一种精细控压钻井装置的制作方法

1.本技术涉及精细控压钻井技术领域，具体而言，涉及一种精细控压钻井装置。


背景技术：

2.精细控压钻井是近年来发展起来的一项钻井新技术。主要用来解决深井钻井中由窄安全密度窗口、多压力系统及压力敏感性地层引起的井漏和井涌等井下复杂情况。精细控压钻井兼顾漏失和井控的风险，利用控压设备提供井口压力有效控制环空压力，最大程度降低工程风险。尤其是碳酸盐岩地层，其裂缝溶洞发育，漏失风险极高，其中较高的钻井液比重是导致漏失最大的原因。为了保护油气层等地下资源、防止钻进中的井漏、保证钻井井控安全以及加快钻井速度，通常要采用精细控压钻井。精细控压钻井技术中采用的钻井装置通常包括井口控制设备与地面设备，其中地面设备包括有控压钻井管路和非控压钻井管路。控压钻井管路和非控压钻井管路为两套设备。即控压钻井时，需要将控压钻井管路与井口控制设备固定连接，而不需要控压钻井时，需要将非控压钻井管路与井口控制设备固定连接。在实际使用过程中，两套管路设备拆装过程繁杂，占用工期，并且在拆装过程中容易发生泄露事故。


技术实现要素：

3.本技术实施例的目的在于提供一种精细控压钻井装置，其通过在地面设备中合理配置自动节流管汇设备下，在进行非控压钻井或控压钻井作业时，钻井液可均沿用配置好的现有返浆系统，无需进行管线拆卸安装。确保了井底压力稳定，避免了压力波动压漏地层，有效避免工程风险。
4.本技术提供了一种精细控压钻井装置，包括井口控制设备与地面设备；所述井口控制设备包括自下而上连通的套管、钻井四通、旋转防喷器和旋转控制头；所述地面设备包括压井管汇、自动节流管汇、高架槽、液气分离器、振动筛、循环罐和钻井泵；所述压井管汇、钻井泵与所述钻井四通相互串接，所述钻井泵的出口连接所述旋转控制头，所述旋转控制头的出口通过第一管线连通所述自动节流管汇，所述自动节流管汇的出口依次通过所述液气分离器、振动筛和循环罐连通所述钻井泵；所述高架槽架设在所述旋转控制头和振动筛之间，所述旋转控制头的出口与所述高架槽之间设有第二管线，所述自动节流管汇的出口与所述高架槽之间设有第三管线，且所述第一管线上设有液动阀，所述第二管线上设有旁通阀。
5.在一种实施方案中，所述钻井四通和旋转防喷器之间依次布设有下闸板防喷器、剪切闸板防喷器和环形防喷器。
6.在一种实施方案中，所述旋转防喷器的轴承总成采用内锁紧方式，所述旋转防喷器的上端面设有转换法兰连接。
7.在一种实施方案中，所述旋转防喷器的上端设有控压喇叭管，所述控压喇叭管由所述旋转防喷器底座液压卡箍锁紧，所述控压喇叭管的上端通过气胎固定锁紧。
8.在一种实施方案中，所述第一管线、所述第二管线和所述第三管线均采用高压管线。
9.在一种实施方案中，所述钻井泵采用电动驱动。
10.在一种实施方案中，所述液气分离器的入口处布设有第一阀门。
11.在一种实施方案中，所述压井管汇的出口处布设有第二阀门。
12.本技术中的精细控压钻井装置具有的有益效果：
13.1、地面设备中合理位置增加自动节流管汇设备，在非控压钻井的情况下，打开旁通阀，关闭至自动节流管汇的液动阀，钻井液由旁通阀回到高架槽至循环罐；在控压钻井时，打开自动节流管汇的液动阀，关闭旁通阀，钻井液通过控压专用的自动节流管汇回到高架槽，对井内施以回压达到控压钻井的目的。
14.2、井口设备中旋转防喷器轴承总成采用内锁紧方式，底座没有外置液压卡箍，底座上端面可按需增加转换法兰，可使得旋转防喷器与平台转喷器伸缩管进行配合安装，从循环流程上来看，在进行非控压钻井作业时，钻井液可沿用平台现有返浆系统，无需进行其他管线的安装。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
16.图1为根据本技术实施例示出的一种精细控压钻井装置的结构示意图；
