[发明专利]井筒压力控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气开发钻井技术领域，特别涉及一种井筒压力控制系统。

本发明还涉及一种井筒压力控制方法。

背景技术

为了达到提高机械钻速、减少储层污染、避免泥浆漏失、增加井眼稳定、控制溢流井涌等目的，近年来控制压力钻井和井控技术成为国内外钻井研究中的热点领域。

现有技术中的HydroPulse^TM脉冲工具利用流动循环阀阀门的开启和关闭来间歇式地阻断来流，对钻头施加冲击力，从而形成吸入压力脉冲，产生吸入脉冲钻井效果。

在现有技术中，已经基于附壁射流原理开发出了负压脉冲工具，其基本原理是：当高速液流经过喷嘴时卷吸旁道内的液体，使其向上流动，此时在阀的受力面上，阀体受到推动向下移动，直至关闭，由于液流的瞬间中断，在井底钻头附近就产生了相对负压区。

现有技术中还存在Anderhammer工具，其工作原理则是：钻井液通过上接头进入流道盘的喷嘴后进行分流，一部分进入衬套和筒体的环空，一部分进入定子衬套来驱动螺杆旋转，并继续下行，在套筒中和另一部分钻井液汇合，然后经由回转中心轴上端的径向流道口进入中心轴，流向上盘阀，上盘阀的旋转使上盘阀与下盘阀的流道时开时闭，液流在这种情况下将会出现闭则升压，开则泄压，由此产生脉冲射流和脉冲压力。

上述3种工具仅能对井底压力形成影响。

针对欠平衡钻井技术在海上钻井中难以解决的一些问题，近几年还开发出了更为复杂同时功能更为强大的控制压力钻井（MPD）技术和控制钻井液帽（CMC）钻井技术。控制压力钻井（MPD）技术是由欠平衡钻井（UBD）技术和动力钻井技术综合发展起来的一项新技术，它利用封闭的钻井液循环系统，通过液力井的模拟程序来反馈数据，预测环空压力剖面，从而使自动控制压力系统自动调节节流阀，产生微小调节量来精确控制整个井眼的环空压力剖面。控制钻井液帽(CMC)钻井技术是控制压力钻井（MPD）技术在深水钻井应用中的新发展，它既能当作开放式循环系统操作，又能当作封闭式循环系统操作，同时使用较重的钻井液，通过水下钻井液举升泵系统调节钻井液帽在隔水管内的位置，从而快速、准确地调节井底压力。

上述这些工具与系统，除了控制钻井液帽(CMC)钻井技术外，其它的工具与系统都是由流动的钻井液直接驱动，这种方式存在三个方面的问题：一是部分工具仅能对井底压力形成影响；二是需要占用钻井系统有限的可资利用的循环压力，即在产生压力控制效果的同时，必然会引起钻头压降的降低，从而影响钻头水马力和水力冲击力，对破岩产生不利影响；三是一旦钻井泵出现故障，或者循环系统发生泄漏（包括海洋套管），井眼压力剖面将立即发生改变，这有可能导致发生井漏、溢流、井塌等复杂的情况。

而控制钻井液帽（CMC）钻井技术只适用于深水，并且只具备一套钻井液提升泵，通过控制其在隔水管中的位置来控制压力，由于控制窗口狭窄，不能实现全井控制压力。

另外，专利文献CN102402184A公开了一种井筒压力模型预测系统控制方法。然而此文献并未涉及具体检测井筒状况以及弥补溢流，漏失等问题的装置。

发明内容

针对现有技术中所存在的问题，本发明提出了一种井筒压力控制系统及控制方法，其不仅能够对全井筒的压力实施控制，而且不依赖泥浆循环系统，可独立发挥作用。

根据本发明的一方面，提出了一种井筒压力控制系统，包括安装在钻杆上的至少一个测量传感器和至少一个压力控制元件，以及用于控制该压力控制元件的控制器，测量传感器将所检测的井筒参数发送给控制器，控制器根据接收到的井筒参数控制压力控制元件停机、沿第一方向转动或沿与其相反的第二方向转动。

在一个实施例中，当井筒参数显示为正常钻进时，控制器使压力控制元件停机；当特定的测量传感器所检测到的井筒参数显示为发生井漏时，控制器使相邻于该特定的测量传感器的压力控制元件沿第一方向转动；当特定的测量传感器所检测到的井筒参数显示为发生溢流时，控制器使相邻于该特定的测量传感器的压力控制元件沿第二方向转动。

在一个实施例中，压力控制元件沿第一方向的转动导致井筒内环空静液柱压力与地层破裂压力之间的差值减小，而沿第二方向的转动导致井筒内环空静液柱压力与地层破裂压力之间的差值增大。

在一个实施例中，控制器根据压力控制元件离井漏或溢流的发生位置点的距离和井筒内环空液流的流量来调整该压力控制元件的转速和转动时间。

在一个实施例中，控制器设置成随着压力控制元件离开井漏或溢流的发生位置点，该控制器使该压力控制元件的转动速度逐渐降低至零。