控壓鉆井系統組成

  典型的控壓鉆井系統如圖１，主要由ＰＷＤ、旋轉控制頭、自動(dòng)節流管匯、節流閥、控制中心和回壓泵系統等組成。２．１ ＰＷＤ 為控壓鉆井提供準確、實(shí)時(shí)的環(huán)空壓力數據。

 

  自動(dòng)節流管匯及控制系統節流管匯受主控制器操縱，由各種閥件、主節流管匯和輔助節流管匯組成。當主鉆井泵啟動(dòng)時(shí)，流體沿著(zhù)主節流管匯路線(xiàn)流動(dòng)，當井內流體減少時(shí)，主節流器關(guān)閉，流體沿體積較小的輔助節流管匯路線(xiàn)流動(dòng)。 在ＩＰＭ的控制下，節流閥對回壓變化迅速做出調整。ＩＰＭ利用裝在節流管匯上的壓力檢測儀器監測回壓，使它保持在水力模型實(shí)時(shí)計算得出的范 圍內。如果檢測到壓力異常，ＩＰＭ對節流管匯發(fā)出指令，節流管匯迅速做出適當調整。 節流管匯管線(xiàn)口徑大，配有備用閥并具有自動(dòng)切換功能，可保證鉆井液流動(dòng)暢通。如果巖屑阻塞節流閥，ＩＰＭ會(huì )自動(dòng)開(kāi)大節流閥，泄壓并清除巖屑；如果節流閥置于最大位置仍不能泄壓，ＩＰＭ會(huì )自動(dòng) 切換到備用閥并報警。

 

  回壓泵系統

 

  工作原理 回壓泵直接連到節流管匯，其主要作用就是在控壓鉆井過(guò)程中，需要時(shí)以恒定排量提供鉆井液，鉆井液流經(jīng)主節流閥，ＩＰＭ通過(guò)調整節流閥位置控制回壓。正常鉆井時(shí)，節流管匯由鉆井泵供鉆井液，控制回壓。當鉆井泵流速下降（如接單根時(shí)），ＩＰＭ自動(dòng)啟動(dòng)回壓泵，回壓泵向節流管匯供鉆井液，保持回壓，維持井底壓力在安全窗口內；另外，回壓泵也可以通過(guò)旋轉控制頭供鉆井液。為了安全起見(jiàn)，回壓泵裝了泄壓、檢測閥，防止壓力過(guò)高和井口回流。

 

  性能參數

 

  排量和壓力是回壓泵的２個(gè)主要性能參數。排量以每分鐘排出若干升計算，它與井眼直徑及所要求的沖洗液自井底上返速度有關(guān)， 回壓泵的壓力大小取決于所需補償的環(huán)空壓力的大小等。井越深，流動(dòng)阻力越大，所需要的壓力越高。隨著(zhù)井眼直徑、深度的變化，要求泵的排量也能隨時(shí)調節。在泵的機構中設有變速箱或以液壓馬達調節其速度，以達到改變排量的目的。為了準確掌握泵的壓力和排量的變化，回壓泵上要安裝流量計和壓力表，使工作人員隨時(shí)了解泵的運轉情況，同時(shí)通過(guò)壓力變化判別井內狀況是否正常以預防發(fā)生井內事故。

 

  監測控制系統

 

  封閉的、加壓的泥漿循環(huán)系統是使用過(guò)程控制計算機進(jìn)行壓力控制的必要條件。實(shí)時(shí)監控系統能夠完成數據采集、數據存儲、數據監測、數據分析、數據處理、壓力控制、實(shí)時(shí)報警等功能。監控系統主要由測量、控制模塊和水力計算模塊２大模塊構成。 測量和控制模塊可以分開(kāi)設計：其中１個(gè)模塊被用來(lái)測量節流閥位置，同時(shí)還作為傳感器接口來(lái)使用；另１個(gè)模塊運行ＰＩＤ控制模塊以進(jìn)行壓力控制，對井口設備的可控閥門(mén)進(jìn)行邏輯開(kāi)關(guān)控制，包含自動(dòng)開(kāi)關(guān)冗余節流支路的能力， 并行雙路壓力控制功能，同時(shí)還要提供詳細的系統診斷功能。 水力學(xué)計算模塊是井下測量數據的一個(gè)非常重要的補充手段。井下測量工具傳回的數據通常不能直接應用，并且容易受井下復雜情況的影響，因此使用水力模型對井眼環(huán)空壓力進(jìn)行校正計算是非常必要的。水力模型通過(guò)使用描述井眼狀況的輸入數據集合，并綜合地面和井下實(shí)時(shí)測量數據等參數來(lái)計算環(huán)空壓力的大小，以獲得所期望的井底壓力。

 

  工藝流程 控壓鉆井系統工藝流程

 

  正常鉆進(jìn)時(shí)，由控制中心控制調節節流閥的開(kāi)度來(lái)調節井口回壓，使井底壓力保持穩定；接單根和 起下鉆時(shí)，啟動(dòng)回壓泵來(lái)調節和補償井口回壓。