17.100、井口控制设备；110、套管；120、钻井四通；130、下闸板防喷器；140、剪切闸板防喷器；150、环形防喷器；160、旋转防喷器；170、旋转控制头；200、地面设备；210、压井管汇；220、钻井泵；230、循环罐；240、振动筛；250、液气分离器；260、自动节流管汇；261、第一管线；262、液动阀；270、高架槽；271、第二管线；272、旁通阀；273、第三管线。
具体实施方式
18.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
19.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
20.由于碳酸盐岩地层压力预测准确性较低，井控风险大，且碳酸盐岩地层裂缝溶洞发育，漏失风险极高，其中较高的钻井液比重是导致漏失最大的原因，为了保护油气层等地下资源、防止钻进中的井漏、保证钻井井控安全以及加快钻井速度。针对上述碳酸盐岩地层，考虑采用精细控压钻井，精细控压钻井能够兼顾漏失和井控的风险，利用控压设备提供
井口压力有效控制环空压力，最大程度降低工程风险。为此，本技术提出了一种针对碳酸盐岩地层的精细控压装置。
21.图1为根据本技术实施例示出的一种精细控压钻井装置的结构示意图。参见图1，该精细控压钻井装置包括井口控制设备100与地面设备200。井口控制设备100包括自下而上连通的套管110、钻井四通120、旋转防喷器160和旋转控制头170；地面设备200包括压井管汇210、自动节流管汇260、高架槽270、液气分离器250、振动筛240、循环罐230和钻井泵220。压井管汇210、钻井泵220与钻井四通120相互串接。钻井泵220的出口连接旋转控制头170，旋转控制头170的出口通过第一管线261连通自动节流管汇260，自动节流管汇260的出口依次通过液气分离器250、振动筛240和循环罐230连通钻井泵220。高架槽270架设在旋转控制头170和振动筛240之间，旋转控制头170的出口与高架槽270之间设有第二管线271，自动节流管汇260的出口与高架槽270之间设有第三管线273，且第一管线261上设有液动阀262，第二管线271上设有旁通阀272。即旁通阀272的返浆管线接至高架槽270，自动节流管汇260的进管线均接至高架槽270，并且自动节流管汇260与液气分离器250串联连接。
22.在一种实施方案中，钻井四通120和旋转防喷器160之间依次布设有下闸板防喷器130、剪切闸板防喷器140和环形防喷器150。
23.在一种实施方案中，旋转防喷器160的轴承总成采用内锁紧方式，旋转防喷器160的上端面设有转换法兰连接。
24.在一种实施方案中，旋转防喷器160的上端设有控压喇叭管，控压喇叭管由旋转防喷器160底座液压卡箍锁紧，控压喇叭管的上端通过气胎固定锁紧。
25.在一种实施方案中，为了满足进出浆管路的压力要求，第一管线261、第二管线271和第三管线273均采用高压管线。
26.在一种实施方案中，为了满足精细控压的压力精度要求，本技术中将钻井泵220的液驱动改为采用电动驱动。
27.在一种实施方案中，液气分离器250的入口处布设有第一阀门。
28.在一种实施方案中，压井管汇210的出口处布设有第二阀门。
29.本技术提供的精细控压钻井装置的具体使用过程为：
30.当钻井液密度能够平衡地层压力，钻进循环和起下钻过程均正常时，可不使用旋转控制头170控压作业。即打开装置中的旁通阀272，关闭至自动节流管汇260的液动阀262，钻井液由旁通阀272回到高架槽270。钻井液循环流程依次为钻井泵220、立管、钻柱、环空、旋转控制头170、旁通阀272、高架槽270、振动筛240、循环罐230至钻井泵220，按照非控压钻进循环流程进行钻进。钻进时按设计的钻井液密度进行钻进。钻进期间密切监测循环罐230液面变化。当发生溢流时，立即关井，并录取关井立压、套压，求取地层压力。同时将流程倒至走自动节流管汇260一路，即按照控压钻井进行处理。如果钻进过程中发生井漏，停止钻进，钻头提离井底，循环钻井液降至合理密度。其中钻井液顺着钻井泵220、立管、钻具、环空、旋转控制头170、旁通阀272、第二管线271，高架槽270、振动筛240至循环罐230。
