控压欠平衡钻井过程的压力控制系统及方法
技术领域
本发明涉及油气勘探技术领域，具体是关于一种控压欠平衡钻井过程的压力控制系统及方法。
背景技术
近年来，随着勘探开发转向深水、深层、高温高压井等领域，这些领域随之而来的窄安全密度窗口、超高温高压地层、衰竭地层等给钻井带来较大的难题，井漏、溢流时有发生。井下复杂事件的发生主要因井底压力的控制难度大造成，同时机械钻速低，单井成本居高不下等问题突出，如何保证复杂地层的安全高效经济钻井是急需解决的问题。
在起下钻、接单根工况下，由于钻井液停止循环时，循环摩阻损失，造成井底压力的降低；而在开泵、下钻等工况下，由于激动压力的作用，井底压力会增加。不同工况下井底压力的波动造成井下复杂事故的发生，如溢流和井漏等。控压钻井可通过改变井口回压实现对不同工况下井底压力的控制，井底压力处于某一控制值，避免了因工况变动造成的井底压力波动，从而降低溢流和井漏的发生。
目前国内外控压钻井井底压力控制方式主要有两种，一是通过井底安装随钻测压设备(PWD)和井口安装质量流量计，从而实时获取井底压力和井口流量，通过井底PWD数据来调整井口压力变化，保证井底恒压；第二种方式是采用井口安装质量流量计，实时监测出口流量和入口流量的变化，通过流量的变化来反映井底压力的情况。对于陆地、浅水及高温高压油气田钻井，普遍采用第一种控压钻井模式。
而当钻遇气层时，气体进入井筒后，井口流量计可精确发现溢流，并及时进行压力控制；当气体随着钻井液上返至井口流量计，由于流量计无法测量油气混合状态下的流量，流量计处于失效模式，无法获获知出口液相流量的变化(如果井筒有气侵，入口液相流量与出口液相流量相同，则井筒流量处于安全稳定状态)，且泥浆池液面的误差大，无法仅凭泥浆池液面来判定井底气侵是否恶化。
发明内容
针对上述问题，本发明的其中一个目的是提供一种控压欠平衡钻井过程的压力控制系统，能够将混合状态下的流体进行气液分离，并实时的监测出口的液相流量的变化；本发明的另一个目的是提供一种控压欠平衡钻井过程的压力控制方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明所述的控压欠平衡钻井过程的压力控制系统，包括泥浆池、泥浆泵、钻杆、节流管汇系统、第一撬装系统、回压泵系统、控制系统、气液分离器和第二撬装系统，所述泥浆池通过第一管路串接所述泥浆泵后与所述钻杆的顶部入口连接，所述钻杆上设置有旋转控制头，所述旋转控制头通过第二管路依次串接所述节流管汇系统和所述第一撬装系统后再接入所述泥浆池；所述泥浆池还通过第三管路串接所述回压泵系统后分别接入所述节流管汇系统和所述控制系统；所述控制系统接入第二管路；所述气液分离器和所述第二撬装系统并联在位于所述第一撬装系统和所述泥浆池之间的所述第二管路上，所述气液分离器的液体出口和所述第二撬装系统的入口连接，所述第二撬装系统的出口接入所述泥浆池。
所述的控压欠平衡钻井过程的压力控制系统，优选地，还包括设置在位于所述第一撬装系统下游的所述第二管路上的振动筛，且所述第一撬装系统和所述第二撬装系统的出口均接入所述振动筛。
所述的控压欠平衡钻井过程的压力控制系统，优选地，所述回压泵系统包括依次串接的灌注泵、入口流量计以及回压泵，所述入口流量计位于所述灌注泵和所述回压泵之间，所述回压泵并联有安全阀和泄压阀，所述安全阀和所述泄压阀并联。
所述的控压欠平衡钻井过程的压力控制系统，优选地，所述第一撬装系统包括第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第一出口流量计，其中所述第三控制阀设置在所述第二管路上，所述第一控制阀和所述第二控制阀分别设置于所述第一出口流量计的两侧，且分别与所述第一出口流量计串联，所述第三控制阀与所述第一出口流量计并联；
