气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置和方法
【专利摘要】本发明提供了一种气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置和方法，该气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置包括欠平衡钻井系统(101)与节流管汇(102)；欠平衡钻井系统(101)含有在第一管线(20)上依次串联的第一压力传感器(4)、第一手动平板阀(6)、液动节流阀(5)、质量流量计(14)，欠平衡钻井系统(101)还含有控制中心(13)和信号收发台(3)。采用该气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置进行出口气液两相流分段实时测量，并基于流量变化进行井口压力调整，能够有效解决窄密度窗口、喷漏同存等井下复杂问题。
【专利说明】
气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置和方法
技术领域
[0001]本涉及石油、天然气钻井流量实时监测及压力自动控制技术领域，具体的是一种气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，还是一种气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法。
【背景技术】
[0002]随着石油勘探向深层、复杂地层发展，窄密度窗口、喷漏同存等井下复杂已日趋成为当今主要钻井难题。欠平衡钻井技术是解决上述问题的一把利器，但基于欠平衡钻进技术的气液两相流流量实时分段监测、井口压力的自动实时调整是目前面临的主要难题。
【发明内容】
[0003]为了解决现有的欠平衡钻进技术中无法实现井口压力自动实时调整的问题，本发明提供了一种气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置和控制方法，采用该气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置进行出口气液两相流分段实时测量，并基于流量变化进行井口压力调整，能够有效解决窄密度窗口、喷漏同存等井下复杂问题。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，包括欠平衡钻井系统与节流管汇；
[0005]欠平衡钻井系统含有在第一管线上依次串联的第一压力传感器、第一手动平板阀、液动节流阀、质量流量计，欠平衡钻井系统还含有控制中心和信号收发台，第一压力传感器、液动节流阀和质量流量计均与信号收发台连接，信号收发台与控制中心连接;控制中心与钻井井口上的立管压力传感器连接，控制中心还与钻井井口外的气体流量计连接；
[0006]节流管汇含有多条管路，第一管线通过连接管线与节流管汇的入口管线连接，连接管线的入口端位于第一压力传感器和第一手动平板阀之间，连接管线上设有阀门。
[0007]第一管线的入口端与井口防喷器组的旋转控制头液动阀连接，第一管线的出口端与液气分离器的入口端连接，节流管汇的入口管线的入口端与井口防喷器组的液动平板阀连接，节流管汇的第一管路的出口端也与液气分离器的入口端连接，气体流量计与液气分离器的气体出口连接。
[0008]在第一管线上，第一压力传感器和液动节流阀之间设置有第一手动平板阀，液动节流阀和质量流量计之间设置有第一球阀，质量流量计和第一管线的出口端之间依次设置有第二球阀和第二压力传感器。
[0009]第二压力传感器和第一管线的出口端之间设置有第二手动平板阀，第一球阀、质量流量计和第二球阀并联有第三手动平板阀。
[0010]节流管汇还含有第二管路、第三管路和四通，入口管线通过四通与并联的第一管路、第二管路和第三管路连接。
[0011]—种气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法，所述气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法采用了上述的气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，所述气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法包括以下步骤:
