本发明专利技术公开了一种利用控压钻井自动分流管汇的控压钻井系统及其相应的空压钻井方法，包括设置在井筒上部井口处的钻井四通、旋转控制头和钻柱，以及分别与所述钻柱、所述旋转控制头的旁通管路和所述钻井四通放喷方向的旁通管路连通的自动分流管汇、自动节流管汇和节流管汇；通过各种管汇的设置方式以及其上设置的液动阀、单流阀之间的相互开闭配合，同时分利用钻井队现有配备的钻井液泵，实现控压钻井作业，在接单根、起/下钻过程中通过控压钻井自动分流管汇的控制，可以减少井底压力波动，提高对井底压力的控制能力，减少非钻时间，降低钻井成本，避免由于回压泵故障而造成的无法作业。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及控压钻井
，特别涉及一种利用控压钻井自动分流管汇的控压钻井系统及其控压钻井方法。
技术介绍
复杂地层钻井过程中，常规钻井技术难以解决窄密度窗口所引发的溢流、井漏、卡钻、井壁垮塌等难题，使得非钻时间延长，增加钻井成本，甚至威胁钻井作业安全。控压钻井技术可以有效解决复杂地层钻井过程中窄密度窗口的溢流、井漏、卡钻、井壁垮塌等技术难题。控压钻井的控制目标是通过预先设定环空压力，保持井底压力在设定的压力范围内；通过对回压、流体密度、流体流变性、环空液面、循环摩擦力和井眼几何尺寸的参数综合分析和精确的水力计算进行精确控制；实现方法是通过控压钻井装备与工艺技术相结合，合理的逻辑判断，实现环空压力动态、自适应控制。在现有技术中，控压钻井中的井口回压泵处于时刻待机状态，在接卸钻柱、起下钻时钻井液泵关闭，井筒内的钻井液停止循环，井口回压泵启动，使钻井液通过专用的自动节流管汇产生井口附加压力，以平衡由于钻井泵停泵所导致的循环摩擦力的缺失，达到维持井底压力稳定的目的。但这种施加井口回压的方式的缺陷在于：使用回压泵施加井口回压的方法，增加了井口回压泵及其附属设备的成本，这不仅增加了控压钻井的作业成本，而且占据了较大场地空间，由于井口回压泵系统现场难以维修，一旦出现故障将导致控压钻井作业无法实施。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过自动分流管汇的分流钻井液来施加井口回压并充分利用钻井队现有配备的钻井液泵和自动节流管汇最终实现控压钻井作业的控压钻井系统。本专利技术的另一目的是提供一种利用上述控压钻井系统实现控压钻井作业的而控压钻井方法。为此，本专利技术技术方案如下：一种利用控压钻井自动分流管汇的控压钻井系统，包括与设置在井筒上部井口处的所述钻柱和所述旋转控制头的旁通管路分别通过连接管路形成连通的自动分流管汇和自动节流管汇；所述自动分流管汇包括第一入流通路、第二入流通路、第一出流通路、第二出流通路和转换通路；所述转换通路一端与所述第一入流通路、所述第一出流通路的一端相互连通、另一端所述第二入流通路和所述第二出流通路的一端相互连通；所述第一入流通路的管路上依次设置有第一手动阀门和第一液动阀；所述第二入流通路的管路上依次设置有第二手动阀门和第二液动阀；所述第一出流通路的管路上依次设置有第三手动阀门和第三液动阀；所述第二出流通路的管路上自邻近所述第二四通管路端依次设置有第一单流阀、第四手动阀门和第四液动阀，所述第一单流阀的流向为自邻近所述第二四通管路端至所述第二出流通路的另一端；所述转换通路上自邻近所述第一四通管路端依次设置有第五液动阀和第二单流阀，所述第二单流阀的流向为自邻近所述第一四通管路端至邻近所述第二四通管路端；所述自动节流管汇包括三条并联连接的连接管路，且在三条并联管路上依次设置有第一节流阀、第五手动阀和第二节流阀；所述自动节流管汇一端与所述旋转控制头的旁通管路连通、另一端通过连接管路与气液分离器连通；所述气液分离器包括用于输出气体的气相管线和用于输出液体的液相管线，所述气相管线端部与点火装置连接，所述液相管线通过振动筛与所述钻井液罐连通；所述自动分流管汇的所述第一入流通路和所述第二入流通路的另一端分别通过第一钻井液泵和第二钻井液泵连通至钻井液罐；所述第一出流通路的另一端经立管与所述钻柱连通；所述第二出流通路的另一端通过连接管路连通至所述自动节流管汇与所述旋转控制头的旁通管路之间的连接管路上。进一步地，该控压钻井系统还包括与所述钻井四通放喷方向的旁通管路连通的节流管汇；所述节流管汇包括三条并联连接的连接管路，且在三条并联管路上依次设置有第三节流阀、第六手动阀和第七节流阀；所述节流管汇一端与所述钻井四通放喷方向的旁通管路连通、另一端通过连接管路与气液分离器连通。