，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第一閘板閥，并通過(guò)邏輯判斷控制單元逐步關(guān)閉第二節(jié)流閥，最后通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)閉第二閘板閥，完成停泵。
[0009]本發(fā)明還提供了另外一種上述欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制裝置的使用方法，包括:
步驟1，根據(jù)井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、鉆井液性能以及鄰井的地層孔隙壓力、破裂壓力、坍塌壓力設(shè)定井底目標(biāo)壓力值和井口回壓目標(biāo)值；
步驟2，通過(guò)隨鉆壓力傳感器采集環(huán)空井底壓力，通過(guò)井口回壓傳感器采集井口回壓；步驟3，當(dāng)?shù)诙?jié)流閥出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)閉第二閘板閥，并啟用備用閥組；
啟泵:鉆井液排量梯度式增加，當(dāng)井口回壓傳感器采集到的井口回壓大于設(shè)定的井口回壓目標(biāo)值時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)大第一節(jié)流閥的開(kāi)度，待鉆井泵達(dá)到第一預(yù)定排量后，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第三閘板閥，待井口回壓平衡后，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)閉第一閘板閥，當(dāng)鉆井泵達(dá)到第二預(yù)定排量時(shí)進(jìn)行正常鉆進(jìn)；
步驟4，鉆進(jìn):當(dāng)隨鉆壓力傳感器采集到的環(huán)空井底壓力小于井底目標(biāo)壓力值時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)小第三節(jié)流閥的開(kāi)度或/和開(kāi)啟回壓泵進(jìn)行壓力補(bǔ)償；當(dāng)隨鉆壓力傳感器采集到的環(huán)空井底壓力大于井底目標(biāo)壓力值時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)大第三節(jié)流閥的開(kāi)度，鉆井完成后停泵；
步驟5，停泵:鉆井液排量梯度式減小，當(dāng)井口回壓傳感器采集到的井口回壓小于設(shè)定的井口回壓目標(biāo)值時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)小第三節(jié)流閥的開(kāi)度；然后通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第一節(jié)流閥，然后通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟回壓泵進(jìn)行循環(huán)，待第一閘板閥兩側(cè)的壓力平衡后，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第一閘板閥，并通過(guò)邏輯判斷控制單元逐步關(guān)閉第三節(jié)流閥，最后通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)閉第三閘板閥，完成停泵。
[0010]本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理而緊湊，使用方便，在各工況轉(zhuǎn)換過(guò)程中維持井底壓力恒定，安全地鉆穿窄密度窗口低層，減少井涌、井漏現(xiàn)象的發(fā)生，從而能夠鉆穿更深的裸眼段，減少套管層次；減少井下復(fù)雜事故，減小非生產(chǎn)時(shí)間，提高鉆井效率；因縮短了鉆井周期、減少套管層次、解決了鉆井液漏失等問(wèn)題，能夠極大地節(jié)約鉆井作業(yè)成本。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]附圖1為本發(fā)明最佳實(shí)施例的設(shè)備布置示意圖。
[0012]附圖2為本發(fā)明最佳實(shí)施例的控制原理示意圖。
[0013]附圖中的編碼分別為:1為隨鉆壓力傳感器，2為第一閘板閥，3為回壓泵，4為第一節(jié)流閥，5為鉆桿，6為套管，7為第二節(jié)流閥，8為井口回壓傳感器，9為第二閘板閥，10為備用閥組，11為第三閘板閥，12為第三節(jié)流閥。

【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明不受下述實(shí)施例的限制，可根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案與實(shí)際情況來(lái)確定具體的實(shí)施方式。
[0015]在本發(fā)明中，為了便于描述，各部件的相對(duì)位置關(guān)系的描述均是根據(jù)說(shuō)明書(shū)附圖1的布圖方式來(lái)進(jìn)行描述的，如:前、后、上、下、左、右等的位置關(guān)系是依據(jù)說(shuō)明書(shū)附圖1的布圖方向來(lái)確定的。
