一种用于控压钻井的井口压力控制方法和装置技术领域
本发明涉及一种用于控压钻井的井口压力控制方法和装置，属于石油、天然气钻井压力
控制装备技术领域。
背景技术
在油气钻井过程中，喷、漏、塌、卡等井下复杂多数情况下都与钻井液密度及环控压力
剖面有关，同时，随着钻井技术和勘探开发技术的不断进步发现，勘探开发过程中亟待解决
的诸多难题多数都与环控压力控制有直接的关系，如深井钻井过程中的窄密度窗口问题、敏
感储层的油气层保护问题、喷漏同层储层的开发问题、岩盐地层的蠕变问题、开发老区复杂
压力体系下的调整井开发问题等等。在传统的钻井方式下，解决上述复杂情况时，通常采用
调整钻井液密度的方式，但该方式存在较大局限性，难以有效的解决上述难题：首先，钻井
液密度的调整周期时间较长，难以应对多变的井下复杂情况；其次，钻井液密度的调整对钻
井液性能影响较大，调整过程中可能导致新的井下复杂情况发生；再次，由于钻井液密度的
调整使井底压力变化具有一定的阶跃性，使环控压力剖面的控制难以应对复杂压力体系条件
下出现的井下复杂情况，因此，快速、精确控制环控压力剖面就成为钻井过程中亟待解决的
重要技术难题。
控压钻井装置就是在这种条件下应运而生的。国内外大量石油钻井工作者通过多年的努
力，开发研制了各类控压钻井装置，包括精细控压钻井装备、微流量控压钻井装备等，以上
装置有效的解决了上述难题。但随着控压钻井技术的推广与应用，由于受客观条件的约束，
上述装置在现场应用中表现出了较大局限，首先装置结构过于复杂，通常情况下，上述装置
包括回压补偿系统、气液控系统、自动控制系统等多个系统，导致工作人员学习成本增加、
维护困难；其次，由于系统复杂也导致了设备体积较大，给设备的运输和放置带来了困难，
使控压钻井技术在海洋钻井和一些特定工作环境的应用受到了限制，再次，设备造价昂贵导
致维护成本和应用成本增加，也是控压钻井技术得不到广泛应用的另一主因，所以，有必要
发明一套结构简单、体积较小、造价低廉但依然能够满足控压钻井工艺要求的控压设备。本
专利的发明就为解决上述问题提供了有效的解决方案，使控压钻井装置尽可能的达到了简化，
降低了成本，也便于维护，同时，还能满足控压钻井工艺对设备的要求，因此，本装置的发
明为控压钻井技术的广泛推广和应用提供了另一种方法。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的主要目的在于提供一种用于控压钻井的井口压力控制
方法和装置。
一种用于控压钻井的井口压力控制方法,含有以下步骤；
通过自动控制系统或者手动控制台控制旋转控制头的开关、液控平板阀的开关和节流阀
的开度，控制井口回压，从而控制环控压力剖面；自动控制与手动控制系统完全独立，通过
油源控制实现手动/自动的转换；在正常情况下，通过自动控制系统进行旋转控制头的开关控
制和节流阀的节流控制，按照制定的自动节流控制流程对各种钻井工况进行操作，当自动控
制失效时，切换到手动控制系统，通过手动控制台控制，按下启动或者关闭按钮控制旋转控
制头的开关，通过调节手柄，调节节流阀开度来调节井口回压以控制井底压力，
旋转控制头、液控平板阀及液控节流阀联合使用；旋转控制头、液控平板阀和液控节流
阀采用统一的气、液控系统；可远程实现手动、自动操作，可实现相互转换。
本装置可实现井控压力的自动控制，可实现控压钻井方式条件下的正常钻进、接单根、
起下钻等钻井工况工艺过程控制。
本发明可以用于陆地或者海洋控制压力钻井，实现简单、安全、可靠的井底压力控制。
一种用于控压钻井的井口压力控制装置，旋转防喷器连接压力计、液控平板阀，液控平
板阀连接液控节流阀，液控平板阀通过液控平板阀进油管、液控平板阀出油管连接液气控制
台，液控节流阀通过液控节流阀进油管线、液控节流阀出油管线连接液气控制台，旋转防喷
器通过旋转防喷器进油管线、旋转防喷器出油管线连接液气控制台，液气控制台连接油源管
线、出油管线、气源管线和远程控制网线；液气控制台连接气源压力表、油源压力表、井口
回压表、第一防爆液晶显示面板、第二防爆液晶显示面板、气源开关、油源开关、旋转防喷
器开启按钮、旋转防喷器关闭按钮、气液泵开启按钮、气液泵关闭按钮、液控平板阀开启按
钮、液控平板阀关闭按钮、调节手柄，手动/自动转换开关和手动保护按钮。
本实施例提供了一种用于控压钻井的井口压力控制装置，油井压力控制机构包括执行机
