CN209523741U - 一种井口回压自动控制系统 - Google Patents

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杨赟
赵航博
韦海防
李婧
杨敏
仵磊
姜生辉
贾军喜
陈财政
周雄兵
杨茂红
李岩泽
殷健
李新弟
武自博
张弢
王磊
彭元超
高峰
刘洁
贾瑜
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Abstract

本实用新型属于控压钻井工程技术领域，具体涉及一种井口回压自动控制系统及方法，包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、补偿泵、节流阀、井深传感器和分析控制器；解决了现有精细控压装备设备配套多、压力控制系统复杂、投入成本较高，不符合长庆油田低成本的开发战略，后期推广较困难的问题，本实用新型实现井口回压自动控制，满足全过程井口控压钻井需求，提高安全作业能力，降低长庆油田注水区域井控风险，有助于研发适合注水区域井口控压钻井的低成本压力自动控制系统和优化配套工艺。

Description

一种井口回压自动控制系统
技术领域
本实用新型属于控压钻井工程技术领域，具体涉及一种井口回压自动控制系统。
背景技术
井口控压钻井具有经济、有效、可靠的特点，由于其配套设备少、投入成本较低，技术针对性强、可有效降低井控风险，工艺简单、可操作性强，在长庆油田注水开发区域迅速推广起来，实现了长庆油田注水区域溢流出水、伴生气、漏溢同存等不同溢流情况下的安全钻进。但在长庆油田注水区域实施的井口控压钻井作业只局限在正常钻进工况下，实现对井口回压大小的控制，无法满足接单根、起下钻等工况时的井口回压控制，不能实现全过程的井口控压钻井，其主要原因是装备配套不够完善。虽然目前精细控压装备能满足全过程的控压钻井作业要求，但是其设备配套多(回压补偿泵、PWD、流量计量系统、自动节流管汇及中央控制系统等)、压力控制系统复杂(需要通过井底压力监测、微流量监测等)、投入成本较高，不符合长庆油田低成本的开发战略，后期推广较困难。为了在保持经济、有效、可靠的原则实现钻井全过程的井口回压自动控制，提高注水区域井口控压钻井安全作业能力，需开展适合注水区域井口控压钻井的低成本压力自动控制系统研究，其中井口回压自动控制方法作为系统研发核心，是成功研发出低成本压力自动控制系统的关键，迫切需要开展针对性研究。
实用新型内容
本实用新型提供的一种井口回压自动控制系统目的一是克服现有技术中长庆油田注水区域实施的井口控压钻井作业中由于装备配套不够完善，只局限在正常钻进工况下，实现对井口回压大小的控制，无法满足接单根、起下钻等工况时的井口回压控制，不能实现全过程的井口控压钻井的问题；目的二是克服现有技术中虽然目前精细控压装备能满足全过程的控压钻井作业要求，但是其设备配套多(回压补偿泵、PWD、流量计量系统、自动节流管汇及中央控制系统等)、压力控制系统复杂(需要通过井底压力监测、微流量监测等)、投入成本较高，不符合长庆油田低成本的开发战略，后期推广较困难的问题。
为此，本实用新型提供了一种井口回压自动控制系统，包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、补偿泵、节流阀、井深传感器和分析控制器，第一压力传感器连接井口立管，井深传感器通过高压管线连于井口内，补偿泵一端连接第二压力传感器，补偿泵另一端通过高压管线连接井口入口，井口出口通过高压管线连接第三压力传感器一端，第三压力传感器另一端连接节流阀；分析控制器通过信号传输线分别连接第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、节流阀和井深传感器。
所述分析控制器用来获取数据、分析数据和执行操作，分析数据是将获取的数据进行分析，执行操作是根据分析数据的结果进行执行，分析控制器获取数据的数据包括输入基础参数数据和实时参数数据。
所述基础参数数据包括停启泵判定值Psp、预设井口回压值Pwd、预设非循环工况井口回压值Pma、压力控制精度Pca、关井求压值Pcw、关井求压井深Hcw、钻井液性能及排量、井身结构、钻具组合。
所述实时参数数据通过第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和井深传感器测得，所述第一压力传感器用来测立管压力Pd，第二压力传感器用来测补偿源压力Psc，第三压力传感器用来测井口回压Pw，井深传感器用来测实时井深Hrt。
所述分析控制器包括自动控制模式和手动控制模式。
