CN107044263A - 一种控压钻井远程节流回压控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控压钻井远程节流回压控制方法及系统，该方法包括：节流回压控制系统将其采集的井口的回压参数信息以及与其对应的用户信息一同反馈给云平台，同时发送给客户端；云平台根据用户信息和所述回压参数信息生成远程井口回压控制指令分别发送给节流回压控制系统以及客户端；节流回压控制系统根据所述远程井口回压控制指令对其自身的节流阀开度进行调控；节流回压控制系统将采集的节流阀调控后的井口回压参数信息以及与其对应的用户信息一同反馈给云平台；重复以上步骤直到井底压力符合安全生产的要求。本发明运用云技术对井口回压进行远程控制能够做到钻井的信息化、智能化管理，为油田的信息融合和海量数据挖掘打下基础。

Description

一种控压钻井远程节流回压控制方法及系统

技术领域

本发明属于油田井场钻井技术领域，具体涉及一种控压钻井远程节流回压控制方法及系统。

背景技术

近年来随着我国不断发展深部复杂地区的石油勘探和开发，有关窄压力窗口的安全钻井问题已变得越来越突出，现在已成为引发陆上、海上及高温高压井、深井等钻井周期长、井下复杂和事故发生频繁的主要因素。根据井眼三个压力(破裂压力P_破、孔隙压力P_泥、坍塌压力P_地)及关系ΔP＝P_破-P_地(P_破>P_泥>P_地)，ΔP＝P_破-P_坍(P_破>P_泥>P_地)，如果ΔP越小(ΔP<P_循环压耗或者ΔP<0)很难正常钻进，严重将会引发漏、喷、塌、卡等复杂钻井事故，尤其是对于深井高密度钻井液产生的影响将最为突出。针对上文所提出的窄密度窗口钻井所存在的一系列问题，国际上提出了控压钻井(简称为MPD)技术，控压钻井基于对井筒的环空压力剖面实施精确控制，始终将井底压力控制在安全窗口内，从而解决窄密度窗口钻井时所遇到的喷、漏、塌、卡等复杂问题。而且在众多MPD系统中，Halliburton公司研发的MPD系统在回压泵入口处添加了一个流量计，通过控制井口回压来控制井底压力，从而使其具有更精确的微流量监控功能，并能实现±0.35MPa范围内的压力控制。

然而，控压钻井是一项复杂的系统工程，在钻井过程中不可避免会遇到各种需要及时解决的问题。若井场监控室内的操作人员不熟悉控压钻井工艺与控制机理，容易在问题发生时不能及时进行节流回压控制或发出不当的控制指令，从而导致溢流的发生，严重时甚至会发生井喷，造成钻井事故。

故，针对上述现有技术存在的缺陷，实有必要进行研究，以提供一种控压钻井远程节流回压控制方法及系统。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种控压钻井远程节流回压控制。

一种控压钻井远程节流回压控制方法，包括以下步骤：

步骤1：节流回压控制系统将其采集的井口的回压参数信息以及与其对应的用户信息一同反馈给云平台，同时发送给客户端；

步骤2：云平台根据用户信息和所述回压参数信息生成远程井口回压控制指令分别发送给节流回压控制系统以及客户端；

步骤3：节流回压控制系统根据所述远程井口回压控制指令对其自身的节流阀开度进行调控；

步骤4：节流回压控制系统将采集的节流阀调控后的井口回压参数信息以及与其对应的用户信息一同反馈给云平台；

步骤5：:重复步骤2-步骤4直到井底压力符合安全生产的要求。

进一步地，如上所述的方法，步骤1中，所述回压参数信息通过GPRS模块反馈给云平台。

进一步地，如上所述的方法，所述回压参数信息包括：自动节流管汇信息、录井信息；所述自动节流管汇信息包括井口回压、井口节流阀开度；所述录井信息包括井深、立管压力、入口排量、出口排练、扭矩、相对流量、套管压力；所述用户信息包括：钻井公司信息，该钻井目前负责人，钻井号，节流阀型号，节流阀相关参数。

