一种控压钻井仿真模拟实验系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种控压钻井仿真模拟实验系统及方法，其特征在于，包括：控压钻井参数模拟系统，用于在模拟的钻井工况下，模拟控压钻井装备的钻井参数计算和水力参数计算；控压钻井控制系统，用于在模拟的钻井工况下，基于控压钻井装备的钻井参数计算和水力参数计算结果，对控压钻井装备中的设备进行控制，以及确定节流压力控制精度以及进行响应速度测试；控压钻井可视化系统，用于根据控压钻井控制系统的实时控制结果，对钻井工况、节流阀开度和阀门开关动作以及整个井场的流体动态流向进行可视化，本发明专利技术可以广泛应用于油气勘探开发技术领域中。域中。域中。

【技术实现步骤摘要】
一种控压钻井仿真模拟实验系统及方法


[0001]本专利技术涉及油气勘探开发
，特别是关于一种控压钻井仿真模拟实验系统及方法。

技术介绍

[0002]随着油气勘探开发逐渐向深井、复杂井、高温高压井的不断推进，窄密度窗口问题日益突出，采用常规钻探技术，易出现井涌、卡钻等一系列钻井复杂问题，已成为严重影响和制约油气勘探开发进程的技术瓶颈，而控制压力钻井(MPD)是解决上述问题的有效方法。
[0003]控制压力钻井方法是一种能够精确控制井筒压力剖面，从而自动适应地层安全压力窗口，减少发生井漏、溢流等一系列钻井复杂问题的方法。这不仅可以降低钻井成本，简化操作流程，降低非生产时间，同时可改善油气井的生产效率。
[0004]然而，由于控压钻井装备较为庞大，且系统硬件要求高，导致造价费用高，系统控制压力等级相对较大，导致其配套的实验系统也较为复杂，搭建硬件实验系统费用也相应增加。因此，对于控压钻井研究人员的技术研究和操作人员培训带来一定的阻碍。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种控压钻井仿真模拟实验系统及方法，能够模拟现场钻井工况和设备工作状态，高度还原现场工艺流程。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一方面，提供一种控压钻井仿真模拟实验系统，包括：
[0007]控压钻井参数模拟系统，用于在模拟的钻井工况下，模拟控压钻井装备的钻井参数计算和水力参数计算；
[0008]控压钻井控制系统，用于在模拟的钻井工况下，基于控压钻井装备的钻井参数计算和水力参数计算结果，对控压钻井装备中的设备进行控制，以及确定节流压力控制精度以及进行响应速度测试；
[0009]控压钻井可视化系统，用于根据控压钻井控制系统的实时控制结果，对钻井工况、节流阀开度和阀门开关动作以及整个井场的流体动态流向进行可视化。
[0010]进一步地，所述控压钻井参数模拟系统包括：
[0011]钻井工况模拟模块，用于模拟控压钻井装备的钻井工况，包括钻进、起下钻、接单根、井漏和溢流；
[0012]参数输入模块，用于输入控压钻井装备的基本参数；
[0013]钻井参数模拟模块，用于基于所述钻井工况模拟模块模拟的钻井工况和输入的基本参数，模拟控压钻井装备的钻井参数计算；
[0014]水力参数计算模块，用于基于所述钻井工况模拟模块模拟的钻井工况和输入的基本参数，模拟控压钻井装备的水力参数计算。
[0015]进一步地，所述控压钻井的基本参数包括温度参数、井径参数、泥浆流变性参数、
钻头参数、泥浆泵参数、地层压力参数、井身结构参数、井眼轨迹参数、钻压、顶驱转速、泥浆泵排量和钻具组合。
[0016]进一步地，所述控压钻井的钻井参数包括排量、钻压、顶驱转速、顶驱扭矩、抽汲激动压力参数、溢流量参数、机械钻速、井深和钻头位置，所述控压钻井的水力参数包括立管压力、井底压力、抽汲激动压力、钻杆/环空压力分布以及环空摩阻压力。
[0017]进一步地，所述控压钻井控制系统包括：
[0018]通信模块，用于配置与所述控压钻井参数模拟系统和控压钻井可视化系统之间的通信；
[0019]实时监测与控制模块，用于在模拟的钻井工况下，基于控压钻井装备的钻井参数计算和水力参数计算结果，进行控压钻井装备的设备状态监测和控制，以及确定节流压力控制精度以及进行响应速度测试；
[0020]井漏溢流检测模块，用于实时监测控压钻井装备中质量流量计的流量参数，实时分析计算控压钻井装备的泥浆体积增益，当泥浆体积增益超过设定阈值时，触发报警；
[0021]井漏溢流控制模块，用于当所述井漏溢流检测模块触发报警后，控制控压钻井装备中的自动节流撬和回压撬上的设备，实现井漏溢流控制。
[0022]进一步地，所述控压钻井控制系统还包括：
[0023]显示模块，用于显示控压钻井装备流程和趋势曲线、流体当前流动状态和流动方向以及控压钻井装备的阀门开关状态、节流阀动作状态、回压泵启停状态。
[0024]进一步地，所述对控压钻井装备中的设备进行控制包括对回压泵的启停控制以及自动节流撬上的节流阀开度控制和阀门开关动作控制。
[0025]另一方面，提供一种控压钻井仿真模拟实验方法，包括：
[0026]控压钻井参数模拟系统模拟控压钻井的钻井工况，并基于模拟的钻井工况，模拟控压钻井装备的钻井参数计算和水力参数计算；
