控压钻井系统组成

  典型的控压钻井系统如图１，主要由ＰＷＤ、旋转控制头、自动节流管汇、节流阀、控制中心和回压泵系统等组成。２．１ ＰＷＤ 为控压钻井提供准确、实时的环空压力数据。

 

  自动节流管汇及控制系统节流管汇受主控制器操纵，由各种阀件、主节流管汇和辅助节流管汇组成。当主钻井泵启动时，流体沿着主节流管汇路线流动，当井内流体减少时，主节流器关闭，流体沿体积较小的辅助节流管汇路线流动。 在ＩＰＭ的控制下，节流阀对回压变化迅速做出调整。ＩＰＭ利用装在节流管汇上的压力检测仪器监测回压，使它保持在水力模型实时计算得出的范 围内。如果检测到压力异常，ＩＰＭ对节流管汇发出指令，节流管汇迅速做出适当调整。 节流管汇管线口径大，配有备用阀并具有自动切换功能，可保证钻井液流动畅通。如果岩屑阻塞节流阀，ＩＰＭ会自动开大节流阀，泄压并清除岩屑；如果节流阀置于最大位置仍不能泄压，ＩＰＭ会自动 切换到备用阀并报警。

 

  回压泵系统

 

  工作原理 回压泵直接连到节流管汇，其主要作用就是在控压钻井过程中，需要时以恒定排量提供钻井液，钻井液流经主节流阀，ＩＰＭ通过调整节流阀位置控制回压。正常钻井时，节流管汇由钻井泵供钻井液，控制回压。当钻井泵流速下降（如接单根时），ＩＰＭ自动启动回压泵，回压泵向节流管汇供钻井液，保持回压，维持井底压力在安全窗口内；另外，回压泵也可以通过旋转控制头供钻井液。为了安全起见，回压泵装了泄压、检测阀，防止压力过高和井口回流。

 

  性能参数

 

  排量和压力是回压泵的２个主要性能参数。排量以每分钟排出若干升计算，它与井眼直径及所要求的冲洗液自井底上返速度有关， 回压泵的压力大小取决于所需补偿的环空压力的大小等。井越深，流动阻力越大，所需要的压力越高。随着井眼直径、深度的变化，要求泵的排量也能随时调节。在泵的机构中设有变速箱或以液压马达调节其速度，以达到改变排量的目的。为了准确掌握泵的压力和排量的变化，回压泵上要安装流量计和压力表，使工作人员随时了解泵的运转情况，同时通过压力变化判别井内状况是否正常以预防发生井内事故。

 

  监测控制系统

 

  封闭的、加压的泥浆循环系统是使用过程控制计算机进行压力控制的必要条件。实时监控系统能够完成数据采集、数据存储、数据监测、数据分析、数据处理、压力控制、实时报警等功能。监控系统主要由测量、控制模块和水力计算模块２大模块构成。 测量和控制模块可以分开设计：其中１个模块被用来测量节流阀位置，同时还作为传感器接口来使用；另１个模块运行ＰＩＤ控制模块以进行压力控制，对井口设备的可控阀门进行逻辑开关控制，包含自动开关冗余节流支路的能力， 并行双路压力控制功能，同时还要提供详细的系统诊断功能。 水力学计算模块是井下测量数据的一个非常重要的补充手段。井下测量工具传回的数据通常不能直接应用，并且容易受井下复杂情况的影响，因此使用水力模型对井眼环空压力进行校正计算是非常必要的。水力模型通过使用描述井眼状况的输入数据集合，并综合地面和井下实时测量数据等参数来计算环空压力的大小，以获得所期望的井底压力。

 

  工艺流程 控压钻井系统工艺流程

 

  正常钻进时，由控制中心控制调节节流阀的开度来调节井口回压，使井底压力保持稳定；接单根和 起下钻时，启动回压泵来调节和补偿井口回压。