專利名稱：控制壓力鉆井設(shè)備的制作方法
控制壓力鉆井設(shè)備發(fā)明描述本發(fā)明涉及用于利用被稱為控制壓力鉆井的技術(shù)來鉆探地下鉆孔的設(shè)備，所述地下鉆孔具體但不排他地為油井、氣井或者地?zé)峋?。通常利用被稱為鉆柱的在最下端具有鉆頭的鋼管來進(jìn)行鉆孔或鉆井?？梢岳玫厣香@井馬達(dá)使整個鉆柱旋轉(zhuǎn)，或者可以利用安裝在鉆柱中鉆頭正上方的流體動力馬達(dá)與鉆柱無關(guān)地使鉆頭旋轉(zhuǎn)。當(dāng)進(jìn)行鉆孔時(shí)，泥漿流用來將由鉆孔過程產(chǎn)生的巖屑攜帶到鉆孔外。泥漿通過入口管線被沿鉆柱向下泵送以穿過鉆頭，并且泥漿經(jīng)由鉆柱的外徑和鉆孔之間的環(huán)形空間(通常稱為環(huán)空)返回到地面。泥漿是一個非常寬泛的鉆探術(shù)語，并且在本文中它被用來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)動泥漿，并且為了實(shí)現(xiàn)該泥漿驅(qū)動，通常利用一個或更多個容積泵將泥漿泵入鉆柱中，所述一個或更多個容積泵經(jīng)由管和歧管(被稱為立管管匯)連接至鉆柱。供這樣的鉆孔通常鉆進(jìn)的地質(zhì)層組常常包括加壓流體(油、氣和/或水)的存儲池，以及泥流，其除了沖出巖屑和冷卻鉆頭外，對鉆孔加壓，因此基本上防止了非可控流體流從地層流入鉆孔中。地層流體流入鉆孔中被稱為井涌，并且，如果不控制，可以導(dǎo)致井噴。雖然需要對井眼加壓以避免井涌或井噴，但是如果鉆孔中的流體壓力太高，那么流體壓力可導(dǎo)致地層斷裂和/或泥漿可穿透并流失到地層。因此，雖然由鉆孔中泥漿的重量提供的壓力，以及通過將泥漿泵入鉆孔所形成的動壓可以足夠容納地層中流體，但是對于很多地層來說需要對流體壓力的更大且更快的控制，并且適于鉆進(jìn)這樣的地層中的一個鉆井方法為控制壓力鉆井(MPD)?？刂茐毫︺@井(MPD)包括通過對從鉆孔的環(huán)空退出的泥漿施加背壓而控制井底壓力。

圖1中示意性地示出了傳統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)控制壓力鉆井系統(tǒng)的大部分相關(guān)元件。這個圖示出了延伸到包含了流體(諸如油、氣或水)的存儲池的地質(zhì)層組11’中的鉆孔10’。鉆柱12’向下延伸到鉆孔10’中。在鉆柱12’的最下端處具有井底鉆具組合(BHA) 14’，其包括鉆頭、泥漿馬達(dá)、各種傳感器、以及用于將讀數(shù)從傳感器傳送到地面監(jiān)視和控制設(shè)備的電信設(shè)備。鉆柱12’的最上端延伸到鉆機(jī)(為清楚起見未示出)。鉆孔10’由井口 18’、和封閉裝置20’(諸如旋轉(zhuǎn)防噴器(BOP)或旋轉(zhuǎn)控制裝置(RCD)來覆蓋。鉆柱12’延伸穿過井口 18和封閉裝置20’，封閉裝置20’具有包圍鉆柱12’外部的密封件，以提供圍繞鉆柱12’的大體上的不透流體密封，同時(shí)使得鉆柱繞著其縱軸旋轉(zhuǎn)，并且往復(fù)進(jìn)出鉆孔10’。井口 18’和封閉裝置20’ 一起隔離環(huán)空16’中的流體。在該示例中，鉆柱12’從封閉裝置20’延伸到驅(qū)動設(shè)備22’ (諸如頂驅(qū))，鉆柱12’的最上端連接到立管管匯24’的出口，該管匯具有由入口管線連接到泥漿泵26’的入口。井口 18’包括側(cè)口 18a’，該側(cè)口連接到環(huán)空回流管線28’，并且其為來自環(huán)空16’的流體提供出口。環(huán)空回流管線28’經(jīng)由可調(diào)節(jié)流器或閥30’以及位于該節(jié)流器或閥30’下游的科里奧利流量計(jì)32’延伸到泥漿存儲池34’。過濾器和/或振動器(未示出)通常被提供來移除顆粒物質(zhì)(諸如在返回泥漿存儲池34’之前來自泥漿的鉆屑。鉆井期間，頂驅(qū)22’使鉆柱12’繞其縱軸旋轉(zhuǎn)，從而使得鉆頭切入地層中，并且泵26’被操作為將泥漿從存儲池34’泵送到立管管匯24’，并泵入鉆柱12’，在鉆柱中BHA14’進(jìn)入到環(huán)空16’中。泥漿和鉆屑沿環(huán)空16’向上流到井口 18’，并且流入到環(huán)空回流管線28’，且可調(diào)節(jié)流器或閥32’被操作以限制該流體沿著環(huán)空回流管線28’的流動，并且，因此，施加被施加到環(huán)空16’的背壓。該背壓增大，直到井眼10’的底部的流體壓力(井底壓力)被認(rèn)為足以承載地層11’中的地層流體，同時(shí)最小化使地層斷裂或者使得泥漿穿透地層的危險(xiǎn)。流體流出環(huán)空16’的流量使用流量計(jì)32’監(jiān)控，并且將其與進(jìn)入鉆柱12’的流體的流量相比，并且這個數(shù)據(jù)可以用來檢測井涌或至地層的泥漿損失。在US6575244和US7044237中公開了這樣的系統(tǒng)?？刂茐毫︺@井系統(tǒng)也是已知的并且例如在US7185719、US7395878，US2007/0151762、W02007/081711和W02008/051978中被公開，在控制壓力鉆井系統(tǒng)中，提供泵以通過將泥漿經(jīng)由環(huán)空回流管線泵送回到環(huán)空16中而幫助所需井底壓力的發(fā)展。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，我們提供了一種鉆井系統(tǒng)，該鉆井系統(tǒng)包括延伸到鉆孔中的鉆柱；和井封閉系統(tǒng)，該井封閉系統(tǒng)將流體容納在所述鉆孔中的圍繞所述鉆柱的環(huán)形空間中，所述井封閉系統(tǒng)具有側(cè)口，由此允許流體受控地流出所述鉆孔中的圍繞所述鉆柱的所述環(huán)形空間，所述側(cè)口被連接到從該側(cè)口延伸到流體存儲池的流體回流管線，在所述流體回流管線中設(shè)置有閥和流量計(jì)，所述閥能操作以將沿著所述流體回流管線的流體流限于可變程度，所述流量計(jì)能操作以測量流體沿著所述流體回流管線的流量，所述流量計(jì)位于所述閥和所述側(cè)口之間，其中在所述流量計(jì)和所述側(cè)口之間設(shè)置有過濾器，所述過濾器包括多個孔，這些孔的橫截面面積小于所述流量計(jì)中最小流體流動管線橫截面面積。