本發(fā)明公開了一種利用流量監(jiān)控實現(xiàn)井底壓力控制的鉆井裝備與方法。所述鉆井裝備包括：泥漿泵入口流量測量系統(tǒng)，回壓泵入口流量測量系統(tǒng)，鉆井液返出流量測量系統(tǒng)，自動節(jié)流管匯系統(tǒng)，以及旋轉(zhuǎn)控制頭，液氣分離器，振動篩，所述泥漿泵入口流量測量系統(tǒng)的進(jìn)口有管線連接到泥漿罐，泥漿泵入口流量測量系統(tǒng)的出口有管線連接到鉆桿，經(jīng)鉆桿底部由鉆頭從井眼環(huán)空至旋轉(zhuǎn)控制頭處與自動節(jié)流管匯系統(tǒng)的入口管線及回壓泵入口流量測量系統(tǒng)的出口管線相通；回壓泵入口流量測量系統(tǒng)有管線連接到泥漿罐；自動節(jié)流管匯系統(tǒng)的出口有管線與鉆井液返出流量測量系統(tǒng)的入口連接；鉆井液返出流量測量系統(tǒng)的出口有管線與液氣分離器的入口連接；液氣分離器有兩條分支。本發(fā)明能夠有效控制或者消除井底漏失或者溢流對鉆井造成的惡劣影響。

1.一種利用流量監(jiān)控實現(xiàn)井底壓力控制的鉆井裝備，其特征在于，所述鉆井裝備包括：泥漿泵入口流量測量系統(tǒng)(1001)，回壓泵入口流量測量系統(tǒng)(1002)，鉆井液返出流量測量系統(tǒng)(1003)，自動節(jié)流管匯系統(tǒng)(2001)，以及旋轉(zhuǎn)控制頭(11)，液氣分離器(24)，振動篩(25)，所述泥漿泵入口流量測量系統(tǒng)(1001)的進(jìn)口有管線連接到泥漿罐(1)，泥漿泵入口流量測量系統(tǒng)(1001)的出口有管線連接到鉆桿，經(jīng)鉆桿底部由鉆頭從井眼環(huán)空至旋轉(zhuǎn)控制頭(11)處與自動節(jié)流管匯系統(tǒng)(2001)的入口管線及回壓泵入口流量測量系統(tǒng)(1002)的出口管線相通；回壓泵入口流量測量系統(tǒng)(1002)有管線連接到泥漿罐(1)；自動節(jié)流管匯系統(tǒng)(2001)的出口有管線與鉆井液返出流量測量系統(tǒng)(1003)的入口連接；鉆井液返出流量測量系統(tǒng)(1003)的出口有管線與液氣分離器(24)的入口連接；液氣分離器(24)有兩條分支，分支其一連接到振動篩(25)，再由振動篩(25)連接到泥漿罐(1)，分支其二連接到燃燒口(26)；所述泥漿泵入口流量測量系統(tǒng)(1001)由兩條通道串聯(lián)泥漿泵(9)組成，通道一由第一手動平板閥(5)、第二質(zhì)量流量計(7)和第三手動平板閥(8)串聯(lián)組成，通道二即直流通道，包括一個第二手動平板閥(6)；所述自動節(jié)流管匯系統(tǒng)(2001)有兩個進(jìn)口，其一由第一氣控平板閥(14)連接到井口旋轉(zhuǎn)控制頭(11)，其二由第二液動節(jié)流閥(17)連接到回壓泵入口流量測量系統(tǒng)(1002)；自動節(jié)流管匯系統(tǒng)(2001)由兩條節(jié)流通道并聯(lián)組成，其一由第一氣控平板閥(14)和第一液動節(jié)流閥(16)串聯(lián)組成，其二由第二氣控平板閥(15)，第二液動節(jié)流閥(17)和單流閥(18)串聯(lián)組成；第一氣控平板閥(14)與第二氣控平板閥(15)類型相同，第一液動節(jié)流閥(16)與第二液動節(jié)流閥(17)類型相同。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用流量監(jiān)控實現(xiàn)井底壓力控制的鉆井裝備，其特征在于，所述回壓泵入口流量測量系統(tǒng)(1002)由回壓泵(3)和第一質(zhì)量流量計(2)串聯(lián)而成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用流量監(jiān)控實現(xiàn)井底壓力控制的鉆井裝備，其特征在于，所述鉆井液返出流量測量系統(tǒng)(1003)由兩條通道組成，通道一由第一球閥(20)、第三質(zhì)量流量計(22)和第三球閥(23)串聯(lián)組成，通道二即直流通道，包括一個第二球閥(21)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用流量監(jiān)控實現(xiàn)井底壓力控制的鉆井裝備，其特征在于，所述回壓泵入口流量測量系統(tǒng)(1002)出口管線至第二液動節(jié)流閥(17)入口之間安裝有第一壓力表(4)；在泥漿泵入口流量測量系統(tǒng)(1001)的出