CN104358557A - 控压钻井装备液气控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控压钻井装备液气控制系统，涉及钻井装备技术领域，为解决现有钻井过程中井眼环空压力控制不准确等问题而设计。本发明提供的控压钻井装备液气控制系统包括动力源以及与动力源相连接的节流阀控制部件、液控平板闸阀控制部件、气控平板闸阀控制部件以及回油泵系统气控平板闸阀控制部件，通过气控和液控相结合的方式实现对井眼环空压力的精确控制，另外，压缩气体的一条支路通过液气泵连接至油液存储装置的出油管路，能够有效提高液体的出口压力。
Description
技术领域
本发明涉及钻井装备技术领域，尤其涉及一种控压钻井装备液气控制系统。
背景技术
油气井钻井过程中，如果地层孔隙压力大于井眼环空钻井液的压力，地层流体就会流入井筒，如果不加控制，就可能发展为井涌或者井喷，使钻井情况复杂化，甚至可能导致人员和设备的损害。传统的钻井的方式采用高密度的钻井液体系，即使是在钻井液停止循环的时候也保持井筒静液柱压力大于地层孔隙压力，但是在地层孔隙压力-破裂压力窗口狭窄的情况下，开始钻井液循环后产生压力就有可能超过地层破裂压力，导致压垮井壁，而且在压力差的作用下，钻井液将进入地层使地层污染，影响油气藏的发现以及开采。随着对油气资源深入开发，需要油气井钻井进行精确的压力控制，以便实现在地层孔隙压力-破裂压力窗口狭窄的地层安全钻井的要求。传统的钻井压力控制装置为井控装置，由防喷器组、地面节流管汇、液压控制台、液压站组成，没有自动控制系统，无法实现自动控制，仅能手动控制。井控装置只有当发生井下流体溢出，井筒内压力急剧升高时才会使用，而且必须配合加重钻井液工艺进行作业，替换出井眼中原有钻井液，在较长时间才能获得井筒内压力平衡，阻止地层流体溢出，因而无法满足高精度、稳定的、连续、自动节流的要求，无法实现在孔隙压力-破裂压力窗口狭窄的地质条件下安全钻井的要求。
在地层孔隙压力-破裂压力窗口狭窄的地质条件下钻井要求必须进行钻井全过程压力控制，包括正常钻进、起下钻、接单根和换胶芯等各种钻井工况，保证无论是启动泥浆泵进行钻井液循环还是停止泥浆泵不进行钻井液循环时，井底压力都要保持恒定，从而阻止地层流体溢出，保证钻井安全。而且通过控制井底压力，还可以达到减少井漏、井溢、压差卡钻等井下复杂情况和提高钻速的目的，大大减少非钻时间，减低钻井成本，提高钻井效益。
压力控制钻井装备使用环境恶劣，例如：井下可能有易燃气体逸出，井口压力可能较高，由于泥浆泵启动、关闭、钻具运动，不同井型和钻井液可能井底压力波动较快、较大，造成压力控制困难。因此，钻井全过程压力控制要求具备一套简单、安全、可靠的节流控制系统，要符合防爆等级、节流控制回路安全稳定控制、回压泵系统稳定工作以及节流阀稳定工作、精确调节等技术要求，而且在自动控制系统失效时不影响节流控制作业，必须保留手动节流功能，需要根据各种钻井工况下制定压力控制流程，因此迫切需要一种完全符合上述技术要求的节流控制系统满足压力控制钻井发展的需求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种能够实现压力精确控制的控压钻井装备液气控制系统。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
控压钻井装备液气控制系统，包括中央控制器、动力源以及与所述动力源相连接的节流阀控制部件、液控平板闸阀控制部件、气控平板闸阀控制部件以及回油泵系统气控平板闸阀控制部件，所述动力源包括压缩空气处理装置和油液存储装置，所述压缩空气处理装置包括由压缩空气源分出的三条支路，其中的第一支路连接所述节流阀控制部件和所述气控平板闸阀控制部件，第二支路连接所述回油泵系统气控平板闸阀控制部件，第三支路通过液气泵连接至所述油液存储装置的出油管路，所述中央控制器连接所述节流阀控制部件、所述气控平板闸阀控制部件以及所述回油泵系统气控平板闸阀控制部件。
优选的，还包括模式转换气阀，所述第一支路通过所述模式转换气阀连接所述节流阀控制部件和所述气控平板闸阀控制部件，控制所述节流阀控制部件和所述气控平板闸阀控制部件在本地控制模式与中央控制模式之间转换。
优选的，所述节流阀控制部件包括分别与所述模式转换气阀连接的第一液气换向阀和第二液气换向阀、与所述第一液气换向阀连接的三路节流阀本地控制支路以及与所述第二液气换向阀连接的三路节流阀中央控制支路，所述第一液气换向阀和所述第二液气换向阀均与所述出油管路连通，三个节流阀分别对应连接三路节流阀本地控制支路和三路节流阀中央控制支路；
