專(zhuān)利名稱(chēng)：鉆探地下鉆孔的設(shè)備和方法
鉆探地下鉆孔的設(shè)備和方法發(fā)明描述本發(fā)明涉及一種鉆探地下鉆孔的設(shè)備和方法，具體但不排他地為了從地下儲(chǔ)油池抽取碳?xì)浠衔铩Ｍǔ＠帽环Q(chēng)為鉆桿的在最下端具有鉆頭的鋼管來(lái)進(jìn)行鉆孔或鉆井。可以利用地上鉆井馬達(dá)使整個(gè)鉆桿旋轉(zhuǎn)，或者可以利用安裝在鉆桿中鉆頭正上方的流體動(dòng)力馬達(dá)與鉆桿無(wú)關(guān)地使鉆頭旋轉(zhuǎn)。當(dāng)進(jìn)行鉆孔時(shí)，泥漿流用來(lái)將由鉆孔過(guò)程產(chǎn)生的巖屑攜帶到鉆孔外。 泥漿通過(guò)吸入管路被沿鉆桿向下泵送以穿過(guò)鉆頭，并且泥漿經(jīng)由鉆桿的外徑和鉆孔之間的環(huán)形空間(通常稱(chēng)為環(huán)形)返回到地面。泥漿流還用來(lái)冷卻鉆頭并且給鉆孔增壓，因此基本上防止了來(lái)自于由鉆孔穿透的地層的流體流入鉆孔。泥漿是一個(gè)非常寬泛的鉆探術(shù)語(yǔ)， 并且在本文中它被用來(lái)描述在鉆孔期間所用的任何流體或流體混合物，并且涵蓋從空氣、 氮?dú)狻⒖諝饣虻獨(dú)庵械撵F化流體、具有空氣或氮?dú)獾呐菽黧w、充氣流體或氮化流體到具有固體顆粒的油或水的很重的混合物的寬泛范圍。需要相當(dāng)大的壓力以沿著該流徑驅(qū)動(dòng)泥漿，并且為了實(shí)現(xiàn)該泥漿驅(qū)動(dòng)，通常利用一個(gè)或更多個(gè)容積泵將泥漿泵入鉆桿中，所述一個(gè)或更多個(gè)容積泵經(jīng)由管和歧管(被稱(chēng)為立管管匯)連接至鉆桿。當(dāng)以恒速操作時(shí)，泵每單位時(shí)間轉(zhuǎn)移恒定體積的泥漿。結(jié)果，假如發(fā)生一些情況改變了泥漿沿著鉆桿的流速，假如泵以恒速操作，則鉆桿中泥漿的壓力將改變。例如，假如鉆桿中發(fā)生堵塞，則鉆桿中的壓力將迅速增大。另選地，假如鉆工用太多的重量將鉆頭驅(qū)動(dòng)到被鉆的地層中，則這本身能導(dǎo)致鉆桿中泥漿壓力的增大，因?yàn)殂@頭的流出物向環(huán)形內(nèi)的流出被限制。鉆桿中壓力增大的另一個(gè)常見(jiàn)原因是當(dāng)利用向下鉆進(jìn)的鉆井馬達(dá)時(shí)。假如鉆頭處的扭矩超過(guò)馬達(dá)的功率，則馬達(dá)失速，這導(dǎo)致豎管壓力增大，因?yàn)橥ㄟ^(guò)失速狀態(tài)下的馬達(dá)減小了流體流動(dòng)。在這一階段，鉆工必須注意不要僅僅拾起鉆頭以減小允許馬達(dá)重新啟動(dòng)的扭矩，而是他還必須減小鉆桿中的壓力，使得馬達(dá)不會(huì)在重新啟動(dòng)時(shí)超速。假如鉆桿中的泥漿壓力變得太高，則鉆井馬達(dá)可能失效和/或鉆桿壁可能受損。 為了防止這種失效和/或受損，所述泵或每個(gè)泵均設(shè)有被稱(chēng)作爆脫閥的安全閥。假如鉆桿中的壓力超過(guò)預(yù)定水平，則爆脫閥或爆脫閥中的至少一個(gè)將被啟動(dòng)。這使鉆孔過(guò)程停止并且解除了鉆桿中的過(guò)壓。在可以重新開(kāi)始鉆孔之前，必須手動(dòng)復(fù)位每個(gè)啟動(dòng)的閥。應(yīng)當(dāng)理解，這對(duì)鉆孔過(guò)程具有高度破壞性，因此希望避免鉆桿壓力的波動(dòng)，這種波動(dòng)可能導(dǎo)致一個(gè)或更多個(gè)爆脫閥的啟動(dòng)。為了避免這些，鉆孔操作員已知通常借助于設(shè)置在立管管匯中的壓力計(jì)來(lái)監(jiān)控鉆桿中的泥漿壓力，并且改變泵的操作速度以便將鉆桿中的泥漿壓力維持在可接受的水平。 以這種方式操作鉆孔系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于它易受人為誤差的影響并且依靠操作員對(duì)壓力的突然上升作出迅速的反應(yīng)，并且即使操作員快速反應(yīng)，但因?yàn)楸玫墓逃袘T性，在泵減速到希望的速度之前并且在泵速變化開(kāi)始向下鉆進(jìn)之前，存在不可避免的時(shí)間延遲。還應(yīng)當(dāng)理解，鉆孔中的井底泥漿壓力取決于泥漿通過(guò)鉆桿的流動(dòng)。假如因?yàn)殂@桿的堵塞、過(guò)多的重量施加于鉆頭或者馬達(dá)的失速而使流動(dòng)減小，則井底泥漿壓力將減小。假如鉆孔中的泥漿壓力變得太低，則這可能導(dǎo)致來(lái)自地層的烴類(lèi)產(chǎn)品的無(wú)意釋放。在避免這些的嘗試中，還已知通過(guò)向從鉆孔的環(huán)形退出的泥漿施加反壓來(lái)控制鉆孔中的泥漿壓力。例如在US 2007/0151762中公開(kāi)了這種系統(tǒng)。傳統(tǒng)上，來(lái)自環(huán)形的泥漿沿著回流管路流過(guò)一個(gè)過(guò)濾器(濾網(wǎng))或一系列過(guò)濾器并且流入泥漿儲(chǔ)槽。在US 2007/0151762中闡述的第一個(gè)提議中，在回流管路和泥漿儲(chǔ)槽之間延伸的管路中設(shè)置第二泵，并且該泵被控制以向回流管路中的泥漿施加一定程度的反壓，所述回流管路是將井底壓力維持在期望值所需的。假如不需要反壓，則回流管路和反壓泵之間的閥被關(guān)閉。該提議當(dāng)然具有需要第二泵的缺點(diǎn)，這增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。在US2007/0151762中所公開(kāi)的第二提議克服了該問(wèn)題，在該第二提議中利用現(xiàn)有的主鉆井用泥漿泵施加反壓。在該情況下，提供從吸入管路到回流管路的管路，并且提供反壓控制閥來(lái)控制通過(guò)該附加管路的流體的流動(dòng)。反壓控制閥的打開(kāi)導(dǎo)致一定比例的泥漿由主鉆井用泥漿泵泵送以防止泥漿流入鉆桿而被代替引向回流管路，其中泥漿增大了回流管路中的反壓。因此建議可以利用該閥控制井底壓力。以這種方式控制井底壓力，雖然理論上可能，但是實(shí)踐中非常難以實(shí)現(xiàn)，至少在任何精度上并且在合理時(shí)間表內(nèi)是困難的。打開(kāi)反壓控制閥不但具有增大回流管路中的反壓的效果，而且具有減小進(jìn)入鉆桿的泥漿的壓力的效果，并且該組合效果意味著打開(kāi)閥的效果不能直接預(yù)知，并且很可能的是，將需要反壓控制閥的多次反復(fù)和調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)希望的井底壓力。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，申請(qǐng)人提供一種用于在鉆探鉆孔期間控制該鉆孔中的流體壓力所使用的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括適于連接至泵的進(jìn)口 ；適于連接至鉆桿的主出口； 以及適于連接至流體儲(chǔ)備池的溢流出口，所述進(jìn)口通過(guò)主流管道連接至所述主出口，并且所述溢流出口通過(guò)溢流管道連接至所述主流管道，其中，所述溢流管道設(shè)置有壓力調(diào)節(jié)器， 通過(guò)該壓力調(diào)節(jié)器可以將所述主管道中的流體壓力維持在預(yù)定壓力值或該預(yù)定壓力值左右O由于設(shè)置了這種溢流管道，因此當(dāng)所述控制系統(tǒng)被裝配到鉆孔系統(tǒng)時(shí)，能將所述鉆桿中的泥漿壓力維持在大體上恒定的壓力，而不需要鉆工的任何干涉，其中所述鉆孔系統(tǒng)具有連接至所述主鉆井用泥漿泵的所述進(jìn)口 ；連接至所述鉆桿的所述主出口 ；以及連接至所述泥漿儲(chǔ)槽的所述溢流出口。在上述情況中的任何一個(gè)的情況下，即，鉆桿堵塞、過(guò)多重量施加于鉆頭或者馬達(dá)失速，鉆工均不必調(diào)節(jié)泵速以避免一個(gè)或更多個(gè)爆脫閥的啟動(dòng)。優(yōu)選地，所述壓力調(diào)節(jié)器包括節(jié)流閥(choke)，該節(jié)流閥可調(diào)節(jié)以在或大或小的程度上限制流體沿著所述溢流管道的流動(dòng)。優(yōu)選地，所述壓力調(diào)節(jié)器包括壓力傳感器，該壓力傳感器提供指示所述主流管道中或者所述節(jié)流閥和所述主管道之間的所述溢流管道中的流體壓力的輸入信號(hào)。雖然所述節(jié)流閥可以手動(dòng)調(diào)節(jié)，但是優(yōu)選地，所述壓力調(diào)節(jié)器還包括電子控制單元，該電子控制單元被連接至所述壓力傳感器以接收來(lái)自所述壓力傳感器的輸入信號(hào)，所述電子控制單元進(jìn)一步被連接至所述節(jié)流閥并且被編程以產(chǎn)生控制信號(hào)并向所述節(jié)流閥傳輸所述控制信號(hào)，所述控制信號(hào)的接收使得所述節(jié)流閥調(diào)節(jié)沿著所述溢流管道的流體流動(dòng)被限制的程度。優(yōu)選地，所述電子控制單元被編程，以監(jiān)控來(lái)自所述壓力傳感器的所述輸入信號(hào)，并且假如所述