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
如附圖1、2所示，該欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制裝置包括數(shù)據(jù)采集單元、邏輯判斷控制單元和執(zhí)行單元，其中，數(shù)據(jù)采集單元包括隨鉆壓力傳感器I和井口回壓傳感器8，隨鉆壓力傳感器I用于采集欠平衡鉆井作業(yè)時(shí)的環(huán)空井底壓力，并將采集到的環(huán)空井底壓力傳輸給邏輯判斷控制單元；井口回壓傳感器8用于采集井口回壓，并將采集到的井口回壓傳輸給邏輯判斷控制單元，隨鉆壓力傳感器I的信號(hào)輸出端與邏輯判斷控制單元的第一信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，井口回壓傳感器8的信號(hào)輸出端與邏輯判斷控制單元的第二信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起；執(zhí)行單元包括第一閘板閥2、第二閘板閥9、第一節(jié)流閥4、第二節(jié)流閥7和回壓泵3，第一閘板閥2、回壓泵3和第一節(jié)流閥4串聯(lián)形成第一支路，第一閘板閥2與井口連接，回壓泵3的輸出口分別與第一閘板閥2和第一節(jié)流閥4連接；第二閘板閥9、第二節(jié)流閥7串聯(lián)形成第二支路，第二支路與第一支路并聯(lián)，第二閘板閥9與井口連接，邏輯判斷控制單元的第一信號(hào)輸出端與第一閘板閥2的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，邏輯判斷控制單元的第二信號(hào)輸出端與第二閘板閥9的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，邏輯判斷控制單元的第三信號(hào)輸出端與第一節(jié)流閥4的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，邏輯判斷控制單元的第四信號(hào)輸出端與第二節(jié)流閥7的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，邏輯判斷控制單元的第五信號(hào)輸出端與回壓泵3的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起。
[0017]在正常鉆進(jìn)的過(guò)程中，隨鉆壓力傳感器I采集環(huán)空井底壓力，并將采集到的環(huán)空井底壓力傳輸給邏輯判斷控制單元，邏輯判斷控制單元將接收到的環(huán)空井底壓力與預(yù)先設(shè)定的井底目標(biāo)壓力值進(jìn)行比較，當(dāng)采集到的環(huán)空井底壓力大于設(shè)定的井底目標(biāo)壓力值IMPa時(shí)，則將第二節(jié)流閥7的開(kāi)度調(diào)大，當(dāng)采集到的環(huán)空井底壓力小于設(shè)定的井底目標(biāo)壓力值IMPa時(shí)，則將第二節(jié)流閥7的開(kāi)度關(guān)小，以維持井底壓力恒定；鉆井泵停泵的過(guò)程中，通過(guò)第一節(jié)流閥4、第二節(jié)流閥7和回壓泵3的配合，也可以維持井底壓力恒定。這樣，就使得在各種工況下，本發(fā)明提供的控制系統(tǒng)均能夠維持井底壓力恒定，安全地鉆穿窄密度窗口地層，減少井涌、井漏現(xiàn)象，從而能夠鉆穿更深的裸眼段，減少套管層次，減小井下復(fù)雜事故的發(fā)生，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。
[0018]可根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)上述欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制裝置作進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn):
如附圖1所示，上述執(zhí)行單元還包括備用閥組10，備用閥組10包括第三閘板閥11和第三節(jié)流閥12，邏輯判斷控制單元的第六信號(hào)輸出端與第三閘板閥11的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，邏輯判斷控制單元的第七信號(hào)輸出端與第三節(jié)流閥12的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，第三閘板閥11和第三節(jié)流閥12串聯(lián)形成第三支路，第三支路、第二支路、第一支路并聯(lián)。這樣，當(dāng)?shù)诙?jié)流閥7發(fā)生故障時(shí)，邏輯判斷控制單元就將第二閘板閥9關(guān)閉，啟用備用閥組10，同時(shí)對(duì)第二節(jié)流閥7進(jìn)行維修或更換，保證了控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，避免停鉆檢修，保證生產(chǎn)的連續(xù)性，減少第二節(jié)流閥7故障時(shí)帶來(lái)的損失。
[0019]另外，本發(fā)明還提供了一種上述欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制裝置的使用方法，包括:
