气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置和方法，该气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置包括欠平衡钻井系统(101)与节流管汇(102)；欠平衡钻井系统(101)含有在第一管线(20)上依次串联的第一压力传感器(4)、第一手动平板阀(6)、液动节流阀(5)、质量流量计(14)，欠平衡钻井系统(101)还含有控制中心(13)和信号收发台(3)。采用该气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置进行出口气液两相流分段实时测量，并基于流量变化进行井口压力调整，能够有效解决窄密度窗口、喷漏同存等井下复杂问题。

【技术实现步骤摘要】

本涉及石油、天然气钻井流量实时监测及压力自动控制
，具体的是一种气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，还是一种气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法。
技术介绍
随着石油勘探向深层、复杂地层发展，窄密度窗口、喷漏同存等井下复杂已日趋成为当今主要钻井难题。欠平衡钻井技术是解决上述问题的一把利器，但基于欠平衡钻进技术的气液两相流流量实时分段监测、井口压力的自动实时调整是目前面临的主要难题。
技术实现思路
为了解决现有的欠平衡钻进技术中无法实现井口压力自动实时调整的问题，本专利技术提供了一种气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置和控制方法，采用该气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置进行出口气液两相流分段实时测量，并基于流量变化进行井口压力调整，能够有效解决窄密度窗口、喷漏同存等井下复杂问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，包括欠平衡钻井系统与节流管汇；欠平衡钻井系统含有在第一管线上依次串联的第一压力传感器、第一手动平板阀、液动节流阀、质量流量计，欠平衡钻井系统还含有控制中心和信号收发台，第一压力传感器、液动节流阀和质量流量计均与信号收发台连接，信号收发台与控制中心连接；控制中心与钻井井口上的立管压力传感器连接，控制中心还与钻井井口外的气体流量计连接；节流管汇含有多条管路，第一管线通过连接管线与节流管汇的入口管线连接，连接管线的入口端位于第一压力传感器和第一手动平板阀之间，连接管线上设有阀门。第一管线的入口端与井口防喷器组的旋转控制头液动阀连接，第一管线的出口端与液气分离器的入口端连接，节流管汇的入口管线的入口端与井口防喷器组的液动平板阀连接，节流管汇的第一管路的出口端也与液气分离器的入口端连接，气体流量计与液气分离器的气体出口连接。在第一管线上，第一压力传感器和液动节流阀之间设置有第一手动平板阀，液动节流阀和质量流量计之间设置有第一球阀，质量流量计和第一管线的出口端之间依次设置有第二球阀和第二压力传感器。第二压力传感器和第一管线的出口端之间设置有第二手动平板阀，第一球阀、质量流量计和第二球阀并联有第三手动平板阀。节流管汇还含有第二管路、第三管路和四通，入口管线通过四通与并联的第一管路、第二管路和第三管路连接。一种气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法，所述气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法采用了上述的气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，所述气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法包括以下步骤：步骤1、控制中心实时监测立管压力传感器、第一压力传感器、质量流量计和气体流量计发出的信号数据，阀门处于常闭状态；步骤2、控制中心将该信号数据一一对应的生成数据值和时间关系的变化曲线，根据该变化曲线判断钻井作业所处的不同期间，根据该钻井作业所处的具体期间控制中心通过信号收发台控制液动节流阀的开度。在步骤2中，当每条该变化曲线的数值均在正常钻进值范围内时，钻井作业处于正常钻进期间，通过控制液动节流阀的开度使井口压力在正常的范围内。在步骤2中，当与立管压力传感器相对应的该变化曲线的数值降低，且与质量流量计相对应的该变化曲线的数值保持不变时，钻井作业处于气侵期间，在该气侵期间包括以下步骤：步骤2.1a、控制中心计算出目标立压值、目标流量值、允许的压差波动范围值；步骤2.2a、当P1－Psp<P2，控制中心发出增加液动节流阀开度的指令；当Psp－P1>P2时，控制中心发出减小液动节流阀开度指令；P1为目标立压值，单位为MPa；P2为允许压差波动范围值，单位为MPa；Psp为立管压力，单位为MPa；步骤2.3a、经过一段迟到时间后，当Q1>Q时，控制中心发出增加液动节流阀开度的指令；当Q1<Q时，控制中心发出减小液动节流阀开度指令；Q1为目标流量值，单位为kg/s；Q为实际流量值，单位为kg/s。在步骤2中，当与立管压力传感器相对应的该变化曲线的数值降低，且与质量流量计相对应的该变化曲线出现方波时，钻井作业处于油水侵期间，在该油水侵期间包括以下步骤：步骤2.1b、控制中心计算出目标立压值、油水侵期间的目标流量值、允许的允许流量波动范围差值；步骤2.2b、当Q1－Q<Q2时，控制中心发出增加液动节流阀开度的指令；当Q1－Q>Q2时，控制中心发出减小液动节流阀开度指令；Q1为目标流量值，单位为kg/s；Q2为允许流量波动范围差值，单位为kg/s；Q为实际流量值，单位为kg/s；步骤2.3b、经过一段迟到时间后，当P1<Ps时，控制中心发出增加液动节流阀开度的指令；当P1>Psp时，控制中心发出减小液动节流阀开度指令；P1为目标立压值，单位为MPa；P2为允许压差波动范围值，单位为MPa；Psp为立管压力。当与质量流量计相对应的该变化曲线的数值持续上涨时，钻井作业处于大排量期间，在该大排量期间包括以下步骤：步骤2.1b、控制中心计算出大排量期间的目标流量值；步骤2.2b、当Q3－Q<Q2时，开启节流管汇前阀门；当Q3－Q>Q2，开启节流管汇前阀门，关闭第一手动平板阀；Q2为允许流量波动范围差值，单位为kg/s；Q为实际流量值，单位为kg/s；Q3为大排量期间的目标流量值，单位为kg/s。本专利技术的有益效果是：1、该气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置能够进行出口气液两相流分段实时测量，并基于流量变化判断溢流类型及发出早期预警，避免复杂工况的产生；2、采用高精度质量流量计可实时监测出口流量变化，采用气体流量计可独立测量井筒出气量及出气速率，基于分段的流量数据可水力模拟计算环空静液柱压力变化，调整校正井口压力；3、该气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置仅使用一个液动节流阀，可实现正常钻进、不同类型的溢流处理、大排量变化等不同钻井工况的需求，简化欠平衡钻井装置及结构，使设备成本大幅降低；4、将节流管汇作为第二出口，既充分利用了钻井队资源，又保证了大排量变化下第一第二通道可同时开启适应流量变化，同时避免频繁开关防喷器进行节流循环排气等作业，降低非生产时间，简化控压钻井装置，降低井控风险。5、采用水力学计算软件及逻辑判断系统，根据工况需要设定目标压力值及流量值，压力自动追踪，流量实时监测，自适应井队各种工艺、工况。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置的使用状态示意图。图2是欠平衡钻井系统和节流管汇的示意图。图3是方波曲线的示意图。图中附图标记：101、欠平衡钻井系统；102、节流管汇；103、井口防喷器组；1、立管压力传感器；2、旋转控制头液动阀；3、信号收发台；4、第一压力传感器；5、液动节流阀；6、第一手动平板阀；7、阀门；8、第三手动平板阀；9、第一球阀；10、第二球阀；11、第二压力传感器；12、第二手动平板阀；13、控制中心；14、质量流量计；15、液气分离器；16、气体流量计；17、液动平板阀；18、信号线；19、四通；20、第一管线；21、第一管路；22、第二管路；23、第三管路；24、连接管线；25、节流管汇的入口管线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，其特征在于，所述气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置包括欠平衡钻井系统(101)与节流管汇(102)；欠平衡钻井系统(101)含有在第一管线(20)上依次串联的第一压力传感器(4)、第一手动平板阀(6)、液动节流阀(5)、质量流量计(14)，欠平衡钻井系统(101)还含有控制中心(13)和信号收发台(3)，第一压力传感器(4)、液动节流阀(5)和质量流量计(14)均与信号收发台(3)连接，信号收发台(3)与控制中心(13)连接；控制中心(13)与钻井井口上的立管压力传感器(1)连接，控制中心(13)还与钻井井口外的气体流量计(16)连接；节流管汇(102)含有多条管路，第一管线(20)通过连接管线(24)与节流管汇的入口管线(25)连接，连接管线(24)的入口端位于第一压力传感器(4)和第一手动平板阀(6)之间，连接管线(24)上设有阀门(7)。

