專利名稱：超臨界二氧化碳鉆井井筒內(nèi)相態(tài)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一套超臨界二氧化碳鉆井井筒內(nèi)相態(tài)的控制裝置，屬于石油鉆探技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(chǎn)供應(yīng)不足的問(wèn)題日趨突出，優(yōu)良的油氣資源所剩無(wú)幾，大規(guī)模開(kāi)采非常規(guī)難動(dòng)用油氣資源(例如頁(yè)巖氣和致密氣等)在所難免。為提高非常規(guī)難動(dòng)用油氣資源的開(kāi)采效率，避免油氣層污染、快速高效的鉆井方法備受關(guān)注。超臨界二氧化碳流體既具有類似氣體的低粘度和高擴(kuò)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(jī)械鉆速、儲(chǔ)層保護(hù)和非常規(guī)油氣藏開(kāi)發(fā)等方面具有巨大優(yōu)勢(shì)。超臨界二氧化碳(Supercritical CO2，簡(jiǎn)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(diǎn)(I)超臨界CO2流體密度與液體相近，比一般氣體大2個(gè)數(shù)量級(jí)。密度增大，溶質(zhì)的溶解度就增大，有利于溶質(zhì)的轉(zhuǎn)移。
(2)超臨界CO2流體粘度比液體小I個(gè)數(shù)量級(jí)，近似于普通氣體，擴(kuò)散系數(shù)比液體大2個(gè)數(shù)量級(jí)，因而具有良好的流動(dòng)、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(zhì)性能。(4)臨界點(diǎn)附近微小的溫度和壓力變化就能導(dǎo)致超臨界CO2 流體特性的改變。基于超臨界二氧化碳性質(zhì)特點(diǎn)，超臨界二氧化碳鉆井液在井筒循環(huán)過(guò)程中由于溫度壓力的改變會(huì)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(jī)械鉆速，保護(hù)儲(chǔ)層，是鉆井過(guò)程中井筒內(nèi)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(nèi)相態(tài)的控制裝置，為超臨界二氧化碳鉆井新技術(shù)奠定基礎(chǔ)，而目前國(guó)內(nèi)外尚未公開(kāi)報(bào)道應(yīng)用于超臨界二氧化碳鉆井過(guò)程中的此類控制裝置。

發(fā)明內(nèi)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(nèi)相態(tài)的控制裝置，通過(guò)對(duì)井口回壓和溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證井筒內(nèi)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(chǔ)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(zhuǎn)分離器、制冷裝置通過(guò)管線依次聯(lián)接而成，制冷裝置的出口再連接到CO2儲(chǔ)罐的入口，形成主循環(huán)回路?？刂葡到y(tǒng)由工控機(jī)、高壓氣罐、電磁閥、熱交換裝置、壓力傳感器、溫度傳感器和質(zhì)量流量計(jì)組成。 在井筒入口和出口處各安裝一臺(tái)壓力傳感器、溫度傳感器和質(zhì)量流量計(jì)，并且均與工控機(jī)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(jī)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(guò)程中，工控機(jī)可進(jìn)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(shí)時(shí)采集和分析。根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，利用井筒多相流動(dòng)計(jì)算模型，計(jì)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(jìn)；若未處于超臨界態(tài)，則通過(guò)工控機(jī)控制軟件系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，對(duì)井口回壓控制系統(tǒng)和熱交換裝置進(jìn)行控制，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)井口回壓和二氧化碳鉆井液的入口溫度，然后重新計(jì)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(zhì)量流量計(jì)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井底二氧化碳鉆井液的溫度、壓力，通過(guò)工控機(jī)控制軟件系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，對(duì)井口回壓控制系統(tǒng)和熱交換裝置進(jìn)行控制，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)井口回壓和二氧化碳鉆井液的入口溫度，然后重新計(jì)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(shí)現(xiàn)了超臨界二氧化碳鉆井井筒內(nèi)相態(tài)的實(shí)時(shí)控制，可為利用超臨界二氧化碳鉆井技術(shù)高效開(kāi)發(fā)非常規(guī)油氣藏提供關(guān)鍵的技術(shù)支撐。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)說(shuō)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(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明控制軟件系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序框圖。圖中I-CCU諸罐；2_柱塞泵；3_熱交換裝置；4_質(zhì)量流量計(jì)；5-立管；6_鉆桿；
