控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)，涉及鉆井裝備【技術(shù)領(lǐng)域】，為解決現(xiàn)有鉆井過程中井眼環(huán)空壓力控制不準確等問題而設(shè)計。本發(fā)明提供的控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)包括動力源以及與動力源相連接的節(jié)流閥控制部件、液控平板閘閥控制部件、氣控平板閘閥控制部件以及回油泵系統(tǒng)氣控平板閘閥控制部件，通過氣控和液控相結(jié)合的方式實現(xiàn)對井眼環(huán)空壓力的精確控制，另外，壓縮氣體的一條支路通過液氣泵連接至油液存儲裝置的出油管路，能夠有效提高液體的出口壓力。
【專利說明】控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鉆井裝備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]油氣井鉆井過程中，如果地層孔隙壓力大于井眼環(huán)空鉆井液的壓力，地層流體就會流入井筒，如果不加控制，就可能發(fā)展為井涌或者井噴，使鉆井情況復(fù)雜化，甚至可能導(dǎo)致人員和設(shè)備的損害。傳統(tǒng)的鉆井的方式采用高密度的鉆井液體系，即使是在鉆井液停止循環(huán)的時候也保持井筒靜液柱壓力大于地層孔隙壓力，但是在地層孔隙壓力-破裂壓力窗口狹窄的情況下，開始鉆井液循環(huán)后產(chǎn)生壓力就有可能超過地層破裂壓力，導(dǎo)致壓垮井壁，而且在壓力差的作用下，鉆井液將進入地層使地層污染，影響油氣藏的發(fā)現(xiàn)以及開采。隨著對油氣資源深入開發(fā)，需要油氣井鉆井進行精確的壓力控制，以便實現(xiàn)在地層孔隙壓力-破裂壓力窗口狹窄的地層安全鉆井的要求。傳統(tǒng)的鉆井壓力控制裝置為井控裝置，由防噴器組、地面節(jié)流管匯、液壓控制臺、液壓站組成，沒有自動控制系統(tǒng)，無法實現(xiàn)自動控制，僅能手動控制。井控裝置只有當發(fā)生井下流體溢出，井筒內(nèi)壓力急劇升高時才會使用，而且必須配合加重鉆井液工藝進行作業(yè)，替換出井眼中原有鉆井液，在較長時間才能獲得井筒內(nèi)壓力平衡，阻止地層流體溢出，因而無法滿足高精度、穩(wěn)定的、連續(xù)、自動節(jié)流的要求，無法實現(xiàn)在孔隙壓力-破裂壓力窗口狹窄的地質(zhì)條件下安全鉆井的要求。
[0003]在地層孔隙壓力-破裂壓力窗口狹窄的地質(zhì)條件下鉆井要求必須進行鉆井全過程壓力控制，包括正常鉆進、起下鉆、接單根和換膠芯等各種鉆井工況，保證無論是啟動泥漿泵進行鉆井液循環(huán)還是停止泥漿泵不進行鉆井液循環(huán)時，井底壓力都要保持恒定，從而阻止地層流體溢出，保證鉆井安全。而且通過控制井底壓力，還可以達到減少井漏、井溢、壓差卡鉆等井下復(fù)雜情況和提高鉆速的目的，大大減少非鉆時間，減低鉆井成本，提高鉆井效.、/■
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[0004]壓力控制鉆井裝備使用環(huán)境惡劣，例如:井下可能有易燃氣體逸出，井口壓力可能較高，由于泥漿泵啟動、關(guān)閉、鉆具運動，不同井型和鉆井液可能井底壓力波動較快、較大，造成壓力控制困難。因此，鉆井全過程壓力控制要求具備一套簡單、安全、可靠的節(jié)流控制系統(tǒng)，要符合防爆等級、節(jié)流控制回路安全穩(wěn)定控制、回壓泵系統(tǒng)穩(wěn)定工作以及節(jié)流閥穩(wěn)定工作、精確調(diào)節(jié)等技術(shù)要求，而且在自動控制系統(tǒng)失效時不影響節(jié)流控制作業(yè)，必須保留手動節(jié)流功能，需要根據(jù)各種鉆井工況下制定壓力控制流程，因此迫切需要一種完全符合上述技術(shù)要求的節(jié)流控制系統(tǒng)滿足壓力控制鉆井發(fā)展的需求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)壓力精確控制的控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)。
