專利名稱：一種控制壓力鉆井技術室內試驗系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種鉆井技術室內試驗系統及方法，尤其涉及一種可以對控制壓力鉆井技術進行室內試驗的系統及方法。
背景技術：
目前，控制壓力鉆井技術在國內外日益得到重視，2005年IADC和SPE曾專門召開欠平衡作業(UBO)和控制壓力鉆井(MPD)專題會議進行研討，并為之下了定義控制壓力鉆井技術是一種能夠更加精確的控制井眼環空壓力剖面的鉆井方法，其目的是確定井下壓力窗口并以此為依據進行環空壓力控制。控制壓力鉆井通過一定的設備和方法來精確控制井下壓力，能夠根據井下壓力變化迅速作出正確的調整，從而減少在井下壓力窗口窄、易漏、易噴等地層鉆進進的風險和成本，達到其它方法所不能達到的經濟效果；控制壓力鉆井還可以用于避免井涌，作業過程中意外流入井內的地層流體可以被安全處理。國外已研發出多種實施MPD的工具、設備和技術(包括井底恒壓法、加壓泥漿帽法、雙梯度鉆井法、微流量控制方法，HSE控制壓力鉆井方法)，并進行了現場應用。國內必須在借鑒國外的經驗基礎上，加快控制壓力鉆井技術和設備的研發，先進行室內試驗模擬， 然后再在結構單一、容易處理的井上采用較為簡單的設備配置進行控壓試驗，學習和總結經驗之后再進行復雜的試驗研究。控制壓力鉆井作為全球鉆井技術領域新近推出的一項新的鉆井工藝技術，利用室內試驗來證實測量系統的精確程度以及控制系統可靠性和重復性是相當必要的。但是國內外還未見利用室內試驗系統來對控制壓力鉆井節流管匯和采集控制系統進行室內試驗的系統。
發明內容
本發明的目的就是提供一種控制壓力鉆井技術室內試驗系統及方法，完成對控制壓力鉆井節流管匯和采集控制系統的室內試驗。為實現上述目的，本發明采用以下設計方案—種控制壓力鉆井技術室內試驗系統，包括鉆井地面注入模擬系統、鉆柱模擬系統、地層模擬系統、環空模擬系統和控制壓力回壓系統。鉆井地面注入模擬系統包括主泵、 溢流調壓閥和壓力傳感器；鉆柱模擬系統包括壓力調節閥和單向閥和壓力傳感器；環空模擬系統包括長膠管和壓力調節閥；地層模擬系統包括輔助泵、溢流調壓閥、單向閥和壓力傳感器；地層模擬系統中的輔助泵經過單向閥聯接到鉆柱模擬系統和環空模擬系統的聯接點上，輔助泵和單向閥之間有溢流調壓閥和壓力傳感器，單向閥和聯接點之間有溢流調壓閥和壓力傳感器；一種控制壓力鉆井技術室內試驗方法，包括以下步驟將鉆井地面注入模擬系統、鉆柱模擬系統、環空模擬系統與控制壓力回壓系統依次管線連接；
3
地層模擬系統中的輔助泵經過單向閥聯接到鉆柱模擬系統和環空模擬系統的聯接點上，輔助泵和單向閥之間有溢流調壓閥和壓力傳感器，單向閥和聯接點之間有溢流調壓閥和壓力傳感器；鉆井地面注入模擬系統的主泵泵入液體模擬鉆井液循環；調節鉆柱模擬系統的壓力調節閥改變鉆柱內的壓力損失；調節環空模擬系統的壓力調節閥)改變井筒壓力損失；調節地層模擬系統的溢流調壓閥的調定壓力，改變地層孔隙壓力的模擬值；調節地層模擬系統的溢流調壓閥的調定壓力，改變地層漏失壓力的模擬值；控制壓力回壓系統分別從鉆井地面注入模擬系統、鉆柱模擬系統以及環空模擬系統的壓力傳感器獲取鉆井立壓，井底壓力和鉆井套壓的模擬值，根據控制對象實測值與設定值進行比較，然后對控制壓力回壓系統(1 進行控制。本發明的優點是(1)系統簡單，容易實現。(2)能夠模擬非線性的壓力變化以及了解節流閥的流量特性。( 能夠檢測采集測量系統的精確程度以及控制系統可靠性和重復性，通過對采集控制系統的不斷調試了解其調節特性，為現場試驗起到一定的指導作用。
圖1是本發明一種控制壓力鉆井技術室內試驗系統示意圖。圖中1.鉆井地面注入模擬系統，2.主泵，3.溢流調壓閥，4.截斷閥，5.壓力傳感器，6.旋轉防噴器，7.鉆柱模擬系統，8.壓力調節閥，9.單向閥，10.壓力傳感器，11.環空模擬系統，12.長膠管，13.壓力調節閥，14.壓力傳感器，15.控制壓力回壓系統，16.地層模擬系統，17.壓力傳感器，18.壓力傳感器，19.溢流調壓閥，20.單向閥，21.截斷閥，22.溢流調壓閥，23.輔助泵。