一种控压钻井系统的制作方法

本发明属于石油与天然气钻井工程，具体涉及一种控压钻井系统。

背景技术：

1、控压钻井技术（managed pressure drilling，mpd）是近年来在国内外迅速发展的一种自适应钻井工艺技术。这项技术通过精确控制井筒内的流体压力来平衡地层压力，从而有效预防井涌、漏失、坍塌和卡钻等井下复杂情况的发生。相较于传统钻井，控压钻井技术因其在提高钻井安全性、优化钻井效率、保护油气储层、适应复杂地层、减少环境影响和降低钻井成本等方面的显著优势，以及其与现代信息技术相结合的潜力，成为了钻井工程领域的研究热点。目前，控压钻井技术主要用于一些高难度井，如高温高压井、含酸性有毒气体（例如硫化氢气体）的碳酸盐岩裂缝性地层井、海洋窄密度窗口井以及以前采用常规方法所无法钻达设计井深的井等。

2、在钻井过程中，硫化氢和气体侵入是需要特别关注的问题，因为它们可能对人员安全和钻井作业的顺利进行造成严重影响。现有的控压钻井系统，其所使用的振动筛大多是敞开式设置的，由井口返出的有害气体（硫化氢、二氧化碳和天然气，等）容易在振动筛位置处散发出来，聚集在某些低洼、不通风的位置，对人员健康和设备安全造成危害。为此，现有技术中针对高含硫储层的钻井，通常采用密闭承压的循环钻井方式（可以参考刘绘新发表的文献“塔中高含硫碳酸盐岩储层密闭循环安全钻井技术”，doi:10.3787／j.issn.1000—0976.2010.08.0l2）。

3、在密闭承压循环钻井中，由于需要循环，因此从井口产出的钻井液需要进行钻屑的筛分处理、硫化氢的分离脱除处理、天然气的分离燃烧处理，等。然而，现有的密闭承压循环控压钻井系统还存在一定的问题，主要体现在：1、设置在密闭壳体内的振动筛对钻屑的筛分处理不太理想，容易出现筛网堵塞问题，且由于振动筛是设置在密闭壳体内的，不便于设置振动结构以实现筛网的振动筛分；2、为了除去硫化氢，现有技术通常在分离器和/或密封振动筛处设置引入除硫剂的开口（例如，申请号为zl201721834427.7的中国专利公开了一种钻井用密闭振动筛，其通过设置除硫剂喷洒口以在振动筛网位置处喷洒除硫剂），但引入的除硫剂并不能与钻井液中的硫化氢等在短时间内充分接触，若要将硫化氢除去，往往需要使用大量的除硫剂，形成不必要的浪费；3、分离器对天然气和硫化氢的分离效果并不理想，致使用于循环的钻井液其密度、流变性等发生较大改变，影响后续的钻井安全；4、现有的密闭承压循环控压钻井系统一般直接通过回压泵来进行回压补偿，无法应对泥浆泵、回压泵等突然故障、突然启停（例如突然断电）等而导致的压力激动，进而造成井底压力低于或高于地层孔隙压力，导致井涌、井漏、气侵、井壁坍塌和阻卡埋钻等事故的发生。

4、有鉴于此，需要对现有技术进行进一步改进。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种控压钻井系统，目的是为了解决以上问题中的至少一个。

2、为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种控压钻井系统，其包括井口装置、第一管线、泥浆泵、第二管线、节流管汇、第三管线、分离除硫组件、泥浆储存单元、第四管线、回压补偿泵、回压补偿缓冲罐和第五管线，其中，第一管线的一端与井口装置处的钻柱相连接，另一端与泥浆储存单元相连接，第一管线上设置有泥浆泵，在泥浆泵的泵送作用下，泥浆储存单元处的泥浆能够通过第一管线和所述钻柱而进入井内；

4、第二管线的一端与井口装置相连接并导通至井内所述钻柱与套管之间的环形空间，第二管线的另一端与节流管汇相连接，节流管汇的下游通过第三管线与分离除硫组件相连接，由所述环形空间返出的泥浆依次经第二管线、节流管汇和第三管线后到达分离除硫组件，并在分离除硫后回到泥浆储存单元；

5、第四管线的一端与泥浆储存单元相连接，另一端与回压补偿缓冲罐相连接，回压补偿缓冲罐通过第五管线连接至第二管线，第四管线上设置有回压补偿泵以用于将泥浆储存单元处的泥浆泵送至回压补偿缓冲罐，并借助于回压补偿缓冲罐实现对第二管线处的压力调节；

