鉆井流體轉向切換控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種鉆井流體轉向切換控制系統，包括：連續循環閥（1）、流道轉向控制裝置（10）、高壓泵（41）、泥漿罐（42）和填充泵（43），連續循環閥（1）與流道轉向控制裝置（10）雙管道連通；在鉆桿上部設置有頂驅（44）與流道轉向控制裝置（10）管道連通；高壓泵（41）、泥漿罐（42）和填充泵（43）分別與流道轉向控制裝置（10）管道連通，泥漿罐（42）分別與高壓泵（41）和填充泵（43）管道連通。本發明通過提供了一種鉆井流體轉向切換控制系統備，解決了目前連續循環閥系統難以避免的鉆井流體流失和污染鉆臺面等問題，同時可以不受管道長度影響，提高流道轉向切換作業效率和井下完全。
【專利說明】鉆井流體轉向切換控制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及石油鉆井【技術領域】，特別涉及一種鉆井流體轉向切換控制系統，具體地，是一套在鉆井接單根或立柱時實現鉆井流體連續循環的系統。
【背景技術】
[0002]連續循環鉆井是一項先進的鉆井技術，在接單根或立柱期間，利用一種鉆井液流道轉向控制裝置，保持鉆柱內鉆井液的連續循環，從而在整個鉆進期間實現穩定的當量循環密度和不間斷的鉆屑排出，避免了停泵和開泵循環時引起的井底壓力波動，全面改善了井眼條件和鉆井安全，極大地降低鉆井事故，提高總的機械鉆速。連續循環鉆井技術可以廣泛應用于窄密度窗口井、大位移井/水平井、欠平衡井和高溫高壓井的領域，顯著提高鉆井效率，為鉆井提速和油氣增產提供強大動力和技術支撐。
[0003]目前，連續循環鉆井技術主要有兩種方法。一種是美國NOV公司開發的連續循環系統(CCS)，相關專利包括US7322418B2、US6315051B1等，該系統已實現商業化應用，但由于其結構復雜，體積龐大，控制難度高，使用成本昂貴，尤其是放在井口的主機占用了鉆臺面很大的空間，因此限制了該系統的推廣使用。另一種是意大利ENI公司開發的連續循環閥系統(E-CD)，相關專利包括US20060278434A1、US20100084142A1等，該系統只需在每個單根或立柱頂端安裝一個鉆桿短接，即連續循環閥，在接單根或立柱時，通過壓力和手動方式實現閥內流道切換，保持鉆柱內鉆井流體的連續循環；與連續循環系統相比，該系統結構簡單，操作方便，使用成本相對較低，尤其是無需占用鉆臺面井口位置，可進行常規上卸扣操作，更易獲得鉆井人員的認可。
[0004]在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題:一方面，在完成閥內流道切換后，操作人員要卸開位于連續循環閥上端的鉆柱或主動鉆桿，此時鉆桿和水龍帶內殘留的鉆井流體將會溢出，每次操作都會造成大量鉆井流體的流失，同時造成鉆臺面污染，若配備泥漿防噴盒，則在卸扣時影響動力鉗等井口設備使用，鉆井人員亦不方便操作。另一方面，若因鉆臺面限制無法放置流道轉向控制裝置，則只能將其放置在地面上，此時轉向控制裝置與連續循環閥之間的連接管線較長，因此，在轉向控制裝置向該連接管線泵入高壓流體前，需先泵入低壓流體進行預充填，否則可能會影響鉆柱內鉆井流體循環的穩定性，進而造成井下壓力波動。由于自身功能結構的限制，目前的E-CD系統不具備解決上述問題能力。
【發明內容】
[0005]為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供了一種鉆井流體轉向切換控制系統。其目的在于通過合理的流道轉向切換控制，不僅能夠在接單根或立柱期間保持鉆柱內鉆井流體的連續循環，而且可以避免卸扣時鉆桿或水龍帶內殘留鉆井流體流失和污染鉆臺面，同時最大限度地消除轉向切換控制對鉆柱內循環流體的影響，提高流道轉向切換作業效率和井下完全，另外，本發明還可以有效降低高壓鉆井流體對開關控制閥的沖蝕作用，提高開關控制閥的使用壽命。所述技術方案如下:
