專利名稱：閉環(huán)控壓鉆井系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種閉環(huán)控壓鉆井系統(tǒng)，用于井筒壓力精細(xì)控制，確保井筒環(huán)空壓力剖面在設(shè)定值，屬于油氣田鉆井壓力控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來隨著對石油天然氣勘探開發(fā)力度的加大，各種復(fù)雜地區(qū)鉆井日益增多，應(yīng)用常規(guī)過平衡壓力控制技術(shù)已經(jīng)不能很好滿足目山前復(fù)雜地區(qū)、窄密度窗口安全鉆井、含 H2S氣層鉆進(jìn)、高密度泥漿漏失引起的縮徑卡鉆和井控風(fēng)險(xiǎn)等生產(chǎn)要求，因?yàn)槠渚讐毫刂浦饕蕾囉趥鹘y(tǒng)方式，即控制鉆井液性能、泵沖等鉆井參數(shù)的調(diào)節(jié)，井底壓力控制精度極低，并且井底壓力波動(dòng)比大，完全不能避免由于地層對壓力敏感造成的井漏、噴漏同存等工程難題，從而延長鉆井周期，能加鉆井成本，不利于油氣田的經(jīng)濟(jì)開發(fā)。為了解決類似問題，近年來提出的控壓鉆井技術(shù)是鉆井過程中進(jìn)行壓力控制的一種較新的方法，可以精細(xì)控制井筒環(huán)空壓力剖面，其主要是通過相應(yīng)裝備系統(tǒng)實(shí)時(shí)精確調(diào)節(jié)井口回壓以達(dá)到控制井底壓力的目的，國外經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展了相應(yīng)的精細(xì)壓力控制系統(tǒng)。目前精細(xì)壓力控制鉆井系統(tǒng)主要包括井下隨鉆環(huán)空壓力監(jiān)測系統(tǒng)(PWD)、地面自動(dòng)壓力控制系統(tǒng)(回壓泵、自動(dòng)節(jié)流管匯、流量計(jì)、壓力傳感器、PLC電液控制機(jī)構(gòu)、數(shù)控房等)組成。但目前的精細(xì)壓力控制系統(tǒng)存在如下問題一、現(xiàn)有控壓鉆井系統(tǒng)所需要的工程數(shù)據(jù)(如，泵入流量、立壓、井深等其他工藝參數(shù))獲取有兩種方式，一是來自井場設(shè)備上重新安裝的傳感器，這會(huì)導(dǎo)致井場傳感器重復(fù)安裝，而井場有綜合錄井系統(tǒng)，或者鉆機(jī)本身有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因此，根本沒有必要重復(fù)浪費(fèi)安裝；二是手動(dòng)輸入所需要的關(guān)鍵工程參數(shù)，如井深等，這不能達(dá)到實(shí)時(shí)性的目的，因此通過水力學(xué)計(jì)算的井口控制壓力不精確，且要求人員不定時(shí)的輸入數(shù)據(jù)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且可能人為誤操作輸入錯(cuò)誤數(shù)據(jù)導(dǎo)致控制套壓的指令錯(cuò)誤而導(dǎo)致鉆井事故，即使某些公司的控壓鉆井系統(tǒng)能兼容綜合錄井系統(tǒng)，但也只能兼容特定數(shù)據(jù)格式的綜合錄井系統(tǒng)，缺乏兼容性， 對鉆井現(xiàn)場的錄井系統(tǒng)選擇性太強(qiáng)，而不能大范圍應(yīng)用。二、目前控壓鉆井系統(tǒng)的上位機(jī)、傳輸數(shù)據(jù)線或通信出問題，地面壓力執(zhí)行設(shè)備 (回壓補(bǔ)償、自動(dòng)節(jié)流管匯)將失去自動(dòng)控制信號(hào)，不能進(jìn)行自動(dòng)控制，可能造成控制失效， 增加井控和設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)；三、地面壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)不能拆分為獨(dú)立單元進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用，必須整套設(shè)備上井場，包括回壓補(bǔ)償、自動(dòng)節(jié)流管匯、數(shù)控房等等，這對井場大小有選擇性，限制了其應(yīng)用范圍；且設(shè)備制造后的現(xiàn)場調(diào)試也需要整套上現(xiàn)場，增加成本，不方便設(shè)備調(diào)試；且目前控壓鉆井系統(tǒng)成本高昂，限制了其推廣應(yīng)用。四、目前國內(nèi)外控壓鉆井系統(tǒng)的自動(dòng)節(jié)流管匯的控制均采用液動(dòng)控制方式，主要存在的問題是1、液動(dòng)節(jié)流控制可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，雖然一定程度上減輕了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，但是液動(dòng)控制不能在原有的節(jié)流管匯上進(jìn)行改進(jìn)，必須重新設(shè)計(jì)制造節(jié)流管匯，造成現(xiàn)有手
4動(dòng)節(jié)流管匯的大量浪費(fèi)；2、若采用國外液動(dòng)控制節(jié)流系統(tǒng)，成本高，每個(gè)閥件高達(dá)在100多萬人民幣，不利于國內(nèi)推廣應(yīng)用；3、目前國內(nèi)液動(dòng)控制節(jié)流系統(tǒng)，響應(yīng)速度慢，壓力控制波動(dòng)大，不能滿足精細(xì)控壓鉆井技術(shù)要求；4、現(xiàn)有的自動(dòng)控制節(jié)流管匯只具備了近地手動(dòng)控制和通過數(shù)控房遠(yuǎn)端控制，或者只有遠(yuǎn)端控制功能，不能在近地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，這樣一旦自動(dòng)節(jié)流管匯與數(shù)控房的通信出現(xiàn)故障后(如現(xiàn)場通信電纜被損壞，通信網(wǎng)絡(luò)被干擾)，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，就不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，導(dǎo)致井口壓力控制不能滿足鉆井和井控要求。五、在精細(xì)壓力控制鉆井過程中，在停止循環(huán)時(shí)候套壓補(bǔ)償主要靠回壓泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)在目前現(xiàn)場應(yīng)用來看，主要存在以下問題1、為了滿足一定出口排量和壓力情況下，回壓泵系統(tǒng)的電機(jī)額定功率大，需要井隊(duì)提供一臺(tái)400KW的發(fā)電機(jī)專用供電，這使得現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)候?qū)?duì)的設(shè)備選擇性和依賴程度很高，有些井隊(duì)不能提供相應(yīng)的發(fā)電機(jī)，需要另外配備，且能耗高。2、該系統(tǒng)現(xiàn)場安裝位置特性決定了井隊(duì)泥漿罐和回壓泵單元入口之間距離長，回壓泵上水效率不好，使得出口流量不穩(wěn)定，難以精確控制井口套壓，很難達(dá)到穩(wěn)定精細(xì)控制井筒壓力的目標(biāo)。3、目前國內(nèi)制造的回壓泵單元，為了解決上水問題，特意加裝了一個(gè)泥漿儲(chǔ)備罐，但是該罐體鉆井液量的供給問題上，由于需要專門用砂泵抽井隊(duì)鉆井液罐內(nèi)泥漿到泥漿儲(chǔ)備罐，常常因?yàn)楣┙o的鉆井液量不足造成不能及時(shí)灌入鉆井液到井內(nèi)， 或者供給的鉆井液量過多，造成泥漿儲(chǔ)備罐裝不了，造成環(huán)境污染；還需幾個(gè)人配合倒換閥門，勞動(dòng)強(qiáng)度大。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有精細(xì)壓力控制系統(tǒng)存在的上述問題，提供一種閉環(huán)控壓鉆井系統(tǒng)，本實(shí)用新型通過精細(xì)壓力控制，達(dá)到精細(xì)控制井底壓力達(dá)目標(biāo)壓力的目的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下一種閉環(huán)控壓鉆井系統(tǒng)，包括環(huán)空壓力監(jiān)測系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)控制頭和液氣分離系統(tǒng)，其特征在于還包括監(jiān)測與控制系統(tǒng)、自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)，監(jiān)測與控制系統(tǒng)分別與自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)連接；所述監(jiān)測與控制系統(tǒng)包括上位工控檢測機(jī)構(gòu)、自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元，所述上位工控檢測機(jī)構(gòu)分別與自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元連接。所述的上位工控監(jiān)測機(jī)構(gòu)包括工控機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備和通信接口，工控機(jī)分別與井場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、井下隨鉆環(huán)空壓力監(jiān)測系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備連接在一起組建成工業(yè)局域網(wǎng)，工控機(jī)的監(jiān)控端口通過通信接口分別與自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元連接。所述的自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元包括節(jié)流系統(tǒng)用傳感器、流量計(jì)、節(jié)流閥調(diào)節(jié)控制裝置和本地?cái)?shù)據(jù)采集與控制器，節(jié)流系統(tǒng)傳感器、流量計(jì)、節(jié)流閥調(diào)節(jié)控制裝置由數(shù)據(jù)線連接至本地?cái)?shù)據(jù)采集與控制器。所述的回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元包括補(bǔ)償系統(tǒng)用傳感器、流量計(jì)、泵啟停控制機(jī)構(gòu)、 動(dòng)力單元啟停控制機(jī)構(gòu)和本地?cái)?shù)據(jù)采集與控制器，傳感器、流量計(jì)、泵啟?？刂茩C(jī)構(gòu)、動(dòng)力單元啟?？刂茩C(jī)構(gòu)由數(shù)據(jù)線連接至本地?cái)?shù)據(jù)采集與控制器。所述的節(jié)流系統(tǒng)用傳感器至少包括壓力傳感器、溫度傳感器和閥位傳感器，壓力傳感器裝在節(jié)流管匯進(jìn)口端與節(jié)流閥前后端，流量計(jì)安裝于節(jié)流管匯出口端，閥位傳感器安裝于節(jié)流閥上。所述的補(bǔ)償系統(tǒng)用傳感器至少包括壓力傳感器和泵沖傳感器，壓力傳感器安裝在高壓泥漿泵的出口處，泵沖傳感器安裝于高壓泥漿泵上，流量計(jì)安裝于高壓泥漿泵的入口處。