31.其中，控压钻进时，打开至自动节流管汇260的液动阀262，关闭旁通阀272，通过精细控压专用的自动节流管汇260，调节节流阀，对井内施以回压，达到控压钻井的目的。钻井液顺着钻井泵220、立管、钻具内、环空、钻井四通120、旋转控制头170、自动节流管汇260、第三管线273、高架槽270、振动筛240、循环罐230至钻井泵220。若气测值较大或发生气侵等情
况时，钻井液循环流程依次为钻井泵220、立管、钻具内、环空、旋转控制头170、自动节流管汇260、液气分离器250，液相与固相返至高架槽270再到振动筛240、气相经排气管线释放燃烧。
32.具体的钻进过程为：起钻时，将钻头起到套管鞋以上的某一位置，注入驱替液，注入重泥浆驱替钻头以上原浆，形成泥浆帽，保证起完钻后仅依靠静液柱压力就能平衡地层压力。在下钻时，先将钻头下到泥浆帽底部，对高密度泥浆帽进行驱替，通过控制井口回压保证下钻过程中井底压力在安全范围内，驱替完泥浆帽之后下钻到井底。替入重浆时，要求返出的泥浆与设计的重泥浆密度偏差为0.01g/cm3，然后观察30min井口无外溢方可起钻。在下钻至一定深度替出重浆帽时，要求返出泥浆密度与钻井浆密度偏差为上下0.01g/cm3，然后进入下步作业程序。替入重泥浆帽后常规起钻，要坚持连续灌浆，保持井底压力能够平衡地层压力。在下钻过程中每下钻10柱向钻具内灌满钻井液一次。充分循环钻井液，其密度性能稳定、均匀，用短程起下钻方法观察井底油、气显示情况。
33.短程起下钻具体作法为：正常情况下的常规起下钻，一般试起10-15柱钻具，再下入井底循环一周，若井下情况正常，则可正式起钻，否则，再循环排气、调整钻井液密度。特殊情况时(需长时间停止循环或处理井下复杂情况)，应将钻具起至套管鞋内或安全井段，观察一次起下钻或需停止循环的时间，然后下钻到井底循环一周观察井下油、气显示情况。起钻时减少抽汲压力，下钻时减少激动压力。当钻头起到闸板防喷器以上时，关闭闸板。过胶芯起钻会导致密封轴承里的密封橡胶磨损，在井下正常的情况下，起钻至管鞋时应将密封轴承拆下，装上控压喇叭管，并实现连续灌浆。
34.当需要溢流排气循环时，即当钻进时发生溢流，溢流量在0.5方以内，停止钻进，保持循环罐230待液面基本稳定后恢复钻进。具体的，控压钻井工程师首先增加井口压力2mpa，间隔5分钟读取液面。如液面保持不变，继续钻进；如果液面继续上涨，则井口压力应以1mpa为基数，间隔5分钟连续增加，直至溢流停止。若井口压力大于7mpa，可通过提高钻井液密度以降低井口控压。溢流量在0.5-2方之间，控压钻井工程师应以2mpa为基数，间隔时间5分钟，连续施加井口压力，直至溢流停止。若井口压力大于7mpa，可通过提高泥浆密度以降低井口回压。溢流量超过2方，应采用常规井控装备，直接由井队控制井口，按照井控要求实施关井作业。具体的，当起下钻时发生溢流时，控压起钻时发生溢流通常是抽吸造成的，通过增加自动节流管汇260压力弥补井内静液柱压力减小的方法，增加值以循环罐230液面增量在环空中所占高度折算，保持井底压力平衡地层压力。下钻时极易发生溢流及井涌，因为起钻的抽吸作用，及长时间未循环钻井液使进入井筒的油气滑脱上升，造成井涌。下钻过程中应严格监视循环罐230钻井液增量的变化，判断是否溢流。通过增加节流压力弥补井内静液柱压力减小，增加值以循环罐230液面增量在环空中所占高度折算，保持井底压力平衡地层压力。下钻到底后根据需要调整钻井液密度，低泵速循环洗井后恢复钻进。其中钻井液依次顺着钻井泵220、立管、钻具内、环空、钻井四通120、旋转控制头170、自动节流管汇260、液气分离器250、高架槽270、振动筛240、循环罐230进行循环。
