高級井下防噴器

1、SPE 71370井下防噴器安徒生1， 西瓦德生2（1.SINTEF石油研究）（2.石油工程和應(yīng)用地球物理師大部）版權(quán)所有2001，石油工程師學(xué)會股份有限公司本論文提出于2001年9月30到10月3日在新奧爾良，路易斯安那州舉辦的年度技術(shù)會議和展覽。本論文被SPE程序委員會選擇作為展示，其評論在提交信息中包含的作者寫的摘要。論文提及的內(nèi)容尚未被石油工程學(xué)會評審，作者是其主題的校正者。展示的材料不必反映任何位置的石油工程學(xué)會，其人員或者成員。在SPE會議提交的論文是石油工程師學(xué)會的編輯委員會的主題。本文的電子復(fù)制、分發(fā)、或存儲的任何一部分在沒有石油工程師學(xué)會的書面同意前提下，不允許作為商業(yè)用途。

2、印刷復(fù)制不超過300字，插圖不允許復(fù)制。摘要必須包含文章作者和地址。寫員，SPE，郵政信箱，理查德森，75083-3836，美國，傳真01-972-952-9435。摘要為提高控制鉆井，井下防噴器（DHBOP）已開發(fā)和測試。該種工具不是替代傳統(tǒng)防噴器，而是作為當(dāng)泥漿失控時的一個附加保障。工具位于井下。在發(fā)生流入或漏失時，井筒可封閉。足夠密度的泥漿通過鉆柱和環(huán)上方的井下密封循環(huán)直到達到希望的井筒壓力?，F(xiàn)場實驗證明了該工具的功能，而且指出改進的需求。工具修改可以引入額外的功能，如多操作循環(huán)孔，鉆柱的扼流圈和傳統(tǒng)的國際收支測試插頭。簡介鉆機總是嘗試保持井內(nèi)壓力在地層孔隙壓力和破裂壓力梯度之間。當(dāng)井內(nèi)

3、壓力高于破裂壓力梯度或當(dāng)鉆進低壓地層的滲透性，漏失可能發(fā)生。這些問題出現(xiàn)在深水井,傾斜井和擴展達到井。當(dāng)井內(nèi)壓力低于孔隙壓力，涌入可能發(fā)生。鉆探井時，并不知道孔隙壓力。在沒有經(jīng)驗可用的探井中，不確定性是特別高。這增加了鉆探井遇到難題的可能性。鉆到淺層氣積累和高壓儲層可能會突然遇到孔隙壓力增加，導(dǎo)致大量涌入。浮動容器用于深水鉆井時，另一種情況就可能發(fā)生。在浮動容器漂浮情況下,由于動態(tài)定位系統(tǒng)出現(xiàn)故障，海洋鉆井隔水管必須在海底斷開。由于海水的密度小于泥漿的密度，油井壓力將減少。如果壓力減少大于立管壓力，那么就會導(dǎo)致涌入。在所有井控操作中，通常需要這兩種獨立的壓力障礙。這些通常是重型泥漿和傳統(tǒng)的防噴

4、器堆棧。如上所述，井下防噴器能在幾個泥失控的情況下作為一個安全屏障。井下防噴器被發(fā)明了。這一概念包括封閉環(huán)的膨脹式封隔器和雙動提升閥密封的鉆柱和打開一個循環(huán)端口。井下防噴器在隨鉆測量和驅(qū)動泥漿脈沖遙測之間。當(dāng)驅(qū)動井下防噴器時,鉆柱和環(huán)都封鎖。循環(huán)端口允許環(huán)形流體泥漿的有效密度的轉(zhuǎn)移和替換。臨時控制是立即實現(xiàn)的。在井內(nèi)流傳的泥漿密度是足夠的情況下，井是完全穩(wěn)定。使用井下防噴器的主要優(yōu)點是：在鉆井液循環(huán)過程中，涌入和井漏時，封鎖接近一點。本文介紹了該工具和現(xiàn)場試驗。修改基于經(jīng)驗進行了討論。歷史井下防噴器是基于概念開發(fā)的，被發(fā)明與科技大學(xué)石油工程系和應(yīng)用地球物理學(xué)。第一個原型在1993年和1994年

