CN1538036A - 节流压井自动控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种能按压井施工设计自动控制节流循环压力的节流压井自动控制系统。该系统中，手动三位四通阀和电动三位四通阀并联，油路输出端与液动节流阀相连，电动三位四通阀的控制端、立压传感器、套压传感器、泥浆池液面传感器和阀位开度传感器与计算机相连。运行嵌入该系统的压井设计软件，用关井立压、关井套压和泥浆池增量等数据，对压井作业施工方案进行优化设计，得到压井施工立压控制曲线；压井循环时，计算机实时采集立压、套压、泥浆池增量和阀位开度数据，并与立压控制曲线进行对比，同时计算立压控制压差、套压控制压差和阀位开度；根椐这些参数系统自动控制液动节流阀的开关，调节井口回压的大小，实现节流压井循环的自动控制。摘要附图说明：1.立压传感器，2.套压传感器，3.压井液，4.钻柱，5.井眼，6.环空，7.节流管汇，8.立压表，9.套压表，10.阀位开度表，11.手动三位四通阀，12.节流控制箱，13.阀位传感器，14.液动节流阀，15.手动节流阀，16.放喷管线，17.电动三位四通阀，18.计算机，19.泥浆池，20.泥浆池液面传感器。

Description

节流压井自动控制系统
所属技术领域
本发明涉及石油天然气钻井过程中发生溢流后节流循环压井的自动控制装置，该节流压井自动控制系统能按压井施工设计自动控制节流循环压力。
背景技术
目前，在压井施工过程中，控制地层压力，防止二次溢流的手段是靠地面节流管汇上节流阀产生的井口回压来控制地层压力。操作过程有两种：一是手动控制节流阀；二是通过节流控制箱上的液控装置来控制液动节流阀。两种方法的本质是一样的，即人工手动控制节流阀开度，调节井口回压，实现对地层压力的控制。由于司钻操作水平的差异和立压滞后等因素的影响，节流压井操作时易引起井下压力波动，影响压井成功率。在非常规压井条件下，由于压井施工与井口条件、井下条件、地层特性和压井方法密切相关，压井施工尚无统一的标准和施工控制曲线，因此，节流压井操作对压井的成功与否受手动操作和人员因素的影响就更大，往往由于操作的原因不能有效地实施压井施工方案，从而导致压井失败。
发明内容
为了克服现有节流管汇手动操作节流阀引起井下压力波动，造成井底压力减小，产生二次溢流，影响压井成功率的问题，本发明提供一种节流压井自动控制系统。运行嵌入节流压井自动控制系统的压井设计软件，用发生溢流后所取得的关井立压、关井套压和泥浆池增量等数据，对压井作业施工方案进行优化设计，得到常规或非常规压井施工立压控制曲线；根据压井施工立压控制曲线，运行嵌入节流压井自动控制系统的节流压井控制软件，实时采集立管压力、套管压力、泥浆池增量和节流阀阀位开度数据，并计算出立压控制压差、套压控制压差和节流阀阀位开度等参数；根椐这些参数节流压井自动控制系统自动控制液动节流阀的开关，调节井口回压的大小，实现节流压井循环的自动控制，从而避免由于手动操作节流阀引起的井下压力波动，提高压井成功率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用嵌入节流压井自动控制系统的压井设计软件，根据发生溢流关井后取得的关井立压、关井套压和泥浆池增量等数据，对压井施工方案进行优化设计，得到常规或非常规压井施工立压控制曲线，曲线数据存入计算机。节流压井循环开始后，计算机自动将立压传感器、套压传感器、泥浆池液面传感器和阀位开度传感器采集到的数据从数据采集板的接口读入计算机数据库。计算机中的节流压井控制软件将立压、套压等数据和立压控制曲线的数据从数据库中读出，并进行比较，计算出立压控制压差、套压控制压差和节流阀阀位开度等参数，如果立压控制压差超出允许范围，计算机发出信号，通过数据锁存、光电隔离和驱动电路，驱动电路驱动电动三位四通阀打开或关闭液动节流阀的控制油路，调节液动节流阀的阀位开度，实现对井口回压的控制。计算机继续采集立管压力、套管压力和节流阀阀位开度等数据并进行计算，如果立压控制压差达到设计要求，则计算机发出信号，通过数据锁存、光电隔离和驱动电路，驱动电路接通电动三位四通阀的中位，停止调节液动节流阀，这样就实现了对节流压井循环压力的自动控制。
