專利名稱：一種井筒壓力管理系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種井筒壓力管理系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種鉆井和完井的全過(guò)程期間進(jìn)行井筒壓力管理的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)鉆井過(guò)程中，鉆柱內(nèi)孔通過(guò)鉆頭水眼與環(huán)形空間形成了一個(gè)連通的體系，即U 形管。根據(jù)U形管原理，常規(guī)鉆井過(guò)程中的井底壓力表達(dá)式為Pb = Pmd+Pla (1)式1中，Pb-井底壓力，Pmd-鉆井液靜液柱壓力，Pla-循環(huán)時(shí)環(huán)空摩擦壓力。從此式中可以看出，對(duì)于窄壓力窗口地層或者老油田的壓力衰竭地層，常規(guī)泥漿密度設(shè)計(jì)可以保證靜止時(shí)井底壓力等于所需壓力(設(shè)計(jì)壓力)。但是當(dāng)鉆井液開(kāi)始循環(huán)時(shí)， 井底壓力增加了一個(gè)環(huán)空摩擦壓力，此時(shí)就很可能就引發(fā)井漏。按照常規(guī)井控此時(shí)需要降低泥漿密度以低于地層破裂壓力，如果遇到異常壓力地層，井涌就有可能隨之發(fā)生。這將會(huì)導(dǎo)致額外的鉆井非生產(chǎn)時(shí)間、超額的泥漿成本以及頻繁的井控問(wèn)題，甚至不能鉆達(dá)設(shè)計(jì)井深，無(wú)法迅速可靠的實(shí)現(xiàn)對(duì)井筒壓力的管理。在常規(guī)鉆井技術(shù)過(guò)程中配備鉆柱單向閥、旋轉(zhuǎn)控制頭以及專用節(jié)流管匯，這樣整個(gè)鉆井系統(tǒng)可以承受一定的套管回壓，成為一種閉式循環(huán)系統(tǒng)，此時(shí)的井底壓力表達(dá)式為Pb = Pmd+Pla+Pa(2)式2中，Pa-井口回壓(套壓)。從此式中可以看出，循環(huán)和接單根過(guò)程中，可以通過(guò)井口回壓的不斷變化來(lái)彌補(bǔ)環(huán)空摩擦壓力的變化，從而可以迅速的完成井筒壓力管理，比如維持恒定的井底壓力，。專利ZL 200820209869. 7、01136四1. X 以及 200310103433. 1 分別給出了欠平衡過(guò)程中的封閉回壓系統(tǒng)，但是由于地層氣體的侵入井眼，此時(shí)回壓作用于井底的時(shí)間較長(zhǎng)，嚴(yán)重情況下必須關(guān)閉防噴器，而且這些封閉系統(tǒng)并不能實(shí)現(xiàn)接單根以及起下鉆過(guò)程中的井筒壓力管理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種井筒壓力管理系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)井底壓力在鉆井或者完井的全過(guò)程中保持恒定，并完成起下鉆過(guò)程中的自動(dòng)灌漿等工序。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下設(shè)計(jì)方案一種井筒壓力管理系統(tǒng)，其監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)、環(huán)空回壓系統(tǒng)以及泥漿的相關(guān)信息，對(duì)控制對(duì)象的預(yù)測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后控制環(huán)空回壓系統(tǒng)；常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)的防噴器組的頂部聯(lián)接旋轉(zhuǎn)防噴防噴器，井下鉆具組合包括單向閥；
旋轉(zhuǎn)防噴器的導(dǎo)流出口經(jīng)過(guò)一個(gè)四向閥撬，一路經(jīng)過(guò)截?cái)嚅y直接到達(dá)泥漿處理系統(tǒng)，一路經(jīng)過(guò)截?cái)嚅y與鉆井四通聯(lián)接，一路經(jīng)過(guò)截?cái)嚅y與環(huán)空回壓系統(tǒng)聯(lián)接；環(huán)空回壓系統(tǒng)包括主節(jié)流回壓系統(tǒng)和輔助泵回壓系統(tǒng)；主節(jié)流回壓系統(tǒng)包括液動(dòng)平板閥、液動(dòng)節(jié)流閥、流量計(jì)，其中液動(dòng)平板閥與上游的四向閥撬管線聯(lián)接，流量計(jì)與下游泥漿處理系統(tǒng)聯(lián)接；輔助泵回壓系統(tǒng)包括輔助泵、流量計(jì)、液動(dòng)平板閥、液動(dòng)節(jié)流閥，其中輔助泵經(jīng)過(guò)流量計(jì)后分為兩路，一路經(jīng)過(guò)液動(dòng)平板閥與上游的四向閥撬管線聯(lián)接，另一路經(jīng)過(guò)液動(dòng)節(jié)流閥)與流量計(jì)上端管線聯(lián)接；所述流量計(jì)為質(zhì)量流量計(jì)；監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)鉆井系統(tǒng)、環(huán)空回壓系統(tǒng)以及泥漿的相關(guān)信息，包括鉆井立壓、套壓、井深、鉆壓、鉆頭下入深度、鉆柱旋轉(zhuǎn)速度、機(jī)械鉆速、泥漿泵排量、泥漿密度、 