泥浆泵在控压钻井中排量阶梯式输出装置及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及控压钻井技术领域，是一种泥浆栗在控压钻井中排量阶梯式输出装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]在钻井过程中，窄密度窗口的钻井往往存在开栗漏和停栗喷的问题，为解决此问题而引入控压钻井技术，即MPD (Managed Pressure Drilling)。其主要技术特点:将工具与工艺相结合，通过预先控制环空压力剖面，可以减少窄安全密度窗口钻井相关的风险和投资，可以对回压、流体密度、流体流变性、环空液面、循环摩擦力和井眼几何尺寸进行综合分析并加以控制。控压钻井可观察井筒内的压力变化，能够动态控制环空压力，更经济地完成其他技术不可能完成的钻井作业。在控压钻井过程中，井底压力表达式:Ph=Pm+Pa+Pc，其中，Ph为井底压力，Pm为环空液柱压力，Pc为井口套压。控压钻井的目标:保持整个钻井过程中的井筒压力处于预先设定好的目标范围之内，实现钻井过程中井底压力的恒定。然而，在机械栗的开栗或停栗的过程中，容易对井底压力造成扰动，难以保持井底压力的恒定，造成以上不良情况的原因如下:在停栗过程中，机械栗的栗冲数直接降为0，导致环空循环压耗在短时间内迅速降低至0，导致自动节流管汇没有足够的时间来补偿因开栗造成的井底压力变化，从而造成井底压力的波动，开栗过程与停栗相反，同样也造成井底压力波动。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种泥浆栗在控压钻井中排量阶梯式输出装置及其使用方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决机械栗在开栗或停栗过程中存在的无法保持井底压力的恒定的问题。
[0004]本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的:一种泥浆栗在控压钻井中排量阶梯式输出装置，包括进液管、调节管、设定模块和逻辑判断模块，进液管和调节管通过三通固定安装在一起，在进液管上固定安装有流量监视模块和第一开关阀，在调节管上依序固定安装有第二开关阀和节流阀，设定模块的信号输出端与逻辑判断模块的第一信号输入端电连接，流量监视模块的信号输出端与逻辑判断模块的第二信号输入端电连接。
[0005]下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进:
上述泥浆栗在控压钻井中排量阶梯式输出装置还包括控制模块，节流阀为自动节流阀，控制模块的信号输入端与逻辑判断模块的信号输出端电连接，控制模块的信号输出端与自动节流阀的信号输入端电连接。
[0006]上述流量监视模块包括流量计，流量计的信号输出端与逻辑判断模块的第二信号输入端电连接。
[0007]上述泥浆栗在控压钻井中排量阶梯式输出装置还包括撬体，进液管、调节管和三通均固定在撬体上。
[0008]上述第一开关阀和第二开关阀均为闸阀。
[0009]本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的:一种泥浆栗在控压钻井中排量阶梯式输出装置的使用方法，按下述方法进行:在设定模块中设定进液管在开栗过程和停栗过程中的流量输入步骤；在开栗过程中，进液管的流量输入步骤为进液管内的流量从0升/秒逐渐增大至25升/秒；在停栗过程中，进液管的流量输入步骤为进液管内的流量从25升/秒逐渐减少至0升/秒；将三通与机械栗固定安装在一起，进液管与井筒内的立管通过钻具连接在一起，将调节管的出口与泥楽罐连接在一起，当需要启动机械栗时，开启第一开关阀和第二开关阀，节流阀的开度处于最大开度的状态，然后，启动机械栗，机械栗通过三通将钻井液栗入进液管和调节管内，进入进液管内的钻井液进入井筒内，进入调节管内的钻井液进入泥浆罐内，设定模块将开栗过程的流量输入步骤发送至逻辑判断模块，流量监视模块实时采集进液管内的钻井液的实际流量，流量监视模块将钻井液的实际流量发送至逻辑判断模块，在逻辑判断模块中，钻井液的实际流量与处于相同时间段的开栗过程的流量输入步骤的流量进行比较，根据钻井液的实际流量与处于相同时间段的开栗过程的流量输入步骤的流量的比较值，控制节流阀的开度，节流阀的开度逐渐减小，直至钻井液的实际流量与开栗过程的流量输入步骤的流量相同，当进液管内的钻井液的实际流量增加至25升/秒时，关闭第二开关阀，后续机械栗栗入的钻井液通过进液管进入井筒内，完成开栗，当需要关停机械栗时，第一开关阀和第二开关阀处于开启状态，节流阀的开度处于最小开度的状态，设定模块将设定进液管在停栗过程中的流量输入步骤发送给逻辑判断模块，流量监视模块实时采集进液管内的钻井液的实际流量，流量监视模块将钻井液的实际流量发送至逻辑判断模块，在逻辑判断模块中，钻井液的实际流量与处于相同时间段的停栗过程的流量输入步骤的流量进行比较，根据钻井液的实际流量与处于相同时间段的开栗过程的流量输入步骤的流量的比较值，控制节流阀的开度，节流阀的开度逐渐增大，直至钻井液的实际流量与停栗过程的流量输入步骤的流量相同，当进液管内的钻井液的实际流量减少至0升/秒时，关闭第一开关阀，关停机械栗，机械栗继续栗入的钻井液通过调节管进入泥浆罐，完成停栗。
[0010]下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进:
上述当需要启动机械栗时，逻辑判断模块根据钻井液的实际流量与处于相同时间段的开栗过程的流量输入步骤的流量的比较值向控制模块发出调节自动节流阀的开度的信号，控制模块根据逻辑判断模块给予的信号，向自动节流阀发出调节开度的信号，使自动节流阀调节开度，自动节流阀的开度逐渐减小，直至钻井液的实际流量与处于相同时间段的开栗过程的流量输入步骤的流量相同，当进液管内的钻井液的实际流量增加至25升/秒时，关闭第二开关阀，后续机械栗栗入的钻井液通过进液管进入井筒内，完成开栗，当需要关停机械栗时，逻辑判断模块根据钻井液的实际流量与处于相同时间段的停栗过程的流量输入步骤的流量的比较值向控制模块发出调节自动节流阀的开度的信号，控制模块根据逻辑判断模块给予的信号，向自动节流阀发出调节开度的信号，使自动节流阀调节开度，自动节流阀的开度逐渐增大，直至钻井液的实际流量与处于相同时间段的停栗过程的流量输入步骤的流量相同，当进液管内的钻井液的实际流量减少至0升/秒时，关闭第一开关阀，关停机械栗，机械栗继续栗入的钻井液通过调节管进入泥浆罐，完成停栗。
[0011]上述开栗过程中，进液管的流量增加速度为每秒增加2升至5升；在停栗过程中，进液管的流量减少速度为每秒减少2升至5升。
[0012]本发明在控压钻井中能够使机械栗的排量在开栗和停栗过程中阶梯式输入井筒内，以便于自动节流管汇有足够的时间来补偿因开栗和停栗对井底造成的压力变化，使井底在开栗和停栗过程中的压力保持恒定，为控压钻井技术的实施提供了技术支持。
【附图说明】
[0013]附图1为实施例1的俯视结构示意图。
[0014]附图2为实施例1的控制原理图。
[0015]附图3为实施例2的逻辑框图。
[0016]附图中的编码分别为:1为进液管，2为调节管，3为三通，4为第一开关阀，5为第二开关阀，6