[0006]提供了一種鉆井流體轉向切換控制系統，所述系統包括:連續循環閥、流道轉向控制裝置、高壓泵、泥漿罐和填充泵，所述連續循環閥安裝在鉆桿上，所述連續循環閥具有上旁通孔和下旁通孔，所述流道轉向控制裝置分別與所述上旁通孔和所述下旁通孔管道連通；在鉆桿上部設置有頂驅，所述頂驅與所述流道轉向控制裝置管道連通；所述高壓泵、所述泥漿罐和所述填充泵分別與所述流道轉向控制裝置管道連通，所述高壓泵與所述泥漿罐管道連通，所述泥漿罐與所述填充泵管道連通。
[0007]進一步地，所述連續循環閥為安裝在鉆桿上的一個短接，所述連續循環閥的第一端與上部鉆桿連接，所述連續循環閥的第二端與下部鉆桿連接；所述連續循環閥內管柱上在與所述上旁通孔對應的位置設置有三通球閥，所述三通球閥連通/阻斷所述上部鉆桿、所述流道轉向控制裝置以及所述連續循環閥的第二端；所述連續循環閥內管柱上在與所述下旁通孔對應的位置設置有單向閥，所述單向閥連通/阻斷所述連續循環閥和所述流道轉向控制裝置。
[0008]進一步地，所述流道轉向控制裝置包括:與所述上旁通孔依次連接的開關控制閥F、閥塊D、開關控制閥C、流量調節閥A和閥塊A，所述閥塊A與所述高壓泵連接；與所述下旁通孔依次連接的閥塊C、開關控制閥E、閥塊F、流量調節閥B和開關控制閥H，所述開關控制閥H與所述泥漿罐連接；與所述頂驅依次連接的閥塊B、開關控制閥D、閥塊E、止回閥B和開關控制閥G，所述開關控制閥G與所述填充泵連接，所述閥塊E與所述止回閥B的輸出口連接；所述閥塊A還分別與所述閥塊B和所述閥塊C連接，所述閥塊D還分別與所述閥塊E和所述閥塊F連接。
[0009]進一步地，所述頂驅與所述閥塊B之間還依次設置有水龍帶、立管和立管接口。
[0010]進一步地，所述閥塊A與所述閥塊B之間設置有開關控制閥A，所述閥塊A與所述閥塊C設置有開關控制閥B，所述閥塊B上安裝有壓力檢查器A，所述閥塊C安裝有壓力檢測器B。
[0011]進一步地，所述閥塊A與所述高壓泵之間設置有連接口 A，所述閥塊B與所述立管接口之間設置有連接口 B，所述下旁通孔與所述閥塊C之間設置有連接口 C，所述上旁通孔與所述開關控制閥F之間設置有連接口 D，所述開關控制閥G與所述填充泵之間設置有連接口 E，所述開關控制閥H與所述泥漿罐之間設置有連接口 F。
[0012]進一步地，所述閥塊A與所述連接口 A之間設置有止回閥A，所述閥塊A與所述止回閥A的輸出口連接。
[0013]本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:
[0014]本發明通過提供了一種鉆井流體轉向切換控制系統備，解決了目前連續循環閥系統難以避免的鉆井流體流失和污染鉆臺面等問題，同時可以不受管道長度影響，在流道轉向切換時最大限度地保證鉆柱內循環流體的穩定性，提高流道轉向切換作業效率和井下完全，另外，開關閥和流量閥串聯結構可以有效降低高壓鉆井流體對開關控制閥的沖蝕作用，提高閥門使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1是本發明實施例提供的鉆井流體轉向切換控制系統結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0018]實施例
[0019]本實施例提供了一種鉆井流體轉向切換控制系統，參見圖1，該系統包括:連續循環閥1、流道轉向控制裝置10、高壓泵41、泥漿罐42和填充泵43。其中，連續循環閥I安裝在鉆桿上，即連續循環閥I是安裝在鉆桿頂端上的一個短接。該連續循環閥I具有上旁通孔5和下旁通孔4，上旁通孔5和下旁通孔4均開設在連續循環閥I的側壁上。優選地，連續循環閥I的第一端與上部鉆桿9連接，連續循環閥I的第二端與下部鉆桿8連接。連續循環閥I內管柱上在與上旁通孔5對應的位置設置有三通球閥3，該三通球閥3連通/阻斷上部鉆桿9、流道轉向控制裝置10以及連續循環閥I的第二端。當三通球閥3位于開啟位置時，三通球閥3上端水眼7與下端水眼6導通，而上旁通孔5與水眼隔斷，當三通球閥3旋轉90度位于關閉位置時，三通球閥3上端水眼7和下端水眼6隔斷，上旁通孔5與三通球閥3上端水眼7導通。連續循環閥I內管柱上在與下旁通孔4對應的位置設置有單向閥2，單向閥2連通/阻斷連續循環閥I和流道轉向控制裝置10。