泥漿返出排量、輔助泵排量、輔助泵壓力以及各液動(dòng)閥的閥位，對(duì)控制對(duì)象的監(jiān)測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后控制環(huán)空回壓系統(tǒng)；控制對(duì)象可以是鉆井立壓、套管回壓、井底壓力和流量中的一個(gè)或者任意個(gè)的組合；監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)能夠通過(guò)隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的地面接收裝置得到實(shí)際的井底壓力，校正對(duì)井底壓力的預(yù)測(cè)值，從而修改監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的參數(shù)，得出更加合理的控制對(duì)象設(shè)定值， 然后對(duì)監(jiān)測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，控制環(huán)空回壓系統(tǒng)。一種井筒壓力管理方法，包括以下步驟在常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)的防噴器組的頂部聯(lián)接旋轉(zhuǎn)防噴器以及井下鉆具組合安裝單向閥，使得常規(guī)鉆井系統(tǒng)成為一鉆井過(guò)程中的封閉承壓系統(tǒng)；通過(guò)四向閥撬中各個(gè)截?cái)嚅y的開(kāi)閉來(lái)選擇旋轉(zhuǎn)防噴器所導(dǎo)流出的鉆井液的流向； 通過(guò)四向閥撬中各個(gè)截?cái)嚅y的開(kāi)閉來(lái)選擇環(huán)空回壓系統(tǒng)回壓所作用的環(huán)空出口；利用環(huán)空回壓系統(tǒng)的主節(jié)流回壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鉆井循環(huán)過(guò)程中回壓的控制；利用環(huán)空回壓系統(tǒng)的輔助泵回壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)接單根以及起下鉆時(shí)的回壓控制和自動(dòng)灌漿；主節(jié)流回壓系統(tǒng)與輔助泵回壓系統(tǒng)利用液動(dòng)平板閥實(shí)現(xiàn)鉆井液循環(huán)和停止循環(huán)過(guò)程中的自動(dòng)切換；監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)、環(huán)空回壓系統(tǒng)以及泥漿的相關(guān)信息，對(duì)控制對(duì)象的預(yù)測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后控制環(huán)空回壓系統(tǒng)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)可以提高鉆井的控制能力、更快、更經(jīng)濟(jì)的達(dá)到最終的鉆井深度；( 可以實(shí)現(xiàn)井底壓力在鉆井或者完井的整個(gè)過(guò)程中保持恒定；C3)實(shí)現(xiàn)起下鉆過(guò)程中的自動(dòng)灌漿；


圖1是本發(fā)明一種井筒壓力管理系統(tǒng)及方法的示意圖。圖中1.常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)，2.旋轉(zhuǎn)防噴防噴器，3.防噴器組，4.鉆井四通， 5.單向閥，6.隨鉆測(cè)量工具，7.四向閥撬，8.監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，9.泥漿循環(huán)池，10.泥漿處理系統(tǒng)，11.環(huán)空回壓系統(tǒng)，12.主節(jié)流回壓系統(tǒng)，13.輔助泵回壓系統(tǒng)，14.泥漿泵， 15. 16. 17. 24. 26.截?cái)嚅y，18.輔助泵，19. 25.流量計(jì)，20. 23.液動(dòng)節(jié)流閥，21. 22.液動(dòng)平板閥。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)1的防噴器組3的頂部聯(lián)接旋轉(zhuǎn)防噴防噴器2，井下鉆具組合包括單向閥6以及隨鉆測(cè)量工具5，由此常規(guī)鉆井系統(tǒng)成為一鉆井過(guò)程中的封閉承壓系統(tǒng)。泥漿泵14泵送鉆井液進(jìn)入鉆桿，經(jīng)過(guò)單向閥5、隨鉆測(cè)量工具6和鉆頭進(jìn)入套管環(huán)空，鉆井液經(jīng)過(guò)可以經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)防噴器2的導(dǎo)流出口，經(jīng)過(guò)四向閥撬7的截?cái)嚅y17直接到達(dá)泥漿處理系統(tǒng)10，或者經(jīng)過(guò)四向閥撬7的截?cái)嚅y16與環(huán)空回壓系統(tǒng)11聯(lián)接。