一种高安全性高压小体积全液压控压钻井系统的制作方法

本发明属于钻完井工程领域，具体涉及一种高安全性高压小体积全液压控压钻井系统。

背景技术：

1、控压钻井系统是控压钻井技术的载体，其可“看着井底压力”进行环空压力控制，从而有效解决窄密度窗口造成的井涌、井漏、卡钻、井壁失稳等复杂事故。

2、国外在2007年开始工业化应用，目前已成为许多国内外油田勘探、开发必备技术。国内从2009年以来引进了哈利伯顿公司的mpd系统，并在塔里木油田完成控压钻井20余井次，根据现场应用情况来看，控压钻井技术确实能够有效预防和控制溢流、井漏等复杂工况，降低非生产时间、缩短生产周期；能够有效保护油气层、提高水平段延伸能力。我国从2008年开始自主研发，并生产出了一系列相关产品，如中石油集团公司、格瑞迪斯的精细控压钻井系统等。但目前国产化控压钻井系统存在体积庞大、节流阀易堵、管汇及控制台设计布局不便于实际现场操作、未设置有泥浆溢流出口、未考虑防堵等缺点，安全性低、风险高。如专利cn202110607477一种高压节流管汇全自动控制系统中所有阀门全部采用电动控制，同时，该系统将通讯转接箱、电源转接箱、远程控制箱和远程操作台集成在了管汇台上，实现了节流管汇的集成化设计和自动化控制，但该系统未考虑防堵、溢流、冲蚀、放散、旋转头润滑等功能，易造成管汇堵塞、系统憋压、冲蚀严重等问题，安全性和模块化大大折扣，如果现场断电，又需同时操作几个阀门控制管汇压力时，将存在极大的安全隐患；专利cn202010740159一种高压自动节流管汇及其控制方法中，阀门采用气动和手动阀门组合的方式，通过控制各个平板阀的通断状态即可改变流体经过节流阀的数量，可使得高压自动节流管汇能够形成节流等级不同的单级节流通道和双级节流通道，实现管汇之间各通道的相互贯通或切断，从而实现不同压力级别的自动控制。但该系统平板阀采用气动控制的方式，稳定性及可靠性不及液压系统，如受温度影响较大，从而影响控制精度，其次未将控制模块和气动系统集成在管汇台上，仅依靠机房控制室操控，安全性大大降低，且无法形成集成式的控压钻井系统，未考虑防堵、溢流、冲蚀、放散、旋转头润滑等功能，易造成管汇堵塞、系统憋压、冲蚀严重等问题，安全性和模块化大大折扣；专利cn200910207405多级精细节流管汇中利用多个平板阀和节流阀并联，通过自动控制系统开启或关闭不同平板阀和节流阀实现调节井口回压的目的，但该系统未将控制模块和气动系统集成在管汇台上，仅依靠机房控制室操控，安全性大大降低，且无法形成集成式的控压钻井系统，未考虑防堵、溢流、冲蚀、放散、旋转头润滑等功能，易造成管汇堵塞、系统憋压、冲蚀严重等问题，安全性和模块化大大折扣；专利 cn201621147717一种液/手两动高压节流管汇，设计有两只液动节流阀和一只手动节流阀，主要以两只液动节流阀为主，一只手动节流阀为辅控制管汇压力，从而提高系统安全性，此外系统中大多数阀门采用手动控制，且未将液控模块集成在管汇上，自动化和集成化程度较低；专利 cn201420608996远程自动控制液驱防喷节流管汇和专利cn201621147717类似，通过机房控制室对管汇台节流阀进行控制，其余手动阀均需到现场控制，不能自动切换通道，自动化和集成化程度较低；专利cn202020555502 一种控压钻井用自动节流管汇设备中多数为手动阀门，且未考虑防堵、溢流、冲蚀、放散、旋转头润滑等功能，易造成管汇堵塞、系统憋压、冲蚀严重等问题，安全性和模块化大大折扣。

3、综上所述，现有的控压钻井系统，基本可以分为两大类，第一类集成了控制系统控压钻井系统，将操作台放置于管汇撬装上，以电动执行机构或气动执行机构驱动阀门启闭，从而达到控压效果，但如遇紧急断电或温差较大将会使电动和气动执行机构的可靠性和稳定性大打折扣，此外，这类系统基本都未考虑防堵、憋压、冲蚀、易燃气体放散、旋转头润滑等，极易造成堵塞和零件被冲蚀破坏等问题，安全性较低，功能较单一；另一类管汇系统未集成控制系统，仅为单独的撬装，需要配备独立的控制系统和操作台，属于机械式或半自动式的节流管汇，自动化和集成化程度低，生产效率低。

技术实现思路

1、基于上述背景技术存在的问题，本发明提出了一种高安全性高压小体积全液压控压钻井系统，以解决现有技术中控压钻井系统安全性低、控压范围窄、占用体积较大、功能单一、可靠稳定性差的问题。

