EA005470B1 - Система для регулирования рабочих давлений в подземной буровой скважине - Google Patents

Система для регулирования рабочих давлений в подземной буровой скважине Download PDF

Info

Publication number
EA005470B1
EA005470B1 EA200400240A EA200400240A EA005470B1 EA 005470 B1 EA005470 B1 EA 005470B1 EA 200400240 A EA200400240 A EA 200400240A EA 200400240 A EA200400240 A EA 200400240A EA 005470 B1 EA005470 B1 EA 005470B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
tubular element
pressure
signal
actual
wellbore
Prior art date
Application number
EA200400240A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200400240A1 (ru
Inventor
Линго Чанг
Роджер Сутер
Алан Беркхард
Original Assignee
М-Ай Л.Л.С.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by М-Ай Л.Л.С. filed Critical М-Ай Л.Л.С.
Publication of EA200400240A1 publication Critical patent/EA200400240A1/ru
Publication of EA005470B1 publication Critical patent/EA005470B1/ru

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/08Controlling or monitoring pressure or flow of drilling fluid, e.g. automatic filling of boreholes, automatic control of bottom pressure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
  • Control Of Fluid Pressure (AREA)
  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Flow Control (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

Система осуществляет мониторинг рабочих давлений в трубчатом элементе (18) и сравнение фактического рабочего давления с заданным рабочим давлением. После этого разница между фактическим и заданным рабочим давлением обрабатывается для управления работой автоматического штуцера (102), чтобы тем самым обеспечить регулируемый выпуск находящихся под давлением, флюидальных материалов из кольцевого пространства (24) между трубчатым элементом (18) и стенкой ствола (12) скважины, в результате чего создается противодавление в стволе скважины.

