1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) B (11) 29907
(51) E21B 21/08 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
(21) 2013/1531.1
(22) 11.03.2013
(45) 15.05.2015, бюл. №5
(31) 201210095343.1
(32) 01.04.2012
(33) CN
(72) ЙИ Минг (CN); ЧЕН Руоминг (CN); ЯНГ Ганг
(CN); ЛАН Жуоджун (CN); ДАИ Ёнг (CN); ЯНГ
Жаолианг (CN); ЛИУ Ёнгуэй (CN)
(73) СиЭнПиСи Ксибу Дриллинг Инджениэринг
Компану Лимитед (CN)
(74) Русакова Нина Васильевна; Жукова Галина
Алексеевна; Ляджин Владимир Алексеевич; Огай
Ирина Климентовна; Иванова Антонина Сергеевна
(56) RU 2301319 C2 20.06.2007
WO 00/79092 A2 28.12.2000
RU 2105126 C1 20.02.1998
RU 2254438 C2 20.06.2005
SU 1573926 A1 27.05.1995.
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ С
КОНРОЛИРУЕМЫМ ДАВЛЕНИЕМ И
СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УСТРОЙСТВА
ДЛЯ БУРЕНИЯ С КОНРОЛИРУЕМЫМ
ДАВЛЕНИЕМ
(57) Настоящее изобретение относится к области
бурения с контролированием выбросов давления в
забое скважины, в частности, к устройству для
бурения с контролируемым давлением и способу его
использования. Устройство для бурения с
контролируемым давлением включает буровой
насос, роторное противовыбросовое устройство
устья скважины, резервуар для циркулирующего
бурового раствора, насос противодавления, буровой
дроссельный манифольд управляемого давления,
штатный буровой дроссельный манифольд,
отстойник, сепаратор газ-жидкость. Роторное
противовыбросовое устройство фиксировано на
буровой фланцевой катушке, вход бурового насоса
подсоединен к трубе приема бурового раствора.
Согласно настоящему изобретению, в устройство
добавлен контур для отвода бурового раствора,
поступающего в скважину, так, чтобы уменьшить
трудность управления давлением в скважине путем
использования бурового дроссельного манифольда
управляемого давления и уменьшить повреждения
вентилей на буровом дроссельном манифольде
управляемого давления, снизить требования к
бурильной машине в процессе буровых операций с
управлением давлением, облегчить выполнение
буровой операции с управлением давлением и дать
возможность буровому раствору поступать в
скважину в процессе бурения в соответствии с
предписанными требованиями. Кроме того,
наземное оборудование имеет простую структуру и
им можно легко управлять.
(19)KZ(13)B(11)29907

2. 29907
2
[0001] Настоящее изобретение относится к
области бурения с контролированием выбросов
давления в призабойной зоне скважины, в частности
к устройству для бурения с контролируемым
давлением и способу его использования.
Предпосылки изобретения
[0002] Способы бурения с контролируемым
давлением являются одним из важных вопросов при
разработке новых технологий бурения в 21
столетии. Практика зарубежного и отечественного
применения показывает, что способ бурения с
контролируемым давлением имеет практическое
значение для безопасного бурения и
предотвращения сложных ситуаций при работе на
скважинах с узким окном плотности.
В опубликованной китайской заявке
№200920110293.3 описана система бурения с
управляемым давлением, которая допускает
состояние микро-дисбаланса давления в забое, а
также предотвращает или уменьшает протекание
буровой жидкости и аварии, связанные с выбросом
пластового флюида, а в опубликованной китайской
заявке №201020144452.4 раскрыто устройство,
использующее базовые полевые шины для
обеспечения бурения с контролируемым давлением,
которое применяется в бурении нефтяных скважин,
контролирует бурение под давлением, а также
обеспечивает контроль за давлением в забое.
Во время пуска и остановки бурового насоса
требуется, чтобы буровой насос мог включаться и
останавливаться постепенно, в соответствии с
заданной скоростью прокачки, так, чтобы подачу
вводимого в скважину бурового раствора можно
было пошагово снижать или увеличивать с заданной
дискретностью.