进一步地，如上所述的方法，步骤2包括：云平台接收来自节流回压控制系统反馈的井口的回压参数信息后，根据井底水力学模型算法做出判断，并生成远程井口回压控制指令；所述井底水力学模型为：P_w＝P_H+P_AF+P_CH，其中P_w为环空液柱产生的静压，MPa；P_AF为钻井液环空摩阻，MPa；P_CH为井口施加的回压，MPa。

一种控压钻井远程节流回压控制系统，包括：

节流回压控制系统，用于采集的井口的回压参数信息以及将其对应的用户信息一同反馈给云平台，同时发送给客户端；并根据云平台发送的所述远程井口回压控制指令对其自身的节流阀开度进行调控；

云平台，用于根据用户信息和所述回压参数信息生成远程井口回压控制指令发送给节流回压控制系统；

控制中心，用于接收来至节流回压控制系统的所有数据，做原始数据存储，同时保证在云服务器出现异常的情况下能及时维持钻井现场的安全钻进，同时将井场生产情况发布给客户端；

客户端：用于接收控制中心发布井场的生产情况供场外专家决策；

所述回压参数信息包括：自动节流管汇信息、录井信息；所述自动节流管汇信息包括井口回压、井口节流阀开度；所述录井信息包括井深、立管压力、入口排量、出口排练、扭矩、相对流量、套管压力；所述用户信息包括：钻井公司信息，该钻井目前负责人，钻井号，节流阀型号，节流阀相关参数。

进一步地，如上所述的控压钻井远程节流回压控制系统，所述节流回压控制系统包括：井场传感器、自动节流管汇、数据控制终端、井场数据采集卡或中间件；

所述井场传感器包括综合录井仪和自动节流管汇上的传感器，综合录井仪采集所述录井信息并发送给井场数据采集卡或中间件；自动节流管汇上的传感器采集进口回压，节流阀开度信息发送给数据控制终端；

所述自动节流管汇由平板阀、节流阀、控制器与监测仪表组成；其通过节流回压控制系统控制节流阀开度或平板阀的启闭来分别控制井口回压或返出流体的循环路径，从而间接控制井底压力；

所述数据控制终端用于通过RS485串口线、GPRS网络、internet网接收来自云平台的远程井口回压控制指令，再根据自身软件系统编写的相应程序生成设备控制指令并发送给位于自动节流管汇上的节流阀；

所述井场数据采集卡或中间件将综合录井仪采集的录井信息上传至控制中心，通过控制中心上传至云服务器，供云服务器做分析计算；

所述控制器与井场数据采集卡或中间件连接，井场数据采集卡或中间件与井场传感器连接，井场传感器与自动节流管汇连接，自动节流管汇与数据控制终端连接，数据控制终端分别与控制器以及云平台连接。

进一步地，如上所述的控压钻井远程节流回压控制系统，数据控制终端通过RS485串口线、GPRS模块和internet网络或企业内部局域网连接与云平台连接。

进一步地，如上所述的控压钻井远程节流回压控制系统，所述云平台包括云管理系统，所述云管理系统包括：云服务器、云存储系统；所述云服务器承担井场上传的用户信息和井口回压数据的分析、计算、处理任务，并向终端以及客户端下发对应控制指令，同时将原数据和处理后的数据上传至云存储系统；