[0012]步骤1、控制中心实时监测立管压力传感器、第一压力传感器、质量流量计和气体流量计发出的信号数据，阀门处于常闭状态；
[0013]步骤2、控制中心将该信号数据一一对应的生成数据值和时间关系的变化曲线，根据该变化曲线判断钻井作业所处的不同期间，根据该钻井作业所处的具体期间控制中心通过信号收发台控制液动节流阀的开度。
[0014]在步骤2中，当每条该变化曲线的数值均在正常钻进值范围内时，钻井作业处于正常钻进期间，通过控制液动节流阀的开度使井口压力在正常的范围内。
[0015]在步骤2中，当与立管压力传感器相对应的该变化曲线的数值降低，且与质量流量计相对应的该变化曲线的数值保持不变时，钻井作业处于气侵期间，在该气侵期间包括以下步骤:
[0016]步骤2.1a、控制中心计算出目标立压值、目标流量值、允许的压差波动范围值；
[0017]步骤2.SajP1-PstXP2,控制中心发出增加液动节流阀开度的指令；当Psp-POP2时，控制中心发出减小液动节流阀开度指令；
[0018]P1S目标立压值，单位为MPa;P2为允许压差波动范围值，单位为MPa;Psp为立管压力，单位为MPa ；
[0019]步骤2.3a、经过一段迟到时间后，当QOQ时，控制中心发出增加液动节流阀开度的指令;当Qi〈Q时，控制中心发出减小液动节流阀开度指令；
[0020]Q1S目标流量值，单位为kg/s ； Q为实际流量值，单位为kg/s。
[0021]在步骤2中，当与立管压力传感器相对应的该变化曲线的数值降低，且与质量流量计相对应的该变化曲线出现方波时，钻井作业处于油水侵期间，在该油水侵期间包括以下步骤:
[0022]步骤2.1b、控制中心计算出目标立压值、油水侵期间的目标流量值、允许的允许流量波动范围差值；
[0023]步骤2.2b、当Q1 — 0〈02时，控制中心发出增加液动节流阀开度的指令；当Q1 — Q>Q2时，控制中心发出减小液动节流阀开度指令；
[0024]Q1S目标流量值，单位为kg/s ； Q2为允许流量波动范围差值，单位为kg/s ； Q为实际流量值，单位为kg/s ；
[0025]步骤2.3b、经过一段迟到时间后，当PKPs时，控制中心发出增加液动节流阀开度的指令;当Pi>Psp时，控制中心发出减小液动节流阀开度指令；
[0026]P1S目标立压值，单位为MPa;P2为允许压差波动范围值，单位为MPa;Psp为立管压力。
[0027]当与质量流量计相对应的该变化曲线的数值持续上涨时，钻井作业处于大排量期间，在该大排量期间包括以下步骤:
[0028]步骤2.1b、控制中心计算出大排量期间的目标流量值；
[0029]步骤2.2b、当Q3 — Q〈Q2时，开启节流管汇前阀门；当Q3 — Q>Q2，开启节流管汇前阀门，关闭第一手动平板阀；
[°03°] Q2为允许流量波动范围差值，单位为kg/s ； Q为实际流量值，单位为kg/s ； Q3为大排量期间的目标流量值，单位为kg/s。
[0031]本发明的有益效果是:
[0032]1、该气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置能够进行出口气液两相流分段实时测量，并基于流量变化判断溢流类型及发出早期预警，避免复杂工况的产生；
[0033]2、采用高精度质量流量计可实时监测出口流量变化，采用气体流量计可独立测量井筒出气量及出气速率，基于分段的流量数据可水力模拟计算环空静液柱压力变化，调整校正井口压力；
[0034]3、该气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置仅使用一个液动节流阀，可实现正常钻进、不同类型的溢流处理、大排量变化等不同钻井工况的需求，简化欠平衡钻井装置及结构，使设备成本大幅降低；
[0035]4、将节流管汇作为第二出口，既充分利用了钻井队资源，又保证了大排量变化下第一第二通道可同时开启适应流量变化，同时避免频繁开关防喷器进行节流循环排气等作业，降低非生产时间，简化控压钻井装置，降低井控风险。
[0036]5、采用水力学计算软件及逻辑判断系统，根据工况需要设定目标压力值及流量值，压力自动追踪，流量实时监测，自适应井队各种工艺、工况。