Description

Предпосылки создания изобретения
Настоящее изобретение относится, в основном, к подземным буровым скважинам и, в частности, к системам для регулирования рабочих давлений в подземных буровых скважинах.
Как показано на фиг. 1, типовая нефтяная или газовая скважина 10 имеет ствол 12 скважины, который проходит через подземный пласт 14, и имеет обсадную колонну 16. Во время эксплуатации скважины 10 бурильная труба 18 может быть установлена внутри ствола 12 скважины для закачивания текучих сред, например, таких как буровой раствор, в ствол скважины. Как очевидно для специалистов в данной области техники, на конце бурильной трубы 18 может быть предусмотрено буровое долото, и закачиваемый буровой раствор может использоваться для охлаждения бурового долота и удаления частиц, выбуренных посредством бурового долота. Резервуар 20 для бурового раствора, содержащий запас бурового раствора, может быть подсоединен в рабочем положении к буровому насосу 22 для обеспечения нагнетания бурового раствора в бурильную трубу 18. Кольцевое пространство 24 между обсадной колонной 16 и бурильной трубой 18 может быть перекрыто обычным образом путем использования, например, вращающегося уплотнения 26. Для регулирования рабочих давлений внутри скважины 10 так, чтобы они находились, например, в приемлемых пределах, в рабочем положении может быть обеспечено сообщение по текучей среде между штуцером 28 и кольцевым пространством 24, образованным между обсадной колонной 16 и бурильной трубой 18, с целью обеспечения регулируемого выпуска находящихся под давлением, текучих сред из кольцевого пространства 24 обратно в резервуар 20 для бурового раствора, чтобы тем самым создать противодавление внутри ствола 12 скважины. Оператор 30 осуществляет ручное управление штуцером 28 для поддержания одного или нескольких следующих рабочих давлений в скважине 10 в приемлемых пределах: рабочего давления в кольцевом пространстве 24 между обсадной колонной 16 и бурильной трубой 18 - обычно называемого давлением в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой; рабочего давления в бурильной трубе 18 - обычно называемого давлением в бурильной трубе; и рабочего давления в забое ствола 12 скважины - обычно называемого забойным давлением. Для облегчения ручного регулирования 30 давления в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой, давления в бурильной трубе и забойного давления в скважине 10 могут быть размещены датчики, соответственно обозначенные 32а, 32Ь и 32с, которые выдают сигналы, характеризующие фактические значения давления в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой, давления в бурильной трубе и/или забойного давления для воспроизведения их на обычной индикаторной панели 34. Как правило, датчики 32а и 32Ь, предназначенные для определения соответственно давления в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой и давления в бурильной трубе, расположены соответственно в кольцевом пространстве 24 и в бурильной трубе 18 рядом с поверхностью. Оператор 30 может визуально контролировать одно или несколько рабочих давлений, а именно давление в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой, давление в бурильной трубе и/или забойное давление, путем использования индикаторной панели 34 и пытаться вручную поддерживать рабочие давления в заранее заданных приемлемых пределах путем регулирования штуцера 28 вручную. Если давление в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой, давление в бурильной трубе и/или забойное давление не будут поддерживаться в приемлемых пределах, то может произойти подземный выброс, который может привести к разрушению продуктивных зон подземного пласта 14. Осуществляемое оператором вручную регулирование давления в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой, давления в бурильной трубе и/или забойного давления является неточным, ненадежным и непредсказуемым. В результате происходят подземные выбросы, которые снижают промышленную ценность многих нефтяных и газовых скважин.
Настоящее изобретение направлено на преодоление одного или нескольких ограничений, связанных с существующими системами, предназначенными для регулирования рабочих давлений в подземных буровых скважинах.
Краткое изложение сущности изобретения
В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения предложен способ регулирования одного или нескольких рабочих давлений в подземной буровой скважине, содержащей трубчатый элемент, расположенный в стволе скважины и образующий кольцевое пространство между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, уплотнительный элемент для закрытия кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, насос для закачивания текучих сред в трубчатый элемент и автоматический штуцер для регулируемого выпуска текучих сред из кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, при этом данный способ включает определение рабочего давления в трубчатом элементе и формирование сигнала фактического давления в трубчатом элементе, характеризующего фактическое рабочее давление в трубчатом элементе, сравнение сигнала фактического давления в трубчатом элементе с сигналом заданного давления в трубчатом элементе, характеризующим заданное рабочее давление в трубчатом элементе, и формирование сигнала рассогласования, характеризующего разницу между сигналом фактического давления в трубчатом элементе и сигналом заданного давления в трубчатом элементе, и обработку сигнала рассогласования для
-1005470 формирования сигнала, характеризующего уставку давления, для управления работой автоматического штуцера.
Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают ряд преимуществ. Например, возможность регулирования давления в бурильной трубе также обеспечивает возможность регулировать забойное давление. Кроме того, использование пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора (ПИД-регулятора), выполненного с возможностью коррекции на отставание по фазе и/или упреждающего регулирования, позволяет улучшить эксплуатационные характеристики и повысить точность системы регулирования. Кроме того, мониторинг переходной характеристики системы и моделирование общей передаточной функции системы обеспечивают возможность дополнительного регулирования работы ПИД-регулятора с тем, чтобы он реагировал на возмущения в системе. В завершение, определение сходимости, расходимости или установившегося расхождения между общей передаточной функцией системы и регулируемыми переменными обеспечивает возможность дополнительного регулирования ПИД-регулятора для получения улучшенных частотных характеристик системы регулирования.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет схематичное изображение варианта осуществления обычной нефтяной или газовой скважины;
фиг. 2 - схематичное изображение варианта осуществления системы, предназначенной для регулирования рабочих давлений в нефтяной или газовой скважине;
фиг. 3 - схематичное изображение варианта осуществления автоматического штуцера системы, показанной на фиг. 2;
фиг. 4 - схематичное изображение варианта осуществления системы управления, предусмотренной в системе, показанной на фиг. 2;
фиг. 5 - схематичное изображение другого варианта осуществления системы, предназначенной для регулирования рабочих давлений в нефтяной или газовой скважине;
фиг. 6 - схематичное изображение еще одного варианта осуществления системы, предназначенной для регулирования рабочих давлений в нефтяной или газовой скважине;
фиг. 7 - схематичное изображение еще одного варианта осуществления системы, предназначенной для регулирования рабочих давлений в нефтяной или газовой скважине;
фиг. 8 - схематичное изображение еще одного варианта осуществления системы, предназначенной для регулирования рабочих давлений в нефтяной или газовой скважине.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
На фиг. 2-4 показана система 100, предназначенная для регулирования рабочих давлений в нефтяной или газовой скважине 10, в которой предусмотрен автоматический штуцер 102 для регулируемого выпуска находящихся под давлением текучих сред из кольцевого пространства 24 между обсадной колонной 16 и бурильной трубой 18 в резервуар 20 для бурового раствора, чтобы тем самым создать противодавление в стволе 12 скважины, и система 104 управления, предназначенная для управления работой автоматического штуцера.
Как проиллюстрировано на фиг. 3, автоматический штуцер 102 включает подвижный клапанный элемент 102а, который образует бесступенчато регулируемую траекторию потока, зависящую от положения клапанного элемента 102а. Регулирование положения клапанного элемента 102а осуществляется посредством первого управляющего сигнала 102Ь давления и противоположного второго управляющего сигнала 102с давления. В приведенном в качестве примера варианте осуществления первый управляющий сигнал 102Ь давления характеризует уставку давления, которую формирует система 104 управления, а второй управляющий сигнал 102с давления характеризует давление в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой. Таким образом, если давление в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой превышает уставку давления, текучие среды, находящиеся под давлением в кольцевом пространстве 24 скважины 10, выпускаются в резервуар 20 для бурового раствора. Напротив, если давление в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой равно или меньше уставки давления, то текучие среды, находящиеся под давлением в кольцевом пространстве 24 скважины 10, не выпускаются в резервуар 20 для бурового раствора. Таким образом, автоматический штуцер 102 выполняет функцию регулятора давления, который может обеспечить регулируемый выпуск находящихся под давлением текучих сред из кольцевого пространства 24 и, тем самым, также регулируемое создание противодавления в стволе 12 скважины. В приведенном в качестве примера варианте осуществления автоматический штуцер 102 дополнительно выполнен по существу так же, как описано в патенте США № 6 253 787, описание которого включено в данную заявку путем ссылки.
Как проиллюстрировано на фиг. 4, система 104 управления включает обычное устройство 104а для подачи воздуха, которое соединено в рабочем положении с обычным, управляемым вручную регулятором 104Ь давления воздуха, предназначенным для регулирования рабочего давления устройства для подачи воздуха. Оператор 104с может вручную отрегулировать регулятор 104Ь давления воздуха для формирования уставки давления воздуха. Уставка давления воздуха затем преобразуется в уставку гидравлического давления с помощью обычного преобразователя 1046 давления воздуха в гидравлическое дав