所述的井場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括綜合錄井系統(tǒng)和鉆機(jī)本身自帶的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)。所述節(jié)流系統(tǒng)用傳感器中，壓力傳感器的個(gè)數(shù)為1-10個(gè)，閥位傳感器的個(gè)數(shù)為 1-4 個(gè)。所述工控機(jī)與自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元的通信連接方式應(yīng)用TCP/IP、0PC或MODBUS通信協(xié)議中的任意一種，數(shù)據(jù)格式符合井場數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范格式。所述工控機(jī)與綜合錄井系統(tǒng)的通信方式兼容，通信連接方式包括TCP/IP、OPC或 MODBUS通信協(xié)議。所述工控機(jī)與隨鉆環(huán)空壓力監(jiān)測系統(tǒng)的通信方式兼容，通信連接方式包括TCP/ IP、OPC或MODBUS通信協(xié)議。所述自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)為電控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)，包括節(jié)流管匯、節(jié)流裝置和監(jiān)控單元，所述節(jié)流管匯包括并聯(lián)的兩條自動(dòng)節(jié)流控制通道，第一自動(dòng)節(jié)流控制通道包括通過管匯依次連接的電動(dòng)平板閥、電動(dòng)節(jié)流閥、兩個(gè)手動(dòng)平板閥、流量計(jì)和又一手動(dòng)平板閥， 電動(dòng)平板閥、電動(dòng)節(jié)流閥和流量計(jì)分別與控制裝置連接；第二自動(dòng)節(jié)流控制通道包括通過管匯依次連接的電動(dòng)平板閥、電動(dòng)節(jié)流閥和兩個(gè)手動(dòng)平板閥，并通過管匯連接到第一條自動(dòng)節(jié)流控制通道的兩個(gè)手動(dòng)平板閥之間，電動(dòng)平板閥與控制裝置連接；所述控制裝置包括控制器和設(shè)置在節(jié)流管匯入口處的傳感器，傳感器與控制器連接；所述節(jié)流裝置包括減速器、防爆控制箱、伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，所述第一自動(dòng)節(jié)流控制通道中的電動(dòng)節(jié)流閥連接減速器，減速器另一端連接防爆控制箱，防爆控制箱內(nèi)設(shè)置有伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，伺服電機(jī)的輸出端與減速器連接，驅(qū)動(dòng)器一端與伺服電機(jī)連接，另一端與控制裝置連接；所述監(jiān)控單元包括用于實(shí)時(shí)觀察井口壓力的壓力表、用于監(jiān)測井口壓力的壓力變送器、用于報(bào)警和提示的報(bào)警系統(tǒng)和操作控制機(jī)構(gòu)，所述操作控制機(jī)構(gòu)包括現(xiàn)場工控機(jī)、控制器和驅(qū)動(dòng)器。所述節(jié)流管匯還包括與自動(dòng)節(jié)流控制通道并聯(lián)的手動(dòng)控制通道，所述手動(dòng)控制通道包括通過管匯依次連接的手動(dòng)平板閥、手動(dòng)節(jié)流閥和又一手動(dòng)平板閥，并通過管匯連接到第二條自動(dòng)節(jié)流控制通道的兩個(gè)手動(dòng)平板閥之間。所述節(jié)流管匯還包括備用通道，備用通道一端通過管匯連接到第二條自動(dòng)節(jié)流控制通道的兩個(gè)手動(dòng)平板閥之間，另一端通過管匯連接到流量計(jì)；所述備用通道包括通過管匯依次連接的兩個(gè)手動(dòng)平板閥。所述節(jié)流管匯還包括與自動(dòng)節(jié)流控制通道和手動(dòng)控制通道并聯(lián)的應(yīng)急通道，應(yīng)急通道通過管匯連接到第二條自動(dòng)節(jié)流控制通道的兩個(gè)手動(dòng)平板閥之間，應(yīng)急通道包括電動(dòng)平板閥，電動(dòng)平板閥與控制裝置連接。所述回壓補(bǔ)償系統(tǒng)為自給式局部循環(huán)系統(tǒng)，包括灌漿子系統(tǒng)、上水子系統(tǒng)、動(dòng)力子系統(tǒng)和本地監(jiān)控子系統(tǒng)，其中所述的灌漿子系統(tǒng)包括泥漿泵、單流閥、閘閥六、閘閥七、四通、安全溢流閥和流量計(jì)，所述四通分別連接閘閥六、閘閥七、安全溢流閥和泥漿泵的出口，閘閥七與單流閥連接，泥漿泵的進(jìn)口連接有本地監(jiān)控子系統(tǒng)的流量計(jì)，四通上還連接有本地監(jiān)控子系統(tǒng)的壓力傳感器；所述的上水子系統(tǒng)包括泥漿儲(chǔ)備罐、砂泵一、砂泵二、間閥三、 閘閥一、閘閥二、閘閥四和閘閥五，所述閘閥一連接砂泵一的入口，砂泵一的出口連接閘閥二，泥漿儲(chǔ)備罐分別連接閘閥二、閘閥三、閘閥四、灌漿子系統(tǒng)的閘閥六和灌漿子系統(tǒng)的安全溢流閥，本地監(jiān)控子系統(tǒng)的流量計(jì)，流量計(jì)進(jìn)口連接間閥五，流量計(jì)的出口連接灌漿子系統(tǒng)的的泥漿泵，砂泵二進(jìn)口連接閘閥四、砂泵二的出口連接閘閥五；所述動(dòng)力子系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)和與發(fā)動(dòng)機(jī)連接的變速箱與減速機(jī)構(gòu)，所述泥漿泵與變速箱與減速機(jī)構(gòu)連接；所述本地監(jiān)控子系統(tǒng)包括流量計(jì)、泵沖感應(yīng)器、壓力傳感器、本地監(jiān)測及控制中心、液位傳感器、現(xiàn)場遠(yuǎn)程上位系統(tǒng)和人機(jī)交互界面，本地監(jiān)測及控制中心通過數(shù)據(jù)線與液位傳感器、壓力傳感器、泵沖傳感器、流量計(jì)、所述變速箱與減速機(jī)構(gòu)、所述發(fā)動(dòng)機(jī)、所述砂泵一、所述砂泵二、 現(xiàn)場遠(yuǎn)程上位系統(tǒng)和人機(jī)交互界面連接，所述泵沖傳感器安裝在所述泥漿泵上，液位傳感器安裝于泥漿儲(chǔ)備罐上。所述回壓補(bǔ)償系統(tǒng)還包括有撬裝底座，所述本地檢測及控制中心安裝與撬裝底座上。所述上水子系統(tǒng)還包括有攪拌器，攪拌器設(shè)置在泥漿儲(chǔ)備罐中。采用本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于一、自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)具有多條獨(dú)立節(jié)流通道和應(yīng)急手動(dòng)通道以及直通道，各節(jié)流閥通道切換方便、安全，且具備本地手動(dòng)、本地自動(dòng)控制和上位遠(yuǎn)程自動(dòng)控制功能，可以作為一個(gè)獨(dú)立控制單元應(yīng)用于現(xiàn)場生產(chǎn)，且具備閥位保持和實(shí)時(shí)檢修功能，確保了施工安全順利進(jìn)行。二、回壓補(bǔ)償系統(tǒng)具有局部循環(huán)功能，作為獨(dú)立控制單元應(yīng)用，具有本地手動(dòng)控制、本地自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程自動(dòng)控制功能，采用自身發(fā)動(dòng)機(jī)工作，不需要外接電源，不依賴于井隊(duì)的動(dòng)力系統(tǒng)，其適用于各種鉆機(jī)和鉆井平臺(tái)；在回壓補(bǔ)償自動(dòng)控制作業(yè)過程中，采用 “順控方式”進(jìn)行灌漿作業(yè)，解決了傳統(tǒng)回壓補(bǔ)償系統(tǒng)存在的問題，并確保了泥漿泵出口的流量平穩(wěn)、實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的鉆井液在井口部分局部循環(huán)，確?；貕貉a(bǔ)償施工作業(yè)安全、可罪。三、本實(shí)用新型的監(jiān)測與控制系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)共享井場的所有工程數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)，解決了控壓鉆井系統(tǒng)和井場綜合錄井系統(tǒng)或者鉆機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、PWD系統(tǒng)不兼容、不能共享實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的問題，為控壓鉆井系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)決策基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，避免重復(fù)安裝傳感器，也解決了人工輸入?yún)?shù)實(shí)時(shí)性不強(qiáng)不能滿足閉環(huán)自動(dòng)控制的問題，系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)，便于現(xiàn)場應(yīng)用。四、本系統(tǒng)采用設(shè)備硬件-控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)-本地監(jiān)控單元-上位遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成四層控制體系，每個(gè)系統(tǒng)可以獨(dú)立應(yīng)用，并可由上位監(jiān)控系統(tǒng)集成為一套自動(dòng)控制系統(tǒng)， 滿足不同現(xiàn)場的需要，且能實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)和全工程參數(shù)的監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)微溢流監(jiān)測與精細(xì)壓力控制和風(fēng)險(xiǎn)判定和預(yù)警，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高了鉆井安全性，經(jīng)濟(jì)適用。五、本實(shí)用新型的監(jiān)測控制系統(tǒng)，還可以把所有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳至基地決策中心，為后方基地提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，后方基地可以根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為現(xiàn)場作業(yè)提供技術(shù)支撐。六、采用本實(shí)用新型所述的灌漿子系統(tǒng)、上水子系統(tǒng)、動(dòng)力子系統(tǒng)和本地監(jiān)控子系統(tǒng)形成的技術(shù)方案，適用于油氣井鉆井壓力控制鉆井和欠平衡鉆井接單根和起鉆過程中，實(shí)現(xiàn)井口局部循環(huán)和灌漿，確保井口流過節(jié)流閥有一定流量以維持穩(wěn)定的井口套壓，且準(zhǔn)確計(jì)量泵出口流量，本實(shí)用新型可簡化現(xiàn)場安裝程序，提高上水效率，以及自動(dòng)化控制程度，并為上位控壓鉆井系統(tǒng)集中控制提供實(shí)時(shí)監(jiān)測參數(shù)，使現(xiàn)場作業(yè)更加安全可靠，更符合現(xiàn)場應(yīng)用需求；同時(shí)，本實(shí)用新型不需要外接電源，不依賴于井隊(duì)的動(dòng)力系統(tǒng)，其適用于各種鉆機(jī)和鉆井平臺(tái)。