2、本发明的实施例是这样实现的：

3、本发明实施例提供了一种高安全性高压小体积全液压控压钻井系统，其包括节流管汇、液压系统、旋转头冷却系统和电液控制系统；

4、所述节流管汇包括用于与井队管汇连通的主放喷通道，所述主放喷通道上并联有用于控制主放喷通道压力的第一节流通道和第二节流通道，主放喷通道上还并联有计量通道；

5、主放喷通道上依次连接有超声波探测仪、岩石破碎机、1号手液两用平板阀和第一防堵接头，主放喷通道的尾端用于与振动筛和泥浆罐连通；

6、所述第一防堵接头上设置有用于监测主放喷通道压力的第一电子压力表和第一机械压力表；

7、所述第一节流通道和第二节流通道分别设置于主放喷通道的两侧，第一节流通道和第二节流通道的两端分别通过六方七通和六方五通与主放喷通道并联；所述液压系统用于控制节流管汇中各个阀门的通断；所述旋转头冷却系统包括用于冷却旋转头的水冷站；所述电液控制系统用于整个控制全液压控压钻井系统中的用电元件。

8、本发明的基本原理为：本发明中的一种高安全性高压小体积全液压控压钻井系统，在系统不需要控压时，泥浆从主放喷通道流出，第一、第二节流通道和计量通道关闭；通过在主放喷通道上设置有超声波探测仪，超声波探测仪实时探测泥浆中石块大小，当泥浆中石块超过系统设定的限值时，启动岩石破碎机，破碎岩石，以免主放喷通道发生堵塞；若超声波探测仪失效，通过了较大石块致使第一节流通道或第二节流通道堵塞，第一节流通道或第二节流通道将系统内压力引出至泥浆罐，从而泄放系统压力，降低安全风险；第一节流通道和第二节流通道的设置，可实现不同级别的多级压力控制，满足整个控压钻井系统低压到高压的控井需求，同时由于有多个通道分流，可以减少泥浆杂质对节流阀的冲蚀，例如，当系统控制压力较低时，选择开启第一节流通道或第二节流通道工作进行控压；系统控制压力较高时，同时开启第一节流通道和第二节流通道还可以有效减小泥浆流速，从而避免第一节流通道和第二节流通道中的节流阀被冲蚀破坏；

9、液压系统、旋转头冷却系统和电液控制系统均匀分布在节流管汇的空余处，可提高撬装空间利用率，缩小控压钻井系统的体积。

10、作为上述实施例的可选方案，所述六方七通和六方五通之间依次设置有所述第一防堵接头和2号手液两用平板阀；六方七通左侧设置有所述超声波探测仪、岩石破碎机、1号手液两用平板阀；

11、六方七通右侧依次设置有3号手液两用平板阀、第一四方三通、气液分离器、第二四方三通；

12、所述计量通道的两端分别与所述六方五通的顶部和所述第一四方三通的顶部连通；

13、所述气液分离器上连接有点火装置和放散管，所述点火装置与气液分离器之间设置有气体探测仪；气液分离器将泥浆中的气体分离出去，通过气相通道和放散管进行放散，当气体探测仪检测到可燃气体浓度大于系统限值时，电液控制系统触发点火装置的执行开关，点火装置立即点燃可燃气体，避免可燃气体集聚，降低燃爆风险。

14、第二四方三通的剩余两个端口分别用于与振动筛和泥浆罐连通，用于将节流管汇中的泥浆和泥浆中的石块排出至系统外部。

15、作为上述实施例的可选方案，所述第一节流通道的两端与所述六方七通和六方五通的顶部左侧端口连通；

16、第一节流通道与所述主放喷通道连通的两端分别设置有4号手液两用平板阀和5号手液两用平板阀；

17、所述4号手液两用平板阀和5号手液两用平板阀之间并联有1号手液两用节流阀和2号手液两用节流阀；所述1号手液两用节流阀和2号手液两用节流阀的两端分别通过第三四方三通和第七四方三通与第一节流通道并联；所述4号手液两用平板阀和第三四方三通之间设置有第一溢流阀。第一溢流阀的设置，用于控制第一节流通道内的压力，当第一节流通道内的压力大于第一溢流阀的预设阈值时，第一溢流阀将开启，并将系统内压力引出至泥浆罐，从而泄放系统压力，降低安全风险；而在第一节流通道中设置有1号手液两用节流阀和2号手液两用节流阀，不仅便于电液控制系统的自动化控制，同时减少了节流阀阀芯的冲蚀磨损，提高了高安全性高压小体积全液压控压钻井系统的使用寿命和工作稳定性。

18、作为上述实施例的可选方案，所述第二节流通道的两端与所述六方七通和六方五通的底部左侧端口连通；

19、第二节流通道与所述主放喷通道连通的两端分别设置有6号手液两用平板阀和7号手液两用平板阀；

20、所述6号手液两用平板阀和7号手液两用平板阀之间并联有3号手液两用节流阀和4号手液两用节流阀；所述3号手液两用节流阀和4号手液两用节流阀的两端分别通过第四四方三通和第五四方三通与第二节流通道并联；所述6号手液两用平板阀和第四四方三通之间设置有第二溢流阀。

