CN116556862A - 一种控压钻井远程节流回压控制方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种控压钻井远程节流回压控制方法和系统，所述控制方法包括：S1、采集现场信息并发送给云平台；S2、云平台根据现场信息和回压参数信息，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，并将所述指令分别发送给工控机和客户端；S3、工控机根据接收到的指令调控节流阀；S4、将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，并重复执行步骤S2～S4直到井底压力符合安全生产的要求。本发明将云计算运用于石油钻井中，提高了工作效率，增强了现场钻井的安全性。
Description
技术领域
本发明属于油田井场钻井技术领域，具体来讲，涉及一种控压钻井远程节流回压控制方法和一种控压钻井远程节流回压控制系统。
背景技术
近年来随着我国石油勘探和开发不断走向深部复杂地层，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，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。
控压钻井作为一项复杂的系统工程，在控压钻进及控压起下钻等工况中，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。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明目的之一在于将云技术应用于油田远程节流回压控制中，以实现远程控制井口回压的功能。
为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种控压钻井远程节流回压控制方法。
所述压控制方法可包括以下步骤：
S1、采集现场回压参数信息和用户信息并发送给云平台；S2、云平台根据采集到的信息，利用井底水力学模型算法做出判断，生成远程井口回压控制指令，并将该指令分别发送给工控机和客户端；S3、工控机根据接收到的指令调控节流阀；S4、将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，并重复执行步骤S2～S4直到井底压力符合安全生产的要求。
在本发明的一个示例性实施例中，回压参数信息可包括：现场自动节流管汇信息和录井信息。
在本发明的一个示例性实施例中，现场自动节流管汇信息可包括：井口回压、井口节流阀开度、节流阀型号和节流阀相关参数；所述录井信息包括：井深、立管压力、入口排量、出口排量、扭矩、相对流量和套管压力。
在本发明的一个示例性实施例中，所述用户信息可包括钻井公司信息、该钻井目前负责人和钻井号。
在本发明的一个示例性实施例中，井底水力学模型算法为：
Pw＝PH+PAF+PCH，
当Pw在井底压力安全窗口内，则不进行控制，若Pw不在井底压力安全窗口内，则生成相应的指令，调节节流阀的开度；
其中，Pw为井底压力，MPa；PH为环空液柱产生的静压，MPa；PAF为钻井液环空摩阻，MPa；PCH为井口施加的回压，MPa。
本发明另一方面提供了一种控压钻井远程节流回压控制系统。
所述系统可包括按照现场信息传递方向依次设置的接口模块、控制模块、交换机和云管理模块，现场信息包括现场自动节流管汇信息、录井信息和用户信息；其中，接口模块、控制模块和交换机依次线连接，交换机与云管理模块通过网络进行数据交互；云管理模块能够根据传递的现场信息生成远程井口回压控制指令，该指令能够依次通过交换机、控制模块和接口模块传递至位于现场的节流回压控制系统，节流回压控制系统能够根据指令调节自身的节流阀开度。
在本发明的一个示例性实施例中，控制模块包括工控机子模块和PLC子模块。
其中，工控机子模块用于对数据参数进行监测与控制；PLC子模块与工控机子模块相连接，用于接收来自工控机模块的指令并输出数字量和模拟量。
在本发明的一个示例性实施例中，所述云管理模块包括云服务器子模块和云存储子模块。
其中，云服务器子模块用于接收控制模块上传的用户信息和井口回压数据的分析、计算、处理，并向客户端模块下发对应控制指令，同时将原数据和处理后的数据上传至云存储子模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果可包括以下中的至少一项：
(1)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从而实现远程控制井口回压的功能；
(2)本发明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，提高了钻井现场的工作效率；
(3)本发明以云技术和油田钻井技术相结合，减少专家到现场的时间提高了现场处理的时效性，有效地降低了钻井工作成本。
附图说明
图1示出了本发明示例1的控压钻井远程节流回压控制方法的流程图；
图2示出了本发明示例2的系统结构示意图。
附图标记说明：
100-交换机，110-工控机，120-PLC模块，130-接口模块，140-节流回压控制系统，141-井场传感器，142-自动节流管汇，143-数据控制终端，144-井场数据采集卡，150-远程客户端，160-云平台。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的一种控压钻井远程节流回压控制方法和系统。
