氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置和方法，該氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置包括欠平衡鉆井系統(tǒng)(101)與節(jié)流管匯(102)；欠平衡鉆井系統(tǒng)(101)含有在第一管線(20)上依次串聯(lián)的第一壓力傳感器(4)、第一手動平板閥(6)、液動節(jié)流閥(5)、質(zhì)量流量計(14)，欠平衡鉆井系統(tǒng)(101)還含有控制中心(13)和信號收發(fā)臺(3)。采用該氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置進(jìn)行出口氣液兩相流分段實時測量，并基于流量變化進(jìn)行井口壓力調(diào)整，能夠有效解決窄密度窗口、噴漏同存等井下復(fù)雜問題。
【專利說明】
氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本涉及石油、天然氣鉆井流量實時監(jiān)測及壓力自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體的是一種氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置，還是一種氣液兩相流流量監(jiān)測的欠平衡鉆井方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油勘探向深層、復(fù)雜地層發(fā)展，窄密度窗口、噴漏同存等井下復(fù)雜已日趨成為當(dāng)今主要鉆井難題。欠平衡鉆井技術(shù)是解決上述問題的一把利器，但基于欠平衡鉆進(jìn)技術(shù)的氣液兩相流流量實時分段監(jiān)測、井口壓力的自動實時調(diào)整是目前面臨的主要難題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為了解決現(xiàn)有的欠平衡鉆進(jìn)技術(shù)中無法實現(xiàn)井口壓力自動實時調(diào)整的問題，本發(fā)明提供了一種氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置和控制方法，采用該氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置進(jìn)行出口氣液兩相流分段實時測量，并基于流量變化進(jìn)行井口壓力調(diào)整，能夠有效解決窄密度窗口、噴漏同存等井下復(fù)雜問題。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置，包括欠平衡鉆井系統(tǒng)與節(jié)流管匯；
[0005]欠平衡鉆井系統(tǒng)含有在第一管線上依次串聯(lián)的第一壓力傳感器、第一手動平板閥、液動節(jié)流閥、質(zhì)量流量計，欠平衡鉆井系統(tǒng)還含有控制中心和信號收發(fā)臺，第一壓力傳感器、液動節(jié)流閥和質(zhì)量流量計均與信號收發(fā)臺連接，信號收發(fā)臺與控制中心連接;控制中心與鉆井井口上的立管壓力傳感器連接，控制中心還與鉆井井口外的氣體流量計連接；
[0006]節(jié)流管匯含有多條管路，第一管線通過連接管線與節(jié)流管匯的入口管線連接，連接管線的入口端位于第一壓力傳感器和第一手動平板閥之間，連接管線上設(shè)有閥門。
[0007]第一管線的入口端與井口防噴器組的旋轉(zhuǎn)控制頭液動閥連接，第一管線的出口端與液氣分離器的入口端連接，節(jié)流管匯的入口管線的入口端與井口防噴器組的液動平板閥連接，節(jié)流管匯的第一管路的出口端也與液氣分離器的入口端連接，氣體流量計與液氣分離器的氣體出口連接。
[0008]在第一管線上，第一壓力傳感器和液動節(jié)流閥之間設(shè)置有第一手動平板閥，液動節(jié)流閥和質(zhì)量流量計之間設(shè)置有第一球閥，質(zhì)量流量計和第一管線的出口端之間依次設(shè)置有第二球閥和第二壓力傳感器。
[0009]第二壓力傳感器和第一管線的出口端之間設(shè)置有第二手動平板閥，第一球閥、質(zhì)量流量計和第二球閥并聯(lián)有第三手動平板閥。
[0010]節(jié)流管匯還含有第二管路、第三管路和四通，入口管線通過四通與并聯(lián)的第一管路、第二管路和第三管路連接。