6壓力與預(yù)定值相差到指定程度，則以計(jì)算并向所述節(jié)流閥傳輸一個(gè)或更多個(gè)適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)以使所述壓力回到所述預(yù)定值。由于提供了這種電子控制單元，因此所述井底泥漿壓力可以自動(dòng)地被控制并維持在期望水平。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述電子控制單元設(shè)有輸入裝置，該輸入裝置適于接收指示所述主流管道中或所述節(jié)流閥和所述主管道之間的所述溢流管道中的期望的流體壓力的信號(hào)，并且所述電子控制單元被編程以計(jì)算并向所述節(jié)流閥傳輸適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)以達(dá)到所述期望壓力。這使使用者能夠改變所述系統(tǒng)被自動(dòng)維持的壓力。所述設(shè)備還可以包括另一個(gè)節(jié)流閥，該另一個(gè)節(jié)流閥定位于所述溢流管道和所述主出口之間的所述主管道中，并且該另一個(gè)節(jié)流閥可調(diào)節(jié)以改變沿著所述主管道的流體流動(dòng)的限制程度?？梢栽谒鲆缌鞴艿乐性O(shè)置閥，該閥可在打開(kāi)位置和關(guān)閉位置之間變動(dòng)，在所述打開(kāi)位置，允許流體沿著所述溢流管道流動(dòng)，在所述關(guān)閉位置，所述閥起作用以基本上阻止流體沿著所述溢流管道流動(dòng)。所述設(shè)備可以包括環(huán)形出口，該環(huán)形出口通過(guò)環(huán)形管道被連接至所述溢流管道和所述主出口之間的所述主管道。在該情況下，優(yōu)選地，在所述環(huán)形管道中設(shè)置又一個(gè)可調(diào)節(jié)的節(jié)流閥。在所述主管道中設(shè)置節(jié)流閥的情況下，優(yōu)選地，所述環(huán)形管道被連接至所述溢流管道和所述主管道中的所述節(jié)流閥之間的所述主管道。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種鉆孔系統(tǒng)，該鉆孔系統(tǒng)包括鉆桿、泵、流體儲(chǔ)備池以及根據(jù)本發(fā)明的第一方面所述的控制設(shè)備，所述控制設(shè)備的所述進(jìn)口被連接至所述泵，所述控制設(shè)備的所述主出口被連接至所述鉆桿，并且所述控制設(shè)備的所述溢流出口被連接至所述流體儲(chǔ)備池。優(yōu)選地，圍繞所述鉆桿設(shè)置壓力抑制裝置，該壓力抑制裝置能夠抑制圍繞所述鉆桿的環(huán)形區(qū)域中的流體壓力。在該情況下，所述壓力抑制裝置可以是旋轉(zhuǎn)控制裝置，該旋轉(zhuǎn)控制裝置能夠抑制圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域中的流體壓力同時(shí)允許所述鉆桿繞其縱軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，在所述流體儲(chǔ)備池和圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域之間設(shè)置環(huán)形回流管道。在其中設(shè)置所述壓力抑制裝置的該情況下，所述環(huán)形回流管道可以設(shè)有壓力調(diào)節(jié)器，通過(guò)該壓力調(diào)節(jié)器可以調(diào)節(jié)圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域中的壓力。所述壓力調(diào)節(jié)器優(yōu)選地包括節(jié)流閥，該節(jié)流閥可調(diào)節(jié)以在或大或小的程度上限制流體沿著所述環(huán)形回流管道的流動(dòng)，并且所述壓力調(diào)節(jié)器可以包括壓力傳感器，該壓力傳感器提供指示圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域中的流體壓力的信號(hào)。所述壓力調(diào)節(jié)器還可以包括電子控制單元，該電子控制單元被連接至所述壓力傳感器以接收來(lái)自所述壓力傳感器的輸入信號(hào)，所述輸入信號(hào)指示圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域中的流體壓力，所述電子控制單元被進(jìn)一步連接至所述節(jié)流閥并且被編程以產(chǎn)生控制信號(hào)并向所述節(jié)流閥傳輸該控制信號(hào)，所述控制信號(hào)的接收使得所述節(jié)流閥調(diào)節(jié)沿著所述環(huán)形回流管道的流體流動(dòng)被限制的程度。在該情況下，所述電子控制單元優(yōu)選地被編程以監(jiān)控來(lái)自所述壓力傳感器的所述輸入信號(hào)，并且假如圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域中的壓力與預(yù)定值相差指定程度，則以計(jì)算并向所述節(jié)流閥傳輸一個(gè)或更多個(gè)適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)以使所述壓力回到所述預(yù)定值。而且，所述電子控制單元設(shè)有輸入裝置，該輸入裝置適于接收指示圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域中的期望壓力的信號(hào)，并且所述電子控制單元被編程以計(jì)算并向所述節(jié)流閥傳輸適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)以達(dá)到所述期望壓力。有利地，所述鉆孔系統(tǒng)還包括環(huán)形管道，該環(huán)形管道從所述主管道延伸到圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域。所述環(huán)形管道優(yōu)選地設(shè)有節(jié)流閥，該節(jié)流閥可調(diào)節(jié)以在或大或小的程度上限制流體沿著所述環(huán)形管道的流動(dòng)。