CN114526025A - 一种远程智能主动钻井压力控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程智能主动钻井压力控制系统及方法，系统包括钻井泵、旋转防喷器（1）、地面简易节流控制管汇、井口回压补偿管汇（12）、分级加注装置、井下存储式压力测量装置（91）、地面多参数在线监测系统、钻井水力学计算系统（30）、控压钻井智能控制平台（87）和远程监测及控制系统（88）。本发明提出了“堵控结合”的井筒压力控制思路，通过随钻循环堵漏，提高地层的抗压能力，实现了井筒压力的主动控制，有效地拓宽了地层的“钻井安全密度窗口”，降低了对井筒压力控制装备压力控制精度的要求，解决了常规控压钻井技术无法应对地层“钻井安全密度窗口”极窄甚至为零的情况，拓宽了控压钻井技术的应用范围。

Description

一种远程智能主动钻井压力控制系统及方法

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探开发的钻井领域，具体涉及一种远程智能主动钻井压力控制方法及系统。

背景技术

随着油气勘探开发工作的不断深入，勘探开发领域正逐渐转向深层、深水和非常规等复杂地层。一般复杂地层的“安全密度窗口”较窄，应用常规钻探技术时易出现井涌、井漏、卡钻等一系列钻井复杂问题，井筒流动安全控制问题突出，已成为严重影响和制约复杂地层油气勘探开发的技术瓶颈。

控压钻井技术（MPD）是近年来发展起来的一项钻井新技术，其核心是通过相应的装备系统实时调控井口回压，从而间接控制井底压力，使其一直处于“钻井安全密度窗口”内，可有效预防和控制井漏和溢流，避免井下复杂，大幅度降低非常生产时间。控压钻井技术已经成为当前解决复杂地层钻井井筒压力控制难题最有效的技术手段。控压钻井技术自问世以来，经过多年的发展，技术体系日趋完善，井筒压力的控制精度也持续提高，发展出的精细控压钻井系统井底压力控制精度可达±0.35MPa，已经成为了一项安全高效钻井的钻井装备新利器，相关装备也已实现国产化。

目前，精细控压钻井技术已在现场得到了规模化应用，取得了很好的应用成效，但现有的精细控压钻井技术还存在如下问题：

一、现有精细控压钻井系统只能根据地层的“钻井安全密度窗口”被动地调整井底压力，其装备的井底压力调控精度最高±0.35MPa，已经达到极致，很难再进一步提高。当钻井作业钻遇多压力层系时，地层的“钻井安全密度窗口”可能低于0.35MPa，甚至出现“零安全密度窗口”的情况。其次，当钻水平井时，水平井段过长也会出现地层“钻井安全密度窗口”过窄甚至为零的情况，极易出现上喷下漏等井下复杂，这是影响水平井钻井水平段延伸能力的重要因素。此时，安全钻井对井底压力的调控要求已经超过了精细控压钻井系统的调控极限，即使应用最先进的精细控压钻井系统也难以克服井漏、溢流等井下复杂工况。现有精细控压钻井系统“被动式”的压力调控模式严重限制了其应用和推广，是其技术的一大缺陷。

二、现有精细控压钻井系统主要包括旋转防喷器、地面自动节流管汇、回压补偿装置、井下随钻压力测试系统（PWD）、地面控制软件等组成，如图1 所示。地面节流控制系统由各种闸板阀、液控节流阀、主节流管汇、辅助节流管汇、科里奥利流量计、压力传感器、液控节流控制操作台和控制箱等组成。回压补偿装置由电动三缸柱塞泵、交流电机、上水管线、排水管线及科里奥利流量计等组成。地面自动节流管汇和回压补偿装置结构复杂，整体采用撬装结构，再加上配套的数控房等，整套精细控压钻井系统相当庞大，设备占用面积大，且整套装备不能分为独立单元单独应用，必须整套设备上井场，这对井场大小提出了较为严苛的要求，严重限制了精细控压钻井技术在海洋钻井、山地钻井等场景的推广应用。

三、精细控压钻井系统为了实现井底压力控制精度的极致追求，标配了井下压力随钻测试系统（PWD）、科里奥利流量计、专用的回压补偿装置等价格昂贵的设备，客观上显著提高了压力控制的精度，提高了控压钻井技术应对井筒压力的控制能力，但也造成控压钻井技术的整体作业费用高昂，难以满足低油价新常态下钻井作业极致追求降本增效的需要，限制了其推广应用。

四、现有精细控压钻井系统在停止循环时依靠专用的回压补偿装置施加回压。回压补偿装置的排量较小，不能满足恶性井漏、长时间起钻过程中的灌浆需求，且回压补偿装置的上水效率不高，致使出口流量不稳定，难以精确控制井口回压，现场作业中需要频繁启动，也会引起变频器和控制系统易出故障。此外，回压补偿装置的电机额定功率较大，需要井队提供一台400千瓦的发电机专用供电，有些井队并不一定能够满足，需要另外配备。

五、精细控压钻井的自动节流管汇的阀位控制采用液动控制模式，进口的液动控制系统成本高，单只阀件的费用高达一百多万元，不利于推广应用；国产液动控制系统响应速度慢，压力控制波动大，距离精细控压的要求尚存在一定的距离。

六、当前的精细控压钻井系统只能依据随钻测量的工程参数进行被动控制，未结合工程地质研究资料等进行闭环控制，且高度依赖作业人员不定时输入数据及命令，对现场作业人员的素质要求较高，无法进行智能控制，可能因作业人员误操作或输入不合适的指令而导致控压效果欠佳。此外，当前的精细控压钻井系统普遍不具备远程控制功能，部分搭建了远程单元，但多局限于远程监控，但不具备远程控制能力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一套远程智能主动钻井压力控制方法及系统。本发明可以随钻调控地层“钻井安全密度窗口”，实现主动式的井筒压力控制。本发明还可以解决当前精细控压钻井占地多的问题，大幅度降低控压钻井的作业成本，有利于控压钻井技术的推广应用。本发明还可以克服回压补偿装置不满足长时间灌浆、故障多发、出口流量不稳定，以及需要配备专用发电机的问题。本发明还可以克服地面自动节流控制系统液动控制系统成本高、响应速度慢、压力控制波动大的问题，可以实现钻井井筒压力的智能远程闭环控制。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种远程智能主动钻井压力控制系统，包括钻井泵、旋转防喷器、地面简易节流控制管汇、井口回压补偿管汇、分级加注装置、井下存储式压力测量装置、地面多参数在线监测系统、钻井水力学计算系统、控压钻井智能控制平台和远程监测及控制系统。

地面多参数在线监测系统包括录井数据中心、数据整合与处理系统，以及通过无线局域网分别与数据整合与处理系统连接的立压传感器P₁、压力控制管汇压力传感器P₂、压力控制管汇压力传感器P₃、压力控制管汇压力传感器P₄、压力控制管汇压力传感器P₅、压力控制管汇压力传感器P₆、压力控制管汇压力传感器P₇、压力控制管汇压力传感器P₈、套压传感器P₉、气液分离器排气管压力传感器P₁₀、钻井液入口流量计F₁、钻井液出口流量计F₅、气液分离器出液管流量计F₄、压力控制管汇流量计F₂和压力控制管汇流量计F₃、气液分离器排气管气体流量计F₆、加注罐流量计F₇、泥浆返出支路钻井液流变性监测装置R₁、气液分离器出液管钻井液流变性监测装置R₂、气液分离器排气管气体组分监测装置；录井数据中心通过通信端口与数据整合与处理系统连接；控压钻井智能控制平台与远程监测及控制系统连接；数据整合与处理系统通过通信网络设备分别与远程监测及控制系统、钻井水力学计算系统和控压钻井智能控制平台相连接；井下存储式压力测量装置用于测量并存储井下温度和压力，安装在钻头上部钻铤内。

地面简易节流控制管汇包括：电控节流阀、闸板阀和节流导流管汇系统；电控节流阀和闸板阀分别安装在节流导流管汇系统中；闸板阀包括手动闸板阀SV₃、手动闸板阀SV₈、手动闸板阀SV₉、手动闸板阀SV₁₀、手动闸板阀SV₁₂、手动闸板阀SV₁₃、手动闸板阀SV₁₅；电控节流阀包括电控节流阀V₁、电控节流阀V₂和电控节流阀V3；数据整合与处理系统分别与电控节流阀V₁、电控节流阀V₂和电控节流阀V₃连接；节流导流管汇系统包括Ⅰ、支路Ⅱ、支路Ⅲ、支路Ⅳ和支路Ⅴ；支路Ⅰ、支路Ⅱ和支路Ⅲ通过三通T₆连接；支路Ⅳ通过三通T₇与支路Ⅱ连接；支路Ⅴ通过三通T₅与支路Ⅲ连接；

支路Ⅰ上安装有流量计F₃、手动闸板阀SV₁₅和压力控制管汇压力传感器P₈；手动闸板阀SV₁₅通过三通T₈与井控节流管汇相连接；数据整合与处理系统分别与流量计F₃和压力控制管汇压力传感器P₈连接；

支路Ⅱ上安装有电控节流阀V₂、压力控制管汇流量计F₂、手动闸板阀SV₁₃、压力控制管汇压力传感器P₄和压力控制管汇压力传感器P₅；手动闸板阀SV₁₃与三通T₇相连接；压力控制管汇压力传感器P₄和压力控制管汇压力传感器P₅分别安装在电控节流阀V₂的两端；数据整合与处理系统分别与电控节流阀V₂和压力控制管汇流量计F₂连接；

支路Ⅲ上安装有电控节流阀V₁和手动闸板阀SV₉；电控节流阀V₁的两端分别有安装压力控制管汇压力传感器P₆和压力控制管汇压力传感器P₇；数据整合与处理系统分别与电控节流阀V₁、压力控制管汇压力传感器P₆和压力控制管汇压力传感器P₇连接；

支路Ⅳ安装有手动闸板阀SV₃、手动闸板阀SV₁₂、电控节流阀V₃、压力控制管汇压力传感器P₂和压力控制管汇压力传感器P₃；手动闸板阀SV₃通过三通T₄与井控节流管汇相连接；压力控制管汇压力传感器P₂和压力控制管汇压力传感器P₃分别安装在电控节流阀V₃的两端；数据整合与处理系统分别与电控节流阀V₃、压力控制管汇压力传感器P₂和压力控制管汇压力传感器P₃连接；

支路Ⅴ安装有手动闸板阀SV₈和手动闸板阀SV₁₀；手动闸板阀SV₁₀通过四通SC₄与气液分离器相连接。

井口回压补偿管汇包括：井队泥浆泵、回压导流管汇和手动闸板阀SV₁₁；回压导流管汇包括通过四通SC₁与井队泥浆泵相连的支路Ⅵ和连接四通SC₁和三通T₇的支路Ⅶ；支路Ⅶ上安装有手动闸板阀SV₁₁，手动闸板阀SV₁₁通过三通T₇与地面简易节流控制管汇的支路Ⅱ、支路Ⅲ和支路Ⅴ依次相连接；支路Ⅴ通过四通SC₄与振动筛相连，或通过四通SC₄，经气液分离器与振动筛相连。

分级加注装置包括吸浆泵、加注罐、加料机、搅拌机、加注罐电控节流阀V₄、加料控制系统、加注罐流量计F₇、吸浆管线、注浆管线；加注罐安装在泥浆罐上，通过吸浆管线与泥浆罐相连接；加注罐通注浆管线与井队泥浆泵上的水管线相连接；吸浆泵安装在吸浆管线上；加注罐电控节流阀V₄与加注罐流量计F₇分别安装在注浆管线上；搅拌机、加料机及加料控制系统分别安装在加注罐上；加料控制系统分别与搅拌机、加料机、吸浆泵相连接，并通过通信设备与控压钻井智能控制平台相连接。