所述的控压欠平衡钻井过程的压力控制系统，优选地，所述第二撬装系统包括第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀和第二出口流量计，其中所述第六控制阀设置在位于所述气液分离器和振动筛之间的管路上，所述第四控制阀和所述第五控制阀分别设置于所述第二出口流量计的两侧，且分别与所述第二出口流量计串联，所述第六控制阀与所述第二出口流量计并联。
所述的控压欠平衡钻井过程的压力控制系统，优选地，还包括点火装置，所述点火装置与所述气液分离器的气体出口连接。
所述的控压欠平衡钻井过程的压力控制系统，优选地，还包括第一手动控制阀和第二手动控制阀，所述第一手动控制阀设置于所述第一撬装系统与所述气液分离器之间的管路上，所述第二手动控制阀设置于所述第一撬装系统和所述振动筛之间的管路上。
所述的控压欠平衡钻井过程的压力控制系统，优选地，还包括过滤组件，所述过滤组件设置于所述第三管路上，且位于所述泥浆池和所述回压泵系统之间。
本发明所述的控压欠平衡钻井过程的压力控制方法，包括以下步骤：
1)返出钻井的气液混合液通过气液分离器将气液混合液中的气体分离，得到返回纯液；
2)将返回纯液的液相流量与入口液的液相流量进行对比；
3)若返回纯液的液相流量小于或等于入口液的液相流量，执行步骤6)；
4)若返回纯液的液相流量大于入口液的液相流量，执行步骤5)；
5)增加井口回压，重复执行步骤2)、3)和4)；
6)井筒进气量处于稳定状态。
所述的控压欠平衡钻井过程的压力控制方法，优选地，在步骤1)后还包括如下步骤：
11)将液气混合液中分离的气体进行燃烧。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、当只有液体进入井筒的时候，通过第一撬装系统实时监测出口的液相流量，并与入口流量进行对比；
2、当返出钻井的为气液混合液时，首先通过气液分离器将返出钻井的气液混合液进行气液分离；然后在通过第二撬装系统实时监测出口的液相流量，并与入口的液相流量进行对比。
总而言之，本发明可以在不同的状态下，实时的监测出口的液相流量，并使之与入口的液相流量进行对比。
附图说明
图1为本发明的控压欠平衡钻井过程的压力控制系统的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
如图1所示，本发明提供的控压欠平衡钻井过程的压力控制系统，包括泥浆池1、泥浆泵2、钻杆3、节流管汇系统4、第一撬装系统5、回压泵系统6、控制系统7、气液分离器8和第二撬装系统9，泥浆池1通过第一管路10串接泥浆泵2后与钻杆3的顶部入口连接，钻杆3上设置有旋转控制头，旋转控制头通过第二管路11依次串接节流管汇系统4和第一撬装系统5后再接入泥浆池1；泥浆池1还通过第三管路12串接回压泵系统6后分别接入节流管汇系统4和控制系统7,控制系统还接入第二管路11，气液分离器8和第二撬装系统9并联在位于第一撬装系统5和泥浆池1之间的第二管路11上，气液分离器8的液体出口和第二撬装系统9的入口连接，第二撬装系统9的出口接入泥浆池1。
在上述实施例中，优选地，该压力控制系统还包括设置在位于第一撬装系统5下游的第二管路11上的振动筛13，且第一撬装系统5和第二撬装系统9的出口均接入振动筛13，振动筛13用于过滤钻井液中携带的岩屑。
在上述实施例中，优选地，回压泵系统6包括依次串接的灌注泵61、入口流量计62以及回压泵63，入口流量计62位于灌注泵61和回压泵63之间，回压泵63并联有安全阀64和泄压阀65，安全阀64和泄压阀65并联。