Однако невозможно точно контролировать
запуск и остановку бурового насоса для
электрической бурильной машины, в особенности
для механической бурильной машины, вследствие
чего невозможно удовлетворить требованиям по
запуску и остановке бурового насоса при способе
бурения с контролируемым давлением.
Краткое описание изобретения
[0003] В настоящем изобретении предлагается
устройство для бурения с контролируемым
давлением и способ его использования в целях
преодоления вышеупомянутого недостатка
известного уровня техники, то есть преодоления
проблемы, заключающейся в невозможности точно
контролировать запуск и остановку бурового насоса
в процессе бурения, и проблемы невозможности
удовлетворить требованиям запуска и остановки
бурового насоса по технологии бурения с
контролируемым давлением.
[0004] Настоящее изобретение, с одной стороны,
предлагает устройство для бурения с
контролируемым давлением, включающее роторное
противовыбросовое устройство устья скважины,
буровую фланцевую катушку, буровой насос,
резервуар для циркулирующего бурового раствора,
систему трубопроводов противовыбросового
устройства, буровой дроссельный манифольд
управляемого давления, штатный буровой
дроссельный манифольд, сепаратор газ-жидкость,
отстойник и насос противодавления. Роторное
противовыбросовое устройство фиксировано на
буровой фланцевой катушке, а вход бурового насоса
подсоединен к трубе приема бурового раствора.
Выход бурового насоса подсоединен к роторному
противовыбросовому устройству устья скважины
через первую магистраль, труба приема бурового
раствора подсоединена к резервуару для
циркулирующего бурового раствора через вторую
магистраль, первая магистраль подсоединена к
резервуару для циркулирующего бурового раствора
через третью магистраль, роторное
противовыбросовое устройство устья скважины
подсоединено ко входу бурового дроссельного
манифольда управляемого давления через
четвертую магистраль, буровая фланцевая катушка
подсоединена к штатному буровому дроссельному
манифольду через пятую магистраль, выход
штатного бурового дроссельного манифольда
подсоединен к сепаратору газ-жидкость через
шестую магистраль, выход для жидкости из
сепаратора газ-жидкость подсоединен к отстойнику
через седьмую магистраль, отстойник подсоединен
к резервуару для циркулирующего бурового
раствора через восьмую магистраль, выход бурового
дроссельного манифольда управляемого давления
подсоединен к седьмой магистрали через девятую
магистраль, и насос противодавления подсоединен к
буровому дроссельному манифольду управляемого
давления через десятую магистраль. На переходе от
первой магистрали к третьей магистрали резервуара
для циркулирующего бурового раствора
установлены последовательно вентиль-задвижка,
запорный клапан и дроссельный вентиль.
[0005] С целью дальнейшей оптимизации и/или
улучшения в настоящее изобретение могут быть
внесены изменения. Отстойник может представлять
собой отстойник конической формы, первая
магистраль может быть жесткой трубой, и четвертая
магистраль может быть рукавом высокого давления.
[0006] С другой стороны, в настоящем
изобретении дается способ использования
устройства бурения с контролируемым давлением,
включающий следующие шаги:
(1) при работе в режиме бурения или в
состоянии, когда буровой раствор циркулирует,
устанавливая вентиль-задвижку в состояние OFF и
непосредственно контролируя выбросы давления в
забое скважины через буровой дроссельный
манифольд управляемого давления, достигается
режим бурения с управляемым давлением;
(2) при работе в режиме, когда должен быть
включен буровой насос, включая буровой насос
постепенно, в соответствии со скоростью накачки,
открывая вентиль-задвижку так, чтобы количество
бурового раствора, входящего в скважину,
увеличивалось постепенно, отводя буровой раствор,
поступающий в скважину через дроссельный
вентиль, обеспечивая контроль противодавления
через буровой дроссельный манифольд
управляемого давления и насос противодавления
так, чтобы обеспечить плавный переход давления во

3. 29907
3
всей скважине и установление баланса давления,
перекрывая насос противодавления и вентиль-
задвижку, когда буровой насос уже включен и
вошел в нормальный рабочий режим, контролируя
скачки давления в забое скважины через буровой
дроссельный манифольд управляемого давления
непосредственно, достигается режим бурения с
управляемым давлением;
(3) при работе в рабочем режиме, когда буровой
насос нужно остановить, выключая буровой насос
постепенно, в соответствии со скоростью прокачки,
открывая вентиль-задвижку так, чтобы количество
бурового раствора, поступающего в скважину,
снижалось постепенно, отводя поступающую в
скважину буровую жидкость через дроссельный
вентиль, открывая в то же время насос
противодавления так, чтобы совместно с буровым
дроссельным манифольдом управляемого давления
осуществить управление противодавлением, чтобы
обеспечить тем самым плавный переход давления во
всей скважине и установить баланс давления,
закрывая вентиль-задвижку после того, как будет
остановлен буровой насос, и выполняя управление
противодавлением через буровой дроссельный
манифольд управляемого давления и насос
противодавления.