钻井水力学计算系统包括稳态计算模块和瞬态计算模块；稳态计算模块用于根据预设稳态计算路径对环空及钻柱内的钻井液单相流体或气液两相流体进行稳态计算，获得预设稳态路径上的稳态钻井参数；稳态计算模块用于根据预设瞬态计算路径对环空及钻柱内的气液两相流体进行瞬态计算，获得预设瞬态路径上的瞬态钻井参数。

控压钻井智能控制平台包括：控压钻井智能控制终端、节流控制柜、回压补偿控制柜和钻井服务器；控压钻井智能控制终端分别与节流控制柜、回压补偿控制柜相连接；节流控制柜分别与地面简易节流控制管汇上安装的电控节流阀V₁、电控节流阀V₂、电控节流阀V₃和井控节流管汇上的液控节流阀相连接；回压补偿控制柜分别与井口回压补偿管汇相连接安装的电控节流阀V₁、电控节流阀V₂相连接；控压钻井智能控制终端和钻井服务器连接；控压钻井智能控制终端包括智能控制模块和人为控制模块；智能控制模块用于通过机器学习智能算法对地面多参数在线监测系统采集的钻井数据进行学习训练生成控压钻井多工况条件下的压力调控指令样本库，根据在线监测数据进行智能控压；人为控制模块用于根据控压钻井工作人员的指控指令对钻井井筒压力进行智能远程闭环控制。

远程监测及控制系统包括：远程监测中心、数据中心、专家工作站、控制中心和监测服务器；远程监测中心通过通讯网络设备与控压钻井智能控制系统相连接；数据中心分别与远程监测中心、专家工作站和监测服务器连接；专家工作站与控制中心连接；控制中心与控压钻井智能控制终端相连接；数据中心，用于存储所有监控的数据，并存储有已钻井的所有数据，以及训练控压钻井智能控制终端的机器学习智能算法；专家工作站安装有工程计算分析软件用于将专家意见及指令通过控制中心直接传递至控压钻井智能控制终端。

一种远程智能主动钻井压力控制方法，利用上述一种远程智能主动钻井压力控制系统实现，方法包括以下步骤：

步骤S1：钻前将钻井参数及工程技术数据预先输入至控压钻井智能控制系统；

钻井参数包括井别、井型、井深、井身结构、井眼轨迹、排量、钻压、转速、地层岩性、钻井液密度及粘度，以及储层参数等，预先输入数据来源于钻井工程设计。所述的工程计算数据包括地层三压力剖面（孔隙压力、坍塌压力、漏失压力）、裂缝参数（发育程度、裂缝密度、裂缝宽度等）、堵漏参数等，预先输入数据来源于钻井工程设计或/和工程计算分析软件（Petrel、Landmark等），并不限于此。

步骤S2：进入控压钻井施工作业，开启地面多参数实时监测，进入智能识别作业模式：先打开手动闸板阀SV₁、手动闸板阀SV₂、手动闸板阀SV₃、手动闸板阀SV₁₅、手动闸板阀SV₁₀，关闭手动闸板阀SV₆、手动闸板阀SV₁₁、手动闸板阀SV₁₆和手动闸板阀SV₂₆进入控压模式，开启地面多参数在线监测系统、地面多参数在线监测系统，控压钻井智能控制系统和远程监测及控制系统；地面多参数在线监测系统开始实时采集监测数据，钻井水力学计算系统实时计算井底压力，控压钻井智能控制系统基于采集的井深、打钩载荷、钻压、转速、立压、套压、钻井液出入口密度及流量和气测值监测数据进行识别，实时判断钻井的作业模式，并辅以人工确认。

钻井作业模式可分为正常钻进模式、接单根模式、起下钻模式，以及复杂工况模式。所述的复杂工况模式包括井漏模式、溢漏及井涌模式。

S3：开展随钻堵漏作业，拓展地层的“钻井安全密度窗口”：

钻井作业遇易漏地层前，在泵入的钻井液内添加随钻防漏堵漏剂，增强地层承压能力，提高地层漏失压力，预防井漏，拓展地层的“钻进安全密度窗口”，所述防漏堵漏剂的选取及配比需根据易漏地层的漏失类型及相应的裂缝参数等来确定，相关参数由远程监测及控制系统中的专家工作站安装的工程计算分析软件在控压钻进前分析计算得到，并由控压钻井智能控制终端随钻自动给出。

进一步地，当发生井漏时，开展多段塞分级堵漏作业，高效封堵地层，形成致密、高强度的封堵带，提高地层漏失压力，拓展地层的“钻进安全密度窗口”。

多段塞分级堵漏作业的原理是：根据地层裂缝特征等，将堵漏浆根据堵漏材料的粒径进行分级，然后分批次注入井筒，使得堵漏材料分级、有序地进入地层裂缝，形成致密的有效封堵层。

多段塞分级堵漏作业中，首先注入的大颗粒堵漏材料在裂缝的吼道位置形成架桥，依次注入的第二级封堵材料进行充填，最后注入的三级堵漏材料进行补充，形成致密封堵层。

防漏堵漏剂及多段塞分级堵漏液的配置及泵注由控压钻井智能控制终端控制分级加注装置自动配置及泵送。

步骤S4：不同作业模式下，智能调控井筒压力：

地面简易节流控制管汇与井控节流管汇处于并联模式下：

正常钻进模式下：钻井液经旋转防喷器侧出口返出，依次通过地面简易节流控制管汇的支路Ⅳ、支路Ⅱ、支路Ⅲ和支路Ⅴ，经过四通SC₄进入气液分离器后，经振动筛固控后返回泥浆罐，电控节流阀V₂和电控节流阀V₃全开，调控电控节流阀V₁的开度，并以预设控压值电控节流阀V₁的开度，保持控压钻进；

接单根模式下：打开手动闸板阀SV₁₁，关闭手动闸板阀SV₂₈，开启回压补偿管汇上的流动通道，钻井液经四通SC₁进入回压补偿管汇，依次通过回压导流管汇的支路Ⅵ、支路Ⅶ、支路Ⅱ、支路Ⅲ和支路Ⅴ，然后通过四通SC₄进入气液分离器，经振动筛固控后返回泥浆罐，与预设回压补偿值为基准调控电控节流阀V₁、电控节流阀V₂和电控节流阀V₃的开度节流控压以进行回压补偿；预设回压补偿值为高精度钻井水力学计算系统计算得到的环空循环压耗，接单根作业结束后，关闭手动闸板阀SV₁₁，打开手动闸板阀SV₂₈，恢复正常钻进；

起下钻模式下：关闭井队泥浆泵，远程智能主动钻井压力控制系统始终开机工作，通过地面多参数在线监测系统实时监控环空钻井液液面，若液面异常，则开启井队泥浆泵，根据液面异常情况执行灌浆或回压补偿操作；

井漏模式下：调控电控节流阀V₁的开度，逐级降低井口控压值，并实时监控漏失情况，若电控节流阀V₁已处于全开状态，井口回压已降至零依然存在井漏时，控压钻井智能控制系统智能调控钻井液的排量，直至井漏不再发生；若排量已降低至井眼净化所需的最低排量依然存在井漏时，则控压钻井智能控制系统自动给出降低钻井液排量或开展堵漏作业的提示，并给出堵漏方案及主要的堵漏参数推荐方案，经人工确认后开展多段塞分级堵漏作业；

若发生失返性漏失等需要开展灌浆作业时，关闭井队泥浆泵、手动闸板阀SV₂₈，打开手动闸板阀SV₁₁，随后开启井队泥浆泵，调控电控节流阀V₁和电控节流阀V₃的开度进行灌浆作业，地面多参数在线监测系统实时监控钻井液液面，待灌浆量满足灌浆作业要求时，关闭井队泥浆泵、手动闸板阀SV₁₁，打开手动闸板阀SV₂₈，将钻井液的流动通道恢复至正常钻进模式；

溢流及井涌模式下：减小电控节流阀V₁、电控节流阀V₂、电控节流阀V₃的开度，逐级增加井口回压值，控制井底压力，并实时监控溢流及井涌情况，直至溢流或井涌消失，恢复正常钻进状态；若井口回压已升至控压钻井标准规定的最大井口压力，则控压钻井智能控制系统给出结束控压钻井作业转常规井控流程的提示，由现场钻井工程师最终决定下步作业；若确定结束控压钻井作业，则开启液控节流阀，关闭手动闸板阀SV₂₃。

节流控压和回压补偿作业过程中还包括：通过调整电控节流阀V₁的开度进行单级节流，或调整电控节流阀V₁、电控节流阀V₂和电控节流阀V₃的开度进行多级节流；控压钻井智能控制系统以单级节流优先，单级节流产生的节流压降接近电控节流阀V₁的允许最大节流压降时，自动开启多级节流。

地面简易节流控制管汇与井控节流管汇处于并联模式下，不同钻井作业模式下钻井液的流动通道及井口压力传递通道不同，进行节流控制、回压补偿及灌浆作业时的操作也存在不同，主要体现在对电控节流阀及液控节流阀的调控上。起下钻模式下，操作流程与并联时保持一致，正常钻进模式、井漏模式、溢流及井涌模式下，压力控制通过调控电控节流阀V₁和液控节流阀的开度来实现，接单根模式及失返性井漏灌浆作业时，压力控制通过调控电控节流阀V₁、电控节流阀V₂和液控节流阀的开度来实现。

节流控压及回压补偿作业的预设控压值及回压补偿值均由高精度钻井水力学计算系统和控压钻井智能控制系统给出，电控节流阀、井队泥浆泵的开闭及开度调节也有控压钻井智能控制系统控制。

上述步骤S3为非必选项，对于无井漏、无井涌及溢流等正常钻钻进情况，可以选择不开展此操作。

多段塞分级堵漏作业的具体施工流程如下：

步骤1：控压钻井智能控制系统控制开启吸入泵在加注罐内泵入设定体积泥浆罐中的钻井液，并根据筛选出的堵漏配方对堵漏浆进行分级，先加入一级大颗粒弹性和刚性混合材料，并搅拌均匀，根据加注罐内的钻井液量和堵漏材料的加量，自动计算加注罐内堵漏浆的浓度；设定体积占加注罐体积的二分之一到三分之二。

步骤2：待加注罐内的堵漏浆调配好后，开启井队泥浆泵，泵的排量由控压钻井智能控制系统给出；

步骤3：控压钻井智能控制系统控制加注罐电控节流阀V₄的开度，调节一级堵漏浆的注入流量，以控制注入井筒内的堵漏浆浓度；

步骤4：一级堵漏浆泵注完毕后关闭井队泥浆泵，重复步骤1、2、3的操作，依次完成二、三级堵漏材料的加注及泵入；

步骤5：完成所有级次堵漏浆泵注作业后，关闭加注罐电控节流阀V₄，继续泵注钻井液进行替浆挤堵；

各级堵漏浆的配方均需提前存储于钻井智能控制系统，并由其根据监测到的漏失量进行自动筛选；堵漏浆配方也可由现场工程师进行人工筛选。

本发明的有益效果：

1、本发明提出了“堵控结合”的井筒压力控制思路，通过随钻循环堵漏，提高地层的抗压能力，实现了井筒压力的主动控制，有效地拓宽了地层的“钻井安全密度窗口”，降低了对井筒压力控制装备压力控制精度的要求，解决了常规控压钻井技术无法应对地层“钻井安全密度窗口”极窄甚至为零的情况，拓宽了控压钻井技术的应用范围。

2、利用地面简易节流控制管汇和回压补偿管汇取代精细控压钻井系统的地面自动节流控制系统和回压补偿装置，结构简单，不存在撬装装置，设备占用面积小，且安装灵活，解决了常规控压钻井系统难以山地钻井、海洋钻井等井场空间有限场景应用的难题。