所述节流阀本地控制支路包括第一手动换向阀和叠加双液控单向阀；
所述节流阀中央控制支路包括第一电磁换向阀；
所述第一电磁换向阀与所述中央控制器相连接。
优选的，所述气控平板闸阀控制部件包括分别与所述模式转换气阀连接的第三液气换向阀和第四液气换向阀、与所述第三液气换向阀连接的三路气控平板闸阀本地控制支路以及与所述第四液气换向阀连接的三路气控平板闸阀中央控制支路，所述第三液气换向阀和所述第四液气换向阀均与所述出油管路连通，三路气控平板闸阀本地控制支路和三路气控平板闸阀中央控制支路分别经第一主气控换向阀连接第一气控平板闸阀；
所述气控平板闸阀本地控制支路包括第二手动换向阀；
所述气控平板闸阀中央控制支路包括第二电磁换向阀；
所述第二电磁换向阀与所述中央控制器连接。
优选的，所述回油泵系统气控平板闸阀控制部件包括分别与所述第二支路连接的第二主气控换向阀和中控/本地选择球阀，所述中控/本地选择球阀分别连接中控回路和本地回路，所述中控回路包括依次连接的第三电磁换向阀和压力继电器，所述压力继电器经所述第二主气控换向阀连接第二气控平板闸阀，所述第三电磁换向阀与所述中央控制器相连接，所述本地回路包括第三手动换向阀，所述第三手动换向阀经所述第二主气控换向阀连接第二气控平板闸阀。
优选的，电磁换向阀采用隔爆电磁换向阀。
优选的，所述液控平板闸阀控制部件包括与所述出油管路相连通的液压换向阀、与所述液压换向阀连接的二位四通液控换向阀以及与所述二位四通液控换向阀连接的液控平板闸阀。
优选的，还包括系统过滤装置，用于对由所述压缩空气源流出的气体以及由所述油液存储装置流出的液体进行过滤。
优选的，所述油液存储装置包括油箱和蓄能器；
所述油箱顶部设置有加油口、空气过滤器和液位继电器；
所述蓄能器为活塞式蓄能器，其内充有氮气。
优选的，所述液气泵的泵口处设置有活塞式蓄能器和液压安全阀。
本发明的有益效果为：
本发明提供的控压钻井装备液气控制系统包括动力源以及与动力源相连接的节流阀控制部件、液控平板闸阀控制部件、气控平板闸阀控制部件以及回油泵系统气控平板闸阀控制部件，通过气控和液控相结合的方式实现对井眼环空压力的精确控制，另外，压缩气体的一条支路通过液气泵连接至油液存储装置的出油管路，能够有效提高液体的出口压力。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的控压钻井装备液气控制系统的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的节流阀控制部件的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的气控平板闸阀控制部件的结构示意图；
图4是本发明实施例一提供的回油泵系统气控平板闸阀控制部件的结构示意图。
图中，1、动力源；11、第一支路；12、第二支路；13、第三支路；14、油箱；2、节流阀控制部件；21、第一液气换向阀；22、第二液气换向阀；23、节流阀；24、第一手动换向阀；25、叠加双液控单向阀；26、第一电磁换向阀；3、气控平板闸阀控制部件；31、第三液气换向阀；32、第四液气换向阀；33、第一主气控换向阀；34、第一气控平板闸阀；35、第二手动换向阀；36、第二电磁换向阀；4、回油泵系统气控平板闸阀控制部件；41、中控/本地选择球阀；42、第三电磁换向阀；43、压力继电器；44、第二气控平板闸阀；45、第三手动换向阀；46、第二主气控换向阀；5、液控平板闸阀控制部件；6、液气泵；7、模式转换气阀；8、出油管路。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一：
本实施例提供了一种控压钻井装备液气控制系统，如图1所示，该液气控制系统包括中央控制器、动力源1以及与动力源1相连接的节流阀控制部件2、液控平板闸阀控制部件5、气控平板闸阀控制部件3以及回油泵系统气控平板闸阀控制部件4。中央控制器连接节流阀控制部件2、气控平板闸阀控制部件3以及回油泵系统气控平板闸阀控制部件4。