-2005470 ление. Уставка гидравлического давления используется затем для управления работой автоматического штуцера 102.
Таким образом, система 100 позволяет оператору 104с осуществлять автоматическое регулирование давления в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой путем выбора заданной уставки давления. Автоматический штуцер 102 в этом случае осуществляет регулирование давления в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой в зависимости от выбранной уставки давления.
Как показано на фиг. 5, альтернативный вариант осуществления системы 200, предназначенной для регулирования рабочих давлений в нефтяной или газовой скважине 10, включает осуществляемую оператором визуальную обратную связь 202, которая обеспечивает мониторинг фактического значения давления в бурильной трубе 18 путем использования индикаторной панели 34. В этом случае оператор 202 считывает фактическое значение давления в бурильной трубе и сравнивает его с заранее определенным, заданным значением давления в бурильной трубе для определения отклонения фактического давления в бурильной трубе от заданного. После этого оператор может выполнить соответствующие действия при ручном управлении системой 104 управления для регулирования уставки давления в зависимости от величины отклонения фактического давления в бурильной трубе. После этого автоматический штуцер 102 использует отрегулированную уставку давления для регулирования фактического давления в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой. Фактическое давление в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой затем используется в скважине 10 для регулирования фактического давления в бурильной трубе. Таким образом, система 200 обеспечивает поддержание фактического давления в бурильной трубе в пределах заданного диапазона допустимых значений. Кроме того, поскольку существует более сильная корреляция между давлением в бурильной колонне и забойным давлением, чем между давлением в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой и забойным давлением, система 200 обеспечивает возможность более эффективного регулирования забойного давления по сравнению с системой 100.
Как показано на фиг. 6, еще один альтернативный вариант осуществления системы 300, предназначенной для регулирования рабочих давлений в нефтяной или газовой скважине 10, включает осуществляемую с помощью датчика, обратную связь 302, которая обеспечивает мониторинг фактического значения давления в бурильной трубе 18 путем использования выходного сигнала датчика 32Ь. Фактическое значение давления в бурильной трубе, полученное с помощью обратной связи 302, осуществляемой через посредство датчика, сравнивается затем с заданным значением давления в бурильной трубе для формирования сигнала рассогласования давления в бурильной трубе, который обрабатывается пропорционально-интегрально-дифференциальным регулятором (ПИД-регулятором) 304 для формирования уставки гидравлического давления.
Как очевидно для специалистов в данной области техники, ПИД-регулятор имеет коэффициенты усиления Кр, К1 и К4, которые умножаются соответственно на сигнал рассогласования, интеграл сигнала рассогласования и дифференциал сигнала рассогласования. В приведенном в качестве примера варианте осуществления ПИД-регулятор 304 выполнен с корректором запаздывания во времени и/или с возможностью упреждающего регулирования. В приведенном в качестве примера варианте осуществления корректор запаздывания во времени служит для коррекции временных задержек, вызванных динамикой давления текучих сред в стволе скважины (то есть задержкой, обусловленной временем процесса быстрого изменения давления) и/или коррекции временных задержек, вызванных запаздыванием реакции между входным сигналом, поступающим в автоматический штуцер 102 (то есть входным значением уставки давления, выдаваемым ПИД-регулятором 304 в цифровой форме), и выходным сигналом автоматического штуцера (то есть получающимся в результате давлением в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой). Время процесса быстрого изменения давления представляет собой время, которое требуется импульсу давления, создаваемому при открытии или закрытии автоматического штуцера 102, чтобы пройти вниз через кольцевое пространство 24 и обратно вверх через внутреннее пространство бурильной трубы 18 до того, как он проявит себя путем изменения давления в бурильной трубе у поверхности. Кроме того, время процесса быстрого изменения давления изменяется, например, в зависимости от рабочих давлений в скважине 10, объема, типа и диспергирования изверженной жидкости, типа и состояния бурового раствора и типа и состояния подземного пласта 14.
Как очевидно для специалистов в данной области техники, упреждающее регулирование относится к системе регулирования (управления), в которой изменения уставки или возмущения в рабочей среде могут быть упреждены и обработаны независимо от сигнала рассогласования до того, как они смогут отрицательно повлиять на динамику процесса. В приведенном в качестве примера варианте осуществления упреждающее регулирование обеспечивает упреждение изменений уставки давления и/или возмущений в окружающей среде для скважины 10.
После этого уставка гидравлического давления используется автоматическим штуцером 102 для регулирования фактического давления в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой. Фактическое давление в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой затем используется в скважине 10 для регулирования фактического давления в бурильной трубе. Таким
-3005470 образом, система 300 обеспечивает поддержание фактического давления в бурильной трубе в пределах заданного диапазона допустимых значений. Кроме того, поскольку ПИД-регулятор 304 системы 300 является более чувствительным, точным и надежным, чем система 104 управления, предусмотренная в системе 200, система 300 обеспечивает возможность более эффективного регулирования давления в бурильной трубе и забойного давления по сравнению с системой 200.
Как показано на фиг. 7, вариант осуществления адаптивной системы 400, предназначенной для регулирования рабочих давлений в нефтяной или газовой скважине 10, включает осуществляемую с помощью датчика, обратную связь 402, которая обеспечивает мониторинг фактического значения давления в бурильной трубе 18 путем использования выходного сигнала датчика 32Ь. Фактическое значение давления в бурильной трубе, полученное с помощью обратной связи 402, осуществляемой через посредство датчика, сравнивается затем с заданным значением давления в бурильной трубе для формирования сигнала рассогласования давления в бурильной трубе, который обрабатывается пропорциональноинтегрально-дифференциальным регулятором (ПИД-регулятором) 404 для формирования уставки гидравлического давления. В приведенном в качестве примера варианте осуществления ПИД-регулятор 404 дополнительно выполнен с корректором запаздывания во времени и/или с возможностью упреждающего регулирования. В приведенном в качестве примера варианте осуществления корректор запаздывания во времени служит для коррекции временных задержек, вызванных динамикой давления текучих сред в стволе скважины (то есть задержкой, обусловленной временем процесса быстрого изменения давления), и/или коррекции временных задержек, вызванных запаздыванием реакции между входным сигналом, поступающим в автоматический штуцер 102 (то есть входным значением уставки давления, выдаваемым ПИД-регулятором 404 в цифровой форме), и выходным сигналом автоматического штуцера (то есть получающимся в результате давлением в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой). В приведенном в качестве примера варианте осуществления упреждающее регулирование обеспечивает упреждение изменений уставки давления и/или возмущений в окружающей среде для скважины 10.
После этого уставка гидравлического давления используется автоматическим штуцером 102 для регулирования фактического давления в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой. Фактическое давление в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой затем используется в скважине 10 для регулирования фактического давления в бурильной трубе. Блок 406 управления идентификацией и/или измерением времени процесса быстрого изменения давления осуществляет мониторинг фактического давления в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой и/или давления в бурильной трубе для выражения в количественной форме регулируемых параметров системы 400 на основе прошлых входных и выходных характеристик для определения характера изменения давления в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой и/или давления в бурильной трубе, и/или определения времени процесса быстрого изменения давления.
Данные, полученные в результате идентификации и/или измерений времени процесса быстрого изменения давления, затем обрабатываются блоком 408 управления модификацией и принятием решений с целью адаптивного изменения коэффициентов усиления для ПИД-регулятора 404. В частности, блок 408 управления модификацией и принятием решений обрабатывает данные, полученные в результате идентификации и/или измерений времени процесса быстрого изменения давления и выдаваемые блоком 406 управления идентификацией и/или измерением времени процесса быстрого изменения давления, для создания модели общей передаточной функции для системы 400 и определения того, как эта модель может быть модифицирована с целью улучшения общей рабочей характеристики системы. После этого блок 408 управления модификацией и принятием решений изменяет коэффициенты усиления для ПИДрегулятора 404 с целью улучшения общей рабочей характеристики системы.
В приведенном в качестве примера варианте осуществления ПИД-регулятор 404, блок 406 управления идентификацией и/или измерением времени процесса быстрого изменения давления и блок 408 управления модификацией и принятием решений реализованы посредством программируемого контроллера, который реализует соответствующее управляющее программное обеспечение и который осуществляет обычную обработку входных и выходных сигналов, например, такую как преобразование из цифровой формы в аналоговую и из аналоговой формы в цифровую.
