[发明专利]闭环控压钻井系统

权利要求书

1.一种闭环控压钻井系统，包括环空压力监测系统、旋转控制头和液气分离系统，其特征在于：还包括监测与控制系统、自动节流控制系统和回压补偿系统，监测与控制系统分别与自动节流控制系统和回压补偿系统连接；所述监测与控制系统包括上位工控检测机构、自动节流系统监控单元和回压补偿系统监控单元，所述上位工控检测机构分别与自动节流系统监控单元和回压补偿系统监控单元连接。

2.根据权利要求1所述的闭环控压钻井系统，其特征在于：所述的上位工控监测机构包括工控机、网络通信设备和通信接口，工控机分别与井场数据采集系统、井下随钻环空压力监测系统通过网络通信设备连接在一起组建成工业局域网，工控机的监控端口通过通信接口分别与自动节流系统监控单元和回压补偿系统监控单元连接。

3.根据权利要求1或2所述的闭环控压钻井系统，其特征在于：所述的自动节流系统监控单元包括节流系统用传感器、流量计、节流阀调节控制装置和本地数据采集与控制器，节流系统传感器、流量计、节流阀调节控制装置由数据线连接至本地数据采集与控制器。

4.根据权利要求3所述的闭环控压钻井系统，其特征在于：所述的回压补偿系统监控单元包括补偿系统用传感器、流量计、泵启停控制机构、动力单元启停控制机构和本地数据采集与控制器，传感器、流量计、泵启停控制机构、动力单元启停控制机构由数据线连接至本地数据采集与控制器。

5.根据权利要求4所述的闭环控压钻井系统，其特征在于：所述的节流系统用传感器至少包括压力传感器、温度传感器和阀位传感器，压力传感器装在节流管汇进口端与节流阀前后端，流量计安装于节流管汇出口端，阀位传感器安装于节流阀上；所述的补偿系统用传感器至少包括压力传感器和泵冲传感器，压力传感器安装在高压泥浆泵的出口处，泵冲传感器安装于高压泥浆泵上，流量计安装于高压泥浆泵的入口处。

6.根据权利要求1、2、4或5所述的闭环控压钻井系统，其特征在于：所述自动节流控制系统为电控自动节流控制系统，包括节流管汇、节流装置和监控单元，所述节流管汇包括并联的两条自动节流控制通道，第一自动节流控制通道包括通过管汇依次连接的电动平板阀、电动节流阀、两个手动平板阀、流量计和又一手动平板阀，电动平板阀、电动节流阀和流量计分别与控制装置连接；第二自动节流控制通道包括通过管汇依次连接的电动平板阀、电动节流阀和两个手动平板阀，并通过管汇连接到第一条自动节流控制通道的两个手动平板阀之间，电动平板阀与控制装置连接；所述控制装置包括控制器和设置在节流管汇入口处的传感器，传感器与控制器连接；所述节流装置包括减速器、防爆控制箱、伺服电机和驱动器，所述第一自动节流控制通道中的电动节流阀连接减速器，减速器另一端连接防爆控制箱，防爆控制箱内设置有伺服电机和驱动器，伺服电机的输出端与减速器连接，驱动器一端与伺服电机连接，另一端与控制装置连接；所述监控单元包括用于实时观察井口压力的压力表、用于监测井口压力的压力变送器、用于报警和提示的报警系统和操作控制机构，所述操作控制机构包括现场工控机、控制器和驱动器。

7.根据权利要求6所述的闭环控压钻井系统，其特征在于：所述节流管汇还包括与自动节流控制通道并联的手动控制通道，所述手动控制通道包括通过管汇依次连接的手动平板阀、手动节流阀和又一手动平板阀，并通过管汇连接到第二条自动节流控制通道的两个手动平板阀之间。

8.根据权利要求7所述的闭环控压钻井系统，其特征在于：所述节流管汇还包括备用通道，备用通道一端通过管汇连接到第二条自动节流控制通道的两个手动平板阀之间，另一端通过管汇连接到流量计；所述备用通道包括通过管汇依次连接的两个手动平板阀。

9.根据权利要求8所述的闭环控压钻井系统，其特征在于：所述节流管汇还包括与自动节流控制通道和手动控制通道并联的应急通道，应急通道通过管汇连接到第二条自动节流控制通道的两个手动平板阀之间，应急通道包括电动平板阀，电动平板阀与控制装置连接。

10.根据权利要求1、2、4、5、7、8或9所述的闭环控压钻井系统，其特征在于：所述回压补偿系统为自给式局部循环系统，包括灌浆子系统、上水子系统、动力子系统和本地监控子系统，其中：所述的灌浆子系统包括泥浆泵、单流阀、闸阀六、闸阀七、四通、安全溢流阀和流量计，所述四通分别连接闸阀六、闸阀七、安全溢流阀和泥浆泵的出口，闸阀七与单流阀连接，泥浆泵的进口连接有本地监控子系统的流量计，四通上还连接有本地监控子系统的压力传感器；所述的上水子系统包括泥浆储备罐、砂泵一、砂泵二、闸阀三、闸阀一、闸阀二、闸阀四和闸阀五，所述闸阀一连接砂泵一的入口，砂泵一的出口连接闸阀二，泥浆储备罐分别连接闸阀二、闸阀三、闸阀四、灌浆子系统的闸阀六和灌浆子系统的安全溢流阀，本地监控子系统的流量计，流量计进口连接闸阀五，流量计的出口连接灌浆子系统的的泥浆泵，砂泵二进口连接闸阀四、砂泵二的出口连接闸阀五；所述动力子系统包括发动机和与发动机连接的变速箱与减速机构，所述泥浆泵与变速箱与减速机构连接；所述本地监控子系统包括流量计、泵冲感应器、压力传感器、本地监测及控制中心、液位传感器、现场远程上位系统和人机交互界面，本地监测及控制中心通过数据线与液位传感器、压力传感器、泵冲传感器、流量计、所述变速箱与减速机构、所述发动机、所述砂泵一、所述砂泵二、现场远程上位系统和人机交互界面连接，所述泵冲传感器安装在所述泥浆泵上，液位传感器安装于泥浆储备罐上。