7-鉆頭；8-井筒；9_質(zhì)量流量計(jì)；10-井口回壓控制系統(tǒng)；11-旋轉(zhuǎn)分離器；12_制冷裝置； 13-電磁閥；14_高壓氣罐；15_工控機(jī)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)超臨界二氧化碳鉆井中井筒內(nèi)相態(tài)的控制裝置和控制過(guò)程作進(jìn)一步的描述。如圖I所示，超臨界二氧化碳鉆井中井筒內(nèi)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(chǔ)罐I、柱塞泵2、熱交換裝置3、質(zhì)量流量計(jì)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(zhuǎn)分離器11和制冷裝置12通過(guò)管線依次連接而成，制冷裝置12的出口再連接到CO2儲(chǔ)罐I的入口，形成主循環(huán)回路?？刂葡到y(tǒng)由工控機(jī) 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(tái)壓力傳感器、溫度傳感器和質(zhì)量流量計(jì)，并且均與工控機(jī)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(jī)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(guò)程是二氧化碳鉆井液以液態(tài)形式存儲(chǔ)在CO2儲(chǔ)罐I中，開(kāi)動(dòng)柱塞泵2，儲(chǔ)罐中的二氧化碳鉆井液經(jīng)過(guò)熱交換裝置3，控制溫度以保證流動(dòng)安全，經(jīng)質(zhì)量流量計(jì)4后進(jìn)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(jìn)入旋轉(zhuǎn)分離器11進(jìn)行氣固分離，然后進(jìn)入制冷裝置12制冷后再進(jìn)入CO2儲(chǔ)罐1，從而建立循環(huán)。如圖2所示，通過(guò)井口測(cè)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(dòng)計(jì)算模型，計(jì)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(jìn)；若未處于超臨界態(tài)，則通過(guò)工控機(jī)15控制軟件系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電磁閥13，由高壓氣罐14提供液壓動(dòng)力，對(duì)井口回壓控制系統(tǒng)10進(jìn)行控制，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)井口回壓；控制信號(hào)對(duì)熱交換裝置3進(jìn)行控制，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)二氧化碳鉆井液進(jìn)入井口的溫度，然后重新計(jì)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(xì)述及的部分均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的公知常識(shí)，本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超臨界二氧化碳鉆井井筒內(nèi)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(chǔ)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(zhuǎn)分離器、制冷裝置通過(guò)管線依次連接而成，制冷裝置的出口再連接到CO2儲(chǔ)罐的入口，形成主循環(huán)回路；控制系統(tǒng)由工控機(jī)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(zhì)量流量計(jì)電連接組成；在井筒入口和出口處各安裝一臺(tái)壓力傳感器、 溫度傳感器和質(zhì)量流量計(jì)，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(nèi)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(chǔ)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(zhuǎn)分離器、熱交換裝置通過(guò)管線依次聯(lián)接而成；控制系統(tǒng)由工控機(jī)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(zhì)量流量計(jì)電連接組成；壓力傳感器、溫度傳感器和質(zhì)量流量計(jì)安裝在井筒入口和出口處，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井口二氧化碳鉆井液的溫度和壓力，通過(guò)工控機(jī)控制軟件系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，對(duì)井口回壓控制系統(tǒng)和熱交換裝置進(jìn)行控制和實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，然后重新計(jì)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(jìn)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(hào)G05D27/02GK102606069SQ20121009329
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者孫寶江, 李 昊, 王俊博, 王志遠(yuǎn), 王金波, 高永海 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)