一种井筒压力调控方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种井筒压力调控方法以及系统，所述方法包括：采用三层反馈控制方法，基于对压力控制系统的节流阀的开度进行调节以实现对输出压力的调节，其中，所述三层反馈控制方法包括：内层实现节流阀开度反馈控制；中层实现基于节流阀特性曲线的开度控制；外层实现井底回压到井口回压的串级控制。本发明专利技术的井筒压力调控方法采用了井筒压力三层反馈控制方法，相较于现有技术，其控制精度高、响应速度快。

A Method and System of Wellbore Pressure Regulation

The invention discloses a wellbore pressure control method and system. The method includes: adopting three-layer feedback control method, adjusting the opening of throttle valve based on the pressure control system to realize the adjustment of output pressure. The three-layer feedback control method includes: the inner layer realizes the feedback control of throttle valve opening; the middle layer realizes the opening based on the characteristic curve of throttle valve. Degree control; Cascade control from bottom hole backpressure to wellhead backpressure is realized in outer layer. The wellbore pressure control method of the invention adopts a three-layer feedback control method of wellbore pressure, which has high control accuracy and fast response speed compared with the existing technology.

【技术实现步骤摘要】
一种井筒压力调控方法及系统
本专利技术涉及地质勘探领域，具体涉及一种井筒压力调控方法及系统。
技术介绍
随着石油工业的快速发展，实际勘探开发对各种钻井技术的要求也越来越高。钻井技术开始不断向着自动化和智能化的方向发展，大量新型的自动化智能化钻井技术开始不断的涌现出来，并被广泛的应用于各种作业现场。控制压力钻井技术是自动化钻井的一个方面，用于自动监控井底压力。控制压力钻井的目标是对井底压力进行精确控制，将井底压力控制在安全密度窗口之内。但是，目前，井筒压力控制存在以下问题：(1)部分井筒参数无法实时获取(调整密度、温度分布等)导致井底压力计算不准确；随钻测量仪器(PWD)数据传输效率不高，且不能在所有工况下保证连续获取。(2)传统的井底压力控制方法为直接控制方法，其根据计算井底压力进行直接井口压力调控，较少考虑井筒因素及回压对井筒的影响，效果较差；基于井筒的控制模型异常复杂，在实际中难以建立准确的控制模型，即使勉强建立起控制模型，应用效果也不佳。
技术实现思路
本专利技术提供了一种井筒压力调控方法，所述方法包括：采用三层反馈控制方法，基于对压力控制系统的节流阀的开度进行调节以实现对输出压力的调节，其中，所述三层反馈控制方法包括：井底压力反馈控制；井口回压反馈控制；节流阀开度反馈控制。在一实施例中，所述节流阀开度反馈控制包括：内层实现节流阀开度反馈控制外层实现基于节流阀特性曲线的开度控制。在一实施例中，内层实现节流阀开度反馈控制，包括：在开度偏差值大于预设值时进行偏差直接调控；在开度偏差值小于等于预设值时进行PID反馈控制。在一实施例中，外层实现基于节流阀特性曲线的开度控制，包括：通过实验的方法得到节流阀特性曲线；根据特性曲线直接进行开度控制；调用反馈控制方法，将压力偏差映射到开度控制模块。在一实施例中，所述方法还包括：实现井底回压到井口回压的串级控制。在一实施例中，实现井底回压到井口回压的串级控制，包括：根据实际测算的井底压力值与设定值对比，生成控制偏差值；结合所述控制偏差值进行井口回压调节，调节所述节流阀的开度。在一实施例中，在实现所述三层反馈控制方法的过程中，结合水力学模型和PWD测量修正方法进行井底压力测算。在一实施例中，考虑不同钻井工况进行井底压力测算，包括：循环钻井期间井底压力计算；接单根期间井底压力计算；起下钻井底压力计算。在一实施例中，所述方法还包括：根据控压钻井作业工况采用对应的控制模式，其中，所述控制模式包括：井口压力恒定控制模式；井底压力恒定控制模式；手动控制模式。本专利技术还提出了一种井筒压力调控系统，所述系统包括：回压控制管汇，其包含节流阀，配置为输出压力随所述节流阀的开度实时线性调节；数据采集模块，其配置为采集控制反馈数据以及压力反馈数据；系统控制器，其配置为根据所述控制反馈数据以及所述压力反馈数据采用如本专利技术所述方法控制所述回压控制管汇进行井筒压力调节。本专利技术的井筒压力调控方法采用了井筒压力三层反馈控制方法，相较于现有技术，其控制精度高、响应速度快。本专利技术的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本专利技术的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本专利技术而被了解。