優(yōu)選地，所述流量計(jì)為科里奧利流量計(jì)。所述流量計(jì)可定位于從所述流體回流管線分支的支管中，所述支管在所述流體回流管線的第一部分和所述流體回流管線的第二部分之間延伸，所述第一部分定位于所述側(cè)口和所述第二部分之間。這種情況下，優(yōu)選地所述過濾器定位于或者鄰近于所述支管和所述流體回流管線的所述第一部分之間的接點(diǎn)。所述過濾器可具有位于所述支管和所述流體回流管線的所述第一部分之間所述接點(diǎn)處的一個或多個邊緣，以及延伸到所述支管中的中央部分。優(yōu)選地，主動聲納流量計(jì)被提供來測量沿著所述流體回流管線流動的流體流量。這種情況下，所述主動聲納流量計(jì)優(yōu)選地定位于所述側(cè)口和所述科里奧利流量計(jì)之間。所述主動聲納流量計(jì)可以是夾裝式流量計(jì)(clamp-on meter)。有利地，入口管線從泵延伸到所述鉆柱中，并且第二主動聲納流量計(jì)被提供以測量沿著所述入口管線流動的流體流量。這種情況下，所述第二主動聲納流量計(jì)優(yōu)選為夾裝式流量計(jì)。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，我們提供了一種鉆井系統(tǒng)，該鉆井系統(tǒng)包括延伸到鉆孔內(nèi)的鉆柱；和井封閉系統(tǒng)，該井封閉系統(tǒng)將流體容納在所述鉆孔中的圍繞所述鉆柱的環(huán)形空間中，所述井封閉系統(tǒng)具有側(cè)口，由此允許流體受控地流出所述鉆孔中的圍繞所述鉆柱的所述環(huán)形空間，所述側(cè)口被連接到從該側(cè)口延伸到流體存儲池的流體回流管線，在所述流體回流管線中設(shè)置有閥，該閥包括閥構(gòu)件，該閥構(gòu)件能旋轉(zhuǎn)以將沿著所述流體回流管線的流體流限于可變程度。優(yōu)選地，所述閥包括閥體，該閥體具有通道，該通道具有從閥入口延伸到閥出口的縱軸，所述通道形成了所述流體回流管線的一部分，并且其中所述閥構(gòu)件為安裝在所述閥體的所述通道中的大致球狀的球。在這種情況下，所述閥構(gòu)件優(yōu)選地包括中心通道，該中心通道延伸穿過所述球并具有縱軸，所述閥構(gòu)件能在關(guān)閉位置和打開位置之間旋轉(zhuǎn)，在所述關(guān)閉位置中所述中心通道的所述縱軸與所述閥體中的所述通道的所述縱軸成約90°延伸，并且在所述打開位置中所述中心通道的所述縱軸大致平行于所述閥體中的所述通道的所述縱軸。所述中心通道的垂直于其縱軸的橫截面可從短側(cè)向高側(cè)成錐形，所述中心通道的高度從所述短側(cè)向所述高側(cè)大致線性地增加。所述球可設(shè)置在所述閥體中，從而當(dāng)所述球從所述關(guān)閉位置旋轉(zhuǎn)到所述打開位置時(shí)，所述中心通道的所述短側(cè)首先通向所述閥體中的所述通道。所述中心通道的垂直于其縱軸的所述橫截面能具有扇形形狀。所述閥可以設(shè)置有致動器輸出桿，該致動器輸出桿繞其縱軸的旋轉(zhuǎn)使得所述閥構(gòu)件在所述打開位置和所述關(guān)閉位置之間旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，所述致動器輸出桿優(yōu)選地具有帶多個徑向齒的小齒輪部，并且所述閥設(shè)置有至少一個致動器活塞，所述致動器活塞具有帶齒桿，該帶齒桿與所述致動器輸出桿的所述小齒輪部嚙合，從而所述活塞的平移運(yùn)動引起所述致動器輸出桿和所述閥構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)。所述閥可以設(shè)置有四個致動器活塞，每個致動器活塞均具有帶齒桿，該帶齒桿與所述致動器輸出桿的所述小齒輪部嚙合。所述活塞或每個活塞可安裝在致動器殼體中并且與該致動器殼體接合，從而所述致動器殼體和所述活塞圍出控制室，所述致動器殼體設(shè)置有導(dǎo)管，由此流體流入到所述控制室中。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，我們提供了一種閥，該閥包括閥構(gòu)件和具有通道的閥體，所述通道具有從閥入口延伸到閥出口的縱軸，其中所述閥構(gòu)件為安裝在所述閥體的所述通道中的大致球狀的球，并且包括中心通道，該中心通道延伸穿過所述球并且具有縱軸，所述閥構(gòu)件能在關(guān)閉位置和打開位置之間旋轉(zhuǎn)，在所述關(guān)閉位置中，所述中心通道的所述縱軸與所述閥體中的所述通道的所述縱軸成約90°延伸，在所述打開位置在，所述中心通道的所述縱軸大致平行于所述閥體中的所述通道的所述縱軸，其中所述中心通道的垂直于其縱軸的橫截面從短側(cè)向高側(cè)成錐形，所述中心通道的高度從所述短側(cè)向所述高側(cè)大致線性地增加。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，我們提供了一種鉆井系統(tǒng)，該鉆井系統(tǒng)包括延伸到鉆孔中的鉆柱；和井封閉系統(tǒng)，該井封閉系統(tǒng)將流體容納在所述鉆孔中的圍繞所述鉆柱的環(huán)形空間中，所述井封閉系統(tǒng)具有側(cè)口，由此允許流體受控地流出所述鉆孔中的圍繞所述鉆柱的所述環(huán)形空間，所述側(cè)口被連接到從該側(cè)口延伸到流體存儲池的流體回流管線，所述鉆井系統(tǒng)還包括閥，該閥具有連接到所述流體回流管線的入口，被連接到用于從液體中分離出所夾帶的氣體的氣體分離設(shè)備的第一出口，被連接到用于從液體中分離出固體顆粒的固體分離設(shè)備的第二出口，其中所述閥能操作以選擇性地允許流體從所述入口流向所述第一出口或所述第二出口，同時(shí)決不禁止流體從所述入口流向兩個所述出口。優(yōu)選地，所述氣體分離器具有連接到所述固體分離器的入口的用于液體的出口。優(yōu)選地，所述固體分離器具有連接到所述存儲池的用于液體的出口。