5、經(jīng)歷了幾場測試。井下防噴器內(nèi)的致動器(圖1)的可靠性需要提高和增加運營商的興趣導(dǎo)致了本文中所描述的工作。系統(tǒng)描述 井下防噴器不會影響鉆井模式(圖1 b)中的鉆井過程。當(dāng)井下防噴器驅(qū)動時(圖1 c),鉆柱和環(huán)都是封鎖的。在這里，鉆井液通過一個略高于環(huán)形密封的循環(huán)端口實現(xiàn)循環(huán)。從鉆井模式到驅(qū)動模式的功能結(jié)構(gòu)如下。在泥漿泵工作過程中，流入或循環(huán)漏失被檢測。壓力代碼在立管中生成。代碼在鉆柱內(nèi)傳遞給井下防噴器。在提升電子單元執(zhí)行機構(gòu)接受了代碼后，井下防噴器內(nèi)部的執(zhí)行機構(gòu)動作。鉆柱和循環(huán)端口打開。循環(huán)噴嘴壓降使封隔器膠筒膨脹。井封鎖于一點，足夠密度的泥漿能在封隔器上方循環(huán)。臨時控制是立即實現(xiàn)的。通過發(fā)送一

6、個新的壓力代碼，工具重置以恢復(fù)正常鉆井模式。描述井下防噴器此原型是專為12“裸眼部分設(shè)計的。其外徑的為9”。封隔器和循環(huán)端上面的口直徑是8”。井下防噴器有雙向固定。有固定的總長度約9米(圖1 d)。沒有固定的總長度是6米(圖1 c)。傳動裝置。傳動裝置由壓力傳感器、電子單元、電源、記錄器、電力電子、電機、齒輪和螺旋輥(圖1a)組成。設(shè)計是以模塊為基礎(chǔ)，每個模塊很容易制造、組裝和交換。每個模塊的相關(guān)信息。壓力傳感器。傳感器位于井下防噴器的上端。如此設(shè)計為了避免泥漿侵蝕和插進。其壓力范圍是0到600巴，傳感器沒有內(nèi)置電子產(chǎn)品。信號的放大是在電子裝置來完成的。傳感器的輸入電阻是3k。傳感器的高電阻降

7、低電子元件的功耗。電子單元(CPU)。在設(shè)計電子井下應(yīng)用的基本理念是使組件的數(shù)量最小化。無論如何,兩個幾乎相同的電子單元在本防噴器中被使用。一個主要的電子和一個輔助電子產(chǎn)品。他們相互獨立,接受壓力的代碼。當(dāng)電子產(chǎn)品代碼接受時，電動機啟動。在其動作過程中，電子一直控制電機。電動機電流增加,按設(shè)定關(guān)閉了電子。如果任何不可預(yù)見的電動機負(fù)載發(fā)生在動作過程中,電子將控電流防止部件被損壞。在井外，電子處于睡眠模式。在這種模式下電流小于2mA。在井下，井下防噴器暴露于壓力下，電子激活。這個功能可以節(jié)省電力和保護在運輸和存儲中過早驅(qū)動工具。為防止誤操作，附加保護裝置，用一個法拉第籠銅保護所有電子。電子也有一個

8、定時器，在任何非控制信號發(fā)送到發(fā)動之前，電機重新啟動。所有其他模塊電線通信位于中心模塊進行簡單的連接和斷開。最后整個模塊包裝成硅橡膠以免受沖擊和振動。內(nèi)部模塊的所有導(dǎo)線也如此。電源。它包含三個電池。兩個鋰電池用于井下的應(yīng)用，一個可充電鎳鎘鎳鎘電池。鋰電池(7.2伏特)用于電子和記錄器(黑匣子)。鎳鎘電池(24伏)用于驅(qū)動電動機。廣泛的測試執(zhí)行機構(gòu)是使用可充電汽車電池的原因。缺點是有限溫度限制和不能自己充電。在下一代產(chǎn)品中，鋰電池將被用作電機電池。電池的容量是33Ah,記錄器22Ah,可充電鎳鎘電池1.8Ah。這種情況允許井下防噴器使用30次,大約兩年不換電池。電子和記錄器電池構(gòu)建成一個模塊。電