步驟1，根據(jù)井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、鉆井液性能以及鄰井的地層孔隙壓力、破裂壓力、坍塌壓力設(shè)定井底目標(biāo)壓力值和井口回壓目標(biāo)值；
步驟2，通過(guò)隨鉆壓力傳感器I采集環(huán)空井底壓力，通過(guò)井口回壓傳感器8采集井口回壓；
步驟3，啟泵:鉆井液排量梯度式增加，當(dāng)井口回壓傳感器8采集到的井口回壓大于井口回壓目標(biāo)值IMPa時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)大第一節(jié)流閥4的開(kāi)度，待鉆井泵達(dá)到第一預(yù)定排量后，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第二閘板閥9，待井口回壓平衡后，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)閉第一閘板閥2，當(dāng)鉆井泵達(dá)到第二預(yù)定排量時(shí)進(jìn)行正常鉆進(jìn)；
步驟4，鉆進(jìn):當(dāng)隨鉆壓力傳感器I采集到的環(huán)空井底壓力小于井底目標(biāo)壓力值IMPa時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)小第二節(jié)流閥7的開(kāi)度或/和開(kāi)啟回壓泵3進(jìn)行壓力補(bǔ)償；當(dāng)隨鉆壓力傳感器I采集到的環(huán)空井底壓力大于井底目標(biāo)壓力值IMPa時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)大第二節(jié)流閥7的開(kāi)度，鉆井完成后停泵；
步驟5，停泵:鉆井液排量梯度式減小，當(dāng)井口回壓傳感器8采集到的井口回壓小于井口回壓目標(biāo)值IMPa時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)小第二節(jié)流閥7的開(kāi)度；然后通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第一節(jié)流閥4，然后通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟回壓泵3進(jìn)行循環(huán)，待第一閘板閥2兩側(cè)的壓力平衡后，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第一閘板閥2，并通過(guò)邏輯判斷控制單元逐步關(guān)閉第二節(jié)流閥7，最后通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)閉第二閘板閥9，完成停泵。
[0020]本發(fā)明還提供了另外一種上述欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制裝置的使用方法，包括:
步驟1，根據(jù)井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、鉆井液性能以及鄰井的地層孔隙壓力、破裂壓力、坍塌壓力設(shè)定井底目標(biāo)壓力值和井口回壓目標(biāo)值；
步驟2，通過(guò)隨鉆壓力傳感器I采集環(huán)空井底壓力，通過(guò)井口回壓傳感器8采集井口回壓；
步驟3，當(dāng)?shù)诙?jié)流閥7出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)閉第二閘板閥9，并啟用備用閥組10 ；
啟泵:鉆井液排量梯度式增加，當(dāng)井口回壓傳感器8采集到的井口回壓大于設(shè)定的井口回壓目標(biāo)值IMPa時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)大第一節(jié)流閥4的開(kāi)度，待鉆井泵達(dá)到第一預(yù)定排量后，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第三閘板閥11，待井口回壓平衡后，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)閉第一閘板閥2，當(dāng)鉆井泵達(dá)到第二預(yù)定排量時(shí)進(jìn)行正常鉆進(jìn)；
步驟4，鉆進(jìn):當(dāng)隨鉆壓力傳感器I采集到的環(huán)空井底壓力小于井底目標(biāo)壓力值IMPa時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)小第三節(jié)流閥12的開(kāi)度或/和開(kāi)啟回壓泵3進(jìn)行壓力補(bǔ)償；當(dāng)隨鉆壓力傳感器I采集到的環(huán)空井底壓力大于井底目標(biāo)壓力值IMPa時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)大第三節(jié)流閥12的開(kāi)度，鉆井完成后停泵；