6、其中，分离除硫组件包括分离器、缓存容器、岩屑分离泵和空化单元，分离器接收来自于第三管线的泥浆，实现对泥浆中气体的分离，岩屑分离泵连接在分离器的底部，用于将分离器中的泥浆泵送至缓存容器，并在泵送的同时实现泥浆中岩屑的分离，缓存容器与空化单元相连接，缓存容器与空化单元之间设置有除硫剂注入管线，来自于除硫剂注入管线的除硫剂与来自于缓存容器的泥浆在空化单元处空化混合并加热后回到泥浆储存单元。

7、优选的，所述分离器在其顶部和底部分别形成有出气口、排放口，所述分离器在其侧壁形成有入流口，入流口与第三管线相连接以接收所述环形空间返出的泥浆，所述分离除硫组件还包括第七管线、第八管线、第一单向阀、岩屑处理设备、第九管线和第二单向阀，其中，第七管线与出气口相连接以用于将分离器分离出的气体引导至燃烧口，第八管线与排放口相连接以用于将分离器中的泥浆引导至缓存容器，所述岩屑分离泵设置在第八管线上以用于对流经第八管线的泥浆进行岩屑分离处理，被分离出的岩屑排入至岩屑处理设备进行后续处理，岩屑分离泵与缓存容器之间的第八管线上还设置有朝向缓存容器单向开启的第一单向阀，缓存容器用于对经岩屑分离处理后剩余的泥浆进行缓存，缓存容器通过第九管线将其缓存的至少部分泥浆返排至泥浆储存单元，第九管线上设置所述空化单元，在空化单元与缓存容器之间的第九管线上还设置有朝向空化单元单向开启的第二单向阀，除硫剂注入管线连接在第二单向阀与空化单元之间。

8、优选的，所述岩屑分离泵包括支撑架、电机、泵壳体和转动分离组件，泵壳体固定设置在支撑架上，泵壳体内形成有上下设置的泥浆室和转动分离室，其中，转动分离室为竖向设置的圆柱形腔室，其顶部通过封盖将其与泥浆室分隔；转动分离室的一部分侧壁形成为过滤筛网，另一部分侧壁形成为泵壳体的一部分，在过滤筛网位置处，泵壳体形成在过滤筛网外并与过滤筛网之间形成泥浆夹层，转动分离室通过泥浆夹层与泥浆室相导通，在所述另一部分侧壁上设置有吸入口以用于从分离器吸入含岩屑的泥浆，位于吸入口与过滤筛网之间的所述另一部分侧壁上还形成有排屑口，排屑口与岩屑排放管相连通；所述转动分离组件设置在转动分离室内并通过位于泵壳体底部的电机驱动而工作，在转动分离组件工作时其能够将岩屑分离出并从岩屑排放管处排放至岩屑处理设备，同时将不含岩屑的泥浆挤入至泥浆室，泥浆室的顶部设置有排浆口，所述岩屑分离泵通过排浆口将经过滤筛网过滤后的不含岩屑的泥浆泵入至缓存容器。

9、优选的，泥浆储存单元至少包括第一泥浆存储罐和第二泥浆存储罐，第一泥浆存储罐为具有气液分离功能的泥浆罐，经第一泥浆存储罐气液分离后剩余的泥浆被排放至第二泥浆存储罐进行存储，第一泥浆存储罐分离出的气体被排放至燃烧口，第一管线和第四管线均连接至第二泥浆存储罐。

10、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

11、1、利用特殊的分离除硫组件，一方面，无需借助于振动筛而实现了泥浆中岩屑在密闭条件下的高效分离，另一方面，经岩屑分离后的泥浆被引入至空化单元，空化单元的前端设置有除硫剂注入管线，借助于空化单元能够使除硫剂与泥浆混合充分，在尽可能少使用除硫剂的情况下提高除硫效果；此外，空化单元自身具备加热功能，能够促使泥浆中的气体组分散溢出来，提高分离效果，维持循环泥浆的性能；由于是借助于泥浆流动管线（第九管线）上的空化单元进行除硫，方便了硫化氢的检测，相较于以往通过在分离器、振动筛等处引入除硫剂的方式，能够更加准确的获取除硫前后泥浆中的硫化氢含量；

12、2、通过回压补偿缓冲罐的设置，确保了回压补偿的稳定性，在正常钻井时，能够持续的对钻井过程中可能出现的压力激动进行补偿（例如回压补偿泵在启动瞬间产生的压力激动等）；在钻井出现故障时（例如回压补偿泵损坏停泵、泥浆泵损坏停泵以及井场突然停电而停泵等），借助于回压补偿缓冲罐还能继续进行回压补偿。