七、在回壓補(bǔ)償作業(yè)過程中，采用高壓泥漿泵將鉆井液從儲(chǔ)液罐中灌入井筒，解決了由于管線距離長導(dǎo)致的上水效率低的難題，使回壓補(bǔ)償作業(yè)更加安全、可靠，取代原來靠第三方灌漿控壓方式。八、本回壓補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)了儲(chǔ)液罐，采用一般軟管線通過大功率砂泵就可將鉆井液注入儲(chǔ)液罐，再用高壓泥漿泵將儲(chǔ)液罐中的鉆井液灌入井筒中。這種方式避免了在現(xiàn)場采用硬管線連接和對循環(huán)罐進(jìn)行改造作業(yè)，節(jié)約了成本和勞動(dòng)力。九、該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)和全參數(shù)的監(jiān)測，為生產(chǎn)上結(jié)合其他參數(shù)判定風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)警提供支撐。十、本回壓補(bǔ)償系統(tǒng)采用“順控方式”進(jìn)行灌漿作業(yè)，在進(jìn)行自動(dòng)灌漿回壓補(bǔ)償作業(yè)時(shí)，有效控制儲(chǔ)液罐內(nèi)鉆井液量，避免儲(chǔ)液罐內(nèi)鉆井液過多溢出罐體或過少影響回壓補(bǔ)償作業(yè)；并確保了泥漿泵出口的流量平穩(wěn)、實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的鉆井液在井口部分局部循環(huán)，確?；貕貉a(bǔ)償施工作業(yè)安全、可靠。十一、本實(shí)用新型中，工控機(jī)分別與井場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、井下隨鉆環(huán)空壓力監(jiān)測系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備連接在一起組建成工業(yè)局域網(wǎng)，這樣就可以實(shí)時(shí)共享已有采集系統(tǒng)采集的工程參數(shù)，避免了再井場重復(fù)安裝傳感器造成浪費(fèi)，并為工況判斷、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和壓力控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并能共享PWD系統(tǒng)工控機(jī)軟件中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；工控機(jī)的監(jiān)控端口通過通信接口分別與自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元連接，這樣可以避免自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元的眾多的數(shù)據(jù)連接線都直接連接到上位工控機(jī)，也使自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元分別可以作為一個(gè)獨(dú)立單元應(yīng)用。十二、本實(shí)用新型中，所采用的自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元都可以分別作為一個(gè)獨(dú)立的單元進(jìn)行本地自動(dòng)與手動(dòng)控制，并能實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備控制參數(shù)， 可以與上位工控機(jī)連接形成遠(yuǎn)程自動(dòng)控制模式，達(dá)到上位工控機(jī)集中控制的目的。十三、本實(shí)用新型中，實(shí)行獨(dú)立模塊化監(jiān)測控制策略，自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)與回壓補(bǔ)償系統(tǒng)均各自作為一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，有獨(dú)立的監(jiān)測控制單元，便于數(shù)據(jù)采集與控制，實(shí)行分層監(jiān)測與控制，可靠性高，解決了由于現(xiàn)場數(shù)控房和控制設(shè)備之間通信可能的中斷不能進(jìn)行自動(dòng)控制的問題，大大降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和勞動(dòng)強(qiáng)度。十四、本實(shí)用新型中，采用獨(dú)立模塊分層監(jiān)測控制邏輯結(jié)構(gòu)，減少了數(shù)控房這個(gè)裝備，只需要上位工控計(jì)算機(jī)，大大降低了設(shè)備制造、運(yùn)輸和保養(yǎng)成本，也降低控壓鉆井系統(tǒng)的井場選擇性。十五、本實(shí)用新型中，根據(jù)所有實(shí)時(shí)工程參數(shù)和設(shè)備參數(shù)，可以判斷是否節(jié)流閥被堵、節(jié)流閥及節(jié)流管匯刺漏損壞、是否微溢漏情況發(fā)生，以及控制機(jī)構(gòu)損壞等，也可以判定回壓補(bǔ)償系統(tǒng)是否超出安全壓力需要過壓保護(hù)、設(shè)備是否完好；上位機(jī)和本地監(jiān)控單元可以判斷和預(yù)警各種復(fù)雜、設(shè)備是否完好，通信是否暢通等。
8[0046]十六、本實(shí)用新型中具有報(bào)警功能，能根據(jù)實(shí)時(shí)工程參數(shù)和設(shè)備參數(shù)作出工藝和裝備故障預(yù)警和報(bào)警，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高了鉆井安全性。十七、本實(shí)用新型，還可以把所有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳至基地決策中心，為后方基地提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，后方基地可以根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為現(xiàn)場作業(yè)提供技術(shù)支撐。

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實(shí)用新型控制邏輯結(jié)構(gòu)示意圖圖3為本實(shí)用新型自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)的監(jiān)測與控制邏輯結(jié)構(gòu)圖圖4為本實(shí)用新型回壓補(bǔ)償系統(tǒng)的監(jiān)測與控制邏輯結(jié)構(gòu)圖圖5為本實(shí)用新型自給式局部循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖6為本實(shí)用新型自給式局部循環(huán)系統(tǒng)控制方法連接示意圖圖7為本實(shí)用新型電控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)連接示意圖圖8為本實(shí)用新型電控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)監(jiān)控中心示意圖圖9為本實(shí)用新型節(jié)流裝置連接示意圖圖中標(biāo)記1、閘閥一，2、砂泵一，3、閘閥二、4、泥漿儲(chǔ)備罐，5、閘閥三，6、閘閥四，7、 流量計(jì)，8、閘閥五，9、泥漿泵，10、變速箱與減速機(jī)構(gòu)，11、發(fā)動(dòng)機(jī)，12、閘閥六，13、安全溢流閥，14、閘閥七，15、單流閥，16、泵沖傳感器，17、壓力傳感器，18、本地監(jiān)測及控制中心，19、 現(xiàn)場遠(yuǎn)程上位系統(tǒng)，20、四通，21、攪拌器，22、液位傳感器，23、人機(jī)交互界面，24、砂泵二， 25、回壓泵電機(jī)系統(tǒng)，26、電機(jī)砂泵，27、控制箱，A、砂泵停止點(diǎn)，B、砂泵啟動(dòng)點(diǎn)，C、報(bào)警點(diǎn)， 28、電動(dòng)平板閥一，29、電動(dòng)節(jié)流閥一，30、手動(dòng)平板閥一，31、手動(dòng)平板閥二，32、手動(dòng)平板閥三，33、電動(dòng)平板閥二，34、電動(dòng)節(jié)流閥二，35、手動(dòng)平板閥四，36、手動(dòng)平板閥五，37、手動(dòng)平板閥六，38、手動(dòng)節(jié)流閥，39、手動(dòng)平板閥七，40、手動(dòng)平板閥七，41、手動(dòng)平板閥八，42、電控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)壓力傳感器，43、電動(dòng)平板閥三，44、監(jiān)控系統(tǒng)，45、防暴箱，46、控制器， 47、電控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)工控機(jī)，48、驅(qū)動(dòng)器，49、伺服電機(jī)，50、遠(yuǎn)程基地，51、現(xiàn)場上位工控機(jī)及上位機(jī)控制模塊，52、井場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，53、PffD系統(tǒng)，54、自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元， 55、回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元，56、工控機(jī)，57、壓力、閥位、流量傳感器，58、節(jié)流閥調(diào)節(jié)執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)，59、本地人機(jī)交互界面手柄、按鈕，60、壓力、液位、流量和溫度傳感器，61、回壓泵、 灌注泵啟?？刂茩C(jī)構(gòu)，62、泥漿罐，63、鉆機(jī)泥漿泵，64、鉆機(jī)數(shù)據(jù)采集或綜合錄井系統(tǒng)，65、 監(jiān)測與控制系統(tǒng)，66、回壓補(bǔ)償系統(tǒng)，67、自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)，68、液氣分離系統(tǒng)，69、PWD測量傳輸儀器，70、控制開關(guān)，71、減速器，72、手動(dòng)控制區(qū)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1一種閉環(huán)控壓鉆井系統(tǒng)，包括環(huán)空壓力監(jiān)測系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)控制頭和液氣分離系統(tǒng)，還包括監(jiān)測與控制系統(tǒng)、自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)，監(jiān)測與控制系統(tǒng)分別與自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)連接；所述監(jiān)測與控制系統(tǒng)包括上位工控檢測機(jī)構(gòu)、自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元，所述上位工控檢測機(jī)構(gòu)分別與自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元連接。