一种适应大流量变化的单节流通道控压钻井方法与装置

摘要

本发明涉及一种适应大流量变化的单节流通道控压钻井方法与装置，应用于石油、天然气钻井井筒压力与流量控制领域。本装置由立管测量系统、回压补偿管汇与流量测量系统、连接管汇、自动节流管汇、井口返出流量测量系统以及信号采集与逻辑控制系统组成，能够对井底压力、井口立压、套压以及钻井液泵入与返出流量进行精确测量，并通过逻辑控制系统分析，判断井底工况，据此选择闭环控制或区块经验模式，实时、自动调节节流管汇对井口施加回压，实现良好的井筒压力控制，从而有效解决窄密度窗口、喷漏同存等井下复杂问题。

主权项

一种适应大流量变化的单节流通道控压钻井方法，采取回压补偿管汇(201)连接在井队钻井泵上代替控压装置中必需的回压泵系统，在节流通道前使用连接管汇(101)对井口返出及回压补偿通道进行流道选择，自动节流管汇(102)简化为单节流通道，并由此在控压钻进各环节中采取不同的工艺方法，具体步骤如下：第一步，在进行控压钻井工艺前，求取井底裸眼地层压力P_p；第二步，根据井底地层压力P_p确定需要控制的井底环空压力P_B，并由公式P_B=P_H+P_f+P_WBP，确定井口回压P_WBP控制范围，其中P_B为井底压力‑‑MPa，P_H为环空静液柱压力‑‑MPa，P_f为循环摩阻‑‑MPa，P_WBP为井口回压‑‑MPa；第三步，控压钻进时，钻井液循环路线是由泥浆罐(35)、井队钻井泵(30)、立管进入井底，再由旋转防喷器(2)、连接管汇(101)、自动节流管汇(102)、井口返出流量测量系统(103)、液气分离器(32)回到泥浆罐(35)；此时连接管汇(101)中气控平板阀Ⅰ(12)关闭，自动节流管汇(102)中手动平板阀Ⅰ(9)关闭、气控平板阀Ⅱ(14)开启、手动平板阀Ⅱ(16)开启，井口返出流量测量系统(103)中手动平板阀Ⅲ(11)关闭、手动平板阀Ⅳ(18)和手动平板阀Ⅴ(19)开启，流量计Ⅱ(20)测得井口返出流量Q_out‑‑S/L；井底PWD(1)即环空压力随钻测量仪测到井底压力P_B，并由立管测量系统(202)中压力计Ⅱ(5)捕获其数值，井口返出钻井液进入自动节流管汇，通过调节自动节流阀(15)对井口施加回压P_WBP，维持井底压力P_B在允许范围内钻进;这一过程由信号采集与逻辑控制系统自动完成，控制方法为根据井底压力P_B反馈调节或根据区块经验调节；第四步，控压接单根时，钻井泵(31)启动程序为先进行不带压排气循环，手动平板阀g(28)和手动平板阀h(29)开启，手动平板阀b(23)和手动平板阀e(26)关闭，当流量稳定后，关闭阀门(28)和(29)，同时打开阀门(23)和气控平板阀Ⅰ(12)，流量计Ⅲ(21)测得回压补偿流量Q_bk；完整控压接单根过程划分为两个步骤：①钻井泵(31)启动，钻井泵(30)关闭；②钻井泵(30)启动，钻井泵(31)关闭；当第一步骤钻井泵(30)关闭，节流阀流量由Q_out+Q_bk下降为Q_bk过程时，调节节流阀使得井口回压为P_WBP+P_f；当第二步骤钻井泵(30)开启，节流阀流量由Q_bk转向Q_out时，调节节流阀使得井口回压由P_WBP+P_f转向P_WBP，控制方法为根据节流阀特性方程调节或根据压力反馈模式调节；第五步，控压起下钻时，起钻钻井泵启停动作与控压接单根第一步骤相同，通过旋转防喷器(2)憋压控压起钻，调节节流阀维持井口回压为P_WBP+P_f+ΔP，其中ΔP≈抽吸压力+安全余量，当起至安全井段打入一定高度重浆后，转入常规起钻；下钻与起钻程序相反，当常规下钻至重浆帽底部时，开泵用井浆替出重浆帽，通过旋转防喷器(2)憋压控压下钻，调节节流阀维持井口回压为P_WBP+P_f‑ΔP，其中ΔP≈激动压力‑安全余量。