所诉云存储系统存储节流回压控制系统的所有数据，为后期海量数据的挖掘、分析做准备；

所诉云管理系统对整个系统的硬件和软件进行实时监测管理，实现资源的的合理分配，让整个云平台更可靠、更稳定、更安全。

进一步地，如上所述的控压钻井远程节流回压控制系统，所述控制中心通过交换机与客户端连接。

进一步地，如上所述的控压钻井远程节流回压控制系统，在节流回压控制系统与云平台之间、云平台与控制中心之间、控制中心与客户端之间均连接有硬件防火墙。有益效果：

本发明将云技术应用于油田远程节流回压控制系统中，通过云平台接收的井口回压数据以及用户信息生成远程井口回压控制指令分别发送给节流回压控制系统以及客户端，然后节流回压控制系统根据该命令对井口节流阀进行开度控制，以实现远程控制井口回压的功能。该方法能够使工业现场数据从井场级汇入到场外工作区，实现信息共享，并通过远程控制的方法直接处理现场复杂情况，以减少专家到现场的时间和费用的工业控制系统是石油工业形势严峻的当下，使国内石油企业适应商业模式、提高企业竞争力的强有力的突破点。

附图说明

图1为本发明控压钻井远程节流回压控制方法流程图；

图2为本发明控压钻井远程节流回压控制系统结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为对井场进行更好地监管，推进油田数字化，甚至能限制井场人员操作权限，直接进行设备远程控制，以节约企业大量人力与物力成本，并为专家进行远程决策提供平台。因此，寻找一种使工业现场数据从井场级汇入到场外工作区，实现信息共享，并通过远程控制的方法直接处理现场复杂情况，以减少专家到现场的时间和费用的工业控制系统是石油工业形势严峻的当下，使国内石油企业适应商业模式、提高企业竞争力的强有力的突破点。

而云计算作为分布式计算技术的一种，其最基本的概念，是透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统经搜寻、计算分析之后将处理结果回传给工业现场。如果能将云技术应用于控压钻井远程节流回压控制系统中，即可通过云技术，实现更好地对钻井现场井口压力控制。

图1为本发明控压钻井远程节流回压控制方法流程图；如图1所示，本发明提供的方法包括以下步骤：

步骤1：节流回压控制系统将其采集的井口的回压参数信息以及与其对应的用户信息一同反馈给云平台，同时发送给客户端；

具体地，所述回压参数信息包括：自动节流管汇信息、录井信息；所述自动节流管汇信息包括井口回压、井口节流阀开度；所述录井信息包括井深、立管压力、入口排量、出口排练、扭矩、相对流量、套管压力。

获取方式：由综合录井仪采集井深、立管压力、入口排量、出口排练、扭矩、相对流量、套管压力等录井信息，由自动节流管汇上的传感器采集进口回压，节流阀开度信息。

所述用户信息包括：钻井公司信息，该钻井目前负责人，钻井号，节流阀型号，节流阀相关参数。每个节流回压控制系统中的数据控制终端(PLC或RTU)被分配一个IP地址，不同节流阀对应不同数据控制终端，云服务器获取设备IP地址后自动对应钻井号，云服务器获取钻井号后自动从云存储系统中调出钻井号对应的钻井公司信息，该钻井目前负责人，钻井号，节流阀型号，节流阀相关参数。

节流回压控制系统采集所述井口的回压参数信息以及与其对应的用户信息一同反馈给云平台，供云平台做分析判断并给出命令；同时，为了保证将工业现场数据从井场级汇入到场外工作区的客户端，实现信息共享，因此，节流回压控制系统采集的井口的回压参数信息以及与其对应的用户信息还同时反馈给客户端，供场外专家决策。

步骤2：云平台根据用户信息和所述回压参数信息生成远程井口回压控制指令分别发送给节流回压控制系统以及客户端；

具体地，云平台接收来自云节流回压控制系统上传的用户信息(钻井号或作业区)和井口回压参数信息，在云服务器中根据井底水力学模型算法做出判断，并生成远程井口回压控制指令并通过internet网和GPRS网络向节流回压控制系统下发控制指令(井底水力学模型：P_w＝P_H+P_AF+P_CH，其中P_w为环空液柱产生的静压，MPa；P_AF为钻井液环空摩阻，MPa；P_CH为井口施加的回压，MPa。其中，环空液柱产生的静压静压其计算模型：P_w＝pgh，p为钻井液密度；环空摩阻选用API2003模型来计算)。