21、第二节流通道的工作原理与第一节流通道的工作原理相同，在此不过多赘述。

22、作为上述实施例的可选方案，计量通道包括主管道，所述主管道的两端分别与所述六方五通顶部端口和所述第一四方三通顶部端口连通；主管道上依次设置有1号手液两用球阀、第八四方三通、2号手液两用球阀和第六四方三通；

23、主管道上并联有第一支管，所述第一支管的两端分别与所述第八四方三通和第六四方三通的顶部端口连接；

24、第一支管的两侧拐角处分别设置有第一四方二通和第二四方二通；所述第一四方二通和第二四方二通之间设置有第二防堵接头，所述第二防堵接头上设置有第二电子压力表和第二机械压力表；

25、所述第一四方二通和第八四方三通之间设置有质量流量计；所述第二四方二通与第六四方三通之间设置有3号手液两用球阀。

26、节流管汇中的多个手液两用平板阀、手液两用节流阀和手液两用球阀均由液压执行机构控制阀门启闭或开度，其中液压执行机构由齿轮减速机构、开度显示机构和液压马达组成。

27、作为上述实施例的可选方案，一种高安全性高压小体积全液压控压钻井系统还包括操控柜，所述操控柜内设置有多个连接各个阀门液压执行机构的液压油路和液压马达的阀座；

28、所述液压系统包括液压站，所述液压站通过液压管与多个阀座的出液压油路和回液压油路连通。

29、作为上述实施例的可选方案，所述液压站的一侧设置有用于向旋转头输送冷却液的水冷站。具体地，水冷战站上方设置有用于冷却旋转头的多卷柔性液压管；水冷站集成安装有水箱、电机、阀体、电磁开关阀、柔性液压管、出液口、冷却风扇，其中，电磁开关阀的控制线缆接入弱电箱，由操控柜控制。

30、作为上述实施例的可选方案，电液控制系统宝库设置于操控柜内的防爆弱电箱和防爆强电箱；防爆强电箱内安装有用于与井场强电性连接的防爆插座；防爆弱电箱安装有相互电性连接的开关电源、单片机、数据接收模块、数据处理模块、执行模块和多条信号电缆，开关电源与防爆插座电性连接，开关电源与防爆插座之间设置有空开断路器，空开断路器设置于防爆强电箱内。

31、多条信号电缆分别与超声波探测仪、岩石破碎机、第一电子压力表、第二电子压力表、气体探测仪和点火装置电性连接。

32、操控柜上还集成有11组并列安装于阀座上带应急手柄的三位四通电磁换向阀、4组并列安装于阀座上带应急手柄的电磁比例换向阀、触摸显示屏、总控按钮、指示灯、警报器、2组压力表、电压表和电流表；触摸显示屏可以实时显示控压钻井系统的工作状态和操作阀门启闭或开度，11组电磁阀进出油口连接节流管汇中的多个平板阀或球阀液压执行机构的液动马达，4 组比例阀进出油口连接节流管汇中的节流阀中液压执行机构的液动马达；总控按钮用以紧急状态的启闭；指示灯用以显示系统是否正常工作；报警器在系统异常时发出警报；2组压力表分别显示高压端和低压端电子压力表传回的压力值；电流表和电压表用以显示电路中的电流电压值。

33、作为上述实施例的可选方案，所述六方七通底部左侧端口连接有8号手液两用平板阀，8号手液两用平板阀平时处于常闭状态，当井内压力不足时，正前方的通道可以通过油壬与回压泵相连，开启8号手液两用平板阀，即可向井内环空补足压力。

34、作为上述实施例的可选方案所述第一溢流阀和第二溢流阀的溢流端口均通过管道与泥浆罐连通，当第一节流通道和第二节流通道上的节流阀因泥浆中过大的石块被堵塞时，系统安全压力时，第一溢流阀和第二溢流阀将压力泄放至泥浆罐，确保系统安全。

35、本发明的有益效果是：

36、(1)本发明设计有超声波探测仪、岩石破碎机、溢流阀、防堵接头、气体探测仪、点火装置、放散管、警报器等多种安全附属设施，极大的提高了控压钻井系统的安全性。

37、(2)本发明设计了四组手液两用节流阀，通过串并联开启或关闭其中一组或几组手液两用节流阀，实现低压到高压的控井需求，同时减少节流阀冲蚀磨损。

38、(3)本发明将旋转头冷却和润滑功能分别集成在了冷却系统和液压系统，并将旋转头冷却、液压和电气控制系统均匀的分布在管汇撬装的空余处，大大提高撬装空间利用率和系统多功能性的同时，缩小了控压钻井系统的体积，节约了生产和运输成本。

39、(4)本发明所有执行机构均采用液压马达驱动控制，且备有蓄能器和气动泵，可在紧急状态下进行应急处置，提高了系统的可靠稳定性。