控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種井口目標(biāo)壓力的設(shè)置方法及裝置，尤指一種控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在控壓鉆井和欠平衡鉆井中井底壓力的控制是完成鉆井作業(yè)的關(guān)鍵，井口目標(biāo)壓力的平穩(wěn)、準(zhǔn)確設(shè)置是控制井口壓力的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)井底壓力穩(wěn)定和精確控制的保障。
[0003]目前井口目標(biāo)壓力的設(shè)置方法有很多種，各種不同的控制方法也有不同的設(shè)置法，如微流量控制法、模擬井底壓力計(jì)算法、精細(xì)控壓的井口壓力計(jì)算法等，前兩種方法都是井下鉆具組合中沒(méi)有PWD隨鉆測(cè)壓工具，微流量是通過(guò)進(jìn)出口流量比較來(lái)設(shè)置井口目標(biāo)壓力，模擬井底壓力計(jì)算是通過(guò)模擬計(jì)算井底壓力來(lái)設(shè)置井口壓力，上述兩種方法都無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確地井底壓力控制?，F(xiàn)有精細(xì)控壓的井口目標(biāo)壓力計(jì)算法，是基于PWD隨鉆測(cè)壓工具，在鉆井或井底循環(huán)時(shí)能夠比較精準(zhǔn)的計(jì)算，但鉆頭不在井底時(shí)，井口目標(biāo)壓力的設(shè)置就不準(zhǔn)確了。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置方法及裝置，其可以解決鉆頭在井筒任何深度井口目標(biāo)壓力設(shè)置跳躍、不平穩(wěn)，井口壓力很難控制或控制不準(zhǔn)，造成井底壓力波動(dòng)大、不穩(wěn)定，不能實(shí)施精細(xì)控壓鉆井的目的，同時(shí)，造成節(jié)流閥移動(dòng)頻繁，磨損嚴(yán)重，控制系統(tǒng)負(fù)荷過(guò)重，易于損壞等諸多不利因素。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案為:一種控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置方法，其包括如下步驟:
[0006](I)先將PWD隨鉆測(cè)壓工具數(shù)據(jù)、PLC實(shí)時(shí)采集控壓鉆井參數(shù)及工控機(jī)控制系統(tǒng)帶有的輸入系統(tǒng)輸入的各種參數(shù)存入控壓鉆井控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0007](2)之后對(duì)參與計(jì)算的PWD壓力數(shù)據(jù)設(shè)置范圍，不符合要求的，不能作為計(jì)算的數(shù)據(jù)，最小壓力值不能低于泥漿的液柱壓力，最大壓力值不能大于鉆頭位置液柱壓力+鉆頭以上的環(huán)空壓耗+井口壓力，選用多個(gè)PWD進(jìn)行平均壓力計(jì)算，結(jié)果為Pl，井口目標(biāo)壓力計(jì)算，其公式如下:
[0008]井口目標(biāo)壓力=井底設(shè)置目標(biāo)壓力-鉆頭下泥漿液柱壓力-Pl+當(dāng)時(shí)井口壓力，設(shè)定井口目標(biāo)壓力精度，即計(jì)算出來(lái)的井口目標(biāo)壓力與實(shí)際井口壓力的正負(fù)差值范圍，如果在差值范圍內(nèi)，保持原來(lái)的井口目標(biāo)壓力不變，如果超出范圍，由當(dāng)前計(jì)算出來(lái)的井口目標(biāo)壓力為井口目標(biāo)壓力設(shè)置；
[0009](3)工控機(jī)根據(jù)目標(biāo)井口壓力值來(lái)發(fā)出指令到PLC控制系統(tǒng)，由PLC邏輯控制系統(tǒng)來(lái)開(kāi)關(guān)節(jié)流閥開(kāi)度，直至實(shí)際井口壓力接近井口目標(biāo)壓力值。
[0010]本發(fā)明控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置方法，其中所述步驟(I)中PWD隨鉆測(cè)壓工具數(shù)據(jù):通過(guò)PWD隨鉆測(cè)壓工具將所測(cè)到的井底壓力通過(guò)MffD工具的脈沖信號(hào)傳到地面解碼系統(tǒng)，將PWD壓力數(shù)字還原后再傳輸?shù)娇貕恒@井系統(tǒng)，進(jìn)入控壓鉆井控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)保存。
[0011]本發(fā)明控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置方法，其中所述MffD工具計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集鉆壓、井深、井垂深、鉆頭位置、實(shí)時(shí)PWD數(shù)據(jù)、下載PWD數(shù)據(jù)、大鉤高度、大鉤懸重、實(shí)時(shí)PWD溫度、下載PWD溫度數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸?shù)焦た貦C(jī)的控壓鉆井控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)里。
