一种井底举升助排反循环钻井井控系统的制作方法

本发明涉及油气钻井、钻探工程，更具体地说涉及一种井底举升助排反循环钻井井控系统，可用于双层管反循环钻井时关井，控制进、出的流量，调整环空重浆高度，从而达到关闭流道，调控井底压力，提高返排能力的效果。

背景技术：

1、反循环钻井技术在勘探取样、油气和矿产开采、水文钻井、工程施工等领域具有重要应用价值。经过多年的现场试验和工程应用，反循环钻井技术表现出减少岩屑重复破碎、保持井筒清洁、保护井壁和储层、提高钻进效率、实现漏失地层钻进、节约钻井液用量、降低钻井成本等优点，具有较好的发展前景。目前已形成了泵吸反循环钻井技术、气举反循环钻井技术和全井反循环钻井技术。

2、双层管反循环钻井技术采用双层管（双壁钻杆或双层连续管），高压钻井液由钻井泵通过高压管汇注入双层管内外管环空，再依次通过举升泵、井下工具管串、钻头、井底，再从井底通过举升泵、双层管内管返回至井口。井下举升泵可以降低井底压力，抵消反循环钻井从内管上返增加的磨阻。通过控制钻井液排量和井口回压，可以有效的调控井底压力。反循环钻井技术与常规钻井技术在系统组成和工艺方案等上存在较大差异，导致现有常规钻井井控工艺方案及设备无法直接应用，不能有效实施油气井压力控制，难以应对井下复杂情况。

3、为了提高双层管反循环钻井技术的井控能力，有必要设计一种针对双壁钻杆井底举升助排反循环钻井的井控系统，以对双层管内管水眼、双层管内外管环空、井眼环空三个通道进行压力调控和开关，以应对井下复杂情况。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明公开了一种井底举升助排反循环钻井井控系统。本发明通过平板阀组的开关可在正循环、反循环钻井工艺之间切换。本发明井下举升助排机构解决泥浆反循环过程中井下泥浆举升动力不足问题，实现对工具下部钻井液抽吸，同时对上部钻井液向上推送，从而促使内管上返的建立，填补泥浆反循环技术没有井下动力工具的空白。本发明通过改变排量和调节节流阀开度，配合井下举升助排机构，可控制进、出的流量，调整环空重浆高度，达到调控井底压力的目的。本发明通过关闭钻杆旋塞阀、环形单向阀、单向止回阀实现井眼环空、钻具外管环空以及钻具内管水眼同时关闭。本发明根据不同井下复杂情况，如井漏、溢流等，采取相应的措施，调控井底压力，使其恢复正常钻进。

2、为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

3、一种井底举升助排反循环钻井井控系统，包括：

4、用于控制钻井液泵入和返出的循环泥浆控制系统；

5、用于平衡井底压力、并进行压井作业的大环空补液系统；

6、与所述循环泥浆控制系统和大环空补液系统连接的控制终端，所述控制终端通过控制循环泥浆控制系统和大环空补液系统运行，进行正循环钻井工况、反循环钻井工况、溢流处理工况、关井处理工况、井漏处理工况。

7、优选的，所述循环泥浆控制系统包括依次通过管路连接的钻杆旋塞阀、一号平板阀、钻井液返出压力表、钻井液返出流量计、钻井液返出节流阀、钻井液固控装置、泥浆池、钻井泵、钻井液泵入流量计、钻井液泵入压力表、四号平板阀，所述钻杆旋塞阀和四号平板阀连接的管路均连通至双层管顶端的顶驱适配器内。

8、优选的，所述钻杆旋塞阀后端的管路与钻井液泵入压力表后端的管路间设置有第一管路，所述第一管路上设置有二号平板阀；所述一号平板阀后端的管路与四号平板阀后端的管路上设置有第二管路，所述第二管路上设置有三号平板阀。

9、优选的，所述双层管下部插入至套管内，双层管内设置有井下举升助排机构、单向止回阀以及连通套管的环形单向阀，所述套管顶端设置有地面防喷器组。

10、优选的，所述大环空补液系统包括依次通过管路连接的补液系统压力表、五号平板阀、一号单向阀、补液系统一号流量计、补液泵、补液罐、补液系统节流阀、二号单向阀、补液系统二号流量计，所述补液系统压力表连接的管路连接至套管内，所述补液系统二号流量计连接的管路连接至五号平板阀和一号单向阀之间的管路。

11、优选的，所述控制终端实时获取钻井液泵入流量计、钻井液泵入压力表、钻井液返出流量计、钻井液返出压力表、补液系统压力表、补液系统一号流量计和补液系统二号流量计的数据。

12、优选的，所述控制终端经过钻井液泵入流量及返出流量的对比分析，判断井下工况：

13、当泵入钻井液流量等于泵出钻井液流量时，属于正常钻井工况；

14、当泵入钻井液流量小于泵出钻井液流量时，井下出现溢流工况，需进行井底降压调控或采取压井、关井措施；

15、当泵入钻井液流量大于泵出钻井液流量时，井下出现井漏工况，需进行井底升压调控。

16、优选的，所述控制终端根据井下工况控制钻井液返出节流阀、补液系统节流阀的开度，控制钻井泵、补液泵、一号平板阀、二号平板阀、三号平板阀、四号平板阀、五号平板阀的开启和关闭。