本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种井口回压自动控制系统，主要通过各项参数输入、自动获取和计算分析，进行作业工况自动判断、自动制定执行指令、节流阀开度自动控制，实现井口回压自动控制，满足全过程井口控压钻井需求，提高安全作业能力，进一步降低长庆油田注水区域井控风险，有助于研发适合注水区域井口控压钻井的低成本压力自动控制系统和优化配套工艺。
附图说明
以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
图1井口控压设备安装布局图；
图2井口控压钻进流程；
图3不同作业工况的自动控制流程。
附图标记说明：1、第一压力传感器；2、第二压力传感器；3、第三压力传感器；4、补偿泵；5、节流阀；6、井深传感器；7、分析控制器。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，一种井口回压自动控制系统，包括第一压力传感器1、第二压力传感器2、第三压力传感器3、补偿泵4、节流阀5、井深传感器6和分析控制器7，第一压力传感器1连接井口立管，井深传感器6通过高压管线连于井口内，补偿泵4一端连接第二压力传感器2，补偿泵4另一端通过高压管线连接井口入口，井口出口通过高压管线连接第三压力传感器3一端，第三压力传感器3另一端连接节流阀5；分析控制器7通过信号传输线分别连接第一压力传感器1、第二压力传感器2、第三压力传感器3、节流阀5和井深传感器6。
所述分析控制器7用来获取数据、分析数据和执行操作，分析数据是将获取的数据进行分析，执行操作是根据分析数据的结果进行执行，分析控制器7获取数据的数据包括输入基础参数数据和实时参数数据。
所述基础参数数据包括停启泵判定值Psp、预设井口回压值Pwd、预设非循环工况井口回压值Pma、压力控制精度Pca、关井求压值Pcw、关井求压井深Hcw、钻井液性能及排量、井身结构、钻具组合。
所述实时参数数据通过第一压力传感器1、第二压力传感器2、第三压力传感器3和井深传感器6测得，所述第一压力传感器1用来测立管压力Pd，第二压力传感器2用来测补偿源压力Psc，第三压力传感器3用来测井口回压Pw，井深传感器6用来测实时井深Hrt。
所述分析控制器7包括自动控制模式和手动控制模式。
本实用新型提供的这种井口回压自动控制系统，主要通过各项参数输入、自动获取和计算分析，进行作业工况自动判断、自动制定执行指令、节流阀开度自动控制，实现井口回压自动控制，满足全过程井口控压钻井需求，提高安全作业能力，进一步降低长庆油田注水区域井控风险，有助于研发适合注水区域井口控压钻井的低成本压力自动控制系统和优化配套工艺。
实施例2：
如图2-3所示，在实施例1的基础上，一种井口回压自动控制方法，包括如下步骤：
1)获取数据，分析控制器7输入基础参数数据和实时参数数据并存储；
2)分析数据，分析控制器7将步骤1)获取的数据进行计算得到实现判断操作的压力数据，并进行工况及控制操作判断；
3)执行操作，分析控制器7根据工况及控制操作判断，制定执行指令，实现井口回压自动控制。
所述步骤2)判断操作的压力数据根据关井求压值Pcw、关井求压井深Hcw、实时井深Hrt、钻井液性能及排量、井身结构、钻具组合参数，对预设井口回压值Pwd、预设非循环工况井口回压值Pma进行校正计算，并将最终数据存储在分析控制器7。可选用自动选用校正值和手动选用校正值，如不执行校正，上述两个参数执行原输入值，最终数据在分析控制器7存储。
所述步骤2)工况及控制操作判断为：
31)若Pd＞Psp、Pwd＝0，为钻进工况，不执行自动控压操作；
32)若Pd＞Psp、Pwd＞0，为钻进工况，执行自动控压操作；
33)若Pd＜Psp、Psc＜Psp、Pma＝0，为接单根、起下钻或等停三种工况之一，补偿泵4不执行压力补偿操作；
34)若Pd＜Psp、Psc＜Psp、Pma＞0，为接单根、起下钻或等停三种工况之一，补偿泵4执行压力补偿操作，此项仅停泵不断流情况严重时考虑；
35)若Pd＜Psp、Psc＞Psp、Pma＝0，为连续灌浆起钻工况，补偿泵4不执行压力补偿操作；
36)若Pd＜Psp、Psc＞Psp、Pma＞0，为接单根、带压起下钻或带压等停三种工况之一，补偿泵4执行压力补偿操作。
所述步骤3)包括如下步骤:
1)若作业工况为S31、S33时，节流阀5自动调节为全开状态，若此时Pw＞0，则将自动控制模式转为手动控制模式，并预警；
2)若作业工况为S32时，节流阀5自动调节开度状态，使得Pwd－Pca≤Pw≤Pwd+Pca；在Pw≤Pwd－Pca时，节流阀5开度调节小，在Pw≥Pwd+Pca时，节流阀5开度调大；
