专利名称：煤层气水平分支井分流自动控制系统及工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及煤层气水平分支井开采及其自动化技术领域，特别是一种用于降低煤层气水平分支井井筒内压力波动的煤层气水平分支井分流自动控制系统及工艺。
背景技术：
煤层气作为一种优质高效清洁能源，其开发利用前景广阔，制约煤层气大规模开发利用的主要原因是煤层气井单井产量低、成本高，利用水平分支井进行煤层气开发是解决这一问题的重要技术手段，它能在较低成本基础上获得高产量，达到工业开发的要求。但是采用水平井钻煤层也对钻井工程技术提出了更高的挑战，其中最迫切需要解决的两个问题是煤层气水平分支井井壁稳定及井漏。由于煤岩割理、裂隙发育，岩石脆度大、强度低，使得煤层在斜井段或水平井段井壁极不稳定，容易垮塌，而煤层气水平井钻井过程中的压力 扰动又使得煤层井壁垮塌问题进一步加剧。I、现有的煤层气水平分支井钻井工艺包括接单根、起钻、下钻过程，不仅会引起井筒内较大的压力波动，使煤层长期处于加载-卸载-加载的循环应力状态，导致煤岩发生疲劳破坏，而且这些过程需要频繁的开关泵，开泵瞬间的水击压力也会加剧煤层的垮塌。2、在煤层气水平分支井注气欠平衡钻井的接单根过程中，需要关闭泥浆泵并停止向井筒内注气，接单根结束后，再打开泥浆泵，同时恢复注气，这一过程导致气液两相混合不均匀，使得井筒内出现压力波动；
3、在常规的煤层气水平分支井钻井工艺中，为了提高大斜度井段钻井液的携岩效率，使岩屑顺利通过大斜度井段，常加大钻井液排量，但在高排量作用下，钻井液会对井壁形成较大冲蚀，造成井壁垮塌，掩埋钻具等井下事故。因此井壁稳定问题既是煤层气水平井或多分支井钻井的主要风险之一，也是亟待攻克的主要技术瓶颈。在传统的煤层气水平分支井钻井工艺中，通常采用延长开关泵时间的方式减小由于开关泵产生的水击压力；通过合理控制起下钻速度，减小起钻时井筒内产生的抽吸压力，下钻时产生的激动压力，最终达到减小井筒内压力波动的目的。这种传统的工艺方法，虽然能够在一定的程度上减小井筒内压力波动情况，但在实践中仍然无法保持井壁稳定。因此控制煤层气钻井过程中压力在较小范围波动将有助于解决煤层气井壁失稳问题。申请号为201010246028. 5的中国专利，对现有钻井工艺进行了改进，即在煤层气水平分支井注气欠平衡的接单根工艺过程中，使钻井液从直井泵入水平分支井筒内，无需停止泥浆泵。这样虽然能够及时携岩，保证井筒内清洁，但是无法有效减小井筒内的压力波动，以及钻井液对井壁的冲蚀作用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，充分利用排采直井，提供一种煤层气水平分支井分流自动控制系统及工艺，能有效地解决现有煤层气水平分支井钻井中出现的井下压力波动大，携岩效率低，冲蚀井壁的技术问题，避免发生井眼垮塌甚至井漏等井下事故。本发明的目的通过以下技术方案来实现
煤层气水平分支井分流自动控制系统，包含所述水平分支井的主井眼还包括用于排采的直井，水平分支井主井眼井口装置设有旋转控制头和全封闸板防喷器，直井还连接有泥浆泵、泥浆池和空压机，所述的煤层气水平分支井分流自动控制系统包括地面管汇结构与自动控制系统。所述的地面管汇结构包括第一泥浆输入管线、第二泥浆输入管线、泥浆返出管线、辅助泥浆返出管线和注气管线，第一泥浆输入管线从泥浆泵连接至煤层气水平分支井主井目艮，其上装有流量计和平板阀d ;第二泥浆输入管线从泥浆泵连接至注气管线，管线上装有 平板阀C和分流阀；泥浆返出管线从旋转控制头下的四通接出连接至泥浆池，从旋转控制头下的四通至泥浆池的方向上依次装有平板阀a、压力传感器、节流阀、振动筛、平板阀g和气液分离器；辅助泥浆返出管线从井口四通接出与管线相连接，其上装有平板阀b ;注气管线从空压机连接至直井井口，其沿从空压机至直井井口的方向上依次装有平板阀f、增压机、平板阀e、混气装置和压力表。