[发明专利]一种组合式多级压力控制方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及石油、天然气钻井压力控制装备领域，特别涉及油气井控制压力钻井技术，是一种组合式多级压力控制方法与装置。

背景技术

油气井工程包括三种基本钻井方式，分别为欠平衡钻井、近平衡钻井和过平衡钻井。其中，欠平衡钻井时井底压力小于地层压力，近平衡钻井时井底压力接近井底压力，过平衡钻井时井底压力大于地层压力。三种钻井方式适用领域各不相同，过平衡钻井相对保守，不利于提高钻速和储层保护，应用范围将会逐渐缩小；欠平衡钻井有利于钻速提高和储层保护，但是对地层稳定性要求较高，应用范围受到限制；近平衡钻井应用范围不受限制，对钻速提高和储层保护有一定帮助，但是要求精确的井底压力控制。随着油气钻井领域不断扩展，窄密度窗口钻井(地层孔隙压力一一地层破裂压力窗口狭小，钻井液正常循环压耗已经超过地层孔隙压力与破裂压力的压差)、枯竭压力油气藏钻井、小井眼钻井和海洋钻井都获得越来越广泛的应用，要求精确的井底压力控制以减少或避免由于井底压力控制不当引起的井漏、井塌、卡钻、井涌等井下复杂问题，提高钻井速度，减少非生产时间和节约钻井成本，这些都促进了控制压力钻井技术的发展。

控制压力钻井要求高精度、高可靠性和稳定性的压力控制系统以进行精确地控制钻井液循环压力，保证井底压力在准确的狭小范围。采用的一般方法是通过控制井口回压来控制井底压力，控制的主要手段是对井口返出钻井液进行管路限流，控制钻井液循环系统中的压力损失。管路限流主要方式是通过安放一个或多个节流阀，调节节流阀开度对钻井液节流控制井口回压。因此，控制压力钻井对压力系统的要求可以概括以下几个方面：1、高精度的节流压力控制；2、通过节流对井底产生足够大的回压，但不能堵塞回流通道；3、节流阀在调节过程中，使节流阀的流量和节流前的压力在某一合适的范围，节流控制压力与阀的开度控制呈简单关系，控制容易、稳定，避免出现在某些行程压力变化不明显，某些行程压力又发生突变的情况；4、耐冲蚀，流道分布合理，避免泥浆直接冲刷。

传统的井控节流系统仅能配合加重钻井液控制井底压力，控制精度低，建立平衡时间长，无法满足控制压力钻井的要求，必须开发新的压力控制系统以适应控制压力钻井发展的要求。国际知名公司如Halliburton，Shell等公司的压力控制系统都是使用的单一的高性能节流阀进行节流，可以在大压差、大流量下长期进行精确压力控制，但是成本十分昂贵，而国产节流阀尽管成本较低，但是耐磨损、抗冲击性能较差，无法满足大压差条件下长时间、连续压力控制的要求。因此，开发一种新型高精度、高可靠性、稳定性的低成本压力控制系统势在必行。

发明内容

本发明的目的是：提供一种组合式多级压力控制装置和采用该装置进行井下压力控制的方法，实现窄密度窗口钻井、枯竭压力油气藏钻井、小井眼钻井和海洋压力控制钻井，达到精确、可靠、稳定井底压力的控制。

本发明采用的技术方案是：一种组合式多级压力控制装置，主要由泥浆泵、旋转控制头、第一自控平板阀、回压泵、灌注泵、第一球阀、第二球阀、密闭分离器、振动筛、泥浆罐、粗调节流控制系统和微调节流控制系统组成。泥浆泵的进口有管线连接到泥浆罐，泥浆泵的出口有管线连接到钻杆，在钻杆底部由钻头经井眼环空至旋转控制头处与回压泵的出口管线和粗调节流控制系统的入口管线相通；回压泵与灌注泵串联，灌注泵的进口有管线连接泥浆罐，回压泵的出口管线串接第一自控平板阀并连接到粗调节流控制系统的进口管线上；微调节流控制系统的进口管线与粗调节流控制系统的出口管线连接；微调节流控制系统的出口管线有两条分支：分支其一经第一球阀连接密闭分离器入口，密闭分离器出口一条连接到气体燃烧口，另一条连接到振动筛，再由振动筛连接到泥浆罐；分支其二经第二球阀连接到振动筛，再由振动筛连接到泥浆罐。

粗调节流控制系统的进口有管线连接井口旋转控制头；粗调节流控制系统由4～20条粗调节流通道和一条直流通道并联组成，粗调节流通道均由一个相同的第三自控平板阀和一个相同的节流短接串联组成，直流通道连接一个第二自控平板阀；粗调节流控制系统的进口端固定有第一压力计，出口端固定有第二压力计。

微调节流控制系统串联在粗调节流控制系统之后；微调节流控制系统，由两条微调节流通道和一直流通道并联组成，两条微调截流通道分别由相同的第四自控平板阀、第六自控平板阀和第一自控节流阀、第二自控节流阀串联组成，直流通道连接一个第五自控平板阀。在微调节流控制系统的出口端固定有第三压力计。

组合式多级压力控制方法：分为泥浆泵正常工作条件下和泥浆泵停止工作条件下的控制方法。