有利地，所述固體分離器包括至少一個振動器。現(xiàn)將參考附圖僅通過示例來描述本發(fā)明的實(shí)施方式，附圖中:圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)控制壓力鉆井系統(tǒng)的示意圖，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的鉆井系統(tǒng)的示意圖，以及圖3示出了圖2中所示的鉆井系統(tǒng)的背壓控制設(shè)備的詳細(xì)的示意圖，圖4示出了圖3中所示的背壓控制設(shè)備的部分A的橫截面的詳細(xì)的視圖，圖5示出了圖3中所示的背壓控制設(shè)備的背壓控制閥的橫截面的視圖，圖6示出了圖5中所示的背壓控制閥沿著線X的剖面的平面圖，圖7a和圖7b示出了圖5中所示的背壓控制閥沿線Y的剖面，其中圖7a示出了處于全開位置的閥，圖7b示出了處于部分打開位置的閥?，F(xiàn)在參看圖2，這示出了用于鉆探地下鉆孔的岸基系統(tǒng)的示意圖。然而，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明可以相對于海上鉆井系統(tǒng)相同地被使用。該圖示出了鉆孔10，該鉆孔延伸到地質(zhì)層組11中，該地質(zhì)層組包括流體(諸如油、氣或水)的存儲池。鉆柱12向下延伸進(jìn)入到鉆孔10中。鉆柱12的最下端處具有井底鉆具組合(BHA) 14，該井底鉆具組合包括鉆頭、泥漿泵、各種傳感器以及用于從傳感器向地面監(jiān)視和控制設(shè)備傳輸讀數(shù)的電信設(shè)備。鉆柱12的最上端延伸到鉆機(jī)(為清楚起見未示出)?？籽?0由井口 18和封閉裝置20 (諸如旋轉(zhuǎn)防噴器(BOP)或者旋轉(zhuǎn)控制裝置(RCD)覆蓋。鉆柱12延伸穿過井口 18和封閉裝置20，該封閉裝置20具有圍繞鉆柱12外部封閉的密封件，以提供圍繞鉆柱12的大致不透流體密封，同時(shí)允許鉆柱繞其縱軸旋轉(zhuǎn)，并進(jìn)一步向下移動進(jìn)出鉆孔10。井口 18和封閉裝置20 —起將液體容納在環(huán)空16中。在這個示例中，鉆柱12從封閉裝置20延伸到驅(qū)動設(shè)備22 (諸如頂驅(qū))，并且鉆柱12的最上端連接到立管管匯24的出口，該管匯具有由入口管線連接到泥漿泵26的入口。流量計(jì)46 (在本發(fā)明的該實(shí)施方式中為夾裝式主動聲納流量計(jì))安裝在泥漿泵26和立管管匯24之間的入口管線上，且它提供了指示泥漿流入鉆柱12的流量的輸出信號。在標(biāo)準(zhǔn)的控制壓力鉆井系統(tǒng)中，流入鉆柱12的流體流量通過計(jì)數(shù)泵26的沖程數(shù)，并且使該沖程數(shù)乘以每沖程移位的流體量來測量，其中例如使用活塞沖程計(jì)數(shù)器晶須(whiskers)、活塞沖程計(jì)數(shù)器近程式傳感器或者泵驅(qū)動軸每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)傳感器來計(jì)數(shù)泵的沖程數(shù)。這些方法都是機(jī)械的，并且記錄泵的機(jī)械活動，而不是直接測量流體流量。因而，所有方法都是可變可靠性和精確性的并且傾于失敗。相反，主動聲吶流量計(jì)為流入鉆柱12的流體流量提供了直接、精確且可靠的測量。除了主動聲納流量計(jì)46之外，有利地設(shè)置了如上所述用于測量注入流體流量的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備，并且因此在開始鉆井之前可以使用該標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備來校準(zhǔn)主動聲納流量計(jì)46。井口 18包括側(cè)口 18a，該側(cè)口與環(huán)空回流管線28連接，并且該側(cè)口提供用于來自環(huán)空16的流體的出口。該環(huán)空回流管線28經(jīng)由在圖3中更為詳細(xì)地示出的新穎的背壓系統(tǒng)36延伸到泥漿存儲池34。流體流提供在泵26和存儲池34之間，從而泵26可以被操作為從存儲池34抽出泥漿，并且經(jīng)由立管管匯24將泥漿泵送到鉆柱12中?，F(xiàn)在參看圖3，背壓系統(tǒng)36構(gòu)造如下。環(huán)空回流管線28經(jīng)由主動聲納流量計(jì)38延伸到可調(diào)節(jié)流器或閥30a(在下文中稱為背壓控制閥30a)，主動聲納流量計(jì)38位于背壓控制閥30a上游。主動聲納流量計(jì)38為非侵入夾裝式流量計(jì)，其對流體沿著環(huán)空回流管線28的流動不具有任何影響，并因此對環(huán)空回流管線28中的流體壓力不具任何影響，且不會增加環(huán)空回流管線28被巖屑堵塞或阻塞的可能性。另一第一流體流管線28a(在下文稱為科里奧利流量計(jì)管線)從主動聲納流量計(jì)38和節(jié)流器30a之間的環(huán)空回流管線28經(jīng)由上游過濾器40延伸到科里奧利型流量計(jì)。過濾器40包括網(wǎng)篩或穿孔金屬板，該網(wǎng)篩或穿孔金屬板定位于科里奧利流量計(jì)管線28a和環(huán)空回流管線28之間的接點(diǎn)處，如圖4所示。過濾器40稍呈圓頂狀，并設(shè)置為使得過濾器40的中央部分延伸到科里奧利流量計(jì)管線28a中。這在圖4中示出，盡管應(yīng)該理解的是，該圖不按比例繪制，并且過濾器40的拱起度為清楚起見被放大?？评飱W利流量計(jì)常常用在鉆井系統(tǒng)中，因而這些流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和操作對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說都是公知的。然而，簡而言之，科里奧利流量計(jì)包括兩條管，流入流量計(jì)的流體在兩條管之間分流，從而在離開流量計(jì)之前一半的流體沿著每一條管流動。提供了激勵線圈，該激勵線圈構(gòu)造成使得電流穿過該線圈導(dǎo)致這些管以它們的固有頻率振動，每條管均沿與另一條管相反的方向振動。被稱為傳感器的磁體和線圈組件安裝在每條管上。當(dāng)每條管振動時(shí)，每個線圈移動穿過由另一條管上的磁體所形成的磁場，并且這感應(yīng)每個線圈中的正弦電壓。當(dāng)沒有流體流過流量計(jì)時(shí)，每個線圈中所感應(yīng)的電壓是同相的。當(dāng)存在流體流動時(shí)，科里奧利力被引發(fā)，從而使得這些管沿彼此相反的方向扭轉(zhuǎn)，并且這使得線圈中的電壓有相位差量S t，該相位差量與穿過管的質(zhì)量流量成比例。