本发明的有益效果是：通过运行嵌入节流压井自动控制系统的压井设计软件，用发生溢流后所取得的关井立压、关井套压和泥浆池增量等数据，对压井作业施工方案进行优化设计，得到常规或非常规压井施工立压控制曲线；节流压井循环开始后，运行嵌入节流压井自动控制系统中的节流压井控制软件，实时采集立管压力、套管压力和泥浆池增量等数据并计算出立压控制压差、套压控制压差和节流阀阀位开度等参数；根椐这些参数节流压井自动控制系统自动控制液动节流阀的开关，调节井口回压的大小，实现节流压井循环的自动控制，从而避免由于手动操作节流阀引起的井下压力波动，提高压井成功率。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是节流压井自动控制系统原理图。
图2是节流压井自动控制系统电路框图。
图3是压井设计软件程序框图。
图4是节流压井控制软件程序框图。
图中1.立压传感器，2.套压传感器，3.压井液，4.钻柱，5.井眼，6.环空，7.节流管汇，8.立压表，9.套压表，10.阀位开度表，11.手动三位四通阀，12.节流控制箱，13.阀位传感器，14.液动节流阀，15.手动节流阀，16.放喷管线，17.电动三位四通阀，18.计算机，19.泥浆池，20.泥浆池液面传感器；21.立管压力，22.套管压力，23.泥浆池增量，24.节流阀阀位开度，25.信号调理电路，26.通道切换电路，27.A/D转换器，28.总线，29.计算机主机，30.显示器，31.打印机，32.键盘，33.报警装置，34.输出锁存电路，35.光电隔离电路，36.驱动电路，37.电动三位四通阀开位，38.电动三位四通阀关位；39.启动程序，40.基本数据输入，41.选择压井方法，42.工程师法、司钻法、超重密度法、平衡点法、直推法、置换法，43.压井设计，44.查看设计结果，45.保存和打印设计结果，46.结束；47.启动程序，48.状态检测及复位，49.数据采集处理，50.节流阀阀位开度、立管压力、套管压力、泥浆池增量，51.实时显示，52.存入数据库，53.选择节流压井方法，54.循环排污、工程师法、司钻法、超重密度法、平衡点法、直推法、置换法，55.立压控制曲线及数据，56.立压控制压差、套压控制压差、节流阀阀位开度，57.阀位开度控制，58.停止调节节流阀，59.压井施工时间，60.结束。
具体实施方式
在图1中，压井液(3)经钻柱(4)进入环空(6)在井眼(5)内上返经节流管汇(7)至泥浆池(19)形成循环。钻柱上的立压传感器(1)与节流控制箱(12)上的立压表(8)和计算机(18)相连，套压传感器(2)与节流控制箱上的套压表(9)和计算机相连，泥浆池液面传感器(20)与计算机相连，阀位传感器(13)与计算机和节流控制箱上的阀位开度表(10)相连，在节流控制箱内，手动三位四通阀(11)和电动三位四通阀(17)并联，油路输出端与液动节流阀(14)相连，电动三位四通阀的控制端与计算机相连。节流压井循环时计算机实时采集立管压力、套管压力、泥浆池增量和节流阀阀位开度数据，并存入数据库，同时计算立压控制压差、套压控制压差和节流阀阀位开度，并与数据库中的立压控制曲线进行对比；如果立压控制压差低于允许范围，计算机发出信号，驱动电动三位四通阀接通关闭油路，调小液动节流阀的阀位开度，套管压力上升，使立压控制压差回到允许范围；如果立压控制压差超出允许范围，计算机发出信号，驱动电动三位四通阀接通开启油路，调大液动节流阀的阀位开度，套管压力下降，使立压控制压差回到允许范围；这样就实现了对节流压井循环压力的自动控制。