[0007] Согласно настоящему изобретению, в
устройство добавлен контур для отвода бурового
раствора, поступающего в скважину, таким образом,
чтобы уменьшить трудность управления давлением
в скважине с помощью бурового дроссельного
манифольда управляемого давления, уменьшить
повреждения вентилей на буровом дроссельном
манифольде управляемого давления, снизить
требования к бурильной машине в процессе
буровых операций с управлением давлением,
облегчить выполнение буровой операции с
управлением давлением, и дать возможность
буровому раствору поступать в скважину в процессе
бурения в соответствии с предписанными
требованиями. Кроме того, наземное оборудование
имеет простую структуру и им можно легко
управлять.
Краткое описание рисунков
[0008] Фиг.1 представляет собой схему,
показывающую буровое устройство с управляемым
давлением согласно настоящему изобретению, в
котором 1 представляет собой роторное
противовыбросовое устройство устья скважины, 2
представляет собой буровую фланцевую катушку, 3
представляет собой буровой насос, 4 представляет
собой трубу для ввода бурового раствора, 5
представляет собой первую магистраль, 6
представляет собой резервуар для циркулирующего
бурового раствора, 7 представляет собой вторую
магистраль, 8 представляет собой третью
магистраль, 9 представляет собой буровой
дроссельный манифольд управляемого давления, 10
представляет собой четвертую магистраль, 11
представляет собой штатный буровой дроссельный
манифольд, 12 представляет собой пятую
магистраль, 13 представляет собой сепаратор газ-
жидкость, 14 представляет собой шестую
магистраль, 15 представляет собой отстойник, 16
представляет собой седьмую магистраль, 17
представляет собой восьмую магистраль, 18
представляет собой насос противодавления, 20
представляет собой десятую магистраль, 21
представляет собой вентиль-задвижку, 22
представляет собой запорный клапан и 23
представляет собой дроссельный вентиль.
Подробное описание
[0009] Настоящее изобретение далее
описывается вместе с примерами и рисунками.
Пример 1
[0010] Как показано на Фиг.1, устройство с
управляемым давлением при бурении включает
роторное противовыбросовое устройство устья
скважины 1, буровую фланцевую катушку 2,
буровой насос 3, резервуар для циркулирующего
бурового раствора 6, буровой манифольд
управляемого давления 9, штатный буровой
дроссельный манифольд 11, сепаратор газ-жидкость
13, отстойник 15, и насос противодавления 19.
Роторное противовыбросовое устройство устья
скважины 1 подсоединено к буровой фланцевой
катушке 2, а вход бурового насоса 3 подсоединен к
трубе для ввода бурового раствора 4. Выход
бурового насоса 3 подсоединен к роторному
противовыбросовому устройству 1 через первую
магистраль 5, труба для ввода бурового раствора 4
подсоединена к резервуару для циркулирующего
бурового раствора 6 через вторую магистраль 7,
первая магистраль 5 подсоединена к резервуару для
циркулирующего бурового раствора 6 через третью
магистраль 8, роторное противовыбросовое
устройство устья скважины 1 подсоединено ко
входу бурового дроссельного манифольда
управляемого давления 9 через четвертую
магистраль 10, буровая фланцевая катушка 2
подсоединена к штатному буровому дроссельному
манифольду 11 через пятую магистраль 12, а выход
штатного бурового дроссельного манифольда 11
подсоединен к сепаратору газ-жидкость 13 через
шестую магистраль 14, выход для жидкости из
сепаратора газ-жидкость 13 подсоединен к
отстойнику 15 через седьмую магистраль 16,
отстойник 15 подсоединен к резервуару для
циркулирующего бурового раствора 6 через
восьмую магистраль 17, выход бурового
дроссельного манифольда управляемого давления 9
подсоединен к седьмой магистрали 16 через
девятую магистраль 18, а насос противодавления 19
подсоединен к буровому дроссельному манифольду
управляемого давления 9 через десятую магистраль
20. Вентиль-задвижка 21, запорный клапан 22 и
дроссельный вентиль 23 установлены
последовательно на отрезке между первой
магистралью 5 и третьей магистралью 8 резервуара
для циркулирующего бурового раствора 6. Контур
для отвода бурового раствора осуществляется через
буровой насос 3, резервуар для бурового раствора 6
и третью магистраль 8, вентиль-задвижка 21 и
дроссельный вентиль 23 могут управляться
автоматически. Желательно, чтобы минимальная
нагрузочная способность вентиля-задвижки 21,

4. 29907
4
запорного клапана 22, дроссельного вентиля 23 и
третьей магистрали 8 была 35 МРа.