[0011]—種氣液兩相流流量監(jiān)測的欠平衡鉆井方法，所述氣液兩相流流量監(jiān)測的欠平衡鉆井方法采用了上述的氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置，所述氣液兩相流流量監(jiān)測的欠平衡鉆井方法包括以下步驟:
[0012]步驟1、控制中心實時監(jiān)測立管壓力傳感器、第一壓力傳感器、質(zhì)量流量計和氣體流量計發(fā)出的信號數(shù)據(jù)，閥門處于常閉狀態(tài)；
[0013]步驟2、控制中心將該信號數(shù)據(jù)一一對應(yīng)的生成數(shù)據(jù)值和時間關(guān)系的變化曲線，根據(jù)該變化曲線判斷鉆井作業(yè)所處的不同期間，根據(jù)該鉆井作業(yè)所處的具體期間控制中心通過信號收發(fā)臺控制液動節(jié)流閥的開度。
[0014]在步驟2中，當(dāng)每條該變化曲線的數(shù)值均在正常鉆進(jìn)值范圍內(nèi)時，鉆井作業(yè)處于正常鉆進(jìn)期間，通過控制液動節(jié)流閥的開度使井口壓力在正常的范圍內(nèi)。
[0015]在步驟2中，當(dāng)與立管壓力傳感器相對應(yīng)的該變化曲線的數(shù)值降低，且與質(zhì)量流量計相對應(yīng)的該變化曲線的數(shù)值保持不變時，鉆井作業(yè)處于氣侵期間，在該氣侵期間包括以下步驟:
[0016]步驟2.1a、控制中心計算出目標(biāo)立壓值、目標(biāo)流量值、允許的壓差波動范圍值；
[0017]步驟2.SajP1-PstXP2,控制中心發(fā)出增加液動節(jié)流閥開度的指令；當(dāng)Psp-POP2時，控制中心發(fā)出減小液動節(jié)流閥開度指令；
[0018]P1S目標(biāo)立壓值，單位為MPa;P2為允許壓差波動范圍值，單位為MPa;Psp為立管壓力，單位為MPa ；
[0019]步驟2.3a、經(jīng)過一段遲到時間后，當(dāng)QOQ時，控制中心發(fā)出增加液動節(jié)流閥開度的指令;當(dāng)Qi〈Q時，控制中心發(fā)出減小液動節(jié)流閥開度指令；
[0020]Q1S目標(biāo)流量值，單位為kg/s ； Q為實際流量值，單位為kg/s。
[0021]在步驟2中，當(dāng)與立管壓力傳感器相對應(yīng)的該變化曲線的數(shù)值降低，且與質(zhì)量流量計相對應(yīng)的該變化曲線出現(xiàn)方波時，鉆井作業(yè)處于油水侵期間，在該油水侵期間包括以下步驟:
[0022]步驟2.1b、控制中心計算出目標(biāo)立壓值、油水侵期間的目標(biāo)流量值、允許的允許流量波動范圍差值；
[0023]步驟2.2b、當(dāng)Q1 — 0〈02時，控制中心發(fā)出增加液動節(jié)流閥開度的指令；當(dāng)Q1 — Q>Q2時，控制中心發(fā)出減小液動節(jié)流閥開度指令；
[0024]Q1S目標(biāo)流量值，單位為kg/s ； Q2為允許流量波動范圍差值，單位為kg/s ； Q為實際流量值，單位為kg/s ；
[0025]步驟2.3b、經(jīng)過一段遲到時間后，當(dāng)PKPs時，控制中心發(fā)出增加液動節(jié)流閥開度的指令;當(dāng)Pi>Psp時，控制中心發(fā)出減小液動節(jié)流閥開度指令；
[0026]P1S目標(biāo)立壓值，單位為MPa;P2為允許壓差波動范圍值，單位為MPa;Psp為立管壓力。
[0027]當(dāng)與質(zhì)量流量計相對應(yīng)的該變化曲線的數(shù)值持續(xù)上漲時，鉆井作業(yè)處于大排量期間，在該大排量期間包括以下步驟:
[0028]步驟2.1b、控制中心計算出大排量期間的目標(biāo)流量值；
[0029]步驟2.2b、當(dāng)Q3 — Q〈Q2時，開啟節(jié)流管匯前閥門；當(dāng)Q3 — Q>Q2，開啟節(jié)流管匯前閥門，關(guān)閉第一手動平板閥；
[°03°] Q2為允許流量波動范圍差值，單位為kg/s ； Q為實際流量值，單位為kg/s ； Q3為大排量期間的目標(biāo)流量值，單位為kg/s。
[0031]本發(fā)明的有益效果是:
[0032]1、該氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置能夠進(jìn)行出口氣液兩相流分段實時測量，并基于流量變化判斷溢流類型及發(fā)出早期預(yù)警，避免復(fù)雜工況的產(chǎn)生；