构和控制机构，其中，执行机构包括依次连通的旋转防喷器、液控平板阀和液控节流阀；旋
转防喷器包括分别与控制机构连接的旋转防喷器进油管线和旋转防喷器出油管线，控制机构
控制旋转防喷器的开闭；液控平板阀包括与控制机构连接的液控平板阀进油管和液控平板阀
出油管，控制机构控制液控平板阀的开度；液控节流阀包括与控制机构连接的液控节流阀进
油管和液控节流阀出油管，控制机构控制液控节流阀的开度。
进一步地，执行机构还包括压力计，压力计设置在旋转防喷器和液控平板阀之间的连接
管路上。
进一步地，控制机构具有连接油源管线的进油口以及连接出油管线的出油口。
进一步地，控制机构具有自动控制部和手动控制部，自动控制部与手动控制部之间可相
互转换控制功能，控制机构包括用于检测油源的油源压力表以及用于检测钻井的井口压力的
井口回压表。
进一步地，控制机构还具有用于连接气源管线的气源接口。
进一步地，控制机构上设置有用于检测气源管线内的气源压力的气源压力表。
进一步地，控制机构通过手动/自动转换开关转换自动控制部与手动控制部。
进一步地，控制机构还具有第一防爆液晶显示面板和第二防爆液晶显示面板。
本发明的方法和装置具有以下优点：
1、本发明的控制系统具有自动与手动两套完全独立控制系统，均可对旋转控制头和液控
节流阀进行控制，达到控制井口回压的目的。在设备各部件正常工作的条件下，系统将处于
自动控制状态，旋转控制头处于关闭状态，液控平板阀处于打开状态，液控节流阀将按照设
计的自动节流控制流程根据不同工况进行自动控制，一旦自动控制系统失效，马上切换到手
动控制，根据手动控制台显示的旋转控制头工作状态、液控平板阀的开关状态、立管压力、
井口回压及节流阀开度等，调节节流阀的开度进行压力控制，保证了控压钻井作业的连续性，
减少井下复杂事故发生的可能；
2、本发明采用旋转控制头、液控平板阀及液控节流阀联合使用，减少了控压钻井设备的
复杂程度，降低了井场布局的难度，减少高压管汇长度，增加设备操作的安全性；
3、本发明将旋转控制头、液控平板阀与液控节流阀的气液控系统统一起来，简化了控压
钻井设备的控制系统，便于维护，操作方便；
4、本发明的方法将钻井施工工艺流程明确为三个典型工况，给出了三种工况的控制方法
和解决思路，保证了钻井施工的顺利进行；
5、本装置备有气液泵，当油源供给出现问题时，可采用气液泵驱动方式提供油源液压，
保证了设备在油源供给不足时的正常工作；
6本装置设有手动保护装置，当采用手动控制时，可防止误操作造成的手动控制失灵情况
发生。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易
得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发
明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限
定，其中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的现场应用结构示意图；
图3是工作流程控制示意图。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。
实施例1：如图1所示，一种用于控压钻井的井口压力控制装置，旋转防喷器1连接压力
计2、液控平板阀3，液控平板阀3连接液控节流阀4，液控平板阀3通过液控平板阀进油管
24、液控平板阀出油管25连接液气控制台5，液控节流阀4通过液控节流阀进油管线26、液
控节流阀出油管线27连接液气控制台5，旋转防喷器1通过旋转防喷器进油管线22、旋转防
喷器出油管线23连接液气控制台5，液气控制台5连接油源管线28、出油管线29、气源管线
30和远程控制网线31；
液气控制台5连接气源压力表6、油源压力表7、井口回压表8、第一防爆液晶显示面板
9、第二防爆液晶显示面板10、气源开关11、油源开关12、旋转防喷器开启按钮13、旋转防
喷器关闭按钮14、气液泵开启按钮15、气液泵关闭按钮16、液控平板阀开启按钮17、液控
平板阀关闭按钮18、调节手柄19，手动/自动转换开关20和手动保护按钮21，液气控制台5
连接的所述仪表、开关、按钮和手柄各自与相应的管线或者部件连接。
实施例2：如图1、图2、图3所示，