[0020]流道轉向控制裝置10分別與上旁通孔5和下旁通孔4管道連通；在鉆桿上部設置有頂驅44，頂驅44與流道轉向控制裝置10管道連通；高壓泵41、泥漿罐42和填充泵43分別與流道轉向控制裝置10管道連通，高壓泵41與泥漿罐42管道連通，泥漿罐42與填充泵43管道連通。
[0021]流道轉向控制裝置10由開關控制閥、流量閥、止回閥、閥塊、連通管和壓力檢測裝置等組成。具體地，流道轉向控制裝置10包括:與上旁通孔5依次連接的開關控制閥F31、閥塊D28、開關控制閥C23、流量調節閥A22和閥塊A13，閥塊A13與高壓泵41連接；與下旁通孔4依次連接的閥塊C20、開關控制閥E27、閥塊F37、流量調節閥B38和開關控制閥H39，開關控制閥H39與泥漿罐42連接；與頂驅44依次連接的閥塊B17、開關控制閥D25、閥塊E33、止回閥B34和開關控制閥G35，開關控制閥G35與填充泵43連接，閥塊E33與止回閥B34的輸出口連接；閥塊A13還分別與閥塊B17和閥塊C20連接，閥塊D28還分別與閥塊E33和閥塊F37連接。
[0022]優選地，頂驅44與閥塊B17之間還依次設置有水龍帶45、立管46和立管接口 47。閥塊A13與閥塊B17之間設置有開關控制閥A12，閥塊A13與閥塊C20設置有開關控制閥B14，閥塊B17上安裝有壓力檢查器A16，閥塊C20安裝有壓力檢測器B19。
[0023]閥塊Al3與高壓泵41之間設置有連接口 Al5，閥塊B17與立管接口 47之間設置有連接口 B18，下旁通孔4與閥塊C20之間設置有連接口 C21，上旁通孔5與開關控制閥F31之間設置有連接口 D32，開關控制閥G35與填充泵43之間設置有連接口 E36，開關控制閥H39與泥漿罐42之間設置有連接口 F40。閥塊A13與連接口 A15之間設置有止回閥All，閥塊A13與止回閥All的輸出口連接。
[0024]優選地，流道轉向控制裝置10通過高壓管道與連續循環閥1、立管46、高壓泵41、填充泵43和泥漿灌42連通，具體的連接關系如下:
[0025]閥塊A13與止回閥All輸出口連通，止回閥All輸入口設置有連接口 A15，連接口A15與高壓泵41輸出口通過高壓管A48連通，閥塊A13與閥塊B17通過開關控制閥A12連通，閥塊A13與閥塊C20通過開關控制閥B14連通，閥塊A13與閥塊D28通過流量調節閥A22和開關控制閥C23連通，流量調節閥A22與開關控制閥C23串聯連通。
[0026]閥塊B17與閥塊E33通過連通管A24和開關控制閥D25連通，連通管A24和開關控制閥D25串聯連通，閥塊B17上的連接口 B18與立管接口 47通過高壓管B49連通。
[0027]閥塊C20與閥塊F37通過連通管B26和開關控制閥E27連通，連通管B26與開關控制閥E27串聯連通，閥塊C20上的連接口 C21與連續循環閥I的下旁通孔4通過高壓管C50連通。
[0028]閥塊D28與閥塊E33通過連通管C29連通，閥塊D28與閥塊F37通過連通管D30連通，閥塊D28與開關控制閥F31連通，開關控制閥F31另一端設置有連接口 D32，連接口 D32與連續循環閥I的上旁通口 5通過高壓管D51連通。
[0029]閥塊E33與止回閥B34輸出口連通，止回閥B34輸入口與開關控制閥G35連通，開關控制閥G35另一端設置有連接口 E36，連接口 E36與充填泵43輸出口通過高壓管E52連通。
[0030]閥塊F37與開關控制閥H39通過流量調節閥B38連通，開關控制閥H39另一端設置有連接口 F40，連接口 F40與泥漿罐42通過低壓管C55連通。
[0031]充填泵43吸水口通過低壓管B54與泥漿罐42連通，高壓泵41吸水口通過低壓管A53與泥漿罐42連通。
