一种井筒压力平衡固井的井口压力控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种井筒压力平衡固井的井口压力控制系统及方法，涉及油气田钻井工艺技术领域。本申请的井筒压力控制系统包括包括旋转控制头、节流管汇、井队循环罐和井口压力控制装置；所述井口压力控制装置包括压力控制装置入口、压力控制装置前端部分、压力控制装置中端部分和压力控制装置后端部分；本申请是在井口压力控制装置的后端部分与入口建立一内循环，在整个固井作业中，井口一直处于密闭循环状态，尤其是反复开停泵时，通过调节节流阀控制井口套压，不会造成井筒压力的波动。

A wellhead pressure control system and method for wellbore pressure balanced cementing

The invention discloses a wellhead pressure control system and method for wellbore pressure balanced cementing, which relates to the field of oil and gas field drilling technology. The wellbore pressure control system of this application includes a rotary control head, a throttle manifold, a wellbore circulation tank and a wellbore pressure control device; the wellbore pressure control device includes a pressure control device inlet, a pressure control device front end part, a middle end part of the pressure control device and a pressure control device rear end part; the application is in the back end part and an entry part of the wellbore pressure control device. During cementing operation, the wellhead is always in a closed circulation state. Especially when the pump is repeatedly opened and shut down, the wellhead casing pressure can be controlled by adjusting the throttle valve, which will not cause the fluctuation of wellbore pressure.

【技术实现步骤摘要】
一种井筒压力平衡固井的井口压力控制系统及方法
本专利技术涉及油气田钻井工艺
，更具体地说涉及一种井筒压力平衡固井的井口压力控制系统及方法。
技术介绍
在深井窄安全密度窗口地层进行固井作业，若采用常规固井方式，注替过程中，钻井液或水泥浆密度设计不合理、反复开停泵等都易造成井筒压力失衡，引发环空水泥浆气侵或漏失，严重影响固井质量。井筒压力平衡固井技术是在固井作业的各个阶段，依靠地面调节井口套压，将井筒环空压力合理控制在安全密度窗口内的一项技术。这项技术前期提出时，采用欠平衡钻井设备（旋转控制头和欠平衡节流管汇）进行井口压力控制，至目前已采用精细控压钻井设备（旋转控制头和自动节流系统）来控制井口套压。但在实际应用过程中，由于入井流体的变化、反复的开停泵，仍无法快速准确的将井筒压力控制平稳，因此，若要进一步提高固井质量，亟需解决井口压力精确控制的难题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本申请提供了一种井筒压力平衡固井的井口压力控制系统及方法，本申请的专利技术目的在于解决现有技术中，由于入井流体的变化、反复的开停泵，导致的无法快速准确的将井筒压力控制平稳，无法实现井口压力精确控制的难题。本申请的压力控制系统可以应用在井筒压力平衡固井作业过程中井内压力变化剧烈的阶段，如注前置液、水泥浆、后置液、泥浆等的反复开停泵及流体变化过程。