[0033]2、采用高精度質(zhì)量流量計可實時監(jiān)測出口流量變化，采用氣體流量計可獨(dú)立測量井筒出氣量及出氣速率，基于分段的流量數(shù)據(jù)可水力模擬計算環(huán)空靜液柱壓力變化，調(diào)整校正井口壓力；
[0034]3、該氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置僅使用一個液動節(jié)流閥，可實現(xiàn)正常鉆進(jìn)、不同類型的溢流處理、大排量變化等不同鉆井工況的需求，簡化欠平衡鉆井裝置及結(jié)構(gòu)，使設(shè)備成本大幅降低；
[0035]4、將節(jié)流管匯作為第二出口，既充分利用了鉆井隊資源，又保證了大排量變化下第一第二通道可同時開啟適應(yīng)流量變化，同時避免頻繁開關(guān)防噴器進(jìn)行節(jié)流循環(huán)排氣等作業(yè)，降低非生產(chǎn)時間，簡化控壓鉆井裝置，降低井控風(fēng)險。
[0036]5、采用水力學(xué)計算軟件及邏輯判斷系統(tǒng)，根據(jù)工況需要設(shè)定目標(biāo)壓力值及流量值，壓力自動追蹤，流量實時監(jiān)測，自適應(yīng)井隊各種工藝、工況。
【附圖說明】
[0037]構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0038]圖1是氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置的使用狀態(tài)示意圖。
[0039]圖2是欠平衡鉆井系統(tǒng)和節(jié)流管匯的示意圖。
[0040]圖3是方波曲線的示意圖。
[0041 ] 圖中附圖標(biāo)記:
[0042]101、欠平衡鉆井系統(tǒng)；102、節(jié)流管匯；103、井口防噴器組；
[0043]1、立管壓力傳感器;2、旋轉(zhuǎn)控制頭液動閥；3、信號收發(fā)臺；4、第一壓力傳感器;5、液動節(jié)流閥；6、第一手動平板閥；7、閥門；8、第三手動平板閥；9、第一球閥；1、第二球閥；
11、第二壓力傳感器；12、第二手動平板閥；13、控制中心；14、質(zhì)量流量計；15、液氣分離器；16、氣體流量計；17、液動平板閥；18、信號線；19、四通;20、第一管線;21、第一管路;22、第二管路;23、第三管路;24、連接管線；25、節(jié)流管匯的入口管線;Wl、鉆井四通;W2、雙閘板防噴器;W3、單閘板防噴器;W4、環(huán)形防噴器;W5、旋轉(zhuǎn)控制頭。
【具體實施方式】
[0044]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0045]—種氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置，包括欠平衡鉆井系統(tǒng)101與節(jié)流管匯102;欠平衡鉆井系統(tǒng)101含有在第一管線20上依次串聯(lián)的第一壓力傳感器4、第一手動平板閥6、液動節(jié)流閥5、質(zhì)量流量計14，欠平衡鉆井系統(tǒng)101還含有控制中心13和信號收發(fā)臺3，第一壓力傳感器4、液動節(jié)流閥5和質(zhì)量流量計14均與信號收發(fā)臺3連接，信號收發(fā)臺3與控制中心13連接;控制中心13與鉆井井口上的立管壓力傳感器I連接，控制中心13還與鉆井井口外的氣體流量計16連接;節(jié)流管匯102含有多條管路，第一管線20通過連接管線24與節(jié)流管匯的入口管線25連接，連接管線24的入口端位于第一壓力傳感器4和第一手動平板閥6之間，連接管線24上設(shè)有閥門7，如圖1和圖2所示。
[0046]控制中心13中含有數(shù)據(jù)采集單元、水力模擬計算單元、邏輯判斷單元和控制單元，數(shù)據(jù)采集單元、水力模擬計算單元和邏輯判斷單元均與控制單元連接?？刂浦行?3的數(shù)據(jù)采集單元能夠接受信號收發(fā)臺3、立管壓力傳感器I和氣體流量計16發(fā)出的測量數(shù)據(jù)信號。信號收發(fā)臺3能夠接收第一壓力傳感器4和質(zhì)量流量計14發(fā)出的測量數(shù)據(jù)信號，信號收發(fā)臺3還能夠向液動節(jié)流閥5發(fā)出開度大小控制信號從而控制液動節(jié)流閥5的開度。高精度的質(zhì)量流量計14進(jìn)行液體流量實時測量，氣體流量計16進(jìn)行返出氣體流量測量，以高精度質(zhì)量流量計14集數(shù)據(jù)作為控制中心13控制井口壓力依據(jù)，以氣體流量測量數(shù)據(jù)作為控制中心13校正溢流類型及井口壓力依據(jù)。該氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置的控制中心13通過質(zhì)量流量計14及氣體流量計16分段實時測量鉆進(jìn)過程中出口流量及出氣量，配合立壓(由立管壓力傳感器I測量得到)、套壓數(shù)據(jù)(由第一壓力傳感器4測量得到)，通過水力學(xué)計算軟件及邏輯判斷，分析井底工況，提前預(yù)警溢流并在井口進(jìn)行壓力調(diào)整，實現(xiàn)良好的井筒壓力控制，從而有效解決窄密度窗口、噴漏同存等井下復(fù)雜問題。