[0027]控压钻井控制系统在模拟的钻井工况下，基于控压钻井装备的钻井参数计算和水力参数计算结果，对控压钻井装备中的设备进行控制，以及确定节流压力控制精度以及进行响应速度测试；
[0028]控压钻井可视化系统根据控压钻井控制系统的实时控制结果，对钻井工况、节流阀开度和阀门开关动作以及整个井场的流体动态流向进行可视化。
[0029]进一步地，所述控压钻井参数模拟系统模拟控压钻井的钻井工况，并基于模拟的钻井工况，模拟控压钻井装备的钻井参数计算和水力参数计算，包括：
[0030]钻井工况模拟模块模拟控压钻井装备的钻井工况；
[0031]参数输入模块输入控压钻井装备的基本参数；
[0032]钻井参数模拟模块基于钻井工况模拟模块模拟的钻井工况和输入的基本参数，模拟控压钻井装备的钻井参数；
[0033]水力参数计算模块基于钻井工况模拟模块模拟的钻井工况和输入的基本参数，模拟控压钻井装备的水力参数计算。
[0034]进一步地，所述控压钻井控制系统在模拟的钻井工况下，基于控压钻井装备的钻井参数计算和水力参数计算结果，对控压钻井装备中的设备进行控制，以及确定节流压力控制精度以及进行响应速度测试，包括：
[0035]通信模块配置与控压钻井参数模拟系统和控压钻井可视化系统之间的通信；
[0036]实时监测与控制模块在模拟的钻井工况下，基于控压钻井装备的钻井参数计算和水力参数计算结果，进行控压钻井装备的设备状态监测和控制，以及确定节流压力控制精度以及进行响应速度测试；
[0037]井漏溢流检测模块实时监测控压钻井装备中质量流量计的流量参数，实时分析计算控压钻井装备的泥浆体积增益，当泥浆体积增益超过设定阈值时，触发报警；
[0038]当井漏溢流检测模块触发报警后，井漏溢流控制模块控制控压钻井装备中的自动节流撬和回压撬上的设备，实现井漏溢流控制。
[0039]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0040]1、本专利技术由于设置有控压钻井参数模拟系统、控压钻井控制系统和控压钻井可视化系统，通过模拟和可视化展示，能够高度还原现场工艺流程，辅助操作人员快速掌握控压钻井工艺及设备操作流程。
[0041]2、本专利技术通过纯软件模拟的方式得到控压钻井核心参数，能够节约成本，提高工作效率。
[0042]3、本专利技术采用3D可视化方法，高度还原控压钻井现场工艺流程及设备状态，为控压钻井提供更加便捷高效的模拟方式。
[0043]综上所述，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控压钻井仿真模拟实验系统，其特征在于，包括：控压钻井参数模拟系统，用于在模拟的钻井工况下，模拟控压钻井装备的钻井参数计算和水力参数计算；控压钻井控制系统，用于在模拟的钻井工况下，基于控压钻井装备的钻井参数计算和水力参数计算结果，对控压钻井装备中的设备进行控制，以及确定节流压力控制精度以及进行响应速度测试；控压钻井可视化系统，用于根据控压钻井控制系统的实时控制结果，对钻井工况、节流阀开度和阀门开关动作以及整个井场的流体动态流向进行可视化。2.如权利要求1所述的一种控压钻井仿真模拟实验系统，其特征在于，所述控压钻井参数模拟系统包括：钻井工况模拟模块，用于模拟控压钻井装备的钻井工况，包括钻进、起下钻、接单根、井漏和溢流；参数输入模块，用于输入控压钻井装备的基本参数；钻井参数模拟模块，用于基于所述钻井工况模拟模块模拟的钻井工况和输入的基本参数，模拟控压钻井装备的钻井参数计算；水力参数计算模块，用于基于所述钻井工况模拟模块模拟的钻井工况和输入的基本参数，模拟控压钻井装备的水力参数计算。3.如权利要求2所述的一种控压钻井仿真模拟实验系统，其特征在于，所述控压钻井的基本参数包括温度参数、井径参数、泥浆流变性参数、钻头参数、泥浆泵参数、地层压力参数、井身结构参数、井眼轨迹参数、钻压、顶驱转速、泥浆泵排量和钻具组合。4.如权利要求2所述的一种控压钻井仿真模拟实验系统，其特征在于，所述控压钻井的钻井参数包括排量、钻压、顶驱转速、顶驱扭矩、抽汲激动压力参数、溢流量参数、机械钻速、井深和钻头位置，所述控压钻井的水力参数包括立管压力、井底压力、抽汲激动压力、钻杆/环空压力分布以及环空摩阻压力。5.如权利要求1所述的一种控压钻井仿真模拟实验系统，其特征在于，所述控压钻井控制系统包括：通信模块，用于配置与所述控压钻井参数模拟系统和控压钻井可视化系统之间的通信；实时监测与控制模块，用于在模拟的钻井工况下，基于控压钻井装备的钻井参数计算和水力参数计算结果，进行控压钻井装备的设备状态监测和控制，以及确定节流压力控制精度以及进行响应速度测试；井漏溢流检测模块，用于实时监测控压钻井装备中质量流量计的流量参数，实时分析计算控压钻井装备的泥浆体积增益，当泥浆体积增益超过设定阈值时，触发报警；井漏溢流控制模块，用于当所述井漏溢流检测模块触发报警后，控制控压钻井装备中的自动节流撬和回压撬上的设备，实现井漏溢流控制。6.如权利要求5所述的一种控压钻井...

【专利技术属性】
技术研发人员：李中，范白涛，张兴全，任美鹏，杨向前，郭华，殷志明，武治强，周超，郑清华，王隽妍，李杨，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司北京研究中心，
类型：发明
国别省市：