[0060]以下對本實(shí)用新型中的監(jiān)測與控制系統(tǒng)進(jìn)行說明所述的上位工控監(jiān)測機(jī)構(gòu)包括工控機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備和通信接口，工控機(jī)分別與井場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、井下隨鉆環(huán)空壓力監(jiān)測系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備連接在一起組建成工業(yè)局域網(wǎng)，工控機(jī)的監(jiān)控端口通過通信接口分別與自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元連接。所述的自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元包括節(jié)流系統(tǒng)用傳感器、流量計(jì)、節(jié)流閥調(diào)節(jié)控制裝置和本地?cái)?shù)據(jù)采集與控制器，節(jié)流系統(tǒng)傳感器、流量計(jì)、節(jié)流閥調(diào)節(jié)控制裝置由數(shù)據(jù)線連接至本地?cái)?shù)據(jù)采集與控制器。所述的回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元包括補(bǔ)償系統(tǒng)用傳感器、流量計(jì)、泵啟?？刂茩C(jī)構(gòu)、 動(dòng)力單元啟?？刂茩C(jī)構(gòu)和本地?cái)?shù)據(jù)采集與控制器，傳感器、流量計(jì)、泵啟停控制機(jī)構(gòu)、動(dòng)力單元啟?？刂茩C(jī)構(gòu)由數(shù)據(jù)線連接至本地?cái)?shù)據(jù)采集與控制器。所述的節(jié)流系統(tǒng)用傳感器至少包括壓力傳感器、溫度傳感器和閥位傳感器，壓力傳感器裝在節(jié)流管匯進(jìn)口端與節(jié)流閥前后端，流量計(jì)安裝于節(jié)流管匯出口端，閥位傳感器安裝于節(jié)流閥上。所述的補(bǔ)償系統(tǒng)用傳感器至少包括壓力傳感器和泵沖傳感器，壓力傳感器安裝在高壓泥漿泵的出口處，泵沖傳感器安裝于高壓泥漿泵上，流量計(jì)安裝于高壓泥漿泵的入口處。所述的井場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括綜合錄井系統(tǒng)和鉆機(jī)本身自帶的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)。所述節(jié)流系統(tǒng)用傳感器中，壓力傳感器的個(gè)數(shù)為1-10個(gè)，閥位傳感器的個(gè)數(shù)為 1-4 個(gè)。所述工控機(jī)與自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元的通信連接方式應(yīng)用TCP/IP、0PC或MODBUS通信協(xié)議中的任意一種，數(shù)據(jù)格式符合井場數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范格式。所述工控機(jī)與綜合錄井系統(tǒng)的通信方式兼容，通信連接方式包括TCP/IP、OPC或 MODBUS通信協(xié)議。所述工控機(jī)與隨鉆環(huán)空壓力監(jiān)測系統(tǒng)的通信方式兼容，通信連接方式包括TCP/ IP、OPC或MODBUS通信協(xié)議。以下對本實(shí)用新型中的自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)進(jìn)行說明所述自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)為電控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)，包括節(jié)流管匯、節(jié)流裝置和監(jiān)控單元，所述節(jié)流管匯包括并聯(lián)的兩條自動(dòng)節(jié)流控制通道，第一自動(dòng)節(jié)流控制通道包括通過管匯依次連接的電動(dòng)平板閥、電動(dòng)節(jié)流閥、兩個(gè)手動(dòng)平板閥、流量計(jì)和又一手動(dòng)平板閥， 電動(dòng)平板閥、電動(dòng)節(jié)流閥和流量計(jì)分別與控制裝置連接；第二自動(dòng)節(jié)流控制通道包括通過管匯依次連接的電動(dòng)平板閥、電動(dòng)節(jié)流閥和兩個(gè)手動(dòng)平板閥，并通過管匯連接到第一條自動(dòng)節(jié)流控制通道的兩個(gè)手動(dòng)平板閥之間，電動(dòng)平板閥與控制裝置連接；所述控制裝置包括控制器和設(shè)置在節(jié)流管匯入口處的傳感器，傳感器與控制器連接；所述節(jié)流裝置包括減速器、防爆控制箱、伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，所述第一自動(dòng)節(jié)流控制通道中的電動(dòng)節(jié)流閥連接減速器，減速器另一端連接防爆控制箱，防爆控制箱內(nèi)設(shè)置有伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，伺服電機(jī)的輸出端與減速器連接，驅(qū)動(dòng)器一端與伺服電機(jī)連接，另一端與控制裝置連接；所述監(jiān)控單元包括用于實(shí)時(shí)觀察井口壓力的壓力表、用于監(jiān)測井口壓力的壓力變送器、用于報(bào)警和提示的報(bào)警系統(tǒng)和操作控制機(jī)構(gòu)，所述操作控制機(jī)構(gòu)包括現(xiàn)場工控機(jī)、控制器和驅(qū)動(dòng)器。所述節(jié)流管匯還包括與自動(dòng)節(jié)流控制通道并聯(lián)的手動(dòng)控制通道，所述手動(dòng)控制通道包括通過管匯依次連接的手動(dòng)平板閥、手動(dòng)節(jié)流閥和又一手動(dòng)平板閥，并通過管匯連接到第二條自動(dòng)節(jié)流控制通道的兩個(gè)手動(dòng)平板閥之間。所述節(jié)流管匯還包括備用通道，備用通道一端通過管匯連接到第二條自動(dòng)節(jié)流控制通道的兩個(gè)手動(dòng)平板閥之間，另一端通過管匯連接到流量計(jì)；所述備用通道包括通過管匯依次連接的兩個(gè)手動(dòng)平板閥。所述節(jié)流管匯還包括與自動(dòng)節(jié)流控制通道和手動(dòng)控制通道并聯(lián)的應(yīng)急通道，應(yīng)急通道通過管匯連接到第二條自動(dòng)節(jié)流控制通道的兩個(gè)手動(dòng)平板閥之間，應(yīng)急通道包括電動(dòng)平板閥，電動(dòng)平板閥與控制裝置連接。以下對本實(shí)用新型中的自給式局部循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行說明所述回壓補(bǔ)償系統(tǒng)為自給式局部循環(huán)系統(tǒng)，但并不局限于自給式局部循環(huán)系統(tǒng)， 也可以為電動(dòng)回壓補(bǔ)償系統(tǒng)。自給式局部循環(huán)系統(tǒng)包括灌漿子系統(tǒng)、上水子系統(tǒng)、動(dòng)力子系統(tǒng)和本地監(jiān)控子系統(tǒng)，其中所述的灌漿子系統(tǒng)包括泥漿泵、單流閥、閘閥六、閘閥七、四通、安全溢流閥和流量計(jì)，所述四通分別連接閘閥六、閘閥七、安全溢流閥和泥漿泵的出口，閘閥七與單流閥連接， 泥漿泵的進(jìn)口連接有本地監(jiān)控子系統(tǒng)的流量計(jì)，四通上還連接有本地監(jiān)控子系統(tǒng)的壓力傳感器；所述的上水子系統(tǒng)包括泥漿儲(chǔ)備罐、砂泵一、砂泵二、閘閥三、閘閥一、閘閥二、閘閥四和閘閥五，所述閘閥一連接砂泵一的入口，砂泵一的出口連接閘閥二，泥漿儲(chǔ)備罐分別連接閘閥二、閘閥三、閘閥四、灌漿子系統(tǒng)的閘閥六和灌漿子系統(tǒng)的安全溢流閥，本地監(jiān)控子系統(tǒng)的流量計(jì)，流量計(jì)進(jìn)口連接間閥五，流量計(jì)的出口連接灌漿子系統(tǒng)的的泥漿泵，砂泵二進(jìn)口連接閘閥四、砂泵二的出口連接閘閥五；所述動(dòng)力子系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)和與發(fā)動(dòng)機(jī)連接的變速箱與減速機(jī)構(gòu)，所述泥漿泵與變速箱與減速機(jī)構(gòu)連接；所述本地監(jiān)控子系統(tǒng)包括流量計(jì)、泵沖感應(yīng)器、壓力傳感器、本地監(jiān)測及控制中心、液位傳感器、現(xiàn)場遠(yuǎn)程上位系統(tǒng)和人機(jī)交互界面，本地監(jiān)測及控制中心通過數(shù)據(jù)線與液位傳感器、壓力傳感器、泵沖傳感器、流量計(jì)、所述變速箱與減速機(jī)構(gòu)、所述發(fā)動(dòng)機(jī)、所述砂泵一、所述砂泵二、現(xiàn)場遠(yuǎn)程上位系統(tǒng)和人機(jī)交互界面連接，所述泵沖傳感器安裝在所述泥漿泵上，液位傳感器安裝于泥漿儲(chǔ)備罐上。所述回壓補(bǔ)償系統(tǒng)還包括有撬裝底座，所述本地檢測及控制中心安裝與撬裝底座上。所述上水子系統(tǒng)還包括有攪拌器，攪拌器設(shè)置在泥漿儲(chǔ)備罐中。結(jié)合附圖對自給式局部循環(huán)系統(tǒng)說明如下灌漿子系統(tǒng)主要包括了一臺(tái)專用高壓泥漿泵9，提供灌漿系統(tǒng)所需的高壓泥漿； 安全溢流閥13，用于泵出口壓力超過設(shè)定安全值自動(dòng)泄壓，確保安全；單流閥15，確保井內(nèi)流體不會(huì)逆向進(jìn)入該系統(tǒng)，確保生產(chǎn)安全；閘閥組14、12，流程需要開關(guān)管線；四通20連接閘閥14、閘閥12、安全溢流閥13、高壓泥漿泵9的出口 ；閘閥14與單流閥15連接，高壓泥漿泵9進(jìn)口連接流量計(jì)7，高壓泥漿泵9與變速箱與減速機(jī)構(gòu)10連接。上水子系統(tǒng)主要包括了一臺(tái)泥漿儲(chǔ)備罐4，用儲(chǔ)備存放泥漿，供系統(tǒng)泥漿循環(huán)使用；一臺(tái)砂泵2，用于遠(yuǎn)距離從井隊(duì)泥漿罐抽吸泥漿至泥漿儲(chǔ)備罐；一臺(tái)砂泵M，用于向?qū)Ｓ酶邏耗酀{泵9灌注泥漿儲(chǔ)備罐4中的泥漿，提高高壓泥漿泵9的上水效率；攪拌器21，用