[0032]閥塊B17安裝有壓力檢查器A16，閥塊C20安裝有壓力檢測器B19。
[0033]本發明的鉆井流體轉向切換控制系統的工作原理是:
[0034](a)正常鉆井時，連續循環閥I的三通球閥3處于開啟位置，此時三通球閥3的上端水眼7和下端水眼6導通，上旁通孔5和下旁通孔4均處于關閉狀態，開關控制閥A12開啟，其余開關控制閥關閉，高壓泵41通過高壓管A48、止回閥AU、開關控制閥A12、高壓管B49向立管46輸送高壓鉆井流體，高壓鉆井流體經水龍帶45、頂驅44、上部鉆桿9和連續循環閥I流向下部鉆柱8并循環至井底；
[0035](b)當需要接單根或立柱時，先使下部鉆柱8座于轉盤56上，然后用高壓管D51將上旁通孔5與連接口 D32連通，用高壓管C50將下旁通孔4與連接口 C21連通；
[0036](C)開啟開關控制閥E27、開關控制閥F31和開關控制閥G35，啟動充填泵43，向高壓管C50和高壓管D51充填低壓流體，觀察壓力檢測器B19，當充填壓力達到設定值時(如2MPa)，關閉充填泵43和開關控制閥G35 ；
[0037](d)開啟開關控制閥C23，將閥塊A13內的高壓流體注入高壓管C50和高壓管D51中，用流量調節閥A22控制注入流速，即可以降低注入過程對鉆柱8內循環流體的影響，又可以有效保護開關控制閥C23，減小高壓流體的沖蝕作用，當壓力檢測器B19檢測出的壓力與壓力檢測器A16 —致時，關閉開關控制閥C23和開關控制閥E27 ；
[0038](e)開啟開關控制閥B14，然后逐漸關閉開關控制閥A12，使下旁通孔4上的單向閥2開啟，當開關控制閥A12完全關閉時，全部高壓流體通過開關控制閥B14、高壓管C50和下旁通孔單向閥2流入下部鉆柱8內，將三通球閥3旋轉90度關閉，此時三通球閥3的上端水眼7與上旁通孔5連通，下端水眼6被隔斷；
[0039](f)開啟開關控制閥H39和開關控制閥D25，使高壓管D51、上部鉆桿9、水龍帶45和立管46內的高壓流體卸壓，并通過開關控制閥H39和低壓管C55排入到泥漿罐中，當壓力檢測器A16檢測壓力顯示為零時，關閉開關控制閥H39 ；
[0040](g)卸開上部鉆桿9與連續循環閥I之間的接頭，加接新鉆桿，完成操作后，開啟開關控制閥G35，啟動充填泵43，向立管46和高壓管D51充填低壓流體，觀察壓力檢測器A16，當充填壓力達到設定值時(如2MPa)，關閉充填泵43和開關控制閥G35 ；
[0041](h)開啟開關控制閥C23，將閥塊A13內的高壓流體注入立管46和高壓管D51中，用流量調節閥A22控制注入流速，當壓力檢測器A16檢測出的壓力與壓力檢測器B19 —致時，關閉開關控制閥C23和開關控制閥D25 ；
[0042](i)開啟開關控制閥A12，將三通球閥3反向旋轉90度開啟，此時球閥3的上端水眼7與下端水眼6連通，上旁通孔5被隔斷，然后逐漸關閉開關控制閥B14，使下旁通孔4上的單向閥2關閉，當開關控制閥B14完全關閉時，全部高壓流體通過開關控制閥A12、立管46、上部鉆桿9和連續循環閥I流入下部鉆柱8內；
[0043](j)開啟開關控制閥H39和開關控制閥E27，使高壓管C50和高壓管D51內的高壓流體卸壓，并通過開關控制閥H39和低壓管C55排入到泥漿罐中，當壓力檢測器B19檢測壓力顯示為零時，關閉開關控制閥H39 ；
[0044](k)將高壓管C50和高壓管D51分別從下旁通孔4和上旁通孔5卸下，開始正常鉆井。
[0045]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種鉆井流體轉向切換控制系統，其特征在于，所述系統包括:連續循環閥(I)、流道轉向控制裝置(10)、高壓泵(41)、泥漿罐(42)和填充泵(43)，所述連續循環閥(I)安裝在鉆桿上，所述連續循環閥(I)具有上旁通孔(5)和下旁通孔(4)，所述流道轉向控制裝置(10)分別與所述上旁通孔(5)和所述下旁通孔(4)管道連通； 在鉆桿上部設置有頂驅(44 )，所述頂驅(44 )與所述流道轉向控制裝置(10 )管道連通； 所述高壓泵(41)、所述泥漿罐(42)和所述填充泵(43)分別與所述流道轉向控制裝置(10)管道連通，所述高壓泵(41)與所述泥漿罐(42)管道連通，所述泥漿罐(42)與所述填充泵(43)管道連通。