其中，动力源1包括压缩空气处理装置和油液存储装置。压缩空气处理装置包括由压缩空气源经截止阀和气体安全阀后分出的三条支路，其中的第一支路11连接节流阀控制部件2和气控平板闸阀控制部件3，用于节流阀控制部件2和气控平板闸阀控制部件3的模式转换。第二支路12连接回油泵系统气控平板闸阀控制部件4，用于控制阀的开关。第三支路13通过液气泵6和截止阀连接至油液存储装置的出油管路8，液气泵6由气体驱动部分、液压部分和换向控制阀组成，气体驱动部分的活塞与液压驱动部分的柱塞连在一起，由换向控制阀自动做往复运动，大面积的活塞与小面积的柱塞将作用在活塞上的驱动气体压强传递给柱塞，从而提高液体的出口压力。压缩空气源的气源压力为0.7至0.8MPa。
油液存储装置包括油箱14和蓄能器。油箱14为开式油箱，无压，容积为75L，采用304不锈钢制成，油箱14顶部设加油口、空气过滤器及液位继电器，液位继电器可在液位低至报警位时开关点接通报警。为观察油箱14液位，油箱14侧壁上设有两个目测液位计，油液温度则通过热电阻检测将电阻信号输出给中央控制器。油箱14还设有排污口及油液检测口。蓄能器为活塞式蓄能器，容积为20L，压力级为30MPa，活塞式蓄能器内充有氮气，充氮压力为5.5MPa。
该液气控制系统还包括有系统过滤装置，用于对由压缩空气源流出的气体以及由油液存储装置流出的液体进行过滤，从而提高气路和油路内的清洁度，减少各种阀的故障，延长使用寿命。
第一支路11通过模式转换气阀7连接节流阀控制部件2和气控平板闸阀控制部件3，控制节流阀控制部件2和气控平板闸阀控制部件3在本地控制模式与中央控制模式之间转换。
如图2所示，节流阀控制部件2包括分别与模式转换气阀7连接的第一液气换向阀21和第二液气换向阀22、与第一液气换向阀21连接的三路节流阀本地控制支路以及与第二液气换向阀22连接的三路节流阀中央控制支路。第一液气换向阀21和第二液气换向阀22均与出油管路8连通，三个节流阀23分别对应连接三路节流阀本地控制支路和三路节流阀中央控制支路。节流阀本地控制支路包括第一手动换向阀24和叠加双液控单向阀25。节流阀中央控制支路包括第一电磁换向阀26。第一电磁换向阀26与中央控制器相连接。
当模式转换气阀7转换至本地控制模式时，压缩空气通过第一液气换向阀21排空，第一液气换向阀21换向，液压油通过第一液气换向阀21流入节流阀本地控制支路，而中央控制支路与液压油路切断，可手动操控第一手动换向阀24来调节节流阀23的开度，使其阀芯处于最佳位置。当模式转换气阀转换至中央控制模式时，第一液气换向阀21的弹簧复位，使得节流阀本地控制支路与液压油路切断，液压油通过第二液气换向阀22流入节流阀中央控制支路，可通过中央控制器控制第一电磁换向阀26来调节节流阀23的开度。
如图3所示，气控平板闸阀控制部件3包括分别与模式转换气阀7连接的第三液气换向阀31和第四液气换向阀32、与第三液气换向阀31连接的三路气控平板闸阀本地控制支路以及与第四液气换向阀32连接的三路气控平板闸阀中央控制支路。第三液气换向阀31和第四液气换向阀32均与出油管路8连通，三路气控平板闸阀本地控制支路和三路气控平板闸阀中央控制支路分别经第一主气控换向阀33连接第一气控平板闸阀34。气控平板闸阀本地控制支路包括第二手动换向阀35。气控平板闸阀中央控制支路包括第二电磁换向阀36。第二电磁换向阀36与中央控制器连接。其工作方式与节流阀控制部件2类似，在此不再赘述。
如图4所示，回油泵系统气控平板闸阀控制部件4包括分别与第二支路12连接的第二主气控换向阀46和中控/本地选择球阀41，中控/本地选择球阀41分别连接中控回路和本地回路。中控回路包括依次连接的第三电磁换向阀42和压力继电器43，压力继电器43经第二主气控换向阀46连接第二气控平板闸阀44，第三电磁换向阀42与中央控制器相连接。本地回路包括第三手动换向阀45，第三手动换向阀45经第二主气控换向阀46连接第二气控平板闸阀44。其控制过程与节流阀控制部件2也类似。
为了保证使用安全性，第一电磁换向阀26、第二电磁换向阀36和第三电磁换向阀42均为隔爆电磁换向阀。