3、本发明没有井下压力随钻测试系统（PWD）、科里奥利流量计、专用回压补偿装置，井下存储式压力测量装置为可选项，大幅度降低了控压钻井系统的成本。

4、利用堵漏材料自动加注装置实现了堵漏材料的自动加料及配浆。

5、利用井队泥浆泵配合回压补偿管汇取代了专用回压补偿装置，避免了其排量小、上水效率低及易出故障等问题，可满足恶性井漏及长时间起钻时的灌浆需求，出口流量更稳定，更易精确控制井口回压。

6、采用电控节流阀代替液控或气控节流阀，控制系统的响应速度更快，压力控制更加平顺。

7、利用地面多参数在线监测系统实现了钻井工程参数及流体等多参数的在线监测及钻井安全风险实时智能识别，使井筒压力控制更具前瞻性。

8、本发明的控压钻井系统具有远程控制功能，并融合钻井地质工程研究资料和实时在线监测，实现了闭环智能控制，降低了作业人员误操作带来的作业风险。

附图说明

图1为现有精细控压钻井系统的工作原理示意图；

图2为本发明远程智能主动钻井压力控制系统的结构示意图；

图3为井控节流管汇的结构示意图；

图4为本发明节流导流管汇系统的结构示意图；

图5为本发明回压导流管汇的结构示意图；

图6为本发明堵漏材料自动加注装置结构示意图；

图7为本发明地面简易节流控制管汇与井控节流管汇处于并联连接时，钻井液的流动路径示意图；

图8为本发明地面简易节流控制管汇与井控节流管汇处于串联连接时，钻井液的流动路径示意图；

图9为本发明地面简易节流控制管汇与井控节流管汇处于并联状态下回压补偿管汇钻井液的流动路径及补偿回压传递路径示意图；

图10为本发明地面简易节流控制管汇与井控节流管汇处于串联状态下回压补偿管汇钻井液的流动路径及补偿回压传递路径；

图11为本发明控压钻井智能控制系统的构成图；

图12为利用本发明与常规压力控制技术及精细控压钻井技术进行井筒压力控制的工作原理对比示意图。

附图标号说明：1、旋转防喷器，2、环形防喷器，3、双闸板防喷器，4、单闸板防喷器，5、井壁，6、钻柱，7、井下压力随钻测试系统（PWD），8、钻头，9、压井管汇，10、井队泥浆泵，11、水龙带，12、井口回压补偿管汇，13、过滤器组，14、燃烧池，15、气液分离器，16、井控节流管汇，17、泥浆池，18、泥浆罐，19、振动筛，20、三通T₁，21、手动闸板阀SV₁，22、手动闸板阀SV₂，23、手动闸板阀SV₃，24、三通T₂，25、三通T₃，26、三通T₄，27、自动节流控制系统，28、气液分离器排气管，29、精细控压自动控制系统，30、钻井水力学计算系统，31、手动闸板阀SV₄，32、手动闸板阀SV₅，33、泥浆返出支路，34、手动闸板阀SV₆，35、手动闸板阀SV₇，36、四通SC₄，37、三通T₅，38、手动闸板阀SV₈，39、电控节流阀V₁，40、电控节流阀V₂，41、电控节流阀V₃，42、四通SC₁，43、钻井液入口流量计F₁，44、立压传感器P₁，45、压力控制管汇压力传感器P₂，46、压力控制管汇压力传感器P₃，47、压力控制管汇压力传感器P₄，48、压力控制管汇压力传感器P₅，49、压力控制管汇压力传感器P₆，50、压力控制管汇压力传感器P₇，51、压力控制管汇压力传感器P₈，52、套压传感器P₉，53、压力控制管汇流量计F₂，54、三通T₆，55、手动闸板阀SV₉，56、手动闸板阀SV₁₀，57、气液分离器排气管气体流量计F₆，58、气液分离器排气管气体组分监测装置，59、钻井液出口流量计F₅，60、气液分离器出液管流量计F₄，61、压力控制管汇流量计F₃，62、堵漏材料自动加注装置，63、三通T₇，64、手动闸板阀SV₁₁，65、手动闸板阀SV₁₂，66、手动闸板阀SV₁₃，67、液控节流阀，68、手动节流阀J₁，69、手动闸板阀SV₁₄，70、手动闸板阀SV₁₅，71、三通T₈，72、手动闸板阀SV₁₆，73、四通SC₂，74、三通T₉，75、手动闸板阀SV₁₇，76、手动闸板阀SV₁₈，77、手动闸板阀SV₁₉，78、手动闸板阀SV₂₀，79、手动闸板阀SV₂₁，80、手动闸板阀SV₂₂，81、手动闸板阀SV₂₃，82、四通SC₃，83、手动闸板阀SV₂₄，84、手动闸板阀SV₂₅，85、录井数据中心，86、数据整合与处理系统，87、控压钻井智能控制平台，88、远程监测及控制系统，89、气液分离器出液管钻井液流变性监测装置R₂，90、泥浆返出支路钻井液流变性监测装置R₁，91、井下存储式压力测量装置，92、气液分离器排气管压力传感器P₁₀，93、手动闸板阀SV₂₆，94、手动闸板阀SV₂₇，95、手动闸板阀SV₂₈，96、加料机，97、加注罐，98、吸浆泵，99、搅拌机，100、加注罐电控节流阀V₄，101、加注罐流量计F₇、102、加料控制系统，103、注浆管线，104、吸浆管线。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案精选以下详细说明。显然，所描述的实施案例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，不能理解为对本发明可实施范围的限定。基于本发明的实施例，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其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1：

图2示意性地显示了本发明的一个实施例的一种远程智能主动钻井压力控制系统。

如图2所示，本实施例所述的一种远程智能主动钻井压力控制系统，包括地面多参数在线监测系统、旋转防喷器1、地面简易节流控制管汇、井口回压补偿管汇、分级加注装置62、井下存储式压力测量装置91、钻井水力学计算系统30、控压钻井智能控制平台87、远程监测及控制系统88。

所述的远程智能主动钻井压力控制系统不单独配备气液分离器，使用井队标配的气液分离器15。

所述的地面多参数在线监测系统包括：立压传感器P₁ 44、压力控制管汇压力传感器P₂ 45、压力控制管汇压力传感器P₃ 46、压力控制管汇压力传感器P₄ 47、压力控制管汇压力传感器P₅ 48、压力控制管汇压力传感器P₆ 49、压力控制管汇压力传感器P₇ 50、压力控制管汇压力传感器P₈51、套压传感器P₉ 52、气液分离器排气管压力传感器P₁₀ 92、钻井液入口流量计F₁ 43、钻井液出口流量计F₅ 59、气液分离器出液管流量计F₄ 60、压力控制管汇流量计F2 53和F₃ 61、气液分离器排气管气体流量计F₆ 57、泥浆返出支路钻井液流变性监测装置R₁ 90、气液分离器出液管钻井液流变性监测装置R₂ 89、气液分离器排气管气体组分监测装置58、数据整合与处理系统86。

所述的地面多参数在线监测系统包括综合录井系统和钻机本身自带的数据采集监控系统，数据来源于录井数据中心85。

所述的地面多参数在线监测系统中，压力传感器的个数为10个；流量计的个数为6个，其中液相流量计5个，气相流量计1个；气相组分监测装置的个数为至少1个；钻井液流变性监测装置的个数为至少1个。

所述的地面多参数在线监测系统中压力传感器、流量计、钻井液流变性监测装置并非需要全部配置，可根据现场具体的作业模式按要求进行选配，也可全部配置，根据需要采集相应的必须参数。

所述的气液分离器排气管气体组分监测装置58需至少能测量硫化氢、甲烷、二氧化碳三种气体的组分及含量。

所述的地面多参数在线监测系统中各参数采集传感器的采样频率保持一致，且根据现场综合录井系统的数据采样频率进行调整。

所述的压力传感器、流量计、组分分析装置、钻井液流变性监测装置等测试的数据通过无线局域网和数据整合与处理系统86相连接，每个监测传感器上均安装一个无线信号发射模块，数据整合与处理系统86上安装由无线信号接收模块。

所述的地面多参数在线监测系统数据整合与处理中心安装有数据整合软件，可实现在线监测数据、录井数据等多源大容量数据的预处理、存储及统一平台显示。

所述的数据整合与处理系统86设有连接录井系统的端口，并通过通信网络设备和远程监测及控制系统88相连接。所述的地面多参数在线监测系统各监测设备的采样频率与录井系统的采样频率保持一致。所述的数据整合与处理系统86与钻井水力学计算系统30和控压钻井智能控制平台87相连接。

所述的数据整合与处理系统86与录井数据中心85、本发明所有在线监测传感器、控压钻井智能控制中心87、远程监测及控制系统88的无线通讯连接方式采用TCP/IP、OPC或MODBUS通讯协议中的任意一种，数据格式符合井场数据传输规范格式。

所述的地面多参数在线监测系统可以为油气钻井井筒压力的远程智能主动控制提供核心的基础数据。

如图3和图4所示，本实施例所述的地面简易节流控制管汇包括节流导流管汇系统、电控节流阀、闸板阀。所述的节流导流管汇系统包括：通过三通T₆ 54连接的支路Ⅰ、支路Ⅱ、支路Ⅲ、通过三通T₇ 63与支路Ⅱ相连接的支路Ⅳ，和通过三通T₄ 37与四通SC₄ 36相连接的支路Ⅴ。

支路Ⅰ上安装有压力控制管汇流量计F₃61、手动闸板阀SV₁₅ 70、压力控制管汇压力传感器P8 51，并通过三通T₈ 71与井控节流管汇16相连接；支路Ⅱ上安装有电控节流阀V₂40、压力控制管汇流量计F253、手动闸板阀SV₁₃ 66、压力控制管汇压力传感器P₄47、压力控制管汇压力传感器P₅48，并与三通T₇ 63相连接；支路Ⅲ上安装有电控节流阀V₁ 39、手动闸板阀SV₉ 55、压力控制管汇压力传感器P₆ 49、压力控制管汇压力传感器P₇ 50；支路Ⅳ安装有手动闸板阀SV₃ 23和SV₁₂ 65、电控节流阀V₃ 41、压力控制管汇压力传感器P₂ 46和P₃ 47，通过三通T₄ 26与井控节流管汇16相连接；支路Ⅴ上安装由手动闸板阀SV₈ 38和手动闸板阀SV₁₀ 56，经四通SC₄与井队气液分离器15相连接。

所述的3个电控节流阀两侧均安装有2个压力传感器，用以测量电控节流阀的节流压降，电控节流阀与控压钻井智能控制平台相连接，可实现快速调控开度，并可通过节流压降自适应调控开度。

本发明所述的地面简易节流控制管汇用于取代精细控压钻井系统的地面自动节流控制系统27，其与井控节流管汇16存在并联和串联两种工作模式，可通过打开和关闭手动闸板阀SV₃ 23、液控节流阀67、手动闸板阀SV₁₅ 70进行切换。

打开手动闸板阀SV₃ 23、手动闸板阀SV₁₅ 70，关闭液控节流阀67，地面简易节流控制管汇即与井控节流管汇16处于并联状态。在并联模式下，井控节流管汇16处于关闭状态，利用本发明所述的地面简易节流控制管汇进行节流控压。此时，地面简易节流控制管汇中具有效节流作用的是支路Ⅱ、支路Ⅲ、支路Ⅳ和支路Ⅴ，支路Ⅰ是封闭的支路，不存在钻井液流动，不起节流作用。

所述地面简易节流控制管汇上的手动闸板阀SV₈ 38、SV₉ 55、SV₁₂ 65、SV₁₃ 66处于常开状态，电控节流阀V₁ 39、V₂ 40、V₃ 41在非控压情况下也均处于全开状态。井控节流管汇上的手动闸板阀SV₁₄ 69、SV₁₉ 77、SV₂₀ 78、SV₂₁ 79处于常开状态，手动闸板阀SV₁₇ 75、SV₁₈ 76、SV₂₂ 80、SV₂₃ 81、SV₂₄ 83、SV₂₅ 84处于常闭状态。