正常鉆井過(guò)程中，環(huán)空回壓系統(tǒng)11的回壓作用于旋轉(zhuǎn)防噴器2的導(dǎo)流出口，當(dāng)需要關(guān)閉防噴器組3的時(shí)，環(huán)空回壓系統(tǒng)11的回壓作用于鉆井四通4。環(huán)空回壓系統(tǒng)11包括主節(jié)流回壓系統(tǒng)12和輔助泵回壓系統(tǒng)13 ；主節(jié)流回壓系統(tǒng) 12包括液動(dòng)平板閥22、液動(dòng)節(jié)流閥23、流量計(jì)25，其中液動(dòng)平板閥22與上游的四向閥撬7 管線聯(lián)接，流量計(jì)25與下游泥漿處理系統(tǒng)10聯(lián)接；輔助泵回壓系統(tǒng)13包括輔助泵18、流量計(jì)19、液動(dòng)平板閥21、液動(dòng)節(jié)流閥20，其中輔助泵18經(jīng)過(guò)流量計(jì)19后分為兩路，一路經(jīng)過(guò)液動(dòng)平板閥21與上游的四向閥撬7管線聯(lián)接，另一路經(jīng)過(guò)液動(dòng)節(jié)流閥20與流量計(jì)25上端管線聯(lián)接；質(zhì)量流量計(jì)25. 19選擇質(zhì)量流量計(jì)。利用環(huán)空回壓系統(tǒng)11的主節(jié)流回壓系統(tǒng)12實(shí)現(xiàn)鉆井循環(huán)過(guò)程中回壓的控制；利用環(huán)空回壓系統(tǒng)11的輔助泵回壓系統(tǒng)13實(shí)現(xiàn)接單根以及起下鉆時(shí)的回壓控制和自動(dòng)灌漿；主節(jié)流回壓系統(tǒng)12與輔助泵回壓系統(tǒng)13利用液動(dòng)平板閥21. 22實(shí)現(xiàn)鉆井液循環(huán)和停止循環(huán)過(guò)程中的自動(dòng)切換；監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)8可以監(jiān)測(cè)常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)1、環(huán)空回壓系統(tǒng)11以及泥漿的相關(guān)信息，對(duì)控制對(duì)象的預(yù)測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后控制環(huán)空回壓系統(tǒng)11。監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)8能夠監(jiān)測(cè)鉆井系統(tǒng)1、環(huán)空回壓系統(tǒng)11以及泥漿的相關(guān)信息，包括鉆井立壓、套壓、井深、鉆壓、鉆頭下入深度、鉆柱旋轉(zhuǎn)速度、機(jī)械鉆速、泥漿泵排量、泥漿密度、泥漿返出排量、輔助泵排量、輔助泵壓力以及各液動(dòng)閥的閥位，對(duì)控制對(duì)象的監(jiān)測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后控制環(huán)空回壓系統(tǒng)11。所述的控制對(duì)象可以是鉆井立壓、套管回壓、井底壓力和流量中的一個(gè)或者任意個(gè)的組合。監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)能夠通過(guò)隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的地面接收裝置得到實(shí)際的井底壓力，校正對(duì)井底壓力的預(yù)測(cè)值，從而修改監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的參數(shù)，得出更加合理的控制對(duì)象設(shè)定值， 然后對(duì)監(jiān)測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，控制環(huán)空回壓系統(tǒng)11。
權(quán)利要求
1.一種井筒壓力管理系統(tǒng)，其特征在于，監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)(8)可以監(jiān)測(cè)常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)(1)、環(huán)空回壓系統(tǒng)(11)以及泥漿的相關(guān)信息，對(duì)控制對(duì)象的預(yù)測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后控制環(huán)空回壓系統(tǒng)(11)，從而產(chǎn)生環(huán)空回壓，進(jìn)行井筒壓力管理；常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)(1)的防噴器組C3)的頂部聯(lián)接旋轉(zhuǎn)防噴防噴器O)，井下鉆具組合包括單向閥(6)；旋轉(zhuǎn)防噴器O)的導(dǎo)流出口經(jīng)過(guò)一個(gè)四向閥撬(7)，一路經(jīng)過(guò)截?cái)嚅y(17)直接到達(dá)泥漿處理系統(tǒng)(10)，一路經(jīng)過(guò)截?cái)嚅y(16)與鉆井四通(4)聯(lián)接，一路經(jīng)過(guò)截?cái)嚅y(15)與環(huán)空回壓系統(tǒng)(11)聯(lián)接；環(huán)空回壓系統(tǒng)(11)包括主節(jié)流回壓系統(tǒng)(12)和輔助泵回壓系統(tǒng)(13)；主節(jié)流回壓系統(tǒng)(1 