所述的控制系统包括现场传感器、数据采集板卡、现场总线、工业控制计算机、主服务器、可编程逻辑控制器PLC和电动执行机构，现场传感器与数据采集板卡连接，数据采集板卡通过现场总线与工业控制计算机输入端连接，主服务器与工业控制计算机的输入端相连，工业控制计算机的输出端与可编程逻辑控制器PLC的输入端连接，可编程逻辑控制器PLC的输出端连接电动执行机构，电动执行机构与节流阀、分流阀和平板阀连接，主服务器还连接有录井数据系统和水平分支井随钻监测系统。所述的现场传感器包括节流阀开度传感器、平板阀开关量传感器、流量传感器、泵冲传感器、位移传感器、井下压力传感器、分流阀开度传感器和节流阀前压力传感器，所述的现场总线连接有中继器。所述的主服务器与录井数据系统、水平分支井随钻监测系统和工业控制计算机形成三个局域网，各局域网间使用防火墙进行隔离，使用交换机进行通信。煤层气水平分支井井筒压力波动分流自动控制系统的钻井工艺，包括进行清水钻井的步骤或进行充气欠平衡钻井的步骤。所述的进行清水钻井步骤包括以下子步骤
Al、在正常钻进的过程中，打开平板阀a、平板阀C、平板阀d，全开分流阀和节流阀，打开泥浆泵循环至钻进排量，根据设定的主井眼排量，调节分流阀，开始钻进。A2、接单根时，停止转盘，活动钻杆，全开分流阀，关闭平板阀d，起钻到接单根位置缓慢卸掉钻杆内压力和立管压力，准备接单根关闭方钻杆旋塞，泄压完毕连接钻杆和方钻杆确保立管泄压管汇上的所有阀门关闭，打开平板阀d，根据设定的主井眼排量，调节分流阀开度，打开方钻杆旋塞，转动钻杆，恢复钻进。A3、起钻时，停止转盘，活动钻杆，全开分流阀，关闭平板阀d，使钻井液全部从直井进入水平分支井井筒内，卸掉方钻杆；按照设计速度起钻，由于在起钻过程中会产生抽吸压力，因此，根据井下压力传感器读数，实时调节节流阀，使地面为井筒内提供一个压力值，确保井筒内压力稳定；钻杆全部起完后，打开平板阀b，关闭平板阀a ;钻头起到全封闸板防喷器以上时，关闭全封闸板防喷器，移开旋转控制头总成，重新组合钻具。
A4、下钻时，在地面组合钻具，关闭泥浆泵，关闭平板阀b，打开平板阀a，打开全封闸板防喷器；下入钻具组合，安装旋转控制头总成；根据设计速度下钻，下钻到底后，连接方钻杆，上下活动钻杆；打开泥浆泵，打开平板阀d ;根据设定的主井眼排量，调节分流阀；打开方钻杆旋塞，开始转动钻杆，恢复钻进。所述的进行充气欠平衡钻井的步骤包括以下子步骤
BI、当确认两井连通后，打开平板阀a，平板阀C，平板阀d，全开分流阀，节流阀。启动空压机，开始注气，吹干井筒后，开泥浆泵进行循环，根据设定的主井眼排量，调节分流阀，待立压、注入压力和扭矩稳定，返出正常后，即可钻进。B2、接单根时，钻完一根钻杆后，停转盘，活动钻杆；全开分流阀，关闭平板阀d，同时根据井下压力传感器读数，调节节流阀，确保井筒内压力稳定；起钻到接单根位置，缓慢 卸掉钻杆内压力和立管压力，准备接单根；关闭方钻杆旋塞，泄压完毕；连接钻杆和方钻杆，确保立管泄压管汇上的所有阀门关闭；打开平板阀d，根据设定的主井眼排量，调节分流阀开度；打开方钻杆旋塞，转动钻杆，恢复钻进。B3、起钻时，停止注气，停转盘，活动钻杆，全开分流阀，关闭平板阀d;卸掉方钻杆，按照设计速度起钻，由于在起钻过程中会产生抽吸压力，因此，根据井下压力传感器读数，实时调节节流阀，确保井筒内压力稳定；钻杆全部起完后，打开平板阀b，关闭平板阀a ;钻头起到全封闸板防喷器以上时，关闭全封闸板防喷器，移开旋转控制头总成；重新组合钻具。