专利名称：一种用于控压钻井的压力补偿装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及油气钻井工程技术领域，是一种用于控压钻井的压力补偿装置， 主要用于钻井过程中正常钻进、接单根、起下钻等不同工况过程的井筒压力控制。
背景技术：
随着勘探开发活动向深水和深部复杂地层的日益增多，采用常规钻井装置和方法 进行钻井勘探不经济。在复杂地层情况下钻井，传统的钻井工艺和技术在钻井过程往往不 能有效的解决出现的喷、漏、卡、塌等各种井下复杂情况和问题，严重制约影响着钻井速度， 甚至已直接影响了这些地区的油气勘探开发进程。控压钻井技术是国外最近发展起来的一 项新的钻井技术，能有效解决钻井中的井下复杂和事故的发生，缩短非生产时间、提高钻井 效率、降低钻井风险和成本，为解决复杂地层安全钻进问题提供了一个新的解决方案。井筒压力控制技术是控压钻井技术的核心。在控压钻井过程中，通过对井口回压、 流体密度、流体流变性、环空液面高度、钻井液循环摩阻和井眼几何尺寸的综合控制，使整 个井眼的压力维持在地层孔隙压力和破裂压力之间。控压钻井过程中实现对井眼压力的控 制主要是采用旋转控制头、节流管汇及回压装置等。目前，国外有关石油公司已逐步开展了压力控制装置的研制，如Weatherford微 流量控制系统，其与国内井控设备相似，只是在传统的钻井液循环管汇上安装精确的传感 器和钻井液节流器，没有回压补偿装置，其通过监测出入口流量变化改变节流压力来实现 压力控制，只能用于一般要求的控压钻井与欠平衡钻井作业。但由于小排量钻井控制困难， 不能满足窄密度窗口、深井全过程的控压钻井作业；另一类就是At Balance的DAPC系统， 他们的原理一致，增加了回压补偿装置，通过井口节流管汇和回压泵的联合作用，实现井底 压力的恒定控制，其中节流管汇由系统自动控制，主要是正常钻进作业工作。回压泵则时刻 处于待用状态，当当排量值很小或完全停止时，回压泵通过节流管汇循环泥浆，向井内施加 回压。还有一类就是Halliburton公司的压力控制系统，它的原理与DAPC —致，但通过增 加安全溢流通道改进了回压补偿功能，能大大降低回压泵开关泵期间压力扰动的影响，保 证合理回压的连续输出，有效的实现钻进、接单根和起下钻的全工况切换。我国控压钻井技术起步较晚，近两年才进行相关的技术研究，尚没有用于控压钻 井的回压补偿装置。本发明的目的就是设计一种新型的压力补偿控制装置，与井口节流管 汇系统联合作用，保证合理回压的连续输出，实现钻井过程全工况的安全有效作业。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种用于控压钻井的压力补偿装置，有一条回压补偿 直流通道和两条保护通道，各节流通道之间切换方便，适于不同钻井工况时的转换，并且能 在小排量作业时保证回压泵的恒流输入控制，另外具有安全可靠、性能良好、控压精度高的 适用于控压钻井的回压补偿。本实用新型采用的技术方案是用于控压钻井的压力补偿装置，主要由三缸柱塞回压泵、手动平板阀、气控平板阀、安全溢流阀、空气包组、质量流量计、灌注泵、球阀、过滤器和管线构成。其特征在于进液管线分别连接有两路过滤管线，每路过滤管线上通过管线 连接有过滤器，在过滤器的进出口两端管线上分别连接有球阀。两路过滤管线分别连接灌 注泵的入口，灌注泵的出口有管线连接质量流量计的入口，质量流量计的出口通过管线连 接三缸柱塞回压泵的入口，三缸柱塞回压泵的出口管线上连接有空气包组和手动平板阀， 手动平板阀的另一端连接出液管线。在三缸柱塞回压泵的进出口管线上与三缸柱塞回压泵 分别并联有气控平板阀和安全溢流阀，形成三缸柱塞回压泵的溢流安全通道。出液管线能 与节流管汇系统相连通。为了掌握压力补偿装置内的压力，在手动平板阀与空气包组之间的管线上固定有 压力计；在质量流量计与灌注泵之间的管线上固定有压力计。为了自动记录压力补偿装置内的压力，在手动平板阀与空气包组之间的管线上固 定压力传感器；在质量流量计与灌注泵之间的管线上固定有压力传感器。用于控压钻井的压力补偿装置固定在橇装底座上。整个用于控压钻井的压力补偿装置设计有两条保护通道一条经三缸柱塞回压 泵、气动平板阀形成回压泵自循环通道，主要用于三缸柱塞回压泵的稳压作用；另一条经三 缸柱塞回压泵、安全溢流阀形成回压泵溢流安全通道，当三缸柱塞回压泵的泵速和压力大 到某一值时，溢流阀开启泄压，保护回压通道。回压补偿直流通道和回压保护通道可以针对 不同钻井工况可以进行切换。并且设计有灌注泵作为辅助供液装置，在三缸柱塞回压泵流 量不足情况下使用，确保回压泵的恒流控制；空气包组作为压力缓冲装置，确保回压泵的稳 压输出。在用于控压钻井的压力补偿装置上设计有两处固定压力传感器或压力计，能方便 的测量泥浆泵出入口压力，确保回压泵的稳定的压力输入和输出。一个质量流量计，能够精 确计量钻井液入口流量，并录井测量流量以及控压钻井的出口流量相比，可方便的测量排 量变化、判断井下溢流和漏失。