包括液動(dòng)平板閥(22)、液動(dòng)節(jié)流閥(23)、流量計(jì)(25)，其中液動(dòng)平板閥0 與上游的四向閥撬(7)管線聯(lián)接，流量計(jì)05)與下游泥漿處理系統(tǒng)(10)聯(lián)接；輔助泵回壓系統(tǒng) (13)包括輔助泵(18)、流量計(jì)(19)、液動(dòng)平板閥(21)、液動(dòng)節(jié)流閥(20)，其中輔助泵(18) 經(jīng)過(guò)流量計(jì)(19)后分為兩路，一路經(jīng)過(guò)液動(dòng)平板閥與上游的四向閥撬(7)管線聯(lián)接， 另一路經(jīng)過(guò)液動(dòng)節(jié)流閥OO)與流量計(jì)0 上端管線聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種井筒壓力管理系統(tǒng)，其特征在于，流量計(jì)為質(zhì)量流量計(jì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種井筒壓力管理系統(tǒng)，其特征在于，監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)(8)能夠監(jiān)測(cè)鉆井系統(tǒng)(1)、環(huán)空回壓系統(tǒng)(11)以及泥漿的相關(guān)信息，包括鉆井立壓、套壓、井深、 鉆壓、鉆頭下入深度、鉆柱旋轉(zhuǎn)速度、機(jī)械鉆速、泥漿泵排量、泥漿密度、泥漿返出排量、輔助泵排量、輔助泵壓力以及各液動(dòng)閥的閥位，對(duì)控制對(duì)象的監(jiān)測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后控制環(huán)空回壓系統(tǒng)(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的一種井筒壓力管理系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制對(duì)象可以是鉆井立壓、套管回壓、井底壓力和流量中的一個(gè)或者任意個(gè)的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種井筒壓力管理系統(tǒng)，其特征在于，井下鉆具組合中聯(lián)接有隨鉆測(cè)量工具(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求4和權(quán)利要求5所述的一種井筒壓力管理系統(tǒng)，其特征在于，監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)能夠通過(guò)隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的地面接收裝置得到實(shí)際的井底壓力，校正對(duì)井底壓力的預(yù)測(cè)值，從而修改監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的參數(shù)，得出更加合理的控制對(duì)象設(shè)定值，然后對(duì)監(jiān)測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，控制環(huán)空回壓系統(tǒng)(11)。
7.一種井筒壓力管理方法，其特征在于包括以下步驟在常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)(1)的防噴器組C3)的頂部聯(lián)接旋轉(zhuǎn)防噴器O)以及井下鉆具組合安裝單向閥(6)，使得常規(guī)鉆井系統(tǒng)成為一鉆井過(guò)程中的封閉承壓系統(tǒng)；通過(guò)四向閥撬(7)中各個(gè)截?cái)嚅y的開(kāi)閉來(lái)選擇旋轉(zhuǎn)防噴器( 所導(dǎo)流出的鉆井液的流向以及環(huán)空回壓系統(tǒng)(11)回壓所作用的環(huán)空出口 ；利用環(huán)空回壓系統(tǒng)(11)的主節(jié)流回壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鉆井循環(huán)過(guò)程中回壓的控制；利用環(huán)空回壓系統(tǒng)(11)的輔助泵回壓系統(tǒng)(13)實(shí)現(xiàn)接單根以及起下鉆時(shí)的回壓控制和自動(dòng)灌漿；主節(jié)流回壓系統(tǒng)(12)與輔助泵回壓系統(tǒng)(13)利用液動(dòng)平板閥(22)實(shí)現(xiàn)鉆井液循環(huán)和停止循環(huán)過(guò)程中的自動(dòng)切換；監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)(8)可以監(jiān)測(cè)常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)(1)、環(huán)空回壓系統(tǒng)(11)以及泥漿的相關(guān)信息，對(duì)控制對(duì)象的預(yù)測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后控制環(huán)空回壓系統(tǒng)(11)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種井筒壓力管理方法，其特征在于，監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)(8)能夠監(jiān)測(cè)鉆井系統(tǒng)(1)、環(huán)空回壓系統(tǒng)(11)以及泥漿的相關(guān)信息，包括鉆井立壓、套壓、井深、 鉆壓、鉆頭下入深度、鉆柱旋轉(zhuǎn)速度、機(jī)械鉆速、泥漿泵排量、泥漿密度、泥漿返出排量、輔助泵排量、輔助泵壓力以及各液動(dòng)閥的閥位，對(duì)控制對(duì)象的監(jiān)測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后控制環(huán)空回壓系統(tǒng)(11)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的一種井筒壓力管理方法，其特征在于，所述的控制對(duì)象可以是鉆井立壓、套管回壓、井底壓力和流量中的一個(gè)或者任意個(gè)的組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求7、權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的一種井筒壓力管理方法，其特征在于，井下鉆具組合中聯(lián)接有隨鉆測(cè)量工具(5)；井底壓力監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)能夠通過(guò)隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的地面接收裝置得到實(shí)際的井底壓力，校正對(duì)井底壓力的預(yù)測(cè)值，從而修改監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的參數(shù)，得出更加合理的控制對(duì)象設(shè)定值，然后對(duì)監(jiān)測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，控制環(huán)空回壓系統(tǒng)(11)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種井筒壓力管理系統(tǒng)及方法，包括常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)，環(huán)空回壓系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。利用環(huán)空回壓系統(tǒng)的主節(jié)流回壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鉆井循環(huán)過(guò)程中回壓的控制；利用環(huán)空回壓系統(tǒng)的輔助泵回壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)接單根以及起下鉆時(shí)的回壓控制和自動(dòng)灌漿；主節(jié)流回壓系統(tǒng)與輔助泵回壓系統(tǒng)利用液動(dòng)平板閥實(shí)現(xiàn)鉆井液循環(huán)和停止循環(huán)過(guò)程中的自動(dòng)切換；監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)常規(guī)鉆井循環(huán)系統(tǒng)、環(huán)空回壓系統(tǒng)以及泥漿的相關(guān)信息，對(duì)控制對(duì)象的預(yù)測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后控制環(huán)空回壓系統(tǒng)。本發(fā)明可以提高鉆井的控制能力，實(shí)現(xiàn)井底壓力在鉆井或者完井的整個(gè)過(guò)程中保持恒定，以及起下鉆過(guò)程中的自動(dòng)灌漿。
文檔編號(hào)E21B47/06GK102454372SQ20101051142
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者曹強(qiáng), 朱煥剛, 李宗清, 燕修良, 陳永明, 韓來(lái)聚 申請(qǐng)人:中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油管理局鉆井工藝研究院, 中國(guó)石油化工集團(tuán)公司