步骤3：节流回压控制系统根据所述远程井口回压控制指令对其自身的节流阀开度进行调控；

具体地，本发明通过对流阀开度进行调控，从而实时控制井口回压参数，通过实时控制井口回压参数以实现远程控制井口回压的功能。

步骤4：节流回压控制系统将采集的节流阀调控后的井口回压参数信息以及与其对应的用户信息一同反馈给云平台；

步骤5：:重复步骤2-步骤4直到井底压力符合安全生产的要求。

步骤6：结束。

本发明通过实时不断得监测控制井口的回压参数，从而达到安全生产的目的。

图2为本发明控压钻井远程节流回压控制系统结构框图，如图2所示，本发明提供一种控压钻井远程节流回压控制系统，包括：

节流回压控制系统，用于采集的井口的回压参数信息以及将其对应的用户信息一同反馈给云平台，同时发送给客户端；并根据云平台发送的所述远程井口回压控制指令对其自身的节流阀开度进行调控；

云平台，用于根据用户信息和所述回压参数信息生成远程井口回压控制指令发送给数据控制节流回压控制系统；

控制中心，用于接收来至节流回压控制系统的所有数据，做原始数据存储，同时保证在云服务器出现异常的情况下能及时维持钻井现场的安全钻进，同时将井场生产情况发布给客户端；

客户端：用于接收控制中心发布井场的生产情况供场外专家决策；

所述回压参数信息包括：自动节流管汇信息、录井信息；所述自动节流管汇信息包括井口回压、井口节流阀开度；所述录井信息包括井深、立管压力、入口排量、出口排练、扭矩、相对流量、套管压力；所述用户信息包括：钻井公司信息，该钻井目前负责人，钻井号，节流阀型号，节流阀相关参数。具体地，所述节流回压控制系统包括：井场传感器、自动节流管汇、数据控制终端、井场数据采集卡或中间件；

所述自动节流管汇由平板阀、节流阀、控制器与监测仪表组成；其通过节流回压控制系统控制节流阀开度或平板阀的启闭来分别控制井口回压或返出流体的循环路径，从而间接控制井底压力；

所述井场传感器包括综合录井仪和自动节流管汇上的传感器，综合录井仪采集所述录井信息并发送给井场数据采集卡或中间件，并由井场数据采集卡或中间件上传到控制中心，再由控制中心上传到云平台，供云平台进行存储数据以及计算相关数据并发出回压控制指令；自动节流管汇上的传感器采集进口回压，节流阀开度信息发送给数据控制终端，数据控制终端通过GPRS模块以及internet网络上传到云平台供云平台存储所有数据以及计算相关数据并发出回压控制指令；

所述自动节流管汇由平板阀、节流阀、控制器与监测仪表组成；其通过节流回压控制系统控制节流阀开度或平板阀的启闭来分别控制井口回压或返出流体的循环路径，从而间接控制井底压力；

所述数据控制终端用于通过RS485串口线、GPRS网络、internet网接收来自云平台的远程井口回压控制指令，再根据自身软件系统编写的相应程序生成设备控制指令并发送给位于自动节流管汇上的节流阀；

所述井场数据采集卡或中间件将综合录井仪采集的录井信息上传至控制中心，通过控制中心上传至云服务器，供云服务器做分析计算；

所述控制器与井场数据采集卡或中间件连接，井场数据采集卡或中间件与井场传感器连接，井场传感器与自动节流管汇连接，自动节流管汇与数据控制终端连接，数据控制终端分别与控制器以及云平台连接。

数据控制终端通过RS485串口线、GPRS模块和internet网络或企业内部局域网连接与云平台连接。

所述云平台包括云管理系统，所述云管理系统包括：云服务器、云存储系统；所述云服务器承担井场上传的用户信息和井口回压数据的分析、计算、处理任务，并向终端以及客户端下发对应控制指令，同时将原数据和处理后的数据上传至云存储系统；

