一种多相流节流压力控制装置及方法与流程

本发明涉及石油天然气工业压井工艺室外实验技术领域，特别涉及一种多相流节流压力控制装置及方法。

背景技术：

随着世界能源被大量开采及消耗，能源形势日益紧张，国内外各大油田的主力产油区块逐渐向地质情况复杂、储层物性差的区块转移，导致在油气井钻探过程中，时常会遇到压力敏感性强、安全密度窗口狭窄的地层，或者井下多套压力系统使钻井作业异常复杂，极易发生地层流体侵入井内的现象，如果不能及时排除，会使地层压力和钻井液柱压力之间的平衡遭到破坏，从而出现溢流、井喷等事故，增加了非生产时间，导致勘探的费用大幅提高，需要及时进行压井控制。油气井的压力控制一直以来都是世界各钻井承包商非常重视的一项技术。井控技术在我国也是越来越受到重视，它对于预防井喷事故的发生具有非常重大的意义。

井控的涵义是通过控制油气井压力，使井底压力略微大于地层压力，既不发生井涌也不压漏地层，从而实现欠平衡钻井。节流压井管汇控制系统是井控系统的重要组成部分，而节流阀则是应用在节流压井管汇上，通过控制流体流量，使整个油气生产系统保持在一个理想的压力平衡关系上的关键部件。在控压钻井系统中，通过调节节流管汇上的节流阀开度来实现对井口回压的控制，以维系整个钻井过程中井口压力的平衡。在高压气井的压井或欠平衡钻井过程中，通过在井口设置节流阀来调节控制由井底返出的钻井液压力，以控制井底压力。

从现有的技术来看，有学者(张桂林2013.07)在常规井控装置上加入了旋转防喷器，采用常规井控管汇，并结合手动或液动节流阀和平板阀，来稳定井筒里的液量，以此来提高窄安全密度窗口地层控压钻井的安全性，如遇气液两相时，便在井口加装一个分离器，把气相分离出去，然后稳定液相里的液量来实现稳定控压钻井，该方法比较简单，自动化控制精度有待提高；也有部分学者设计了井口分离器装置，并和节流阀结合使用，大多用在防止多相流体中液体段塞增长方面，而对于稳定调控压井过程中井筒内压力的研究有限：cn212535598u公开了一种天然气气井井口加热节流预处理及液化系统，包含二级过滤分离器及分子筛脱水撬等，对类固体及液体杂质进行预处理，并进行节流稳压，以便进行后续天然气液化生产；cn204060668u公开了一种油田油气集输系统分井计量工艺流程中的立式油气分离器，采用了均布有凹槽和孔的多层波纹板，具有油气分离效果好和分离效率高的优点，减小筒体长度，适用于油气比较大的混合物或者是从油井里直接进入分离器的混合物；以上方法多用于油气生产阶段，用来预防段塞流形成导致的压力波动问题，在钻井井控节流阶段还未见类似产品出现。因此，有必要提出一种多相流节流压力准确控制装置，能够简单同时高效地对压井过程井筒内压力进行精确调控，以此来提高压井工作的成效。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的其中一个目的是提供一种多相流节流压力控制装置，利用该装置稳定在压井过程中气液两相流动状态下出口压力，提高压井工作的成效。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种多相流节流压力控制装置：包括高压气液分离罐、背压阀、液位变送器、液位调节阀和控制系统；

所述高压气液分离罐用于分离来自井筒内的高压压井液及其携带的气体，所述高压气液分离罐上分别引出气体管路和液体管路；

所述背压阀设置在气体管路上，用于放空所述高压气液分离罐内分离后的气体；

所述液位变送器连接在高压气液分离罐上，用于监测所述高压气液分离罐内的液位；

所述液位调节阀设置在液体管路上；

所述控制系统与液位变送器和液体调节阀连接，并被配置成根据所述液位变送器监测的液位控制液体调节阀的开度。

所述的多相流节流压力控制装置，优选地，还包括排液阀，与所述液位调节阀并联地设置在液体管路上。

所述的多相流节流压力控制装置，优选地，所述背压阀与液动管线连接，所述液动管线被配置为调节背压阀的设定压力。

所述的多相流节流压力控制装置，优选地，所述高压气液分离罐采用立式分离罐，高压气液分离罐的中上部位置处设置入口管，所述入口管与井筒出口连接，所述气体管路设置在所述高压气液分离罐的顶部，所述液体管路设置在所述高压气液分离罐的底部。

