[发明专利]压力控制系统

说明书

技术领域

这里公开的实施例总体涉及一种流体控制系统。更具体地，这里公开的实施例涉及一种使上游(动态)部件与下游(静态)部件之间(例如，梭式螺母与阀座或静态阀内组件之间)的接触面积减小从而使用于使动态部件从闭合位置初始移动所需的压力过平衡(pressure overshoot)减小的控制系统。

背景技术

在许多应用中需要控制在系统中流动的流体的回压。例如，在油井的钻进中，通常使在其下端上具有钻头的钻杆悬挂在井眼中，并且当钻头旋转时，使诸如钻井泥浆的钻井液向下循环通过钻柱的内部，通过钻头出来，并沿着井眼的环空向上循环到地面。保持这种流体循环，以便从井眼移除岩屑，冷却钻头、以及保持井眼中的流体静压，从而控制地层气体并防止井喷和类似动作。在钻井泥浆的重量不足以包括井中的井底压力的情况下，需要在地面上将另外的回压施加在钻井泥浆上以补偿静压头的缺乏并从而保持井被控制。因此，在一些情况下，回压控制装置安装在用于钻井液的回流管线内。

回压控制装置还需要用于控制系统中由盐水或地层气体侵入到钻井液内(这可能产生井喷条件)而引起的“井涌”。在这些情况中，必须将充足的另外的回压施加在钻井液上，使得含有地层流体并且控制井，直到更稠的流体或泥浆可以沿钻柱向下循环并沿环空向上循环以压住井喷。还期望的是避免产生过多的回压，过多的回压的产生可能会使钻柱卡钻，或者产生对地层、井套管、或井口设备的损坏。

然而，保持钻井液的最优回压由于当钻井液通过回压控制装置时所述钻井液的一些不同特征而变得复杂。例如，流体的密度可能由于岩屑或地层气体的引入而改变，和/或进入控制装置的流体的温度和体积可能会改变。因此，只有响应于这些变化条件已经在钻井液的节流期间进行适当的改变才会获得期望的回压。诸如节流器的传统装置通常需要对回压控制装置孔口进行手动控制和调节以保持期望的回压。然而，节流装置的手动控制涉及滞后时间，并且通常是不准确的。

美国专利No.4,355,784公开了一种解决以上所述问题的用于在上述环境中控制钻井液的回压的设备和方法。根据这种装置，大致平衡梭在壳体内移动以控制钻井液的流动和回压。梭式组件的一端受到钻井液的压力，而所述梭式组件的另一端受到压井液的压力。

美国专利No.6,253,787公开了一种节流装置，所述节流装置不管流体条件的变化而进行自动运转以保持流动流体上的预定回压。如该专利所述，为了在往复运动期间保持对回压的精确控制，可以通过压井液将回压施加在梭式组件上。流体在入口通道中的压力作用在梭式组件的相应端部上，且通过压井液将相同的力施加在梭式组件的另一个端部上。

以下参照图1，说明具有螺母50的回压控制系统10的现有技术设计，所述回压控制系统与图1所示的美国专利No.7,004,448中的回压控制系统类似。在往复运动期间，室16中的工作流体的压力可以作用在梭40的端部处的表面50a和任意露出表面上。通过室16中的工作流体施加到梭式螺母50和梭40的力可以与室46a、46b中的压井液的压力平衡。

虽然在往复运动期间足以平衡压力，但是当梭式组件处于完全闭合位置时，表面50a邻接静态阀内组件及其它下游部件的表面70，使得室16中的工作流体可能仅作用在梭40的露出部分上。因此，为了从完全闭合位置移动到打开位置，可能需要相当大的工作流体过压。例如，对于100psig的压力设定点(即，在室46a中100psig的压井液压力)来说，可能需要高达500psig的工作流体压力以使梭式组件从完全闭合位置移动。这种压力过平衡是不期望的。

因此，需要一种当从完全闭合位置移动时使压力过平衡减小以避免产生过多回压的回压控制系统。

发明内容

一方面，这里公开的实施例涉及一种流体控制系统，包括：壳体，所述壳体具有入口、出口、和压力室；梭式组件，所述梭式组件适于在压力室中往复运动以调节工作流体从入口到出口的流动；工作流体，所述工作流体将打开力施加到梭式组件的第一端；和压井液，所述压井液用于将闭合力施加到梭式组件的相对端，其中梭式组件的第一端处于闭合位置时的工作流体压力区至少是梭式组件的第一端处于打开位置时的工作流体压力区的65％。