一种用于控压钻井的新型井口压力控制方法，通过自动控制系统或者手动控制台控制旋
转控制头、液控平板阀的开关及节流阀的开度，从而控制井口压力，达到控制环控压力的目
的。自动控制与手动控制系统完全独立，通过气源控制实现手动/自动的转换；在正常情况下，
通过自动控制系统进行旋转控制头开关和节流阀的节流控制，按照制定的自动节流控制流程
实现节流阀在各种钻井工况的操作，当自动控制失效时，打开手动/自动切换开关，切换到手
动控制系统，通过手动控制台控制旋转控制头的开关及节流阀的开度，调节旋转控制头的工
作状态及井口的回压，以达到控制井底压力的目的；旋转控制头、液控平板阀及液控节流阀
联合使用；在旋转控制头与液控节流阀之间安装一个压力传感器，压力传感器用于实时测量
井口压力值；旋转控制头和液控节流阀采用统一的气、液控系统；液控系统的动力源是油源
或气源，油源主要用于旋转控制头和液控节流阀的控制；气源主要用于在油源出现失效时，
由气源带动气液泵驱动液压油，替代油源为旋转控制头和液控节流阀的控制提供油压；手动
控制系统与自动控制系统可实现相互转换，手动控制系统和自动控制系统相互独立。液控台
设置一个手动/自动转换总开关，并设置了机械锁定功能，以免误操作；
本装置可实现井控压力的自动控制，可实现控压钻井方式条件下的正常钻进、接单根、
起下钻等钻井工况工艺过程控制。
实施例3：
如图1所示，为本发明的整体系统结构，是一种用于控压钻井的新型井口压力控制方法
和装置的核心部分，由执行机构和控制机构两部分组成，执行机构包括：旋转防喷器、液控
平板阀、液控节流阀、套压表组成；控制机构为液气控制台。
首先打开油源开关12，观察油源压力表7压力显示值是否达到10.5MPa额定工作压力，
如果低于10.5MPa，检查液压油管线可有泄漏，排除问题使液压油压力达到额定工作压力。将
液控平板阀3开启，关闭旋转控制头1，采集压力计2的数值，调节液控节流阀4开度，使节
流后的环控压力达到设定后的压力值。
当油源供给出现问题时，气源开关阀11打开，气源压力表6显示气源压力为0.7-0.9MPa，
气液泵开启按钮15打开，油源压力表7达到10.5MPa后，装置正常工作，油源压力由控制台
内部压力继气器控制，自动补充。
当系统自动控制失灵时，将手动/自动开关20调至手动状态，并按下手动保护按钮21，
观察井口回压表8，调整调节手柄19，调节液控节流阀4开度，控制井口回压；控制过程中
观察井口回压表8及防爆液晶显示面板9、10，井口回压表8显示井口回压值，防爆液晶面板
9显示立管压力、出口流量、井下PWD数值等参数，防爆液晶面板10显示液控节流阀4的
开度。
如图2所示，本发明连接在井队井口装置最上部，旋转防喷器1与万能防喷器相连，液
控节流阀4出口端与井队泥浆罐32相连。
如图3所示，本发明的自动控制流程包括正常钻进、接单根、起下钻等三个典型工况的
自动控制，即：正常钻进控制流程2-1、接单根过程控制流程2-2和起下钻控制流程2-3。
正常钻进控制流程2-1，在正常钻进流程中，首先将旋转控制头1设置为关闭状态，打开
液控平板阀3，调节液控节流阀4的开度，并实时采集压力传感器2参数及井下PWD参数，
可闭环控制井口回压值，使其达到自动控制软件预定的井口压力值。
接单根过程控制流程2-2，该工艺流程中，首先打开井队压井管汇，开启连接压井管汇的
泥浆泵33，采集压力传感器2参数，调节液控节流阀4开度，使井口压力跟正常钻进过程时
的井口压力相同，然后关闭正常钻进时使用的泥浆泵34进行接单根作业，调节液控节流阀4
开度，调整井口回压，使其等于正常工作时的节流回压与循环摩阻之和，从而保持井底压力
稳定。
起下钻过程控制流程2-3，打开井队压井管汇，开启连接压井管汇的泥浆泵33，调节液控
节流阀4开度，使井口压力跟正常钻进过程时的井口压力相同，然后关闭正常钻进时使用的
泥浆泵34，调节液控节流阀4开度，调整井口回压，补偿循环摩阻，然后进行起下钻作业，
采集起下钻速度，钻井液排量等参数，调节节流阀4开度，调整井口回压，补偿由于起下钻
造成的波动压力，保持井底压力稳定。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发
明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变
形例也全部包含在本发明的保护范围之内。