Таким образом, система 400 определяет характеристики процесса изменения [переходного режима] давления в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой и/или давления в бурильной трубе и затем корректирует модель общей передаточной функции для системы. На основе скорректированной модели общей передаточной функции для системы 400 система 400 затем изменяет коэффициенты усиления для ПИД-регулятора 404 с целью оптимального регулирования давления в бурильной трубе и забойного давления. Таким образом, система 400 является высокоэффективной при адаптивном регулировании давления в бурильной трубе и забойного давления, что позволяет ей реагировать на возмущения 410, которые могут воздействовать на скважину 10.
Как показано на фиг. 8, альтернативный вариант осуществления адаптивной системы 500, предназначенной для регулирования рабочих давлений в нефтяной или газовой скважине 10, включает осуще
-4005470 ствляемую с помощью датчика обратную связь 502, которая обеспечивает мониторинг фактического значения давления в бурильной трубе 18 путем использования выходного сигнала датчика 32Ь. Фактическое значение давления в бурильной трубе, полученное с помощью обратной связи 502, осуществляемой посредством датчика, сравнивается затем с заданным значением давления в бурильной трубе для формирования сигнала рассогласования давления в бурильной трубе, который обрабатывается пропорциональноинтегрально-дифференциальным регулятором (ПИД-регулятором) 504 для формирования уставки гидравлического давления. В приведенном в качестве примера варианте осуществления ПИД-регулятор 504 дополнительно выполнен с корректором запаздывания во времени и/или с возможностью упреждающего регулирования. В приведенном в качестве примера варианте осуществления корректор запаздывания во времени служит для коррекции временных задержек, вызванных динамикой давления текучих сред в стволе скважины (то есть задержкой, обусловленной временем процесса быстрого изменения давления), и/или коррекции временных задержек, вызванных запаздыванием реакции между входным сигналом, поступающим в автоматический штуцер 102 (то есть входным значением уставки давления, выдаваемым ПИД-регулятором 504 в цифровой форме), и выходным сигналом автоматического штуцера (то есть получающимся в результате давлением в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой). В приведенном в качестве примера варианте осуществления упреждающее регулирование обеспечивает упреждение изменений уставки давления и/или возмущений в окружающей среде для скважины 10.
После этого уставка гидравлического давления используется автоматическим штуцером 102 для регулирования фактического давления в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой. Фактическое давление в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой затем используется в скважине 10 для регулирования фактического давления в бурильной трубе. Также предусмотрен блок 506 управления идентификацией и/или измерением времени процесса быстрого изменения давления, который осуществляет мониторинг фактического давления в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой и/или давления в бурильной трубе для выражения в количественной форме параметров системы 500, определяемых характеристиками переходного процесса в системе, и/или определения времени процесса быстрого изменения давления.
Данные, полученные в результате идентификации и/или измерений времени процесса быстрого изменения давления, затем обрабатываются блоком 508 управления модификацией и принятием решений с целью адаптивного изменения коэффициентов усиления для ПИД-регулятора 504. В частности, блок 508 управления модификацией и принятием решений обрабатывает данные, полученные в результате идентификации и/или измерений времени процесса быстрого изменения давления и выдаваемые блоком 506 управления идентификацией и/или измерением времени процесса быстрого изменения давления, для создания модели общей передаточной функции для системы 500 и определения того, как эта модель может быть модифицирована с целью улучшения общей рабочей характеристики системы. После этого блок 508 управления модификацией и принятием решений изменяет коэффициенты усиления для ПИДрегулятора 504 с целью улучшения общей рабочей характеристики системы.
Также предусмотрен блок 510 управления оценкой, сходимостью и верификацией, который осуществляет мониторинг фактического значения забойного давления путем использования выходного сигнала датчика 32с для сравнения теоретической характеристики системы 500 с фактической характеристикой системы и определения в результате сравнения того, сходится ли теоретическая характеристика системы и фактическая характеристика системы или отклоняется теоретическая характеристика от фактической характеристики системы. Если блок 510 управления оценкой, сходимостью и верификацией определит, что имеет место сходимость, расхождение или установившееся расхождение между теоретической и фактической характеристикой системы 500, то блок управления оценкой, сходимостью и верификацией может в этом случае изменить работу ПИД-регулятора 504 и блока 508 управления модификацией и принятием решений.
В приведенном в качестве примера варианте осуществления ПИД-регулятор 504, блок 506 управления идентификацией и/или измерением времени процесса быстрого изменения давления, блок 508 управления модификацией и принятием решений и блок 510 управления оценкой, сходимостью и верификацией реализованы посредством программируемого контроллера, который реализует соответствующее управляющее программное обеспечение и который осуществляет обычную обработку входных и выходных сигналов, например, такую как преобразование из цифровой формы в аналоговую и из аналоговой формы в цифровую.
Таким образом, система 500 определяет характеристики процесса изменения [переходного режима] давления в кольцевом пространстве между обсадной колонной и бурильной трубой и/или давления в бурильной трубе и затем корректирует модель общей передаточной функции для системы. На основе скорректированной модели общей передаточной функции для системы система 500 затем изменяет коэффициенты усиления для ПИД-регулятора 504 с целью оптимального регулирования давления в бурильной трубе и забойного давления. Кроме того, система 500 обеспечивает дополнительную коррекцию коэффициентов усиления для ПИД-регулятора 504 и моделирования общей передаточной функции в зависимости от степени сходимости, расхождения или установившегося расхождения между теоретиче
-5005470 ской и фактической характеристикой системы. Таким образом, система 500 является более эффективной, чем система 400, при адаптивном регулировании давления в бурильной трубе и забойного давления, что позволяет ей реагировать на возмущения 512, которые могут воздействовать на скважину 10.
Как очевидно для специалистов в данной области техники, изучивших настоящее описание, операция установки трубчатого элемента в подземной буровой скважине является обычной при создании и/или эксплуатации, например, нефтяных и газовых скважин, шахтных стволов, подземных конструктивных опор и подземных трубопроводов. Кроме того, как также очевидно для специалистов в данной области техники, изучивших настоящее описание, рабочие давления в подземных конструкциях, например, таких как нефтяные и газовые скважины, шахтные стволы, подземные конструктивные опоры и подземные трубопроводы, как правило, необходимо регулировать перед созданием подземных конструкций, в процессе или после их создания. Таким образом, идеи настоящего описания могут быть использованы для регулирования рабочих давлений в подземных конструкциях, например, таких как нефтяные и газовые скважины, шахтные стволы, подземные конструктивные опоры и подземные трубопроводы.
Представленные варианты осуществления изобретения обеспечивают ряд преимуществ. Например, возможность регулирования давления в бурильной трубе также дает возможность регулировать забойное давление. Кроме того, использование ПИД-регулятора, выполненного с возможностью коррекции запаздывания во времени и/или упреждающего регулирования, позволяет улучшить эксплуатационные характеристики и повысить точность системы регулирования. Кроме того, мониторинг переходной характеристики системы и моделирование общей передаточной функции системы обеспечивают возможность дополнительного регулирования работы ПИД-регулятора с тем, чтобы он реагировал на возмущения в системе. В завершение, определение сходимости, расходимости или установившегося отклонения [расхождения] между общей передаточной функцией системы и регулируемыми переменными обеспечивает возможность дополнительного регулирования ПИД-регулятора для получения улучшенных характеристик системы регулирования.
Следует понимать, что в вышеописанных вариантах могут быть выполнены изменения, не выходя за пределы объема изобретения. Например, любой штуцер, которым можно управлять с помощью сигнала уставки, можно использовать в системах 100, 200, 300, 400 и 500. Кроме того, управление автоматическим штуцером 102 может осуществляться с помощью пневматического, гидравлического, электрического и/или гибридного привода, и автоматический штуцер 102 может принимать и обрабатывать сигналы уставки и управляющие сигналы, подаваемые с помощью пневматических, гидравлических, электрических и/или гибридных средств. Кроме того, автоматический штуцер 102 также может включать встроенное управляющее устройство, которое выполняет, по меньшей мере, часть остающихся управляющих функций (функций регулирования) систем 300, 400, 500. Кроме того, ПИД-регуляторы 304, 404, 504 и блоки 406, 408, 506, 508, 510 управления могут быть, например, аналоговыми, цифровыми или представлять собой гибрид аналогового и цифрового блоков и могут быть реализованы, например, путем использования программируемой универсальной вычислительной машины или специальной интегральной схемы, предназначенной именно для данного случая применения. Кроме того, как рассмотрено выше, идеи, положенные в основу создания систем 100, 200, 300, 400, 500, могут быть использованы для регулирования рабочих давлений в любой буровой скважине, образованной в земле, включая, например, нефтяную или газовую эксплуатационную скважину, подземный трубопровод, шахтный ствол или другую подземную конструкцию, в которой желательно регулировать рабочие давления.
Несмотря на то, что были показаны и описаны иллюстративные варианты осуществления изобретения, в предшествующем описании рассматривается широкий ряд модификаций, изменений и замен. В некоторых случаях некоторые признаки настоящего изобретения могут быть использованы без соответствующего использования остальных признаков. Соответственно, приложенную формулу изобретения следует толковать широко и в соответствии с объемом изобретения.