進(jìn)一步優(yōu)選地所述環(huán)形管道設(shè)有閥，該閥可操作以基本上防止流體沿著所述環(huán)形管道流動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種操作包括控制設(shè)備的鉆孔系統(tǒng)的方法，所述控制設(shè)備具有進(jìn)口、主出口以及溢流出口，所述進(jìn)口通過(guò)主流管道被連接至所述主出口，并且所述溢流出口通過(guò)溢流管道被連接至所述主管道， 所述溢流管道設(shè)有壓力調(diào)節(jié)器，所述鉆孔系統(tǒng)還包括連接至所述控制設(shè)備的所述主出口的鉆桿；連接至所述控制設(shè)備的所述進(jìn)口的泵；以及連接至所述溢流出口的流體儲(chǔ)備池， 其中，所述方法包括以下步驟操作所述泵以將流體經(jīng)由所述控制設(shè)備的所述主流管道泵入所述鉆桿；并且操作所述壓力調(diào)節(jié)器以將所述溢流管道中的流體壓力維持在預(yù)定水平或該預(yù)定水平左右。優(yōu)選地，所述壓力調(diào)節(jié)器包括可調(diào)節(jié)的節(jié)流閥，并且所述方法包括以下步驟假如所述溢流管道中的流體壓力低于所述預(yù)定水平，則調(diào)節(jié)所述節(jié)流閥以增大對(duì)沿著所述溢流管道的流體流動(dòng)的限制；或假如所述溢流管道中的流體壓力高于所述預(yù)定水平，則調(diào)節(jié)所述節(jié)流閥以減小對(duì)沿著所述溢流管道的所述流體流動(dòng)的限制。所述控制設(shè)備還可以包括另一個(gè)節(jié)流閥，該另一個(gè)節(jié)流閥定位于所述溢流管道和所述主出口之間的所述主管道中，在該情況下，所述方法還可以包括操作所述主節(jié)流閥以改變沿著所述主管道的流體流動(dòng)被限制的程度的步驟。設(shè)置這種節(jié)流閥是有利地，因?yàn)樗馕吨词故褂脙蓚€(gè)泥漿泵也只需要操縱一個(gè)控制器來(lái)改變泥漿沿著所述鉆桿的流動(dòng)。優(yōu)選地，所述泵被連接至所述泥漿儲(chǔ)槽，使得所述泵的操作導(dǎo)致所述儲(chǔ)槽中的流體被泵入所述控制設(shè)備。所述鉆孔系統(tǒng)可以包括環(huán)形回流管道，該環(huán)形回流管道在所述流體儲(chǔ)備池和圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域之間延伸，所述環(huán)形回流管道設(shè)有節(jié)流閥，該節(jié)流閥可調(diào)節(jié)以在或大或小的程度上限制流體沿著所述環(huán)形回流管道的流動(dòng)，在該情況下，所述方法還可以包括操作所述節(jié)流閥以使圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域中的壓力達(dá)到期望水平或?qū)⑺鰤毫S持在期望水平的步驟。所述鉆孔系統(tǒng)還可以包括主節(jié)流閥和環(huán)形管道，所述主節(jié)流閥定位于所述溢流管道和所述主出口之間的所述主流管道中，并且可調(diào)節(jié)以改變沿著所述主管道的流體的流動(dòng)的限制程度，所述環(huán)形管道從所述主管道延伸到圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域，所述環(huán)形管道設(shè)有環(huán)形節(jié)流閥，該環(huán)形節(jié)流閥可調(diào)節(jié)以在或大或小的程度上限制流體沿著所述環(huán)形管道的流動(dòng)，在該情況下，所述方法還可以包括以下步驟，即，在操作所述泵以將流體泵入所述主流管道期間，調(diào)節(jié)所述環(huán)形節(jié)流閥以減小對(duì)流體沿著所述環(huán)形管道的流動(dòng)的限制， 直到沿著所述環(huán)形管道的流體流速達(dá)到預(yù)定量，然后調(diào)節(jié)所述主節(jié)流閥以增大對(duì)流體沿著所述主管道的流動(dòng)的限制，而同時(shí)調(diào)節(jié)所述環(huán)形回流節(jié)流閥以增大流體對(duì)沿著所述環(huán)形回流管道的流動(dòng)的限制。此外，所述方法可以包括調(diào)節(jié)所述主節(jié)流閥直到通過(guò)所述主節(jié)流閥的流體的流動(dòng)基本上被阻止然后使所述鉆桿與所述主出口分離的步驟。另選地或另外，所述方法還可以包括以下步驟，即，在操作所述泵以將流體泵入所述主流管道期間，調(diào)節(jié)所述主節(jié)流閥以減小對(duì)流體沿著所述主管道的流動(dòng)的限制，而同時(shí)
8調(diào)節(jié)所述環(huán)形回流節(jié)流閥以減小對(duì)沿著所述環(huán)形回流管道的流體的流動(dòng)的限制，然后調(diào)節(jié)所述環(huán)形節(jié)流閥以增大對(duì)流體沿著所述環(huán)形管道的流動(dòng)的限制直到沿著所述環(huán)形管道的流體流速基本上被阻止?，F(xiàn)在將參照下列附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中，

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)鉆孔系統(tǒng)的示意圖；圖2示出了包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的控制系統(tǒng)的鉆孔系統(tǒng)的示意圖；圖3示出了包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的控制系統(tǒng)的第二實(shí)施方式的鉆孔系統(tǒng)的示意圖；圖4示出了包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的控制系統(tǒng)的第三實(shí)施方式的鉆孔系統(tǒng)的示意圖?，F(xiàn)在參看圖1，示出了現(xiàn)有技術(shù)以地面為基地的鉆孔系統(tǒng)的示意圖，該鉆孔系統(tǒng)包括部分鉆出的鉆孔10，該鉆孔10大體上垂直地延伸到地層中；以及鉆桿12，該鉆桿12延伸到鉆孔10內(nèi)，在鉆桿12的外徑和鉆孔10的壁之間留有環(huán)形空間(在下文中被稱(chēng)為環(huán)形13)。鉆桿12的最下端設(shè)有底部鉆具組合(BHA) 14，該BHA包括鉆頭和多個(gè)傳感器，所述多個(gè)傳感器優(yōu)選地包括壓力傳感器，該壓力傳感器構(gòu)造成產(chǎn)生指示井底流體壓力的壓力信號(hào)。鉆孔的最上部分襯有外殼16，在外殼16和鉆孔10的側(cè)面之間延伸有水泥層18。雖然BHA 14可以設(shè)有泥漿馬達(dá)，該泥漿馬達(dá)可操作以使鉆頭旋轉(zhuǎn)，但在該實(shí)例中，通過(guò)利用地上鉆井馬達(dá)或安裝在鉆桿12的頂部上的頂驅(qū)30使整個(gè)鉆桿12旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔。鉆桿12從鉆孔10伸出通過(guò)防噴器(BOP) 34而延伸到頂驅(qū)30。該系統(tǒng)還設(shè)有泥漿儲(chǔ)槽22和泥漿泵M，該泥漿泵M被預(yù)充有由預(yù)充泵從泥漿儲(chǔ)槽22經(jīng)由第一管道25抽取的泥漿。泥漿泵M將泥漿經(jīng)由第二管道沈(在下文中稱(chēng)為主管道26)泵入立管管匯觀(guān)。該立管管匯觀(guān)連接至頂驅(qū)30，并且被泵入立管管匯觀(guān)的泥漿通過(guò)頂驅(qū)30并且進(jìn)入鉆桿12。立管管匯觀(guān)設(shè)有壓力傳感器，該壓力傳感器的輸出構(gòu)成鉆桿12中壓力的指示并且被顯示在鉆工站。泥漿泵M具有被稱(chēng)為爆脫閥62的安全裝置，假如在立管管匯觀(guān)處被完全堵塞或者被無(wú)意識(shí)地關(guān)閉，則爆脫閥62從主管道沈釋放壓力。爆脫閥62位于從泥漿泵M延伸到泥漿儲(chǔ)槽22的卸壓管道63中。爆脫閥62必須被手動(dòng)設(shè)置在所需的最大壓力，該最大壓力通常取決于泵規(guī)格。假如爆脫閥62被啟動(dòng)，則它必須被手動(dòng)復(fù)位。利用變速驅(qū)動(dòng)器來(lái)操作泵M，該變速驅(qū)動(dòng)器可以是機(jī)械的(柴油機(jī))或電的(電動(dòng)機(jī))。