当所述的地面简易节流控制管汇与井控节流管汇16处于并联连接时，钻井液的流动路径如图7所示，具体路径是：钻井经选择防喷器1返出，通过手动闸板阀SV₁ 22、三通T₃ 25、手动闸板阀SV₁ 21、三通T₁ 20、三通T₄ 26进入地面简易节流控制管汇，并依次通过其支路Ⅳ、支路Ⅱ、支路Ⅲ、支路Ⅴ，经四通SC₄ 36进入气液分离器15，分离后的钻井液通过振动筛19，经固控后进入泥浆罐18。

在并联模式下，通过支路Ⅳ上的电控节流阀V₃ 41、支路上的电控节流阀V₂ 40和支路上的电控节流阀V₁ 39实现三级节流控压，3支电控节流阀的开度由控压钻井智能控制平台自动调控。

进一步地，关闭手动闸板阀SV₃ 23，打开手动闸板阀SV₁₅ 70、液控节流阀67，地面简易节流控制管汇即与井控节流管汇16处于串联状态。在串联模式下，地面简易节流控制管汇具有有效节流作用的是支路Ⅰ、支路Ⅲ和支路Ⅴ，支路Ⅱ和支路Ⅳ处于关闭状态，不存在钻井液流动，不起节流作用。

所述的地面简易节流控制管汇与井控节流管汇16处于串联连接时，钻井液的流动路径如图8所示，具体路径是：钻井液经选择防喷器1返出，通过手动闸板阀SV₁ 22、三通T₃ 25、手动闸板阀SV₁ 21、三通T₁ 20、三通T₄ 26、手动闸板阀SV₁₉ 77进入井控节流管汇16，并经井控节流管汇16的液控节流阀67、三通T₈ 71，进入地面简易节流控制管汇的支路Ⅰ，依次通过其支路Ⅲ和支路Ⅴ后，经四通SC₄ 36进入气液分离器15，分离后的钻井液通过振动筛19，经固控后进入泥浆罐18。

在串联模式下，通过支路上的电控节流阀V₁ 39实现单级级节流控压，也可同时控制井控节流管汇上的液控节流阀67进行双级节流控压。电控节流阀V₁ 39和液控节流阀67的开度由控压钻井智能控制平台自动调控。

本发明所述的地面简易节流控制管汇与现有技术的主要区别在于：现有精细控压钻井技术的地面自动节流控制系统27由各种闸阀、液控节流阀（≥3支）、主节流管汇、辅助节流管汇、科里奥利流量计、压力传感器、液控节流控制操作台、控制箱等组成，整体采用撬装结构，设备结构复杂、占用面积大，难以满足山地钻井、海洋钻井等井场空间受限场景的应用要求，且标配的液控节流阀、科里奥利流量计等部件价格昂贵，造成整套地面自动节流控制系统造价高昂。而本发明所述的地面简易节流控制管汇是一套由手动闸板阀、电控节流阀压力传感器、流量计和管路的组合结构，结构简单，安装灵活，不存在撬装装置，设备占用面积小。此外，本发明所述的地面简易节流控制管汇使用成本相对较低的3支电控节流阀取代液控节流阀，以常规液相流量计取代科里奥利流量计，设备造价整体上得到了大幅度降低。需要说明的是，尽管单支电控节流阀的最大工作压差低于液控节流阀，但地面简易节流控制管汇使用3支电控节流阀串联（并联模式下）或1支电控节流阀与井控节流管汇串联的形式实现多级节流控压，其整体的控压能力并不弱于现有技术的地面自动节流控制系统27，且电控节流阀的响应速度更快。

如图5所示，所述的井口回压补偿管汇包括泥浆泵、电控节流阀、回压导流管汇、手动闸板阀。所述的泥浆泵为井队泥浆泵10，无需专门配置回压泵，且更能满足灌浆时的排量要求。所述的回压导流管汇包括：通过四通SC₁ 42与泥浆泵10相连的支路Ⅵ，连接四通SC₁ 42和三通T₇ 63的支路Ⅶ，支路Ⅶ通过三通T₇ 63与地面简易节流控制管汇支路Ⅱ、支路Ⅲ和支路Ⅴ相连接，并通过四通SC₄ 36与振动筛19相连，或通过四通SC₄ 36，经气液分离器15与振动筛19相连。

对比图4和图5，所述的井口回压补偿管汇与地面简易节流控制管汇共用支路Ⅱ、支路Ⅲ、支路Ⅵ和支路Ⅴ。实质上，井口回压补偿系统只是在地面简易节流控制管汇上添加了连接泥浆泵10和三通T₇ 63的支路Ⅵ和支路Ⅶ，进一步简化了设备配置。所述的井口回压补偿系统包含的电控节流阀和压力传感器均在地面简易节流控制管汇上支路Ⅱ、支路Ⅲ和支路Ⅳ上已配置，无需另行配置，包括：电控节流阀V₁ 39、V₂ 40、V₃ 41，以及压力控制管汇压力传感器P₂ 46、P₃ 47、P₄ 47、P₅ 48、P₆ 49和P₇ 50。

在非回压补偿阶段，井口回压补偿管汇上的手动闸板阀SV₁₁ 64是处于关闭状态的。当需要进行回压补偿作业时，只需打开手动闸板阀SV₁₁ 64，关闭手动闸板阀SV₂₈ 95即可。地面简易节流控制管汇与井控节流管汇16所处的连接状态不同时，开启回压补偿作业时钻井液的流动路径相同，但回压的传递路径不同。

如图9和图10所示，当开启手动闸板阀SV₁₁ 64开启回压补偿作业时，钻井液的流动路径是：钻井液自泥浆泵10，经过四通SC₁ 42进入井口回压补偿管汇的支路Ⅶ，依次通过支路Ⅱ、支路Ⅲ和支路Ⅴ，经四通SC₄ 36进入气液分离器15，分离后的钻井液通过振动筛19，经固控后进入泥浆罐18。如图9所示，当地面简易节流控制管汇与井控节流管汇16处于并联状态时，回压补偿管汇产生的回压依次经过其支路Ⅳ、三通T₄ 26、T₁ 20、T₃ 25，沿管路经旋转防喷器1施加于井筒。如图10所示，当地面简易节流控制管汇与井控节流管汇16处于串联状态时，回压补偿管汇产生的回压依次经过其支路Ⅰ、三通T₉ 71、液控节流阀67、四通SC₃82、手动闸板阀SV₁₉ 77、三通T₄ 26、T₁ 20、T₃ 25，井旋转防喷器1施加于井筒。

所述的井口回压补偿管汇通过电控节流阀V₁ 39和V₂ 40来调控回压，所施加的回压值由压力传感器P₉ 52测量，电控节流阀的开度由智能控制软件自动给出。

本发明所述的井口回压补偿管汇与现有技术的主要区别在于：现有精细控压钻井技术的地面回压补偿装置12由电动三柱塞泵、交流电机、上水管线、排水管线、科里奥利流量计等组成，整体采用撬装结构，设备结构复杂、占用面积大，难以满足山地钻井、海洋钻井等井场空间受限场景的应用要求，且回压补偿装置的上水效率不高，致使出口流量不稳定，难以精确控制井口回压，现场作业中频繁启停，也会引起变频器和控制系统易出故障，此外，回压补偿装置的电机额定功率较大，需要井队配备400千瓦的发电机专用供电。而本发明所述的井口回压补偿管汇由井队泥浆泵10、电控节流阀、回压导流管汇、手动闸板阀等构成，回压导流管汇实质上只是在地面简易节流控制管汇上添加导流支路Ⅵ和支路Ⅶ，电控节流阀、流量计等均与地面简易节流控制管汇共用，通过手动闸板阀的开启和关闭改变钻井液的流动路径，通过电控节流阀智能调控进行回压补偿，不存在撬装装置，设备结构简单，成本低，占地小。此外，所述的井口回压补偿管汇利用井队泥浆泵10代替电动三柱塞泵，无需另行配置专用发电机，且从根本上解决了排量低、上水效率低、出口流量更稳定、易出故障等问题，能够满足大排量灌浆的需要。

如图6所示，本实施例所述的堵漏材料自动加注装置62包括吸浆泵98、加注罐97、加料机96、搅拌机99、加注罐电控节流阀V₄ 100、加料控制系统102、流量计F₇ 101、吸浆管线104和注浆管线103。如图6所示，所述的加注罐97安装在泥浆罐18上，通过吸浆管线104与泥浆罐18相连接，并通注浆管线103与泥浆泵上水管线相连接，吸浆泵98安装在吸浆管线104上，加注电控罐节流阀V₄ 100与流量计F₇ 101安装在注浆管线103上，搅拌机99、加料机96及加料控制系统102安装在加注罐97上。所述的加料控制系统102与搅拌机99、加料机96、吸浆泵98相连接，并与控压钻井智能控制平台87相连接，控压钻井智能控制平台87可自动控制搅拌机99、加料机96、吸浆泵98的开启、关闭及转速等运行参数。

所述的堵漏材料自动加注装置62可实现在控压钻井智能控制平台87的控制下配置堵漏浆并分级可控注入，其工作原理如下：

需要开展堵漏作业时，打开电控节流阀V₄ 100，吸浆泵98在控压钻井智能控制平台87的控制下，通过吸浆管线104将泥浆罐内的钻井液吸入加注罐97内，堵漏材料通过加料机96加入加注罐97，由搅拌机99混合均匀。加料机99能够在控压钻井智能控制平台87的控制下调控堵漏材料的加入速度，保证堵漏材料加入的均匀性和加注罐97内堵漏浆的浓度达到要求，采用加注罐流量计F₇ 101测量注浆管线的堵漏浆流量，通过调节加注罐电控节流阀V₄ 100的开度控制注入堵漏浆的流量，并配合调节泥浆泵的排量实现控制泵入井内堵漏浆的浓度。

所述的井下存储式压力测量装置91安装在钻头上部钻铤内，可测量并存储井下压力和温度数据，井下可存储式压力测量装置主要用于钻井水力学计算系统30所使用的的钻井水力学模型的校正，非必选项，可根据实际情况选择是否安装，推荐在单开次钻井的第一趟钻作业中予以安装实验，后续趟次可不安装。

所述的钻井水力学计算系统30分为钻井液单相和气液两相两个模块，以适应不同钻井流动条件的要求。所述的钻井水力学计算软件可满足直井、斜井、水平井、海洋钻井等不同类型油气井的需求。所述的钻井水力学计算软件可考虑钻井液密度、流变性等随温度压力的变化特性，适用于水基钻井液、油基钻井液以及水包油钻井液。所述的钻井水力学计算软件为稳态计算模型，计算速度快，可以在2s内完成一组完整的计算。所述的钻井水力学计算软件与地面多参数在线监测系统86和控压钻井智能控制平台87相连，根据地面在线监测系统86提供的监测数据实时计算井底压力，并实时传输至智能控制系统87，为其智能控制提供基础数据。软件稳态计算和瞬态计算两个主要的计算模块。

稳态计算模块计算速度快，完成一组计算所需时长小于1秒，钻井过程中的随钻井筒流动计算采用稳态计算模块。

稳态计算模型包括钻井液单相流及气液两相流两套计算模型。钻井液单相流计算采用Herschel-Bulckley模型，该模型既适用于宾汉流体，也适用于幂律流体，对于绝大多数类型钻井液是适用的。喷嘴压降计算采用Gucuyener模型，。Herschel-Bulckley模型已经被证实对于深井和复杂井的流动计算具有更高的计算精度。为进一步提高稳态水力学计算的精度，在模型中考虑了拟稳态温度场和高温高压下钻井液的密度及流变性动态变化。拟稳态温度场采用Hasan-Kabir模型，不同温度压力下的钻井液密度预测采用Karstad-Aadnoy模型，钻井液流预测采用Fisk-Jamision模型，钻井液密度和流变参数预测模型中的经验系数由相关实验获取。气液两相流计算采用Petalas-Aziz机理模型，岩屑运移模型采用Guo-Ghalambor模型。