口管線至井口安裝有第二壓力表(10)；在自動節(jié)流管匯系統(tǒng)(2001)入口管線至旋轉(zhuǎn)控制頭(11)間安裝有第三壓力表(13)；在自動節(jié)流管匯系統(tǒng)(2001)出口管線至鉆井液返出流量測量系統(tǒng)(1003)間安裝有第四壓力表(19)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用流量監(jiān)控實現(xiàn)井底壓力控制的鉆井裝備，其特征在于，所述泥漿泵入口流量測量系統(tǒng)(1001)的出口有管線連接到鉆桿，經(jīng)鉆桿底部由鉆頭從井眼環(huán)空至旋轉(zhuǎn)控制頭(11)處安裝有井下環(huán)空壓力測量工具(12)。6.一種利用權(quán)利要求1～5任一項所述的鉆井裝備實現(xiàn)流量監(jiān)控井底壓力控制的方法，其特征在于：所述方法包括：獲取鉆井裝備的入口流量和出口流量之差ΔQ；根據(jù)所述流量之差判斷所述鉆井裝備的狀態(tài)，其中，所述狀態(tài)包括：漏失狀態(tài)、溢流狀態(tài)、不漏不溢狀態(tài)；根據(jù)所述狀態(tài)調(diào)節(jié)井口回壓，實現(xiàn)井底壓力控制；所述獲取鉆井裝備的入口流量和出口流量之差，具體包括：當(dāng)工況為正常鉆井工況下，根據(jù)泥漿泵入口流量測量系統(tǒng)(1001)中的第二質(zhì)量流量計(7)獲取入口流量Q_in或者根據(jù)泥漿泵(9)每分鐘沖數(shù)、每沖容積及上水效率的乘積獲取所述入口流量Q_in，根據(jù)鉆井液返出流量測量系統(tǒng)(1003)中的第三質(zhì)量流量計(22)獲取出口流量Q_out；當(dāng)工況為起下鉆工況下，根據(jù)回壓泵入口流量測量系統(tǒng)(1002)中的第一質(zhì)量流量計(2)獲取入口流量Q_in，根據(jù)鉆井液返出流量測量系統(tǒng)(1003)中的第三質(zhì)量流量計(22)獲取出口流量Q_out；當(dāng)工況為接單根工況下，根據(jù)泥漿泵入口流量測量系統(tǒng)(1001)中的第二質(zhì)量流量計(7)和回壓泵入口流量測量系統(tǒng)(1002)中的第一質(zhì)量流量計(2)獲取入口流量Q_in，根據(jù)鉆井液返出流量測量系統(tǒng)(1003)中的第三質(zhì)量流量計(22)獲取出口流量Q_out；根據(jù)所述工況下的入口流量和出口流量，獲取所述鉆井裝備的工況下的入口流量和出口流量之差ΔQ；所述根據(jù)所述狀態(tài)調(diào)節(jié)井口回壓，實現(xiàn)井底壓力控制，具體包括：如果所述工況為正常鉆井工況下，所述狀態(tài)為漏失狀態(tài)時，通過調(diào)整自動節(jié)流管匯系統(tǒng)(2001)中的第一液動節(jié)流閥(16)的開度，降低井口回壓P_實測值，使井口回壓P_計算值與P_實測值之差|ΔP|＜P₀，實現(xiàn)井底壓力控制，所述狀態(tài)為溢流狀態(tài)時，通過調(diào)整自動節(jié)流管匯系統(tǒng)(2001)中的第一液動節(jié)流閥(16)的開度，提高井口回壓P_實測值，使井口回壓P_計算值與P_實測值之差|ΔP|＜P₀，實現(xiàn)井底壓力控制，如果所述狀態(tài)為不漏不溢狀態(tài)時，則不改變井口回壓P_實測值,實現(xiàn)井底壓力控制；如果所述工況為起下鉆工況下，所述狀態(tài)為漏失狀態(tài)時，通過調(diào)整自動節(jié)流管匯系統(tǒng)(2001)中的第二液動節(jié)流閥(17)的開度，降低井口回壓P_實測值，使井口回壓P_計算值與P_實測值之差|ΔP|＜P₀，實現(xiàn)井底壓力控制，所述狀態(tài)為溢流狀態(tài)時，通過調(diào)整自動節(jié)流管匯系統(tǒng)(2001)中的第二液動節(jié)流閥(17)的開度，提高井口回壓P_實測值，使井口回壓P_計算值與P_實測值之差|ΔP|＜P₀，實現(xiàn)井底壓力控制，如果所述狀態(tài)為不漏不溢狀態(tài)時，則不改變井口回壓P_實測值,實現(xiàn)井底壓力控制；如果所述工況為接單根工況下，所述狀態(tài)為漏失狀態(tài)時，通過調(diào)整自動節(jié)流管匯系統(tǒng)(2001)中的第二液動節(jié)流閥(17)的開度，降低井口回壓P_實測值，使井口回壓P_計算值與P_實測值之差|ΔP|＜P₀，實現(xiàn)井底壓力控制，所述狀態(tài)為溢流狀態(tài)時，通過調(diào)整自動節(jié