典型的控壓鉆井系統(tǒng)如圖１，主要由ＰＷＤ、旋轉(zhuǎn)控制頭、自動(dòng)節(jié)流管匯、節(jié)流閥、控制中心和回壓泵系統(tǒng)等組成。２．１ ＰＷＤ 為控壓鉆井提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的環(huán)空壓力數(shù)據(jù)。

 

  自動(dòng)節(jié)流管匯及控制系統(tǒng)節(jié)流管匯受主控制器操縱，由各種閥件、主節(jié)流管匯和輔助節(jié)流管匯組成。當(dāng)主鉆井泵啟動(dòng)時(shí)，流體沿著主節(jié)流管匯路線流動(dòng)，當(dāng)井內(nèi)流體減少時(shí)，主節(jié)流器關(guān)閉，流體沿體積較小的輔助節(jié)流管匯路線流動(dòng)。 在ＩＰＭ的控制下，節(jié)流閥對(duì)回壓變化迅速做出調(diào)整。ＩＰＭ利用裝在節(jié)流管匯上的壓力檢測(cè)儀器監(jiān)測(cè)回壓，使它保持在水力模型實(shí)時(shí)計(jì)算得出的范 圍內(nèi)。如果檢測(cè)到壓力異常，ＩＰＭ對(duì)節(jié)流管匯發(fā)出指令，節(jié)流管匯迅速做出適當(dāng)調(diào)整。 節(jié)流管匯管線口徑大，配有備用閥并具有自動(dòng)切換功能，可保證鉆井液流動(dòng)暢通。如果巖屑阻塞節(jié)流閥，ＩＰＭ會(huì)自動(dòng)開(kāi)大節(jié)流閥，泄壓并清除巖屑；如果節(jié)流閥置于最大位置仍不能泄壓，ＩＰＭ會(huì)自動(dòng) 切換到備用閥并報(bào)警。

 

  回壓泵系統(tǒng)

 

  工作原理 回壓泵直接連到節(jié)流管匯，其主要作用就是在控壓鉆井過(guò)程中，需要時(shí)以恒定排量提供鉆井液，鉆井液流經(jīng)主節(jié)流閥，ＩＰＭ通過(guò)調(diào)整節(jié)流閥位置控制回壓。正常鉆井時(shí)，節(jié)流管匯由鉆井泵供鉆井液，控制回壓。當(dāng)鉆井泵流速下降（如接單根時(shí)），ＩＰＭ自動(dòng)啟動(dòng)回壓泵，回壓泵向節(jié)流管匯供鉆井液，保持回壓，維持井底壓力在安全窗口內(nèi)；另外，回壓泵也可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)控制頭供鉆井液。為了安全起見(jiàn)，回壓泵裝了泄壓、檢測(cè)閥，防止壓力過(guò)高和井口回流。

 

  性能參數(shù)

 

  排量和壓力是回壓泵的２個(gè)主要性能參數(shù)。排量以每分鐘排出若干升計(jì)算，它與井眼直徑及所要求的沖洗液自井底上返速度有關(guān)， 回壓泵的壓力大小取決于所需補(bǔ)償?shù)沫h(huán)空壓力的大小等。井越深，流動(dòng)阻力越大，所需要的壓力越高。隨著井眼直徑、深度的變化，要求泵的排量也能隨時(shí)調(diào)節(jié)。在泵的機(jī)構(gòu)中設(shè)有變速箱或以液壓馬達(dá)調(diào)節(jié)其速度，以達(dá)到改變排量的目的。為了準(zhǔn)確掌握泵的壓力和排量的變化，回壓泵上要安裝流量計(jì)和壓力表，使工作人員隨時(shí)了解泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，同時(shí)通過(guò)壓力變化判別井內(nèi)狀況是否正常以預(yù)防發(fā)生井內(nèi)事故。

 

  監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)

 

  封閉的、加壓的泥漿循環(huán)系統(tǒng)是使用過(guò)程控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行壓力控制的必要條件。實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)能夠完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理、壓力控制、實(shí)時(shí)報(bào)警等功能。監(jiān)控系統(tǒng)主要由測(cè)量、控制模塊和水力計(jì)算模塊２大模塊構(gòu)成。 測(cè)量和控制模塊可以分開(kāi)設(shè)計(jì)：其中１個(gè)模塊被用來(lái)測(cè)量節(jié)流閥位置，同時(shí)還作為傳感器接口來(lái)使用；另１個(gè)模塊運(yùn)行ＰＩＤ控制模塊以進(jìn)行壓力控制，對(duì)井口設(shè)備的可控閥門(mén)進(jìn)行邏輯開(kāi)關(guān)控制，包含自動(dòng)開(kāi)關(guān)冗余節(jié)流支路的能力， 并行雙路壓力控制功能，同時(shí)還要提供詳細(xì)的系統(tǒng)診斷功能。 水力學(xué)計(jì)算模塊是井下測(cè)量數(shù)據(jù)的一個(gè)非常重要的補(bǔ)充手段。井下測(cè)量工具傳回的數(shù)據(jù)通常不能直接應(yīng)用，并且容易受井下復(fù)雜情況的影響，因此使用水力模型對(duì)井眼環(huán)空壓力進(jìn)行校正計(jì)算是非常必要的。水力模型通過(guò)使用描述井眼狀況的輸入數(shù)據(jù)集合，并綜合地面和井下實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)等參數(shù)來(lái)計(jì)算環(huán)空壓力的大小，以獲得所期望的井底壓力。

 

  工藝流程 控壓鉆井系統(tǒng)工藝流程

 

  正常鉆進(jìn)時(shí)，由控制中心控制調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)井口回壓，使井底壓力保持穩(wěn)定；接單根和 起下鉆時(shí)，啟動(dòng)回壓泵來(lái)調(diào)節(jié)和補(bǔ)償井口回壓。