11于罐內(nèi)泥漿攪拌防止沉降；排污閘閥5用于施工結(jié)束或者檢修設(shè)備需要排除泥漿儲(chǔ)備罐4 中的剩余泥漿；閘閥組1、3、6、8，用于流程需要開關(guān)管線，并方便檢修、更換其它設(shè)備。閘閥 1連接砂泵單元2的入口，砂泵單元2出口用連接管線連接閘閥3 ；泥漿儲(chǔ)備罐4連接閘閥 3、閘閥5、閘閥12、安全溢流閥13，流量計(jì)7進(jìn)口連接閘閥8、出口連接高壓泥漿泵9 ；砂泵 M進(jìn)口連接閘閥6，出口連接閘閥8 ；攪拌器安置于泥漿儲(chǔ)備罐4內(nèi)。動(dòng)力子系統(tǒng)主要包括柴油發(fā)動(dòng)機(jī)11，給高壓泥漿泵和局部循環(huán)系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)速動(dòng)能，確保高壓泥漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)；變速箱與減速機(jī)構(gòu)10，用于減低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)11的高轉(zhuǎn)速到目標(biāo)轉(zhuǎn)速以適合高壓泥漿泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)，確保輸出目標(biāo)的流量。高壓泥漿泵9與變速箱與減速機(jī)構(gòu)10連接，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)11與變速箱與減速機(jī)構(gòu)10連接。本地監(jiān)控子系統(tǒng)主要包括流量計(jì)7，用于計(jì)量灌入鉆井液量；泵沖感應(yīng)器16，用于監(jiān)測高壓泥漿泵工作狀況及計(jì)量；壓力傳感器17，用于監(jiān)測泵出口壓力；液位傳感器22，用于監(jiān)測泥漿儲(chǔ)備罐內(nèi)液面高低；本地監(jiān)測及控制中心18，包括各種控制處理器、數(shù)據(jù)連接接口和網(wǎng)絡(luò)接口，負(fù)責(zé)現(xiàn)場所有信號(hào)采集、處理、執(zhí)行控制命令、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即根據(jù)傳感器采集的數(shù)據(jù)、上位系統(tǒng)19或者本地人機(jī)交互界面23的指令，進(jìn)行分析決策和下達(dá)指令給砂泵單元2J4啟停動(dòng)作、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)11啟停動(dòng)作與轉(zhuǎn)速、變速箱與減速機(jī)構(gòu)10變速檔位動(dòng)作，達(dá)到控制自給式局部循環(huán)系統(tǒng)的目的。本地監(jiān)測及控制中心18安裝于撬裝底座，通過數(shù)據(jù)線液面?zhèn)鞲衅?2、壓力傳感器17與泵沖傳感器16、流量計(jì)7、變速箱與減速機(jī)構(gòu)10、 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)11、砂泵單元2、24、本地人機(jī)交互界面23與本地監(jiān)測及控制中心18通過數(shù)據(jù)線連接。泵沖傳感器16與專用高壓泥漿泵9連接，壓力傳感器17連接在泵出口四通20或者出口管線上，液位傳感器22安放于泥漿儲(chǔ)備罐。實(shí)施例2以下對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明1、閉環(huán)壓力控制鉆井系統(tǒng)具體實(shí)施步驟如下1)、上位工控檢測機(jī)構(gòu)包括工控機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備與通信接口，工控機(jī)與井場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)局域網(wǎng)、PWD系統(tǒng)地面解碼軟件工控機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備組建工業(yè)局域網(wǎng)，工控機(jī)監(jiān)控端口通過通信接口分別與自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元連接；井場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括綜合錄井系統(tǒng)與鉆機(jī)本身自帶的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)；通過網(wǎng)絡(luò)接口和上位機(jī)軟件及接口可以實(shí)時(shí)共享已有采集系統(tǒng)采集的工程參數(shù)，主要包括但不限于 井深、鉆頭位置、排量、立壓、套壓、大鉤位置、大鉤負(fù)荷、鉆盤轉(zhuǎn)速、鉆壓、扭矩、上米鉆時(shí)、全烴含量及各組分含量A2S含量、(X)2含量、進(jìn)口鉆井液密度、出口鉆井液密度、進(jìn)口鉆井液粘度、出口鉆井液粘度等參數(shù)，這樣避免了在井場重復(fù)安裝傳感器造成浪費(fèi)；為工況判斷、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和壓力控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；以及共享PWD系統(tǒng)工控機(jī)軟件中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，主要包括井斜、方位、環(huán)空井底壓力、鉆柱內(nèi)壓力、鉆柱內(nèi)關(guān)泵平均壓力、環(huán)空關(guān)泵平均壓力、溫度等參數(shù)，為軌跡計(jì)算、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和壓力控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；工控機(jī)監(jiān)控端口通過通信接口分別與自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元連接，這樣可以避免自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)單元和回壓補(bǔ)償單元的眾多的數(shù)據(jù)連接線都直接連接到上位工控機(jī)，也使自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元可以作為一個(gè)獨(dú)立單元應(yīng)用。2)、自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元的壓力傳感器、流量計(jì)、節(jié)流閥調(diào)節(jié)控制裝置由數(shù)據(jù)線連接至本地?cái)?shù)據(jù)采集與控制器；1至10個(gè)壓力傳感器裝在節(jié)流管匯進(jìn)口端與節(jié)流閥前后
12端，流量計(jì)安裝于節(jié)流管匯出口端，1至20個(gè)閥位傳感器安裝于節(jié)流閥與平板閥；自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元可以作為一個(gè)獨(dú)立單元進(jìn)行本地自動(dòng)與手動(dòng)控制，并能實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備控制參數(shù)節(jié)流壓力、節(jié)流閥位開度、平板閥開關(guān)位置、出口質(zhì)量流量、出口密度、出口體積流量，且可以上位工控機(jī)連接形成遠(yuǎn)程自動(dòng)控制模式，達(dá)到上位工控機(jī)集中控制的目的。3)、回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元壓力傳感器、泵沖傳感器、流量計(jì)、泵啟停控制機(jī)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)啟停控制機(jī)構(gòu)由數(shù)據(jù)線連接至本地?cái)?shù)據(jù)采集與控制器；壓力傳感器安裝在高壓泥漿泵出口和設(shè)備油泵上，泵沖傳感器安裝于高壓泥漿泵上，流量計(jì)安裝于高壓泥漿泵的入口近端靠近泵位置；回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元可以作為一個(gè)獨(dú)立單元進(jìn)行本地自動(dòng)與手動(dòng)控制， 并能實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備控制參數(shù)設(shè)備油壓力、泵出口壓力、出口流量、泵啟停狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)啟停狀態(tài)等，且可以上位工控機(jī)連接形成遠(yuǎn)程自動(dòng)控制模式，達(dá)到上位工控機(jī)集中控制的目的。4)、監(jiān)測與控制邏輯策略是上位工控機(jī)決策分析模塊接收到的工程和設(shè)備參數(shù)后，計(jì)算分析和決策井口控制套壓值和回壓泵開停動(dòng)作指令，并下達(dá)套壓值控制指令和開停回壓補(bǔ)償系統(tǒng)動(dòng)作指令(1)在系統(tǒng)開始進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測與控制前，人工錄入井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、鉆井液性能、地層預(yù)測壓力系數(shù)、設(shè)計(jì)目標(biāo)控制井底壓力或設(shè)計(jì)目標(biāo)當(dāng)量鉆井液密度等不實(shí)時(shí)變更的參數(shù)到上位機(jī)決策分析模塊并保存至工控機(jī)數(shù)據(jù)庫。(2)在自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)與回壓補(bǔ)償系統(tǒng)的監(jiān)控單元的人機(jī)交互界面或者手柄、 按鈕設(shè)置控制模式為遠(yuǎn)程自動(dòng)控制模式。(3)當(dāng)系統(tǒng)開始進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測與控制時(shí)，上位工控機(jī)決策分析模塊實(shí)時(shí)獲取PWD 和井場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(綜合錄井系統(tǒng)或者鉆機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))以及自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)、回壓補(bǔ)償系統(tǒng)上傳的工程和設(shè)備參數(shù)；根據(jù)綜合錄井?dāng)?shù)據(jù)和設(shè)備參數(shù)綜合判斷現(xiàn)場工況，利用實(shí)時(shí)PWD監(jiān)測的井筒壓力及歷史數(shù)據(jù)校核計(jì)算模型參數(shù)，并實(shí)時(shí)計(jì)算井筒壓力剖面，計(jì)算實(shí)時(shí)控制套壓，并下達(dá)套壓值值指令；若監(jiān)測井筒進(jìn)口流量持續(xù)下降并結(jié)合工況判定停止循環(huán)，則下達(dá)回壓補(bǔ)償系統(tǒng)開始指令，若判定正常循環(huán)，則下達(dá)回壓補(bǔ)償系統(tǒng)停止指令。報(bào)警提示主要包括但不限于井漏、溢流、卡鉆、鉆具刺漏報(bào)警，其判斷策略是若發(fā)現(xiàn)進(jìn)口流量不變，出口流量持續(xù)下降，則發(fā)出井漏報(bào)警；若發(fā)現(xiàn)進(jìn)口流量不變，出口流量持續(xù)上漲，則發(fā)出井涌報(bào)警；若發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、鉆壓、排量參數(shù)不變而扭矩不斷增高，則發(fā)出卡鉆預(yù)警；若排量、 轉(zhuǎn)速、鉆壓參數(shù)不變，而泵壓下降，則發(fā)出鉆具刺漏提示。