[0047]在本實施例中，第一管線20的入口端與井口防噴器組103的旋轉(zhuǎn)控制頭液動閥2連接，第一管線20的出口端與液氣分離器15的入口端連接，節(jié)流管匯的入口管線25的入口端與井口防噴器組103的液動平板閥17連接，節(jié)流管匯102的第一管路21的出口端也與液氣分離器15的入口端連接，氣體流量計16與液氣分離器15的氣體出口連接。該氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置基于高精度的質(zhì)量流量計14及氣體流量計16分段實時測量出口流體流量，配合壓力參數(shù)變化，可實時模擬判斷井下溢流類型，提前發(fā)出預(yù)警。在圖1中，井口防噴器組103中含有鉆井四通W1、雙閘板防噴器W2、單閘板防噴器W3、環(huán)形防噴器W4、旋轉(zhuǎn)控制頭W5，旋轉(zhuǎn)控制頭液動閥2與旋轉(zhuǎn)控制頭W5連接，液動平板閥17與鉆井四通Wl連接。
[0048]在本實施例中，在第一管線20上，第一壓力傳感器4和液動節(jié)流閥5之間設(shè)置有第一手動平板閥6，液動節(jié)流閥5和質(zhì)量流量計14之間設(shè)置有第一球閥9，質(zhì)量流量計14和第一管線20的出口端之間依次設(shè)置有第二球閥10和第二壓力傳感器11。第二壓力傳感器11和第一管線20的出口端之間設(shè)置有第二手動平板閥12，第一球閥9、質(zhì)量流量計14和第二球閥10并聯(lián)有第三手動平板閥8。節(jié)流管匯102還含有第二管路22、第三管路23和四通19，入口管線25通過四通19與并聯(lián)的第一管路21、第二管路22和第三管路23連接，如圖1所示，優(yōu)選閥門7為手動平板閥。
[0049]欠平衡鉆井系統(tǒng)101與節(jié)流管匯102同時接在RCD出口的旋轉(zhuǎn)控制頭液動閥2上，欠平衡鉆井系統(tǒng)101統(tǒng)作為第一出口、節(jié)流管匯102作為第二出口，開啟第一手動平板閥6采用欠平衡鉆井系統(tǒng)，開啟閥門7轉(zhuǎn)入節(jié)流管匯102。第一出口與第二出口前安裝第一壓力傳感器4用于井口壓力測量，高精度的質(zhì)量流量計14后安裝第二壓力傳感器11測量節(jié)流后的壓力以保護(hù)質(zhì)量流量計14及液氣分離器15，流量計下方安裝第一球閥9及第二球閥10可保證質(zhì)量流量計14故障期間隔離維修。正常鉆進(jìn)期間，質(zhì)量流量計14下方的第三手動平板閥8處于常閉狀態(tài)，質(zhì)量流量計14維修期間，第三手動平板閥8打開?？刂浦行?3通過邏輯判斷單元及水力模擬計算單元計算出目標(biāo)壓力值及流量值，從而調(diào)節(jié)液動節(jié)流閥5的開度以調(diào)整井口壓力。具體的，控制中心13根據(jù)水力模擬分析的溢流類型，配合邏輯判斷單元，選擇目標(biāo)立壓恒定鉆井模式、目標(biāo)流量恒定鉆井模式、大流量變化鉆井模式等。即根據(jù)水力模擬分析設(shè)定的允許壓差波動范圍值P2、允許流量波動差值Q2、可自動調(diào)節(jié)液動節(jié)流閥5的開度，從而調(diào)整井口壓力。
[0050]下面介紹使用該氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置調(diào)整井口壓力的方法，即一種氣液兩相流流量監(jiān)測的欠平衡鉆井方法，所述氣液兩相流流量監(jiān)測的欠平衡鉆井方法包括以下步驟:
[0051 ]步驟1、控制中心13實時采集監(jiān)測立管壓力傳感器1、第一壓力傳感器4、質(zhì)量流量計14和氣體流量計16發(fā)出的信號數(shù)據(jù)，閥門7處于常閉狀態(tài)；