該變速驅(qū)動(dòng)器由鉆臺(tái)上的遠(yuǎn)程裝置控制，其中泵通常位于別處，典型地位于地上。 在鉆孔操作期間，鉆工基于來(lái)自立管管匯壓力計(jì)的輸出連續(xù)地調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，以便將鉆桿12 中的壓力維持在期望水平。雖然在該實(shí)施例中系統(tǒng)被描述為具有單個(gè)泥漿泵M，但是應(yīng)該理解可以設(shè)置多于一個(gè)的泵。在該情況下，每個(gè)泵均設(shè)有變速驅(qū)動(dòng)器，并且鉆工必須調(diào)節(jié)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器以便將鉆桿12中的壓力維持在期望水平。一旦被沿著鉆桿12向下泵送，泥漿就通過(guò)鉆頭14并且進(jìn)入環(huán)形13。在向上移到環(huán)形13之后，則泥漿流入第三管道36 (在下文中稱(chēng)為環(huán)形回流管道36)，該環(huán)形回流管道 36從BOP 34的最上部分延伸。環(huán)形回流管道36從環(huán)形13延伸以使泥漿經(jīng)由至少一個(gè)過(guò)濾器38和振動(dòng)器40返回到泥漿儲(chǔ)槽22，通過(guò)過(guò)濾器38和振動(dòng)器40能從返回的泥漿去除
9諸如鉆粉的顆粒物。圖2所示的鉆孔系統(tǒng)由于設(shè)置第四管道42 (在下文中稱(chēng)為溢流管道42)而不同于這種現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)，該溢流管道42從主管道26，即從主泥漿泵M和立管管匯觀(guān)之間的管路，延伸到泥漿儲(chǔ)槽22。因此，在泥漿泵M的操作期間，泵送的泥漿中的一些流入立管管匯觀(guān)，從而流入鉆桿12，而所泵送的泥漿中的一些經(jīng)由溢流管道42被直接返回到泥漿儲(chǔ)槽 22。在溢流管道42中設(shè)置有可變孔徑節(jié)流口，在該實(shí)施例中該可變孔徑節(jié)流口是可控制的溢流節(jié)流閥44，該溢流節(jié)流閥可被操作以改變沿著溢流管道42的流體流動(dòng)被限制的程度。應(yīng)當(dāng)理解，假如泵M正以恒定流速泵送泥漿，則關(guān)閉溢流節(jié)流閥44將減小沿著溢流管道42的泥漿流速，從而導(dǎo)致主管道沈和溢流節(jié)流閥44之間的溢流管道42中的泥漿的壓力增大。因?yàn)橹鞴艿郎蚝鸵缌鞴艿?2之間以及主管道沈和鉆桿12的BHA 14之間的泥漿流動(dòng)在正常情況下基本上不受限制，所以溢流管道42中的泥漿壓力的增大導(dǎo)致主管道沈和鉆桿12中的泥漿壓力的相應(yīng)增大，并且更大比例的泵送泥漿將流入鉆桿12。相反地，應(yīng)當(dāng)理解，打開(kāi)溢流節(jié)流閥44將增大沿著溢流管道42的泥漿流速，從而導(dǎo)致溢流管道42、第二管道沈以及鉆桿12中的泥漿壓力的減小。雖然可以手動(dòng)操作可控制的溢流節(jié)流閥44以使鉆桿12中的泥漿壓力達(dá)到期望值或?qū)⑵渚S持在期望值，但是在該實(shí)施例中，這通過(guò)電子控制單元(ECU) 48來(lái)自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)，該電子控制單元48連接至溢流節(jié)流閥44并且可操作以將控制信號(hào)(其可以是氣動(dòng)、液動(dòng)或電的)傳輸?shù)揭缌鞴?jié)流閥44，控制信號(hào)的接收導(dǎo)致溢流節(jié)流閥44以指定量打開(kāi)或關(guān)閉。這種信號(hào)可控節(jié)流閥在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的。在該實(shí)施例中，在溢流節(jié)流閥44和主管道沈之間的管道42中安裝壓力傳感器 50，該壓力傳感器50提供指示溢流管道42中此刻的流體壓力的電輸出信號(hào)。壓力傳感器 50連接至ECU 48的輸入裝置，通過(guò)該連接，來(lái)自壓力傳感器50的輸出信號(hào)被傳輸?shù)紼CU 48。該E⑶48被編程使得假如來(lái)自壓力傳感器50的輸出信號(hào)指示溢流管道42中的泥漿壓力已經(jīng)偏離預(yù)選值(在下文中稱(chēng)為設(shè)定壓力)超過(guò)預(yù)定量，則E⑶48產(chǎn)生適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)并向溢流節(jié)流閥44傳輸該控制信號(hào)，使得，假如壓力太高，則溢流節(jié)流閥44打開(kāi)從而流體沿著溢流管道42的流動(dòng)被較小地限制，并且假如壓力太低，則溢流節(jié)流閥44關(guān)閉(部分地，即非完全地)使得流體沿著溢流管道42的流動(dòng)被更多地限制。然而，應(yīng)當(dāng)理解，壓力傳感器可以定位于主管道沈中，從而向E⑶48提供指示主管道沈中的流體壓力的電輸出信號(hào)。E⑶48可以被編程使得控制信號(hào)可以簡(jiǎn)單地包括使溢流節(jié)流閥44以預(yù)定的相對(duì)較小的程度打開(kāi)或關(guān)閉的指令，并且將重復(fù)的控制信號(hào)發(fā)送到溢流節(jié)流閥44直到來(lái)自壓力傳感器50的輸出信號(hào)指示溢流管道42中的泥漿壓力處于期望值。另選地，ECU 48可以被編程使得控制信號(hào)不但包括關(guān)于溢流節(jié)流閥44是否打開(kāi)或關(guān)閉的指示，而且包括打開(kāi)或關(guān)閉的程度的指示。在該情況下，E⑶48被編程以計(jì)算使溢流管道42中的泥漿壓力達(dá)到期望值所需的溢流節(jié)流閥44的打開(kāi)或關(guān)閉的程度，并且以通過(guò)將適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)發(fā)送到溢流節(jié)流閥44來(lái)實(shí)現(xiàn)使壓力達(dá)到期望值。在該實(shí)施例中E⑶48被編程以將第二管道沈和溢流節(jié)流閥44之間的溢流管道中的泥漿壓力維持在2000psi左右的設(shè)定壓力。
由于該布置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆桿12中的泥漿壓力的精確且可靠的控制，而不需要手動(dòng)控制泵速。因?yàn)橐欢ū壤谋盟偷哪酀{被直接返回到泥漿儲(chǔ)槽而沒(méi)有沿鉆桿12經(jīng)過(guò)，所以必須使泥漿泵M以比現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中所需的略高的速率(大約高10-15% )運(yùn)行，在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中所有的泵送泥漿都進(jìn)入鉆桿12。假如在鉆孔期間，環(huán)形13變得阻塞或者存在鉆頭堵塞，或者假如鉆井馬達(dá)失速，則將存在鉆桿12中泥漿壓力的突然且急劇的增大，這緊接著幾乎立即使第二管道26和第四管道42中的泥漿壓力的類(lèi)似地增大。這將由壓力傳感器50檢測(cè)到，并且E⑶48將操作以使溢流節(jié)流閥44打開(kāi)并因此通過(guò)允許增加的泥漿沿著溢流管道42流入泥漿儲(chǔ)槽22來(lái)解除過(guò)壓。該調(diào)節(jié)能自動(dòng)并且非常迅速地實(shí)現(xiàn)，并且將生效而沒(méi)有顯著延遲，這和手動(dòng)調(diào)節(jié)泵速的現(xiàn)有技術(shù)方法形成對(duì)比。因?yàn)殂@桿12中的泥漿壓力被自動(dòng)維持在預(yù)選水平，因此能在正常情況下能避免爆脫閥的啟動(dòng)，而不需要鉆工的干預(yù)。