35.当静止憋压，即控压钻进接立柱流程，启动固井泵，关闭旁通阀272，打开液动阀262循环。钻井液循环流程沿着固井泵、压井管汇210、旋转控制头170、自动节流管汇260、高架槽270、振动筛240和循环罐230循环。即按照控压钻井排量循环，上提到接单根位置，进行接单根。停泵前，控压钻井工程师记录循环立压、井口压力、井底压力和节流阀开度。控压钻
井工程师计算停泵后需增加的井口压力值，当节流阀开度匹配后，缓慢降低泵排量至0。
36.本技术提供的精细控压钻井装置，通过合理配置自动节流管汇，使自动节流管汇能够在控压钻井中做到进入井筒排量逐渐变化，使得自动节流管汇有充分时间进行对开关泵、起下钻期间造成的压力波动进行补偿，确保了井底压力稳定，避免了压力波动压漏地层，有效避免工程风险。
37.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种精细控压钻井装置，其特征在于，包括井口控制设备与地面设备；所述井口控制设备包括自下而上连通的套管、钻井四通、旋转防喷器和旋转控制头；所述地面设备包括压井管汇、自动节流管汇、高架槽、液气分离器、振动筛、循环罐和钻井泵；所述压井管汇、钻井泵与所述钻井四通相互串接，所述钻井泵的出口连接所述旋转控制头，所述旋转控制头的出口通过第一管线连通所述自动节流管汇，所述自动节流管汇的出口依次通过所述液气分离器、振动筛和循环罐连通所述钻井泵；所述高架槽架设在所述旋转控制头和振动筛之间，所述旋转控制头的出口与所述高架槽之间设有第二管线，所述自动节流管汇的出口与所述高架槽之间设有第三管线，且所述第一管线上设有液动阀，所述第二管线上设有旁通阀。2.根据权利要求1所述的精细控压钻井装置，其特征在于，所述钻井四通和旋转防喷器之间依次布设有下闸板防喷器、剪切闸板防喷器和环形防喷器。3.根据权利要求1所述的精细控压钻井装置，其特征在于，所述旋转防喷器的轴承总成采用内锁紧方式，所述旋转防喷器的上端面设有转换法兰连接。4.根据权利要求1所述的精细控压钻井装置，其特征在于，所述旋转防喷器的上端设有控压喇叭管，所述控压喇叭管由所述旋转防喷器底座液压卡箍锁紧，所述控压喇叭管的上端通过气胎固定锁紧。5.根据权利要求1所述的精细控压钻井装置，其特征在于，所述第一管线、所述第二管线和所述第三管线均采用高压管线。6.根据权利要求1所述的精细控压钻井装置，其特征在于，所述钻井泵采用电动驱动。7.根据权利要求1所述的精细控压钻井装置，其特征在于，所述液气分离器的入口处布设有第一阀门。8.根据权利要求1所述的精细控压钻井装置，其特征在于，所述压井管汇的出口处布设有第二阀门。

技术总结
本申请提供一种精细控压钻井装置，包括井口控制设备与地面设备；所述压井管汇、钻井泵与所述钻井四通相互串接，所述钻井泵的出口连接所述旋转控制头，所述旋转控制头的出口通过第一管线连通所述自动节流管汇，所述自动节流管汇的出口依次通过所述液气分离器、振动筛和循环罐连通所述钻井泵；所述高架槽架设在所述旋转控制头和振动筛之间，所述旋转控制头的出口与所述高架槽之间设有第二管线，所述自动节流管汇的出口与所述高架槽之间设有第三管线，且所述第一管线上设有液动阀，所述第二管线上设有旁通阀。控压钻井或非控压钻井作业时，本装置中钻井液均可沿用配置好的返浆系统，无需进行管线拆卸安装。有效避免了工程风险。进行管线拆卸安装。有效避免了工程风险。进行管线拆卸安装。有效避免了工程风险。


技术研发人员：高东亮 李基伟 王宏民 李乾 熊振宇 杨雪峰
受保护的技术使用者：中石化石油工程技术服务有限公司
技术研发日：2023.01.17
技术公布日：2023/7/20