进一步地，所述第一入流通路、所述第一出流通路和所述转换通路分别与第一四通管路的三个连通口连接并形成相互贯通，在所述第一四通管路的剩余连通口处安装有第一压力表；所述转换通路的另一端端口处、所述第二入流通路和所述第二出流通路分别与第二四通管路的三个连通口连接并形成相互贯通，并在所述第二四通管路的剩余连通口上安装有第二压力表。一种使用上述控压钻井系统实现的控压钻井方法，包括如下步骤：正常钻进状态：保持第一液动阀、第三液动阀和第一钻井液泵处于开启状态；第二液动阀、第四液动阀、第五液动阀和第二钻井液泵以及第一节流阀、第五手动阀处于关闭状态；钻井液通过第一钻井液泵自钻井液罐泵泵出依次流经第一入流通路、第一出流通路和钻柱，并进入井筒中，当钻井液返至地面后通过旋转控制头的旁通支路再依次流经自动节流管汇中设置有第二节流阀的通路进入气液分离器中，使钻井液经气液分离器振筛分离后的液体经液相管线进入振动筛最终回到钻井液罐中，分离后的气体经气相管线进入点火装置内进行点燃处理；正常钻进状态转至井筒内钻井液停止循环状态：开启第二液动阀、第四液动阀和第二钻井液泵，并控制第二钻井液泵的流量逐渐增大至与第一钻井液泵的排量相同；同时，开启第一节流阀使其所在管路形成通路，调节第一节流阀的开度，使井口套压保持正常钻进所需压力值稳定；调节第一钻井液泵的排量逐渐减小至零，当第一钻井液泵完全停泵时关闭第三液动阀，同时调节第一节流阀和第二节流阀，第一节流阀的开度大幅减小直至关闭第一节流阀所在通路，第二节流阀的开度减小至使井口压力至达到筒内钻井液停止循环所需的压力值；开启第五液动阀和第一钻井液泵并逐渐关闭第二钻井液泵，逐渐调节第一钻井液泵和第二钻井液泵的排量使总钻井液排量保持稳定，当第二钻井液泵关闭后，关闭第二液动阀；井筒内钻井液停止循环状态转至正常钻进状态：开启第三液动阀，使部分钻井液分流至钻柱内；与此同时，先后分别关闭第五液动阀，和第四液动阀，使全部钻井液钻井液流至钻柱内，并增大第二节流阀的开度使井口压力恢复至正常钻井所需压力值，恢复正常钻进。该控压钻井系统充分利用钻井队现有配备的钻井液泵，结合控压钻井自动分流管汇，简化配套装备，操作灵活，实现控压钻井作业；在接单根、起/下钻过程中通过控压钻井自动分流管汇的控制，可以减少井底压力波动，提高对井底压力的控制能力；通过新增自动分流管汇省去了回压泵等设备，简化了现场施工工艺,降低了设备成本；减少由回压泵带来的一系列额外作业，减少非钻时间，降低钻井成本，避免由于回压泵故障而造成的无法作业，节约能源和场地。附图说明图1为本专利技术的控压钻井系统的结构示意图；图2为本专利技术的控压钻井系统的自动分流管汇的结构示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的说明，但下述实施例绝非对本专利技术有任何限制。如图1～2所示，该控压钻井系统包括设置在井筒20上部井口处的钻井四通21、旋转控制头23和钻柱22，以及分别与所述钻柱22、所述旋转控制头23的旁通管路和所述钻井四通21放喷方向的旁通管路连通的自动分流管汇、自动节流管汇和节流管汇；具体地，所述自动分流管汇包括第一入流通路1、第二入流通路2、第一出流通路3、第二出流通路4和转换通路5；所述第一入流通路1、所述第一出流通路3和所述转换通路5分别与第一四通管路6的三个连通口连接并形成相互贯通，在所述第一四通管路6的剩余连通口处安装有用于实时监测所述第一四通管路6内液体流量的第一压力表8；所述转换通路5的另一端端口本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用控压钻井自动分流管汇的控压钻井系统，其特征在于，包括与设置在井筒(20)上部井口处的所述钻柱(22)和所述旋转控制头(23)的旁通管路分别通过连接管路形成连通的自动分流管汇和自动节流管汇；所述自动分流管汇包括第一入流通路(1)、第二入流通路(2)、第一出流通路(3)、第二出流通路(4)和转换通路(5)；所述转换通路(5)一端与所述第一入流通路(1)、所述第一出流通路(3)的一端相互连通、另一端所述第二入流通路(2)和所述第二出流通路(4)的一端相互连通；所述第一入流通路(1)的管路上依次设置有第一手动阀门(101)和第一液动阀(102)；所述第二入流通路(2)的管路上依次设置有第二手动阀门(201)和第二液动阀(202)；所述第一出流通路(3)的管路上依次设置有第三手动阀门(301)和第三液动阀(302)；所述第二出流通路(4)的管路上自邻近所述第