【附图说明】
[0037]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0038]图1是气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置的使用状态示意图。
[0039]图2是欠平衡钻井系统和节流管汇的示意图。
[0040]图3是方波曲线的示意图。
[0041 ] 图中附图标记:
[0042]101、欠平衡钻井系统；102、节流管汇；103、井口防喷器组；
[0043]1、立管压力传感器;2、旋转控制头液动阀；3、信号收发台；4、第一压力传感器;5、液动节流阀；6、第一手动平板阀；7、阀门；8、第三手动平板阀；9、第一球阀；1、第二球阀；
11、第二压力传感器；12、第二手动平板阀；13、控制中心；14、质量流量计；15、液气分离器；16、气体流量计；17、液动平板阀；18、信号线；19、四通;20、第一管线;21、第一管路;22、第二管路;23、第三管路;24、连接管线；25、节流管汇的入口管线;Wl、钻井四通;W2、双闸板防喷器;W3、单闸板防喷器;W4、环形防喷器;W5、旋转控制头。
【具体实施方式】
[0044]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0045]—种气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，包括欠平衡钻井系统101与节流管汇102;欠平衡钻井系统101含有在第一管线20上依次串联的第一压力传感器4、第一手动平板阀6、液动节流阀5、质量流量计14，欠平衡钻井系统101还含有控制中心13和信号收发台3，第一压力传感器4、液动节流阀5和质量流量计14均与信号收发台3连接，信号收发台3与控制中心13连接;控制中心13与钻井井口上的立管压力传感器I连接，控制中心13还与钻井井口外的气体流量计16连接;节流管汇102含有多条管路，第一管线20通过连接管线24与节流管汇的入口管线25连接，连接管线24的入口端位于第一压力传感器4和第一手动平板阀6之间，连接管线24上设有阀门7，如图1和图2所示。
[0046]控制中心13中含有数据采集单元、水力模拟计算单元、逻辑判断单元和控制单元，数据采集单元、水力模拟计算单元和逻辑判断单元均与控制单元连接。控制中心13的数据采集单元能够接受信号收发台3、立管压力传感器I和气体流量计16发出的测量数据信号。信号收发台3能够接收第一压力传感器4和质量流量计14发出的测量数据信号，信号收发台3还能够向液动节流阀5发出开度大小控制信号从而控制液动节流阀5的开度。高精度的质量流量计14进行液体流量实时测量，气体流量计16进行返出气体流量测量，以高精度质量流量计14集数据作为控制中心13控制井口压力依据，以气体流量测量数据作为控制中心13校正溢流类型及井口压力依据。该气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置的控制中心13通过质量流量计14及气体流量计16分段实时测量钻进过程中出口流量及出气量，配合立压(由立管压力传感器I测量得到)、套压数据(由第一压力传感器4测量得到)，通过水力学计算软件及逻辑判断，分析井底工况，提前预警溢流并在井口进行压力调整，实现良好的井筒压力控制，从而有效解决窄密度窗口、喷漏同存等井下复杂问题。
[0047]在本实施例中，第一管线20的入口端与井口防喷器组103的旋转控制头液动阀2连接，第一管线20的出口端与液气分离器15的入口端连接，节流管汇的入口管线25的入口端与井口防喷器组103的液动平板阀17连接，节流管汇102的第一管路21的出口端也与液气分离器15的入口端连接，气体流量计16与液气分离器15的气体出口连接。该气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置基于高精度的质量流量计14及气体流量计16分段实时测量出口流体流量，配合压力参数变化，可实时模拟判断井下溢流类型，提前发出预警。在图1中，井口防喷器组103中含有钻井四通W1、双闸板防喷器W2、单闸板防喷器W3、环形防喷器W4、旋转控制头W5，旋转控制头液动阀2与旋转控制头W5连接，液动平板阀17与钻井四通Wl连接。