因此爆脫閥作為純粹安全閥設(shè)置而用于僅在該壓力控制系統(tǒng)發(fā)生故障的不太可能的情況下啟動(dòng)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，E⑶48包括另一個(gè)輸入裝置，假如鉆孔條件指示需要鉆桿12中的泥漿的更高或更低的壓力，則操作員通過(guò)該另一個(gè)輸入裝置可以改變?cè)O(shè)定壓力。優(yōu)選地這例如從鉆塔控制中心遠(yuǎn)程地實(shí)現(xiàn)。該輸入裝置也可以被手動(dòng)使用以例如在自動(dòng)控制系統(tǒng)故障的情況下改變鉆桿12中的泥漿壓力。在本發(fā)明的該實(shí)施方式中，在主管道沈和溢流管道42中分別設(shè)置閥M、56。這些閥M、56可在打開(kāi)位置和關(guān)閉位置之間移動(dòng)，在所述打開(kāi)位置，流體沿著相應(yīng)管道的流動(dòng)基本上不受限制，在所述關(guān)閉位置，流體沿著相應(yīng)管道的流動(dòng)基本上被阻止。應(yīng)當(dāng)理解，通過(guò)關(guān)閉溢流管道42中的閥56，鉆孔系統(tǒng)能像傳統(tǒng)的鉆孔系統(tǒng)一樣操作，其中通過(guò)改變主泥漿泵M的操作速度來(lái)實(shí)現(xiàn)被泵入鉆桿12的泥漿的壓力控制。第二管道沈中的閥M的設(shè)置意味著在將新的長(zhǎng)度的管連接至鉆桿12期間不必關(guān)閉該泵或每個(gè)泵24。在將新管連接至鉆桿12時(shí)閥M能被關(guān)閉，由泵M泵送的泥漿經(jīng)由溢流管道42被直接返回到泥漿儲(chǔ)槽。雖然不是必要的，但是鉆孔系統(tǒng)的本實(shí)施方式還可以包括可電子控制的主節(jié)流閥 66，該可電子控制的主節(jié)流閥66位于立管管匯觀(guān)和溢流管道42之間的主管道沈中。設(shè)置有電子控制單元，該電子控制單元能從鉆臺(tái)操作以控制主節(jié)流閥66的操作，使得主節(jié)流閥66能被關(guān)閉以限制泥漿流入立管管匯觀(guān)，或者能被打開(kāi)以增大泥漿流入立管管匯觀(guān)。 如上所述，溢流管道42中的可調(diào)節(jié)的溢流節(jié)流閥44被用來(lái)將主管道沈中的壓力維持在大體上恒定的水平，并且應(yīng)當(dāng)理解，主節(jié)流閥66因此提供了用于改變流入鉆桿12的泥漿流速而不會(huì)改變泵M的操作速度的手段。主節(jié)流閥66可以是可操作的以完全關(guān)閉主管道26， 即，以基本上阻止而不是簡(jiǎn)單地限制或阻礙泥漿沿著主管道沈的流動(dòng)，或者為此可以設(shè)置單獨(dú)的閥。在鉆孔系統(tǒng)中可以設(shè)置一個(gè)或更多個(gè)流量計(jì)(例如科里奧利(Coriolis)流量計(jì))。例如，在與溢流管道42的交叉點(diǎn)和立管管匯觀(guān)或者主節(jié)流閥66 (如果有)之間的主管道沈中可以設(shè)置流量計(jì)70。流量計(jì)70可以設(shè)置在管道沈本身中或者設(shè)置在從主管道 26的第一點(diǎn)延伸到第二點(diǎn)的短環(huán)形管道中。在后者的情況下，在第一點(diǎn)和第二點(diǎn)之間的主管道沈中優(yōu)選地設(shè)置第一閥，并且在環(huán)形管道中設(shè)置第二閥，使得當(dāng)?shù)谝婚y打開(kāi)并且第二
11閥關(guān)閉時(shí)，泥漿流僅通過(guò)主管道26而不會(huì)流過(guò)流量計(jì)，然而當(dāng)?shù)谝婚y關(guān)閉并且第二閥打開(kāi)時(shí)，流入鉆桿12的所有泥漿都流經(jīng)流量計(jì)70。因此該流量計(jì)70可以用來(lái)測(cè)量流入鉆桿12 的泥漿速度。當(dāng)設(shè)置有主節(jié)流閥66和流量計(jì)70兩者時(shí)，鉆工因此可以通過(guò)借助來(lái)自鉆臺(tái)控制中心的遙控打開(kāi)或關(guān)閉節(jié)流閥66，而利用流量計(jì)70確定流量來(lái)調(diào)節(jié)被傳輸?shù)姐@桿12的泥漿的速度。還可以在節(jié)流閥44的下游的溢流管道42中設(shè)置流量計(jì)80來(lái)測(cè)量流入泥漿儲(chǔ)槽 22的泥漿的速度。在設(shè)置兩個(gè)這種流量計(jì)的情況下，來(lái)自每個(gè)流量計(jì)的讀數(shù)均可以被結(jié)合以提供泥漿泵M的總輸出的指示。在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，泵入鉆桿12的體積可以通過(guò)用沖程計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)數(shù)泵的泵沖程來(lái)測(cè)量。在置換體積是恒定的情況下，可以以這種方式導(dǎo)出所泵送的體積，并且這是在鉆臺(tái)控制中心處顯示流量的常用方法。然而，假如泵閥泄漏或者假如泵失去吸力，則所導(dǎo)出的流量可能不完全精確。通過(guò)在第二管道沈和溢流管道42中設(shè)置流量計(jì)，利用這兩個(gè)流量計(jì)測(cè)量的流量能被結(jié)合，并且結(jié)合結(jié)果用來(lái)驗(yàn)證如現(xiàn)有技術(shù)方法的從泵沖程計(jì)數(shù)計(jì)算出的流量的精確性。本發(fā)明的第二實(shí)施方式在圖3中示出并且包括旋轉(zhuǎn)控制裝置(RCD)32。如在現(xiàn)有技術(shù)中是常見(jiàn)的，RCD 32包括密封元件，這些密封元件抵靠鉆桿12密封同時(shí)仍允許鉆桿 12旋轉(zhuǎn)；以及橫向延伸出口 32a，該橫向延伸出口 3 位于密封元件的下方，通過(guò)該橫向延伸出口 3 可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)由環(huán)形回流管道36從環(huán)形13受控地釋放流體。不同于圖1和圖2 所示的布置，RCD 32構(gòu)造成抑制環(huán)形13中的流體壓力。鉆孔系統(tǒng)的本實(shí)施方式還包括環(huán)形回流節(jié)流閥46，該環(huán)形回流節(jié)流閥46定位在 RCD的出口 3 和過(guò)濾器38之間的環(huán)形回流管36中。該節(jié)流閥46也可通過(guò)電子控制單元 52控制以改變沿著環(huán)形回流管道36的泥漿流被限制的程度。假如環(huán)形回流節(jié)流閥46被打開(kāi)，則允許泥漿從環(huán)形13快速返回到泥漿儲(chǔ)槽22，然而假如環(huán)形回流節(jié)流閥46被關(guān)閉，則限制泥漿從環(huán)形13流到泥漿儲(chǔ)槽22，并且這導(dǎo)致環(huán)形13中的流體壓力增大，該壓力的增大由RCD 32抑制。在環(huán)形回流管道36中設(shè)置流量計(jì)90以監(jiān)控從環(huán)形13返回到泥漿儲(chǔ)槽22的流體的速度。典型地該流量計(jì)是科里奧利流量計(jì)并且定位在環(huán)形回流節(jié)流閥46和過(guò)濾器38之間。如上所述，應(yīng)當(dāng)理解，井底流體壓力由兩個(gè)因素，即泥漿沿著鉆桿12流入鉆孔10 的流速，和泥漿經(jīng)由環(huán)形13流出鉆孔10的流速?zèng)Q定。因此環(huán)形回流節(jié)流閥46提供了一種控制井底泥漿壓力的手段。在進(jìn)入環(huán)形的泥漿流在諸如鉆桿12堵塞或馬達(dá)失速的情況期間被突然減小以防止井底壓力的不必要的突然下降的情況下，如上所述，這能導(dǎo)致從地層釋放碳?xì)浠衔?，因此鉆工可以手動(dòng)地操作環(huán)形回流節(jié)流閥46以限制泥漿沿著環(huán)形回流管道36的流動(dòng)而將井底壓力維持在期望水平。