[0011] В дальнейшем в буровом устройстве с
управляемым давлением могут быть сделаны
изменения, касающиеся оптимизации и/или
улучшения согласно практическим нуждам. Как
показано на Фиг.1., отстойник 15 может иметь
коническую форму, первая магистраль 5 может
представлять собой жесткую трубу, а третья
магистраль 10 может представлять собой рукав
высокого давления.
Пример 2.
[0012] Способ использования бурового
устройства с управляемым давлением включает
следующие шаги:
(1) при работе в режиме нормального бурения
или в состоянии, когда буровой раствор
циркулирует, устанавливая вентиль-задвижку 21 в
состояние OFF и непосредственно контролируя
выбросы давления в забое скважины через буровой
дроссельный манифольд управляемого давления 9,
достигается режим бурения с управляемым
давлением;
(2) в рабочем режиме, когда должен быть
включен буровой насос 3, включая буровой насос 3
постепенно, в соответствии со скоростью прокачки,
открывая вентиль-задвижку 21 так, чтобы
количество бурового раствора, поступающего в
скважину, возрастало постепенно, отводя буровой
раствор, поступающий в скважину, через
дроссельный вентиль 23, обеспечивая контроль
противодавления через буровой дроссельный
манифольд управляемого давления 9 и насос
противодавления так, чтобы обеспечить плавный
переход давления во всей скважине и установление
баланса давления, перекрывая насос
противодавления 19 и вентиль-задвижку 21, когда
буровой насос 3 уже включен и вошел в
нормальный рабочий режим, контролируя скачки
давления в забое скважины через буровой
дроссельный манифольд управляемого давления 9
непосредственно, достигается режим бурения с
управляемым давлением; и
(3) в рабочем режиме, когда буровой насос
нужно остановить, выключая буровой насос 3
постепенно, в соответствии со скоростью прокачки,
открывая вентиль-задвижку 21 так, чтобы
количество бурового раствора, поступающего в
скважину, уменьшалось постепенно, отводя
поступающий в скважину буровой раствор через
дроссельный вентиль 23, открывая в то же время
насос противодавления 19 так, чтобы совместно с
буровым дроссельным манифольдом управляемого
давления 9 осуществить управление
противодавлением, чтобы обеспечить тем самым
плавный переход давления во всей скважине и
установить баланс давления, закрывая вентиль-
задвижку 21 после того, как буровой насос 3 будет
остановлен, и выполняя управление
противодавлением через буровой дроссельный
манифольд управляемого давления 9 и насос
противодавления 19.