B4、下钻时，应当组合钻具，关闭泥浆泵，关闭平板阀b，打开平板阀a，打开全封闸板防喷器；下入钻具组合，安装旋转控制头总成；根据设计速度下钻，下钻到一定的位置时，恢复注气，连接方钻杆，上下活动钻杆；打开泥浆泵，打开平板阀d ;根据设定的主井眼排量，调节分流阀，恢复钻进。上述工艺过程，完全由本发明中的自动控制系统实现。该自动控制系统包括数据采集部分与控制部分，所述的数据采集部分包括流量传感器、泵冲传感器、位移传感器、压力传感器、井下压力传感器，数据采集板卡。通过传感器采集到的数据均为4-20mA的标准电信号，再将采集到的数据通过数据采集板卡进行放大、滤波、数模，模数转换通过现场总线传入工业控制计算机中。在工业控制计算机中，采用组态软件编制完整的监控界面，结合现场采集的数据以及根据水力学软件进行计算的结果，通过监控软件对下位机PLC发出控制指令，PLC接到控制指令后，控制现场设备，如平板阀，调节阀完成相应的动作，实现工艺要求。本发明具有以下优点
I、通过采用本发明的分流自动控制技术，在接单根、起下钻工艺过程中，不需要关闭泥浆泵，可消除由于开关泵造成的井筒内压力波动；此外，安装在井筒内的有线压力传感器能够实时监测井筒内压力波动情况，控制系统根据采集到的压力值，自动调节节流阀开度，为井筒内及时提供一个回压值，因此能够在钻进时减小煤层气水平分支井井筒内压力波动。2、在煤层气水平分支井充气欠平衡钻井的接单根过程中，不需要关闭泥浆泵与空压机，使钻井液保持连续循环，空压机连续注气，因此能够克服由于停泵造成的注气不均，从而降低由于注气不均引起的井筒内压力波动。3、在钻进的过程中，本发明的自动分流作用使部分钻井液从直井泵入煤层气水平分支井井筒内，因此既能够有效防止钻井液在大排量作用下冲蚀煤层井壁，又能确保钻井液在大斜度井段的携岩效率。
图I为本发明设计的新型地面管汇结构示意图
图2为本发明在水平分支井与直井连通后正常钻进示意图 图3为本发明在水平分支井与直井连通后接单根时示意图 图4为本发明在水平分支井与直井连通后起下钻时示意图 图5为本发明中自动控制系统示意图 图6为本发明中监测软件架构图 图7为本发明中数据采集与自动控制现场连接示意图
图中，I-泥浆泵，2-流量计，3-节流阀，4-振动筛，5-泥浆池，6-全封闸板防喷器，7-水平分支井，8-井下压力传感器，9-压力传感器，10-旋转控制头，11-平板阀a，12-平板阀b，13-平板阀C，14-平板阀d，15-增压机，16-空压机，17-混气装置，18-压力表，19-平板阀e, 20-平板阀f，21-分流阀，22-平板阀g，23-气液分离器，24-直井，25-数据采集板卡，26-现场总线，27-工业控制计算机，28-主服务器，29-可编程逻辑控制器PLC，A-第一泥浆输入管线，B-第二泥浆输入管线，C-泥浆返出管线，D-辅助泥浆返出管线，E-注气管线。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的描述