瞬态计算模型包括钻井液单相流及气液两相流两套计算模型。瞬态计算仅考虑地层产气的情况，钻柱内为钻井液单相流体，环空内为气-液两相流体。钻柱内钻井液流动模型包括液相的一维连续性方程和动量方程，流动模型的计算采用Herschel-Bulckley模型，采用有限差分法进行迭代求解。环空内气液两相流体流动计算采用漂移模型，利用有限体积法进行求解，具体的求解格式采用AUSM+格式。

稳态计算包括两个计算模块，计算模块I的计算路径是：以环空出口的流动参数为计算初始条件，计算由环空出口开始，沿着环空算至井底，并通过钻头由井底经钻柱内部的流动空间向上迭代计算至立管处。计算模块II的计算路径是：以入口处的钻井液流动参数为计算初始条件，计算由钻柱入口处开始，沿着钻柱内部流动通道算至井底，并通过钻头由井底经环空的流动空间向上迭代计算至环空出口处。若没有气体产出，环空及钻柱内均为钻井液单相流体，流动计算采用Herschel-Bulckley模型，模块计算I得到的数据包括：整个计算路径上的垂深、测深、压力（包括静液柱压力、摩阻压降、循环动压）、温度、钻井液流速、钻井液密度、钻井液粘度，以及环空路径上的岩屑运移速度、岩屑浓度。若存在气体产出，钻柱内为钻井液单相流体，流动计算采用Herschel-Bulckley模型，环空内为气-液两相流体，流动计算采用Petalas-Aziz。模块计算I得到的数据包括：整个计算路径上的垂深、测深、压力（包括静液柱压力、摩阻压降、循环动压）、温度、钻井液流速、钻井液密度、钻井液粘度，以及环空路径上的岩屑运移速度、岩屑浓度、气相速度、气相体积分数、气相密度。气-液两相混合密度。所有计算数据均实时保存于数据库，可随时调用。

瞬态计算的计算路径是：以入口处的钻井液流动参数为计算初始条件，计算由钻柱入口处开始，沿着钻柱内部流动通道算至井底，并通过钻头由井底经环空的流动空间向上迭代计算至环空出口处。瞬态计算仅考虑产气工况，钻柱内为钻井液单相流体，流动计算采用Herschel-Bulckley模型，环空内为气-液两相流体，流动计算采用Petalas-Aziz。模块计算I得到的数据包括：所计算每个时间节点上整个计算路径上的垂深、测深、压力（包括静液柱压力、摩阻压降、循环动压）、温度、钻井液流速、钻井液密度、钻井液粘度，以及环空路径上的岩屑运移速度、岩屑浓度、气相速度、气相体积分数、气相密度、气相漂移速度、液相质量流量、气相质量流量。

控压钻井作业过程中钻井水力学计算系统30使用稳态计算模块进行实时计算，沿计算路径II进行实时计算，计算得到的所有数据保存于数据库，可随时调用，井底压力实时传输至地面在线监测系统，并实时呈现在监测软件上，并作为井筒压力控制的重要依据。计算所需的参数来自于地面在线监测系统，实时自动输入水力学计算软件，并实时计算得到井底压力。所需的实时数据包括：钻井液入口密度、钻井液入口温度、钻井液流变参数、排量、立管压力、工具压降（除钻杆、钻铤外在钻柱上添加的附加工具，譬如MWD、旋转导向、提速工具等产生的压井，其数据采用入井前实测数据）、测深、垂深。其余数据（包含井身结构、井眼轨迹、钻具组合、钻头喷嘴直径及数量、喷嘴压降）为控压钻井开钻之前在软件中预先输入。

钻井水力学计算系统30稳态计算模块的计算路径I主要用于对模型进行修正和验证。在开始控压钻井作业之前，利用邻井数据或作业井已钻井段的数据选择计算路径I进行计算，计算得到的立管压力与实测立管压力进行对比，进而进行模型的验证和修正。控压钻井作业中，也可人工选择计算路径I利用作业井已钻的若干井段和时间的数据进行现场模型修正。进一步地，模型也可利用地面模拟实验或文献报道的经典数据进行验证与修正。

钻井水力学计算系统30瞬态计算模块主要用于模拟气侵后环空的气液两相流态及压力演变规律，以便为井筒压力的控制提供依据。瞬态流动计算模块通常在控压钻井之前由专业技术人员进行运行开展系列模拟计算，以便制定相应地压力控制图版。进一步地，瞬态流动计算模块也可在控压钻井作业中根据技术人员的需要随时启动进行模型分析。

钻井水力学计算系统30设置由计算模块选择、计算路径选择、参数输入、随钻监测数据接口、计算数据输出端口、计算数据显示区、数据显示选项及设置框、数据库构成。随钻监测数据接口与地面在线监测系统的数据整合软件相连接，计算数据输出端口与地面在线监测系统的监测软件和控压钻井智能控制终端相连。

钻井水力学计算系统30的稳态计算模块、瞬态计算模块、计算路径I和计算路径II均是独立运算，独立存储，互不干扰，可同时运行。

如图11所示，所述的控压钻井智能控制平台87包括控压钻井智能控制终端、节流控制柜、回压补偿控制柜、服务器，是控压钻井系统的总控中心。

所述的控压钻井智能控制终端与节流控制柜相连接，并通过其与地面简易节流控制系统相连，进而控制节流控制系统的开度，以及施加的井口套压。所述的节流控制柜与电控节流阀V₁ 98、V₂ 40、V₃ 41和液控节流阀相连接，安装控压钻井智能控制终端的指令控制各支电控节流阀和液控节流阀的开度。

进一步地，所述的控压钻井智能控制终端与回压补偿控制柜相连接，并通过其与井口回压补偿管汇相连，进而控制回压补偿管汇的启动和关闭，以及施加的井口回压。所述的回压补偿控制柜与电控节流阀V₁ 98、V₂ 40相连接，安装控压钻井智能控制终端的指令控制各支电控节流阀的开度。

所述的控压钻井智能控制终端还与地面多参数在线监测系统86和钻井水力学计算系统30相连接，并通过其采集的基础数据，通过机器学习智能算法可实时得出合理的调控指令，并自动将其传输至执行机构。

所述的控压钻井智能控制终端包括智能控制模块和人为控制模块，两套模块相互独立，互不干涉，可人为选择使用智能控制模块还是人为控制模块。

智能控制模块通过预先采集整理多井次控压钻井施工过程中不同作业模式的基础数据，以及对应多个不同工况条件下人为发出的调控指令，形成多个控压钻井多工况条件下压力调控指令样本，每个样本包含施工过程基础数据向量数组和调控指令数组，多个样本形成样本库，存储于数据库中；施工过程中，先采集控压钻井的基础数据，形成实时数据向量数组，将实时数据向量数组与样本库中各样本的基础数据向量数组进行向量距离计算，计算方法包括但不限于欧式距离、切比雪夫距离等方法，选取与实时数据向量距离计算最小值样本作为决策输出样本，输出该样本中的调控指令数组至压力补偿装置对钻井压力进行智能调节。

进一步地，所述的控压钻井智能控制平台还与远程监测及控制系统相连接。

所述的远程监测及控制系统88包括远程监测中心、数据中心、专家工作站、控制中心、服务器，如图11所示。

远程监测中心通过通讯网络设备与控压钻井智能控制平台相连接。所述的数据中心用于存储所有监控的数据，并存储有已钻井的所有数据，以及训练控压钻井智能控制终端的智能机器学习算法。所述的专家工作站安装有多种工程计算分析软件，并有专家远程坐岗，专家意见及指令可通过控制中心直接传递至控压钻井智能控制终端。

所述的远程智能主动钻井压力控制系统还可以包括：旋转防喷器1，以实现更完整的压力控制功能，还可以包括其它一些设备，如井架、压井管汇等，以实现钻井的各项功能。

实施例2：

本发明的一个实施例的一种远程智能主动钻井压力控制方法。所述的钻井压力控制方法使用如前所述的远程智能主动钻井压力控制系统，具体步骤如下：

S1：钻前将钻井参数及工程计算数据预先输入至控压钻井智能控制终端。

所述的钻井参数包括井别、井型、井深、井身结构、井眼轨迹、排量、钻压、转速、地层岩性、钻井液密度及粘度，以及储层参数等，预先输入数据来源于钻井工程设计。所述的工程计算数据包括地层三压力剖面（孔隙压力、坍塌压力、漏失压力）、裂缝参数（发育程度、裂缝密度、裂缝宽度等）、堵漏参数等，预先输入数据来源于钻井工程设计或/和工程计算分析软件（Petrel、Landmark等），并不限于此。

进一步地，钻前对钻井水力学计算系统30进行预验证及模型校正。所用基础数据来源于所述的远程监测及控制系统88的数据中心存储的历史数据。软件验证及模型校正需选取同一、或邻近、或类似区块的钻井基础数据，优先选取井下实测数据。所述的井下实测数据来源于可存储式压力测量装置91，也可以来源于PWD 7。所述的基础数据也可来源于室内实验数据、现场试验数据等，并不限于此。

S2：进入控压钻井施工作业，地面多参数实时监测，智能识别作业模式。

钻井的压力控制可分为控压模式和非控压模式。本发明所述的压力控制方法仅适用于控压模式。控压模式和非控压模式的切换通过开关手动闸板阀SV₁ 21、SV₂ 22、SV₃ 23、SV₆ 34、SV₇ 35、SV₁₀ 56、SV₁₁ 64、SV₁₅ 70、SV₁₆ 72、SV₂₆ 93来实现。关闭手动闸板阀SV₁ 21、SV₂ 22、SV₃ 23、SV₇ 35、SV₁₀ 56、SV₁₁ 64、SV₁₅ 70，打开手动闸板阀SV₆ 34、SV₁₆ 72、SV₂₆ 93即进入非控压模式。所述的手动闸板阀SV₅ 32、SV₈ 38、SV₉ 55、SV₁₂ 65、SV₁₃ 66、SV₁₄ 69、SV₁₉ 77、SV₂₀ 78、SV₂₁ 79、SV₂₈ 95处于常开状态，手动闸板阀SV₁₇ 75、SV₁₈ 76、SV₂₂ 80、SV₂₃ 81、SV₂₄ 83、SV₂₅ 84、SV₂₇ 94处于常关状态。非控压模式下，钻井液由四通井口返出，依次通过手动闸板阀SV₂₆ 93和SV₁₉ 77进入井控节流管汇16，并通过手动闸板阀SV₁₆ 72、四通SC₄ 36、手动闸板阀SV₆ 34经过振动筛19后返回泥浆罐18。打开手动闸板阀SV₁ 21、SV₂ 22、SV₃ 23、SV₇ 35、SV₁₅ 70、SV₁₀ 56，关闭手动闸板阀SV₆ 34、SV₁₁ 64、SV₁₆ 72和SV₂₆ 93即可进入控压模式。

控压模式下，打开地面简易节流控制管汇支路Ⅲ上的电控节流阀V₁ 39和井控节流管汇上的液控节流阀67，关闭支路Ⅱ上的V₂ 40和Ⅳ上的电控节流阀V₃ 41，地面简易节流控制管汇与井控节流管汇16保持串联连接。循环钻井液经旋转防喷器1侧出口返出，经井控节流管汇16进入地面简易节流控制管汇，依次通过其支路Ⅰ、支路Ⅲ和支路Ⅴ，经过四通SC₄ 36和手动闸板阀SV₇ 35进入井队气液分离器15后，经振动筛19后返回泥浆罐18。