這個量St可以被確定并且用于提供這樣的輸出信號，該輸出信號對于穿過流量計(jì)的質(zhì)量流量給出了高度精確的(達(dá)到總流量的約0.1%)值。來自所有的流量計(jì)32、38、46的輸出信號使用標(biāo)準(zhǔn)電信裝置被傳輸?shù)街醒脬@井控制單元(未示出)，該中央鉆井控制單元具有這樣的處理器，該處理器被編程以將流入鉆孔10的流體流量與流出鉆孔10的流體流量進(jìn)行比較。如果流體以比其離開鉆孔10更高的速度被注入鉆孔10中，那么這表示一些流體流失到地層中，并且期望井底壓力降低。另選地，如果流出鉆孔10的流體流量比流入鉆孔10的流體流量顯著更高，這意味著地層流體的井涌已進(jìn)入到鉆孔10中，并且期望井底壓力增大以防止該涌進(jìn)，并且需要采取行動以處理已經(jīng)存在于鉆孔10中的地層流體。將理解的是，為使該控制機(jī)構(gòu)有效，從流量計(jì)32、38、46處接收精確且可靠的數(shù)據(jù)是關(guān)鍵。設(shè)置兩個用于測量沿著環(huán)空回流管線28的流動的流量計(jì)是有利的，這是因?yàn)?，如果一個流量計(jì)被破壞或者發(fā)生故障，那么另一個流量計(jì)可用于監(jiān)測流量。此外，由于使用了兩種不同類型的流量計(jì)，因此來自一個流量計(jì)的輸出可以與來自另一個流量計(jì)的輸出進(jìn)行比較以用于校準(zhǔn)目的，并且表示流量計(jì)的精確度和可靠性。這兩個流量計(jì)僅僅適用于測量液體流量，并且如果液體中存在任意夾帶的氣體，那么流量計(jì)的輸出的精確度會惡化。當(dāng)鉆進(jìn)地層中時(shí)，對存在于鉆探泥漿中一些烴氣是十分常見的。烴氣可以在地層被鉆開時(shí)被釋放，或者在鉆探泥漿能在鉆孔面上形成有效密封和濾餅之前，可以從與鉆孔10相鄰的生產(chǎn)性斷口或存儲砂產(chǎn)生。同時(shí)，鉆探泥漿在環(huán)空16和環(huán)空回流管線28中處于負(fù)壓，該氣體溶解在鉆探泥漿中或者被壓縮到其液態(tài)。節(jié)流器30a下游的環(huán)空回流管線28中的壓力顯著低于節(jié)流器30a上游的環(huán)空回流管線28中的壓力。因而，當(dāng)鉆探泥漿離開節(jié)流器30a時(shí)，所夾帶的氣體被降壓、膨脹，并且在液態(tài)泥漿中形成氣泡。流量計(jì)被定位在標(biāo)準(zhǔn)MPD系統(tǒng)中的節(jié)流器的下游，并且這些氣泡對于從流量計(jì)獲得的質(zhì)量流量測量的精確度具有有害影響，并且甚至可以完全混亂來自流量計(jì)的流量數(shù)據(jù)。如上所述，質(zhì)量流量讀數(shù)被用于檢測井涌或者至地層的泥漿損失，因此這些讀數(shù)的精確度對于鉆井過程的穩(wěn)定性是不可缺少的。本發(fā)明通過將流量計(jì)32、38兩者定位在節(jié)流器30a的上游而避免了該問題。過濾器40的設(shè)置是有利的，這是因?yàn)椋瑳]有它，科里奧利流量計(jì)32中的兩條管可容易地被返回流體中的顆粒巖屑堵住，因?yàn)檫@兩條管都具有小于科里奧利流量計(jì)管線28a的橫截面面積的橫截面面積。科里奧利流量計(jì)32的堵塞可引起系統(tǒng)中流量計(jì)32上游處的流體壓力增加到這樣的程度，即，流量計(jì)32或科里奧利流量計(jì)管線28a或者環(huán)空回流管線28的管道受損或者完全失效。過濾器40中的孔顯著小于這些管的橫截面，從而足夠大以堵塞這些管的任意巖屑被過濾器40捕獲并且被禁止進(jìn)入科里奧利流量計(jì)40，如圖4所示。過濾器40定位在科里奧利流量計(jì)管線28a和環(huán)空回流管線28之間的T接頭處也是有利的，這是因?yàn)橛蛇^濾器40捕獲的巖屑通過沿著環(huán)空回流管線28流動的流體被沖出過濾器40，并且因此過濾器40保持清潔且基本上不會變堵。過濾器40的圓頂形狀和布置過濾器40使得中央部分延伸到科里奧利流量計(jì)管線28a中確保了過濾器40和由過濾器40捕獲的任意巖屑不會阻礙流體沿著環(huán)空回流管線28的流動。同時(shí)，過濾器40的設(shè)置使由于科里奧利流量計(jì)32的堵塞造成的對系統(tǒng)的損害的危險(xiǎn)最小化，在本發(fā)明的該實(shí)施方式中，作為另一安全措施，系統(tǒng)36設(shè)置有減壓管線28b，該減壓管線從主動聲納流量計(jì)38和科里奧利流量計(jì)管線28a之間的環(huán)空回流管線28延伸到主減壓閥44。該減壓閥44為標(biāo)準(zhǔn)的爆脫(pop off)型減壓閥，該減壓閥通常大體上防止流體沿著減壓管線28b流動，但是構(gòu)造成在閥上游的壓力超過預(yù)定值時(shí)打開以允許流體沿著減壓管線28b流動。該預(yù)定值通常比鉆井系統(tǒng)中的最低壓力額定部件(通常是封閉裝置20)的最大工作壓力低50psi。減壓管線28b還設(shè)置有支線28b’，該支線從主減壓閥44的上游的減壓管線28b上延伸到主減壓閥44的下游。因此該支線28b’提供了供流體沿著減壓管線28b’流動的導(dǎo)管，對主減壓閥44設(shè)旁路。在該支線28b’中設(shè)置有可調(diào)減壓閥46。該閥46正常基本上防止流體沿著支線28b’流動，并且閥46的操作由電子控制單元來控制，該電子控制單元接收來自BHA14、環(huán)空16或者減壓管線28b下游的環(huán)空回流管線28中的壓力傳感器的壓力信號。電子控制單元被編程以將該壓力信號與期望的井底壓力/環(huán)空壓力/環(huán)空回流管線壓力進(jìn)行比較，并且如果差大于預(yù)定界限就會打開閥46。換句話說，可調(diào)減壓閥46被設(shè)定為在這樣的壓力下打開，即，該壓力比期望的井底壓力、環(huán)空壓力或者由背壓控制系統(tǒng)36施加到環(huán)空16的背壓大預(yù)定界限(margin)。因?yàn)槠谕膲毫Σ粩嘧兓?，因此閥46被主動調(diào)節(jié)以在鉆井進(jìn)行的同時(shí)保持預(yù)定界限。該界限，以及被用作用于與設(shè)定值進(jìn)行比較的基礎(chǔ)的壓力信號將取決于待被鉆孔的地層的類型。