如图I所示，煤层气水平分支井分流自动控制系统，包含所述水平分支井7的煤层气井还包括直井24，直井24的上部设有旋转控制头10和全封闸板防喷器6，煤层气井还连接有泥浆泵I、泥浆池5和空压机16，所述的煤层气水平分支井分流自动控制系统包括地面管汇结构与自动控制系统。所述的地面管汇结构包括第一泥浆输入管线A、第二泥浆输入管线B、泥浆返出管线C、辅助泥浆返出管线D和注气管线E，第一泥浆输入管线A从泥浆泵I连接至煤层气水平分支井7主井眼，其上装有流量计2和平板阀dl4 ;第二泥浆输入管线B从泥浆泵I连接至注气管线E，管线上装有平板阀cl3和分流阀21 ;泥浆返出管线C从旋转控制头10下的四通接出连接至泥浆池5，其沿从旋转控制头10下的四通至泥浆池5的方向上依次装有平板阀all、压力传感器9、节流阀3、振动筛4、平板阀g22和气液分离器23 ;辅助泥浆返出管线D从井口四通接出与管线相连接，其上装有平板阀bl2 ;注气管线EE从空压机16连接至直井24井口，其沿从空压机16至直井24井口的方向上依次装有平板阀f 20、增压机15、平板阀el9、混气装置17和压力表18。所述的控制系统包括现场传感器、数据采集板卡25、现场总线26、工业控制计算机27、主服务器28、可编程逻辑控制器PLC29和电动执行机构，现场传感器与数据采集板卡25连接，数据采集板卡25通过现场总线26与工业控制计算机27输入端连接，主服务器28与工业控制计算机27的输入端相连，工业控制计算机27的输出端与可编程逻辑控制器PLC29的输入端连接，可编程逻辑控制器PLC29的输出端连接电动执行机构，电动执行机构与节流阀3、分流阀21和平板阀连接，主服务器28还连接有录井数据系统和水平分支井7随钻监测系统。所述的现场传感器包括节流阀3开度传感器、平板阀开关量传感器、流量传感器、泵冲传感器、位移传感器、井下压力传感器10、分流阀21开度传感器和节流阀3前压力传感器9，所述的现场总线26连接有中继器。所述的主服务器28与录井数据系统、水平分支井7随钻监测系统和工业控制计算机27形成三个局域网，各局域网间使用防火墙进行隔离，使用交换机进行通信。如图5所示，该控制系统分为三层控制，现场仪表监测一中间控制器一上位机监控。现场传感器将所采集的数据，如节流阀3开度、平板阀开关量、流量、井筒压力、分流阀21开度、节流阀3前压力，通过数据采集板卡25进行滤波，A/D、D/A转换后，经过现场总线26传入上位机中，上位机接收现场采集数据后，结合从主服务器28调用的录井数据，与水平分支井7随钻测井数据，通过水力学软件进行计算，根据计算结果，向可编程逻辑控制器 PLC29发出控制指令，PLC则控制节流阀3、分流阀21、平板阀完成相关动作。其中，传感器、数据采集模块、控制器、现场总线26、工业控制计算机27均为优选设备。根据图I所示的地面管汇结构图，本发明改进了现有煤层气水平分支井7的钻井工艺技术，如图2、图3、图4中所示。煤层气水平分支井分流自动控制系统的钻井工艺，其包括进行清水钻井的步骤或进行充气欠平衡钻井的步骤。所述的进行清水钻井的步骤包括以下子步骤
Al、当水平分支井7与直井24连通后，在正常钻进的过程中，打开平板阀all、平板阀cl3、平板阀dl4，全开分流阀21和节流阀3，打开泥浆泵I循环至钻进排量，根据设定的主井眼排量，调节分流阀21，开始钻进；如图2所示为水平分支井7与直井24连通后正常钻进的不意图。A2、接单根时，起钻时，停转盘，活动钻杆，全开分流阀21，关闭平板阀dl4，起钻到接单根位置缓慢卸掉钻杆内压力和立管压力，准备接单根关闭方钻杆旋塞，泄压完毕连接钻杆和方钻杆确保立管泄压管汇上的所有阀门关闭，打开平板阀dl4，根据设定的主井眼排量，调节分流阀21开度，打开方钻杆旋塞，开始转动钻杆，恢复钻进；如图3所示为在水平分支井7与直井24连通后接单根时示意图。A3、起钻时，停转盘，活动钻杆，全开分流阀21，关闭平板阀dl4，使钻井液全部从直井24进入水平分支井7井筒内；卸掉方钻杆按照设计速度起钻，同时根据井下压力传感器10读数，实时调节节流阀3，使地面为井底提供一个压力值，确保井筒内压力稳定；钻杆全部起完后，打开平板阀bl2，关闭平板阀all ;钻头起到全封闸板防喷器6以上时，关闭全封闸板防喷器6，移开旋转控制头10总成，重新组合钻具；如图4所示为在水平分支井7与直井24连通后起下钻不意图。