进一步地，控压模式下，地面简易节流控制管汇还可以与井控节流管汇16保持并联连接，执行操作如下：打开地面简易节流控制管汇支路Ⅱ、支路Ⅲ和支路Ⅳ上的电控节流阀V₁ 39、V₂ 40、V₃ 41，关闭液控节流阀67。循环钻井液经旋转防喷器1侧出口返出，依次通过经地面节流控制管汇支路Ⅳ、支路Ⅱ、支路Ⅲ和支路Ⅴ，依次经过四通SC₄ 36和手动闸板阀SV₇ 35进入井队气液分离器15后，经振动筛19后返回泥浆罐18。

所述的地面简易节流控制管汇的两种连接模式可相互转换，转换过程不需要改变管汇的具体连接，仅需调控各管汇支路上电控节流阀和手动闸板阀的开闭即可实现，电控节流阀和液控节流阀67的开闭通过控压钻井智能控制平台87进行控制。

进入控压钻井施工作业后，地面多参数在线监测系统86即开始实时采集监测数据。地面多参数在线监测系统86的开启及关闭可单独执行，也可以通过控压钻井智能控制平台87进行控制。地面多参数在线监测系统86监测的数据实时自动输入钻井水力学计算系统30，并实时计算井底压力，计算结果实时传输至控压钻井智能控制平台87和远程监测及控制系统88，以供井筒压力的实时识别及智能控制。高精度钻井水力学计算系统105的开启与关闭和地面多参数在线监测系统保持一致，地面在线监测系统一旦开机工作，即触发钻井水力学计算系统30开启，并实时计算。所述的钻井水力学计算系统30也可在控压钻井智能控制平台87的控制下单独开启。

进一步地，所述的钻井作业模式可分为正常钻进模式、接单根模式，起下钻模式，以及复杂工况模式。所述的复杂工况模式又可分为井漏模式、溢流及井涌模式。不同作业模式由控压钻井智能控制终端基于地面多参数在线监测系统的井深、大钩载荷、钻压、转速、立压、套压、钻井液出/入口密度及流量、气测值等监测数据进行智能识别。并辅以人工确认选项。

S3：开展随钻堵漏作业，拓展地层的“钻井安全密度窗口”。

钻遇易漏地层前，在泵入的钻井液内添加随钻防漏堵漏剂，增强地层承压能力，提高地层漏失压力，预防井漏，并拓展地层的“钻井安全密度窗口”。所述的随钻防漏堵漏剂的选取及配比需要根据易漏地层的漏失类型及相应的裂缝参数（发育程度、裂缝密度、裂缝宽度等）等来确定。相关参数的确定可由远程监测及控制系统88的专家工作站安装的工程计算分析软件计算所得。防漏堵漏剂的种类有很多种，多如牛毛，每一种防漏堵漏剂的配方包括配置防漏堵漏剂的各种材料及每种材料的占比，且每个油田及区块可能有所不同。本发明的防漏堵漏剂的选取及配比是在具体开钻前输入到系统中的，具体来自于钻井设计，相关研究报告等。

进一步地，随钻防漏堵漏剂的选取及配比也可由控压钻井智能控制平台87智能确定。所述的控压钻井智能控制平台87智能自动调取远程监测及控制系统数据中心中的类似地层钻井的堵漏作业工程施工数据，自动匹配识别，并给出推荐配方及配比。

进一步地，发生井漏时，开展多段塞分级堵漏作业，高效封堵地层，形成致密、高强度的封堵带，提高地层漏失压力，拓展地层的“钻井安全密度窗口”。

所述的多段塞分级堵漏作业根据地层裂缝特征等，将堵漏浆根据堵漏材料的粒径进行分级，然后分批次注入井筒，使得堵漏材料分级、有序地进入地层裂缝，形成致密的有效封堵层。所述的多段塞分级堵漏作业中，首先注入的大颗粒堵漏材料在裂缝的吼道位置形成架桥，依次注入的第二级封堵材料进行充填，最后注入的三级堵漏材料进行补充，形成致密封堵层。

区别于常规桥塞堵漏技术是将不同粒径、不同类型的堵漏材料按一定比例和浓度混合后一起注入到地层裂缝中，进而在裂缝中形成封堵层，所述的多段塞分级堵漏工艺能使堵漏材料堆积的更加有序，形成更加致密的封堵层，提高封堵效果。

所述的多段塞分级堵漏作业需要使用分级加注装置62进行堵漏材料的分级加注。地层发生漏失后，控压钻井智能控制平台87利用地面多参数在线监测系统86采集到的数据实时自动识别出井漏工况，控压钻井智能控制终端会实时按照钻前预设的堵漏参数向分级加注装置62发送指令进行堵漏作业。

所述的多段塞分级堵漏作业也可人工分级加注堵漏材料。

进一步地，控压钻井智能控制终端也可以根据现场漏失情况，分析地层裂缝宽度等参数，智能给出堵漏参数，并将指令发送至分级堵漏装置62执行堵漏作业。相关分析由控压钻井智能控制终端根据现场漏失数据自动调取远程监测及控制系统88的专家工作站安装的工程分析软件执行。

本实施例所述的多段塞分级堵漏作业的具体施工流程如下：

控压钻井智能控制平台87控制开启吸入泵98在加注罐96内泵入设定体积泥浆罐18中的钻井液，并根据筛选出的堵漏配方对堵漏浆进行分级，先加入一级大颗粒弹性和刚性混合材料，并搅拌均匀，根据加注罐96内的钻井液量和堵漏材料的加量，自动计算加注罐96内堵漏浆的浓度。设定体积占加注罐体积的二分之一到三分之二。

待加注罐96内的堵漏浆调配好后，开启泥浆泵，泵的排量由控压钻井智能控制平台87给出，不宜过大，控制在7~10L/s,以便于操作与精准控制。

控压钻井智能控制平台87控制加注罐电控节流阀V₄ 99的开度，调节一级堵漏浆的注入流量，以控制注入井筒内的堵漏浆浓度。

一级堵漏浆泵注完毕后关闭泥浆泵，重复步骤

、

、

的操作，依次完成二、三级堵漏材料的加注及泵入。

完成所有级次堵漏浆泵注作业后，关闭加注罐电控节流阀V₄ 99，继续泵注钻井液进行替浆挤堵。

上述操作中各级堵漏浆的配方均需提前存储于钻井智能控制系统87，并由其根据监测到的漏失量等进行自动筛选。

进一步地，上述操作中选用的堵漏浆配方也可由现场工程师进行人工筛选。

所述的随钻堵漏作业，拓展地层的“钻井安全密度窗口”在本发明里是一常规措施，而非发生严重井漏而必须开展堵漏作业时才开展。

如图12所示，相较于精细控压钻井技术被动地根据地层“钻井安全密度窗口”，通过复杂的地面压力控制设备精细控制井底压力，使其处于“安全密度窗口”内，本发明提出通过实时监测的漏失量等数据，随钻开展堵漏作业，主动地改变地层，增强地层承压能力，拓展地层“安全密度窗口”，客观上降低了井筒压力控制对地面井筒压力控制设备的精度要求，可以实现以较简易装备控制井筒压力的目的，无需高控制精度的自动节流管汇16、回压补偿装置27等设备，有效降低了设备占地空间，降低作业成本。

所述的步骤S3为非必选项，对于无漏失、无溢流等正常钻进情况，可以选择不开展此操作。

S4：不同作业模式下，智能调控井筒压力。

钻井作业模式可分为正常钻进模式、接单根模式，起下钻模式，以及复杂工况模式。所述的复杂工况模式又可分为井漏模式、溢流及井涌模式。根据不同的钻井作业模式，控压钻井智能控制平台87根据地面多参数在线监测系统86监测到的实时数据，智能控制地面简易节流控制管汇、回压补偿管汇、泥浆泵10等设备，进而实现对井筒压力的自动控制。

地面简易节流控制管汇与井控节流管汇并联连接状态下，不同钻井作业模式下井筒压力控制方法如下：

正常钻进模式下，控压钻井智能控制平台87控制打开电控节流阀V₁ 39、电控节流阀V₂ 40、电控节流阀V₃ 41。循环钻井液经旋转防喷器1侧出口返出，依次通过经地面节流控制管汇支路Ⅳ、支路Ⅱ、支路Ⅲ和支路Ⅴ，经过四通SC₄ 36和手动闸板阀SV₇ 35进入井队气液分离器15后，经振动筛19后返回泥浆罐18。控压钻井智能控制平台87控制电控节流阀V₂ 40和电控节流阀V₃ 41全开，并以控压钻井智能控制平台87给出的预设控压值为基准调控确电控节流阀V₁ 39的开度，保持控压钻进，若电控节流阀V₁ 39的节流压降已接近其额定值仍未达到预设控压制，则依次调控电控节流阀V₂ 40和电控节流阀V₃ 41的开度，实施多级节流。电控节流阀的节流压降由安装在其两侧的两个压力传感器测得。所述的预设控压值，也即是套压值，由压力控制管汇压力传感器P₆ 49测得。进一步地，也可以从开始控压就同时调控电控节流阀V₁ 39、V₂ 40、V₃ 41的开度实施多级节流控压。

接单根模式下，关闭钻井液注入管线上的手动闸板阀SV₂₈ 95，关闭钻井液至水龙带的流动通道，打开手动闸板阀SV₁₁ 64，开启至回压补偿管汇的流动通道，控压钻井智能控制平台控制电控节流阀V₃ 41全开，其它阀门的开闭状态与正常钻进模式下保持一致。循环钻井液经四通SC₁ 42进入回压补偿管汇，依次通过回压导流管汇的支路

、支路

、支路

、支路

和支路Ⅴ，依次经过四通SC₄ 36和手动闸板阀SV₇ 35进入井队气液分离器15后，经振动筛19后返回泥浆罐18。控压钻井智能控制平台87以预设回压值为基准调控电动节流阀V₁ 39的开度，实现节流施加回压，也可同时调节调控电动节流阀V₂ 40和V₃ 41的开度。所述的预设回压值等于环空循环压耗，由钻井水力学计算系统30计算得到。所述的回压值由压力传感器P₃ 46测得。接单根作业结束后，关闭手动闸板阀SV₁₁ 64，打开手动闸板阀SV₂₈ 95，恢复正常钻进。

起下钻模式下，控压钻井智能控制平台控制关闭泥浆泵10，地面多参数在线监测系统86始终保持开机状态，并实时监控环空钻井液液面。若液面有异常，控压钻井智能控制平台87自动控制开启泥浆泵，并根据液面异常情况执行相应的操作，始终保持环空液面高度，确保井底压力恒定。

井漏模式和溢流及井涌模式下，各电控节流阀和闸板阀的开闭与正常钻进模式下保持一致，钻井液的流动通道也与正常钻进模式下保持一致。

井漏模式下，控压钻井智能控制平台87自动控制调控电控节流阀V₁ 39的开度，依次降低井口控压值，并实时监控漏失情况，若电控节流阀V₁ 39已处于全开状态，井口控压值已经降至零，依然存在井漏，控压钻井智能控制平台87智能调控钻井液的排量等参数，并智能判断执行相应的操作，直至井漏不再发生为止。若通过排量已经降低至井眼净化等所需的最低排量依然存在井漏，则智能控制系统87给出降低钻井液密度及开展堵漏作业的建议。所述的满足井眼净化的最低排量由钻井水力学计算系统30计算给出。一旦发现井漏，控压钻井智能控制平台87自动给出主要的堵漏参数及方案，并经人工确认后控制堵漏材料自动加注装置62配置堵漏浆，并实时智能调控泥浆泵的开闭，开展多段塞分级堵漏作业。