在上述实施例中，优选地，第一撬装系统5包括第一控制阀51、第二控制阀52、第三控制阀53和第一出口流量计54，其中第三控制阀53设置在第二管路11上，第一控制阀51和第二控制阀52分别设置于第一出口流量计54的两侧，且分别与第一出口流量计54串联，第三控制阀53与第一出口流量计54并联。
在上述实施例中，优选地，第二撬装系统9包括第四控制阀91、第五控制阀92、第六控制阀93和第二出口流量计94，其中第六控制阀93设置在位于气液分离器8和振动筛13之间的管路上，第四控制阀91和第五控制阀92分别设置于第二出口流量计94的两侧，且分别与第二出口流量计94串联，第六控制阀93与第二出口流量计94并联。
在上述实施例中，优选地，该压力控制系统还包括点火装置(图中未示出)，点火装置与气液分离器8的气体出口连接。
在上述实施例中，优选地，该压力控制系统还包括第一手动控制阀14和第二手动控制阀15，第一手动控制阀14设置于第一撬装系统5与气液分离器8之间的管路上，第二手动控制阀15设置于第一撬装系统5和振动筛13之间的管路上。
本发明提供的压力控制系统在工作的时候，在进行常规控压钻井时，即只有液体进入井筒的时候，钻井液出钻杆3的旋转控制头后进入第一撬装系统5中的第一出口流量计54，再通过第二手动控制阀15后到达振动筛13，最后进入泥浆池1，此过程中，使得第三控制阀53和第一手动控制阀14处于关闭状态。第一出口流量计54测得的液相流量与入口流量计测得的液相流量进行对比。在进行控压欠平衡钻井时，即在控压过程中有气体进入井筒时，当含气的钻井液(即气液混合液)到达地面，含气钻井液出钻杆3的旋转控制头后进入第一撬装系统5，进行常规压力控制，由于钻井液内含有气体，第一出口流量计54无法测量真实的流量，因此关闭第一控制阀51和第二控制阀52，打开第三控制阀53，含气钻井液不通过第一出口流量计54，关闭第二手动控制阀15，打开第一手动控制阀14，使得钻井液通过气液分离器8，气液混合液在经过充分的分离后，气体在气液分离器8的上部进入点火管线并进入点火装置，纯液体进入第二撬装系统9，此时第六控制阀93关闭，第四控制阀91和第五控制阀92打开，第二出口流量计94可精确测量出口液相流量，与入口流量计62测得的液相流量进行对比，从而可以准确判断井底进气量是否维持在一个稳定的状态。
需要说明的是，当立压、泥浆池液面保持稳定、出口流量与入口流量相同时，可以判断控压欠平衡过程处于稳定过程，井筒内气液流动处于稳定流动，井口控压可以保持不变；如若第二出口流量计测量的出口流量大于入口流量，则说明井筒进气量在增加，此时井筒气液流动处于不稳定状态，应及时增加井口回压，使井底压力增加，同时维持气体在井筒中的流动稳定。
另外，该压力控制系统还包括过滤组件16，过滤组件16设置于第三管路12上，且位于泥浆池1和回压泵系统6之间，该过滤组件16可以有效的进行过滤。
本发明还提供一种控压欠平衡钻井过程的压力控制方法，包括以下步骤：
1)返出钻井的气液混合液通过气液分离器将气液混合液中的气体分离，得到返回纯液；
11)将液气混合液中分离的气体进行燃烧；
2)将返回纯液的液相流量与入口液的液相流量进行对比；
3)若返回纯液的液相流量小于或等于入口液的液相流量，执行步骤6)；
4)若返回纯液的液相流量大于入口液的液相流量，执行步骤5)；
5)增加井口回压，重复执行步骤2)、3)和4)；
6)井筒进气量处于稳定状态。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
