微流量控压钻井系统设计.pdf

2 01 3 正 第 4期 第 4 2卷 第 2 6页 石油 矿 0I L FI ELD 场 机械 E QUI P MENT 2 0 1 3， 4 2 4 2 6 ～ 2 9 O o 文 章 编 号 1 0 0 1 - 3 4 8 2 2 0 1 3 0 4 0 0 2 6 0 4 微流量控压钻井系统设计 肖劲超 ， 李黔 ， 尹虎 西南石油大学 石油工程学 院， 成都 6 1 0 5 0 0 摘要 为解决窄密度地层的钻井问题 ， 提高在复杂环境中的钻井效率， 降低 费用， 设计 了微流量控压 钻井系统及配套施工方法。该 系统能够在钻井过程 中实时监测节流压力、 泥浆泵入与返 出流量等 参数 ， 同时将 采集 到的数据 传入 上位 机 中， 根 据设 定 来控 制 节流 阀， 从 而 平衡 井底 压 力。在 完成 硬 件 与软件 设 计的基 础上 ， 还设 计 了与 系统相 配套 的施 工方 法 ， 进 一步稳 定 了在 工 艺转换 过程 中的 井 底压力， 能够有效降低在接单根、 起下钻过程 中发生溢流、 漏失等井下事故的几率。 关 键词 钻 井液 ； 流量 ； 压力 ； 控制 系统 中图分 类号 T E 9 2 7 文 献标 识码 A M i c r o - f l u x Co nt r o l Pr e s s u r e Dr i l l i n g S y s t e m XI AO J i n c h a o， LI QJ a n ， YI N Hu C o l l e g e o f P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g， S o u t h we s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y， C h e n g d u 6 1 0 5 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t To s ol v e t he dr i l l i n g p r ob l e ms i n t he na r r o w de ns i t y f o r ma t i o n， t o i m p r o ve t he dr i l l i n g e f f i c i e n c y， a nd t o r e d uc e t he d r i l l i ng c os t ， a s e t of mi c r o f l o w c o nt r o l p r e s s u r e d r i l l i n g s y s t e m a n d a ux i l i a r y c o ns t r u c t i o n me t hod s we r e de s i gne d．Thi s s y s t e m c a n i n s t a nt l y m o n i t o r p r e s s ur e ， f l o w i nf or ma t i on a nd o t he r pa r a me t e r s a n d t h e n t r a ns mi t c a pt u r e d f i g ur e s t o s u pe r vi s o r y c o nt r ol s ys t e m i n r e a l t i me， a c c or d i ng t o t h e s e t t i ng s， t o c on t r ol t he t hr o t t l e v a l v e a nd t he n a c h i e v e t he s t a b i l i t y o f b o t t o m ho l e pr e s s ur e ． Ba s e d on t h e c o m p l e t i on o f t he ha r d wa r e a n d s o f t wa r e de s i gn， a ne w c on s t r u c t i o n me t h od wa s d e s i gne d， wh i c h c a n s u pp o r t ou r ha r d wa r e s ys t e m f ur t he r t o s t a bi l i z e t he b ot t o m ho l e pr e s s u r e du r i ng t he t e c hn o l o g y c on v e r s i on p r oc e s s， a nd t h e f r e q ue nc y o f o v e r f l o w ， l e a ka g e a nd d own ho l e a c c i de nt d ur i ng t he pr o c e s s o f c o nn e c t i o n， t r i pp i ng c ou l d be e f f e c t i v e l y r e d uc e d． Ke y wo r ds d r i l l i ng f l u i d； f l ow ； p r e s s ur e； c o nt r o l s ys t e m 在 复杂 环境 中 钻井 时 ， 需 要 面 对 巨额 的勘 探 费 用以及各种复杂 的钻井问题 。