[0012]本發(fā)明控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置方法，其中所述步驟(I)中PLC實(shí)時(shí)采集控壓鉆井的參數(shù)，這些參數(shù)包括各種壓力、泵排量、出口流量、大鉤高度、井深及井垂深、鉆頭深度、池體積、節(jié)流閥開(kāi)度。
[0013]本發(fā)明控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置方法，其中所述步驟⑴中工控機(jī)控制系統(tǒng)帶有的輸入系統(tǒng)輸入的參數(shù)包括井身結(jié)構(gòu)、鉆具組合、泥漿性能與參數(shù)、井底設(shè)置壓力、設(shè)定PWD數(shù)據(jù)參與計(jì)算范圍、設(shè)定參與平均PWD壓力個(gè)數(shù)及井口目標(biāo)壓力精度范圍值。
[0014]本發(fā)明控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置方法，其中所述步驟⑴中測(cè)得的各數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)從工控機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)里提取，顯示在顯示屏上。
[0015]本發(fā)明控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置方法，其中所述步驟(2)中一般選擇3至9個(gè)PWD數(shù)字參加平均壓力計(jì)算。
[0016]一種控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置裝置，其中包括:
[0017]PLC數(shù)據(jù)采集模塊:采集數(shù)據(jù)信息傳輸給工控機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0018]PWD/MWD工具計(jì)算機(jī):將測(cè)量的數(shù)據(jù)信息傳輸給工控機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0019]工控機(jī):接收PLC數(shù)據(jù)采集模塊及PWD/MWD工具計(jì)算機(jī)輸入的數(shù)據(jù)信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)，將內(nèi)部的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并將數(shù)據(jù)庫(kù)接收的所有數(shù)據(jù)信息反饋給內(nèi)部的數(shù)字顯示、圖形顯示及選擇計(jì)算比較決策設(shè)置，由選擇計(jì)算比較決策設(shè)置將數(shù)據(jù)信息反饋給PLC執(zhí)行系統(tǒng)；
[0020]PLC執(zhí)行系統(tǒng):接收工控機(jī)發(fā)出的指令并執(zhí)行。
[0021]本發(fā)明控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置裝置，其中所述PLC數(shù)據(jù)采集模塊、PWD/MWD具計(jì)算機(jī)分別通過(guò)網(wǎng)線與工控機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)連接，所述選擇計(jì)算比較決策設(shè)置與PLC執(zhí)行系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)線連接，所述工控機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)數(shù)據(jù)線分別與工控機(jī)的數(shù)字顯示、圖形顯示及選擇計(jì)算比較決策設(shè)置連接。
[0022]本發(fā)明控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置裝置，其中所述PLC數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)包括鉆井液出口溫度、鉆進(jìn)液出口流量、鉆井泥漿泵排量、立管壓力、旋轉(zhuǎn)控制頭壓力、套壓、井口壓力、節(jié)流閥后壓力及由四個(gè)液位傳感器測(cè)得的各泥漿罐液位。
[0023]本發(fā)明控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置裝置，其中所述PWD/MWD工具計(jì)算機(jī)測(cè)量的數(shù)據(jù)包括鉆壓、井深、井垂深、鉆頭位置、由液位傳感器測(cè)得的實(shí)時(shí)PWD壓力數(shù)據(jù)、由液位傳感器測(cè)得的下載PWD壓力數(shù)據(jù)、大鉤高度、大鉤懸重、實(shí)時(shí)PWD井溫度、下載PWD井底溫度。