[0006]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)，包括中央控制器、動力源以及與所述動力源相連接的節(jié)流閥控制部件、液控平板閘閥控制部件、氣控平板閘閥控制部件以及回油泵系統(tǒng)氣控平板閘閥控制部件，所述動力源包括壓縮空氣處理裝置和油液存儲裝置，所述壓縮空氣處理裝置包括由壓縮空氣源分出的三條支路，其中的第一支路連接所述節(jié)流閥控制部件和所述氣控平板閘閥控制部件，第二支路連接所述回油泵系統(tǒng)氣控平板閘閥控制部件，第三支路通過液氣泵連接至所述油液存儲裝置的出油管路，所述中央控制器連接所述節(jié)流閥控制部件、所述氣控平板閘閥控制部件以及所述回油泵系統(tǒng)氣控平板閘閥控制部件。
[0008]優(yōu)選的，還包括模式轉(zhuǎn)換氣閥，所述第一支路通過所述模式轉(zhuǎn)換氣閥連接所述節(jié)流閥控制部件和所述氣控平板閘閥控制部件，控制所述節(jié)流閥控制部件和所述氣控平板閘閥控制部件在本地控制模式與中央控制模式之間轉(zhuǎn)換。
[0009]優(yōu)選的，所述節(jié)流閥控制部件包括分別與所述模式轉(zhuǎn)換氣閥連接的第一液氣換向閥和第二液氣換向閥、與所述第一液氣換向閥連接的三路節(jié)流閥本地控制支路以及與所述第二液氣換向閥連接的三路節(jié)流閥中央控制支路，所述第一液氣換向閥和所述第二液氣換向閥均與所述出油管路連通，三個節(jié)流閥分別對應(yīng)連接三路節(jié)流閥本地控制支路和三路節(jié)流閥中央控制支路；
[0010]所述節(jié)流閥本地控制支路包括第一手動換向閥和疊加雙液控單向閥；
[0011〕 所述節(jié)流閥中央控制支路包括第一電磁換向閥；
[0012]所述第一電磁換向閥與所述中央控制器相連接。
[0013]優(yōu)選的，所述氣控平板閘閥控制部件包括分別與所述模式轉(zhuǎn)換氣閥連接的第三液氣換向閥和第四液氣換向閥、與所述第三液氣換向閥連接的三路氣控平板閘閥本地控制支路以及與所述第四液氣換向閥連接的三路氣控平板閘閥中央控制支路，所述第三液氣換向閥和所述第四液氣換向閥均與所述出油管路連通，三路氣控平板閘閥本地控制支路和三路氣控平板閘閥中央控制支路分別經(jīng)第一主氣控換向閥連接第一氣控平板閘閥；
[0014]所述氣控平板閘閥本地控制支路包括第二手動換向閥；
[0015]所述氣控平板閘閥中央控制支路包括第二電磁換向閥；
[0016]所述第二電磁換向閥與所述中央控制器連接。
[0017]優(yōu)選的，所述回油泵系統(tǒng)氣控平板閘閥控制部件包括分別與所述第二支路連接的第二主氣控換向閥和中控/本地選擇球閥，所述中控/本地選擇球閥分別連接中控回路和本地回路，所述中控回路包括依次連接的第三電磁換向閥和壓力繼電器，所述壓力繼電器經(jīng)所述第二主氣控換向閥連接第二氣控平板閘閥，所述第三電磁換向閥與所述中央控制器相連接，所述本地回路包括第三手動換向閥，所述第三手動換向閥經(jīng)所述第二主氣控換向閥連接第二氣控平板閘閥。
[0018]優(yōu)選的，電磁換向閥采用隔爆電磁換向閥。
[0019]優(yōu)選的，所述液控平板閘閥控制部件包括與所述出油管路相連通的液壓換向閥、與所述液壓換向閥連接的二位四通液控換向閥以及與所述二位四通液控換向閥連接的液控平板閘閥。
[0020]優(yōu)選的，還包括系統(tǒng)過濾裝置，用于對由所述壓縮空氣源流出的氣體以及由所述油液存儲裝置流出的液體進行過濾。
[0021]優(yōu)選的，所述油液存儲裝置包括油箱和蓄能器；
[0022]所述油箱頂部設(shè)置有加油口、空氣過濾器和液位繼電器；
[0023]所述蓄能器為活塞式蓄能器，其內(nèi)充有氮氣。
[0024]優(yōu)選的，所述液氣泵的泵口處設(shè)置有活塞式蓄能器和液壓安全閥。
[0025]本發(fā)明的有益效果為:
[0026]本發(fā)明提供的控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)包括動力源以及與動力源相連接的節(jié)流閥控制部件、液控平板閘閥控制部件、氣控平板閘閥控制部件以及回油泵系統(tǒng)氣控平板閘閥控制部件，通過氣控和液控相結(jié)合的方式實現(xiàn)對井眼環(huán)空壓力的精確控制，另外，壓縮氣體的一條支路通過液氣泵連接至油液存儲裝置的出油管路，能夠有效提高液體的出口壓力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明實施例一提供的控