例如 ， 在一些 窄密度 的地层进行施工时 ， 极易 出现井涌 、 井漏 等问题 ， 增 加了非 生产 时 间， 导致 勘探 费用 大幅提 高 。正 是意 识 到 这 点 ， 国 外 发 展 了 一 种 新 的 钻 井 技 术 微 流量 控 压 钻 井 技 术 。该 技 术 能 够 有 效 提 高钻井效率和钻井安全性 ， 同时为不同情况 的井带 来 巨大的利益 ， 例如 高温高压井、 孔隙压力未知 的 探井 、 窄密度窗 口的井 、 孔 隙压力频繁变化的区块、 含 H S的井眼、 频繁出现井控事故的区块等 。 收稿 日期 2 0 1 2 0 9 2 5 作者简介 肖劲超 1 9 8 8 一 ， 男 ， 湖 北人 ， 硕 士研 究 生 ， 主要 从事 控 压钻 井硬 件设 备 及工 艺技 术 配套 方面 的研 究 ， E - ma i l 3 1 7 4 2 3 3 2 8 q q ． c o m。 第 4 2 卷第 4期 肖劲超 ， 等 微流量控压钻井系统设计 1 微流量控压钻 井工艺原理 2 系统组成及 工作原 理 微流 量控 制技术 是基 于监 测钻 井液 的进 口流量 与返 出流 量 ， 实现监 测 钻 井 液 总 流 量 的微 小 波 动 范 围。探测到微小的流失与侵入后 ， 通过调节节流 阀 来 调 整返 回流 量 ， 最 终使 得井 底压 力平衡 地层 压 力 。 在钻 井 液 的整 个 循 环过 程 中 ， 井 口一直 处 于 密 闭状 态 。为 了在 发现 微溢 流或 微漏 失后 能够 立 即控 制整 个井筒 ， 要 求在 理 想 的情 况下 环空 内 的介 质 尽 量 为 不可压 缩 的流体 j 。 交换机 亡 防火墙 基 于现 有 微 流量 控 压 钻 井技 术 ， 设 计 了一 套 微 流 量控 压钻 井 系 统[ ， 如 图 1所 示 。该 系统 主要 由 微流量数据采集与监测系统 、 微流量控制系统及 微 流量回压补偿 系统 3部分 组成l 1 ， 能实时采集、 监 测现场施工数据， 并传入工控机 。工控机经过计算 分 析后 ， 向微 流 量控 制 系统发 出控 制指 令 ， 自动 调节 微 流量 节流 管 汇系 统 中的 节 流 阀 ， 达 到 控 制井 底 压 力的 目的 。 回压泵I 现场 总 线 l数 据采集 司模 块 一『 ]f嘉 1广妻 1『薹 ]f ]『荔 ]届 I磊 JI JI婪 Jl JI磊 JI 图 1 微流量控压钻井系统框 图 2 ． 1 数 据 采集与 监测 系统 数据采集与监测系统由微流量控压钻井监测硬 件 系统 和监 测 软 件 系统 组 成 ， 如 图 2所 示 ， 并 基 于 微 流 量 控 压 钻 井 施 一 雕 参 数 L l 数 据 采 集 系 统 传 感 器 监 测广 _ ’一 l 实 时 数 据 采 集 传 输 H， S监 测 流量监测 S Q L S e r v e r 2 0 0 8数据库管理软件设计施工监测数 据库 ， 用于存放管理施工监测数据 。 监测软件 I I 微流缎控压钻井监测 } 施1 过程监测 l I 数据库数据存储 监测硬件系统 图 2 数据采集 与监 测系统框图 在 微 流量控 压 钻 井地 面监 测 硬 件 系 统 中 ， 监 测 系统硬 件物 理架 构 按 照 3层 结 构 设 计 ， 分 别 是 现 场 施工流程参数监测层 、 监测数据采集与传输层 、 计算 机 中心控 制层 。如 图 3所示 。 各类监测传感器负责监测微流量控压钻井施工 压 力 、 流量 、 温度 、 硫化 氢浓 度 、 钻 井液 密度 和返 出泥 浆 电导率等施工参数 。传感器监测到的施工参数采 用总线传输方式进行传输 ， 同时使用现场工控机对 监测数据进行集中储存管理与分析显示 ， 建立监测 传感器与监测软件系统之间的连接 。通过监测节流 阀前后压力 ， 泥浆泵人流量与泥浆返出流量 ， 判断在 钻井 过程 中是否 发 生 溢 流或 漏 失 情 况 ， 同时 工 控 机 根 据采集 的现场施 工 数据 结合 水力 学计 算软 件计 算 出井 口需要向井底补偿 的回压值及阀门开度并向微 流 量控制 系 统发 出控 制指令 。 微 流 量控 压 钻 井 监测 软 件 采 用 的是 组 态 软件 ， 主要是用 于微 流量控压钻井 的数据采 集与过程 控 制 ， 包含数据采集功能 、 录井数据源数据连接 显示 、 实时数据储存 、 施工工艺流程仿真与实时监测功能 ， 实时监测数据进行 曲线绘制功能 ， 对储存在数据库 中的历史数据使用历史数据曲线的方式和使用数据 报表的方式进行查询显示 。 2 0 1 3年 第 4 2卷 第 4期第 2 9页 石油 矿场 机械 oI L F I ELD E QU1 P MENT 文 章 编 号 1 0 0l 一 3 4 82 2 01 3 0 4 0 02 9 0 4 节流 阀阀芯振动 失效分析及结构 改进 贾 林 ， 艾志久 ， 王 彪 ， 邓 莉 ， 胡文礼 1 ． 