所诉云存储系统存储节流回压控制系统的所有数据，为后期海量数据的挖掘、分析做准备；

所诉云管理系统对整个系统的硬件和软件进行实时监测管理，实现资源的的合理分配，让整个云平台更可靠、更稳定、更安全。

所述控制中心通过交换机与客户端连接。

为了保证整个系统的安全性，本发明在节流回压控制系统与云平台之间、云平台与控制中心之间、控制中心与客户端之间均连接有硬件防火墙。

所述云服务器通过GPRS网络将数据下发到数据控制终端(RTU或PLC)，所述数据控制终端接收云平台下发的井口回压控制指令并根据对应程序对井口设备(节流阀)进行开度控制，实时控制井口压力。井底压力可以根据环空液柱产生的静压、钻井液环空摩阻、井口回压之间水力学模型关系得到，进一步通过云管理系统控制井口节流阀开度来控制回压，从而控制井底压力，最终达到安全生产的目的。

所述数据控制终端(RTU或PLC)通过RS485串口线、GPRS网络、internet网接收来自云平台的井口回压控制指令，再根据自身软件系统编写的相应程序生成设备控制指令。

所述数据控制终端(RTU或PLC)通过光纤向井口节流阀发送控制指令。

云服务器通过internet网、GPRS网络、RS485串口线直接下发井口回压控制指令至井场。井场控制中心接收来自数据控制终端数据，在井口压力超出安全范围可以直接通过控制中心控制现场PLC，同时将井场数据上传至云存储系统，为以后数据挖掘做准备。所述控制中心计算机主要对钻井现场环境、参数进行监测，同时监测云服务器向设备控制终端下发的控制信息。所述井场传感器实时采集自动节流管汇各项压力参数，同时将数据上传至数据控制终端(PLC或RTU)和数据采集卡及中间件，所述数据采集卡及中间件将传感器上传的各项参数上传至控制中心。

本发明通过井场传感器获取录井信息以及自动节流管汇信息，所述录井信息通过井场数据采集卡或中间件上传到控制中心，并通过控制中心上传到云平台进行计算和存储；所述自动节流管汇信息通过数据控制终端以及GPRS模块以及internet网络上传到云平台，并通过云平台进行计算和存储相关数据和命令。如此，提高了整个系统运行的速度以及稳定性。

本发明运用云技术对井口回压进行远程控制能够做到钻井的信息化、智能化管理，为油田的信息融合和海量数据挖掘打下基础。通过虚拟化来提高资源能源利用率的同时，完成海量数据存储和高速处理，消除服务器硬件设备、软件系统的复杂性，提供高易用性、高可靠性、高可控性、高可扩展性的网络化服务。同时该模式操作方便，简单，对操作人员要求不高，并且能够节约现场人员，减少操作失误等优点。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种控压钻井远程节流回压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：节流回压控制系统将其采集的井口的回压参数信息以及与其对应的用户信息一同反馈给云平台，同时发送给客户端；

步骤2：云平台根据用户信息和所述回压参数信息生成远程井口回压控制指令分别发送给节流回压控制系统以及客户端；

步骤3：节流回压控制系统根据所述远程井口回压控制指令对其自身的节流阀开度进行调控；

步骤4：节流回压控制系统将采集的节流阀调控后的井口回压参数信息以及与其对应的用户信息一同反馈给云平台；

步骤5：:重复步骤2-步骤4直到井底压力符合安全生产的要求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述回压参数信息通过GPRS模块反馈给云平台。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述回压参数信息包括：自动节流管汇信息、录井信息；所述自动节流管汇信息包括井口回压、井口节流阀开度；所述录井信息包括井深、立管压力、入口排量、出口排练、扭矩、相对流量、套管压力；所述用户信息包括：钻井公司信息，该钻井目前负责人，钻井号，节流阀型号，节流阀相关参数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2包括：云平台接收来自节流回压控制系统反馈的井口的回压参数信息后，根据井底水力学模型算法做出判断，并生成远程井口回压控制指令；所述井底水力学模型为：P_w＝P_H+P_AF+P_CH，其中P_w为环空液柱产生的静压，MPa；P_AF为钻井液环空摩阻，MPa；P_CH为井口施加的回压，MPa。