[0052]步驟2、控制中心13將該信號數(shù)據(jù)一一對應(yīng)的生成數(shù)據(jù)值和時間關(guān)系的變化曲線(如包括立壓與時間關(guān)系的變化曲線、套壓與時間關(guān)系的變化曲線、出口總流量與時間關(guān)系的變化曲線和排氣量與時間關(guān)系的變化曲線，在上述四條變化曲線中時間均為橫坐標(biāo))，根據(jù)該變化曲線判斷鉆井作業(yè)所處的不同期間，根據(jù)該鉆井作業(yè)所處的具體期間控制中心13通過信號收發(fā)臺3控制液動節(jié)流閥5的開度，如圖1所示。
[0053]一般，欠平衡鉆井可能出現(xiàn)四個不同的期間，分別為正常鉆進(jìn)期間、氣侵期間、油水侵期間和大排量期間，四個不同的期間為不分先后為并列關(guān)系。
[0054]在步驟2中，當(dāng)控制中心13檢測到每條該變化曲線的數(shù)值(縱坐標(biāo))均在正常鉆進(jìn)值范圍內(nèi)時，則鉆井作業(yè)處于正常鉆進(jìn)期間，通過控制液動節(jié)流閥5的開度使井口壓力在正常的范圍內(nèi)。即正常鉆進(jìn)期間(井下并無異常工況時)，鉆井液經(jīng)旋轉(zhuǎn)控制頭液動閥2返出，連接至節(jié)流管匯102的閥門7處于常閉狀態(tài)，鉆井液進(jìn)入欠平衡鉆井系統(tǒng)101，依次經(jīng)第一壓力傳感器4、第一手動平板閥6、液動節(jié)流閥5、第一球閥9、質(zhì)量流量計14、第二球閥10、第二壓力傳感器11及第二手動平板閥12后進(jìn)入液氣分離器15，鉆井液返回振動篩，地層返出氣體經(jīng)過氣體流量計16后點火。各壓力及流量傳輸至液控臺3后統(tǒng)一傳輸至控制中心13。根據(jù)U型管原理，在正常鉆進(jìn)時存在以下關(guān)系:Psp+PZj-Pzf = PwBP+PHj-PHf，其中:Psp為立管壓力，單位為MPa ； Pzj為鉆柱內(nèi)靜液柱壓力，單位為MPa ； Pzf為鉆柱內(nèi)摩阻，單位為MPa ； PHj為環(huán)空靜液柱壓力，單位為MPa ；Pwbp為井口回壓，單位為MPa ；PHf為環(huán)空摩阻，單位為MPa。根據(jù)該原理，正常作業(yè)期間，欠平衡鉆井系統(tǒng)101的控制中心13根據(jù)立壓、套壓及出口流量的實時監(jiān)測及水力學(xué)模擬，得出該工況下相關(guān)參數(shù)，通過計算后，判斷井下工況，并發(fā)出指令至液控臺3。通過調(diào)節(jié)液動自動節(jié)流閥5對井口施加回壓，維持井底環(huán)空壓力在允許范圍內(nèi)鉆進(jìn)。
[0055]或者，在步驟2中，當(dāng)控制中心13檢測到與立管壓力傳感器I相對應(yīng)的該變化曲線的數(shù)值降低，且與質(zhì)量流量計14相對應(yīng)的該變化曲線的數(shù)值保持不變時，則鉆井作業(yè)處于氣侵期間，在該氣侵期間包括以下步驟:
[0056]步驟2.1a、控制中心13計算出目標(biāo)立壓值、目標(biāo)流量值、允許的壓差波動范圍值；
[0057]步驟2.SajP1-PstXP2,控制中心13發(fā)出增加液動節(jié)流閥5開度的指令；當(dāng)Psp-P1>p2時，控制中心13發(fā)出減小液動節(jié)流閥5開度指令;其中，P1為目標(biāo)立壓值，單位為MPa; P2為允許壓差波動范圍值，單位為MPa; Psp為立管壓力，單位為MPa;
[0058]步驟2.3a、經(jīng)過一段遲到時間(如3至20秒，如5秒、1秒、15秒)后，當(dāng)Qi>Q時，控制中心13發(fā)出增加液動節(jié)流閥5開度的指令；當(dāng)QKQ時，控制中心13發(fā)出減小液動節(jié)流閥5開度指令;其中，Qi為目標(biāo)流量值，單位為kg/s ；Q為實際流量值，單位為kg/s。然后可以返回至步驟I繼續(xù)進(jìn)行實時監(jiān)測。
[0059]即在氣侵期間(剛出現(xiàn)地層氣進(jìn)入井筒，壓力在可控范圍內(nèi))，閥門7處于關(guān)閉狀態(tài)，鉆井液流經(jīng)欠平衡鉆井系統(tǒng)101?？刂浦行?3采集及監(jiān)測立管壓力傳感器I及質(zhì)量流量計14的測量數(shù)據(jù)并生成該變化曲線，邏輯判斷單元通過分析立壓降低，出口流量Q不變判斷為氣侵。水力模擬計算單元出目標(biāo)立壓值SP1、目標(biāo)流量值Q:、允許壓差波動范圍值P2，當(dāng)P1-PsP<P2，控制中心13發(fā)出增加液動節(jié)流閥5開度指令(根據(jù)水力學(xué)軟件中排量與節(jié)流閥開度及井口壓力變化的模擬曲線，計算此時節(jié)流閥目標(biāo)開度，同時通過水力學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，將開度數(shù)據(jù)發(fā)送至液控臺，然后調(diào)節(jié)節(jié)流閥開度以減小井口壓力KiPsp-POP2時，控制中心13發(fā)出減小液動節(jié)流閥5開度指令以增加井口壓力。經(jīng)一個遲到時間后，若QOQ時，氣體流量計16曲線上漲，即氣體運(yùn)移至井口，執(zhí)行P1-PstXP2步驟;QKQ時，執(zhí)行Psp-POP2步驟。