(4)當(dāng)實(shí)時(shí)套壓指令發(fā)送至自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)，自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)接收到套壓控制指令后，自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)的控制器根據(jù)得到套壓指令和實(shí)時(shí)采集的節(jié)流管匯上的關(guān)鍵數(shù)據(jù)(套壓、出口流量、閥位)，由自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)的控制器獨(dú)自運(yùn)算和決策是否進(jìn)行閥位調(diào)節(jié)，其運(yùn)算算法為工業(yè)自動(dòng)控制的模型預(yù)測控制算法，并完成上位機(jī)下達(dá)的指令，并實(shí)時(shí)上傳監(jiān)測到的數(shù)據(jù)到上位機(jī)。(5)當(dāng)回壓泵得到開停動(dòng)作指令后，由回壓泵的控制器根據(jù)檢測到的關(guān)鍵數(shù)據(jù)決策設(shè)備的開停動(dòng)作，并完成上位機(jī)指令和實(shí)時(shí)上傳監(jiān)測的數(shù)據(jù)到上位機(jī)。5)、當(dāng)現(xiàn)場需求不需要全過程的非常精確的井底壓力控制而不需要上位控制機(jī)控制時(shí)，或者上位機(jī)通信出現(xiàn)問題時(shí)候，自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)與回壓補(bǔ)償系統(tǒng)均各自作為一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，有獨(dú)立的監(jiān)測控制單元，則可以進(jìn)行本地的自動(dòng)控制或者本地手動(dòng)控制。2、電控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)具體實(shí)施步驟如下[0100]本實(shí)用新型由電動(dòng)平板閥一 28、電動(dòng)節(jié)流閥一四、手動(dòng)平板閥一 30、手動(dòng)平板閥二 31、流量計(jì)7、手動(dòng)節(jié)平板閥三32通過管匯連接形成第一自動(dòng)節(jié)流控制通道；電動(dòng)平板閥二 33、電動(dòng)節(jié)流閥二，34、手動(dòng)平板閥四35、手動(dòng)平板閥五36、手動(dòng)平板閥二 31、流量計(jì)、手動(dòng)節(jié)平板閥三32通過管匯連接形成第二自動(dòng)節(jié)流控制通道；手動(dòng)平板閥六37、手動(dòng)節(jié)流閥 38、手動(dòng)平板閥七39、手動(dòng)平板閥五36、手動(dòng)平板閥二 31、流量計(jì)、手動(dòng)平板閥三32通過管匯連接形成手動(dòng)控制通道；手動(dòng)平板閥七40、手動(dòng)平板閥八41通過管匯連接與流量計(jì)連接形成備用通道；電控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)壓力傳感器42、電動(dòng)節(jié)流閥一 29、電動(dòng)平板閥一觀、 電動(dòng)平板閥二 33、電動(dòng)平板閥三43、流量計(jì)通過通信線與監(jiān)控系統(tǒng)44連接，監(jiān)控系統(tǒng)44與電力防暴箱45相連。監(jiān)控系統(tǒng)上設(shè)置有控制模式的控制開關(guān)，能實(shí)現(xiàn)本地自動(dòng)控制、本地手動(dòng)控制和遠(yuǎn)程自動(dòng)控制的轉(zhuǎn)換，當(dāng)控制開關(guān)處于自動(dòng)遠(yuǎn)端控制檔位時(shí)，遠(yuǎn)端自動(dòng)控制系統(tǒng)開啟，進(jìn)入遠(yuǎn)端自動(dòng)控制監(jiān)控狀態(tài)，同時(shí)鎖死近地自動(dòng)控制和手動(dòng)按鈕控制，直接接收并執(zhí)行來自數(shù)控房的控制指令，也可將電動(dòng)節(jié)流閥、電動(dòng)平板閥的狀態(tài)、參數(shù)上傳至數(shù)控房，實(shí)現(xiàn)雙通道通信，在控制間的上位機(jī)上設(shè)定井口壓力控制值命令并確定后，控制裝置將監(jiān)測井口實(shí)測壓力、電動(dòng)節(jié)流閥開啟度，根據(jù)壓力傳感器傳來的數(shù)據(jù)并經(jīng)過計(jì)算后，與設(shè)定井口壓力值進(jìn)行對比，再發(fā)出調(diào)節(jié)命令給電動(dòng)節(jié)流閥，從而使井口壓力自動(dòng)穩(wěn)定在設(shè)定值范圍內(nèi)；當(dāng)控制開關(guān)處于自動(dòng)近地控制檔位時(shí)，近地自動(dòng)控制系統(tǒng)開啟，進(jìn)入近地自動(dòng)控制監(jiān)控狀態(tài)，同時(shí)鎖死遠(yuǎn)端自動(dòng)控制與手動(dòng)按鈕控制，在現(xiàn)場控制機(jī)柜上設(shè)定井口壓力控制值命令并確定后，控制裝置將監(jiān)控井口壓實(shí)測壓力、通過基數(shù)按處理后與設(shè)定壓力值進(jìn)行比較，再發(fā)出調(diào)節(jié)命令給電動(dòng)節(jié)流閥，從而使井口壓力自動(dòng)穩(wěn)定在設(shè)定值范圍內(nèi)。當(dāng)控制開關(guān)處于手動(dòng)控制檔位時(shí)，壓力控制系統(tǒng)脫離自動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)只做監(jiān)控使用不參與控制，靠人工操作手動(dòng)控制區(qū)的按鈕直接對執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施對壓力的控制。電控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)的具體工作控制過程1)、壓力調(diào)節(jié)設(shè)定電動(dòng)節(jié)流閥關(guān)小，井口壓力升高，電動(dòng)節(jié)流閥開度增加，井口壓力降低。工作時(shí)電力防爆箱45對整套系統(tǒng)進(jìn)行供電，電控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)壓力傳感器42將采集到的壓力信號(hào)傳輸給監(jiān)測系統(tǒng)44，信號(hào)在控制器46內(nèi)進(jìn)行分析處理，并將處理后的數(shù)據(jù)與電控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)工控機(jī)47輸入的值進(jìn)行比較，然后對驅(qū)動(dòng)器48發(fā)出指令，如假定設(shè)定井口壓力=A;實(shí)測井口壓力=B，設(shè)定的允許誤差為C)當(dāng)(A-B)彡C|時(shí)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)不動(dòng)作，保持穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)|C| < (A-B)時(shí)伺服電機(jī)49帶動(dòng)調(diào)節(jié)閥按比例連續(xù)變化從而達(dá)到控制井口壓力和穩(wěn)定井口壓力作用，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)自動(dòng)控制。2)、自動(dòng)切換電動(dòng)控制自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)包括，兩條自動(dòng)節(jié)流控制通道，一條手動(dòng)節(jié)流控制通道，一條應(yīng)急泄壓通道。當(dāng)?shù)谝蛔詣?dòng)節(jié)流控制通道在工作時(shí)，電動(dòng)平板閥一觀、手動(dòng)平板閥一 30、手動(dòng)平板閥二 31、手動(dòng)平板閥三32、手動(dòng)平板閥四35處于開啟狀態(tài)；手動(dòng)平板閥六37、電動(dòng)平板閥二 33、電動(dòng)平板閥三43處于關(guān)閉狀態(tài)，電控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)壓力傳感器42將采集到的壓力信號(hào)傳給監(jiān)控系統(tǒng)44，監(jiān)控系統(tǒng)通過運(yùn)算后發(fā)出指令給電動(dòng)節(jié)流閥一四來調(diào)整節(jié)流閥的開度實(shí)現(xiàn)壓力的自動(dòng)控制在設(shè)定范圍內(nèi)。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)自動(dòng)切換，工作過程中如果監(jiān)測系統(tǒng)44發(fā)現(xiàn)第一自動(dòng)節(jié)流控制通道不能將壓力控制在允許的誤差范圍內(nèi)，就將啟動(dòng)第二自動(dòng)節(jié)流控制通道，此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)向電動(dòng)平板閥二 33發(fā)出開啟指令，瞬間實(shí)現(xiàn)開啟，電控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)壓力傳感器42將采集到的壓力信號(hào)傳給監(jiān)控系統(tǒng)44，監(jiān)控系統(tǒng)通過運(yùn)算后發(fā)出指令給電動(dòng)節(jié)流閥一 29、電動(dòng)節(jié)流閥二 34，同時(shí)指導(dǎo)兩個(gè)電動(dòng)節(jié)流閥的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)壓力的自動(dòng)控制在設(shè)定范圍內(nèi)，當(dāng)井口壓力達(dá)到設(shè)定允許誤范圍時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)逐漸增加電動(dòng)節(jié)流閥二 34的開度，同時(shí)減小電動(dòng)節(jié)流閥一四的開度， 直至電動(dòng)節(jié)流閥一四全部關(guān)閉，電動(dòng)節(jié)流閥一四關(guān)閉的信號(hào)反饋給監(jiān)控系統(tǒng)44后，監(jiān)控系統(tǒng)立即發(fā)出指令關(guān)閉電動(dòng)平板閥一觀，至此實(shí)現(xiàn)了第一自動(dòng)節(jié)流控制通道向第一自動(dòng)節(jié)流控制通道的無擾動(dòng)自動(dòng)切換。3)應(yīng)急通道應(yīng)急通道由電動(dòng)平板閥三43實(shí)現(xiàn)控制，監(jiān)控系統(tǒng)44對可根據(jù)鉆井現(xiàn)場的時(shí)間需要對電動(dòng)平板閥三43設(shè)定一個(gè)開啟壓力和關(guān)閉壓力。當(dāng)一條自動(dòng)節(jié)流控制通道不能正?？刂茐毫r(shí)，優(yōu)先起動(dòng)另一條自動(dòng)控制節(jié)流通道，如果兩條自動(dòng)控制節(jié)流通道都不能正常工作，或是通道出現(xiàn)被堵的情況，監(jiān)控系統(tǒng)一旦檢測到電控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)壓力傳感器42的壓力超過設(shè)定的開啟壓力時(shí)，電動(dòng)平板閥三43立即自動(dòng)開啟泄壓，當(dāng)壓力泄到低于設(shè)定的關(guān)閉壓力時(shí)，電動(dòng)平板閥三43自動(dòng)實(shí)現(xiàn)關(guān)閉，避免出現(xiàn)憋泵導(dǎo)致井下復(fù)雜或設(shè)備損壞，以此來保證現(xiàn)場作業(yè)的安全。3、回壓補(bǔ)償系統(tǒng)具體實(shí)施步驟如下