[0048]在本实施例中，在第一管线20上，第一压力传感器4和液动节流阀5之间设置有第一手动平板阀6，液动节流阀5和质量流量计14之间设置有第一球阀9，质量流量计14和第一管线20的出口端之间依次设置有第二球阀10和第二压力传感器11。第二压力传感器11和第一管线20的出口端之间设置有第二手动平板阀12，第一球阀9、质量流量计14和第二球阀10并联有第三手动平板阀8。节流管汇102还含有第二管路22、第三管路23和四通19，入口管线25通过四通19与并联的第一管路21、第二管路22和第三管路23连接，如图1所示，优选阀门7为手动平板阀。
[0049]欠平衡钻井系统101与节流管汇102同时接在RCD出口的旋转控制头液动阀2上，欠平衡钻井系统101统作为第一出口、节流管汇102作为第二出口，开启第一手动平板阀6采用欠平衡钻井系统，开启阀门7转入节流管汇102。第一出口与第二出口前安装第一压力传感器4用于井口压力测量，高精度的质量流量计14后安装第二压力传感器11测量节流后的压力以保护质量流量计14及液气分离器15，流量计下方安装第一球阀9及第二球阀10可保证质量流量计14故障期间隔离维修。正常钻进期间，质量流量计14下方的第三手动平板阀8处于常闭状态，质量流量计14维修期间，第三手动平板阀8打开。控制中心13通过逻辑判断单元及水力模拟计算单元计算出目标压力值及流量值，从而调节液动节流阀5的开度以调整井口压力。具体的，控制中心13根据水力模拟分析的溢流类型，配合逻辑判断单元，选择目标立压恒定钻井模式、目标流量恒定钻井模式、大流量变化钻井模式等。即根据水力模拟分析设定的允许压差波动范围值P2、允许流量波动差值Q2、可自动调节液动节流阀5的开度，从而调整井口压力。
[0050]下面介绍使用该气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置调整井口压力的方法，即一种气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法，所述气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法包括以下步骤:
[0051 ]步骤1、控制中心13实时采集监测立管压力传感器1、第一压力传感器4、质量流量计14和气体流量计16发出的信号数据，阀门7处于常闭状态；
[0052]步骤2、控制中心13将该信号数据一一对应的生成数据值和时间关系的变化曲线(如包括立压与时间关系的变化曲线、套压与时间关系的变化曲线、出口总流量与时间关系的变化曲线和排气量与时间关系的变化曲线，在上述四条变化曲线中时间均为横坐标)，根据该变化曲线判断钻井作业所处的不同期间，根据该钻井作业所处的具体期间控制中心13通过信号收发台3控制液动节流阀5的开度，如图1所示。
[0053]一般，欠平衡钻井可能出现四个不同的期间，分别为正常钻进期间、气侵期间、油水侵期间和大排量期间，四个不同的期间为不分先后为并列关系。
[0054]在步骤2中，当控制中心13检测到每条该变化曲线的数值(纵坐标)均在正常钻进值范围内时，则钻井作业处于正常钻进期间，通过控制液动节流阀5的开度使井口压力在正常的范围内。即正常钻进期间(井下并无异常工况时)，钻井液经旋转控制头液动阀2返出，连接至节流管汇102的阀门7处于常闭状态，钻井液进入欠平衡钻井系统101，依次经第一压力传感器4、第一手动平板阀6、液动节流阀5、第一球阀9、质量流量计14、第二球阀10、第二压力传感器11及第二手动平板阀12后进入液气分离器15，钻井液返回振动筛，地层返出气体经过气体流量计16后点火。各压力及流量传输至液控台3后统一传输至控制中心13。根据U型管原理，在正常钻进时存在以下关系:Psp+PZj-Pzf = PwBP+PHj-PHf，其中:Psp为立管压力，单位为MPa ； Pzj为钻柱内静液柱压力，单位为MPa ； Pzf为钻柱内摩阻，单位为MPa ； PHj为环空静液柱压力，单位为MPa ；Pwbp为井口回压，单位为MPa ；PHf为环空摩阻，单位为MPa。根据该原理，正常作业期间，欠平衡钻井系统101的控制中心13根据立压、套压及出口流量的实时监测及水力学模拟，得出该工况下相关参数，通过计算后，判断井下工况，并发出指令至液控台3。通过调节液动自动节流阀5对井口施加回压，维持井底环空压力在允许范围内钻进。
