[实用新型]一种高温高压深井钻井溢流智能化节流压井装置

说明书

本实用新型公开了一种高温高压深井钻井溢流智能化节流压井装置，针对高温高压深井压井作业时存在的井下情况复杂、井底压力控制精度低、压井一次成功率低等问题，本实用新型利用节流压井期间实测数据建立压井作业井筒流动模型，实时分析井筒环空流体分布及流动状态，在实测立管压力偏离设计时，考虑压力波传递速度和回压施加延迟影响，精确计算压力控制值，自动调整自动控制节流阀动作。本实用新型的通过降低压力波传递及回压延迟对井底压力控制的影响，提高压井控制精度，通过自动化智能化计算降低对操作人员经验的依赖。

技术领域

本发明涉及油气井压力控制技术领域，特别是一种高温高压深井钻井溢流智能化节流压井装置。

背景技术

井控工作作为石油与天 然气勘探开发过程中的重要环节，一直位于安全生产的突出位置。尤其是近些年来，油气勘探开发已逐渐走向高温高压的深部复杂地层，在深部复杂地层钻井时，一方面由于深部复杂地层孔隙压力变化规律复杂，另一方面钻井液密度和流变性能易受高温高压影响造成井筒压力发生复杂变化，导致井筒压力失衡，地层流体侵入井筒发生溢流。溢流发生后，若控制处理不当，将会演变为井涌、井喷，甚至井喷失控，严重时甚至造成人员伤亡、设备损毁及环境污染。

为防止溢流向井喷、甚至井喷失控方向发展，最常用且安全有效的控制方法为节流压井，即及时采用防喷器关闭井口，阻止地层流体的进一步侵入，求取地层压力调整钻井液密度，然后调节位于节流管汇上节流阀开度维持足够的井口回压将入侵流体排出井筒。其中，节流压井施工作业时各压力间的关系及其要求为：循环时立管压力-钻柱内压降+钻柱内静液柱压力=环空回压+环空内静流体柱压力+环空流动阻力=井底压力≥（略大于）地层孔隙压力。故节流压井的成功与否取决于压井施工作业期间对井底压力的控制程度，也就是取决于节流阀调整的精度，节流阀开得太大，井底压力就降低，地层流体可能侵入井内，节流阀开得太小，套管压力升高，井底压力过大，可能压漏地层。

长期以来，国内井队现场节流压井作业施工存在以下不足之处：（1）大多数井队节流阀开度控制为现场技术人员手动控制，严重依赖于操作者个人经验；（2）鉴于钻柱内流体为单相液体，且节流压井时压井排量一般为固定值，压井设计时可根据井底压力恒定要求，得到压井期间立管压力走势。当立管压力测量计读数偏离设计立管压力走势，表明此时井底压力发生波动，需控制节流阀开度调整井口回压，使井底压力维持在设计范围内，然而由于压力波在传播需要时间，按照立管压力测量计变化调整节流阀开度，存在压力传递滞后现象（液柱压力传递速度约为300m/s，如6000m井深，在t时刻监测到立管压力表读数偏离设计值，其实井底压力在t-20时刻已偏离设计值，而在t时刻调整节流阀动作20s后压力才能施加到井底，延迟约40s，而在这40s间由于气体运移及压力传递延迟将造成井底压力在原先波动基础上发生更大变化）。针对井深较浅、复杂程度较小的井，依靠现场技术人员的丰富操作经验溢流能够得到较好的控制；而目前钻井已走向高温高压深部复杂地层，井控作业难度大，在现有的技术装备条件下，多数井难以实现一次压井成功，需多次重复压井作业，重复压井增加了作业周期、提高作业成本，甚至还会破坏井筒完整及污染地层，影响后期生产作业。