2.根據權利要求1所述的鉆井流體轉向切換控制系統，其特征在于，所述連續循環閥(I)為安裝在鉆桿上的一個短接，所述連續循環閥(I)的第一端與上部鉆桿(9)連接，所述連續循環閥(I)的第二端與下部鉆桿(8)連接； 所述連續循環閥(I)內管柱上在與所述上旁通孔(5 )對應的位置設置有三通球閥(3 )，所述三通球閥(3 )連通/阻斷所述上部鉆桿(9 )、所述流道轉向控制裝置(10 )以及所述連續循環閥(I)的第二端； 所述連續循環閥(I)內管柱上在與所述下旁通孔(4 )對應的位置設置有單向閥(2 )，所述單向閥(2 )連通/阻斷所述連續循環閥(I)和所述流道轉向控制裝置(10 )。`
3.根據權利要求2所述的鉆井流體轉向切換控制系統，其特征在于，所述流道轉向控制裝置(10)包括: 與所述上旁通孔(5)依次連接的開關控制閥F (31)、閥塊D (28)、開關控制閥C (23)、流量調節閥A (22)和閥塊A (13)，所述閥塊A (13)與所述高壓泵(41)連接； 與所述下旁通孔(4)依次連接的閥塊C (20)、開關控制閥E (27)、閥塊F (37)、流量調節閥B (38)和開關控制閥H (39)，所述開關控制閥H (39)與所述泥漿罐(42)連接； 與所述頂驅(44)依次連接的閥塊B (17)、開關控制閥D (25)、閥塊E (33)、止回閥B(34)和開關控制閥G(35)，所述開關控制閥G (35)與所述填充泵(43)連接，所述閥塊E(33)與所述止回閥B (34)的輸出口連接； 所述閥塊A (13)還分別與所述閥塊B (17)和所述閥塊C (20)連接，所述閥塊D (28)還分別與所述閥塊E (33)和所述閥塊F (37)連接。
4.根據權利要求3所述的鉆井流體轉向切換控制系統，其特征在于，所述頂驅(44)與所述閥塊B (17 )之間還依次設置有水龍帶(45 )、立管(46 )和立管接口( 47 )。
5.根據權利要求4所述的鉆井流體轉向切換控制系統，其特征在于，所述閥塊A(13)與所述閥塊B (17)之間設置有開關控制閥A (12)，所述閥塊A (13)與所述閥塊C (20)設置有開關控制閥B (14)，所述閥塊B (17)上安裝有壓力檢查器A (16)，所述閥塊C (20)安裝有壓力檢測器B (19)。
6.根據權利要求5所述的鉆井流體轉向切換控制系統，其特征在于，所述閥塊A(13)與所述高壓泵(41)之間設置有連接口 A (15)，所述閥塊B (17)與所述立管接口(47)之間設置有連接口 B (18)，所述下旁通孔(4)與所述閥塊C (20)之間設置有連接口 C (21)，所述上旁通孔(5)與所述開關控制閥F (31)之間設置有連接口 D (32)，所述開關控制閥G(35)與所述填充泵(43)之間設置有連接口E (36)，所述開關控制閥H (39)與所述泥漿罐(42)之間設置有連接口 F (40)。
7.根據權利要求6所述的鉆井流體轉向切換控制系統，其特征在于，所述閥塊A (13)與所述連接口 A (15)之間設置有止回閥A (11)，所述閥塊A (13)與所述止回閥A (11)的輸出口 連接。
【文檔編號】E21B21/10GK103790530SQ201210417871
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年10月26日 優先權日:2012年10月26日
【發明者】胡志堅, 馬青芳, 邵強, 肖建秋, 王愛國, 彭嵩, 張曄 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團鉆井工程技術研究院