3)若作业工况为S34、S36时，节流阀5自动调节开度状态，使得Pma－Pca≤Pw≤Pma+Pca；在Pw≤Pma－Pca时，节流阀5开度调节小，在Pw≥Pma+Pca时，节流阀5开度调大；
4)作业工况为S35时，节流阀5自动调节为全开状态，Pw＞Pca，将自动控制模式转为手动控制模式，并预警。
在节流阀自动调节开度状态控制井口压力时，△︱Pw－Pwd︱越大，调节动作速度越快，反之，降低动作速度；
自动模式下，可以通过数据实时读取分析与指令执行，实现不同工况下的井口回压自动控制。但在手动控制模式下，如需要实现压力自动控制，需要手动调为自动控制模式。
本实用新型的有益效果：本实用新型通过提出一种基于动力泵源信号数据和基础数据计算分析进行井口控压钻井系统自动判断及压力控制的方法，有助于研发适合注水区域井口控压钻井的低成本压力自动控制系统以及优化配套工艺。基于该方法的系统可以自动判断工况、自动制定执行指令、自动控制节流阀开度，实现井口回压自动控制，满足注水区域全过程井口控压钻井需求，进一步降低油田注水区域钻井井控风险。
实施例3：
在实施例2的基础上，本实用新型以井口控压钻井接单根(压力补偿)工况的系统自动判断及控压流程作为实施例。
(1)获取数据，分析控制器7输入基础参数数据和实时参数数据并存储；
输入基础数据：停启泵判定值Psp、预设井口回压值Pwd、预设非循环工况井口回压值Pma、压力控制精度Pca、关井求压值Pcw、关井求压井深Hcw、钻井液性能及排量、井身结构、钻具组合；
读取传感器数据：立管压力Pd、补偿源压力Psc、井口回压Pw、实时井深Hrt；
(2)分析数据，分析控制器7将步骤1)获取的数据进行计算得到实现判断操作的压力数据，并进行工况及控制操作判断；
数据校正：根据关井求压值Pcw、关井求压井深Hcw等参数，校正计算预设井口回压值Pwd、预设非循环工况井口回压值Pma，并手动选用校正值，并将最终数据存储在分析控制器7；
工况及控制操作判断：
①Pd＜Psp、Psc＞Psp，判断为停止钻井泥浆泵源，开启补偿泵源，可为接单根、起下钻或等停等三种工况之一，工况的不确定性不影响下一步操作；
②比较Pma＞0，判断需要补偿井口回压。
(3)执行操作，分析控制器7根据工况及控制操作判断，制定执行指令，实现井口回压自动控制；
根据上述判断，下达执行指令：自动调节节流阀开度，使补偿压力满足预期。如Pw≤Pma－Pca时，节流阀开度调节小，Pw≥Pma+Pca时，节流阀开度调大。
以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种井口回压自动控制系统，其特征在于：包括第一压力传感器(1)、第二压力传感器(2)、第三压力传感器(3)、补偿泵(4)、节流阀(5)、井深传感器(6)和分析控制器(7)，第一压力传感器(1)连接井口立管，井深传感器(6)通过高压管线连于井口内，补偿泵(4)一端连接第二压力传感器(2)，补偿泵(4)另一端通过高压管线连接井口入口，井口出口通过高压管线连接第三压力传感器(3)一端，第三压力传感器(3)另一端连接节流阀(5)；分析控制器(7)通过信号传输线分别连接第一压力传感器(1)、第二压力传感器(2)、第三压力传感器(3)、节流阀(5)和井深传感器(6)。
2.如权利要求1所述的井口回压自动控制系统，其特征在于：所述分析控制器(7)用来获取数据、分析数据和执行操作，分析数据是将获取的数据进行分析，执行操作是根据分析数据的结果进行执行，分析控制器(7)获取数据的数据包括输入基础参数数据和实时参数数据。
3.如权利要求2所述的井口回压自动控制系统，其特征在于：所述基础参数数据包括停启泵判定值Psp、预设井口回压值Pwd、预设非循环工况井口回压值Pma、压力控制精度Pca、关井求压值Pcw、关井求压井深Hcw、钻井液性能及排量、井身结构、钻具组合。
4.如权利要求3所述的井口回压自动控制系统，其特征在于：所述实时参数数据通过第一压力传感器(1)、第二压力传感器(2)、第三压力传感器(3)和井深传感器(6)测得，所述第一压力传感器(1)用来测立管压力Pd，第二压力传感器(2)用来测补偿源压力Psc，第三压力传感器(3)用来测井口回压Pw，井深传感器(6)用来测实时井深Hrt。
5.如权利要求4所述的井口回压自动控制系统，其特征在于：所述分析控制器(7)包括自动控制模式和手动控制模式。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109538144A (zh) * 2019-01-02 2019-03-29 中国石油集团川庆钻探工程有限公司工程技术研究院 一种井口回压自动控制系统及方法
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