9、機電池是另一個模塊。所有其他模塊電線通信位于中心模塊進行簡單的連接和斷開。最后整個模塊包裝成硅橡膠以免受沖擊和振動。記錄器(黑匣子)。記錄器記錄內(nèi)部溫度,外部壓力和電機電流。記錄器設(shè)備包括提高性能和可觀察性，有助于優(yōu)化激活時間和井下故障診斷。電力電子。電力電子由four-transistor電機和晶體管開關(guān)組成。電機主要被電子控制，電機以直接旋轉(zhuǎn)的方式連接電池。開關(guān)由可充電電子控制,必須打開,允許電動機通電。電動馬達和齒輪。電動機的額定電壓24伏，輸出功率120瓦，3350 rpm的額定轉(zhuǎn)速。用一個減速比為92.8:1的三級行星齒輪增加輸出轉(zhuǎn)矩。電動機和齒輪放于一個充滿空氣的腔內(nèi)。螺旋輥。輥螺

10、的入口是齒輪的旋轉(zhuǎn)運動。出口的滾子螺桿軸向移動和旋轉(zhuǎn)閥桿。提升閥連接的桿。減少能量和減少破壞的幾種方法已經(jīng)被采取。包括在充油室(1)壓力輥螺釘,(2)加固滾子軸承,(3)釋放盤式彈簧儲存的能量以及(4)低摩擦旋轉(zhuǎn)密封。盤式彈簧加載當(dāng)寶寶進入其他位置。最大的出口力量100 kn。這是兩倍多的突破提升所需要的驅(qū)動壓差達到100巴。當(dāng)寶寶從一個位置到另一個,只有一小部分的力量是必需的。提升閥。提升閥用于打開/關(guān)閉鉆柱,打開/關(guān)閉循環(huán)端口(圖1 b和1 c)。中風(fēng)是50毫米，動作過程需用大約17秒。密封是金屬接觸密封。泄漏由于設(shè)置在密封表面由彈簧加載阻止傳播。循環(huán)端口。在驅(qū)動模式下，提升閥密封鉆柱并打

11、開循環(huán)端口上方封隔器元素(圖1 c)。循環(huán)端口包括三個徑向端口和一個導(dǎo)向并行流金屬帽。這個結(jié)構(gòu)是用于防止沖刷。每一個徑向端口包括標(biāo)準(zhǔn)鉆頭噴嘴內(nèi)壓力增加的工具。這種壓力是用來膨脹封隔器膠筒。典型的循環(huán)約為2000 l / min,典型的膨脹壓力為100巴。在鉆井液循環(huán)中，如果另一個循環(huán)不正?；蛄硪粋€封隔器壓力不是理想的，噴嘴易于改變。封隔器元素。環(huán)是由膨脹式封隔器密封元件與編織類型鋼筋,特別設(shè)計的多組1(1圖1 b,c和d)。封隔器的功能是封閉環(huán)空和鉆柱。有三個鉆孔泥漿通信的封隔器元素。這些與循環(huán)端口開閉一致?？椎拈L度直徑長度最小化,最大化提供容易泥疏散whendeflating封隔器。封隔器是

12、自動放氣的內(nèi)應(yīng)力。封隔器元素循環(huán)端口是關(guān)閉和鉆探工具的模式。環(huán)空封隔器的密封長度為1米左右。通脹壓力最大是193酒吧和12”洞172壓力的代碼排泄管道連接立管(圖2)。當(dāng)排泄管道打開時，立管和整個鉆柱壓力下降。打開，關(guān)閉排泄管道生成代碼。當(dāng)前代碼包括兩個壓力的下降。每個壓力下降15秒長,鉆柱內(nèi)壓力下降幅度設(shè)置為最低20巴。代碼的總生成時間是1分鐘。井下防噴器控制七個檢查站由接受代碼。噪聲被排除,不會干擾的壓力代碼。重點一直是生成一個簡單的和可靠的壓力代碼,該代碼可用于傳統(tǒng)的鉆井平臺和連續(xù)油管鉆井平臺。重點沒有放在優(yōu)化傳輸速度和壓力振幅。發(fā)送一個壓力代碼的功能結(jié)構(gòu)。驅(qū)動在控制面板上的開關(guān)打開?？?/p>