在图2中，连接立压传感器、套压传感器、泥浆池液面传感器和阀位传感器的电缆与信号调理电路(25)的接口相连，信号调理电路与通道切换电路(26)相连，通道切换电路与A/D转换器(27)相连，通道切换电路经总线(28)与计算机主机(29)相连，A/D转换器经总线与计算机主机相连，计算机主机经总线与输出锁存电路(34)和报警装置(33)相连，键盘(32)、打印机(31)、显示器(30)与计算机主机相连，输出锁存电路与光电隔离电路(35)相连，光电隔离电路与驱动电路(36)相连，驱动电路的输出端分别与电动三位四通阀开位(37)和电动三位四通阀关位(38)相连。立管压力(21)、套管压力(22)、泥浆池增量(23)和节流阀阀位开度(24)信号经信号调理电路处理为标准电压信号后送入通道切换电路，通道切换电路顺序切换扫描上述四种信号并送入A/D转换器，A/D转换器将模拟信号转换为数字信号数据，计算机中节流压井控制软件的数据采集处理模块将数据读入计算机，同时存入数据库并实时显示；计算机中节流压井控制软件的节流压井控制模块从数据库中读出数据，并与压井设计软件设计出的立压控制曲线进行对比，计算出立压控制压差、套压控制压差和节流阀阀位开度等数据；如果立压控制压差低于允许范围，计算机发出信号，经总线至输出锁存电路、光电隔离电路到驱动电路，驱动电路接通电动三位四通阀的关位，电动三位四通阀接通关闭油路，调小液动节流阀的阀位开度，套管压力上升，使立压控制压差回到允许范围，然后计算机发出信号，经总线至输出锁存电路、光电隔离电路到驱动电路，驱动电路接通电动三位四通阀的中位，停止调节节流阀；如果立压控制压差超出允许范围，计算机发出信号，经总线至输出锁存电路、光电隔离电路到驱动电路，驱动电路接通电动三位四通阀的开位，电动三位四通阀接通开启油路，调大液动节流阀的阀位开度，套管压力下降，使立压控制压差回到允许范围，然后计算机发出信号，经总线至输出锁存电路、光电隔离电路到驱动电路，驱动电路接通电动三位四通阀的中位，停止调节节流阀；这样就实现了对节流压井循环压力的自动控制。
在图3中，启动程序(39)，进入基本数据输入(40)界面，根据发生溢流关井后所取得的关井立压、关井套压、泥浆池增量、井身结构、钻具尺寸等参数，从界面直接输入，或从数据文件读入，或从数据库读入，生成压井施工设计的基本数据文件；根据关井后取得的相关数据、井下条件和井场条件选择压井方法(41)，压井方法有工程师法、司钻法、超重密度法、平衡点法、直推法和置换法(42)，进入压井设计(43)界面后，读入已生成的压井施工设计基本数据，计算各施工参数和立压控制曲线，进入查看压井设计结果(44)界面，如果各施工参数计算结果和立压控制曲线满足设计要求，则保存和打印设计结果(45)，然后结束(46)程序，如果各施工参数计算结果和立压控制曲线不满足设计要求，则返回到基本数据输入界面，调整参数，生成新的压井施工设计基本数据文件，重新设计，直到各施工参数计算结果和立压控制曲线满足设计要求为止。
在图4中，启动程序(47)，对各传感器和液动节流阀进行状态检测及复位(48)操作，运行数据采集处理(49)模块采集节流阀阀位开度、立管压力、套管压力和泥浆池增量(50)数据，实时显示(51)并存入数据库(52)；运行节流压井控制模块，选择节流压井控制方法(53)，控制方法有循环排污、工程师法、司钻法、超重密度法、平衡点法、直推法和置换法(54)，从数据库中读出立压控制曲线及数据(55)和节流阀阀位开度、立管压力、套管压力及泥浆池增量等数据，计算立压控制压差、套压控制压差和节流阀阀位开度(56)，根据计算结果发出阀位开度控制(57)信号，调节液动节流阀阀位开度，使立压控制压差达到规定的要求，然后发出信号停止调节液动节流阀(58)，根据压井施工进程和实测立管压力、套管压力及泥浆池增量等数据，判断压井施工时间(59)，压井结束(60)。