[0060]或者，在步驟2中，當(dāng)控制中心13檢測到與立管壓力傳感器I相對應(yīng)的該變化曲線的數(shù)值降低，且與質(zhì)量流量計14相對應(yīng)的該變化曲線出現(xiàn)方波(如圖3所示)時，鉆井作業(yè)處于油水侵期間，在該油水侵期間包括以下步驟:
[0061]步驟2.1b、控制中心13計算出目標(biāo)立壓值、油水侵期間的目標(biāo)流量值、允許的允許流量波動范圍差值；
[0062]步驟2.2b、當(dāng)& — Q〈Q2時，控制中心13發(fā)出增加液動節(jié)流閥5開度的指令；當(dāng)Q1 — Q>02時，控制中心13發(fā)出減小液動節(jié)流閥5開度指令;其中，Q1為目油水侵期間的目標(biāo)流量值，單位為kg/s ； Q2為允許流量波動范圍差值，單位為kg/s ； Q為實際流量值，單位為kg/s ；
[0063]步驟2.3b、經(jīng)過一段遲到時間(如3至20秒，如5秒、10秒、15秒)后，當(dāng)PKPs時，控制中心13發(fā)出增加液動節(jié)流閥5開度的指令;當(dāng)POPst^，控制中心13發(fā)出減小液動節(jié)流閥5開度指令;其中，Pi為目標(biāo)立壓值，單位為MPa ； P2為允許壓差波動范圍值，單位為MPa ； Psp為立管壓力。然后可以返回至步驟I繼續(xù)進(jìn)行實時監(jiān)測。
[0064]即在油水侵期間(剛出現(xiàn)油水進(jìn)入井筒，壓力在可控范圍內(nèi))，節(jié)流管匯102前的閥門7處于關(guān)閉狀態(tài)，鉆井液流經(jīng)欠平衡鉆井系統(tǒng)101，控制中心13采集及監(jiān)測立管壓力傳感器I及質(zhì)量流量計14的測量數(shù)據(jù)并生成該變化曲線，邏輯判斷單元通過分析立壓降低，出口流量曲線出現(xiàn)方波判斷為油水侵。水力模擬系統(tǒng)計算出目標(biāo)立壓值SP1、目標(biāo)流量值Q1、允許流量波動差值Q2,當(dāng)Q1-QW2時，控制中心13發(fā)出增加液動節(jié)流閥5開度指令以減小井口壓力，當(dāng)Q1-QXfe時，控制中心13發(fā)出減小液動節(jié)流閥5開度指令以增加井口壓力。經(jīng)一個遲至IJ時間后(氣體流量計16曲線不變)，若PKPst^，執(zhí)行Q1—Q〈Q2步驟;Pi>Psp0t，執(zhí)行Qi—Q>Q2步驟。
[0065]或者，在步驟2中，當(dāng)控制中心13檢測到與質(zhì)量流量計14相對應(yīng)的該變化曲線的數(shù)值持續(xù)上漲時，則鉆井作業(yè)處于大排量期間，在該大排量期間包括以下步驟:
[0066]步驟2.1b、控制中心13計算出大排量期間的目標(biāo)流量值；
[0067]步驟2.2b、當(dāng)Q3 — Q〈Q2時，開啟節(jié)流管匯102前閥門7 ;當(dāng)Q3 — Q>Q2，開啟節(jié)流管匯102前閥門7，關(guān)閉第一手動平板閥6;其中，Q2為允許流量波動范圍差值，單位為kg/s;Q為實際流量值，單位為kg/s ； Q3為大排量期間的目標(biāo)流量值，單位為kg/s。
[0068]即在大排量期間，控制中心13監(jiān)測到出口流量曲線持續(xù)上漲，水力模擬計算單元單元計算出目標(biāo)流量值Q3，當(dāng)Q3 — 9〈92時，開啟節(jié)流管匯102前的閥門7，當(dāng)Q3 — Q>Q2，保持閥門7的打開狀態(tài)，關(guān)閉第一手動平板閥6，進(jìn)行高壓循環(huán)節(jié)流。
[0069]在本實施例中，立管壓力Psp，為鉆柱內(nèi)靜液柱壓力Pzj，鉆柱內(nèi)摩阻Pzf，環(huán)空靜液柱壓力PHj，井口回壓Pwbp，環(huán)空摩阻PHf，目標(biāo)立壓值Pl;允許壓差波動范圍值P2，目標(biāo)立壓值Pl，允許壓差波動范圍值p2，允許流量波動范圍差值Q2,大排量期間的目標(biāo)流量值Q3等均可以通過經(jīng)驗獲得，也可以通過實際應(yīng)用對其進(jìn)行修正。
