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控壓鉆井系統(tǒng)組成

  典型的控壓鉆井系統(tǒng)如圖1,主要由PWD、旋轉(zhuǎn)控制頭、自動節(jié)流管匯、節(jié)流閥、控制中心和回壓泵系統(tǒng)等組成。2.1 PWD 為控壓鉆井提供準確、實時的環(huán)空壓力數(shù)據(jù)。
 
  自動節(jié)流管匯及控制系統(tǒng)節(jié)流管匯受主控制器操縱,由各種閥件、主節(jié)流管匯和輔助節(jié)流管匯組成。當主鉆井泵啟動時,流體沿著主節(jié)流管匯路線流動,當井內(nèi)流體減少時,主節(jié)流器關(guān)閉,流體沿體積較小的輔助節(jié)流管匯路線流動。 在IPM的控制下,節(jié)流閥對回壓變化迅速做出調(diào)整。IPM利用裝在節(jié)流管匯上的壓力檢測儀器監(jiān)測回壓,使它保持在水力模型實時計算得出的范 圍內(nèi)。如果檢測到壓力異常,IPM對節(jié)流管匯發(fā)出指令,節(jié)流管匯迅速做出適當調(diào)整。 節(jié)流管匯管線口徑大,配有備用閥并具有自動切換功能,可保證鉆井液流動暢通。如果巖屑阻塞節(jié)流閥,IPM會自動開大節(jié)流閥,泄壓并清除巖屑;如果節(jié)流閥置于最大位置仍不能泄壓,IPM會自動 切換到備用閥并報警。
 
  回壓泵系統(tǒng)
 
  工作原理 回壓泵直接連到節(jié)流管匯,其主要作用就是在控壓鉆井過程中,需要時以恒定排量提供鉆井液,鉆井液流經(jīng)主節(jié)流閥,IPM通過調(diào)整節(jié)流閥位置控制回壓。正常鉆井時,節(jié)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),IPM自動啟動回壓泵,回壓泵向節(jié)流管匯供鉆井液,保持回壓,維持井底壓力在安全窗口內(nèi);另外,回壓泵也可以通過旋轉(zhuǎn)控制頭供鉆井液。為了安全起見,回壓泵裝了泄壓、檢測閥,防止壓力過高和井口回流。
 
  性能參數(shù)
 
  排量和壓力是回壓泵的2個主要性能參數(shù)。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?shù)沫h(huán)空壓力的大小等。井越深,流動阻力越大,所需要的壓力越高。隨著井眼直徑、深度的變化,要求泵的排量也能隨時調(diào)節(jié)。在泵的機構(gòu)中設(shè)有變速箱或以液壓馬達調(diào)節(jié)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,使工作人員隨時了解泵的運轉(zhuǎn)情況,同時通過壓力變化判別井內(nèi)狀況是否正常以預(yù)防發(fā)生井內(nèi)事故。
 
  監(jiān)測控制系統(tǒng)
 
  封閉的、加壓的泥漿循環(huán)系統(tǒng)是使用過程控制計算機進行壓力控制的必要條件。實時監(jiān)控系統(tǒng)能夠完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理、壓力控制、實時報警等功能。監(jiān)控系統(tǒng)主要由測量、控制模塊和水力計算模塊2大模塊構(gòu)成。 測量和控制模塊可以分開設(shè)計:其中1個模塊被用來測量節(jié)流閥位置,同時還作為傳感器接口來使用;另1個模塊運行PID控制模塊以進行壓力控制,對井口設(shè)備的可控閥門進行邏輯開關(guān)控制,包含自動開關(guān)冗余節(jié)流支路的能力, 并行雙路壓力控制功能,同時還要提供詳細的系統(tǒng)診斷功能。 水力學(xué)計算模塊是井下測量數(shù)據(jù)的一個非常重要的補充手段。井下測量工具傳回的數(shù)據(jù)通常不能直接應(yīng)用,并且容易受井下復(fù)雜情況的影響,因此使用水力模型對井眼環(huán)空壓力進行校正計算是非常必要的。水力模型通過使用描述井眼狀況的輸入數(shù)據(jù)集合,并綜合地面和井下實時測量數(shù)據(jù)等參數(shù)來計算環(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(tǒng)工藝流程
 
  正常鉆進時,由控制中心控制調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度來調(diào)節(jié)井口回壓,使井底壓力保持穩(wěn)定;接單根和 起下鉆時,啟動回壓泵來調(diào)節(jié)和補償井口回壓。