二四通管路(7)端依次设置有第一单流阀(401)、第四手动阀门(402)和第四液动阀(403)，所述第一单流阀(401)的流向为自邻近所述第二四通管路(7)端至所述第二出流通路(4)的另一端；所述转换通路(5)上自邻近所述第一四通管路(6)端依次设置有第五液动阀(501)和第二单流阀(502)，所述第二单流阀(502)的流向为自邻近所述第一四通管路(6)端至邻近所述第二四通管路(7)端；所述自动节流管汇包括三条并联连接的连接管路，且在三条并联管路上依次设置有第一节流阀(10)、第五手动阀(11)和第二节流阀(12)；所述自动节流管汇一端与所述旋转控制头(23)的旁通管路连通、另一端通过连接管路与气液分离器(17)连通；所述气液分离器(17)包括用于输出气体的气相管线和用于输出液体的液相管线，所述气相管线端部与点火装置(19)连接，所述液相管线通过振动筛(18)与所述钻井液罐(16)连通；所述自动分流管汇的所述第一入流通路(1)和所述第二入流通路(2)的另一端分别通过第一钻井液泵(14)和第二钻井液泵(15)连通至钻井液罐(16)；所述第一出流通路(3)的另一端经立管与所述钻柱(22)连通；所述第二出流通路(4)的另一端通过连接管路连通至所述自动节流管汇与所述旋转控制头(23)的旁通管路之间的连接管路上。...
【技术特征摘要】
1.一种利用控压钻井自动分流管汇的控压钻井系统，其特征在于，包括与设置在井筒(20)上部井口处的所述钻柱(22)和所述旋转控制头(23)的旁通管路分别通过连接管路形成连通的自动分流管汇和自动节流管汇；所述自动分流管汇包括第一入流通路(1)、第二入流通路(2)、第一出流通路(3)、第二出流通路(4)和转换通路(5)；所述转换通路(5)一端与所述第一入流通路(1)、所述第一出流通路(3)的一端相互连通、另一端所述第二入流通路(2)和所述第二出流通路(4)的一端相互连通；所述第一入流通路(1)的管路上依次设置有第一手动阀门(101)和第一液动阀(102)；所述第二入流通路(2)的管路上依次设置有第二手动阀门(201)和第二液动阀(202)；所述第一出流通路(3)的管路上依次设置有第三手动阀门(301)和第三液动阀(302)；所述第二出流通路(4)的管路上自邻近所述第二四通管路(7)端依次设置有第一单流阀(401)、第四手动阀门(402)和第四液动阀(403)，所述第一单流阀(401)的流向为自邻近所述第二四通管路(7)端至所述第二出流通路(4)的另一端；所述转换通路(5)上自邻近所述第一四通管路(6)端依次设置有第五液动阀(501)和第二单流阀(502)，所述第二单流阀(502)的流向为自邻近所述第一四通管路(6)端至邻近所述第二四通管路(7)端；所述自动节流管汇包括三条并联连接的连接管路，且在三条并联管路上依次设置有第一节流阀(10)、第五手动阀(11)和第二节流阀(12)；所述自动节流管汇一端与所述旋转控制头(23)的旁通管路连通、另一端通过连接管路与气液分离器(17)连通；所述气液分离器(17)包括用于输出气体的气相管线和用于输出液体的液相管线，所述气相管线端部与点火装置(19)连接，所述液相管线通过振动筛(18)与所述钻井液罐(16)连通；所述自动分流管汇的所述第一入流通路(1)和所述第二入流通路(2)的另一端分别通过第一钻井液泵(14)和第二钻井液泵(15)连通至钻井液罐(16)；所述第一出流通路(3)的另一端经立管与所述钻柱(22)连通；所述第二出流通路(4)的另一端通过连接管路连通至所述自动节流管汇与所述旋转控制头(23)的旁通管路之间的连接管路上。2.根据权利要求1所述的利用控压钻井自动分流管汇的控压钻井系统，其特征在于，该控压钻井系统还包括与所述钻井四通(21)放喷方向的旁通管路连通的节流管汇；所述节流管汇包括三条并联连接的连接管路，且在三条并联管路上依次设置有第三节流阀(26)、第六手动阀(25)和第七节流阀(27)；所述节流管汇一端与所述钻井四通(21)放喷方向的旁通管路连通、另一端通过连接管路与气液分离器(17)连通。3.根据权利要求2所...
【专利技术属性】
技术研发人员：郗凤亮，马金山，齐金涛，徐朝阳，徐海朝，刘刚，魏臣兴，陈国栋，郑燕阳，郭云鹏，李伟华，
申请(专利权)人：中国石油集团渤海钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12
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