)流管匯系統(tǒng)(2001)中的第二液動節(jié)流閥(17)的開度，提高井口回壓P_實測值，使井口回壓P_計算值與P_實測值之差|ΔP|＜P₀，實現(xiàn)井底壓力控制，如果所述狀態(tài)為不漏不溢狀態(tài)時，則不改變井口回壓P_實測值,實現(xiàn)井底壓力控制；其中，P₀為鉆井裝備控壓精度，P_實測值為實際測量的井口回壓，也就是在自動節(jié)流管匯系統(tǒng)(2001)入口管線至旋轉(zhuǎn)控制頭(11)間安裝的第三壓力表(13)的讀數(shù)，P_計算值為由根據(jù)水力模型計算值P_{水力模型值}和調(diào)整值ΔP_{調(diào)整值}相加得到，ΔP_{調(diào)整值}可以采用兩種方式得到：1)線性調(diào)整法：ΔP_{調(diào)整值}＝±K|ΔQ|，0.01≤K≤0.1，2)逐步測試法：ΔP_{調(diào)整值}＝±N(MPa)，0.5≤N≤1，MPa為單位，所述狀態(tài)為漏失狀態(tài)時ΔP_{調(diào)整值}取負(fù)值，所述狀態(tài)為溢流狀態(tài)時ΔP_{調(diào)整值}取正值。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述流量之差判斷所述鉆井裝備的狀態(tài)，其中，所述狀態(tài)包括：漏失狀態(tài)、溢流狀態(tài)、不漏不溢狀態(tài)，具體包括：如果所述工況下的入口流量和出口流量之差ΔQ≥Q_l，自動節(jié)流管匯系統(tǒng)(2001)判斷所述狀態(tài)為漏失狀態(tài)，其中Q_l≥0；如果所述工況下的入口流量和出口流量之差ΔQ≤-Q_k，自動節(jié)流管匯系統(tǒng)(2001)判斷所述狀態(tài)為溢流狀態(tài)，其中Q_k≥0；如果所述工況下的入口流量和出口流量之差ΔQ：-Q_k＜ΔQ＜Q_l，自動節(jié)流管匯系統(tǒng)(2001)判斷所述狀態(tài)為不漏不溢狀態(tài)。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述狀態(tài)調(diào)節(jié)井口回壓，實現(xiàn)井底壓力控制，具體包括：在工況為正常鉆井工況下，所述狀態(tài)為漏失狀態(tài)時，通過改變回壓泵入口流量測量系統(tǒng)(1002)的流量，使第一液動節(jié)流閥(16)的開度工作在最優(yōu)控制區(qū)間[ab]內(nèi)時，調(diào)節(jié)第一液動節(jié)流閥(16)的開度，降低井口回壓P_實測值，使井口回壓P_計算值與P_實測值之差|ΔP|＜P₀，實現(xiàn)井底壓力控制，所述狀態(tài)為溢流狀態(tài)時，通過改變回壓泵入口流量測量系統(tǒng)(1002)的流量，使第一液動節(jié)流閥(16)的開度工作在最優(yōu)控制區(qū)間[ab]內(nèi)時，調(diào)節(jié)第一液動節(jié)流閥(16)的開度，提高井口回壓P_實測值，使井口回壓P_計算值與P_實測值之差|ΔP|＜P₀，實現(xiàn)井底壓力控制，如果所述狀態(tài)為不漏不溢狀態(tài)時，則不改變井口回壓,實現(xiàn)井底壓力控制；當(dāng)?shù)谝灰簞庸?jié)流閥(16)的開度＜a時，啟動回壓泵入口流量測量系統(tǒng)(1002)的回壓泵(3)，補(bǔ)充流量，使第一液動節(jié)流閥(16)的開度在最優(yōu)控制區(qū)間工作；在回壓泵(3)啟動且第一液動節(jié)流閥(16)的開度＞b時，關(guān)閉回壓泵入口流量測量系統(tǒng)(1002)的回壓泵(3)，減少流量，使第一液動節(jié)流閥(16)的開度在最優(yōu)控制區(qū)間工作；其中，30％≤a＜b≤70％，P₀為鉆井裝備控壓精度，P_實測值為實際測量的井口回壓，也就是在自動節(jié)流管匯系統(tǒng)(2001)入口管線至旋轉(zhuǎn)控制頭(11)間安裝的第三壓力表(13)的讀數(shù)，P_計算值為由根據(jù)水力模型計算值P_{水力模型值}和調(diào)整值ΔP_{調(diào)整值}相加得到，ΔP_{調(diào)整值}可以采用兩種方式得到：1)線性調(diào)整法：ΔP_{調(diào)整值}＝±K|ΔQ|，0.01≤K≤0.1，2)逐步測試法：ΔP_{調(diào)整值}＝±N(MPa)，0.5≤N≤1，MPa為單位，所述狀態(tài)為漏失狀態(tài)時ΔP_{調(diào)整值}取負(fù)值，所述狀態(tài)為溢流狀態(tài)時ΔP_{調(diào)整值}取正值。