專利名稱：超臨界二氧化碳鉆井井筒內相態(tài)的控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一套超臨界二氧化碳鉆井井筒內相態(tài)的控制裝置，屬于石油鉆探技術領域。
背景技術：
我國經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展引發(fā)了油氣需求不斷增加，油氣生產供應不足的問題日趨突出，優(yōu)良的油氣資源所剩無幾，大規(guī)模開采非常規(guī)難動用油氣資源(例如頁巖氣和致密氣等)在所難免。為提高非常規(guī)難動用油氣資源的開采效率，避免油氣層污染、快速高效的鉆井方法備受關注。超臨界二氧化碳流體既具有類似氣體的低粘度和高擴散系數(shù)，并具有類似液體的高密度和良好的溶解性，在提高機械鉆速、儲層保護和非常規(guī)油氣藏開發(fā)等方面具有巨大優(yōu)勢。超臨界二氧化碳(Supercritical CO2，簡稱SC-CO2)是指處于臨界溫度(31. 1°C ) 和臨界壓力(7. 38Mpa)之上的二氧化碳流體，其具有以下特點(I)超臨界CO2流體密度與液體相近，比一般氣體大2個數(shù)量級。密度增大，溶質的溶解度就增大，有利于溶質的轉移。
(2)超臨界CO2流體粘度比液體小I個數(shù)量級，近似于普通氣體，擴散系數(shù)比液體大2個數(shù)量級，因而具有良好的流動、滲透和傳遞性能。(3)超臨界CCV流體的粘度小，密度大，表面張力小，具有良好的傳質性能。(4)臨界點附近微小的溫度和壓力變化就能導致超臨界CO2 流體特性的改變。基于超臨界二氧化碳性質特點，超臨界二氧化碳鉆井液在井筒循環(huán)過程中由于溫度壓力的改變會發(fā)生相態(tài)變化，呈現(xiàn)氣態(tài)、液態(tài)、超臨界態(tài)三種相態(tài)，而處于超臨界態(tài)的二氧化碳鉆井液具有氣液雙重特性，有利于提高機械鉆速，保護儲層，是鉆井過程中井筒內的理想相態(tài)，因此需建立一套超臨界二氧化碳鉆井井筒內相態(tài)的控制裝置，為超臨界二氧化碳鉆井新技術奠定基礎，而目前國內外尚未公開報道應用于超臨界二氧化碳鉆井過程中的此類控制裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是提供一套超臨界二氧化碳鉆井井筒內相態(tài)的控制裝置，通過對井口回壓和溫度的自動調節(jié)，保證井筒內的二氧化碳鉆井液始終處于超臨界狀態(tài)。本發(fā)明所提出的控制裝置，包括主循環(huán)回路和控制系統(tǒng)，主循環(huán)回路由CO2儲罐、 柱塞泵、熱交換裝置、立管、鉆桿、鉆頭、井筒、井口回壓控制系統(tǒng)、旋轉分離器、制冷裝置通過管線依次聯(lián)接而成，制冷裝置的出口再連接到CO2儲罐的入口，形成主循環(huán)回路?？刂葡到y(tǒng)由工控機、高壓氣罐、電磁閥、熱交換裝置、壓力傳感器、溫度傳感器和質量流量計組成。 在井筒入口和出口處各安裝一臺壓力傳感器、溫度傳感器和質量流量計，并且均與工控機電連接。高壓氣罐、電磁閥、井口回壓控制系統(tǒng)和熱交換裝置也分別與工控機電連接，在井口回壓控制系統(tǒng)和高壓氣罐之間安裝電磁閥。在循環(huán)過程中，工控機可進行二氧化碳鉆井液井筒入口和出口溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)的實時采集和分析。根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，利用井筒多相流動計算模型，計算得到井底超臨界二氧化碳鉆井液的壓力、溫度，根據(jù)二氧化碳的臨界條件判別其相態(tài)，若處于超臨界態(tài)(P > 7. 38Mpa，T > 311°C )，則正常循環(huán)鉆進；若未處于超臨界態(tài)，則通過工控機控制軟件系統(tǒng)發(fā)出控制信號，對井口回壓控制系統(tǒng)和熱交換裝置進行控制，實時調節(jié)井口回壓和二氧化碳鉆井液的入口溫度，然后重新計算得到井底超臨界二氧化碳鉆井液的壓力、溫度，直到滿足超臨界態(tài)判別條件為止。本發(fā)明的有益效果是由于在井口安裝壓力傳感器、溫度傳感器和質量流量計，可以實時監(jiān)測井底二氧化碳鉆井液的溫度、壓力，通過工控機控制軟件系統(tǒng)發(fā)出控制信號，對井口回壓控制系統(tǒng)和熱交換裝置進行控制，實時調節(jié)井口回壓和二氧化碳鉆井液的入口溫度，然后重新計算得到井底超臨界二氧化碳鉆井液的壓力、溫度，直到滿足超臨界態(tài)判別條件為止，從而實現(xiàn)了超臨界二氧化碳鉆井井筒內相態(tài)的實時控制，可為利用超臨界二氧化碳鉆井技術高效開發(fā)非常規(guī)油氣藏提供關鍵的技術支撐。


下面結合附圖對本發(fā)明做出詳細說明。圖I是依據(jù)本發(fā)明所提出的超臨界二氧化碳相態(tài)控制裝置組成結構示意圖。圖2是本發(fā)明控制軟件系統(tǒng)的計算機程序框圖。圖中I-CCU諸罐；2_柱塞泵；3_熱交換裝置；4_質量流量計；5-立管；6_鉆桿；