所述的多相流节流压力控制装置，优选地，所述高压气液分离罐所承受的高压为100mpa，罐内直径为1m，罐体总长度为2m，所述入口管的直径为400mm。

所述的多相流节流压力控制装置，优选地，所述背压阀、液位调节阀和排液阀均采用液动节流阀。

第二方面，本发明还提供一种多相流节流压力控制方法，包括以下步骤：

高压气液分离罐呈立式布置，井筒出口通过管线连接于高压气液分离罐中上部位置，在重力作用下，高压气液分离罐内部的气液两相分离；

背压阀与液动管线连接，通过液动管线调节背压阀的设定压力，当高压气液分离罐内的压力高于背压阀的设定压力，背压阀打开放气，当高压气液分离罐内的压力回复设定值，背压阀关闭，高压气液分离罐内的压力保持恒定；

液位变送器监测高压气液分离罐内的液位，当液位高于设定值，控制系统控制液位调节阀打开排液，保持高压气液分离罐内液位恒定，进而保证井筒出口压力恒定。

本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：本发明提供的多相流节流压力控制装置，使用高压气液分离罐，能够在安全的设备环境下，较快实现高压气体和压井液的分离，为稳定控压提供了基础；使用背压阀，可以通过控制气相的进出进而控制气相的压力，并且与液动管线结合使用，能够控制压力在特定值处；使用节流阀(液位调节阀、排液阀等)，可以通过快速调节阀门开度实现对通过阀门流量的控制，进而完成对相关液位或者压力的调控。利用该装置能够还原真实压井工况环境下对多相节流压力进行准确控制，为压井过程中稳定控制井筒内压力提供装置支持，减少井涌井喷等复杂事故的发生，增加压井的效率，节约成本。

附图说明

图1是本公开一实施例提供的一种多相流节流压力控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”“内”、“外”、“横”、“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本公开一实施例提供一种多相流节流压力控制装置，包括高压气液分离罐1、背压阀2、液位变送器3、液位调节阀4和控制系统；

高压气液分离罐1用于分离来自井筒内的高压压井液及其携带的气体，高压气液分离罐1上分别引出气体管路和液体管路；

背压阀2设置在气体管路上，用于放空高压气液分离罐1内分离后的气体；

液位变送器3连接在高压气液分离罐1上，用于监测高压气液分离罐1内的液位；

液位调节阀4，设置在液体管路上；

控制系统与液位变送器3和液体调节阀4连接，并被配置成根据液位变送器3监测的液位控制液体调节阀4的开度。

在一些示例中，本发明还包括排液阀5，与液位调节阀4并联地设置在液体管路上，可根据实际工况(例如冬季低温环境下)打开排液阀5，排出高压气液分离罐1内的液体，保护高压气液分离罐1。

在一些示例中，背压阀2与液动管线连接，液动管线被配置为调节背压阀2的设定压力，当高压气液分离罐1内的压力高于设定压力值，压力冲开背压阀2排气，从而使得高压气液分离罐1内的压力回复到设定压力，进而保证井筒出口压力恒定。

在一些示例中，高压气液分离罐1采用立式分离罐，所承受的高压为100mpa，罐内直径为1m，罐体总长度为2m，高压气液分离罐1的中上部位置处设置入口管，入口管与井筒出口连接，入口管直径为400mm，气体管路设置在高压气液分离罐1的顶部，液体管路设置在高压气液分离罐1的底部。

在一些示例中，背压阀2、液位调节阀4和排液阀5均采用液动节流阀，可以精确快速调控阀门开度从而控制流过阀门的流量，进而控制相应的参数。

另外地，本公开一实施例还提供一种多相流节流压力控制方法，包括以下步骤：

高压气液分离罐1呈立式布置，井筒出口通过管线连接于高压气液分离罐1中上部位置，在重力作用下，高压气液分离罐1内部的气液两相分离；

背压阀2与液动管线连接，通过液动管线调节背压阀2的设定压力，当高压气液分离罐1内的压力高于背压阀2的设定压力，背压阀2打开放气，当高压气液分离罐1内的压力回复设定值，背压阀2关闭，从而高压气液分离罐1内的压力保持恒定，液位变送器3监测高压气液分离罐1内的液位，当液位高于设定值，控制系统控制液位调节阀4打开排液，保持高压气液分离罐1内液位恒定，进而保证井筒出口压力恒定；排出的液体可被输送到泥浆罐。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。