[0055]或者，在步骤2中，当控制中心13检测到与立管压力传感器I相对应的该变化曲线的数值降低，且与质量流量计14相对应的该变化曲线的数值保持不变时，则钻井作业处于气侵期间，在该气侵期间包括以下步骤:
[0056]步骤2.1a、控制中心13计算出目标立压值、目标流量值、允许的压差波动范围值；
[0057]步骤2.SajP1-PstXP2,控制中心13发出增加液动节流阀5开度的指令；当Psp-P1>p2时，控制中心13发出减小液动节流阀5开度指令;其中，P1为目标立压值，单位为MPa; P2为允许压差波动范围值，单位为MPa; Psp为立管压力，单位为MPa;
[0058]步骤2.3a、经过一段迟到时间(如3至20秒，如5秒、1秒、15秒)后，当Qi>Q时，控制中心13发出增加液动节流阀5开度的指令；当QKQ时，控制中心13发出减小液动节流阀5开度指令;其中，Qi为目标流量值，单位为kg/s ；Q为实际流量值，单位为kg/s。然后可以返回至步骤I继续进行实时监测。
[0059]即在气侵期间(刚出现地层气进入井筒，压力在可控范围内)，阀门7处于关闭状态，钻井液流经欠平衡钻井系统101。控制中心13采集及监测立管压力传感器I及质量流量计14的测量数据并生成该变化曲线，逻辑判断单元通过分析立压降低，出口流量Q不变判断为气侵。水力模拟计算单元出目标立压值SP1、目标流量值Q:、允许压差波动范围值P2，当P1-PsP<P2，控制中心13发出增加液动节流阀5开度指令(根据水力学软件中排量与节流阀开度及井口压力变化的模拟曲线，计算此时节流阀目标开度，同时通过水力学软件进行数据修正，将开度数据发送至液控台，然后调节节流阀开度以减小井口压力KiPsp-POP2时，控制中心13发出减小液动节流阀5开度指令以增加井口压力。经一个迟到时间后，若QOQ时，气体流量计16曲线上涨，即气体运移至井口，执行P1-PstXP2步骤;QKQ时，执行Psp-POP2步骤。
[0060]或者，在步骤2中，当控制中心13检测到与立管压力传感器I相对应的该变化曲线的数值降低，且与质量流量计14相对应的该变化曲线出现方波(如图3所示)时，钻井作业处于油水侵期间，在该油水侵期间包括以下步骤:
[0061]步骤2.1b、控制中心13计算出目标立压值、油水侵期间的目标流量值、允许的允许流量波动范围差值；
[0062]步骤2.2b、当& — Q〈Q2时，控制中心13发出增加液动节流阀5开度的指令；当Q1 — Q>02时，控制中心13发出减小液动节流阀5开度指令;其中，Q1为目油水侵期间的目标流量值，单位为kg/s ； Q2为允许流量波动范围差值，单位为kg/s ； Q为实际流量值，单位为kg/s ；
[0063]步骤2.3b、经过一段迟到时间(如3至20秒，如5秒、10秒、15秒)后，当PKPs时，控制中心13发出增加液动节流阀5开度的指令;当POPst^，控制中心13发出减小液动节流阀5开度指令;其中，Pi为目标立压值，单位为MPa ； P2为允许压差波动范围值，单位为MPa ； Psp为立管压力。然后可以返回至步骤I继续进行实时监测。
[0064]即在油水侵期间(刚出现油水进入井筒，压力在可控范围内)，节流管汇102前的阀门7处于关闭状态，钻井液流经欠平衡钻井系统101，控制中心13采集及监测立管压力传感器I及质量流量计14的测量数据并生成该变化曲线，逻辑判断单元通过分析立压降低，出口流量曲线出现方波判断为油水侵。水力模拟系统计算出目标立压值SP1、目标流量值Q1、允许流量波动差值Q2,当Q1-QW2时，控制中心13发出增加液动节流阀5开度指令以减小井口压力，当Q1-QXfe时，控制中心13发出减小液动节流阀5开度指令以增加井口压力。经一个迟至IJ时间后(气体流量计16曲线不变)，若PKPst^，执行Q1—Q〈Q2步骤;Pi>Psp0t，执行Qi—Q>Q2步骤。
[0065]或者，在步骤2中，当控制中心13检测到与质量流量计14相对应的该变化曲线的数值持续上涨时，则钻井作业处于大排量期间，在该大排量期间包括以下步骤:
[0066]步骤2.1b、控制中心13计算出大排量期间的目标流量值；