若出现失返性漏失需要开展灌浆作业时，控压钻井智能控制平台87控制关闭泥浆泵10，关闭手动闸板阀SV₂₈ 95，打开手动闸板阀SV₁₁ 64，随后打开泥浆泵10，并调控回压补偿装置上的电控节流阀V₁ 39和V₃ 41的开度，进行节流灌浆，地面多参数在线监测系统86实时监控井筒钻井液液面，待灌浆量满足要求时，关闭泥浆泵、手动闸板阀SV₁₁ 64，打开手动闸板阀SV₂₈ 95，将钻井液的流动通道恢复至正常钻进模式。

溢流及井涌模式，控压钻井智能控制平台自动控制减小电控节流阀V₁ 39、电控节流阀V₂ 40、电控节流阀V₃ 41的开度，依次增加井口回压值，控制井底压力，并实时监控溢流及井涌情况，直至溢流或井涌消失，恢复正常钻进状态。节流控压可以通过仅调控电控节流阀V₁ 39的开度，进行单级节流控制，也可以通过同时调控电控节流阀V₁ 39、电控节流阀V₂ 40、电控节流阀V₃ 41的开度，进行多级节流控制。若井口回压已升至地面简易节流控制管汇及液控节流阀67等的额定压力，或超过控压钻井相关标准规定的最大井口压力，则智能控制系统87自动控制关闭电控节流阀V₁ 39、电控节流阀V₂ 40、电控节流阀V₃ 41，并给出结束控压钻井并转常规井控流程的建议，由现场工程师决定下步作业。

进一步地，溢流及井涌模式下，控压钻井智能控制平台87在通过控制井口回压消除溢流或气侵并恢复正常钻进模式后，还自动给出钻井液排量及密度的推荐值，并由现场工程师予以确认。

进一步地，溢流及井涌模式下，控压钻井智能控制平台87根据具体的施工情况，智能判断是否需要压井，并给出优选的压井方案及压井关键参数设计，并由现场工程师予以确认。

进一步地，地面简易节流控制管汇与井控节流管汇串联连接状态下，不同钻井作业模式下井筒压力控制方法如下：

正常钻进模式下，控压钻井智能控制平台87控制关闭电控节流阀V₂ 40、电控节流阀V₃ 41。循环钻井液经旋转防喷器1侧出口返出，依次通过三通T₃ 25、三通T₄ 26进入井控节流管汇16，并经井控节流管汇16的液控节流阀67、三通T₈ 71，进入地面简易节流控制管汇的支路Ⅰ，依次通过其支路Ⅲ和支路Ⅴ后，经四通SC₄ 36进入气液分离器15，分离后的钻井液通过振动筛19，经固控后进入泥浆罐18。控压钻井智能控制平台87以其给出的预设控压值为基准调控确电控节流阀V₁ 39的开度，保持控压钻进，若电控节流阀V₁ 39的节流压降已接近其额定值仍未达到预设控压制，则同时调控液控节流阀67的开度，实施多级节流。电控节流阀的节流压降由安装在其两侧的两个压力传感器测得。所述的预设控压值，也即是套压值，由套压传感器P₉ 52测得。进一步地，也可以从开始控压就同时调控电控节流阀V₁ 39、和液控节流阀67的开度实施多级节流控压。

接单根模式下，关闭钻井液注入管线上的手动闸板阀SV₂₈ 95，关闭钻井液至水龙带的流动通道，打开手动闸板阀SV₁₁ 64，开启至回压补偿管汇的流动通道，控压钻井智能控制平台控制电控节流阀V₂ 40全开，其它阀门的开闭状态与正常钻进模式下保持一致。循环钻井液经四通SC₁ 42进入回压补偿管汇，依次通过回压导流管汇的支路

、支路

、支路

、支路

和支路Ⅴ，依次经过四通SC₄ 36和手动闸板阀SV₇ 35进入井队气液分离器15后，经振动筛19后返回泥浆罐18。控压钻井智能控制平台87以预设回压值为基准调控电动节流阀V₁ 39的开度，实现节流施加回压，也可同时调节调控电动节流阀V₂ 40、V₁ 39和液控节流阀67的开度。所述的预设回压值等于环空循环压耗，由钻井水力学计算系统30计算得到。所述的回压值由套压传感器P₉ 52测得。接单根作业结束后，关闭手动闸板阀SV₁₁ 64，打开手动闸板阀SV₂₈ 95，恢复正常钻进。

起下钻模式下，操作流程与并联时保持一致，此处不再赘述。

井漏模式和溢流及井涌模式下，各电控节流阀和闸板阀的开闭与正常钻进模式下保持一致，钻井液的流动通道也与正常钻进模式下保持一致。

井漏模式下，控压钻井智能控制平台87自动控制调控电控节流阀V₁ 39的开度，依次降低井口控压值，并实时监控漏失情况。主要操作与并联式保持一致，所不同是串联时钻井液的流动路径和节流压降的传递方向存在不同，不再赘述。

另需说明的是，串联模式下若出现失返性漏失需要开展灌浆作业时，同样地需要关闭泥浆泵10和手动闸板阀SV₂₈ 95，打开手动闸板阀SV₁₁ 64，但需要打开电控节流阀V₂40，以开启灌浆通道，随后打开泥浆泵10，并调控回压补偿装置上的电控节流阀V₁ 39和V₂40的开度，进行节流灌浆，地面多参数在线监测系统86实时监控井筒钻井液液面，待灌浆量满足要求时，关闭泥浆泵、手动闸板阀SV₁₁ 64，打开手动闸板阀SV₂₈ 95，将钻井液的流动通道恢复至正常钻进模式。

溢流及井涌模式，控压钻井智能控制平台自动控制减小电控节流阀V₁ 39、液控节流阀67的开度，依次增加井口回压值，控制井底压力，并实时监控溢流及井涌情况，直至溢流或井涌消失，恢复正常钻进状态。节流控压可以通过仅调控电控节流阀V₁ 39的开度，进行单级节流控制，也可以通过同时调控电控节流阀V₁ 39和液控节流阀67的开度，进行双级节流控制。若井口回压已升至地面简易节流控制管汇及液控节流阀67等的额定压力，或超过控压钻井相关标准规定的最大井口压力，则智能控制系统87给出结束控压钻井并转常规井控流程的建议，由现场工程师决定下步作业。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种远程智能主动钻井压力控制系统，其特征在于，包括钻井泵、旋转防喷器（1）、地面简易节流控制管汇、井口回压补偿管汇（12）、分级加注装置、井下存储式压力测量装置（91）、地面多参数在线监测系统、钻井水力学计算系统（30）、控压钻井智能控制平台（87）和远程监测及控制系统（88）；所述地面多参数在线监测系统包括录井数据中心（85）、数据整合与处理系统（86），以及通过无线局域网分别与数据整合与处理系统（86）连接的立压传感器P₁（44）、压力控制管汇压力传感器P₂（45）、压力控制管汇压力传感器P₃（46）、压力控制管汇压力传感器P₄（47）、压力控制管汇压力传感器P₅（48）、压力控制管汇压力传感器P₆（49）、压力控制管汇压力传感器P₇（50）、压力控制管汇压力传感器P₈（51）、套压传感器P₉（52）、气液分离器排气管压力传感器P₁₀（92）、钻井液入口流量计F₁（43）、钻井液出口流量计F₅（59）、气液分离器出液管流量计F₄（60）、压力控制管汇流量计F₂（53）和压力控制管汇流量计F₃（61）、气液分离器排气管气体流量计F₆（57）、加注罐流量计F₇、泥浆返出支路钻井液流变性监测装置R₁（90）、气液分离器出液管钻井液流变性监测装置R₂（89）、气液分离器排气管气体组分监测装置（58）；录井数据中心（85）通过通信端口与数据整合与处理系统（86）连接；控压钻井智能控制平台（87）与远程监测及控制系统（88）连接；数据整合与处理系统（86）通过通信网络设备分别与远程监测及控制系统（88）、钻井水力学计算系统（30）和控压钻井智能控制平台（87）相连接；井下存储式压力测量装置（91）用于测量并存储井下温度和压力，安装在钻头（8）上部钻铤内。

2.根据权利要求1所述的一种远程智能主动钻井压力控制系统，其特征在于，所述地面简易节流控制管汇包括：电控节流阀、闸板阀和节流导流管汇系统；电控节流阀和闸板阀分别安装在节流导流管汇系统中；闸板阀包括手动闸板阀SV₃（23）、手动闸板阀SV₈（38）、手动闸板阀SV₉（55）、手动闸板阀SV₁₀（56）、手动闸板阀SV₁₂（65）、手动闸板阀SV₁₃（66）、手动闸板阀SV₁₅（70）；电控节流阀包括电控节流阀V₁（39）、电控节流阀V₂（40）和电控节流阀V₃（41）；数据整合与处理系统（86）分别与电控节流阀V₁（39）、电控节流阀V₂（40）和电控节流阀V₃（41）连接；节流导流管汇系统包括Ⅰ、支路Ⅱ、支路Ⅲ、支路Ⅳ和支路Ⅴ；支路Ⅰ、支路Ⅱ和支路Ⅲ通过三通T₆（54）连接；支路Ⅳ通过三通T₇（63）与支路Ⅱ连接；支路Ⅴ通过三通T₅（37）与支路Ⅲ连接；

支路Ⅰ上安装有压力控制管汇流量计F₃（61）、手动闸板阀SV₁₅（70）和压力控制管汇压力传感器P₈（51）；手动闸板阀SV₁₅（70）通过三通T₈（71）与井控节流管汇（16）相连接；数据整合与处理系统（86）分别与压力控制管汇流量计F₃（61）和压力控制管汇压力传感器P₈（51）连接；

支路Ⅱ上安装有电控节流阀V₂（40）、压力控制管汇流量计F₂（53）、手动闸板阀SV₁₃（66）、压力控制管汇压力传感器P₄（47）和压力控制管汇压力传感器P₅（48）；手动闸板阀SV₁₃（66）与三通T₇（63）相连接；压力控制管汇压力传感器P₄（47）和压力控制管汇压力传感器P₅（48）分别安装在电控节流阀V₂（40）的两端；数据整合与处理系统（86）分别与电控节流阀V₂（40）和压力控制管汇流量计F₂（53）连接；

支路Ⅲ上安装有电控节流阀V₁（39）和手动闸板阀SV₉（55）；电控节流阀V₁（39）的两端分别有安装压力控制管汇压力传感器P₆（49）和压力控制管汇压力传感器P₇（50）；数据整合与处理系统（86）分别与电控节流阀V₁（39）、压力控制管汇压力传感器P₆（49）和压力控制管汇压力传感器P₅（50）连接；

支路Ⅳ安装有手动闸板阀SV₃（23）、手动闸板阀SV₁₂（65）、电控节流阀V₃（41）、压力控制管汇压力传感器P₂（45）和压力控制管汇压力传感器P₃（46）；手动闸板阀SV₃（23）通过三通T₄（26）与井控节流管汇（16）相连接；压力控制管汇压力传感器P₂（45）和压力控制管汇压力传感器P₃（46）分别安装在电控节流阀V₃（41）的两端；数据整合与处理系统（86）分别与电控节流阀V₃（41）、压力控制管汇压力传感器P₂（45）和压力控制管汇压力传感器P₃（46）连接；

支路Ⅴ安装有手动闸板阀SV₈（38）和手动闸板阀SV₁₀（56）；手动闸板阀SV₁₀（56）通过四通SC₄（36）与气液分离器（15）相连接。

3.根据权利要求1所述的一种远程智能主动钻井压力控制系统，其特征在于，所述井口回压补偿管汇（12）包括：井队泥浆泵（10）、回压导流管汇和手动闸板阀SV₁₁（64）；回压导流管汇包括通过四通SC₁（42）与井队泥浆泵（10）相连的支路Ⅵ和连接四通SC₁（42）和三通T₇（63）的支路Ⅶ；支路Ⅶ上安装有手动闸板阀SV₁₁（64），手动闸板阀SV₁₁（64）通过三通T₇（63）与地面简易节流控制管汇的支路Ⅱ、支路Ⅲ和支路Ⅴ依次相连接；支路Ⅴ通过四通SC₄（36）与振动筛（19）相连，或通过四通SC₄（36），经气液分离器（15）与振动筛（19）相连。