而且通過(guò)以和用于溢流節(jié)流閥44的相同的方式提供環(huán)形回流節(jié)流閥46的自動(dòng)控制，即通過(guò)向E⑶52提供來(lái)自測(cè)量環(huán)形流體壓力的壓力傳感器47的輸入并且對(duì)該E⑶52 進(jìn)行編程以自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)形回流節(jié)流閥46而使環(huán)形壓力達(dá)到期望值，系統(tǒng)可以被設(shè)置以提供除鉆桿12中的恒壓之外還提供環(huán)形13上的恒定的反壓力。這可以有助于將井底壓力維持在足夠高，不然的話(huà)恒定的水平，以避免在將新的長(zhǎng)度的管連接至鉆桿12期間無(wú)意地從地層釋放碳?xì)浠衔?。圖4示出了鉆孔系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方式，并且該圖示出了與一些附加特征結(jié)合的上述的并且在圖1、2以及3中示出的系統(tǒng)的所有特征。具體地，該系統(tǒng)包括第五管道M(在下文中稱(chēng)為環(huán)形管道54)，該環(huán)形管道M從溢流管道42和立管管匯觀(guān)之間的主管道沈中的一點(diǎn)經(jīng)由喇叭口短節(jié)33和BOP 34延伸到環(huán)形13。在環(huán)形管道M中設(shè)置閥60和另一個(gè)可電子控制的環(huán)形節(jié)流閥63，閥60位于環(huán)形節(jié)流閥63上游，即位于環(huán)形節(jié)流閥63和主管道沈之間。在節(jié)流閥63和BOP 34之間的環(huán)形管道M中設(shè)置另一個(gè)科里奧利流量計(jì)65。 環(huán)形節(jié)流閥63的操作通過(guò)相關(guān)聯(lián)的ECU 64以和溢流節(jié)流閥46相同的方式控制，并且環(huán)形節(jié)流閥63可以被關(guān)閉以限制泥漿從主管道沈流到環(huán)形13，或者可以被打開(kāi)以增大從主管道沈到環(huán)形13的流徑的直徑。通常，在鉆孔期間，閥60被關(guān)閉以防止泥漿沿著環(huán)形管道 54流動(dòng)，并且僅在如下所述的轉(zhuǎn)換期間才使用環(huán)形管道M。然而閥60在鉆孔期間可以打開(kāi)。環(huán)形節(jié)流閥62、主節(jié)流閥66以及環(huán)形管道M中的閥60可以被操作以例如當(dāng)鉆孔10已經(jīng)變得深至必須將一段新管增加到鉆桿12的頂部時(shí)，允許頂驅(qū)30和鉆桿12之間的連接的受控?cái)嚅_(kāi)。在該情況下，系統(tǒng)被如下操作。在環(huán)形節(jié)流閥63關(guān)閉的情況下，環(huán)形管道M中的閥60被打開(kāi)，然后調(diào)節(jié)環(huán)形節(jié)流閥63，在該實(shí)施例中，直到環(huán)形管道M中的科里奧利流量計(jì)65指示泥漿正以100和150 美制加侖/分鐘之間的速度沿著環(huán)形管道M流動(dòng)時(shí)為止。然后根據(jù)所選擇的預(yù)定閉合曲線(xiàn)關(guān)閉主節(jié)流閥66以避免由于井筒儲(chǔ)存效應(yīng)而引起井底壓力的任何峰值。雖然這正在發(fā)生，但是溢流節(jié)流閥46確保了主管道沈和環(huán)形管道M中的壓力大致是恒定的，這意味著通過(guò)環(huán)形節(jié)流閥63進(jìn)入環(huán)形13的泥漿的流速大致保持恒定。因此，為了補(bǔ)償由于主節(jié)流閥66的關(guān)閉造成的井底壓力的損失，環(huán)形回流節(jié)流閥46也必須被關(guān)閉以限制但不是完全阻止泥漿沿著環(huán)形回流管道36的流動(dòng)，從而增大作用于從環(huán)形13返回的泥漿的反壓力。一旦主節(jié)流閥66被完全關(guān)閉，使得基本上阻止了泥漿流入鉆桿12，則頂驅(qū)30可以與鉆桿12 分離，并且將一段新管插入鉆桿12。雖然這正在發(fā)生，但是泵速可以被減小以減小經(jīng)由溢流管道42被直接泵回到泥漿存儲(chǔ)22的泥漿的量，同時(shí)維持沿著環(huán)形管道M的期望的流速。由于該主節(jié)流閥66和環(huán)形回流節(jié)流閥46的該同時(shí)控制，從而在頂驅(qū)30和鉆桿12 之間的連接受控?cái)嚅_(kāi)期間，井底壓力可以保持在大致恒定的水平。因?yàn)橛梢缌鞴艿?2和溢流節(jié)流閥44的控制促進(jìn)的對(duì)主節(jié)流閥66的恒壓供給，所以井底壓力的這種控制是可實(shí)現(xiàn)的。這確保了關(guān)閉節(jié)流閥66的效果大致可預(yù)知，并且基于該可預(yù)知的響應(yīng)可以驅(qū)動(dòng)環(huán)形回流節(jié)流閥46以在連接過(guò)程期間維持恒定的井底壓力。在重新連接頂驅(qū)30之后，為了重新開(kāi)始鉆孔并從此將泥漿泵入鉆桿12，顛倒該過(guò)程，其中主節(jié)流閥66和環(huán)形回流節(jié)流閥46被同時(shí)打開(kāi)。然而，應(yīng)該理解，主節(jié)流閥66被以與其被關(guān)閉的速度不同的速度打開(kāi)，因?yàn)槭鼓酀{重新開(kāi)始流入鉆桿12的流體動(dòng)力學(xué)對(duì)井底壓力具有不同于在斷開(kāi)過(guò)程期間泥漿流入鉆桿12減少的影響。當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“包括”和“包括了 “及其變型意味著包括指明的特征、步驟或整體。這些術(shù)語(yǔ)不應(yīng)被解釋為排斥其它特征、步驟或構(gòu)件的存在。在前述說(shuō)明書(shū)、或下列權(quán)利要求或者附圖中公開(kāi)的、以它們的特定形式表示的或者針對(duì)于用于執(zhí)行公開(kāi)的功能的裝置或者針對(duì)用于達(dá)到公開(kāi)的結(jié)果的方法或過(guò)程的特征在適當(dāng)時(shí)可以單獨(dú)地或者以這種特征的任意結(jié)合用于以其多種的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種用于在鉆探鉆孔期間控制該鉆孔中的流體壓力所使用的控制設(shè)備，該設(shè)備包括適于連接至泵的進(jìn)口 ；適于連接至鉆桿的主出口 ；以及適于連接至流體儲(chǔ)備池的溢流出口，所述進(jìn)口通過(guò)主流管道被連接至所述主出口，并且所述溢流出口通過(guò)溢流管道被連接至所述主流管道，其中，所述溢流管道設(shè)有壓力調(diào)節(jié)器，通過(guò)該壓力調(diào)節(jié)器可以將所述主流管道中的流體壓力維持在預(yù)定壓力值或該預(yù)定壓力值左右。