本发明一方面提供了一种控压钻井远程节流回压控制方法。
在本发明的一种控压钻井远程节流回压控制方法的一个示例性实施例中，所述方法可包括以下步骤：
步骤1：采集现场回压参数信息和用户信息并发送给云平台。
具体来说，回压参数信息可包括：现场自动节流管汇信息、录井信息、井口回压和井口节流阀开度。
其中，现场自动节流管汇信息可包括；井口回压、井口节流阀开度、节流阀型号和节流阀相关参数。其中，井口回压用于计算井底压力，节流阀相关信息作为控制信号产生的依据。
录井信息可包括：井深、立管压力、入口排量、出口排量、扭矩、相对流量和套管压力。其中，录井信息可以用于计算当前钻井液环空摩阻。
具体来说，用户信息相当于一口井的“身份证”。指明了云平台接收到的信息来自哪一口井、云平台需要从数据库读取哪一口井的相应数据、云平台产生的指令发到哪一口井的控制系统。户信息可包括，钻井公司信息、该钻井目前负责人、钻井号。
用户信息提供该井的身份信息，云平台根据该信息可从数据库查询到该井的井身结构、钻具组合等信息。
步骤2：云平台根据采集到的信息，利用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，并将所述指令分别发送给工控机和客户端。
其中，客户端为相应技术人员，可以检验发送的指令是否存在问题。
具体来说，井底水力学模型算法为：
Pw＝PH+PAF+PCH，
当Pw在井底压力安全窗口内，则不进行控制，若Pw不在井底压力安全窗口内，则生成相应的指令，调节节流阀的开度，从而改变PCH的值；
当Pw的值大于井底压力安全窗口时，则减小节流阀开度，当Pw的值小于井底压力安全窗口，则增加节流阀开度，直至Pw的值回到井底压力安全窗口内；
其中，Pw为井底压力，MPa；PH为环空液柱产生的静压，MPa；PAF为钻井液环空摩阻，MPa；PCH为井口施加的回压，MPa。
步骤3：工控机根据接收到的指令调控节流阀。
步骤4：将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，并重复执行步骤2到步骤4直到井底压力符合安全生产的要求。
本发明另一方面提供了一种控压钻井远程节流回压控制系统。
在本发明的一种控压钻井远程节流回压控制系统的示例性实施例中，系统可包括按照现场信息传递方向依次设置的接口模块、控制模块、交换机和云管理模块，现场信息包括现场自动节流管汇信息、录井信息和用户信息。
其中，接口模块、控制模块和交换机依次线连接，交换机与云管理模块通过网络进行数据交互。
云管理模块能够根据传递的现场信息生成远程井口回压控制指令，该指令能够依次通过交换机、控制模块和接口模块传递至位于现场的节流回压控制系统，节流回压控制系统能够根据指令调节自身的节流阀开度。
云管理模块还可包括云服务器子模块和云存储子模块。
其中，云服务器子模块用于接收控制模块上传的用户信息和井口回压数据的分析、计算、处理，并向客户端模块下发对应控制指令，同时将原数据和处理后的数据上传至云存储子模块。
云存储子模块与云服务器子模块相连，用于存储所述节流回压控制系统的所有数据。
控制模块与交换机模块相连接，用于将接收的所有数据信息反馈给云平台，同时发出控制指令控制现场执行设备。
控制模块还可以包括工控机子模块和PLC子模块。
其中，工控机子模块用于对数据参数等进行监测与控制。
PLC子模块与工控机子模块相连接，用于接收来自工控机模块的指令并输出数字量和模拟量。
接口模块与控制模块相连接，用于将采集到的现场输入输出信号传递到控制模块，同时也将控制模块的指令信号传递给现场执行设备。
现场控制模块与接口模块相连接，用于采集井口的回压参数信息以及将其对应的用户信息通过接口模块反馈给控制模块，同时根据控制模块的输出信号调控节流阀的开度。
远程客户端模块与云管理模块相连接，用于接收控制模块的信息供场外专家决策。
为了更好地理解本发明，以下结合附图和示例进一步阐明本发明内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
示例1
图1示出了本示例的控压钻井远程节流回压控制方法的流程图。
在本实施例中，控压钻井远程节流回压控制方法包括以下步骤：
步骤1、工控机通过节流回压控制系统采集现场自动节流管汇信息、录井信息以及用户信息并发送给云平台。
节流回压控制系统可包括井场传感器、自动节流管汇、数据控制终端和井场数据采集卡；自动节流管汇信息可包括井口回压、井口节流阀开度、节流阀型号和节流阀相关参数；录井信息可包括井深、立管压力、入口排量、出口排量、扭矩、相对流量和套管压力；用户信息可包括钻井公司信息、该钻井目前负责人、钻井号。
上述信息通过井场传感器进行采集，之后通过接口模块传送给PLC模块。
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工控机以及客户端；
云平台接收来自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网络向工控机下发控制指令。
井底水力学模型算法为：
Pw＝PH+PAF+PCH，
其中，Pw为环空液柱产生的静压，MPa；PAF为钻井液环空摩阻，MPa；PCH为井口施加的回压，MPa。
环空液柱产生的静压计算模型为：
Pw＝pgh，
其中，ρ为钻井液密度。环空摩阻可以选用API2003模型来计算。