4.根据权利要求1所述的一种远程智能主动钻井压力控制系统，其特征在于，所述分级加注装置包括吸浆泵（98）、加注罐（97）、加料机（96）、搅拌机（99）、加注罐电控节流阀V₄（100）、加料控制系统（102）、加注罐流量计F₇（101）、吸浆管线（104）、注浆管线（103）；加注罐（97）安装在泥浆罐（18）上，通过吸浆管线（104）与泥浆罐（18）相连接；加注罐（97）通注浆管线（103）与井队泥浆泵（10）上的水管线相连接；吸浆泵（98）安装在吸浆管线（104）上；加注罐电控节流阀V₄ （100）与加注罐流量计F₇（101）分别安装在注浆管线（103）上；搅拌机（99）、加料机（96）及加料控制系统（102）分别安装在加注罐（97）上；加料控制系统（102）分别与搅拌机（99）、加料机（96）、吸浆泵（98）相连接，并通过通信设备与控压钻井智能控制平台（87）相连接。

5.根据权利要求1所述的一种远程智能主动钻井压力控制系统，其特征在于，所述钻井水力学计算系统（30）包括稳态计算模块和瞬态计算模块；稳态计算模块用于根据预设稳态计算路径对环空及钻柱（6）内的钻井液单相流体或气液两相流体进行稳态计算，获得预设稳态路径上的稳态钻井参数；稳态计算模块用于根据预设瞬态计算路径对环空及钻柱（6）内的气液两相流体进行瞬态计算，获得预设瞬态路径上的瞬态钻井参数。

6.根据权利要求1所述的一种远程智能主动钻井压力控制系统，其特征在于，所述控压钻井智能控制平台包括：控压钻井智能控制终端、节流控制柜、回压补偿控制柜和钻井服务器；控压钻井智能控制终端分别与节流控制柜、回压补偿控制柜相连接；节流控制柜分别与地面简易节流控制管汇上安装的电控节流阀V₁（39）、电控节流阀V₂（40）、电控节流阀V₃（41）和井控节流管汇（16）上的液控节流阀（67）相连接；回压补偿控制柜分别与井口回压补偿管汇（12）相连接安装的电控节流阀V₁（39）、电控节流阀V₂（40）相连接；控压钻井智能控制终端和钻井服务器连接；控压钻井智能控制终端包括智能控制模块和人为控制模块；智能控制模块用于通过机器学习智能算法对地面多参数在线监测系统采集的钻井数据进行学习训练生成控压钻井多工况条件下的压力调控指令样本库，根据在线监测数据进行智能控压；人为控制模块用于根据控压钻井工作人员的指控指令对钻井井筒压力进行智能远程闭环控制。

7.根据权利要求1所述的一种远程智能主动钻井压力控制系统，其特征在于，所述远程监测及控制系统（88）包括：远程监测中心、数据中心、专家工作站、控制中心和监测服务器；远程监测中心通过通讯网络设备与控压钻井智能控制系统相连接；数据中心分别与远程监测中心、专家工作站和监测服务器连接；专家工作站与控制中心连接；控制中心与控压钻井智能控制终端相连接；数据中心，用于存储所有监控的数据，并存储有已钻井的所有数据，以及训练控压钻井智能控制终端的机器学习智能算法；专家工作站安装有工程计算分析软件，用于将专家意见及指令通过控制中心直接传递至控压钻井智能控制终端。

8.一种利用上述权利要求1~7任意一项所述一种远程智能主动钻井压力控制系统实现的远程智能主动钻井压力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：钻前将钻井参数及工程技术数据预先输入至控压钻井智能控制终端；

钻井参数包括井别、井型、井深、井身结构、井眼轨迹、排量、钻压、转速、地层岩性、钻井液密度及粘度，以及储层参数，钻井参数预先输入数据来源于钻井工程设计过程；工程技术数据包括地层三压力剖面、裂缝参数和堵漏参数，工程技术数据预先输入数据来源于钻井工程设计和工程计算分析软件；

步骤S2：进入控压钻井施工作业，开启地面多参数实时监测，进入智能识别作业模式：先打开手动闸板阀SV₁（21）、手动闸板阀SV₂（22）、手动闸板阀SV₃（23）、手动闸板阀SV₁₅（70）、手动闸板阀SV₁₀（56），关闭手动闸板阀SV₆（34）、手动闸板阀SV₁₁（64）、手动闸板阀SV₁₆（72）和手动闸板阀SV₂₆（93） 进入控压模式，开启地面多参数在线监测系统，控压钻井智能控制平台（87）和远程监测及控制系统（88）；地面多参数在线监测系统开始实时采集监测数据，钻井水力学计算系统（30）实时计算井底压力，控压钻井智能控制终端基于采集的井深、打钩载荷、钻压、转速、立压、套压、钻井液出入口密度及流量和气测值监测数据进行识别，实时判断钻井作业模式，并辅以人工确认；

钻井作业模式分为正常钻进模式、接单根模式、起下钻模式，以及复杂工况模式；复杂工况模式包括井漏模式、溢漏及井涌模式；

S3：开展随钻堵漏作业，拓展地层的“钻井安全密度窗口”：

钻井作业遇易漏地层前，在泵入的钻井液内添加随钻防漏堵漏剂，拓展地层的“钻进安全密度窗口”，防漏堵漏剂的选取及配比需根据易漏地层的漏失类型及相应的裂缝参数来确定，裂缝参数由远程监测及控制系统（88）中的专家工作站安装的工程计算分析软件在控压钻进前分析计算得到；

进一步地，当发生井漏时，开展多段塞分级堵漏作业，形成致密、高强度的封堵带，拓展地层的“钻进安全密度窗口”；

多段塞分级堵漏作业的原理是：根据地层裂缝特征，将堵漏浆根据堵漏材料的粒径进行分级，然后分批次注入井筒，使得堵漏材料分级、有序地进入地层裂缝，形成致密的有效封堵层；

多段塞分级堵漏作业中，首先注入的大颗粒堵漏材料在裂缝的吼道位置形成架桥，依次注入的第二级封堵材料进行充填，最后注入的三级堵漏材料进行补充，形成致密封堵层；

防漏堵漏剂及多段塞分级堵漏液的配置及泵注由控压钻井智能控制终端控制分级加注装置自动配置及泵送；

步骤S4：不同作业模式下，智能调控井筒压力：

地面简易节流控制管汇与井控节流管汇（16）处于并联模式下：

正常钻进模式下：钻井液经旋转防喷器（1）侧出口返出，依次通过地面简易节流控制管汇的支路Ⅳ、支路Ⅱ、支路Ⅲ和支路Ⅴ，经过四通SC₄（36）进入气液分离器后，经振动筛（19）固控后返回泥浆罐（18），电控节流阀V₂（40）和电控节流阀V₃（41）全开，调控电控节流阀V₁（39）的开度，并以预设控压值电控节流阀V₁（39）的开度，保持控压钻进；

接单根模式下：打开手动闸板阀SV₁₁（64），关闭手动闸板阀SV₂₈（95），开启井口回压补偿管汇（12）上的流动通道，钻井液经四通SC₁（42）进入井口回压补偿管汇（12），依次通过回压导流管汇的支路Ⅵ、支路Ⅶ、支路Ⅱ、支路Ⅲ和支路Ⅴ，然后通过四通SC₄（36）进入气液分离器，经振动筛（19）固控后返回泥浆罐（18），与预设回压补偿值为基准调控电控节流阀V₁（39）、电控节流阀V₂（40）和电控节流阀V₃（41）的开度节流控压以进行回压补偿；预设回压补偿值为钻井水力学计算系统（30）计算得到的环空循环压耗，接单根作业结束后，关闭手动闸板阀SV₁₁（64），打开手动闸板阀SV₂₈（95），恢复正常钻进；

起下钻模式下：关闭井队泥浆泵（10），远程智能主动钻井压力控制系统始终开机工作，通过地面多参数在线监测系统实时监控环空钻井液液面，若液面异常，则开启井队泥浆泵（10），根据液面异常情况执行灌浆或回压补偿操作；

井漏模式下：调控电控节流阀V₁（39）的开度，逐级降低井口控压值，并实时监控漏失情况，若电控节流阀V₁（39）已处于全开状态，井口回压已降至零依然存在井漏时，控压钻井智能控制系统智能调控钻井液的排量，直至井漏不再发生；若排量已降低至井眼净化所需的最低排量依然存在井漏时，则控压钻井智能控制系统自动给出降低钻井液排量或开展堵漏作业的提示，并给出堵漏方案及主要的堵漏参数推荐方案，经人工确认后开展多段塞分级堵漏作业；

若发生失返性漏失等需要开展灌浆作业时，关闭井队泥浆泵（10）、手动闸板阀SV₂₈（95），打开手动闸板阀SV₁₁（64），随后开启井队泥浆泵（10），调控电控节流阀V₁（39）和电控节流阀V₃（41）的开度进行灌浆作业，地面多参数在线监测系统实时监控钻井液液面，待灌浆量满足灌浆作业要求时，关闭井队泥浆泵（10）、手动闸板阀SV₁₁（64），打开手动闸板阀SV₂₈（95），将钻井液的流动通道恢复至正常钻进模式；

溢流及井涌模式下：减小电控节流阀V₁（39）、电控节流阀V₂（40）、电控节流阀V₃（41）的开度，逐级增加井口回压值，控制井底压力，并实时监控溢流及井涌情况，直至溢流或井涌消失，恢复正常钻进状态；若井口回压已升至控压钻井标准规定的最大井口压力，则控压钻井智能控制系统给出结束控压钻井作业转常规井控流程的提示，由现场钻井工程师最终决定下步作业；若确定结束控压钻井作业，则开启液控节流阀（67），关闭手动闸板阀SV₂₃（81）。

9.根据权利要求8所述的一种远程智能主动钻井压力控制系统，其特征在于，所述节流控压和回压补偿作业过程中还包括：通过调整电控节流阀V₁（39）的开度进行单级节流，或调整电控节流阀V₁（39）、电控节流阀V₂（40）和电控节流阀V₃（41）的开度进行多级节流；控压钻井智能控制系统以单级节流优先，单级节流产生的节流压降接近电控节流阀V₁（39）的允许最大节流压降时，自动开启多级节流。

10.根据权利要求8所述的一种远程智能主动钻井压力控制系统，其特征在于，所述的多段塞分级堵漏作业的具体施工流程如下：

步骤1：控压钻井智能控制系统控制开启吸入泵在加注罐（97）内泵入设定体积泥浆罐（18）中的钻井液，并根据筛选出的堵漏配方对堵漏浆进行分级，先加入一级大颗粒弹性和刚性混合材料，并搅拌均匀，根据加注罐（97）内的钻井液量和堵漏材料的加量，自动计算加注罐（97）内堵漏浆的浓度；

步骤2：待加注罐（97）内的堵漏浆调配好后，开启井队泥浆泵（10），泵的排量由控压钻井智能控制系统给出；

步骤3：控压钻井智能控制系统控制加注罐电控节流阀V₄（100）的开度，调节一级堵漏浆的注入流量，以控制注入井筒内的堵漏浆浓度；

步骤4：一级堵漏浆泵注完毕后关闭井队泥浆泵（10），重复步骤1、2、3的操作，依次完成二、三级堵漏材料的加注及泵入；

步骤5：完成所有级次堵漏浆泵注作业后，关闭加注罐电控节流阀V₄（100），继续泵注钻井液进行替浆挤堵；

各级堵漏浆的配方均需提前存储于钻井智能控制系统，并由其根据监测到的漏失量进行自动筛选；堵漏浆配方也可由现场工程师进行人工筛选。

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