例如，可調(diào)減壓閥46可設(shè)定為在比井底壓力設(shè)定值高50psi的壓力界限下打開。在這種情況下，如果系統(tǒng)設(shè)定為將井底壓力保持在200psi，那么可調(diào)減壓閥46將被設(shè)定為在來自BHA14中的壓力傳感器的壓力信號指示井底壓力大于250psi的情況下打開。兩個減壓閥44、46都設(shè)置有用來與主鉆井控制單元通信的裝置，從而如果任一閥44,46由超過最大允許壓力而被致動，即打開，那么電子信號被傳輸?shù)街縻@井控制單元，然后該主鉆井控制單元顯示或者響起警告以警示操作者鉆井系統(tǒng)有問題。這些減壓閥因而防止受到因減壓管線28b下游的背壓控制系統(tǒng)36的任意部件發(fā)生阻塞或堵塞而引起的過壓積累造成的損害。主減壓閥44主要保護(hù)包括封閉裝置20的地面MH)設(shè)備，而可調(diào)減壓閥46的主要角色是保護(hù)套管和地層，并且防止地層斷裂以及泥漿流失到地層。雖然只需要一個背壓控制閥30a來控制壓力鉆井，但是在本發(fā)明的該實(shí)施方式中，在環(huán)空回流減壓管線28c中設(shè)置有第二背壓控制閥30b，該環(huán)空回流減壓管線從科里奧利流量計(jì)管線28a和第一背壓控制閥30a之間的環(huán)空回流管線28延伸到該環(huán)空回流管線28上在第一背壓控制閥30a下游的點(diǎn)。第二背壓控制閥30b是常閉的，從而沒有流體沿著環(huán)空回流減壓管線28c流動，并且環(huán)空16上的背壓由第一背壓控制閥30a操作單獨(dú)控制。如果第一背壓控制閥30a失效或者變堵，那么閥關(guān)閉，并且第二背壓控制閥30b打開，從而所有沿著環(huán)空回流管線28流動的流體都流過環(huán)空回流減壓管線28c。因而背壓由第二背壓控制閥30b的操作來控制。在典型的控制壓力鉆井操作期間，背壓控制閥30a或30b被用于對環(huán)空16施加300-500psi之間的背壓。為了實(shí)現(xiàn)該背壓施加，鉆井系統(tǒng)的所有部件(包括封閉裝置20和背壓控制系統(tǒng)36)優(yōu)選地被壓力定額為鉆井壓力1500psi且關(guān)井壓力2200psi。雖然當(dāng)然可以使用較高壓力額定的系統(tǒng)，使用低壓額定系統(tǒng)也是有利的，這是因?yàn)榫哂械蛪侯~定的設(shè)備傾向于可更廣泛地利用并且較為便宜。這還允許標(biāo)準(zhǔn)科里奧利流量計(jì)(這些流量計(jì)通常壓力定額為1500-2000psi)可被放置在背壓控制閥30a，30b的上游。雖然背壓控制閥30a和30b可以是任意已知的可調(diào)節(jié)流器或者閥的構(gòu)造，該可調(diào)節(jié)流器或閥可操作以將沿著導(dǎo)管的流體流限于可變程度，它們是如圖5、6、7a和7b中所示的有利的空氣構(gòu)造的?？烧{(diào)減壓閥46也可以按這種方式構(gòu)造。現(xiàn)在參看圖5，詳細(xì)示出了背壓控制閥30a或30b，該背壓控制閥具有安裝在大體上筒狀的閥體50的中心通道中的閥構(gòu)件48，該閥構(gòu)件48包括大體上球狀的球。閥體50安裝在環(huán)空回流管線28、環(huán)空回流減壓管線28c或減壓管線28b’中，從而沿著相應(yīng)的管線
28、28c、28b’流動的流體必須流過閥體50的中心通道。球48的直徑大于閥體50的內(nèi)徑，并且因此閥體50的內(nèi)表面成形為設(shè)置供球48安置在其中的周向環(huán)形槽。球48被連接到致動器輸出桿52，該致動器輸出桿延伸穿過設(shè)置在閥體50中且大體上垂直于閥體50的中心通道的縱軸的孔并伸入致動器殼體54中。致動器輸出桿52大體上為柱狀桿，其能在致動器殼體54內(nèi)繞其縱軸旋轉(zhuǎn)，并且該桿具有小齒輪部，該小齒輪部提供在致動器輸出桿52的長度的至少一部分上延伸的徑向齒?，F(xiàn)在參看圖6，致動器殼體54中安裝有四個活塞56a、56b、56c、56d，致動器殼體54圍繞活塞56a、56b、56c、56d成形，從而每個活塞56a、56b、56c、56d均與致動器殼體54接合，以在致動器殼體54內(nèi)形成控制室58a、58b、58c、58d。每個活塞56a、56b、56c、56d均設(shè)置有密封件(在該示例中為O型環(huán))，該密封件與致動器殼體54接合，以在活塞56a、56b、56c、56d和殼體54之間提供大體上不透流體的密封，同時(shí)允許活塞56a、56b、56c、56d在殼體54中的往復(fù)運(yùn)動。活塞56a、56b、56c、56d圍繞致動器輸出桿52設(shè)置以形成兩對活塞，每一對活塞中的活塞大體上相互平行，并且垂直于另一對活塞中的活塞。四個孔60a、60b、60c、60d分別延伸穿過致動器殼體54進(jìn)入到控制室58a、58b、58c、58d中的一個控制室內(nèi)，并且另一孔61延伸穿過致動器殼體54進(jìn)入到供定位致動器輸出桿52的殼體54的剩余的、中央體積中。每個活塞56a、56b、56c、56d均具有大體上垂直于活塞56a、56b、56c、56d的平面朝向致動器輸出桿52延伸的致動器桿62a、62b、62c、62d。每個致動器桿62a、62b、62c、62d均設(shè)置有與致動器輸出桿52的小齒輪部分的齒嚙合的齒以形成齒輪齒條副裝置。因此活塞56a、56b、56c、56d的平移運(yùn)動導(dǎo)致致動器輸出桿52和球48旋轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的這個實(shí)施方式中，電力或電子旋轉(zhuǎn)傳感器64安裝在致動器輸出桿52的自由端，并且將指示致動器輸出桿52和球48相對于致動器殼體54和閥體50的旋轉(zhuǎn)取向的輸出信號傳輸?shù)街醒脬@井控制單元。 球48設(shè)置有中心通道48a，該中心通道在圖7a和7b中最好地示出。中心通道48a延伸穿過球48，并且具有位于閥體50的縱軸所在平面內(nèi)的縱軸B。當(dāng)在橫剖面中觀察時(shí)，即，在垂直于其縱軸B的截面中觀察時(shí)，中心通道48a具有扇形形狀，如圖7a中最佳所示，即，具有三個主要表面-其中一個表面形成弧，而其他兩個表面大體上是平坦的并相互以約45°角傾斜。