Claims (5)

1.一种节流压井自动控制系统，钻柱上的立压传感器、节流管汇前端的套压传感器、泥浆池液面传感器和液动节流阀上的阀位传感器与计算机中数据采集板的接口相连，立压传感器、套压传感器和阀位传感器分别与节流控制箱上的立压表、套压表和阀位开度表相连，电动三位四通阀的控制端与计算机中A/D转换器的输出接口相连，电动三位四通阀和手动三位四通阀的油路输出端与液动节流阀相连，计算机中安装压井设计软件和节流压井控制软件，其特征是：运行压井设计软件得到压井施工立压控制曲线，运行节流压井控制软件自动采集立压传感器、套压传感器、泥浆池液面传感器和阀位传感器输出的数据，并与立压控制曲线比较，计算得到立压控制压差、套压控制压差和节流阀阀位开度，计算机输出指令，驱动电动三位四通阀开关，调节井口回压，实现对节流压井循环压力的自动控制。
2.根据权利要求1所述的节流压井自动控制系统，其特征是连接立压传感器、套压传感器、泥浆池液面传感器和阀位传感器的电缆与信号调理电路的接口相连，信号调理电路与通道切换电路相连，通道切换电路与A/D转换器相连，通道切换电路经总线与计算机主机相连，A/D转换器经总线与计算机主机相连，计算机主机经总线与输出锁存电路和报警装置相连，键盘、打印机、显示器与计算机主机相连，输出锁存电路与光电隔离电路相连，光电隔离电路与驱动电路相连，驱动电路的输出端分别与电动三位四通阀开位和电动三位四通阀关位相连。
3.根据权利要求1所述的节流压井自动控制系统，其特征是电动三位四通阀和手动三位四通阀的油路并联连接。
4.根据权利要求1所述的节流压井自动控制系统，其特征是启动压井设计程序，进入基本数据输入界面，根据发生溢流关井后所取得的关井立压、关井套压、泥浆池增量、井身结构、钻具尺寸等参数，从界面直接输入，或从数据文件读入，或从数据库读入，生成压井施工设计的基本数据文件；根据关井后取得的相关数据、井下条件和井场条件选择压井方法，压井方法有工程师法、司钻法、超重密度法、平衡点法、直推法和置换法，进入压井设计界面后，读入已生成的压井施工设计基本数据，计算各施工参数和立压控制曲线，进入查看压井设计结果界面，如果各施工参数计算结果和立压控制曲线满足设计要求，则保存和打印设计结果，然后结束程序，如果各施工参数计算结果和立压控制曲线不满足设计要求，则返回到基本数据输入界面，调整参数，生成新的压井施工设计基本数据文件，重新设计，直到各施工参数计算结果和立压控制曲线满足设计要求为止。
5.根据权利要求1所述的节流压井自动控制系统，其特征是启动节流压井控制程序，对立压传感器、套压传感器、泥浆池液面传感器、阀位开度传感器和液动节流阀进行状态检测及复位操作，运行数据采集处理模块采集节流阀阀位开度、立管压力、套管压力和泥浆池增量数据，实时显示并存入数据库；运行节流压井控制模块，选择节流压井控制方法，控制方法有循环排污、工程师法、司钻法、超重密度法、平衡点法、直推法和置换法，从数据库中读出立压控制曲线及数据和节流阀阀位开度、立管压力、套管压力及泥浆池增量等数据，计算立压控制压差、套压控制压差和节流阀阀位开度，根据计算结果发出阀位开度控制信号，调节液动节流阀阀位开度，使立压控制压差达到规定的要求，然后发出信号停止调节液动节流阀，根据压井施工进程和实测立管压力、套管压力及泥浆池增量等数据，判断压井施工时间，压井结束。
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