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制設(shè)備，其中，所述壓力調(diào)節(jié)器包括節(jié)流閥，該節(jié)流閥是可調(diào)節(jié)的，以在或大或小的程度上限制流體沿著所述溢流管道的流動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制設(shè)備，其中，所述壓力調(diào)節(jié)器包括壓力傳感器，該壓力傳感器提供指示所述主流管道中或者所述節(jié)流閥和所述主管道之間的所述溢流管道中的流體壓力的信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制設(shè)備，其中，所述壓力調(diào)節(jié)器還包括電子控制單元，該電子控制單元被連接至所述壓力傳感器以接收來(lái)自所述壓力傳感器的輸入信號(hào)，所述輸入信號(hào)指示所述主流管道中或所述節(jié)流閥和所述主管道之間的所述溢流管道中的流體壓力，所述電子控制單元進(jìn)一步被連接至所述節(jié)流閥并且被編程以產(chǎn)生控制信號(hào)并向所述節(jié)流閥發(fā)送所述控制信號(hào)，所述控制信號(hào)的接收使得所述節(jié)流閥調(diào)節(jié)沿著所述溢流管道的流體流動(dòng)被限制的程度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制設(shè)備，其中，所述電子控制單元被編程，以監(jiān)控來(lái)自所述壓力傳感器的所述信號(hào)，并且假如所述信號(hào)指示所述壓力與預(yù)定值相差指定程度，則計(jì)算并向所述節(jié)流閥發(fā)送一個(gè)或更多個(gè)適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)以使所述壓力回到所述預(yù)定值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制設(shè)備，其中，所述電子控制單元設(shè)有輸入裝置，該輸入裝置適于接收指示所述主流管道中或所述節(jié)流閥和所述主流管道之間的所述管道中的期望的流體壓力的信號(hào)，并且所述電子控制單元被編程以計(jì)算并向所述節(jié)流閥發(fā)送適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)以達(dá)到所述期望壓力。
7.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的控制設(shè)備，其中，該設(shè)備還包括另一個(gè)節(jié)流閥，該另一個(gè)節(jié)流閥定位于所述溢流管道和所述主出口之間的所述主流管道中，并且該另一個(gè)節(jié)流閥是可調(diào)節(jié)的，以改變沿著所述主流管道的流體流動(dòng)的限制的程度。
8.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的控制設(shè)備，其中，在所述溢流管道中設(shè)置閥，該閥可在打開(kāi)位置和關(guān)閉位置之間變動(dòng)，在所述打開(kāi)位置，允許流體沿著所述溢流管道流動(dòng)，在所述關(guān)閉位置，所述閥起作用以基本上阻止流體沿著所述溢流管道流動(dòng)。
9.根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的控制設(shè)備，其中，該設(shè)備還包括環(huán)形出口，該環(huán)形出口通過(guò)環(huán)形管道被連接至所述溢流管道和所述主出口之間的所述主管道。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制設(shè)備，其中，在所述環(huán)形管道中設(shè)置可調(diào)節(jié)的節(jié)流閥。
11.根據(jù)權(quán)利要求7和權(quán)利要求9所述的控制設(shè)備，其中，所述環(huán)形管道被連接至所述溢流管道和所述主管道中的所述節(jié)流閥之間的所述主管道。
12.—種鉆孔系統(tǒng)，該鉆孔系統(tǒng)包括鉆桿、泵、流體儲(chǔ)備池以及根據(jù)任一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的控制設(shè)備，所述控制設(shè)備的所述進(jìn)口被連接至所述泵，所述控制設(shè)備的所述主出口被連接至所述鉆桿，并且所述控制設(shè)備的所述溢流出口被連接至所述流體儲(chǔ)備池。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鉆孔系統(tǒng)，其中，圍繞所述鉆桿設(shè)置壓力抑制裝置，該壓力抑制裝置能夠抑制圍繞所述鉆桿的環(huán)形區(qū)域中的流體壓力。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鉆孔系統(tǒng)，其中，所述壓力抑制裝置是旋轉(zhuǎn)控制裝置，該旋轉(zhuǎn)控制裝置能夠抑制圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域中的流體壓力同時(shí)允許所述鉆桿繞其縱軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中的任一項(xiàng)所述的鉆孔系統(tǒng)，其中，在所述流體儲(chǔ)備池和圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域之間設(shè)置環(huán)形回流管道。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的基于權(quán)利要求13或14所述的鉆孔系統(tǒng)，其中，所述環(huán)形回流管道設(shè)有壓力調(diào)節(jié)器，通過(guò)該壓力調(diào)節(jié)器可以調(diào)節(jié)圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域中的壓力。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的鉆孔系統(tǒng)，其中，所述壓力調(diào)節(jié)器包括節(jié)流閥，該節(jié)流閥是可調(diào)節(jié)的，以在或大或小的程度上限制流體沿著所述環(huán)形回流管道的流動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的鉆孔系統(tǒng)，其中，所述壓力調(diào)節(jié)器包括壓力傳感器，該壓力傳感器提供指示圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域中的流體壓力的信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的鉆孔系統(tǒng)，其中，所述壓力調(diào)節(jié)器還包括電子控制單元，該電子控制單元被連接至所述壓力傳感器以接收來(lái)自所述壓力傳感器的輸入信號(hào)，所述輸入信號(hào)指示圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域中的流體壓力，所述電子控制單元被進(jìn)一步連接至所述節(jié)流閥并且被編程以產(chǎn)生控制信號(hào)并向所述節(jié)流閥發(fā)送該控制信號(hào)，所述控制信號(hào)的接收使得所述節(jié)流閥調(diào)節(jié)沿著所述環(huán)形回流管道的流體流動(dòng)被限制的程度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的鉆孔系統(tǒng)，其中，所述電子控制單元被編程以監(jiān)控來(lái)自所述壓力傳感器的所述輸入信號(hào)，并且假如圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域中的所述壓力與預(yù)定值相差指定程度，則計(jì)算并向所述節(jié)流閥發(fā)送一個(gè)或更多個(gè)適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)以使所述壓力回到所述預(yù)定值。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的鉆孔系統(tǒng)，其中，所述電子控制單元設(shè)有輸入裝置，該輸入裝置適于接收指示圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域中的期望的流體壓力的信號(hào)，并且所述電子控制單元被編程以計(jì)算并向所述節(jié)流閥發(fā)送適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)以達(dá)到所述期望壓力。