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明實施例一提供的節(jié)流閥控制部件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3是本發(fā)明實施例一提供的氣控平板閘閥控制部件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4是本發(fā)明實施例一提供的回油泵系統(tǒng)氣控平板閘閥控制部件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖中，1、動力源；11、第一支路；12、第二支路；13、第三支路；14、油箱；2、節(jié)流閥控制部件；21、第一液氣換向閥；22、第二液氣換向閥；23、節(jié)流閥；24、第一手動換向閥；25、疊加雙液控單向閥；26、第一電磁換向閥；3、氣控平板閘閥控制部件；31、第三液氣換向閥；32、第四液氣換向閥；33、第一主氣控換向閥；34、第一氣控平板閘閥；35、第二手動換向閥；36、第二電磁換向閥；4、回油泵系統(tǒng)氣控平板閘閥控制部件；41、中控/本地選擇球閥；42、第三電磁換向閥；43、壓力繼電器；44、第二氣控平板閘閥；45、第三手動換向閥；46、第二主氣控換向閥；5、液控平板閘閥控制部件；6、液氣泵；7、模式轉(zhuǎn)換氣閥；8、出油管路。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0033]實施例一:
[0034]本實施例提供了一種控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)，如圖1所示，該液氣控制系統(tǒng)包括中央控制器、動力源I以及與動力源I相連接的節(jié)流閥控制部件2、液控平板閘閥控制部件5、氣控平板閘閥控制部件3以及回油泵系統(tǒng)氣控平板閘閥控制部件4。中央控制器連接節(jié)流閥控制部件2、氣控平板閘閥控制部件3以及回油泵系統(tǒng)氣控平板閘閥控制部件4。
[0035]其中，動力源I包括壓縮空氣處理裝置和油液存儲裝置。壓縮空氣處理裝置包括由壓縮空氣源經(jīng)截止閥和氣體安全閥后分出的三條支路，其中的第一支路11連接節(jié)流閥控制部件2和氣控平板閘閥控制部件3，用于節(jié)流閥控制部件2和氣控平板閘閥控制部件3的模式轉(zhuǎn)換。第二支路12連接回油泵系統(tǒng)氣控平板閘閥控制部件4，用于控制閥的開關(guān)。第三支路13通過液氣泵6和截止閥連接至油液存儲裝置的出油管路8，液氣泵6由氣體驅(qū)動部分、液壓部分和換向控制閥組成，氣體驅(qū)動部分的活塞與液壓驅(qū)動部分的柱塞連在一起，由換向控制閥自動做往復(fù)運動，大面積的活塞與小面積的柱塞將作用在活塞上的驅(qū)動氣體壓強傳遞給柱塞，從而提高液體的出口壓力。壓縮空氣源的氣源壓力為0.7至0.SMPa0
[0036]油液存儲裝置包括油箱14和蓄能器。油箱14為開式油箱，無壓，容積為75L，采用304不銹鋼制成，油箱14頂部設(shè)加油口、空氣過濾器及液位繼電器，液位繼電器可在液位低至報警位時開關(guān)點接通報警。為觀察油箱14液位，油箱14側(cè)壁上設(shè)有兩個目測液位計，油液溫度則通過熱電阻檢測將電阻信號輸出給中央控制器。油箱14還設(shè)有排污口及油液檢測口。蓄能器為活塞式蓄能器，容積為20L，壓力級為30MPa，活塞式蓄能器內(nèi)充有氮氣，充氮壓力為5.5MPa。
[0037]該液氣控制系統(tǒng)還包括有系統(tǒng)過濾裝置，用于對由壓縮空氣源流出的氣體以及由油液存儲裝置流出的液體進行過濾，從而提高氣路和油路內(nèi)的清潔度，減少各種閥的故障，延長使用壽命。
[0038]第一支路11通過模式轉(zhuǎn)換氣閥7連接節(jié)流閥控制部件2和氣控平板閘閥控制部件3，控制節(jié)流閥控制部件2和氣控平板閘閥控制部件3在本地控制模式與中央控制模式之間轉(zhuǎn)換。
[0039]如圖2所示，節(jié)流閥控制部件2包括分別與模式轉(zhuǎn)換氣閥7連接的第一液氣換向閥21和第二液氣換向閥22、與第一液氣換向閥21連接的三路節(jié)流閥本地控制支路以及與第二液氣換向閥22連接的三路節(jié)流閥中央控制支路。第一液氣換向閥21和第二液氣換向閥22均與出油管路8連通，三個節(jié)流閥23分別對應(yīng)連接三路節(jié)流閥本地控制支路和三路節(jié)流閥中央控制支路。節(jié)流閥本地控制支路包括第一手動換向閥24和疊加雙液控單向閥25。節(jié)流閥中央控制支路包括第一電磁換向閥26。第一電磁換向閥26與中央控制器相連接。
