[发明专利]多级精细节流管汇及自动控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及油气勘探开发自动控制，特别涉及油气井钻井节流压力精细自 动控制系统。

背景技术

在油气勘探开发工程中，随着油气勘探领域的拓宽和技术的进步，油气钻 井过程中对井口回压的控制技术的要求有了极大的提高。一方面，采用近平衡 或欠平衡钻井方式，以更好地保护油气层，有效地减少钻井液对油气层的损害、 减少或克服压差对钻速的影响，有效地降低油气井开发综合成本，大幅度提高 机械钻速并提高油气井钻探的成功率；另一方面，当对泥浆密度窗口非常窄甚 至接近于零的地层进行钻井时，就必须要求在钻井全过程中维持井筒环空当量 密度恒定，以保证钻井施工顺利进行。这样就必须保证在钻井过程中，无论是 正钻进，还是接单根、起下钻等过程中，都能够及时调整井口回压平稳快速达 到施工要求，并维持稳定。

然而，目前使用的压井节流管汇系统都是采用多个阀件串联的结构形式。 这种结构形式在进行节流控制时，必须要求钻井液返出时的流量全部通过各个 阀件，并且通过控制节流阀开度来控制节流压力的大小。但是，由于节流阀在 相对开度范围(0~100％)内调节精度和调节强度呈严重的非线性，线性调节区 域非常窄，在大流量条件下，节流阀的调节精度控制难度大，并且大流量对节 流阀的冲蚀比较严重，容易出现节流阀失效的情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种节流控制系统，其在控压钻井过程中，能够使井 口回压在不同压力控制等级范围内精确调节，并且能够对不同压力等级间进行 无扰动切换，从而在钻井全过程各种施工工况下，保证井筒环空中钻井液当量 密度恒定，使得进行压力窄窗口地层条件下安全钻井成为可能。

为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种多级精细节流管汇及自动 控制系统，其包括一套地面节流管汇系统和自动控制系统，其中三个平板阀和 一个节流阀并联连接，组成节流管汇系统。所述多级精细节流管汇及自动控制 系统中设有用于测量节流管汇入口压力的压力传感器、用于测量节流阀开度的 位移传感器、用于测量节流阀的出口流量的流量计、用于测量各个平板阀的开 关状态的传感器，还设有将各路信号进行滤波放大及A/D转换的装置、将滤波 放大及A/D转换后的信号送入控制柜和工程师站的装置、对数据进行存储和数 据显示的装置，以及自动控制装置，该自动控制装置根据管路和回压泵当前工 作状态，计算并发出控制指令，依据各级节流控制流程步骤对平板阀的开关和 节流阀的开度进行动作和速度操作，从而实现井口节流回压。

优选的是，所述对数据进行存储和显示的装置采用标准的工业用控制计算 机，通过数据总线与控制器相联，上位机中编制有完善的计算机监控界面，所 有参数可以在上位机中进行显示，操作人员可以通过监控界面对整个控压钻井 装置进行控制。

优选的是，所述自动控制装置采用标准的控制机柜，内部安装有控制器模 块、总线模块、I/O模块、继电器、安全栅、隔离栅、接线端子排等电气元件， 主要用来实现控制系统中的配电设置，信号的输入、输出、隔离等功能。

在本系统操作中，根据不同的压力控制级别和精度要求，系统做出判断， 选择与具体的压力控制等级对应的各平板阀的开关状态，之后再对应于具体的 节流流动通道控制节流阀的开度大小来精确调整井口回压的需求值，其结果能 大大提高井口回压控制精度。

本系统操作中，在每一级节流压力控制中，都可以实现精细调节，从而避 免了以往节流管汇系统中精细调节的最优调节段较窄的弊端，井口回压的控制 范围得到极大的改善。

本系统能够通过自动控制，实现各级节流操作过程的无扰动自动切换功能， 保证节流控制压力安全平稳地过渡到各个控制级别范围内。

附图说明

图1为按照本发明的多级精细节流管汇系统的一最佳实施例的设计图，其 中图1A为主视图、图1B为侧视图、图1C为俯视图。

图2为按照本发明的多级精细节流管汇系统自动控制系统的一最佳实施例 的示意图。

图3为按照本发明的多级精细节流管汇系统及自动控制系统中的各压力等 级的流动通道的一实施例的示意图。

图4为按照本发明的多级精细节流管汇系统及自动控制系统中的各压力调 节区间的一实施例的说明图。

图5为按照本发明的多级精细节流管汇系统及自动控制系统的一实施例中 的数据采集和自动控制流程图。

具体实施方式