22.根據(jù)權(quán)利要求12至21中的任一項(xiàng)所述的鉆孔系統(tǒng)，其中，所述鉆孔系統(tǒng)還包括環(huán)形管道，該環(huán)形管道從所述主管道延伸到圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的鉆孔系統(tǒng)，其中，所述環(huán)形管道設(shè)有節(jié)流閥，該節(jié)流閥是可調(diào)節(jié)的，以在或大或小的程度上限制流體沿著所述環(huán)形管道的流動(dòng)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的鉆孔系統(tǒng)，其中，所述環(huán)形管道設(shè)有閥，該閥可操作以基本上阻止流體沿著所述環(huán)形管道流動(dòng)。
25.一種操作包括控制設(shè)備的鉆孔系統(tǒng)的方法，該控制設(shè)備具有進(jìn)口、主出口以及溢流出口，所述進(jìn)口通過(guò)主流管道被連接至所述主出口，并且所述溢流出口通過(guò)溢流管道被連接至所述主管道，所述溢流管道設(shè)有壓力調(diào)節(jié)器，所述鉆孔系統(tǒng)還包括連接至所述控制設(shè)備的所述主出口的鉆桿；連接至所述控制設(shè)備的所述進(jìn)口的泵；以及連接至所述溢流出口的流體儲(chǔ)備池，其中，所述方法包括以下步驟操作所述泵以將流體經(jīng)由所述控制設(shè)備的所述主流管道泵入所述鉆桿；并且操作所述壓力調(diào)節(jié)器以將所述主流管道中的流體壓力維持在預(yù)定水平或該預(yù)定水平左右。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的操作鉆孔系統(tǒng)的方法，其中，所述壓力調(diào)節(jié)器包括可調(diào)節(jié)的節(jié)流閥，并且所述方法包括以下步驟假如所述溢流管道中的流體壓力低于所述預(yù)定水平，則調(diào)節(jié)所述節(jié)流閥以增大對(duì)沿著所述溢流管道的流體流動(dòng)的限制；或者假如所述主流管道中的流體壓力高于所述預(yù)定水平，則調(diào)節(jié)所述節(jié)流閥以減小對(duì)沿著所述溢流管道的流體流動(dòng)的限制。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或沈所述的操作鉆孔系統(tǒng)的方法，其中，所述控制設(shè)備還包括另一個(gè)節(jié)流閥，該另一個(gè)節(jié)流閥定位于所述溢流管道和所述主出口之間的所述主管道中，并且所述方法還包括操作所述主節(jié)流閥以改變沿著所述主管道的流體流動(dòng)被限制的程度的步驟。
28.根據(jù)權(quán)利要求25至27中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述泵被連接至所述泥漿儲(chǔ)槽，使得所述泵的操作導(dǎo)致所述儲(chǔ)槽中的流體被泵入所述控制設(shè)備。
29.根據(jù)權(quán)利要求25至觀(guān)中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述鉆孔系統(tǒng)包括環(huán)形回流管道，該環(huán)形回流管道在所述流體儲(chǔ)備池和圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域之間延伸，并且所述環(huán)形回流管道設(shè)有節(jié)流閥，該節(jié)流閥是可調(diào)節(jié)的，以在或大或小的程度上限制流體沿著所述環(huán)形回流管道的流動(dòng)，并且所述方法還包括操作所述節(jié)流閥以使圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域中的壓力達(dá)到期望水平或?qū)⑺鰤毫S持在期望水平的步驟。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，其中，所述鉆孔系統(tǒng)還包括主節(jié)流閥和環(huán)形管道，所述主節(jié)流閥定位于所述溢流管道和所述主出口之間的所述主流管道中，并且所述主節(jié)流閥是可調(diào)節(jié)的，以改變流體沿著所述主管道流動(dòng)的限制的程度，所述環(huán)形管道從所述主管道延伸到圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域，所述環(huán)形管道設(shè)有環(huán)形節(jié)流閥，該環(huán)形節(jié)流閥是可調(diào)節(jié)的，以在或大或小的程度上限制流體沿著所述環(huán)形管道的流動(dòng)，所述方法還包括以下步驟，即，在操作所述泵以將流體泵入所述主流管道期間，調(diào)節(jié)所述環(huán)形節(jié)流閥以減小對(duì)流體沿著所述環(huán)形管道流動(dòng)的限制，直到流體沿著所述環(huán)形管道的流速達(dá)到預(yù)定量，然后調(diào)節(jié)所述主節(jié)流閥以增大對(duì)流體沿著所述主管道流動(dòng)的限制，而同時(shí)調(diào)節(jié)所述環(huán)形回流節(jié)流閥以增大對(duì)流體沿著所述環(huán)形回流管道流動(dòng)的限制。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述方法還包括調(diào)節(jié)所述主節(jié)流閥直到流體通過(guò)所述主節(jié)流閥的流動(dòng)基本上被阻止，然后使所述鉆桿與所述主出口斷開(kāi)的步驟。
32.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，其中，所述鉆孔系統(tǒng)還包括主節(jié)流閥和環(huán)形管道，所述主節(jié)流閥定位于所述溢流管道和所述主出口之間的所述主流管道中，并且所述主節(jié)流閥是可調(diào)節(jié)的，以改變流體沿著所述主管道流動(dòng)的限制的程度，所述環(huán)形管道從所述主管道延伸到圍繞所述鉆桿的所述環(huán)形區(qū)域，所述環(huán)形管道設(shè)有環(huán)形節(jié)流閥，該環(huán)形節(jié)流閥是可調(diào)節(jié)的，以在或大或小的程度上限制流體沿著所述環(huán)形管道的流動(dòng)，所述方法還包括以下步驟，即，在操作所述泵以將流體泵入所述主流管道期間，調(diào)節(jié)所述主節(jié)流閥以減小對(duì)流體沿著所述主管道流動(dòng)的限制，而同時(shí)調(diào)節(jié)所述環(huán)形回流節(jié)流閥以減小對(duì)流體沿著所述環(huán)形回流管道流動(dòng)的限制，然后調(diào)節(jié)所述環(huán)形節(jié)流閥以增大對(duì)流體沿著所述環(huán)形管道流動(dòng)的限制直到沿著所述環(huán)形管道的流體流速基本上被阻止。
全文摘要
一種用于在鉆探鉆孔期間控制該鉆孔中的流體壓力所使用的控制設(shè)備，該設(shè)備包括適于連接至泵的進(jìn)口；適于連接至鉆桿的主出口；以及適于連接至流體儲(chǔ)備池的溢流出口，所述進(jìn)口通關(guān)主流管道被連接至所述主出口，并且所述溢流出口通過(guò)溢流管道被連接至所述主流管道，其中，所述溢流管道設(shè)有壓力調(diào)節(jié)器，通過(guò)該壓力調(diào)節(jié)器可以將所述主流管道中的流體壓力維持在預(yù)定壓力值或該預(yù)定壓力值左右。
文檔編號(hào)E21B21/08GK102405328SQ201080014561
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者C·萊藤伯格 申請(qǐng)人:控制壓力營(yíng)運(yùn)私人有限公司