Claims (43)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ регулирования одного или нескольких рабочих давлений в подземной буровой скважине, содержащей трубчатый элемент, расположенный в стволе скважины и образующий кольцевое пространство между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, уплотнительный элемент для закрытия кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, насос для закачивания текучих сред в трубчатый элемент и автоматический штуцер для регулируемого выпуска текучих сред из кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, при этом способ включает следующие операции:
    определение рабочего давления в трубчатом элементе и формирование сигнала фактического давления в трубчатом элементе, характеризующего фактическое рабочее давление в трубчатом элементе;
    сравнение сигнала фактического давления в трубчатом элементе с сигналом заданного давления в трубчатом элементе, характеризующим заданное рабочее давление в трубчатом элементе, и формирование сигнала рассогласования, характеризующего разницу между сигналом фактического давления в трубчатом элементе и сигналом заданного давления в трубчатом элементе;
    -6005470 обработка сигнала рассогласования для формирования сигнала, характеризующего уставку давления, для управления работой автоматического штуцера, при этом обработка сигнала рассогласования включает следующее:
    умножение сигнала рассогласования на коэффициент усиления Кр;
    интегрирование сигнала рассогласования и умножение интеграла сигнала рассогласования на коэффициент усиления К1;
    дифференцирование сигнала рассогласования и умножение дифференциала сигнала рассогласования на коэффициент усиления К,|.
  2. 2. Способ регулирования одного или нескольких рабочих давлений в подземной буровой скважине, содержащей трубчатый элемент, расположенный в стволе скважины и образующий кольцевое пространство между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, уплотнительный элемент для закрытия кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, насос для закачивания текучих сред в трубчатый элемент и автоматический штуцер для регулируемого выпуска текучих сред из кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, при этом включает следующие операции:
    определение рабочего давления в трубчатом элементе и формирование сигнала фактического давления в трубчатом элементе, характеризующего фактическое рабочее давление в трубчатом элементе;
    сравнение сигнала фактического давления в трубчатом элементе с сигналом заданного давления в трубчатом элементе, характеризующим заданное рабочее давление в трубчатом элементе, и формирование сигнала рассогласования, характеризующего разницу между сигналом фактического давления в трубчатом элементе и сигналом заданного давления в трубчатом элементе;
    обработка сигнала рассогласования для формирования сигнала, характеризующего уставку давления, для управления работой автоматического штуцера, при этом обработка включает коррекцию запаздывания во времени.
  3. 3. Способ по п.2, в котором запаздывание во времени включает задержку, обусловленную временем процесса быстрого изменения давления.
  4. 4. Способ по п.2, в котором запаздывание во времени включает временную задержку между формированием сигнала заданного давления в трубчатом элементе и соответствующим срабатыванием автоматического штуцера.
  5. 5. Способ регулирования одного или нескольких рабочих давлений в подземной буровой скважине, содержащей трубчатый элемент, расположенный в стволе скважины и образующий кольцевое пространство между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, уплотнительный элемент для закрытия кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, насос для закачивания текучих сред в трубчатый элемент и автоматический штуцер для регулируемого выпуска текучих сред из кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, при этом способ включает следующие операции:
    определение рабочего давления в трубчатом элементе и формирование сигнала фактического давления в трубчатом элементе, характеризующего фактическое рабочее давление в трубчатом элементе;
    сравнение сигнала фактического давления в трубчатом элементе с сигналом заданного давления в трубчатом элементе, характеризующим заданное рабочее давление в трубчатом элементе, и формирование сигнала рассогласования, характеризующего разницу между сигналом фактического давления в трубчатом элементе и сигналом заданного давления в трубчатом элементе;
    обработка сигнала рассогласования для формирования сигнала, характеризующего уставку давления, для управления работой автоматического штуцера, при этом обработка включает упреждение изменений сигнала заданного давления в трубчатом элементе.
  6. 6. Способ регулирования одного или нескольких рабочих давлений в подземной буровой скважине, содержащей трубчатый элемент, расположенный в стволе скважины и образующий кольцевое пространство между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, уплотнительный элемент для закрытия кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, насос для закачивания текучих сред в трубчатый элемент и автоматический штуцер для регулируемого выпуска текучих сред из кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, при этом способ включает следующие операции:
    определение рабочего давления в трубчатом элементе и формирование сигнала фактического давления в трубчатом элементе, характеризующего фактическое рабочее давление в трубчатом элементе;
    сравнение сигнала фактического давления в трубчатом элементе с сигналом заданного давления в трубчатом элементе, характеризующим заданное рабочее давление в трубчатом элементе, и формирование сигнала рассогласования, характеризующего разницу между сигналом фактического давления в трубчатом элементе и сигналом заданного давления в трубчатом элементе;
    обработка сигнала рассогласования для формирования сигнала, характеризующего уставку давления, для управления работой автоматического штуцера, при этом обработка включает упреждение возмущений в стволе скважины.
    -7005470
  7. 7. Способ регулирования одного или нескольких рабочих давлений в подземной буровой скважине, содержащей трубчатый элемент, расположенный в стволе скважины и образующий кольцевое пространство между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, уплотнительный элемент для закрытия кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, насос для закачивания текучих сред в трубчатый элемент и автоматический штуцер для регулируемого выпуска текучих сред из кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, при этом способ включает следующие операции:
    определение рабочего давления в трубчатом элементе и формирование сигнала фактического давления в трубчатом элементе, характеризующего фактическое рабочее давление в трубчатом элементе;
    сравнение сигнала фактического давления в трубчатом элементе с сигналом заданного давления в трубчатом элементе, характеризующим заданное рабочее давление в трубчатом элементе, и формирование сигнала рассогласования, характеризующего разницу между сигналом фактического давления в трубчатом элементе и сигналом заданного давления в трубчатом элементе;
    обработка сигнала рассогласования для формирования сигнала, характеризующего уставку давления, для управления работой автоматического штуцера;
    определение переходной характеристики одного или нескольких рабочих параметров в стволе скважины;
    моделирование передаточной функции ствола скважины в зависимости от определенной переходной характеристики;
    модифицирование обработки сигнала рассогласования в зависимости от смоделированной передаточной функции ствола скважины.
  8. 8. Способ по п.7, в котором рабочие параметры включают фактическое рабочее давление в трубчатом элементе.
  9. 9. Способ по п.7, в котором рабочие параметры включают фактическое рабочее давление в кольцевом пространстве между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины.
  10. 10. Способ по п.7, в котором рабочие параметры включают время процесса быстрого изменения давления.
  11. 11. Способ по п.7, дополнительно включающий определение фактического рабочего давления в забое ствола скважины;
    сравнение рабочего давления в забое ствола скважины с теоретическим значением рабочего давления на забое ствола скважины, созданным посредством смоделированной передаточной функции ствола скважины;
    модифицирование обработки сигнала рассогласования в зависимости от сравнения.
  12. 12. Способ по п.11, дополнительно включающий определение того, сходятся ли фактическое рабочее давление на забое ствола скважины и теоретическое рабочее давление на забое ствола скважины, и модифицирование обработки сигнала рассогласования в зависимости от сходимости.
  13. 13. Способ по п.11, дополнительно включающий определение того, расходятся ли фактическое рабочее давление на забое ствола скважины и теоретическое рабочее давление на забое ствола скважины, и модифицирование обработки сигнала рассогласования в зависимости от расходимости.
  14. 14. Способ по п.11, дополнительно включающий определение того, существует ли установившееся расхождение между фактическим рабочим давлением на забое ствола скважины и теоретическим рабочим давлением, и модифицирование обработки сигнала рассогласования в зависимости от установившегося расхождения.
  15. 15. Система для регулирования одного или нескольких рабочих давлений в подземной буровой скважине, содержащей трубчатый элемент, расположенный в стволе скважины и образующий кольцевое пространство между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, уплотнительный элемент для закрытия кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, насос для закачивания текучих сред в трубчатый элемент и автоматический штуцер для регулируемого выпуска текучих сред из кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, при этом система включает средство для определения рабочего давления в трубчатом элементе и формирования сигнала фактического давления в трубчатом элементе, характеризующего фактическое рабочее давление в трубчатом элементе, средство для сравнения сигнала фактического давления в трубчатом элементе с сигналом заданного давления в трубчатом элементе, характеризующим заданное рабочее давление в трубчатом элементе, и формирования сигнала рассогласования, характеризующего разницу между сигналом фактического давления в трубчатом элементе и сигналом заданного давления в трубчатом элементе, средство для обработки сигнала рассогласования с целью формирования сигнала, характеризующего уставку давления, для управления работой автоматического штуцера, при этом средство для обработки сигнала рассогласования включает средство для умножения сигнала рассогласования на коэффициент усиления Кр, средство для интегрирования сигнала рассогласования и умножения интеграла сигнала рассогласования на коэффициент усиления К1 и средство для дифференцирования сигнала рассогласования и умножения дифференциала сигнала рассогласования на коэффициент усиления К,
    -8005470
  16. 16. Система для регулирования одного или нескольких рабочих давлений в подземной буровой скважине, содержащей трубчатый элемент, расположенный в стволе скважины и образующий кольцевое пространство между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, уплотнительный элемент для закрытия кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, насос для закачивания флюидальных материалов в трубчатый элемент и автоматический штуцер для регулируемого выпуска текучих сред из кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, при этом система включает средство для определения рабочего давления в трубчатом элементе и формирования сигнала фактического давления в трубчатом элементе, характеризующего фактическое рабочее давление в трубчатом элементе, средство для сравнения сигнала фактического давления в трубчатом элементе с сигналом заданного давления в трубчатом элементе, характеризующим заданное рабочее давление в трубчатом элементе, и формирования сигнала рассогласования, характеризующего разницу между сигналом фактического давления в трубчатом элементе и сигналом заданного давления в трубчатом элементе, и средство для обработки сигнала рассогласования с целью формирования сигнала, характеризующего уставку давления, для управления работой автоматического штуцера, при этом средство для обработки сигнала рассогласования включает средство для коррекции запаздывания во времени.
  17. 17. Система по п.16, в которой запаздывание во времени включает задержку, обусловленную временем процесса быстрого изменения давления.
  18. 18. Система по п.16, в которой запаздывание во времени включает временную задержку между формированием сигнала заданного давления в трубчатом элементе и соответствующим срабатыванием автоматического штуцера.
  19. 19. Система для регулирования одного или нескольких рабочих давлений в подземной буровой скважине, содержащей трубчатый элемент, расположенный в стволе скважины и образующий кольцевое пространство между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, уплотнительный элемент для закрытия кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, насос для закачивания текучих сред в трубчатый элемент и автоматический штуцер для регулируемого выпуска текучих сред из кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, при этом система включает средство для определения рабочего давления в трубчатом элементе и формирования сигнала фактического давления в трубчатом элементе, характеризующего фактическое рабочее давление в трубчатом элементе, средство для сравнения сигнала фактического давления в трубчатом элементе с сигналом заданного давления в трубчатом элементе, характеризующим заданное рабочее давление в трубчатом элементе, и формирования сигнала рассогласования, характеризующего разницу между сигналом фактического давления в трубчатом элементе и сигналом заданного давления в трубчатом элементе, и средство для обработки сигнала рассогласования с целью формирования сигнала, характеризующего уставку давления, для управления работой автоматического штуцера, при этом средство для обработки сигнала рассогласования включает средство для упреждения изменений сигнала заданного давления в трубчатом элементе.
  20. 20. Система для регулирования одного или нескольких рабочих давлений в подземной буровой скважине, содержащей трубчатый элемент, расположенный в стволе скважины и образующей кольцевое пространство между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, уплотнительный элемент для закрытия кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, насос для закачивания текучих сред в трубчатый элемент и автоматический штуцер для регулируемого выпуска текучих сред из кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, при этом система включает средство для определения рабочего давления в трубчатом элементе и формирования сигнала фактического давления в трубчатом элементе, характеризующего фактическое рабочее давление в трубчатом элементе, средство для сравнения сигнала фактического давления в трубчатом элементе с сигналом заданного давления в трубчатом элементе, характеризующим заданное рабочее давление в трубчатом элементе, и формирования сигнала рассогласования, характеризующего разницу между сигналом фактического давления в трубчатом элементе и сигналом заданного давления в трубчатом элементе, и средство для обработки сигнала рассогласования с целью формирования сигнала, характеризующего уставку давления, для управления работой автоматического штуцера, при этом средство для обработки сигнала рассогласования включает средство для упреждения возмущений в стволе скважины.