因而，中心通道48a具有短側(cè)和高側(cè)，該短側(cè)中兩個大體上平坦的表面相遇，在該高側(cè)中弧形表面在兩個大體上平坦的表面之間延伸。球48在全閉位置和全開位置之間旋轉(zhuǎn)經(jīng)過90°，在該全閉位置中，中心通道48a的縱軸B垂直于閥體50的縱軸，而在該全開位置中，中心通道48a的縱軸B與閥體50的縱軸重合，如圖6和圖7a所不。當(dāng)閥處于全開位置時(shí)，中心通道48a的整個橫截面暴露于閥體50中的流體，并且流過閥體50的流體流基本上不受球48的阻礙。在全開和全閉位置之間，具有多個部分打開位置，在這些部分打開位置中，中心通道48a的變化比例的橫截面暴露于閥體50中的流體，如圖7b所示。當(dāng)閥30a處于部分打開位置時(shí)，允許流體沿著閥體50流動，但是該流動受到球48的限制。流體流受限的程度取決于中心通道48a的暴露于流體流的比例，球48越接近全開位置，即，暴露面積越大，限制越小，并且球48越接近全閉位置，即，暴露面積越小，限制越大。因此，環(huán)空16上的背壓可以通過改變球48的旋轉(zhuǎn)位置而改變。球48在閥體50取向成使得:當(dāng)閥從全閉位置移到全開位置時(shí)，中心通道48a的短側(cè)首先暴露于閥體50中的流體，中心通道48a的高側(cè)最后被暴露。暴露于閥體50中流體的通道48a的高度因而隨著球48旋轉(zhuǎn)到全開位置而增加。傳統(tǒng)球閥中的中心通道的橫截面大體上為圓形。使用具有扇形成形的橫截面的中心通道48a是有利的，這是因?yàn)檫@確保了:在球48的運(yùn)動范圍的至少相當(dāng)大比例的范圍內(nèi)，球48的角取向和沿著閥體50流動的流體流的限制程度之間大體上線性的關(guān)系。這意味著:可以將施加到環(huán)空16的背壓控制到比現(xiàn)有技術(shù)控制壓力鉆井系統(tǒng)更高的精確度。使用球閥也是有利的，這是因?yàn)楫?dāng)閥30a、30b處于全開位置時(shí)，可用于沿著閥體50流動的流體流的橫截面積大體上與沿著流動管線流入閥30a、30b中的流動面積相同。這意味著:如果在閥30a、30b處于部分打開位置時(shí)巖屑進(jìn)入閥30a、30b并堵塞球48的中心通道48a，那么閥30a、30b可以被消除堵塞，并且可通過將球48移到全開位置而沖去巖屑。雖然閥30a、30b可以液壓致動，但是優(yōu)選地，閥可以被氣動，在本示例中使用壓縮空氣來氣動閥。致動器殼體54中的孔60a、60b、60c、60d連接到壓縮空氣存儲器，并且傳統(tǒng)的氣動控制閥(未示出)被提供來控制壓縮空氣流到室58a、58b、58c、58d。加壓流體流到室58a、58b、58c、58d中引起了活塞56a、56b、56c、56d朝向致動器輸出桿52的平移運(yùn)動，這通過桿62a、62b、62c、62d與致動器輸出桿52的小齒輪部分嚙合引起球48朝向全閉位置旋轉(zhuǎn)。在致動器殼體54中設(shè)置有另一孔61，并且該孔延伸進(jìn)入殼體54中的中央空間內(nèi)，該中央空間由活塞56a、56b、56c、56d封閉。加壓流體穿過另一孔61流入該中央空間中引起活塞56a、56b、56c、56d遠(yuǎn)離致動器輸出桿52平移運(yùn)動，這通過桿62a、62b、62c、62d與致動器輸出桿52的小齒輪部分哨合引起球48朝向全開位置旋轉(zhuǎn)。氣動控制閥通過中央鉆井控制單元被電動操作，該中央鉆井控制單元接收來自BHA14中的壓力傳感器的指示鉆孔10底部處的流體壓力的輸入信號。然后中央鉆井控制單元使用標(biāo)準(zhǔn)的MPD控制算法來計(jì)算期望的井底壓力，并將該期望的井底壓力與實(shí)際井底壓力進(jìn)行比較。如果井底壓力小于期望的井底壓力，那么氣動控制閥操作以允許壓縮空氣流向室58a、58b、58c、58d。這使得活塞56a、56b、56c、56d朝向致動器輸出桿移動，并使球48朝向全閉位置旋轉(zhuǎn)，從而流體沿著閥體50的流動的限制增大，并且施加到環(huán)空16的背壓增加。當(dāng)測量的井底壓力到達(dá)期望值時(shí)，氣動控制閥操作以停止流體流入或流出室58a、58b、58c、58d，并且因此停止活塞56a、56b、56c、56d的任何進(jìn)一步運(yùn)動。類似地，如果井底壓力大于期望的井底壓力，那么氣動控制閥操作以向孔61供應(yīng)壓縮空氣，從而使得活塞56a、56b、56c、56d遠(yuǎn)離致動器輸出桿52移動，并且使球48朝向全開位置旋轉(zhuǎn)，從而流體沿著閥體50流動的限制減小，并且施加到環(huán)空16的背壓減小。當(dāng)測量的井底壓力達(dá)到期望值時(shí)，氣動控制閥操作以停止活塞56a、56b、56c、56d的任何進(jìn)一步的運(yùn)動。氣動地而不是使用液壓流體致動閥是有利的，這是因?yàn)槠湓龃罅碎y的操作速度。該閥的操作速度通過具有能在打開和關(guān)閉位置之間旋轉(zhuǎn)的閥構(gòu)件并且使用齒輪齒條副裝置來旋轉(zhuǎn)該閥構(gòu)件而進(jìn)一步增加。雖然該閥可以使用單個活塞來致動，但是設(shè)置多個活塞(本示例中為4個)是有利的，這是因?yàn)槠湓黾恿丝捎糜谛D(zhuǎn)球48的扭矩，而不會對閥的操作速度具有有害影響。背壓控制系統(tǒng)36還包括三通換向閥66，該三通換向閥具有連接到背壓控制閥30a、30b下游的環(huán)空回流管線28的入口 66a、連接到泥氣分離器68的第一出口 66b、以及連接到振動器系統(tǒng)70的第二出口 66c。振動器系統(tǒng)是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的，并且可操作以從回流的鉆探泥漿中移除任何固體物質(zhì)，同時(shí)泥氣分離器移除任何夾帶氣體。減壓管線28b從減壓閥44,46延伸到泥氣分離器的另一個入口，并且泥氣分離器的出口也連接到振動器系統(tǒng)70。振動器系統(tǒng)具有連接到泥漿存儲池34的出口。換向閥66具有能在第一位置和第二位置之間移動的閥構(gòu)件，在第一位置中閥入口 66a連接到第一出口 66b，在第二位置中閥入口 66a連接到第二出口 66c。