[0067]步骤2.2b、当Q3 — Q〈Q2时，开启节流管汇102前阀门7 ;当Q3 — Q>Q2，开启节流管汇102前阀门7，关闭第一手动平板阀6;其中，Q2为允许流量波动范围差值，单位为kg/s;Q为实际流量值，单位为kg/s ； Q3为大排量期间的目标流量值，单位为kg/s。
[0068]即在大排量期间，控制中心13监测到出口流量曲线持续上涨，水力模拟计算单元单元计算出目标流量值Q3，当Q3 — 9〈92时，开启节流管汇102前的阀门7，当Q3 — Q>Q2，保持阀门7的打开状态，关闭第一手动平板阀6，进行高压循环节流。
[0069]在本实施例中，立管压力Psp，为钻柱内静液柱压力Pzj，钻柱内摩阻Pzf，环空静液柱压力PHj，井口回压Pwbp，环空摩阻PHf，目标立压值Pl;允许压差波动范围值P2，目标立压值Pl，允许压差波动范围值p2，允许流量波动范围差值Q2,大排量期间的目标流量值Q3等均可以通过经验获得，也可以通过实际应用对其进行修正。
[0070]以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
【主权项】
1.一种气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，其特征在于，所述气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置包括欠平衡钻井系统(101)与节流管汇(102); 欠平衡钻井系统(101)含有在第一管线(20)上依次串联的第一压力传感器(4)、第一手动平板阀(6 )、液动节流阀(5 )、质量流量计(14 )，欠平衡钻井系统(1I)还含有控制中心(13)和信号收发台(3)，第一压力传感器(4)、液动节流阀(5)和质量流量计(14)均与信号收发台(3)连接，信号收发台(3)与控制中心(13)连接;控制中心(13)与钻井井口上的立管压力传感器(I)连接，控制中心(13)还与钻井井口外的气体流量计(16)连接； 节流管汇(102)含有多条管路，第一管线(20)通过连接管线(24)与节流管汇的入口管线(25)连接，连接管线(24)的入口端位于第一压力传感器(4)和第一手动平板阀(6)之间，连接管线(24)上设有阀门(7)。2.根据权利要求1所述的气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，其特征在于，第一管线(20)的入口端与井口防喷器组(103)的旋转控制头液动阀(2)连接，第一管线(20)的出口端与液气分离器(15)的入口端连接，节流管汇的入口管线(25)的入口端与井口防喷器组(103)的液动平板阀(17)连接，节流管汇(102)的第一管路(21)的出口端也与液气分离器(15)的入口端连接，气体流量计(16)与液气分离器(15)的气体出口连接。3.根据权利要求1所述的气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，其特征在于，在第一管线(20)上，第一压力传感器(4)和液动节流阀(5)之间设置有第一手动平板阀(6)，液动节流阀(5)和质量流量计(14)之间设置有第一球阀(9)，质量流量计(14)和第一管线(20)的出口端之间依次设置有第二球阀(10)和第二压力传感器(11)。4.根据权利要求3所述的气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，其特征在于，第二压力传感器(11)和第一管线(20)的出口端之间设置有第二手动平板阀(12)，第一球阀(9)、质量流量计(14)和第二球阀(10)并联有第三手动平板阀(8)。5.根据权利要求1所述的气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，其特征在于，节流管汇(102)还含有第二管路(22)、第三管路(23)和四通(19)，入口管线(25)通过四通(19)与并联的第一管路(21)、第二管路(22)和第三管路(23)连接。6.