西南石油大学 机 电工程学院 ， 成都 6 1 0 5 0 0 ； 2 ． 新疆油 田公 司 陆梁 油 田作 业区 ， 新疆 克拉玛依 8 3 4 0 0 O 摘要 井控 节 流 阀在 高压 降的环境 下 工作 ， 阀 芯容 易发 生振 动 失 效 。建立 了液体 节 流 阀阀腔 的计 算 域与固体 阀芯的计算域 ， 对流场与 阀芯进行 了流固耦合运算， 研 究了节流阀阀芯在不同开度条件下 的振动位移。楔形阀芯的振动位移远小于针形阀芯 ， 因此使用寿命长。 关键 词 节流 阀 ； 阀芯 ； 流 固耦合 ； 振 动 ； 结构 改进 中 图分类 号 TE 9 2 1 ． 5 0 1 文献 标识 码 A 接 单 根 时 ， 起 钻 到接 单 根 位 置 ， 计 算 回压 补 偿 [ 3 ] 史玉胜， 何世明， 林文秀， 等． 微流量控压钻井技术研究 值 ， 将泥浆泵排量降至 0 ， 节流阀 A根据 回压补偿值 现状[ n 钻采工艺， 2 0 1 1 ， 3 4 3 1 2 1 4 ． 自动调节开度 。接单根完毕后 ， 打开泥浆泵 ， 逐渐增 [ 4 ] 胡志坤， 柳贡慧， 李军， 等． 利用微流量控制系统实现 加泥浆泵 排量至钻进排量； 节流 阀 B根据实时数据 控制压力管理钻井技术[ J ] ． 特种油气藏． 2 0 0 9 ， 1 6 2 与 水力 学计算 自动 调节 开度 来 达 到 预定 的 回压 值 ，8 1 8 3 保持井 口压力和立压在接单根前的水平 ， 重新 开始 [ 5 ] 杨雄文， 周英操， 方世良， 等 控压欠平衡钻井工艺实现 微 流量钻 进⋯] 。 方法与现场试验[ J ] 钻井工程， 2 0 1 2 ， 3 2 1 7 5 8 0 [ 6 ] 伊 明， 陈若铭 ， 兰祖权 ， 等． 控压钻井 系统 研究 [ J ] ． 石 4 结论 油钻采工艺 ，2 o1 0, 3 2 6 9 7 2． 1 相 比国外 微 流量 控 压 钻 井 系统 ， 本 文 提 出 E 7 ] H e l i。 S a n t o s , C h r i s t i a n 一 c h e n b e r g ， S a r a S h a y g i M i 。 的微流量控压钻井 的硬件系统均采用 国产设备 ， 大 f l u x c o n t r o l t h e n e x t g 。 “ 。 i 。 “i n d i i “ g p r o c e s s [ R ] 幅度 降低 了成 本 。 S P E 8 1 1 8 3 , 2 0 1 1 ． 2 系统仿真测试证明， 该系统具有较 高的灵 E 8 ] s a n 。 s H, R e i d P ， J 。 n e s J ， e a D 。 V e 。 p i “ g h e m i 敏性与准确性 ， 能够实现对井底压力的精确控制 。 u x c 。 “ 。 。 h 。 d p y 。 。 。 。 p 。 d 3 建议深入研究微流量控压钻井技术 ， 同时 p r e p i 。 “ ， “ d E R ] s P E。 。 。 ， o 0 - 对该系统进行不断 的完善 ， 提高系统的可靠性与控 [ 。 ] s a n 。 s H， e u c h e n b e r g c R 。 i P a 1 ． p e n i n g 。 制精 度 。 e x p l o r a t i o n 。 “ 。 h h 。 m 。 。 “ 。 。 m 。 h o d f o r we l l d e s i g n [ R ] ． OT C 1 6 6 2 2 ， 2 0 0 4 ． 参考文献 [ 1 O ] 蒋 宏伟 ， 周英 操 ， 赵 庆 ， 等 控压 钻井 关键技 术研 究 [ 1 ] 曾凌翔 ， 李黔 ， 梁海波 ， 等． 控制压力钻井 技术与微 流 [ J ] 石油矿场机械 , 2 0 1 2 , 4 1 1 1 - 5 ． 量控制钻井技术 的对 比[ J ] ． 天然气工 业 ， 2 0 1 1 ， 3 1 2 [ 1 1 ] He l i o S a n t 。 s ， E r d e m C a t a k ， J o e Ki n d e r ， e t a 1 ． K i c k d e 一 82 8 4．t e e t i o n a nd c o nt r o l i n o i l b as e d mu d r e a l we l l t e s t r e一 [ 2 ] 姜建胜， 李奔， 林立， 等． 国外钻井液微流量控制系 s u l t s u s i n g mi c r o f l u x c o n t r o l e q u i p m e n t [ R] ．S P E 统 的 开 发与 席 用r I ] ． 石 油 机 械 ， 2 0 0 8， 3 6 2 7 1 - 7 4 ． 1 0 5 4 5 4 ， 2 0 0 7 ． 收稿 日期 2 O 1 2 一 O 9 一 O 7 作者简介 贾林 1 9 8 6 一 ， 男， 四川 I 绵 阳人 ， 硕士研究生 ， 主要从 事石油机械现代设计 与分析研 究 ， E ma i l 3 7 3 7 8 9 0 7 3 q q