液控平板闸阀控制部件5包括与出油管路8相连通的液压换向阀、与液压换向阀连接的二位四通液控换向阀以及与二位四通液控换向阀连接的液控平板闸阀。液控平板闸阀是采用手动开启和关闭的，为防止误操作，其开关需要双步设置。液压换向阀为拉/压控制的开锁阀，压下去为解锁，使得油路接通，拉起来为上锁，使得油路断开。在液压换向阀压下去的时候，可转动二位四通换向阀来控制液控平板闸阀的开闭。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.控压钻井装备液气控制系统，其特征在于：包括中央控制器、动力源(1)以及与所述动力源(1)相连接的节流阀控制部件(2)、液控平板闸阀控制部件(5)、气控平板闸阀控制部件(3)以及回油泵系统气控平板闸阀控制部件(4)，所述动力源(1)包括压缩空气处理装置和油液存储装置，所述压缩空气处理装置包括由压缩空气源分出的三条支路，其中的第一支路(11)连接所述节流阀控制部件(2)和所述气控平板闸阀控制部件(3)，第二支路(12)连接所述回油泵系统气控平板闸阀控制部件(4)，第三支路(13)通过液气泵(6)连接至所述油液存储装置的出油管路(8)，所述中央控制器连接所述节流阀控制部件(2)、所述气控平板闸阀控制部件(3)以及所述回油泵系统气控平板闸阀控制部件(4)。
2.根据权利要求1所述的控压钻井装备液气控制系统，其特征在于：还包括模式转换气阀(7)，所述第一支路(11)通过所述模式转换气阀(7)连接所述节流阀控制部件(2)和所述气控平板闸阀控制部件(3)，控制所述节流阀控制部件(2)和所述气控平板闸阀控制部件(3)在本地控制模式与中央控制模式之间转换。
3.根据权利要求2所述的控压钻井装备液气控制系统，其特征在于：所述节流阀控制部件(2)包括分别与所述模式转换气阀(7)连接的第一液气换向阀(21)和第二液气换向阀(22)、与所述第一液气换向阀(21)连接的三路节流阀本地控制支路以及与所述第二液气换向阀(22)连接的三路节流阀中央控制支路，所述第一液气换向阀(21)和所述第二液气换向阀(22)均与所述出油管路(8)连通，三个节流阀(23)分别对应连接三路节流阀本地控制支路和三路节流阀中央控制支路；
所述节流阀本地控制支路包括第一手动换向阀(24)和叠加双液控单向阀(25)；
所述节流阀中央控制支路包括第一电磁换向阀(26)；
所述第一电磁换向阀(26)与所述中央控制器相连接。
4.根据权利要求2所述的控压钻井装备液气控制系统，其特征在于：所述气控平板闸阀控制部件(3)包括分别与所述模式转换气阀(7)连接的第三液气换向阀(31)和第四液气换向阀(32)、与所述第三液气换向阀(31)连接的三路气控平板闸阀本地控制支路以及与所述第四液气换向阀(32)连接的三路气控平板闸阀中央控制支路，所述第三液气换向阀(31)和所述第四液气换向阀(32)均与所述出油管路(8)连通，三路气控平板闸阀本地控制支路和三路气控平板闸阀中央控制支路分别经第一主气控换向阀(33)连接第一气控平板闸阀(34)；
所述气控平板闸阀本地控制支路包括第二手动换向阀(35)；
所述气控平板闸阀中央控制支路包括第二电磁换向阀(36)；
所述第二电磁换向阀(36)与所述中央控制器连接。
5.根据权利要求1所述的控压钻井装备液气控制系统，其特征在于：所述回油泵系统气控平板闸阀控制部件(4)包括分别与所述第二支路(12)连接的第二主气控换向阀(46)和中控/本地选择球阀(41)，所述中控/本地选择球阀(41)分别连接中控回路和本地回路，所述中控回路包括依次连接的第三电磁换向阀(42)和压力继电器(43)，所述压力继电器(43)经所述第二主气控换向阀(46)连接第二气控平板闸阀(44)，所述第三电磁换向阀(42)与所述中央控制器相连接，所述本地回路包括第三手动换向阀(45)，所述第三手动换向阀(45)经所述第二主气控换向阀(46)连接第二气控平板闸阀(44)。
6.根据权利要求3至5任一项所述的控压钻井装备液气控制系统，其特征在于：电磁换向阀采用隔爆电磁换向阀。
7.根据权利要求1所述的控压钻井装备液气控制系统，其特征在于：所述液控平板闸阀控制部件(5)包括与所述出油管路相连通的液压换向阀、与所述液压换向阀连接的二位四通液控换向阀以及与所述二位四通液控换向阀连接的液控平板闸阀。
8.根据权利要求1所述的控压钻井装备液气控制系统，其特征在于：还包括系统过滤装置，用于对由所述压缩空气源流出的气体以及由所述油液存储装置流出的液体进行过滤。
9.根据权利要求1所述的控压钻井装备液气控制系统，其特征在于：所述油液存储装置包括油箱(14)和蓄能器；
所述油箱(14)顶部设置有加油口、空气过滤器和液位继电器；
所述蓄能器为活塞式蓄能器，其内充有氮气。
10.根据权利要求1所述的控压钻井装备液气控制系统，其特征在于：所述液气泵(6)的泵口处设置有活塞式蓄能器和液压安全阀。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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