  21. 21. Система для регулирования одного или нескольких рабочих давлений в подземной буровой скважине, содержащей трубчатый элемент, расположенный в стволе скважины и образующий кольцевое пространство между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, уплотнительный элемент для закрытия кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, насос для закачивания текучих сред в трубчатый элемент и автоматический штуцер для регулируемого выпуска текучих сред из кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, при этом система включает средство для определения рабочего давления в трубчатом элементе и формирования сигнала фактического давления в трубчатом элементе, характеризующего фактическое рабочее давление в трубчатом элементе, средство для сравнения сигнала фактического давления в трубчатом элементе с сигналом заданного давления в трубчатом элементе, характеризующим заданное рабочее давление в трубчатом элементе, и формирования сигнала рассогласования, характеризующего разницу между
    -9005470 сигналом фактического давления в трубчатом элементе и сигналом заданного давления в трубчатом элементе, и средство для обработки сигнала рассогласования с целью формирования сигнала, характеризующего уставку давления, для управления работой автоматического штуцера, средство для определения переходной характеристики одного или более рабочих параметров в стволе скважины, средство для моделирования передаточной функции ствола скважины в зависимости от определенной переходной характеристики и средство для модифицирования обработки сигнала рассогласования в зависимости от смоделированной передаточной функции ствола скважины.
  22. 22. Система по п.21, в которой рабочие параметры включают фактическое рабочее давление в трубчатом элементе.
  23. 23. Система по п.21, в которой рабочие параметры включают фактическое рабочее давление в кольцевом пространстве между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины.
  24. 24. Система по п.21, в которой рабочие параметры включают время процесса быстрого изменения давления.
  25. 25. Система по п.21, дополнительно включающая средство для определения фактического рабочего давления в забое ствола скважины, средство для сравнения рабочего давления в забое ствола скважины с теоретическим значением рабочего давления в забое ствола скважины, созданным посредством смоделированной передаточной функции ствола скважины, и средство для модифицирования обработки сигнала рассогласования в зависимости от сравнения.
  26. 26. Система по п.25, дополнительно включающая средство для определения того, сходятся ли фактическое рабочее давление на забое ствола скважины и теоретическое рабочее давление на забое ствола скважины, и средство для модифицирования обработки сигнала рассогласования в зависимости от сходимости.
  27. 27. Система по п.25, дополнительно включающая средство для определения того, расходятся ли фактическое рабочее давление на забое ствола скважины и теоретическое рабочее давление на забое ствола скважины, и средство для модифицирования обработки сигнала рассогласования в зависимости от расхождения.
  28. 28. Система по п.25, дополнительно включающая средство для определения того, существует ли установившееся расхождение между фактическим рабочим давлением в забое ствола скважины и теоретическим рабочим давлением, и средство для модифицирования обработки сигнала рассогласования в зависимости от установившегося расхождения.
  29. 29. Система для регулирования одного или нескольких рабочих давлений в подземной буровой скважине, содержащей трубчатый элемент, расположенный в стволе скважины и образующий кольцевое пространство между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, уплотнительный элемент для закрытия кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, насос для закачивания текучих сред в трубчатый элемент и автоматический штуцер для регулируемого выпуска текучих сред из кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, при этом система включает датчик для определения рабочего давления в трубчатом элементе и формирования сигнала фактического давления в трубчатом элементе, характеризующего фактическое рабочее давление в трубчатом элементе, компаратор для сравнения сигнала фактического давления в трубчатом элементе с сигналом заданного давления в трубчатом элементе, характеризующим заданное рабочее давление в трубчатом элементе, и формирования сигнала рассогласования, характеризующего разницу между сигналом фактического давления в трубчатом элементе и сигналом заданного давления в трубчатом элементе, и процессор для обработки сигнала рассогласования с целью формирования сигнала, характеризующего уставку давления, для управления работой автоматического штуцера, при этом процессор включает умножитель для умножения сигнала рассогласования на коэффициент усиления Кр, интегратор для интегрирования сигнала рассогласования и умножения интеграла сигнала рассогласования на коэффициент усиления К1 и дифференциатор для дифференцирования сигнала рассогласования и умножения дифференциала сигнала рассогласования на коэффициент усиления К6.
  30. 30. Система для регулирования одного или нескольких рабочих давлений в подземной буровой скважине, содержащей трубчатый элемент, расположенный в стволе скважины и образующий кольцевое пространство между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, уплотнительный элемент для закрытия кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, насос для закачивания текучих сред в трубчатый элемент и автоматический штуцер для регулируемого выпуска текучих сред из кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, при этом система включает датчик для определения рабочего давления в трубчатом элементе и формирования сигнала фактического давления в трубчатом элементе, характеризующего фактическое рабочее давление в трубчатом элементе, компаратор для сравнения сигнала фактического давления в трубчатом элементе с сигналом заданного давления в трубчатом элементе, характеризующим заданное рабочее давление в трубчатом элементе, и формирования сигнала рассогласования, характеризующего разницу между сигналом фактического давления в трубчатом элементе и сигналом заданного давления в трубчатом элементе, и процессор для обработки сигнала рассогласования с целью формирования сигнала, характеризующего уставку давления, для управления работой автоматического штуцера, при этом процессор включает компенсатор для коррекции запаздывания во времени.
    -10005470
  31. 31. Система по п.30, в которой запаздывание во времени включает задержку, обусловленную временем процесса быстрого изменения давления.
  32. 32. Система по п.30, в которой запаздывание во времени включает временную задержку между формированием сигнала заданного давления в трубчатом элементе и соответствующим срабатыванием автоматического штуцера.
  33. 33. Система для регулирования одного или нескольких рабочих давлений в подземной буровой скважине, содержащей трубчатый элемент, расположенный в стволе скважины и образующий кольцевое пространство между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, уплотнительный элемент для закрытия кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, насос для закачивания текучих сред в трубчатый элемент и автоматический штуцер для регулируемого выпуска текучих сред из кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, при этом система включает датчик для определения рабочего давления в трубчатом элементе и формирования сигнала фактического давления в трубчатом элементе, характеризующего фактическое рабочее давление в трубчатом элементе, компаратор для сравнения сигнала фактического давления в трубчатом элементе с сигналом заданного давления в трубчатом элементе, характеризующим заданное рабочее давление в трубчатом элементе, и формирования сигнала рассогласования, характеризующего разницу между сигналом фактического давления в трубчатом элементе и сигналом заданного давления в трубчатом элементе, и процессор для обработки сигнала рассогласования с целью формирования сигнала, характеризующего уставку давления, для управления работой автоматического штуцера, при этом процессор включает блок упреждающего регулирования для упреждения изменений сигнала заданного давления в трубчатом элементе.
  34. 34. Система для регулирования одного или нескольких рабочих давлений в подземной буровой скважине, содержащей трубчатый элемент, расположенный в стволе скважины и образующий кольцевое пространство между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, уплотнительный элемент для закрытия кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, насос для закачивания текучих сред в трубчатый элемент и автоматический штуцер для регулируемого выпуска текучих сред из кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, при этом система включает датчик для определения рабочего давления в трубчатом элементе и формирования сигнала фактического давления в трубчатом элементе, характеризующего фактическое рабочее давление в трубчатом элементе, компаратор для сравнения сигнала фактического давления в трубчатом элементе с сигналом заданного давления в трубчатом элементе, характеризующим заданное рабочее давление в трубчатом элементе, и формирования сигнала рассогласования, характеризующего разницу между сигналом фактического давления в трубчатом элементе и сигналом заданного давления в трубчатом элементе, и процессор для обработки сигнала рассогласования с целью формирования сигнала, характеризующего уставку давления, для управления работой автоматического штуцера, при этом процессор включает блок упреждающего регулирования для упреждения возмущений в стволе скважины.
  35. 35. Система для регулирования одного или нескольких рабочих давлений в подземной буровой скважине, содержащей трубчатый элемент, расположенный в стволе скважины и образующий кольцевое пространство между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, уплотнительный элемент для закрытия кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, насос для закачивания текучих сред в трубчатый элемент и автоматический штуцер для регулируемого выпуска текучих сред из кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, при этом система включает датчик для определения рабочего давления в трубчатом элементе и формирования сигнала фактического давления в трубчатом элементе, характеризующего фактическое рабочее давление в трубчатом элементе, компаратор для сравнения сигнала фактического давления в трубчатом элементе с сигналом заданного давления в трубчатом элементе, характеризующим заданное рабочее давление в трубчатом элементе, и формирования сигнала рассогласования, характеризующего разницу между сигналом фактического давления в трубчатом элементе и сигналом заданного давления в трубчатом элементе, процессор для обработки сигнала рассогласования с целью формирования сигнала, характеризующего уставку давления, для управления работой автоматического штуцера, элемент управления, предназначенный для определения переходной характеристики одного или нескольких рабочих параметров в стволе скважины, элемент управления, предназначенный для моделирования передаточной функции ствола скважины в зависимости от определенной переходной характеристики, и элемент управления, предназначенный для модифицирования обработки сигнала рассогласования в зависимости от смоделированной передаточной функции ствола скважины.
  36. 36. Система по п.35, в которой рабочие параметры включают фактическое рабочее давление в трубчатом элементе.
  37. 37. Система по п.35, в которой рабочие параметры включают фактическое рабочее давление в кольцевом пространстве между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины.
  38. 38. Система по п.35, в которой рабочие параметры включают время процесса быстрого изменения давления.
    -11005470
  39. 39. Система по п.35, дополнительно включающая датчик для определения фактического рабочего давления в забое ствола скважины, элемент управления, предназначенный для сравнения рабочего давления на забое ствола скважины с теоретическим значением рабочего давления на забое ствола скважины, созданным посредством смоделированной передаточной функции ствола скважины, и элемент управления, предназначенный для модифицирования обработки сигнала рассогласования в зависимости от сравнения.
  40. 40. Система по п.39, дополнительно включающая элемент управления, предназначенный для определения того, сходятся ли фактическое рабочее давление в забое ствола скважины и теоретическое рабочее давление в забое ствола скважины, и элемент управления, предназначенный для модифицирования обработки сигнала рассогласования в зависимости от сходимости.
  41. 41. Система по п.39, дополнительно включающая элемент управления, предназначенный для определения того, расходятся ли фактическое рабочее давление в забое ствола скважины и теоретическое рабочее давление в забое ствола скважины, и элемент управления, предназначенный для модифицирования обработки сигнала рассогласования в зависимости от расхождения.
  42. 42. Система по п.39, дополнительно включающая элемент управления, предназначенный для определения того, существует ли установившееся расхождение между фактическим рабочим давлением в забое ствола скважины и теоретическим рабочим давлением, и элемент управления, предназначенный для модифицирования обработки сигнала рассогласования в зависимости от установившегося расхождения.
  43. 43. Способ регулирования одного или нескольких рабочих давлений в подземной буровой скважине, содержащей трубчатый элемент, расположенный в стволе скважины и образующий кольцевое пространство между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, уплотнительный элемент для закрытия кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, насос для закачивания текучих сред в трубчатый элемент и автоматический штуцер для регулируемого выпуска текучих сред из кольцевого пространства между трубчатым элементом и стенкой ствола скважины, включающий определение рабочего давления в трубчатом элементе и формирование сигнала фактического давления в трубчатом элементе, характеризующего фактическое рабочее давление в трубчатом элементе, сравнение сигнала фактического давления в трубчатом элементе с сигналом заданного давления в трубчатом элементе, характеризующим заданное рабочее давление в трубчатом элементе, и формирование сигнала рассогласования, характеризующего разницу между сигналом фактического давления в трубчатом элементе и сигналом заданного давления в трубчатом элементе, и обработку сигнала рассогласования для формирования уставки гидравлического давления, которая обрабатывается автоматическим штуцером для регулирования фактического давления в кольцевом пространстве, а фактическое давление в кольцевом пространстве используется для регулирования фактического давления в трубчатом элементе.
EA200400240A 2001-07-31 2002-07-22 Система для регулирования рабочих давлений в подземной буровой скважине EA005470B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/918,929 US6575244B2 (en) 2001-07-31 2001-07-31 System for controlling the operating pressures within a subterranean borehole
PCT/US2002/023068 WO2003012243A1 (en) 2001-07-31 2002-07-22 System for controlling the operating pressures within a subterranean borehole