本申请的压力控制方法包括注入前置液、水泥浆、后置液、泥浆等的过程的井口压力控制方法以及反复开停泵的井口压力控制方法，本申请的方法在整个固井作业中，井口一直处于密闭循环状态，尤其是反复开停泵时，通过调节节流阀控制井口套压，不会造成井筒压力的波动。为了解决上述现有技术中存在的问题，本申请是通过下述技术方案实现的：一种井筒压力平衡固井的井口压力控制系统，包括旋转控制头、节流管汇、井队循环罐和井口压力控制装置，其特征在于：所述井口压力控制装置包括压力控制装置入口、压力控制装置前端部分、压力控制装置中端部分和压力控制装置后端部分；所述压力控制装置入口与节流管汇出口相连；所述压力控制装置前端部分包括四通连接头，所述四通连接头一端与压力控制装置入口相连，四通的其余三个连接头并联两条节流通道和一条直通道，两条节流通道中，一条通道正常使用，另一条通道作为备用通道，所述节流通道上安装有平板阀和节流阀；所述直通道上安装有平板阀；所述压力控制装置中端部分由管线法兰连接压力控制装置前端部分的出口，管线法兰后并联两条通道，一条通道为直通道，另一条通道上设置有流量计，为计量通道；所述压力控制装置后端部分由管线与压力控制装置中端部分的出口进行法兰连接，管线后端连接三通，三通的一条支路进入液面检测罐，另一条支路进入液气分离器，所述液面检测罐内安装有液位监测仪；所述液面检测罐外连接有压力泵，压力泵的出口通过管线连接至井口压力控制装置的入口处。所述压力控制装置前端部分的两条节流通道上分别安装有两个电控型节流阀。所述压力控制装置中端部分中的流量计包括质量流量计和/或电磁流量计。所述压力控制装置后端部分中进入液气分离罐的分支通道上安装有平板阀。所述压力控制装置后端部分中进入液面检测罐的分支通道上安装有电控型节流阀。所述液面检测罐外还配备有一台压力泵，由软管直接连接井队循环罐。所述压力控制装置还包括数据采集单元和本地控制单元，所述数据采集单元包括压力传感器、阀位传感器、温度传感器、液位监测仪、流量计中的一种或多种的组合，所述本地控制单元包括本地工控机、控制器和驱动器，控制器和驱动器用于控制压力控制装置中所有阀门的开启关闭动作和压力泵的启停动作。一种井筒压力平衡固井的井口压力控制方法，其特征在于：在向井筒内注入流体前，在所述的井口压力控制系统内先建立一个闭环循环通道，维持井口套压恒定；注入前置液、水泥浆、后置液、泥浆顶替时，钻井液仍在井口压力控制系统内维持闭环流动，控制井口套压，维持井筒压力平稳，同时打开压力控制装置与井队循环罐之间的出口阀，并调节节流阀，将多余钻井液导流入液气分离器然后至井队循环罐；在停泵时，钻井液仍在井口压力控制系统内维持闭环流动，控制井口套压，保持井筒压力恒定。所述在井口压力控制系统内建立一个闭环循环通道，具体是指，液面检测罐外接压力泵，压力泵的出口通过管线连接至井口压力控制装置入口处；具体表现为：压力泵将液面检测罐内的流体抽出，输送至压力控制装置入口处，然后流体经压力控制装置前端部分、压力控制装置中端部分、压力控制装置后端部分流回液面检测罐内。更进一步地，在向井筒内注入流体前，通过管线将井队循环罐和液面检测管之间建立流体通道，在管线上设置压力泵，压力泵将井队循环罐内的流体泵入液面检测罐内。所述维持井口套压恒定，具体是指，井口压力控制系统的本地控制单元控制压力控制装置各管线通道上的阀体的阀位，从而维持井口套压恒定。与现有技术相比，本申请所带来的有益的技术效果表现在：1、在井筒压力平衡固井作业过程中，可通过井口压力控制装置内部建立循环，防止因注前置液、水泥泵、后置液、泥浆等的反复开停泵及流体变化造成的压力波动，确保井筒压力恒定，从而使环空的水泥浆不会发生气侵或漏失，达到提高固井质量的目的。2、在整个固井作业中，井口一直处于密闭循环状态，尤其是反复开停泵时，通过自动调节节流阀控制井口套压，不会造成井筒压力的拨动。在泥浆顶替的过程中，可自动调节井口套压，维持井筒压力的平稳，使环空的水泥浆不会发生气侵或漏失，从而提高固井质量。3、将本申请的压力控制装置结构简单，可以单独成撬，方便单车运输，能够节约运输成本。同时本申请的压力控制装置采用数据采集单元和本地控制单元，自动化程度高，各个阀门联立动作，可节约人工成本。在本申请中，数据采集单元的压力传感器、阀位传感器、温度传感器、液位监测仪和流量计均通过信号传输电缆与数据采集单元相连，数据采集单元通过总线与本地控制单元的控制器相连，控制器通过数据总线与本地工控机相连，工控机采用标准工业用控制工控机，工控机上有完善的控制软件，可显示控压钻井参数，操作人员可通过该软件实现对压力控制装置的操作，在本申请中，工控机和控制软件均采用现有工控机和井口压力控制软件。