采用的各部件在市场有销售。用于控压钻井的压力补偿装置采用橇装结构，各回压通路和保护通道之间则采用 直接、硬管或法兰短节连接。本实用新型的有益效果本实用新型用于控压钻井的压力补偿装置的优点是1、设计有一条回压补偿直流通道和两条保护通道，各节流通道之间切换方便，适 于不同钻井工况时的转换；2、设计有上水灌注泵和过滤器组，能在小排量作业时保证回压泵的恒流输入控 制；3、设计有空气包组，作为压力缓冲装置，能有效存储和稳定脉动压力，保证回压泵 的稳压输出；4、回压泵的入口端设计有流量计，能够精确计量钻井进口流量，和录井测量流量 以及出口流量相比，可方便的测量排量变化、判断井下是否存在微量的溢流和漏失；5、具备有由现场总线FF、HMI、Model组成的远程控制系统，自动化程度高，提高了 作业安全系数和控制精度。
图1是本实用新型用于控压钻井的压力补偿装置结构示意图。[0020]图中，1.出液管线，2.手动平板阀，3.压力传感器和压力计，4.空气包组，5.三缸 柱塞回压泵，6.气控平板阀，7.安全溢流阀，8.质量流量计，9.灌注泵，10.球阀，11.过滤 器，12.进液管线。
具体实施方式
实施例1 以一个用于控压钻井的压力补偿装置为例，对本实用新型作进一步详 细说明。用于控压钻井的压力补偿装置固定在一个橇装底座上，搬家、移动或安装方便。参阅图1。本实用新型用于控压钻井的压力补偿装置，主要由三缸柱塞回压泵5、 手动平板阀2、气控平板阀6、安全溢流阀7、压力计3、空气包组4、质量流量计8、灌注泵9、 球阀10、过滤器11和管线构成。进液管线12分别连接有两路过滤管线，每路过滤管线上通过管线连接有一个过 滤器11，在过滤器11的进出口两端管线上分别连接有一个球阀10。两路过滤管线会合到 一起后连接在灌注泵9的入口上。灌注泵9的出口有管线连接一个质量流量计8，质量流量 计8的出口通过管线连接三缸柱塞回压泵5的入口，三缸柱塞回压泵5的出口管线上连接 有空气包组4和一个手动平板阀2，手动 平板阀2的另一端连接出液管线1。在三缸柱塞回 压泵5的进出口管线上与三缸柱塞回压泵5分别并联有一个气控平板阀6和一个安全溢流 阀7。在手动平板阀2与空气包组4之间的管线上固定有一个压力计3 ；在质量流量计8 与灌注泵9之间的管线上固定有一个压力计3。用于控压钻井的压力补偿装置各管线之间采用直接、硬管或法兰短节连接。
权利要求一种用于控压钻井的压力补偿装置，主要由三缸柱塞回压泵(5)、手动平板阀(2)、气控平板阀(6)、安全溢流阀(7)、空气包组(4)、质量流量计(8)、灌注泵(9)、球阀(10)、过滤器(11)和管线构成，其特征在于进液管线(12)分别连接有两路过滤管线，每路过滤管线上通过管线连接有过滤器(11)，在过滤器(11)的进出口两端管线上分别连接有球阀(10)，两路过滤管线分别连接灌注泵(9)的入口，灌注泵(9)的出口有管线连接质量流量计(8)的入口，质量流量计(8)的出口通过管线连接三缸柱塞回压泵(5)的入口，三缸柱塞回压泵(5)的出口管线上连接有空气包组(4)和手动平板阀(2)，手动平板阀(2)的另一端连接出液管线(1)，在三缸柱塞回压泵(5)的进出口管线上与三缸柱塞回压泵(5)分别并联有气控平板阀(6)和安全溢流阀(7)。
2.根据权利要求1所述的用于控压钻井的压力补偿装置，其特征是在手动平板阀(2) 与空气包组(4)之间的管线上固定有压力计(3)；在质量流量计(8)与灌注泵(9)之间的 管线上固定有压力计(3)。
3.根据权利要求1所述的用于控压钻井的压力补偿装置，其特征是在手动平板阀(2) 与空气包组(4)之间的管线上固定压力传感器；在质量流量计(8)与灌注泵(9)之间的管 线上固定有压力传感器。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于控压钻井的压力补偿装置，其特征是固定在橇 装底座上。
专利摘要用于控压钻井的压力补偿装置，应用于钻井过程中控制钻井的压力补偿。进液管线分别连接有两路过滤管线，每路过滤管线上通过管线连接有过滤器，在过滤器的进出口两端管线上分别连接有球阀。两路过滤管线分别连接灌注泵的入口，灌注泵的出口连接质量流量计的入口，质量流量计的出口连接三缸柱塞回压泵的入口，三缸柱塞回压泵的出口连接有空气包组和手动平板阀，手动平板阀的另一端连接出液管线。在三缸柱塞回压泵的进出口管线上与三缸柱塞回压泵分别并联有气控平板阀和安全溢流阀。效果是能够改善回压控制不同区间压力响应不均衡的问题，能减小钻进、起下钻和接单根各切换过程压力脉动过大的影响，提高压力控制精度和效果。
文档编号E21B21/08GK201568042SQ200920277598
公开日2010年9月1日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者刘伟, 周泊奇, 周英操, 方世良, 蒋宏伟, 赵庆, 连志龙, 郭庆丰 申请人:中国石油天然气集团公司;中国石油集团钻井工程技术研究院