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200400240A1 EA200400240A1 (ru) 2004-08-26
EA005470B1 true EA005470B1 (ru) 2005-02-24

Family

ID=25441182

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200400240A EA005470B1 (ru) 2001-07-31 2002-07-22 Система для регулирования рабочих давлений в подземной буровой скважине

Country Status (14)

Country Link
US (1) US6575244B2 (ru)
EP (1) EP1421253B1 (ru)
AT (1) ATE391223T1 (ru)
BR (2) BR0211874A (ru)
CA (1) CA2455698C (ru)
DE (1) DE60225923T2 (ru)
DK (1) DK1421253T3 (ru)
EA (1) EA005470B1 (ru)
ES (1) ES2302834T3 (ru)
MX (1) MXPA04000883A (ru)
NO (1) NO326093B1 (ru)
PT (1) PT1421253E (ru)
SA (1) SA02230422B1 (ru)
WO (1) WO2003012243A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449116C2 (ru) * 2006-06-10 2012-04-27 Интелисис Лимитед Способ и устройство для мониторинга газа в буровой скважине
RU2598661C2 (ru) * 2012-07-02 2016-09-27 Халлибертон Энерджи Сервисез, Инк. Регулирование давления при буровых работах с помощью поправки, применяемой при заданных условиях
RU2620665C2 (ru) * 2011-10-27 2017-05-29 ЭМБИИНТ Инк. Система и способ для усовершенствованной добычи текучей среды из газовых скважин

Families Citing this family (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020112888A1 (en) 2000-12-18 2002-08-22 Christian Leuchtenberg Drilling system and method
US7185719B2 (en) * 2002-02-20 2007-03-06 Shell Oil Company Dynamic annular pressure control apparatus and method
US6904981B2 (en) 2002-02-20 2005-06-14 Shell Oil Company Dynamic annular pressure control apparatus and method
US6755261B2 (en) * 2002-03-07 2004-06-29 Varco I/P, Inc. Method and system for controlling well fluid circulation rate
US8955619B2 (en) * 2002-05-28 2015-02-17 Weatherford/Lamb, Inc. Managed pressure drilling
US20060086538A1 (en) * 2002-07-08 2006-04-27 Shell Oil Company Choke for controlling the flow of drilling mud
US20040065440A1 (en) * 2002-10-04 2004-04-08 Halliburton Energy Services, Inc. Dual-gradient drilling using nitrogen injection
US7255173B2 (en) * 2002-11-05 2007-08-14 Weatherford/Lamb, Inc. Instrumentation for a downhole deployment valve
US7350590B2 (en) 2002-11-05 2008-04-01 Weatherford/Lamb, Inc. Instrumentation for a downhole deployment valve
US7413018B2 (en) * 2002-11-05 2008-08-19 Weatherford/Lamb, Inc. Apparatus for wellbore communication
US20050222772A1 (en) * 2003-01-29 2005-10-06 Koederitz William L Oil rig choke control systems and methods
AU2004265457B2 (en) * 2003-08-19 2007-04-26 @Balance B.V. Drilling system and method
US20050092523A1 (en) * 2003-10-30 2005-05-05 Power Chokes, L.P. Well pressure control system
US7946356B2 (en) * 2004-04-15 2011-05-24 National Oilwell Varco L.P. Systems and methods for monitored drilling
MY141349A (en) * 2004-12-21 2010-04-16 Shell Int Research Controlling the flow of a multiphase fluid from a well
US7478672B2 (en) * 2005-03-04 2009-01-20 M-I L.L.C. Apparatus for controlling a pressure control assembly in a hazardous area
US7407019B2 (en) * 2005-03-16 2008-08-05 Weatherford Canada Partnership Method of dynamically controlling open hole pressure in a wellbore using wellhead pressure control
US7836973B2 (en) 2005-10-20 2010-11-23 Weatherford/Lamb, Inc. Annulus pressure control drilling systems and methods
WO2007081711A2 (en) * 2006-01-05 2007-07-19 At Balance Americas Llc Method for determining formation fluid entry into or drilling fluid loss from a borehole using a dynamic annular pressure control system
US20070227774A1 (en) * 2006-03-28 2007-10-04 Reitsma Donald G Method for Controlling Fluid Pressure in a Borehole Using a Dynamic Annular Pressure Control System
US20070246263A1 (en) * 2006-04-20 2007-10-25 Reitsma Donald G Pressure Safety System for Use With a Dynamic Annular Pressure Control System
EA014363B1 (ru) * 2006-10-23 2010-10-29 Эм-Ай Эл. Эл. Си. Способ и устройство для регулирования забойного давления в подземном пласте во время работы бурового насоса
US9435162B2 (en) 2006-10-23 2016-09-06 M-I L.L.C. Method and apparatus for controlling bottom hole pressure in a subterranean formation during rig pump operation
US20080149182A1 (en) * 2006-12-21 2008-06-26 M-I Llc Linear motor to control hydraulic force
US8418989B2 (en) * 2006-12-21 2013-04-16 M-I L.L.C. Pressure-balanced choke system
US7699071B2 (en) * 2006-12-21 2010-04-20 M-I L.L.C. Linear motor to pre-bias shuttle force
US7775299B2 (en) * 2007-04-26 2010-08-17 Waqar Khan Method and apparatus for programmable pressure drilling and programmable gradient drilling, and completion
EA023428B1 (ru) 2009-02-11 2016-06-30 Эм-Ай Эл. Эл. Си. Автоматическая дроссельная система
US9237608B2 (en) * 2009-08-14 2016-01-12 Cem Corporation Pressure stepped microwave assisted digestion
US8678085B1 (en) 2009-12-14 2014-03-25 David E. Mouton Well control operational and training aid
US8727037B1 (en) 2009-12-14 2014-05-20 David E. Mouton Well control operational and training aid
US8353351B2 (en) * 2010-05-20 2013-01-15 Chevron U.S.A. Inc. System and method for regulating pressure within a well annulus
GB2483671B (en) 2010-09-15 2016-04-13 Managed Pressure Operations Drilling system
US8684109B2 (en) 2010-11-16 2014-04-01 Managed Pressure Operations Pte Ltd Drilling method for drilling a subterranean borehole
CA2859389C (en) 2011-12-14 2016-12-13 M-I L.L.C. Connection maker
US11286734B2 (en) 2011-12-15 2022-03-29 Schlumberger Technology Corporation Fine control of casing pressure
US20140048331A1 (en) 2012-08-14 2014-02-20 Weatherford/Lamb, Inc. Managed pressure drilling system having well control mode
US20160138350A1 (en) * 2012-12-05 2016-05-19 Schlumberger Technology Corporation Control of managed pressure drilling
RU2645310C2 (ru) 2013-11-06 2018-02-20 Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. Аппаратура контроллера, система и/или способ для регулирования давления в системе управления текучей средой
WO2015142819A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 Canrig Drilling Technology Ltd. Back pressure control system
GB2540685B (en) * 2014-05-15 2017-07-05 Halliburton Energy Services Inc Monitoring of drilling operations using discretized fluid flows
CA2949675C (en) 2014-05-19 2022-10-25 Danny Spencer A system for controlling wellbore pressure during pump shutdowns
US9995098B2 (en) * 2014-10-08 2018-06-12 Weatherford Technology Holdings, Llc Choke control tuned by flow coefficient for controlled pressure drilling
US9988866B2 (en) 2014-12-12 2018-06-05 Halliburton Energy Services, Inc. Automatic choke optimization and selection for managed pressure drilling
US10227838B2 (en) 2016-05-10 2019-03-12 Weatherford Technology Holdings, Llc Drilling system and method having flow measurement choke
NL2017006B1 (en) * 2016-06-20 2018-01-04 Fugro N V a method, a system, and a computer program product for determining soil properties
WO2020231996A1 (en) * 2019-05-16 2020-11-19 Ameriforge Group Inc. Improved closed-loop hydraulic drilling
US11401771B2 (en) 2020-04-21 2022-08-02 Schlumberger Technology Corporation Rotating control device systems and methods
US11261712B2 (en) 2020-04-22 2022-03-01 Saudi Arabian Oil Company System and method for automated well annulus pressure control
US11187056B1 (en) 2020-05-11 2021-11-30 Schlumberger Technology Corporation Rotating control device system
US11274517B2 (en) 2020-05-28 2022-03-15 Schlumberger Technology Corporation Rotating control device system with rams
US11732543B2 (en) 2020-08-25 2023-08-22 Schlumberger Technology Corporation Rotating control device systems and methods
CN112817234B (zh) * 2021-01-11 2022-07-26 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司 机载钻臂钻锚的自适应控制方法以及控制系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4253530A (en) * 1979-10-09 1981-03-03 Dresser Industries, Inc. Method and system for circulating a gas bubble from a well
US6293341B1 (en) * 1998-09-21 2001-09-25 Elf Exploration Production Method of controlling a hydrocarbons production well activated by injection of gas