本专利技术的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是根据本专利技术一实施例的三层反馈控制方法控制框图；图2是根据本专利技术一实施例的控制方法控制框图；图3是根据本专利技术一实施例的井底压力测算流程图；图4是根据本专利技术一实施例的回压控制管汇示意图；图5和图6是根据本专利技术不同实施例的专用排量补偿系统示意图；图7是根据本专利技术一实施例的系统自动监控原理方案示意图；图8是根据本专利技术一实施例的井底压力控制效果图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此本专利技术的实施人员可以充分理解本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本专利技术。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。随着石油工业的快速发展，实际勘探开发对各种钻井技术的要求也越来越高。钻井技术开始不断向着自动化和智能化的方向发展，大量新型的自动化智能化钻井技术开始不断的涌现出来，并被广泛的应用于各种作业现场。控制压力钻井技术是自动化钻井的一个方面，用于自动监控井底压力。控制压力钻井的目标是对井底压力进行精确控制，将井底压力控制在安全密度窗口之内。但是，目前，井筒压力控制存在以下问题：(1)部分井筒参数无法实时获取(调整密度、温度分布等)导致井底压力计算不准确；随钻测量仪器(PWD)数据传输效率不高，且不能在所有工况下保证连续获取。(2)传统的井底压力控制方法为直接控制方法，其根据计算井底压力进行直接井口压力调控，较少考虑井筒因素及回压对井筒的影响，效果较差；基于井筒的控制模型异常复杂，在实际中难以建立准确的控制模型，即使勉强建立起控制模型，应用效果也不佳。针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种井筒压力调控方法。其基本原理是通过采集系统采集井筒基本数据和动态参数得到实时井底压力，经过环空水力学模型计算期望的井底压力，通过压力控制系统给控制系统发出指令，控制机构调节地面回压控制实时井底压力等于期望的井底压力，根据钻井的不同工况(排量变化、转速变化、接单根、起下钻等)来进行实时调控，使井底压力维持在期望的范围内。为了提高控制精度以及控制实时性，具体的，在一实施例中，采用三层反馈控制方法，基于对压力控制系统的节流阀的开度进行调节以实现对输出压力的调节。井筒压力三层反馈控制方法，能够满足控制精度高、响应速度快的技术要求。具体的，三层反馈控制方法包括：井底压力反馈控制；井口回压反馈控制；节流阀开度反馈控制。具体的，在一实施例中，三层反馈控制的控制结构如图1所示。基于井底压力设定值以及最终返回的井底压力测算值进行反馈控制以实现井底压力反馈控制。基于井口回压设定值以及最终返回的井口回压测量值进行反馈控制以实现井口回压反馈控制。基于节流阀开度设定值以及最终返回的节流阀开度测量值进行反馈控制以实现节流阀开度反馈控制。最终三层反馈控制的控制结果落在对节流阀开度的调节上。进一步的，在一实施例中，节流阀开度反馈控制包括：内层实现节流阀开度反馈控制外层实现基于节流阀特性曲线的开度控制。具体的，在一实施例中，内层实现节流阀开度反馈控制，包括：在开度偏差值大于预设值时进行偏差直接调控；在开度偏差值小于等于预设值时进行PID反馈控制。具体的，在一实施例中，外层实现基于节流阀特性曲线的开度控制，包括：通过实验的方法得到节流阀特性曲线；根据特性曲线直接进行开度控制；调用反馈控制方法，将压力偏差映射到开度控制模块。进一步的，在一实施例中，在控制过程中还实现井底回压到井口回压的串级控制。具体的，在一实施例中，实现井底回压到井口回压的串级控制，包括：根据实际测算的井底压力值与设定值对比，生成控制偏差值；结合所述控制偏差值进行井口回压调节，调节所述节流阀的开度。具体的，在一实施例中，首先本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井筒压力调控方法，其特征在于，所述方法包括：采用三层反馈控制方法，基于对压力控制系统的节流阀的开度进行调节以实现对输出压力的调节，其中，所述三层反馈控制方法包括：井底压力反馈控制；井口回压反馈控制；节流阀开度反馈控制。

【技术特征摘要】
1.一种井筒压力调控方法，其特征在于，所述方法包括：采用三层反馈控制方法，基于对压力控制系统的节流阀的开度进行调节以实现对输出压力的调节，其中，所述三层反馈控制方法包括：井底压力反馈控制；井口回压反馈控制；节流阀开度反馈控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述节流阀开度反馈控制包括：内层实现节流阀开度反馈控制外层实现基于节流阀特性曲线的开度控制。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，内层实现节流阀开度反馈控制，包括：在开度偏差值大于预设值时进行偏差直接调控；在开度偏差值小于等于预设值时进行PID反馈控制。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，外层实现基于节流阀特性曲线的开度控制，包括：通过实验的方法得到节流阀特性曲线；根据特性曲线直接进行开度控制；调用反馈控制方法，将压力偏差映射到开度控制模块。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：实现井底回压到井口回压的串级控制。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，实现井底回压到井口回压的串级控制，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王果，周号博，范红康，牛新明，孙明光，刘建华，思娜，张建龙，孙连忠，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11