4、本申请的井口压力控制方法，在整个固井作业中，井口一直处于密闭循环状态，尤其是反复开停泵时，通过调节节流阀控制井口套压，不会造成井筒压力的波动。在泥浆顶替的过程中，可自动调节井口套压，维持井筒压力的平稳，使环空的水泥浆不会发生气侵或漏失，从而提高固井质量。附图说明图1为本专利技术的井口压力控制系统的布局图；图2为本专利技术井口压力控制装置的布局图；图3为本专利技术压力控制装置的数据采集与控制流程图；附图标记：100、压力控制装置入口，200、压力控制装置前端部分,300、压力控制装置中端部分,400、压力控制装置后端部分，500、旋转控制头，600、节流管汇，700、液气分离器，800、井队循环罐。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和说明书附图，对本专利技术做进一步详细说明。实施例1本专利技术公开了一种井筒压力平衡固井的井口压力控制系统，包括旋转控制头500、节流管汇600、井队循环罐800和井口压力控制装置，所述井口压力控制装置包括压力控制装置入口100、压力控制装置前端部分200本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井筒压力平衡固井的井口压力控制系统，包括旋转控制头（500）、节流管汇（600）、井队循环罐（800）和井口压力控制装置，其特征在于：所述井口压力控制装置包括压力控制装置入口（100）、压力控制装置前端部分（200）、压力控制装置中端部分（300）和压力控制装置后端部分（400）；所述压力控制装置入口（100）与节流管汇（600）出口相连；所述压力控制装置前端部分（200）包括四通连接头，所述四通连接头一端与压力控制装置入口（100）相连，四通的其余三个连接头并联两条节流通道和一条直通道，两条节流通道中，一条通道正常使用，另一条通道作为备用通道，所述节流通道上安装有平板阀和节流阀；所述直通道上安装有平板阀；所述压力控制装置中端部分（300）由管线法兰连接压力控制装置前端部分（200）的出口，管线法兰后并联两条通道，一条通道为直通道，另一条通道上设置有流量计，为计量通道；所述压力控制装置后端部分（400）由管线与压力控制装置中端部分（300）的出口进行法兰连接，管线后端连接三通，三通的一条支路进入液面检测罐（A），另一条支路进入液气分离器（700），所述液面检测罐（A）内安装有液位监测仪；所述液面检测罐（A）外连接有压力泵，压力泵的出口通过管线连接至井口压力控制装置的入口处。...

【技术特征摘要】
1.一种井筒压力平衡固井的井口压力控制系统，包括旋转控制头（500）、节流管汇（600）、井队循环罐（800）和井口压力控制装置，其特征在于：所述井口压力控制装置包括压力控制装置入口（100）、压力控制装置前端部分（200）、压力控制装置中端部分（300）和压力控制装置后端部分（400）；所述压力控制装置入口（100）与节流管汇（600）出口相连；所述压力控制装置前端部分（200）包括四通连接头，所述四通连接头一端与压力控制装置入口（100）相连，四通的其余三个连接头并联两条节流通道和一条直通道，两条节流通道中，一条通道正常使用，另一条通道作为备用通道，所述节流通道上安装有平板阀和节流阀；所述直通道上安装有平板阀；所述压力控制装置中端部分（300）由管线法兰连接压力控制装置前端部分（200）的出口，管线法兰后并联两条通道，一条通道为直通道，另一条通道上设置有流量计，为计量通道；所述压力控制装置后端部分（400）由管线与压力控制装置中端部分（300）的出口进行法兰连接，管线后端连接三通，三通的一条支路进入液面检测罐（A），另一条支路进入液气分离器（700），所述液面检测罐（A）内安装有液位监测仪；所述液面检测罐（A）外连接有压力泵，压力泵的出口通过管线连接至井口压力控制装置的入口处。2.如权利要求1所述的一种井筒压力平衡固井的井口压力控制系统，其特征在于：所述压力控制装置前端部分（200）的两条节流通道上分别安装有两个电控型节流阀。3.如权利要求1所述的一种井筒压力平衡固井的井口压力控制系统，其特征在于：所述压力控制装置中端部分（300）中的流量计包括质量流量计和/或电磁流量计。4.如权利要求1所述的一种井筒压力平衡固井的井口压力控制系统，其特征在于：所述压力控制装置后端部分（400）中进入液气分离罐的分支通道上安装有平板阀。5.如权利要求1所述的一种井筒压力平衡固井的井口压力控制系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王向群，
申请(专利权)人：王向群，
类型：发明
国别省市：四川,51