[0070]以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施例，不能以其限定發(fā)明實施的范圍，所以其等同組件的置換，或依本發(fā)明專利保護(hù)范圍所作的等同變化與修飾，都應(yīng)仍屬于本專利涵蓋的范疇。另外，本發(fā)明中的技術(shù)特征與技術(shù)特征之間、技術(shù)特征與技術(shù)方案之間、技術(shù)方案與技術(shù)方案之間均可以自由組合使用。
【主權(quán)項】
1.一種氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置，其特征在于，所述氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置包括欠平衡鉆井系統(tǒng)(101)與節(jié)流管匯(102); 欠平衡鉆井系統(tǒng)(101)含有在第一管線(20)上依次串聯(lián)的第一壓力傳感器(4)、第一手動平板閥(6 )、液動節(jié)流閥(5 )、質(zhì)量流量計(14 )，欠平衡鉆井系統(tǒng)(1I)還含有控制中心(13)和信號收發(fā)臺(3)，第一壓力傳感器(4)、液動節(jié)流閥(5)和質(zhì)量流量計(14)均與信號收發(fā)臺(3)連接，信號收發(fā)臺(3)與控制中心(13)連接;控制中心(13)與鉆井井口上的立管壓力傳感器(I)連接，控制中心(13)還與鉆井井口外的氣體流量計(16)連接； 節(jié)流管匯(102)含有多條管路，第一管線(20)通過連接管線(24)與節(jié)流管匯的入口管線(25)連接，連接管線(24)的入口端位于第一壓力傳感器(4)和第一手動平板閥(6)之間，連接管線(24)上設(shè)有閥門(7)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置，其特征在于，第一管線(20)的入口端與井口防噴器組(103)的旋轉(zhuǎn)控制頭液動閥(2)連接，第一管線(20)的出口端與液氣分離器(15)的入口端連接，節(jié)流管匯的入口管線(25)的入口端與井口防噴器組(103)的液動平板閥(17)連接，節(jié)流管匯(102)的第一管路(21)的出口端也與液氣分離器(15)的入口端連接，氣體流量計(16)與液氣分離器(15)的氣體出口連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置，其特征在于，在第一管線(20)上，第一壓力傳感器(4)和液動節(jié)流閥(5)之間設(shè)置有第一手動平板閥(6)，液動節(jié)流閥(5)和質(zhì)量流量計(14)之間設(shè)置有第一球閥(9)，質(zhì)量流量計(14)和第一管線(20)的出口端之間依次設(shè)置有第二球閥(10)和第二壓力傳感器(11)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置，其特征在于，第二壓力傳感器(11)和第一管線(20)的出口端之間設(shè)置有第二手動平板閥(12)，第一球閥(9)、質(zhì)量流量計(14)和第二球閥(10)并聯(lián)有第三手動平板閥(8)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置，其特征在于，節(jié)流管匯(102)還含有第二管路(22)、第三管路(23)和四通(19)，入口管線(25)通過四通(19)與并聯(lián)的第一管路(21)、第二管路(22)和第三管路(23)連接。6.一種氣液兩相流流量監(jiān)測的欠平衡鉆井方法，其特征在于，所述氣液兩相流流量監(jiān)測的欠平衡鉆井方法采用了權(quán)利要求1?5中任意一項所述的氣液兩相流流量分段實時監(jiān)測的欠平衡鉆井裝置，所述氣液兩相流流量監(jiān)測的欠平衡鉆井方法包括以下步驟: 步驟1、控制中心(13)實時監(jiān)測立管壓力傳感器(I)、第一壓力傳感器(4)、質(zhì)量流量計(14)和氣體流量計(16)發(fā)出的信號數(shù)據(jù)，閥門(7)處于常閉狀態(tài)； 步驟2、控制中心(13)將該信號數(shù)據(jù)一一對應(yīng)的生成數(shù)據(jù)值和時間關(guān)系的變化曲線，根據(jù)該變化曲線判斷鉆井作業(yè)所處的不同期間，根據(jù)該鉆井作業(yè)所處的具體期間控制中心(13)通過信號收發(fā)臺(3)控制液動節(jié)流閥(5)的開度。