步驟5，停泵:鉆井液排量梯度式減小，當(dāng)井口回壓傳感器8采集到的井口回壓小于設(shè)定的井口回壓目標(biāo)值IMPa時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)小第三節(jié)流閥12的開(kāi)度；然后通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第一節(jié)流閥4，然后通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟回壓泵3進(jìn)行循環(huán)，待第一閘板閥2兩側(cè)的壓力平衡后，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第一閘板閥2，并通過(guò)邏輯判斷控制單元逐步關(guān)閉第三節(jié)流閥12，最后通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)閉第三閘板閥11，完成停泵。
[0021]如附圖2所示，設(shè)計(jì)單元根據(jù)井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、鉆井液性能以及鄰井的地層孔隙壓力、破裂壓力、坍塌壓力設(shè)定井底目標(biāo)壓力值和井口回壓目標(biāo)值，并將設(shè)定的數(shù)據(jù)傳輸給邏輯判斷控制單元；數(shù)據(jù)采集單元通過(guò)隨鉆壓力傳感器I采集環(huán)空井底壓力，通過(guò)井口回壓傳感器8采集井口回壓，并將采集到的環(huán)空井底壓力和井口回壓傳輸給邏輯判斷控制單元；邏輯判斷控制單元將采集到的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)采集到的環(huán)空井底壓力與設(shè)定的井底目標(biāo)壓力值之差不在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)時(shí)，向執(zhí)行單元發(fā)送電控指令，當(dāng)采集到的井口回壓與設(shè)定的井口回壓目標(biāo)值之差不在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)時(shí)，向控制直行單元發(fā)送電控指令，進(jìn)而控制自動(dòng)節(jié)流管匯(包括第一節(jié)流閥4、第二節(jié)流閥7、第三節(jié)流閥12、第一閘板閥2、第二閘板閥9和第三閘板閥11)和回壓泵3，維持鉆井循環(huán)系統(tǒng)的井底壓力恒定，保證鉆井作業(yè)安全。
[0022]以上技術(shù)特征構(gòu)成了本發(fā)明的實(shí)施例，其具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和實(shí)施效果，可根據(jù)實(shí)際需要增減非必要的技術(shù)特征，來(lái)滿足不同情況的需求。
[0023]本發(fā)明的使用過(guò)程:
在正常鉆進(jìn)的過(guò)程中，第一閘板閥2關(guān)閉，第二閘板閥9打開(kāi)，第一支路關(guān)閉，第二支路與套管6的上部連通，隨鉆壓力傳感器I伸入鉆桿5內(nèi)部，并安裝在鉆具上。當(dāng)隨鉆壓力傳感器I采集到的實(shí)際環(huán)空井底壓力小于井底目標(biāo)壓力值IMPa時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)小第二節(jié)流閥7的開(kāi)度，以維持井底壓力恒定，或/和，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟回壓泵3，進(jìn)行壓力補(bǔ)償，這時(shí)第一閘板閥2打開(kāi)。當(dāng)隨鉆壓力傳感器I采集到的實(shí)際環(huán)空井底壓力大于井底目標(biāo)壓力值IMPa時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)大第二節(jié)流閥7的開(kāi)度，以維持井底壓力恒定。
[0024]在鉆井泵停泵的過(guò)程中，鉆井液排量梯度式減小，當(dāng)井口回壓傳感器8采集到的井口回壓小于設(shè)定的井口回壓目標(biāo)值IMPa時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)小第二節(jié)流閥7的開(kāi)度，由第二節(jié)流閥7控制回壓；然后通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第一節(jié)流閥4，并通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟回壓泵3，進(jìn)行循環(huán)，當(dāng)?shù)谝婚l板閥2兩側(cè)的壓力平衡時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元打開(kāi)第一閘板閥2，第二節(jié)流閥7、第一節(jié)流閥4共同控制回壓，然后通過(guò)邏輯判斷控制單元逐步關(guān)閉第二節(jié)流閥7，過(guò)渡到由第一節(jié)流閥4控制回壓，最后通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)閉第二閘板閥9。這樣，可以在停泵過(guò)程中，維持井底壓力恒定。