[0012] Приведенные выше технические
характеристики, имеющие значительную гибкость и
эффективность, являются примерами настоящего
изобретения. Некоторые несущественные
технические характеристики изобретения могут
быть добавлены или удалены согласно
практической необходимости так, чтобы
удовлетворить требованиям в различных ситуациях
его использования.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство для бурения с контролируемым
давлением, включающее роторное
противовыбросовое устройство устья скважины,
буровую фланцевую катушку, буровой насос,
резервуар для циркулирующего бурового раствора,
буровой дроссельный манифольд управляемого
давления, штатный буровой дроссельный
манифольд, сепаратор газ-жидкость, отстойник и
насос противодавления, отличающееся тем, что
роторное противовыбросовое устройство
фиксировано на буровой фланцевой катушке,
вход бурового насоса подсоединен к трубе
приема бурового раствора,
выход бурового насоса подсоединен к роторному
противовыбросовому устройству устья скважины
через первую магистраль,
труба приема бурового раствора подсоединена к
резервуару для циркулирующего бурового раствора
через вторую магистраль,
первая магистраль подсоединена к резервуару
для циркулирующего бурового раствора через
третью магистраль,
роторное противовыбросовое устройство устья
скважины подсоединено ко входу бурового
дроссельного манифольда управляемого давления
через четвертую магистраль,
буровая фланцевая катушка подсоединена к
штатному буровому дроссельному манифольду
через пятую магистраль,
выход штатного бурового дроссельного
манифольда подсоединен к сепаратору газ-жидкость
через шестую магистраль,
выход для жидкости из сепаратора газ-жидкость
подсоединен к отстойнику через седьмую
магистраль,
отстойник подсоединен к резервуару для
циркулирующего бурового раствора через восьмую
магистраль,
выход бурового дроссельного манифольда
управляемого давления подсоединен к седьмой
магистрали через девятую магистраль,
насос противодавления подсоединен к буровому
дроссельному манифольду управляемого давления
через десятую магистраль, и
на переходе от первой магистрали к третьей
магистрали резервуара для циркулирующего
бурового раствора установлены последовательно
вентиль-задвижка, запорный клапан и дроссельный
вентиль.
2. Устройство для бурения с контролируемым
давлением по п.1, отличающееся тем, что

5. 29907
5
отстойник представляет собой конический
отстойник.
3. Устройство для бурения с контролируемым
давлением по п.1 или п.2, отличающееся тем, что
первая магистраль является жесткой трубой.
4. Устройство для бурения с контролируемым
давлением по п.1 или п.2, отличающееся тем, что
четвертая магистраль является рукавом высокого
давления.
5. Устройство для бурения с контролируемым
давлением по п.3, отличающееся тем, что
четвертая магистраль является рукавом высокого
давления.
6. Способ использования устройства для бурения
с контролируемым давлением по любому из п.п.1-4,
отличающийся тем, что способ включает в себя
следующие шаги:
(1) при работе в режиме нормального бурения
или в состоянии, когда буровой раствор
циркулирует, устанавливают вентиль-задвижку в
состояние OFF и непосредственно контролируют
выбросы давления в забое скважины через буровой
дроссельный манифольд управляемого давления,
достигают режим бурения с управляемым
давлением;
(2) при работе в режиме, когда должен быть
включен буровой насос, включают буровой насос
постепенно, в соответствии со скоростью прокачки,
открывают вентиль-задвижку так, чтобы количество
бурового раствора, входящего в скважину,
увеличивалось постепенно, отводят буровой
раствор, поступающий в скважину, через
дроссельный вентиль, обеспечивают контроль
противодавления через буровой дроссельный
манифольд управляемого давления и насос
противодавления так, чтобы обеспечить плавный
переход давления во всей скважине и установление
баланса давления, перекрывают насос
противодавления и вентиль-задвижку, когда
буровой насос уже включен и вошел в нормальный
рабочий режим, контролируют скачки давления в
забое скважины через дроссельный манифольд
бурения управляемого давления непосредственно,
достигают режим бурения с управляемым
давлением; и
(3) при работе в рабочем режиме, когда буровой
насос нужно остановить, выключают буровой насос
постепенно, в соответствии со скоростью прокачки,
открывают вентиль-задвижку так, чтобы количество
бурового раствора, поступающего в скважину,
снижалось постепенно, отводят поступающий в
скважину буровой раствор через дроссельный
вентиль, открывают в то же время насос
противодавления так, чтобы совместно с буровым
дроссельным манифольдом управляемого давления
осуществить управление противодавлением, чтобы
обеспечить тем самым плавный переход давления во
всей скважине и установить баланс давления,
закрывают вентиль-задвижку после того, как будет
остановлен буровой насос, и выполняют управление
противодавлением через буровой дроссельный
манифольд управляемого давления и насос
противодавления.
Верстка А. Сарсекеева
Корректор К. Нгметжанова