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3827511A (en) * 1972-12-18 1974-08-06 Cameron Iron Works Inc Apparatus for controlling well pressure
US3971926A (en) * 1975-05-28 1976-07-27 Halliburton Company Simulator for an oil well circulation system
US4440239A (en) * 1981-09-28 1984-04-03 Exxon Production Research Co. Method and apparatus for controlling the flow of drilling fluid in a wellbore
JPH0354602A (ja) * 1989-07-22 1991-03-08 Nobuo Yamamoto 制御系の時間差比較2自由度制御方法及び装置
US5517593A (en) * 1990-10-01 1996-05-14 John Nenniger Control system for well stimulation apparatus with response time temperature rise used in determining heater control temperature setpoint
FR2783559B1 (fr) * 1998-09-21 2000-10-20 Elf Exploration Prod Methode de conduite d'un dispositif de transport d'hydrocarbures entre des moyens de production et une unite de traitement
US6253787B1 (en) 1999-05-21 2001-07-03 M-I L.L.C. Fluid flow and pressure control system and method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4253530A (en) * 1979-10-09 1981-03-03 Dresser Industries, Inc. Method and system for circulating a gas bubble from a well
US6293341B1 (en) * 1998-09-21 2001-09-25 Elf Exploration Production Method of controlling a hydrocarbons production well activated by injection of gas

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2449116C2 (ru) * 2006-06-10 2012-04-27 Интелисис Лимитед Способ и устройство для мониторинга газа в буровой скважине
RU2620665C2 (ru) * 2011-10-27 2017-05-29 ЭМБИИНТ Инк. Система и способ для усовершенствованной добычи текучей среды из газовых скважин
RU2598661C2 (ru) * 2012-07-02 2016-09-27 Халлибертон Энерджи Сервисез, Инк. Регулирование давления при буровых работах с помощью поправки, применяемой при заданных условиях

Also Published As

Publication number Publication date
BRPI0211874B1 (pt) 2018-03-13
ATE391223T1 (de) 2008-04-15
US6575244B2 (en) 2003-06-10
EP1421253A4 (en) 2005-04-20
DE60225923T2 (de) 2009-04-16
EP1421253A1 (en) 2004-05-26
BR0211874A (pt) 2004-09-21
CA2455698C (en) 2010-10-26
PT1421253E (pt) 2008-06-16
DK1421253T3 (da) 2008-07-28
WO2003012243A1 (en) 2003-02-13
SA02230422B1 (ar) 2007-01-20
CA2455698A1 (en) 2003-02-13
EA200400240A1 (ru) 2004-08-26
EP1421253B1 (en) 2008-04-02
NO20040509L (no) 2004-03-29
NO326093B1 (no) 2008-09-22
US20030024737A1 (en) 2003-02-06
ES2302834T3 (es) 2008-08-01
MXPA04000883A (es) 2004-06-03
DE60225923D1 (de) 2008-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA005470B1 (ru) Система для регулирования рабочих давлений в подземной буровой скважине
US7775297B2 (en) Multiple input scaling autodriller
CA2963668C (en) Choke control tuned by flow coefficient for controlled pressure drilling
AU2011364954B2 (en) Automatic standpipe pressure control in drilling
US4253530A (en) Method and system for circulating a gas bubble from a well
EA014363B1 (ru) Способ и устройство для регулирования забойного давления в подземном пласте во время работы бурового насоса
US11286734B2 (en) Fine control of casing pressure
WO1997004212A1 (en) System for controlling production from a gas-lifted oil well
CN110513063B (zh) 控压钻井系统及其控制方法
US9234410B2 (en) Method for controlling a hydrocarbons production installation
US7520332B2 (en) Method and associated system for setting downhole control pressure
Zhou Adaptive PI control of bottom hole pressure during oil well drilling
CN106894778A (zh) 一种基于反馈调节的压井作业节流阀自动控制系统及其方法
RU2577345C2 (ru) Способ управления давлением в стволе скважины при бурении с оптимизацией давления
RU2807455C1 (ru) Способ настройки работы дросселя в системе бурения с регулируемым давлением
CN109386243B (zh) 一种井筒压力调控方法及系统
Haukanes State and Parameter Identification Applied to Dual Gradient Drilling with Water Based Mud
WO2021211355A1 (en) Method for tuning choke operation in a managed pressure drilling system
CA2266248A1 (en) Method and apparatus for controlling drill string torsional vibration
WO2000079098A1 (en) System and method for enhancing the recovery of fluids from a formation
Vega et al. MIMO Control during Oil Well Drilling
Bekken et al. Managed Pressure Cementing-Simulations of Pressure and Flow Dynamics During Cementing Using Applied Back-Pressure and Dual Gradient
WO2020012217A1 (en) Method and apparatus for optimal tracking control of artificial gas lift process

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM BY KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AZ KZ RU