17、1、正循环钻井工况

18、优选的，所述正循环钻井工况包括以下步骤：

19、步骤s11、关闭二号平板阀和三号平板阀；

20、步骤s12、打开一号平板阀和四号平板阀；

21、步骤s13、打开钻井泵；

22、步骤s14、开始正循环钻井。

23、2、反循环钻井工况

24、优选的，所述反循环钻井工况包括以下步骤：

25、步骤s21、关闭一号平板阀和四号平板阀；

26、步骤s22、打开二号平板阀和三号平板阀；

27、步骤s23、打开钻井泵；

28、步骤s24、开始反循环钻井。

29、3、溢流处理工况

30、优选的，所述溢流处理工况包括：溢流量较小时，通过升高井底压力进行调节；溢流量较大时，通过压井进行调节。

31、优选的，所述溢流量较小时，通过升高井底压力进行调节，包括以下步骤：

32、步骤s31、减小钻井液返出节流阀开度；

33、步骤s32、关闭一号平板阀和四号平板阀；

34、步骤s33、打开二号平板阀和三号平板阀；

35、步骤s34、打开钻井泵；

36、步骤s35、向钻具外管环空中注入高密度钻井液；

37、步骤s36、溢流量为0时，停止动作，实现井控。

38、优选的，当环空钻井液依然不能平衡地层压力时，还包括：

39、步骤s38、打开五号平板阀；

40、步骤s39、打开补液泵；

41、步骤s40、井眼环空注入高密度泥浆，增加环空重浆液柱高度，进一步提高井底压力。

42、优选的，所述溢流量较大时，通过压井进行调节，包括：低压低渗地层一次压井方法、低压低渗地层分步压井方法、高压高渗地层压井方法调节。

43、优选的，所述低压低渗地层一次压井方法包括以下步骤：

44、步骤s41、关闭二号平板阀，关闭四号平板阀；

45、步骤s42、打开一号平板阀，打开三号平板阀，打开中钻井泵；

46、步骤s43、打开五号平板阀；

47、步骤s44、向内管水眼和钻具环空同时注入压井液，上顶环空重浆至节流管汇放喷；

48、步骤s45、溢流量为0时，停止动作，实现井控。

49、优选的，所述低压低渗地层分步压井方法包括以下步骤：

50、第一步，先压井眼环空：

51、步骤s51、打开五号平板阀；

52、步骤s52、关闭一号平板阀和四号平板阀；

53、步骤s53、打开二号平板阀和三号平板阀；

54、步骤s54、打开钻井泵；

55、步骤s55、当套压降为0时，关闭五号平板阀，至此完成井眼环空部分的压井；

56、第二步，压内管水眼：

57、步骤s61、关闭二号平板阀和三号平板阀；

58、步骤s62、打开一号平板阀和四号平板阀；

59、步骤s63、关闭五号平板阀；

60、步骤s64、打开钻井泵；

61、步骤s65、直到内管水眼关井压力降为0，至此完成全部压井过程。

62、优选的，所述高压高渗地层压井方法包括以下步骤：

63、步骤s71、关闭二号平板阀，关闭四号平板阀；

64、步骤s72、打开一号平板阀，打开三号平板阀，打开钻井泵；

65、步骤s73、打开五号平板阀；

66、步骤s74、打开补液泵；

67、步骤s75、三个通道同时注入压井液，全部泥浆压入地层。

68、4、关井处理工况

69、优选的，所述关井处理工况包括以下步骤：

70、步骤s81、手动关闭钻杆旋塞阀，关闭钻具内管井眼；

71、步骤s82、泥浆驱动井底环形单向阀和单向止回阀关闭，关闭钻具外管环空；

72、步骤s83、关闭五号平板阀；

73、步骤s84、关闭地面防喷器组。

74、5、井漏处理工况

75、优选的，所述井漏处理工况包括以下步骤：

76、当漏失量较小时，通过降低井底压力进行调节：

77、步骤s91、关闭一号平板阀和四号平板阀；

78、步骤s92、打开二号平板阀和三号平板阀；

79、步骤s93、打开钻井泵；

80、步骤s94、增大排量，泥浆驱动井下举升助排机构工作；

81、步骤s95、漏失量为0时，停止动作，实现井控。

82、本发明的有益效果：

83、本发明提供的井底举升助排反循环钻井井控系统中，钻井液循环系统具有多个旁通管线，可以实现正反循环钻井，通过监测钻井液泵入通道、钻井液返出通道和套管环空的流量和压力，实现早期溢流监测，提高井控能力。

84、本发明提供的井底举升助排反循环钻井井控系统中，大环空补液系统可以根据井底压力向环空自动补充和返出钻井液，当井底压力较小时，向环空内补充钻井液；当井底压力较大时，环空返出钻井液。

85、本发明提供的井底举升助排反循环钻井井控系统，结构较为简单，能够应对反循环钻井中井漏、溢流等井下复杂情况。