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣液兩相流流量監(jiān)測的欠平衡鉆井方法，其特征在于，在步驟2中，當(dāng)每條該變化曲線的數(shù)值均在正常鉆進(jìn)值范圍內(nèi)時，鉆井作業(yè)處于正常鉆進(jìn)期間，通過控制液動節(jié)流閥(5)的開度使井口壓力在正常的范圍內(nèi)。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣液兩相流流量監(jiān)測的欠平衡鉆井方法，其特征在于，在步驟2中，當(dāng)與立管壓力傳感器(I)相對應(yīng)的該變化曲線的數(shù)值降低，且與質(zhì)量流量計(14)相對應(yīng)的該變化曲線的數(shù)值保持不變時，鉆井作業(yè)處于氣侵期間，在該氣侵期間包括以下步驟: 步驟2.la、控制中心(13)計算出目標(biāo)立壓值、目標(biāo)流量值、允許的壓差波動范圍值； 步驟2.2a、iPi — Psp<P2，控制中心(13)發(fā)出增加液動節(jié)流閥(5)開度的指令^Psp-POP2Bt，控制中心(13)發(fā)出減小液動節(jié)流閥(5)開度指令； Pi為目標(biāo)立壓值，單位為MPa ； P2為允許壓差波動范圍值，單位為MPa ； Psp為立管壓力，單位為MPa ； 步驟2.3a、經(jīng)過一段遲到時間后，當(dāng)QOQ時，控制中心(13)發(fā)出增加液動節(jié)流閥(5)開度的指令;當(dāng)Qi〈Q時，控制中心(13)發(fā)出減小液動節(jié)流閥(5)開度指令； Qi為目標(biāo)流量值，單位為kg/s ； Q為實際流量值，單位為kg/s。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣液兩相流流量監(jiān)測的欠平衡鉆井方法，其特征在于，在步驟2中，當(dāng)與立管壓力傳感器(I)相對應(yīng)的該變化曲線的數(shù)值降低，且與質(zhì)量流量計(14)相對應(yīng)的該變化曲線出現(xiàn)方波時，鉆井作業(yè)處于油水侵期間，在該油水侵期間包括以下步驟: 步驟2.1b、控制中心(13)計算出目標(biāo)立壓值、油水侵期間的目標(biāo)流量值、允許的允許流量波動范圍差值； 步驟2.2b、當(dāng)Q1—0〈02時，控制中心(13)發(fā)出增加液動節(jié)流閥(5)開度的指令;當(dāng)Q1—Q>Q2Bt，控制中心(13)發(fā)出減小液動節(jié)流閥(5)開度指令； Qi為目標(biāo)流量值，單位為kg/s ； Q2為允許流量波動范圍差值，單位為kg/s ； Q為實際流量值，單位為kg/s; 步驟2.3b、經(jīng)過一段遲到時間后，當(dāng)PKPs時，控制中心(13)發(fā)出增加液動節(jié)流閥(5)開度的指令;當(dāng)Pi>Pst^，控制中心(13)發(fā)出減小液動節(jié)流閥(5)開度指令； Pi為目標(biāo)立壓值，單位為MPa ； P2為允許壓差波動范圍值，單位為MPa ； Psp為立管壓力。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣液兩相流流量監(jiān)測的欠平衡鉆井方法，其特征在于，在步驟2中，當(dāng)與質(zhì)量流量計(14)相對應(yīng)的該變化曲線的數(shù)值持續(xù)上漲時，鉆井作業(yè)處于大排量期間，在該大排量期間包括以下步驟: 步驟2.1b、控制中心(13)計算出大排量期間的目標(biāo)流量值； 步驟2.2b、當(dāng)Q3 — Q〈Q2時，開啟節(jié)流管匯(102)前閥門(7);當(dāng)Q3 — Q>Q2，開啟節(jié)流管匯(102)前閥門(7)，關(guān)閉第一手動平板閥(6); Q2為允許流量波動范圍差值，單位為kg/s ； Q為實際流量值，單位為kg/s ； Q3為大排量期間的目標(biāo)流量值，單位為kg/s。
【文檔編號】E21B21/08GK105937375SQ201610410881
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】蔣宏偉, 周英操, 彭明佳, 郭慶豐, 趙莉萍, 張鑫, 屈憲偉, 康健, 門明磊
【申請人】中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院