A4、下钻过程中，应当组合钻具，关闭泥浆，关闭平板阀bl2，打开平板阀all，打开全封闸板防喷器6 ;下入钻具组合，安装旋转控制头10总成；根据设计速度下钻，减小激动压力，下钻到底后，连接方钻杆，上下活动钻杆；打开泥浆泵1，打开平板阀dl4 ;根据设定的主井眼排量，调节分流阀21，恢复钻进。所述的进行煤层气水平分支井充气欠平衡钻井的步骤包括以下子步骤
BI、当确认两井连通后，打开平板阀all，平板阀cl3，平板阀dl4，全开分流阀21，节流阀3。启动空压机16，开始注气，吹干井筒后，开泥浆泵I进行循环，根据设定的主井眼排量，调节分流阀21，全开节流阀3，待立压、注入压力和扭矩稳定，返出正常后，即可钻进；如图2所示为水平分支井7与直井24连通后正常钻进的示意图。B2、接单根时，停转盘，活动钻杆；全开分流阀21，关闭平板阀，同时根据井下压力传感器10读数，调节节流阀3，确保井筒内压力稳定；起钻到接单根位置，缓慢卸掉钻杆内压力和立管压力，准备接单根关闭方钻杆旋塞，泄压完毕；连接钻杆和方钻杆确保立管泄压管汇上的所有阀门关闭；打开平板阀，根据设定的主井眼排量，调节分流阀21开度；打开方钻杆旋塞，开始转动钻杆，恢复钻进；如图3所示为在水平分支井7与直井24连通后接单根时示意图。B3、起钻时，停止注气，停转盘，活动钻杆，全开分流阀21，关闭平板阀dl4，卸掉方钻杆；按照设计速度起钻，同时根据井下压力传感器10读数，实时调节节流阀3，确保井筒内压力稳定；钻杆全部起完后，打开平板阀bl2，关闭平板阀all ;钻头起到全封闸板防喷器6以上时，关闭全封闸板防喷器6，移开旋转控制头10总成，重新组合钻具；如图4所示为在 水平分支井7与直井24连通后起下钻示意图。B4、下钻时，应当组合钻具，关闭泥浆，关闭平板阀bl2，打开平板阀all，打开全封闸板防喷器6 ;下入钻具组合，安装旋转控制头10总成；根据设计速度下钻，减小激动压力，下钻到一定的位置时，恢复注气，连接方钻杆，上下活动钻杆；打开泥浆泵1，打开平板阀dl4 ;根据设定的主井眼排量，调节分流阀21，恢复钻进。上述工艺过程完全由本发明中的自动控制系统实现。该自动控制系统包括数据采集部分与控制部分，所述的数据采集部分包括流量传感器、泵冲传感器、位移传感器、压力传感器9、井下压力传感器10，数据采集板卡25。通过传感器采集到的数据均为4-20mA的标准电信号，再将采集到的数据通过数据采集板卡25进行放大、滤波、数模、模数转换通过现场总线26传入工业控制计算机27中。在工业控制计算机27中，采用组态软件编制完整的监控界面，结合现场采集的数据以及根据水力学软件进行计算的结果，通过监控软件对下位机PLC发出控制指令，PLC接到控制指令后，控制现场设备，如平板阀，调节阀完成相应的动作，实现工艺要求。如图6所示为计算机中监控软件能够实现的功能模块，该监控软件能够实现数据采集与存储功能，对现场数据进行实时监测，并能及时根据采集数据绘制出实时曲线图，一旦出现异常情况，则能够自动报警，并通过调用历史数据，分析事故原因。如图7所示为数据采集与控制系统现场连接示意图。现场各类传感器通过电缆将采集到的数据通过数据采集模块，经过RS485总线以及中继器传入上位机中，上位机同时调用主服务器28中的录井数据与水平分支井7随钻测井数据，并采用水力计算软件进行水力计算，根据计算结果，上位机向下位机PLC中发出控制指令，PLC接到指令后，通过阀门上的电动执行机构，对平板阀、调节阀进行控制，直到达到工艺要求后，停止动作。