[0040]當模式轉(zhuǎn)換氣閥7轉(zhuǎn)換至本地控制模式時，壓縮空氣通過第一液氣換向閥21排空，第一液氣換向閥21換向，液壓油通過第一液氣換向閥21流入節(jié)流閥本地控制支路，而中央控制支路與液壓油路切斷，可手動操控第一手動換向閥24來調(diào)節(jié)節(jié)流閥23的開度，使其閥芯處于最佳位置。當模式轉(zhuǎn)換氣閥轉(zhuǎn)換至中央控制模式時，第一液氣換向閥21的彈簧復(fù)位，使得節(jié)流閥本地控制支路與液壓油路切斷，液壓油通過第二液氣換向閥22流入節(jié)流閥中央控制支路，可通過中央控制器控制第一電磁換向閥26來調(diào)節(jié)節(jié)流閥23的開度。
[0041]如圖3所示，氣控平板閘閥控制部件3包括分別與模式轉(zhuǎn)換氣閥7連接的第三液氣換向閥31和第四液氣換向閥32、與第三液氣換向閥31連接的三路氣控平板閘閥本地控制支路以及與第四液氣換向閥32連接的三路氣控平板閘閥中央控制支路。第三液氣換向閥31和第四液氣換向閥32均與出油管路8連通，三路氣控平板閘閥本地控制支路和三路氣控平板閘閥中央控制支路分別經(jīng)第一主氣控換向閥33連接第一氣控平板閘閥34。氣控平板閘閥本地控制支路包括第二手動換向閥35。氣控平板閘閥中央控制支路包括第二電磁換向閥36。第二電磁換向閥36與中央控制器連接。其工作方式與節(jié)流閥控制部件2類似，在此不再贅述。
[0042]如圖4所示，回油泵系統(tǒng)氣控平板閘閥控制部件4包括分別與第二支路12連接的第二主氣控換向閥46和中控/本地選擇球閥41，中控/本地選擇球閥41分別連接中控回路和本地回路。中控回路包括依次連接的第三電磁換向閥42和壓力繼電器43，壓力繼電器43經(jīng)第二主氣控換向閥46連接第二氣控平板閘閥44，第三電磁換向閥42與中央控制器相連接。本地回路包括第三手動換向閥45，第三手動換向閥45經(jīng)第二主氣控換向閥46連接第二氣控平板閘閥44。其控制過程與節(jié)流閥控制部件2也類似。
[0043]為了保證使用安全性,第一電磁換向閥26、第二電磁換向閥36和第三電磁換向閥42均為隔爆電磁換向閥。
[0044]液控平板閘閥控制部件5包括與出油管路8相連通的液壓換向閥、與液壓換向閥連接的二位四通液控換向閥以及與二位四通液控換向閥連接的液控平板閘閥。液控平板閘閥是采用手動開啟和關(guān)閉的，為防止誤操作，其開關(guān)需要雙步設(shè)置。液壓換向閥為拉/壓控制的開鎖閥，壓下去為解鎖，使得油路接通，拉起來為上鎖，使得油路斷開。在液壓換向閥壓下去的時候，可轉(zhuǎn)動二位四通換向閥來控制液控平板閘閥的開閉。
[0045]以上結(jié)合具體實施例描述了本發(fā)明的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發(fā)明保護范圍的限制?；诖颂幍慕忉專绢I(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它【具體實施方式】，這些方式都將落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)，其特征在于:包括中央控制器、動力源(I)以及與所述動力源(I)相連接的節(jié)流閥控制部件(2)、液控平板閘閥控制部件(5)、氣控平板閘閥控制部件(3)以及回油泵系統(tǒng)氣控平板閘閥控制部件(4)，所述動力源(I)包括壓縮空氣處理裝置和油液存儲裝置，所述壓縮空氣處理裝置包括由壓縮空氣源分出的三條支路，其中的第一支路(11)連接所述節(jié)流閥控制部件(2)和所述氣控平板閘閥控制部件(3)，第二支路(12)連接所述回油泵系統(tǒng)氣控平板閘閥控制部件(4)，第三支路(13)通過液氣泵(6)連接至所述油液存儲裝置的出油管路(8)，所述中央控制器連接所述節(jié)流閥控制部件(2)、所述氣控平板閘閥控制部件(3)以及所述回油泵系統(tǒng)氣控平板閘閥控制部件(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括模式轉(zhuǎn)換氣閥(7)，所述第一支路(11)通過所述模式轉(zhuǎn)換氣閥(7)連接所述節(