[0025]在鉆井泵開(kāi)泵的過(guò)程中，鉆井液排量梯度式增加，當(dāng)井口回壓傳感器8采集到的井口回壓大于設(shè)定的井口回壓目標(biāo)值IMPa時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)大第一節(jié)流閥4的開(kāi)度，由第一節(jié)流閥4控制回壓。當(dāng)鉆井泵達(dá)到第一預(yù)定排量后，打開(kāi)第二閘板閥9，由第二節(jié)流閥7、第一節(jié)流閥4同時(shí)控制回壓，待第一閘板閥2兩側(cè)的壓力平衡后，關(guān)閉第一閘板閥2，由第二節(jié)流閥7控制回壓，直至鉆井泵達(dá)到第二預(yù)定排量。這樣，可以在開(kāi)泵的過(guò)程中，維持井底壓力恒定。
[0026]當(dāng)?shù)诙?jié)流閥7出現(xiàn)故障時(shí)，可關(guān)閉B閘板閥9，采用備用閥組10進(jìn)行節(jié)流控制。同時(shí)，對(duì)第二節(jié)流閥7井進(jìn)行維修。若自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可轉(zhuǎn)為手動(dòng)節(jié)流控制。
【權(quán)利要求】
1.一種欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制裝置，其特征在于包括數(shù)據(jù)采集單元、邏輯判斷控制單元和執(zhí)行單元，其中， 數(shù)據(jù)采集單元包括隨鉆壓力傳感器和井口回壓傳感器，隨鉆壓力傳感器用于采集欠平衡鉆井作業(yè)時(shí)的環(huán)空井底壓力，并將采集到的環(huán)空井底壓力傳輸給邏輯判斷控制單元；井口回壓傳感器用于采集井口回壓，并將采集到的井口回壓傳輸給邏輯判斷控制單元，隨鉆壓力傳感器的信號(hào)輸出端與邏輯判斷控制單元的第一信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，井口回壓傳感器的信號(hào)輸出端與邏輯判斷控制單元的第二信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起; 執(zhí)行單元包括第一閘板閥、第二閘板閥、第一節(jié)流閥、第二節(jié)流閥和回壓泵，第一閘板閥、回壓泵和第一節(jié)流閥串聯(lián)形成第一支路，第一閘板閥與井口連接，回壓泵的輸出口分別與第一閘板閥和第一節(jié)流閥連接；第二閘板閥、第二節(jié)流閥串聯(lián)形成第二支路，第二支路與第一支路并聯(lián)，第二閘板閥與井口連接，邏輯判斷控制單元的第一信號(hào)輸出端與第一閘板閥的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，邏輯判斷控制單元的第二信號(hào)輸出端與第二閘板閥的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，邏輯判斷控制單元的第三信號(hào)輸出端與第一節(jié)流閥的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，邏輯判斷控制單元的第四信號(hào)輸出端與第二節(jié)流閥的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，邏輯判斷控制單元的第五信號(hào)輸出端與回壓泵的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制裝置，其特征在于執(zhí)行單元還包括備用閥組，備用閥組包括第三閘板閥和第三節(jié)流閥，邏輯判斷控制單元的第六信號(hào)輸出端與第三閘板閥的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，邏輯判斷控制單元的第七信號(hào)輸出端與第三節(jié)流閥的信號(hào)輸入端通過(guò)導(dǎo)線電連接在一起，第三閘板閥和第三節(jié)流閥串聯(lián)形成第二支路，第二支路、第二支路、第一支路并聯(lián)。
3.—種如權(quán)利要求1所述的欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制裝置的使用方法，其特征在于包括: 步驟1，根據(jù)井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、鉆井液性能以及鄰井的地層孔隙壓力、破裂壓力、坍塌壓力設(shè)定井底目標(biāo)壓力值和井口回壓目標(biāo)值； 步驟2，通過(guò)隨鉆壓力傳感器采集環(huán)空井底壓力，通過(guò)井口回壓傳感器采集井口回壓； 步驟3，啟泵:鉆井液排量梯度式增加，當(dāng)井口回壓傳感器采集到的井口回壓大于設(shè)定的井口回壓目標(biāo)值時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)大第一節(jié)流閥的開(kāi)度，待鉆井泵達(dá)到第一預(yù)定排量后(此處的第一預(yù)定排量不太清楚，請(qǐng)?zhí)峁┓秶?，比如達(dá)到總排量的百分之幾至百分之幾)，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第二閘板閥，待井口回壓平衡后，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)閉第一閘板閥，當(dāng)鉆井泵達(dá)到第二預(yù)定排量時(shí)(此處的第二預(yù)定排量不太清楚，請(qǐng)?zhí)峁┓秶?