7-鉆頭；8-井筒；9_質量流量計；10-井口回壓控制系統(tǒng)；11-旋轉分離器；12_制冷裝置； 13-電磁閥；14_高壓氣罐；15_工控機。
具體實施例方式下面結合附圖對超臨界二氧化碳鉆井中井筒內相態(tài)的控制裝置和控制過程作進一步的描述。如圖I所示，超臨界二氧化碳鉆井中井筒內相態(tài)的控制裝置，包括主循環(huán)回路和控制系統(tǒng)，主循環(huán)回路由CO2儲罐I、柱塞泵2、熱交換裝置3、質量流量計4、立管5、鉆桿6、 鉆頭7、井筒8、井口回壓控制系統(tǒng)10、旋轉分離器11和制冷裝置12通過管線依次連接而成，制冷裝置12的出口再連接到CO2儲罐I的入口，形成主循環(huán)回路?？刂葡到y(tǒng)由工控機 15、高壓氣罐14、電磁閥13、井口回壓控制系統(tǒng)10、熱交換裝置3組成，在井筒入口和出口處各安裝一臺壓力傳感器、溫度傳感器和質量流量計，并且均與工控機15電連接，高壓氣罐 14、電磁閥13、熱交換裝置3也分別與工控機15電連接，電磁閥13安裝在井口回壓控制系統(tǒng)10和高壓氣罐14之間。本控制裝置的工作過程是二氧化碳鉆井液以液態(tài)形式存儲在CO2儲罐I中，開動柱塞泵2，儲罐中的二氧化碳鉆井液經(jīng)過熱交換裝置3，控制溫度以保證流動安全，經(jīng)質量流量計4后進入立管5、鉆桿6、鉆頭7下行至井底，并由環(huán)空返出，所返出的二氧化碳鉆井液經(jīng)井口回壓控制系統(tǒng)10后進入旋轉分離器11進行氣固分離，然后進入制冷裝置12制冷后再進入CO2儲罐1，從而建立循環(huán)。如圖2所示，通過井口測量的超臨界二氧化碳鉆井液壓力、溫度、流量數(shù)據(jù)，利用井筒多相流動計算模型，計算得到井底超臨界二氧化碳鉆井液的壓力、溫度，根據(jù)二氧化碳的臨界條件判別其相態(tài)，若處于超臨界態(tài)，則正常循環(huán)鉆進；若未處于超臨界態(tài)，則通過工控機15控制軟件系統(tǒng)發(fā)出控制信號，驅動電磁閥13，由高壓氣罐14提供液壓動力，對井口回壓控制系統(tǒng)10進行控制，實時調節(jié)井口回壓；控制信號對熱交換裝置3進行控制，實時調節(jié)二氧化碳鉆井液進入井口的溫度，然后重新計算得到井底超臨界二氧化碳鉆井液的壓力、溫度，直到滿足超臨界態(tài)判別條件為止。以上未詳細述及的部分均為本領域普通技術人員的公知常識，本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人應該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結構變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術方案，均落入本發(fā)明保護范圍之內。
權利要求
1.一種超臨界二氧化碳鉆井井筒內相態(tài)的控制裝置，包括主循環(huán)回路和控制系統(tǒng)，其特征在于主循環(huán)回路由CO2儲罐、柱塞泵、熱交換裝置、立管、鉆桿、鉆頭、井筒、井口回壓控制系統(tǒng)、旋轉分離器、制冷裝置通過管線依次連接而成，制冷裝置的出口再連接到CO2儲罐的入口，形成主循環(huán)回路；控制系統(tǒng)由工控機分別與高壓氣罐、電磁閥、熱交換裝置、壓力傳感器、溫度傳感器和質量流量計電連接組成；在井筒入口和出口處各安裝一臺壓力傳感器、 溫度傳感器和質量流量計，在井口回壓控制系統(tǒng)和高壓氣罐之間安裝電磁閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超臨界二氧化碳鉆井井筒內相態(tài)的控制裝置，包括主循環(huán)回路和控制系統(tǒng)，主循環(huán)回路由CO2儲罐、柱塞泵、熱交換裝置、立管、鉆桿、鉆頭、井筒、井口回壓控制系統(tǒng)、旋轉分離器、熱交換裝置通過管線依次聯(lián)接而成；控制系統(tǒng)由工控機分別與高壓氣罐、電磁閥、熱交換裝置、壓力傳感器、溫度傳感器和質量流量計電連接組成；壓力傳感器、溫度傳感器和質量流量計安裝在井筒入口和出口處，實時監(jiān)測井口二氧化碳鉆井液的溫度和壓力，通過工控機控制軟件系統(tǒng)發(fā)出控制信號，對井口回壓控制系統(tǒng)和熱交換裝置進行控制和實時調節(jié)，然后重新計算得到井底超臨界二氧化碳鉆井液的壓力、溫度，直到滿足超臨界態(tài)判別條件為止，進而保證在井底的二氧化碳鉆井液始終處于超臨界態(tài)狀態(tài)。
文檔編號G05D27/02GK102606069SQ20121009329
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權日2012年4月1日
發(fā)明者孫寶江, 李 昊, 王俊博, 王志遠, 王金波, 高永海 申請人:中國石油大學(華東)