換向閥66被構(gòu)造成使得流體可以總是從入口 66a流到出口 66b、66c中的一個出口，即，閥66能夠從不被關(guān)閉。換向閥66設(shè)置有電力致動器，該電力致動器可以例如通過中央鉆井控制單元來遠(yuǎn)程操作。正常使用中，閥66留在第一位置中，從而回流的鉆井液(泥漿、鉆屑以及任何其他井眼流體)在返回到泥漿存儲池34之前流過泥氣分離器68和振動器系統(tǒng)70。然而，閥66可被操作以將閥構(gòu)件移到第二位置，從而使得回流的鉆井液直接轉(zhuǎn)向到振動器系統(tǒng)，例如如果作為鉆出深井套筒漂浮系統(tǒng)(casing shoe float system)的結(jié)果預(yù)期大量巖屑。所公開的鉆井系統(tǒng)可用于具有流體靜力欠平衡鉆井液重量和動力學(xué)超平衡井底壓力的控制壓力鉆井，例如存在這樣的厲害關(guān)系，即因?yàn)閴毫烟荻仁俏粗讐毫赡艹^地層11的壓裂梯度，或者存在在斷層線上橫跨或者進(jìn)入另一區(qū)域或者巖石的危險(xiǎn)。當(dāng)該系統(tǒng)被用這樣的方法使用時(shí)，泥漿的密度被選擇為使得泥漿重量提供了低于地層11中流體壓力(地層壓力)的靜壓，并且井底壓力通過鉆井期間循環(huán)泥漿的摩擦作用和背壓控制閥30a30b中的一個背壓控制閥的操作而增加以限制流體沿著環(huán)空回流管線28的流動并因此造成環(huán)空16上的背壓，從而井底壓力總是高于地層壓力，并且至少在鉆井期間，不允許地層流體進(jìn)入到鉆孔10中。該鉆井系統(tǒng)也可用于具有流體靜力超平衡鉆井液重量的控制壓力鉆井。當(dāng)該系統(tǒng)以這樣的方式被使用時(shí)，泥漿密度被選擇為使得泥漿重量提供了大于地層壓力的靜壓。因此，該井超平衡并且井底壓力總是高于地層壓力，即使當(dāng)沒有進(jìn)行鉆井時(shí)。最后，該系統(tǒng)可以用于泥漿帽鉆井(mud cap drilling)，重密度泥漿帽被循環(huán)到鉆孔的頂部，并且較輕密度流體(通常是海水)被循環(huán)到泥漿帽下面的井眼中。背壓系統(tǒng)36被用于保持井底壓力在地層11的壓裂梯度之上，從而較輕密度流體被注入地層中，并且在鉆井進(jìn)行的同時(shí)地層流體被完全容納在地層中。本說明書和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“包括”以及“包括著”及其變形是指包括特定的特征、步驟和整數(shù)。這些術(shù)語不能被解釋為排除其他特征、步驟或部件的存在。以它們的特定形式表示或根據(jù)用于執(zhí)行所公開的功能的裝置、或用于獲得所公開的結(jié)果的方法或過程表示的在前述說明、或者以下權(quán)利要求書、或者附圖中公開的特征視情況而定可以單獨(dú)地，或者以這些特征的任意組合，來用于按照其不同形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種鉆井系統(tǒng)，所述鉆井系統(tǒng)包括延伸到鉆孔中的鉆柱；和井封閉系統(tǒng)，所述井封閉系統(tǒng)將流體容納在所述鉆孔中的圍繞所述鉆柱的環(huán)形空間中，所述井封閉系統(tǒng)具有側(cè)口，由此允許流體受控地流出所述鉆孔中的圍繞所述鉆柱的所述環(huán)形空間，所述側(cè)口被連接到從該側(cè)口延伸到流體存儲池的流體回流管線，在所述流體回流管線中設(shè)置有閥和流量計(jì)，所述閥能操作以將沿著所述流體回流管線的流體流限于可變程度，所述流量計(jì)能操作以測量流體沿著所述流體回流管線的流量，所述流量計(jì)位于所述閥和所述側(cè)口之間，其中在所述流量計(jì)和所述側(cè)口之間設(shè)置有過濾器，所述過濾器包括多個孔，這些孔的橫截面面積小于所述流量計(jì)中最小流體流動管線的橫截面面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述流量計(jì)是科里奧利流量計(jì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述流量計(jì)位于從所述流體回流管線分支的支線中，所述支線在所述流體回流管線的第一部分和所述流體回流管線的第二部分之間延伸，所述第一部分位于所述側(cè)口和所述第二部分之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述過濾器位于或鄰近于所述支線和所述流體回流管線的所述第一部分之間的接點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述過濾器具有位于所述支線和所述流體回流管線的所述第一部分之間的所述接點(diǎn)處的一個或多個邊緣，以及延伸到所述支線中的中央部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆井系統(tǒng)，其中，主動聲納流量計(jì)被設(shè)置以測量流體沿著所述流體回流管線的流量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述主動聲納流量計(jì)位于所述側(cè)口和所述科里奧利流量計(jì)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述主動聲納流量計(jì)為夾裝式流量計(jì)。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的鉆井系統(tǒng)，其中，入口管線從泵延伸到所述鉆柱中，并且第二主動聲納流量計(jì)被設(shè)置以測量流體沿著所述入口管線的流量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述第二主動聲納流量計(jì)為夾裝式流量計(jì)。