【技术特征摘要】
1.一种气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，其特征在于，所述气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置包括欠平衡钻井系统(101)与节流管汇(102)；欠平衡钻井系统(101)含有在第一管线(20)上依次串联的第一压力传感器(4)、第一手动平板阀(6)、液动节流阀(5)、质量流量计(14)，欠平衡钻井系统(101)还含有控制中心(13)和信号收发台(3)，第一压力传感器(4)、液动节流阀(5)和质量流量计(14)均与信号收发台(3)连接，信号收发台(3)与控制中心(13)连接；控制中心(13)与钻井井口上的立管压力传感器(1)连接，控制中心(13)还与钻井井口外的气体流量计(16)连接；节流管汇(102)含有多条管路，第一管线(20)通过连接管线(24)与节流管汇的入口管线(25)连接，连接管线(24)的入口端位于第一压力传感器(4)和第一手动平板阀(6)之间，连接管线(24)上设有阀门(7)。2.根据权利要求1所述的气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，其特征在于，第一管线(20)的入口端与井口防喷器组(103)的旋转控制头液动阀(2)连接，第一管线(20)的出口端与液气分离器(15)的入口端连接，节流管汇的入口管线(25)的入口端与井口防喷器组(103)的液动平板阀(17)连接，节流管汇(102)的第一管路(21)的出口端也与液气分离器(15)的入口端连接，气体流量计(16)与液气分离器(15)的气体出口连接。3.根据权利要求1所述的气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，其特征在于，在第一管线(20)上，第一压力传感器(4)和液动节流阀(5)之间设置有第一手动平板阀(6)，液动节流阀(5)和质量流量计(14)之间设置有第一球阀(9)，质量流量计(14)和第一管线(20)的出口端之间依次设置有第二球阀(10)和第二压力传感器(11)。4.根据权利要求3所述的气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，其特征在于，第二压力传感器(11)和第一管线(20)的出口端之间设置有第二手动平板阀(12)，第一球阀(9)、质量流量计(14)和第二球阀(10)并联有第三手动平板阀(8)。5.根据权利要求1所述的气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，其
\t特征在于，节流管汇(102)还含有第二管路(22)、第三管路(23)和四通(19)，入口管线(25)通过四通(19)与并联的第一管路(21)、第二管路(22)和第三管路(23)连接。6.一种气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法，其特征在于，所述气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法采用了权利要求1～5中任意一项所述的气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，所述气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法包括以下步骤：步骤1、控制中心(13)实时监测立管压力传感器(1)、第一压力传感器(4)、质量流量计(14)和气体流量计(16)发出的信号数据，阀门(7)处于常闭状态；步骤2、控制中心(13)将该信号数据一一对应的生成数据值和时间关系的变化曲线，根据该变化曲线判断钻井作业所处的不同期间，根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋宏伟，周英操，彭明佳，郭庆丰，赵莉萍，张鑫，屈宪伟，康健，门明磊，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团钻井工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11