，比如達(dá)到總排量的百分之幾至百分之幾)進(jìn)行正常鉆進(jìn)； 步驟4，鉆進(jìn):當(dāng)隨鉆壓力傳感器采集到的環(huán)空井底壓力小于井底目標(biāo)壓力值時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)小第二節(jié)流閥的開(kāi)度或/和開(kāi)啟回壓泵進(jìn)行壓力補(bǔ)償；當(dāng)隨鉆壓力傳感器采集到的環(huán)空井底壓力大于井底目標(biāo)壓力值時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)大第二節(jié)流閥的開(kāi)度，鉆井完成后停泵； 步驟5，停泵:鉆井液排量梯度式減小，當(dāng)井口回壓傳感器采集到的井口回壓小于設(shè)定的井口回壓目標(biāo)值時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)小第二節(jié)流閥的開(kāi)度；然后通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第一節(jié)流閥，然后通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟回壓泵進(jìn)行循環(huán)，待第一閘板閥兩側(cè)的壓力平衡后，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第一閘板閥，并通過(guò)邏輯判斷控制單元逐步關(guān)閉第二節(jié)流閥，最后通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)閉第二閘板閥，完成停泵。
4.一種如權(quán)利要求2所述的欠平衡鉆井井底壓力自動(dòng)控制裝置的使用方法，其特征在于包括: 步驟1，根據(jù)井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、鉆井液性能以及鄰井的地層孔隙壓力、破裂壓力、坍塌壓力設(shè)定井底目標(biāo)壓力值和井口回壓目標(biāo)值； 步驟2，通過(guò)隨鉆壓力傳感器采集環(huán)空井底壓力，通過(guò)井口回壓傳感器采集井口回壓；步驟3，當(dāng)?shù)诙?jié)流閥出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)閉第二閘板閥，并啟用備用閥組； 啟泵:鉆井液排量梯度式增加，當(dāng)井口回壓傳感器采集到的井口回壓大于設(shè)定的井口回壓目標(biāo)值時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)大第一節(jié)流閥的開(kāi)度，待鉆井泵達(dá)到第一預(yù)定排量后，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第三閘板閥，待井口回壓平衡后，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)閉第一閘板閥，當(dāng)鉆井泵達(dá)到第二預(yù)定排量時(shí)進(jìn)行正常鉆進(jìn)； 步驟4，鉆進(jìn):當(dāng)隨鉆壓力傳感器采集到的環(huán)空井底壓力小于井底目標(biāo)壓力值時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)小第三節(jié)流閥的開(kāi)度或/和開(kāi)啟回壓泵進(jìn)行壓力補(bǔ)償；當(dāng)隨鉆壓力傳感器采集到的環(huán)空井底壓力大于井底目標(biāo)壓力值時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)大第三節(jié)流閥的開(kāi)度，鉆井完成后停泵； 步驟5，停泵:鉆井液排量梯度式減小，當(dāng)井口回壓傳感器采集到的井口回壓小于設(shè)定的井口回壓目標(biāo)值時(shí)，通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)小第三節(jié)流閥的開(kāi)度；然后通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第一節(jié)流閥，然后通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟回壓泵進(jìn)行循環(huán)，待第一閘板閥兩側(cè)的壓力平衡后，通過(guò)邏輯判斷控制單元開(kāi)啟第一閘板閥，并通過(guò)邏輯判斷控制單元逐步關(guān)閉第三節(jié)流閥，最后通過(guò)邏輯判斷控制單元關(guān)閉第三閘板閥，完成停泵。
【文檔編號(hào)】E21B44/00GK104405362SQ201410585902
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】楊剛, 劉偉, 周琳, 黃學(xué)剛, 付和 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)西部鉆探工程有限公司