13、制面板內(nèi)的微控制器操作用于控制打開排泄管的換向閥。旋塞閥打開時,鉆井液從立管排如泥漿池;因此立管壓力將下降。一個標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)流閥控制壓力范圍。液壓動力操作式旋塞閥是由一個氣動液壓動力單元提供的。塞閥也可以手動備份?，F(xiàn)場試驗2000年11月,井下防噴器用于實驗，re-actuated“意大利Cascina s弗朗西斯科1”。位于拉文納之間和阿寶。井下防噴器正在經(jīng)歷一個功能測試在13 3/8“套管開始前12 -”鉆井從300米至1400米不等。井下防噴器的壓力代碼設(shè)置在立管內(nèi)完成并被井下防噴器接受。井下防噴器內(nèi)的提升閥下移,關(guān)閉鉆桿。膠筒膨脹封閉環(huán)空。泥漿是通過端口上方封隔器元素循環(huán)流通的。幾分鐘后，

14、重置井下防噴器壓力代碼發(fā)送。代碼被井下防噴器接受。井下防噴器內(nèi)的提升閥井下防噴器上升。鉆桿被打開，循環(huán)端口被關(guān)閉。封隔器元素是壓力平衡但包裝(圖3)年底通貨緊縮的過程。這次失敗的原因是積聚壓力低于封隔器的結(jié)合而降低和壞錨效應(yīng)在套管封隔器設(shè)置。在先前的測試中，這個問題從未發(fā)生在裸眼。無論如何,封隔器下部的臨時增壓環(huán)空是不必要的。封隔器問題的原因相關(guān)的概念只有一個閥操作封隔器,循環(huán)端口和鉆。前的封隔器不能完全放氣循環(huán)端口是關(guān)閉,打開鉆。因此,將會有一些壓力建立以下封隔器封隔器前放氣元素。這沒有損壞的裸眼封隔器在先前的測試,但是在套管的功能測試。這個問題可以很容易地避免通過引入一個獨立閥操作封隔器元

15、素。 修改應(yīng)該用單個閥門控制封隔器元素。應(yīng)減小驅(qū)動器結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在驅(qū)動器仍然是用來控制循環(huán)端口和鉆柱。在這種情況下,封隔器元素沒有設(shè)置任何壓力參數(shù)，泥漿泵可能一直運行。高壓下封隔器在通貨緊縮現(xiàn)在可以只發(fā)生在一個正常的死亡情況泥漿密度不足一直高于井下防噴器流傳。一個解決方案是在在封隔器放氣前，循環(huán)最大密度泥漿。另一個解決方案是在封隔器下部設(shè)置一個壓力傳感器。壓力是通過井下防噴器傳達聽覺上的測量,而鉆井隨鉆測量脈沖發(fā)生器上面。這些都是成熟的技術(shù)。另一種可能性是用三個閥(圖4)。第一個控制提升閥。第二個控制封隔器。第三個控制循環(huán)端口。所有閥門都可以單獨工作。該井下防噴器，循環(huán)端口可以用于改進清理，提升閥

16、可能用作井下窒息。第三種可能性是用一個可收回壓縮與錨塞機制代替膨脹膠筒(圖5)。一個壓縮插頭不能用于裸眼,因此封隔器必須設(shè)置工況。引入壓縮插的優(yōu)勢是提高了密封能力和錨定能力。缺點是更長的距離。電動機應(yīng)該直接驅(qū)動以控制壓縮插頭和循環(huán)端口。這些電機都有一個環(huán)形形狀和不會妨礙鉆桿內(nèi)電覽作業(yè)。電機和插頭之間沒有交叉，循環(huán)端口非常簡單。冗余可能通過有幾個獨立的電機分擔(dān)。提升閥應(yīng)該靠近一點。這個工具的另一個可能的應(yīng)用是對傳統(tǒng)防噴器插頭進行測試。而不是整個鉆出來的洞,一個插進洞每一次防噴器應(yīng)該測試,基于壓縮井下防噴器插頭是可以使用的?；诮?jīng)驗的產(chǎn)品開發(fā)在開發(fā)新技術(shù)時，系統(tǒng)的利用先前的經(jīng)驗是成功的一個關(guān)鍵因素(但不保證)。這個項目的核心團隊通過多年時間，針對開發(fā)了一個顧問系統(tǒng)。系統(tǒng)遵循產(chǎn)品開發(fā)過程從市場需求到最終測試原型。多學(xué)科“幫助”與每個環(huán)節(jié)相連?！皫椭钡睦又С窒到y(tǒng)可靠性可靠性分析,物理故障機制,人類失敗機制,鉆井問題和清單?！皫椭毕到y(tǒng)不需要最終的支持。也可能是一個主題的概述的項目團隊能夠思考和與專家溝通。包括一個網(wǎng)絡(luò)推