步骤3、工控机接收到控制指令后通过PLC模块以及接口模块发送给节流回压控制系统，对其自身的节流阀开度进行调控。
具体来说，工控机通过以太网交换机接收到云平台生成的控制指令后，将指令发送给PLC模块，PLC根据指令生成对应输出信号并通过接口模块发送给节流回压控制系统，节流回压控制系统根据信号对流阀开度进行调控，从而实时控制井口回压参数。
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。
示例2
图2示出了本发明的控压钻井远程节流回压控制系统的一个示例性实施例的系统结构示意图。
在本示例中，控压钻井远程节流回压控制系统包括：
交换机100，用于进行数据传送。
工控机110，用于对数据参数等进行监测与控制。工控机经常会在环境比较恶劣的环境下运行，对数据的安全性要求也更高，所以工控机通常会进行加固、防尘、防潮、防腐蚀、防辐射等特殊设计。工控机对于扩展性的要求也非常高,接口的设计需要满足特定的外部设备。
PLC模块120，用于接收来自工控机的指令并输出数字量和模拟量。
接口模块130，可通过现场总线将采集到的现场输入输出信号传递到核心控制站，同时也将PLC模块120的核心控制器的指令信号传递给现场执行设备。现场的接口模块130具有很强的抗干扰性，同时可以对内部模块是否正常运行进行自动检测。
节流回压控制系统140，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160发送的远程井口回压控制指令对其自身的节流阀开度进行调控。包括井场传感器141、自动节流管汇142、数据控制终端143、井场数据采集卡144或中间件。
远程客户端150，用于接收控制中心发布井场的生产情况供场外专家决策。
云平台160，用于根据用户信息和所述回压参数信息生成控制指令。
其连接关系为交换机100连接工控机110，工控机110连接PLC模块120，PLC模块120连接接口模块130，接口模块130连接节流回压控制系统140，云平台160通过互联网与交换机100进行数据传输，远程客户端150通过互联网与云平台160进行数据传输。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。
Claims (10)
1.一种控压钻井远程节流回压控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、采集现场回压参数信息和用户信息并发送给云平台；
S2、云平台根据采集到的信息，利用井底水力学模型算法做出判断，生成远程井口回压控制指令，并将该指令分别发送给工控机和客户端；
S3、工控机根据接收到的指令调控节流阀；
S4、将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，并重复执行步骤S2～S4直到井底压力符合安全生产的要求。
2.根据权利要求1所述的控压钻井远程节流回压控制方法，其特征在于，所述回压参数信息包括：现场自动节流管汇信息和录井信息。
3.根据权利要求2所述的控压钻井远程节流回压控制方法，其特征在于，所述现场自动节流管汇信息包括：井口回压、井口节流阀开度、节流阀型号和节流阀相关参数；
所述录井信息包括：井深、立管压力、入口排量、出口排量、扭矩、相对流量和套管压力。
4.根据权利要求1所述的控压钻井远程节流回压控制方法，其特征在于，所述用户信息包括钻井公司信息、该钻井目前负责人和钻井号。
5.根据权利要求1所述的控压钻井远程节流回压控制方法，其特征在于，所述井底水力学模型算法为：
Pw＝PH+PAF+PCH，
当Pw在井底压力安全窗口内，则不进行控制，若Pw不在井底压力安全窗口内，则生成相应的指令，调节节流阀的开度；
其中，Pw为井底压力，MPa；PH为环空液柱产生的静压，MPa；PAF为钻井液环空摩阻，MPa；PCH为井口施加的回压，MPa。
6.一种控压钻井远程节流回压控制系统，其特征在于，所述系统包括按照现场信息传递方向依次设置的接口模块、控制模块、交换机和云管理模块，现场信息包括现场自动节流管汇信息、录井信息和用户信息；
其中，接口模块、控制模块和交换机依次线连接，交换机与云管理模块通过网络进行数据交互；
云管理模块能够根据传递的现场信息生成远程井口回压控制指令，该指令能够依次通过交换机、控制模块和接口模块传递至位于现场的节流回压控制系统，节流回压控制系统能够根据指令调节自身的节流阀开度。
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，所述控制模块包括工控机子模块和PLC子模块。
8.根据权利要求7所述的控压钻井远程节流回压控制系统，其特征在于，所述工控机子模块用于对数据参数进行监测与控制；所述PLC子模块与工控机子模块相连接，用于接收来自工控机模块的指令并输出数字量和模拟量。
9.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，所述云管理模块包括云服务器子模块和云存储子模块。
10.根据权利要求9所述的控压钻井远程节流回压控制系统，其特征在于，所述云服务器子模块用于接收所述控制模块上传的用户信息和用于对井口回压数据的分析、计算和处理，并向客户端模块下发对应控制指令，同时将原数据和处理后的数据上传至云存储子模块。
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