5.一种控压钻井远程节流回压控制系统，其特征在于，包括：

节流回压控制系统，用于采集的井口的回压参数信息以及将其对应的用户信息一同反馈给云平台，同时发送给客户端；并根据云平台发送的所述远程井口回压控制指令对其自身的节流阀开度进行调控；

云平台，用于根据用户信息和所述回压参数信息生成远程井口回压控制指令发送给节流回压控制系统；

控制中心，用于接收来至节流回压控制系统的所有数据，做原始数据存储，同时保证在云服务器出现异常的情况下能及时维持钻井现场的安全钻进，同时将井场生产情况发布给客户端；

客户端：用于接收控制中心发布井场的生产情况供场外专家决策；

所述回压参数信息包括：自动节流管汇信息、录井信息；所述自动节流管汇信息包括井口回压、井口节流阀开度；所述录井信息包括井深、立管压力、入口排量、出口排练、扭矩、相对流量、套管压力；所述用户信息包括：钻井公司信息，该钻井目前负责人，钻井号，节流阀型号，节流阀相关参数。

6.根据权利要求5所述的控压钻井远程节流回压控制系统，其特征在于，所述节流回压控制系统包括：井场传感器、自动节流管汇、数据控制终端、井场数据采集卡或中间件；

所述井场传感器包括综合录井仪和自动节流管汇上的传感器，综合录井仪采集所述录井信息并发送给井场数据采集卡或中间件，并由井场数据采集卡或中间件上传到控制中心；自动节流管汇上的传感器采集进口回压，节流阀开度信息发送给数据控制终端；

所述自动节流管汇由平板阀、节流阀、控制器与监测仪表组成；其通过节流回压控制系统控制节流阀开度或平板阀的启闭来分别控制井口回压或返出流体的循环路径，从而间接控制井底压力；

所述数据控制终端用于通过RS485串口线、GPRS网络、internet网接收来自云平台的远程井口回压控制指令，再根据自身软件系统编写的相应程序生成设备控制指令并发送给位于自动节流管汇上的节流阀；

所述井场数据采集卡或中间件将综合录井仪采集的录井信息上传至控制中心，通过控制中心上传至云服务器，供云服务器做分析计算；

所述控制器与井场数据采集卡或中间件连接，井场数据采集卡或中间件与井场传感器连接，井场传感器与自动节流管汇连接，自动节流管汇与数据控制终端连接，数据控制终端分别与控制器以及云平台连接。

7.根据权利要求6所述的控压钻井远程节流回压控制系统，其特征在于，数据控制终端通过RS485串口线、GPRS模块和internet网络或企业内部局域网连接与云平台连接。

8.根据权利要求5所述的控压钻井远程节流回压控制系统，其特征在于，所述云平台包括云管理系统，所述云管理系统包括：云服务器、云存储系统；所述云服务器承担井场上传的用户信息和井口回压数据的分析、计算、处理任务，并向终端以及客户端下发对应控制指令，同时将原数据和处理后的数据上传至云存储系统；

所诉云存储系统存储节流回压控制系统的所有数据，为后期海量数据的挖掘、分析做准备；

所诉云管理系统对整个系统的硬件和软件进行实时监测管理，实现资源的的合理分配，让整个云平台更可靠、更稳定、更安全。

9.根据权利要求5所述的控压钻井远程节流回压控制系统，其特征在于，所述控制中心通过交换机与客户端连接。

10.根据权利要求4-9任一所述的控压钻井远程节流回压控制系统，其特征在于，在节流回压控制系统与云平台之间、云平台与控制中心之间、控制中心与客户端之间均连接有硬件防火墙。