权利要求
1.煤层气水平分支井分流自动控制系统，包含所述水平分支井(7)的煤层气井还包括水平分支井主井眼(24)，水平分支井主井眼(24)的上部设有旋转控制头(10)和全封闸板防喷器(6)，煤层气井还连接有泥浆泵(I)、泥浆池(5)和空压机(16)，其特征在于所述的煤层气水平分支井井筒压力波动分流自动控制系统包括地面管汇结构与自动控制系统， 所述的地面管汇结构包括第一泥浆输入管线(A)、第二泥浆输入管线(B)、泥浆返出管线(C)、辅助泥浆返出管线(D)和注气管线(E)，第一泥浆输入管线(A)从泥浆泵(I)连接至煤层气水平分支井(7)主井眼，其上装有流量计(2)和平板阀d (14);第二泥浆输入管线(B)从泥浆泵(I)连接至注气管线(E)，管线上装有平板阀c (13)和分流阀(21);泥浆返出管线(C)从旋转控制头(10)下的四通接出连接至泥浆池(5)，其沿从旋转控制头(10)下的四通至泥浆池(5)的方向上依次装有平板阀a (11)、压力传感器(9)、节流阀(3)、振动筛(4)、平板阀g (22)和气液分离器(23);辅助泥浆返出管线(D)从井口四通接出与管线相连接，其上装有平板阀b (12);注气管线(E)E从空压机(16)连接至直井(24)井口，其沿从空压机(16)至直井(24)井口的方向上依次装有平板阀f (20)、增压机(15)、平板阀e (19)、混气装置(17)和压力表(18)； 所述的控制系统包括现场传感器、数据采集板卡(25)、现场总线(26)、工业控制计算机(27 )、主服务器(28 )、可编程逻辑控制器PLC (29 )和电动执行机构，现场传感器与数据采集板卡(25 )连接，数据采集板卡(25 )通过现场总线(26 )与工业控制计算机(27 )输入端连接，主服务器(28)与工业控制计算机(27)的输入端相连，工业控制计算机(27)的输出端与可编程逻辑控制器PLC (29)的输入端连接，可编程逻辑控制器PLC (29)的输出端连接电动执行机构，电动执行机构与节流阀(3)、分流阀(21)和平板阀连接，主服务器(28)还连接有录井数据系统和水平分支井(7)随钻监测系统。
2.根据权利要求I所述的煤层气水平分支井分流自动控制系统，其特征在于所述的现场传感器包括节流阀(3)开度传感器、平板阀开关量传感器、流量传感器、泵冲传感器、位移传感器、井下压力传感器(10)、分流阀(21)开度传感器和节流阀(3)前压力传感器(9)。
3.根据权利要求I所述的煤层气水平分支井分流自动控制系统，其特征在于所述的现场总线(26)连接有中继器。
4.根据权利要求I所述的煤层气水平分支井分流自动控制系统，其特征在于所述的主服务器(28 )与录井数据系统、水平分支井(7 )随钻监测系统和工业控制计算机(27 )形成三个局域网，各局域网间使用防火墙进行隔离，使用交换机进行通信。
5.如权利要求I所述的煤层气水平分支井分流自动控制系统的钻井工艺，其特征在于其包括进行清水钻井的步骤或进行充气欠平衡钻井的步骤。
6.如权利要求5所述的煤层气水平分支井分流自动控制系统的钻井工艺，其特征在于所述的进行清水钻井的步骤包括以下子步骤 Al、在正常钻进的过程中，打开平板阀a (11)、平板阀c (13)、平板阀d (14)，全开分流阀(21)和节流阀(3)，打开泥浆泵(I)循环至钻进排量，根据设定的主井眼排量，调节分流阀(21),开始钻进； A2、接单根时，停止转盘，全开分流阀(21)，关闭平板阀d (14)，起钻到接单根位置，缓慢卸掉钻杆内压力和立管压力，准备接单根；连接钻杆和方钻杆，打开平板阀d (14)，根据设定的主井眼排量，调节分流阀(21)开度，恢复钻进；A3、起钻时，停止转盘，活动钻杆，全开分流阀(21)，关闭平板阀d (14)，使钻井液全部从直井(24 )进入水平分支井(7 )井筒内；按照设计速度起钻，根据井下压力传感器(10 )读数，实时调节节流阀(3)，使地面为井筒提供一个压力值，确保起钻时井筒内压力稳定；钻杆全部起完后，打开平板阀b (12)，关闭平板阀a (11);钻头起到全封闸板防喷器(6)以上时，关闭全封闸板防喷器(6)，移开旋转控制头(10)总成，重新组合钻具； A4、下钻时，组合钻具，关闭泥浆泵(1)，关闭平板阀b (12)，打开平板阀a (11)，打开全封闸板防喷器(6);下入钻具组合，安装旋转控制头(10)总成；根据设计速度下钻，下钻到底后，连接方钻杆，上下活动钻杆；打开泥浆泵(1)，打开平板阀d (14);根据设定的主井眼排量，调节分流阀(21);恢复钻进。
7.如权利要求5所述的煤层气水平分支井分流自动控制系统的钻井工艺，其特征在于所述的进行充气欠平衡钻井的步骤包括以下子步骤 BI、当确认两井连通后，打开平板阀a (11)，平板阀c (13)，平板阀d (14)，全开分流阀(21)，节流阀(3);启动空压机(16)，开始注气，吹干井筒后，开泥浆泵(I)进行循环，根据设定的主井眼排量，调节分流阀(21)，全开节流阀(3)，待立压、注入压力和扭矩稳定，返出正常后，即可钻进； B2、接单根时，停转盘，活动钻杆；全开分流阀(21)，关闭平板阀d (14)，同时根据井下压力传感器(10)读数，调节节流阀(3)，确保井筒内压力稳定；起钻到接单根位置，缓慢卸掉钻杆内压力和立管压力，准备接单根；连接钻杆和方钻杆，打开平板阀d (14)，根据设定的主井眼排量，调节分流阀(21)开度，恢复钻进； B3、起钻时，停止注气，停转盘，活动钻杆，全开分流阀(21)，关闭平板阀d (14);卸掉方钻杆，按照设计速度起钻，根据井下压力传感器(10)读数，实时调节节流阀(3)，确保井筒内压力稳定；钻杆全部起完后，打开平板阀b (12)，关闭平板阀a (11);钻头起到全封闸板防喷器(6)以上时，关闭全封闸板防喷器(6)，移开旋转控制头(10)总成；重新组合钻具；B4、下钻时，组合钻具，关闭泥浆泵(1)，关闭平板阀b (12)，打开平板阀a (11)，打开全封闸板防喷器(6);下入钻具组合，安装旋转控制头(10)总成；根据设计速度下钻，下钻到一定的位置时，恢复注气，连接方钻杆，上下活动钻杆；打开泥浆泵(1)，打开平板阀d (14)；根据设定的主井眼排量，调节分流阀(21);恢复钻进。 全文摘要
本发明公开了煤层气水平分支井分流自动控制系统，包括地面管汇结构与自动控制系统，地面管汇结构包括第一泥浆输入管线(A)、第二泥浆输入管线(B)、泥浆返出管线(C)、辅助泥浆返出管线(D)和注气管线(E)，控制系统包括现场传感器、现场总线(26)、工业控制计算机(27)、可编程逻辑控制器PLC(29)和电动执行机构；还公开了该系统的钻井工艺。本发明的有益效果是本发明能够消除由于开关泵造成的井筒内压力波动，还能自动调节节流阀开度，确保井筒内压力保持稳定；又能在煤层气水平分支井充气欠平衡的过程中，确保气液两相均匀混合，同时，在确保大斜度井段钻井液携岩效率的前提下，避免大排量钻井液对井壁造成冲蚀。
文档编号E21B21/08GK102704908SQ20121014693
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者何小东, 吴昊, 尹虎, 李黔, 杨先伦, 肖劲超 申请人:西南石油大学