一种气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法，其特征在于，所述气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法采用了权利要求1?5中任意一项所述的气液两相流流量分段实时监测的欠平衡钻井装置，所述气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法包括以下步骤: 步骤1、控制中心(13)实时监测立管压力传感器(I)、第一压力传感器(4)、质量流量计(14)和气体流量计(16)发出的信号数据，阀门(7)处于常闭状态； 步骤2、控制中心(13)将该信号数据一一对应的生成数据值和时间关系的变化曲线，根据该变化曲线判断钻井作业所处的不同期间，根据该钻井作业所处的具体期间控制中心(13)通过信号收发台(3)控制液动节流阀(5)的开度。7.根据权利要求6所述的气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法，其特征在于，在步骤2中，当每条该变化曲线的数值均在正常钻进值范围内时，钻井作业处于正常钻进期间，通过控制液动节流阀(5)的开度使井口压力在正常的范围内。8.根据权利要求6所述的气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法，其特征在于，在步骤2中，当与立管压力传感器(I)相对应的该变化曲线的数值降低，且与质量流量计(14)相对应的该变化曲线的数值保持不变时，钻井作业处于气侵期间，在该气侵期间包括以下步骤: 步骤2.la、控制中心(13)计算出目标立压值、目标流量值、允许的压差波动范围值； 步骤2.2a、iPi — Psp<P2，控制中心(13)发出增加液动节流阀(5)开度的指令^Psp-POP2Bt，控制中心(13)发出减小液动节流阀(5)开度指令； Pi为目标立压值，单位为MPa ； P2为允许压差波动范围值，单位为MPa ； Psp为立管压力，单位为MPa ； 步骤2.3a、经过一段迟到时间后，当QOQ时，控制中心(13)发出增加液动节流阀(5)开度的指令;当Qi〈Q时，控制中心(13)发出减小液动节流阀(5)开度指令； Qi为目标流量值，单位为kg/s ； Q为实际流量值，单位为kg/s。9.根据权利要求6所述的气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法，其特征在于，在步骤2中，当与立管压力传感器(I)相对应的该变化曲线的数值降低，且与质量流量计(14)相对应的该变化曲线出现方波时，钻井作业处于油水侵期间，在该油水侵期间包括以下步骤: 步骤2.1b、控制中心(13)计算出目标立压值、油水侵期间的目标流量值、允许的允许流量波动范围差值； 步骤2.2b、当Q1—0〈02时，控制中心(13)发出增加液动节流阀(5)开度的指令;当Q1—Q>Q2Bt，控制中心(13)发出减小液动节流阀(5)开度指令； Qi为目标流量值，单位为kg/s ； Q2为允许流量波动范围差值，单位为kg/s ； Q为实际流量值，单位为kg/s; 步骤2.3b、经过一段迟到时间后，当PKPs时，控制中心(13)发出增加液动节流阀(5)开度的指令;当Pi>Pst^，控制中心(13)发出减小液动节流阀(5)开度指令； Pi为目标立压值，单位为MPa ； P2为允许压差波动范围值，单位为MPa ； Psp为立管压力。10.根据权利要求9所述的气液两相流流量监测的欠平衡钻井方法，其特征在于，在步骤2中，当与质量流量计(14)相对应的该变化曲线的数值持续上涨时，钻井作业处于大排量期间，在该大排量期间包括以下步骤: 步骤2.1b、控制中心(13)计算出大排量期间的目标流量值； 步骤2.2b、当Q3 — Q〈Q2时，开启节流管汇(102)前阀门(7);当Q3 — Q>Q2，开启节流管汇(102)前阀门(7)，关闭第一手动平板阀(6); Q2为允许流量波动范围差值，单位为kg/s ； Q为实际流量值，单位为kg/s ； Q3为大排量期间的目标流量值，单位为kg/s。
【文档编号】E21B21/08GK105937375SQ201610410881
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】蒋宏伟, 周英操, 彭明佳, 郭庆丰, 赵莉萍, 张鑫, 屈宪伟, 康健, 门明磊
【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