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明自給式局部循環(huán)系統(tǒng)由灌漿子系統(tǒng)、上水子系統(tǒng)、動(dòng)力子系統(tǒng)、本地監(jiān)控子系統(tǒng)及撬裝和連接管線構(gòu)成。本系統(tǒng)連接及達(dá)到的技術(shù)效果如下閘閥1連接砂泵單元2的入口，砂泵單元2出口用連接管線連接閘閥3，便于砂泵單元2檢修和灌注泥漿到泥漿儲(chǔ)備罐；泥漿儲(chǔ)備罐4連接閘閥3、閘閥5、閘閥6、閘閥12、安全溢流閥13，閘閥5用于泥漿儲(chǔ)備罐4的清洗排污，閘閥6便于砂泵M檢修時(shí)候關(guān)斷來流通道，以免泥漿儲(chǔ)備罐4內(nèi)流體流出造成浪費(fèi)和環(huán)境污染，間閥12連接高壓泥漿泵9和泥漿儲(chǔ)備罐4，用于啟動(dòng)泵時(shí)候讓泵空負(fù)荷啟動(dòng)，保護(hù)啟動(dòng)部件和泵，溢流閥13用于高壓泥漿泵9、閘閥14、單流閥15和出液管線的過壓保護(hù)，溢流閥流出的流體返回泥漿儲(chǔ)備罐，形成自循環(huán)，不浪費(fèi)泥漿且保證設(shè)備安全；砂泵M出口連接閘閥8，進(jìn)口連閘閥6，關(guān)斷進(jìn)出口閘閥6、8，便于泵的檢修；流量計(jì)7進(jìn)口連接閘閥8、出口連接高壓泥漿泵9，便于計(jì)量從高壓泥漿泵9泵出的泥漿提及流量；專用高壓泥漿泵9進(jìn)口連接閘閥8，出口連接四通20，高壓泥漿泵9與變速箱與減速機(jī)構(gòu)10連接，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)11與變速箱與減速機(jī)構(gòu)10連接，四通 20連接閘閥14、閘閥12、安全溢流閥13高壓泥漿泵兩端設(shè)置閘閥8、14便于流程管線開關(guān)和設(shè)備檢修時(shí)候關(guān)斷進(jìn)出口，變速箱與減速機(jī)構(gòu)10把柴油發(fā)動(dòng)機(jī)11的轉(zhuǎn)速變化為與泥漿泵匹配的設(shè)計(jì)目標(biāo)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到目標(biāo)出口排量；閘閥14與單流閥15連接，單流閥確保外部流體不能反灌入高壓泥漿泵；攪拌器安置于泥漿儲(chǔ)備罐4內(nèi)，防止重泥漿中加重材料沉降造成結(jié)餅和密度不均；泵沖傳感器16與專用高壓泥漿泵9連接，監(jiān)控泥漿泵的工作狀態(tài)和計(jì)量沖數(shù)；壓力傳感器17連接在泵出口四通20或者出口管線上，監(jiān)測出口泵壓；液位傳感器22安放于泥漿儲(chǔ)備罐，監(jiān)測液面高度，為砂泵2啟停提供依據(jù)，并為砂泵M和高壓泥漿泵9開停提供基本參數(shù)；液面?zhèn)鞲衅?2、壓力傳感器17與泵沖傳感器16、流量計(jì)7、變速箱與減速機(jī)構(gòu)10、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)11、砂泵單元2與M、本地人機(jī)交互界面23與本地監(jiān)測及控制中心18通過數(shù)據(jù)線連接，實(shí)現(xiàn)本地的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，本地監(jiān)測及控制中心18與遠(yuǎn)程上位系統(tǒng)19連接，實(shí)現(xiàn)上位遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。
15[0110]本實(shí)用新型灌漿控制過程如下1、實(shí)施回壓補(bǔ)償作業(yè)前，打開閘閥1、3、6、8、12、14，關(guān)閉閘閥5，開啟砂泵2先將儲(chǔ)液罐灌滿，并通過控制機(jī)構(gòu)18或19設(shè)定儲(chǔ)液罐內(nèi)鉆井液面高度啟動(dòng)/停止大功率砂泵和高壓泥漿泵。2、回壓補(bǔ)償作業(yè)時(shí)，選擇控制模式，即本地手動(dòng)控制和本地自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制模式。(1)當(dāng)控制開關(guān)在手動(dòng)位置時(shí)，局部循環(huán)系統(tǒng)脫離自動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)只做監(jiān)控使用不參與控制，一切控制全靠手動(dòng)完成泵的啟停和回壓補(bǔ)償灌漿過程。(2)當(dāng)控制開關(guān)在本地自動(dòng)位置時(shí)，系統(tǒng)出于本地自動(dòng)控制狀態(tài)，按照順序控制模式進(jìn)行系統(tǒng)控制。即回壓補(bǔ)償作業(yè)時(shí)，通過高壓泥漿泵將儲(chǔ)液罐內(nèi)鉆井液注入井筒，同時(shí)通過液面監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測儲(chǔ)液罐內(nèi)鉆井液面高度，當(dāng)液面低于系統(tǒng)設(shè)置低點(diǎn)(B點(diǎn)，取值 0. 1米至泥漿儲(chǔ)備罐高度，取三分之一至二分之一泥漿儲(chǔ)備罐體高度較為適宜，0. 5-1. 5米最適宜，取值時(shí)候小于A值)時(shí)操作控制機(jī)構(gòu)啟動(dòng)大功率砂泵，將井隊(duì)循環(huán)罐內(nèi)的鉆井液補(bǔ)充到回壓補(bǔ)償系統(tǒng)儲(chǔ)液罐中，當(dāng)儲(chǔ)液罐內(nèi)鉆井液面高度高于設(shè)定高點(diǎn)(A點(diǎn)，取值0. 1米至泥漿儲(chǔ)備罐高度，取泥漿儲(chǔ)備罐體高度70%-90%較為適宜，1. 5-3米最適宜)時(shí)停止大功率砂泵，以保證儲(chǔ)液罐內(nèi)鉆井液充足。同時(shí)，還設(shè)定了液位最低點(diǎn)(C點(diǎn)，取值0-0. 5米，取泥漿儲(chǔ)備罐體高度的10%-20%較為適宜，0. 25-0. 5米最適宜取值時(shí)候小于B點(diǎn)值)，當(dāng)液面降到最低點(diǎn)時(shí)，操作控制機(jī)構(gòu)會(huì)發(fā)出警報(bào)并停止高壓泥漿泵，以到達(dá)防止抽空保護(hù)高壓泥漿泵的目的。(3)、當(dāng)控制開關(guān)在遠(yuǎn)程自動(dòng)位置時(shí)，系統(tǒng)出于遠(yuǎn)程自動(dòng)控制狀態(tài)，在回壓補(bǔ)償作業(yè)實(shí)施過程中，通過系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制接口將各種參數(shù)實(shí)時(shí)傳輸至現(xiàn)場遠(yuǎn)程上位系統(tǒng)或者后方基地，上位系統(tǒng)或者后方基地根據(jù)參數(shù)變化掌握設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)及現(xiàn)場施工情況，可針對現(xiàn)場情況發(fā)出各種施工作業(yè)指令，并可對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高了整個(gè)施工作業(yè)的安全性和系統(tǒng)可靠性。(4)、單次作業(yè)完畢，打開閘閥12、確保下次作業(yè)安全。實(shí)施例3本實(shí)用新型中的自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)還可以為液控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)，以下對采用液控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)進(jìn)行說明液控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)包括自動(dòng)節(jié)流管匯、電控液節(jié)流控制執(zhí)行裝置和監(jiān)測控制系統(tǒng)節(jié)流管匯主要包括三條道自動(dòng)節(jié)流控制通道，由3個(gè)液動(dòng)控制的節(jié)流裝置和6個(gè)平板閥構(gòu)成，一條應(yīng)急手動(dòng)節(jié)流控制通道，由1個(gè)節(jié)流閥與2個(gè)平板閥組成，一條應(yīng)急泄壓直通道由一個(gè)平板閥組成，出口前設(shè)有兩條并聯(lián)通道，由三個(gè)平板閥和U型出口流量計(jì)構(gòu)成，四條通道并聯(lián)組成一套三自動(dòng)一手動(dòng)一直通道的節(jié)流管匯。電控液節(jié)流控制執(zhí)行裝置能根據(jù)監(jiān)測控制系統(tǒng)發(fā)出的指令調(diào)節(jié)閥門的開度，實(shí)現(xiàn)壓，力的精細(xì)控制。監(jiān)測控制系統(tǒng)主要包括了壓力表，用于實(shí)時(shí)觀察井口壓力；壓力變送器，用于監(jiān)測井口壓力；報(bào)警系統(tǒng)，用于報(bào)警、提示設(shè)備故障。操作控制機(jī)構(gòu)主要包括了現(xiàn)場工控機(jī)，是現(xiàn)場采集控制中樞，實(shí)施顯示系統(tǒng)所處狀態(tài)，能實(shí)現(xiàn)人機(jī)通信按輸入需要控制的進(jìn)口壓力，能將采集的所有數(shù)據(jù)及系統(tǒng)工作狀態(tài)通過網(wǎng)絡(luò)上傳至數(shù)控房，也可接受數(shù)據(jù)房發(fā)出的控壓指令；控制器，用于采集并處理井口實(shí)時(shí)壓力數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)現(xiàn)場所有信號(hào)的采集、處理、轉(zhuǎn)發(fā)中間指令、實(shí)施對驅(qū)動(dòng)的通信；驅(qū)動(dòng)器，執(zhí)行控制器發(fā)出的指令，通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)和比例調(diào)節(jié)閥控制節(jié)流閥關(guān)閉或者開啟，實(shí)現(xiàn)壓力的準(zhǔn)確控制并實(shí)時(shí)對控制器反饋閥門開度參數(shù)；操作控制機(jī)構(gòu)還設(shè)有出口流量監(jiān)測裝置。操作控制機(jī)構(gòu)上設(shè)置有本地自動(dòng)控制、本地手動(dòng)控制和遠(yuǎn)程自動(dòng)控制接口，近地自動(dòng)控制可與數(shù)據(jù)空房分開而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，遠(yuǎn)程自動(dòng)控制接口可直接接收并執(zhí)行來自數(shù)控房的控制指令，也可將電動(dòng)控制自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)的狀態(tài)、參數(shù)上傳至數(shù)控房，實(shí)現(xiàn)雙通道通
fn °本實(shí)用新型中的電控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)和液控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)任意選擇一種均可以完成精細(xì)壓力控制，兩種模式的數(shù)據(jù)接口均與上位監(jiān)測與控制系統(tǒng)的監(jiān)控機(jī)構(gòu)接口兼容。