11.一種鉆井系統(tǒng)，所述鉆井系統(tǒng)包括延伸到鉆孔中的鉆柱；和井封閉系統(tǒng)，所述井封閉系統(tǒng)將流體容納在所述鉆孔中的圍繞所述鉆柱的環(huán)形空間中，所述井封閉系統(tǒng)具有側(cè)口，由此允許流體受控地流出從所述鉆孔中的圍繞所述鉆柱的所述環(huán)形空間，所述側(cè)口被連接到從該側(cè)口延伸到流體存儲池的流體回流管線，所述流體回流管線中設(shè)置有閥，所述閥包括閥構(gòu)件，所述閥構(gòu)件能旋轉(zhuǎn)以將沿著所述流體回流管線的流體流限于可變程度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述閥包括閥體，所述閥體具有通道，所述通道具有從閥入口延伸到閥出口的縱軸，所述通道形成所述流體回流管線的一部分，并且所述閥構(gòu)件為安裝在所述閥體的所述通道中的大體上球狀的球。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述閥構(gòu)件包括中心通道，所述中心通道延伸穿過所述球并且具有縱軸，所述閥構(gòu)件能在關(guān)閉位置和打開位置之間旋轉(zhuǎn)，在所述關(guān)閉位置中，所述中心通道的所述縱軸與所述閥體中的所述通道的所述縱軸成約90°延伸，在所述打開位置中，所述中心通道的所述縱軸與所述閥體中的所述通道的所述縱軸大體上平行。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述中心通道的垂直于其縱軸的橫截面從短側(cè)向高側(cè)成錐形，所述中心通道的高度從所述短側(cè)向所述高側(cè)大體上線性地增加。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述球被設(shè)置在所述閥體中使得在其從所述關(guān)閉位置旋轉(zhuǎn)到所述打開位置時(shí)，所述中心通道的所述短側(cè)首先通向所述閥體的所述通道。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述中心通道的垂直于其縱軸的所述橫截面具有扇形形狀。
17.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述閥設(shè)置有致動器輸出桿，所述致動器輸出桿繞其縱軸的旋轉(zhuǎn)使得所述閥構(gòu)件在所述打開位置和所述關(guān)閉位置之間旋轉(zhuǎn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述致動器輸出桿具有帶有多個徑向齒的小齒輪部分，并且所述閥設(shè)置有至少一個致動器活塞，所述活塞具有與所述致動器輸出桿的所述小齒輪部分嚙合的帶齒桿，從而所述活塞的平移運(yùn)動引起所述致動器輸出桿和所述閥構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述閥設(shè)置有四個致動器活塞，每個活塞都具有與所述致動器輸出桿的所述小齒輪部分嚙合的帶齒桿。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述活塞或每個活塞都安裝在致動器殼體中并且與該致動器殼體接合，從而所述致動器殼體和所述活塞圍出控制室，所述致動器殼體設(shè)置有供流體流入所述控制室的導(dǎo)管。
21.一種閥，所述閥包括閥構(gòu)件和閥體，所述閥體具有通道，所述通道具有從閥入口延伸到閥出口的縱軸，其中所述閥構(gòu)件為大體上球狀的球，所述球安裝在所述閥體的所述通道中，并且所述閥構(gòu)件包括延伸穿過所述球并且具有縱軸的中心通道，所述閥構(gòu)件能在關(guān)閉位置和打開位置之間旋轉(zhuǎn)，在所述關(guān)閉位置中，所述中心通道的所述縱軸與所述閥體中的所述通道的所述縱軸成 約90°延伸，在所述打開位置中，所述中心通道的所述縱軸與所述閥體中的所述通道的所述縱軸大體上平行，所述中心通道的垂直于其縱軸的橫截面從短側(cè)向高側(cè)成錐形，所述中心通道的高度從所述短側(cè)向所述高側(cè)大體上線性地增加。
22.—種鉆井系統(tǒng)，所述鉆井系統(tǒng)包括延伸到鉆孔中的鉆柱；和井封閉系統(tǒng)，所述井封閉系統(tǒng)將流體容納在所述鉆孔中的圍繞所述鉆柱的環(huán)形空間中，所述井封閉系統(tǒng)具有側(cè)口，由此允許流體受控地流出所述鉆孔中的圍繞所述鉆柱的所述環(huán)形空間，所述側(cè)口被連接到從該側(cè)口延伸到流體存儲池的流體回流管線，所述鉆井系統(tǒng)還包括閥，所述閥具有連接到所述流體回流管線的入口、連接到用于從液體中分離出所夾帶氣體的氣體分離器設(shè)備的第一出口、連接到用于從液體中分離出固體顆粒的固體分離器設(shè)備的第二出口，其中，所述閥能操作以選擇性地允許流體從所述入口流到所述第一出口或所述第二出口，同時(shí)決不禁止流體從所述入口流到兩個所述出口。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述氣體分離器具有與所述固體分離器的入口連接的用于液體的出口。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述固體分離器具有與所述存儲池連接的用于液體的出口。
25.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的鉆井系統(tǒng)，其中，所述固體分離器包括至少一個振動器。
全文摘要
一種鉆井系統(tǒng)，其包括延伸到鉆孔(10)中的鉆柱(12)；和井封閉系統(tǒng)，該井封閉系統(tǒng)將流體容納在鉆孔中的圍繞鉆柱的環(huán)形空間(16)中，所述井封閉系統(tǒng)具有側(cè)口，由此允許流體受控地流出鉆孔中的圍繞鉆柱的環(huán)形空間，該側(cè)口被連接到從該側(cè)口延伸到流體存儲池(34)的流體回路管線(28)，在流體回流管線上設(shè)置有閥(30a)和流量計(jì)(32)，該閥能操作以將沿著流體回流管線的流體流限于可變程度，該流量計(jì)能操作以測量流體沿著流體回流管線的流量，該流量計(jì)位于閥和側(cè)口之間，在流量計(jì)和側(cè)口之間設(shè)置有過濾器(40)，該過濾器包括多個孔，這些孔的橫截面面積小于流量計(jì)中最小流體流動管線的橫截面面積。
文檔編號E21B21/10GK103180541SQ201180044432
公開日2013年6月26日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
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