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述在圖1中，鉆井地面注入模擬系統1的主泵2泵送泥漿經過溢流調壓閥3、截斷閥 4和壓力傳感器5，經過鉆柱模擬系統7的壓力調節閥8和單向閥9和壓力傳感器10，經過環空模擬系統11的長膠管12、壓力調節閥13和壓力傳感器14進入控制壓力回壓系統15 ； 地層模擬系統16中的輔助泵23經過單向閥20聯接到鉆柱模擬系統7和環空模擬系統11 的聯接點上，輔助泵23和單向閥20之間之間有溢流調壓閥22、壓力傳感器17和截斷閥21， 單向閥20和聯接點之間有溢流調壓閥19和壓力傳感器18 ；鉆井地面注入模擬系統1的主泵2泵入液體模擬鉆井液循環；調節鉆柱模擬系統7的壓力調節閥8改變鉆柱內的壓力損失；調節環空模擬系統11的壓力調節閥12改變井筒壓力損失；調節地層模擬系統16的溢流調壓閥22的調定壓力，改變地層孔隙壓力的模擬值；調節地層模擬系統16的溢流調壓閥20的調定壓力，改變地層漏失壓力的模擬值；控制壓力回壓系統15分別從壓力傳感器5、壓力傳感器10、壓力傳感器14獲取鉆井立壓，井底壓力和鉆井套壓的模擬值，根據控制對象實測值與設定值進行比較，然后對控制壓力回壓系統15進行控制； 通過溢流調壓閥調節改變系統壓力和流量，通過壓力調節閥的調節改變系統摩阻，從而在室內模擬鉆井過程中的循環、接單根以及井涌和漏失的各種情況，完成對控制壓力鉆井節流管匯和采集控制系統的室內試驗。
權利要求
1.一種控制壓力鉆井技術室內試驗系統，其特征在于，由鉆井地面注入模擬系統(1)、 鉆柱模擬系統(7)、地層模擬系統(16)、環空模擬系統(11)和控制壓力回壓系統(15)組成；鉆井地面注入模擬(1)系統包括主泵O)、溢流調壓閥C3)和壓力傳感器(5)； 鉆柱模擬系統(7)包括壓力調節閥(8)和單向閥(9)和壓力傳感器(10)； 環空模擬系統(11)包括長膠管(12)、壓力調節閥(1 和壓力傳感器(14)；地層模擬系統(16)包括輔助泵(23)、溢流調壓閥(19) (22)、單向閥(20)和壓力傳感器(17) (18)； 地層模擬系統(16)中的輔助泵03)經過單向閥00)聯接到鉆柱模擬系統(7)和環空模擬系統(11)的聯接點上，輔助泵03)和單向閥OO)之間有溢流調壓閥02)和壓力傳感器(17)，單向閥OO)和聯接點之間有溢流調壓閥(19)和壓力傳感器(18)。
2.根據權利要求1所述的一種控制壓力鉆井技術室內試驗系統，其特征在于，所述的壓力調節閥可以是截斷閥。
3.—種控制壓力鉆井技術室內試驗方法，其特征在于，包括以下步驟將鉆井地面注入模擬系統(1)、鉆柱模擬系統(7)、環空模擬系統(11)與控制壓力回壓系統(15)依次管線連接；地層模擬系統(16)中的輔助泵03)經過單向閥OO)聯接到鉆柱模擬系統(7)和環空模擬系統(11)的聯接點上，輔助泵03)和單向閥OO)之間有溢流調壓閥02)和壓力傳感器(17)，單向閥OO)和聯接點之間有溢流調壓閥(19)和壓力傳感器(18)； 鉆井地面注入模擬系統(1)的主泵( 泵入液體模擬鉆井液循環； 調節鉆柱模擬系統(7)的壓力調節閥(8)改變鉆柱內的壓力損失； 調節環空模擬系統(11)的壓力調節閥(1 改變井筒壓力損失； 調節地層模擬系統(16)的溢流調壓閥0 的調定壓力，改變地層孔隙壓力的模擬值；調節地層模擬系統(16)的溢流調壓閥OO)的調定壓力，改變地層漏失壓力的模擬值；控制壓力回壓系統(1 分別從壓力傳感器(5)、壓力傳感器(10)、壓力傳感器(14)獲取鉆井立壓，井底壓力和鉆井套壓的模擬值，根據控制對象實測值與設定值進行比較，然后對控制壓力回壓系統(1 進行控制。
全文摘要
本發明公開了一種控制壓力鉆井技術室內試驗系統及方法可以完成對控制壓力鉆井節流管匯和采集控制系統的室內試驗。試驗系統包括鉆井地面注入模擬系統、鉆柱模擬系統、地層模擬系統、環空模擬系統和控制壓力回壓系統。試驗系統可以模擬立壓、套壓、井底壓力、鉆柱和環空壓力損失以及鉆井過程中的循環、接單根、漏失和井涌的各種情況。該控制壓力鉆井技術室內試驗系統簡單，容易實現，能夠模擬非線性的壓力變化以及了解節流閥的流量特性，能夠檢測采集測量系統的精確程度以及控制系統的可靠性和重復性，通過對采集控制系統的不斷調試了解其調節特性，為現場試驗起到一定的指導作用。
文檔編號E21B44/00GK102418509SQ20101029471
公開日2012年4月18日 申請日期2010年9月28日 優先權日2010年9月28日
發明者周鯤, 李宗清, 楊德京, 燕修良, 陳永明 申請人:中國石化集團勝利石油管理局鉆井工藝研究院, 中國石油化工集團公司