1權(quán)利要求1.一種閉環(huán)控壓鉆井系統(tǒng)，包括環(huán)空壓力監(jiān)測系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)控制頭和液氣分離系統(tǒng)，其特征在于還包括監(jiān)測與控制系統(tǒng)、自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)，監(jiān)測與控制系統(tǒng)分別與自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)連接；所述監(jiān)測與控制系統(tǒng)包括上位工控檢測機(jī)構(gòu)、 自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元，所述上位工控檢測機(jī)構(gòu)分別與自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉環(huán)控壓鉆井系統(tǒng)，其特征在于所述的上位工控監(jiān)測機(jī)構(gòu)包括工控機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備和通信接口，工控機(jī)分別與井場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、井下隨鉆環(huán)空壓力監(jiān)測系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備連接在一起組建成工業(yè)局域網(wǎng)，工控機(jī)的監(jiān)控端口通過通信接口分別與自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的閉環(huán)控壓鉆井系統(tǒng)，其特征在于所述的自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元包括節(jié)流系統(tǒng)用傳感器、流量計(jì)、節(jié)流閥調(diào)節(jié)控制裝置和本地?cái)?shù)據(jù)采集與控制器， 節(jié)流系統(tǒng)傳感器、流量計(jì)、節(jié)流閥調(diào)節(jié)控制裝置由數(shù)據(jù)線連接至本地?cái)?shù)據(jù)采集與控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閉環(huán)控壓鉆井系統(tǒng)，其特征在于所述的回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元包括補(bǔ)償系統(tǒng)用傳感器、流量計(jì)、泵啟?？刂茩C(jī)構(gòu)、動(dòng)力單元啟?？刂茩C(jī)構(gòu)和本地?cái)?shù)據(jù)采集與控制器，傳感器、流量計(jì)、泵啟?？刂茩C(jī)構(gòu)、動(dòng)力單元啟?？刂茩C(jī)構(gòu)由數(shù)據(jù)線連接至本地?cái)?shù)據(jù)采集與控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的閉環(huán)控壓鉆井系統(tǒng)，其特征在于所述的節(jié)流系統(tǒng)用傳感器至少包括壓力傳感器、溫度傳感器和閥位傳感器，壓力傳感器裝在節(jié)流管匯進(jìn)口端與節(jié)流閥前后端，流量計(jì)安裝于節(jié)流管匯出口端，閥位傳感器安裝于節(jié)流閥上；所述的補(bǔ)償系統(tǒng)用傳感器至少包括壓力傳感器和泵沖傳感器，壓力傳感器安裝在高壓泥漿泵的出口處，泵沖傳感器安裝于高壓泥漿泵上，流量計(jì)安裝于高壓泥漿泵的入口處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或5所述的閉環(huán)控壓鉆井系統(tǒng)，其特征在于所述自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)為電控自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)，包括節(jié)流管匯、節(jié)流裝置和監(jiān)控單元，所述節(jié)流管匯包括并聯(lián)的兩條自動(dòng)節(jié)流控制通道，第一自動(dòng)節(jié)流控制通道包括通過管匯依次連接的電動(dòng)平板閥、電動(dòng)節(jié)流閥、兩個(gè)手動(dòng)平板閥、流量計(jì)和又一手動(dòng)平板閥，電動(dòng)平板閥、電動(dòng)節(jié)流閥和流量計(jì)分別與控制裝置連接；第二自動(dòng)節(jié)流控制通道包括通過管匯依次連接的電動(dòng)平板閥、 電動(dòng)節(jié)流閥和兩個(gè)手動(dòng)平板閥，并通過管匯連接到第一條自動(dòng)節(jié)流控制通道的兩個(gè)手動(dòng)平板閥之間，電動(dòng)平板閥與控制裝置連接；所述控制裝置包括控制器和設(shè)置在節(jié)流管匯入口處的傳感器，傳感器與控制器連接；所述節(jié)流裝置包括減速器、防爆控制箱、伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，所述第一自動(dòng)節(jié)流控制通道中的電動(dòng)節(jié)流閥連接減速器，減速器另一端連接防爆控制箱，防爆控制箱內(nèi)設(shè)置有伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，伺服電機(jī)的輸出端與減速器連接，驅(qū)動(dòng)器一端與伺服電機(jī)連接，另一端與控制裝置連接；所述監(jiān)控單元包括用于實(shí)時(shí)觀察井口壓力的壓力表、用于監(jiān)測井口壓力的壓力變送器、用于報(bào)警和提示的報(bào)警系統(tǒng)和操作控制機(jī)構(gòu)，所述操作控制機(jī)構(gòu)包括現(xiàn)場工控機(jī)、控制器和驅(qū)動(dòng)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閉環(huán)控壓鉆井系統(tǒng)，其特征在于所述節(jié)流管匯還包括與自動(dòng)節(jié)流控制通道并聯(lián)的手動(dòng)控制通道，所述手動(dòng)控制通道包括通過管匯依次連接的手動(dòng)平板閥、手動(dòng)節(jié)流閥和又一手動(dòng)平板閥，并通過管匯連接到第二條自動(dòng)節(jié)流控制通道的兩個(gè)手動(dòng)平板閥之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的閉環(huán)控壓鉆井系統(tǒng)，其特征在于所述節(jié)流管匯還包括備用通道，備用通道一端通過管匯連接到第二條自動(dòng)節(jié)流控制通道的兩個(gè)手動(dòng)平板閥之間，另一端通過管匯連接到流量計(jì)；所述備用通道包括通過管匯依次連接的兩個(gè)手動(dòng)平板閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的閉環(huán)控壓鉆井系統(tǒng)，其特征在于所述節(jié)流管匯還包括與自動(dòng)節(jié)流控制通道和手動(dòng)控制通道并聯(lián)的應(yīng)急通道，應(yīng)急通道通過管匯連接到第二條自動(dòng)節(jié)流控制通道的兩個(gè)手動(dòng)平板閥之間，應(yīng)急通道包括電動(dòng)平板閥，電動(dòng)平板閥與控制裝置連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4、5、7、8或9所述的閉環(huán)控壓鉆井系統(tǒng)，其特征在于所述回壓補(bǔ)償系統(tǒng)為自給式局部循環(huán)系統(tǒng)，包括灌漿子系統(tǒng)、上水子系統(tǒng)、動(dòng)力子系統(tǒng)和本地監(jiān)控子系統(tǒng)，其中所述的灌漿子系統(tǒng)包括泥漿泵、單流閥、閘閥六、閘閥七、四通、安全溢流閥和流量計(jì)，所述四通分別連接閘閥六、閘閥七、安全溢流閥和泥漿泵的出口，閘閥七與單流閥連接，泥漿泵的進(jìn)口連接有本地監(jiān)控子系統(tǒng)的流量計(jì)，四通上還連接有本地監(jiān)控子系統(tǒng)的壓力傳感器；所述的上水子系統(tǒng)包括泥漿儲(chǔ)備罐、砂泵一、砂泵二、閘閥三、閘閥一、閘閥二、閘閥四和閘閥五，所述閘閥一連接砂泵一的入口，砂泵一的出口連接閘閥二，泥漿儲(chǔ)備罐分別連接閘閥二、閘閥三、閘閥四、灌漿子系統(tǒng)的閘閥六和灌漿子系統(tǒng)的安全溢流閥，本地監(jiān)控子系統(tǒng)的流量計(jì)，流量計(jì)進(jìn)口連接閘閥五，流量計(jì)的出口連接灌漿子系統(tǒng)的的泥漿泵，砂泵二進(jìn)口連接閘閥四、砂泵二的出口連接閘閥五；所述動(dòng)力子系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)和與發(fā)動(dòng)機(jī)連接的變速箱與減速機(jī)構(gòu)，所述泥漿泵與變速箱與減速機(jī)構(gòu)連接；所述本地監(jiān)控子系統(tǒng)包括流量計(jì)、泵沖感應(yīng)器、壓力傳感器、本地監(jiān)測及控制中心、液位傳感器、現(xiàn)場遠(yuǎn)程上位系統(tǒng)和人機(jī)交互界面，本地監(jiān)測及控制中心通過數(shù)據(jù)線與液位傳感器、壓力傳感器、泵沖傳感器、 流量計(jì)、所述變速箱與減速機(jī)構(gòu)、所述發(fā)動(dòng)機(jī)、所述砂泵一、所述砂泵二、現(xiàn)場遠(yuǎn)程上位系統(tǒng)和人機(jī)交互界面連接，所述泵沖傳感器安裝在所述泥漿泵上，液位傳感器安裝于泥漿儲(chǔ)備罐上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種閉環(huán)控壓鉆井系統(tǒng)，包括環(huán)空壓力監(jiān)測系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)控制頭和液氣分離系統(tǒng)，還包括監(jiān)測與控制系統(tǒng)、自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)，監(jiān)測與控制系統(tǒng)分別與自動(dòng)節(jié)流控制系統(tǒng)和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)連接；所述監(jiān)測與控制系統(tǒng)包括上位工控檢測機(jī)構(gòu)、自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元，所述上位工控檢測機(jī)構(gòu)分別與自動(dòng)節(jié)流系統(tǒng)監(jiān)控單元和回壓補(bǔ)償系統(tǒng)監(jiān)控單元連接。本實(shí)用新型通過精細(xì)壓力控制，達(dá)到精細(xì)控制井底壓力達(dá)目標(biāo)壓力的目的。
文檔編號(hào)E21B21/08GK202250027SQ201120357728
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者唐國軍, 左星, 李枝林, 李照, 楊玻, 肖潤德, 薛秋來, 魏強(qiáng) 申請人:中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司