jié)流閥控制部件(2)和所述氣控平板閘閥控制部件(3)，控制所述節(jié)流閥控制部件(2)和所述氣控平板閘閥控制部件(3)在本地控制模式與中央控制模式之間轉(zhuǎn)換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)，其特征在于:所述節(jié)流閥控制部件(2)包括分別與所述模式轉(zhuǎn)換氣閥(7)連接的第一液氣換向閥(21)和第二液氣換向閥(22)、與所述第一液氣換向閥(21)連接的三路節(jié)流閥本地控制支路以及與所述第二液氣換向閥(22)連接的三路節(jié)流閥中央控制支路，所述第一液氣換向閥(21)和所述第二液氣換向閥(22)均與所述出油管路(8)連通，三個節(jié)流閥(23)分別對應(yīng)連接三路節(jié)流閥本地控制支路和三路節(jié)流閥中央控制支路； 所述節(jié)流閥本地控制支路包括第一手動換向閥(24)和疊加雙液控單向閥(25)； 所述節(jié)流閥中央控制支路包括第一電磁換向閥(26)； 所述第一電磁換向閥(26)與所述中央控制器相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)，其特征在于:所述氣控平板閘閥控制部件(3)包括分別與所述模式轉(zhuǎn)換氣閥(7)連接的第三液氣換向閥(31)和第四液氣換向閥(32)、與所述第三液氣換向閥(31)連接的三路氣控平板閘閥本地控制支路以及與所述第四液氣換向閥(32)連接的三路氣控平板閘閥中央控制支路，所述第三液氣換向閥(31)和所述第四液氣換向閥(32)均與所述出油管路(8)連通，三路氣控平板閘閥本地控制支路和三路氣控平板閘閥中央控制支路分別經(jīng)第一主氣控換向閥(33)連接第一氣控平板閘閥(34)； 所述氣控平板閘閥本地控制支路包括第二手動換向閥(35)； 所述氣控平板閘閥中央控制支路包括第二電磁換向閥(36)； 所述第二電磁換向閥(36)與所述中央控制器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)，其特征在于:所述回油泵系統(tǒng)氣控平板閘閥控制部件(4)包括分別與所述第二支路(12)連接的第二主氣控換向閥(46)和中控/本地選擇球閥(41)，所述中控/本地選擇球閥(41)分別連接中控回路和本地回路，所述中控回路包括依次連接的第三電磁換向閥(42)和壓力繼電器(43)，所述壓力繼電器(43)經(jīng)所述第二主氣控換向閥(46)連接第二氣控平板閘閥(44)，所述第三電磁換向閥(42)與所述中央控制器相連接，所述本地回路包括第三手動換向閥(45)，所述第三手動換向閥(45)經(jīng)所述第二主氣控換向閥(46)連接第二氣控平板閘閥(44)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5任一項所述的控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)，其特征在于:電磁換向閥采用隔爆電磁換向閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)，其特征在于:所述液控平板閘閥控制部件(5)包括與所述出油管路相連通的液壓換向閥、與所述液壓換向閥連接的二位四通液控換向閥以及與所述二位四通液控換向閥連接的液控平板閘閥。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括系統(tǒng)過濾裝置，用于對由所述壓縮空氣源流出的氣體以及由所述油液存儲裝置流出的液體進行過濾。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)，其特征在于:所述油液存儲裝置包括油箱(14)和蓄能器； 所述油箱(14)頂部設(shè)置有加油口、空氣過濾器和液位繼電器； 所述蓄能器為活塞式蓄能器，其內(nèi)充有氮氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控壓鉆井裝備液氣控制系統(tǒng)，其特征在于:所述液氣泵(6)的泵口處設(shè)置有活塞式蓄能器和液壓安全閥。
【文檔編號】E21B44/00GK104358557SQ201410612806
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】盧山, 張欽 申請人:北京中冶邁克液壓有限責任公司