[0024]本發(fā)明控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置裝置，其中所述工控機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括由液位傳感器測(cè)得的鉆井泵缸套尺寸3個(gè)、由液位傳感器測(cè)得的鉆井液參數(shù)、由液位傳感器測(cè)得的井身結(jié)構(gòu)及尺寸、由液位傳感器測(cè)得的鉆具組合結(jié)構(gòu)及尺寸、設(shè)置井底壓力/當(dāng)量密度、井口目標(biāo)壓力。
[0025]采用上述方案后，本發(fā)明通過(guò)使用上述控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置方法，可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)壓力設(shè)置平穩(wěn)，準(zhǔn)確，控制系統(tǒng)易于控制，同樣使井底壓力平滑、穩(wěn)定、準(zhǔn)確，真正實(shí)現(xiàn)精細(xì)控壓鉆井的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0027]圖2是本發(fā)明的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]符號(hào)說(shuō)明:
[0029]PLC數(shù)據(jù)采集模塊-1 ；PWD/MWD工具計(jì)算機(jī)_2 ；
[0030]工控機(jī)-3 ；PLC執(zhí)行系統(tǒng)-4 ；
[0031]數(shù)據(jù)庫(kù)-5;工控機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)存量-6;
[0032]數(shù)字顯示系統(tǒng)-7;圖形顯示系統(tǒng)-8;
[0033]選擇計(jì)算比較決策設(shè)置-9 ；立壓傳感器-10 ;
[0034]旋轉(zhuǎn)控制頭壓力傳感器-11 ；套壓傳感器-12 ；
[0035]節(jié)流閥后壓力傳感器-13 ；液位傳感器-14 ；
[0036]PWD隨鉆測(cè)壓工具-15 ;大鉤懸重傳感器-16。
【具體實(shí)施方式】
[0037]如圖1和圖2所示，本發(fā)明控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置裝置，其中包括:
[0038]PLC數(shù)據(jù)采集模塊1:采集數(shù)據(jù)信息傳輸給工控機(jī)3的數(shù)據(jù)庫(kù)5 ；
[0039]PWD/MWD工具計(jì)算機(jī)2:這個(gè)計(jì)算機(jī)是井下隨鉆測(cè)量工具PWD (隨鉆測(cè)壓工具)和MWD(隨鉆測(cè)量工具)的地面設(shè)備，下鉆前用于設(shè)置工具參數(shù)，鉆井過(guò)程中，實(shí)時(shí)將解碼后的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在該計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)里，同時(shí)把其中部分?jǐn)?shù)據(jù)以圖形的方式顯示出來(lái)，在控壓鉆井過(guò)程中將控壓鉆井參數(shù)傳輸?shù)焦た貦C(jī)3的數(shù)據(jù)庫(kù)5里，為井口目標(biāo)壓力的設(shè)置提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其是將測(cè)量的數(shù)據(jù)信息傳輸給工控機(jī)3的數(shù)據(jù)庫(kù)5 ；
[0040]工控機(jī)3:接收PLC數(shù)據(jù)采集模塊I及PWD/MWD工具計(jì)算機(jī)2輸入的數(shù)據(jù)信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)5，將內(nèi)部的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)6的數(shù)據(jù)信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)5，并將數(shù)據(jù)庫(kù)5接收的所有數(shù)據(jù)信息反饋給內(nèi)部的數(shù)字顯示系統(tǒng)7、圖形顯示系統(tǒng)8及選擇計(jì)算比較決策設(shè)置9，由選擇計(jì)算比較決策設(shè)置9將數(shù)據(jù)信息反饋給PLC執(zhí)行系統(tǒng)4 ；
[0041 ] PLC執(zhí)行系統(tǒng):接收工控機(jī)3發(fā)出的指令并執(zhí)行。
[0042]PLC數(shù)據(jù)采集模塊1、PWD/MWD工具計(jì)算機(jī)2分別通過(guò)網(wǎng)線與工控機(jī)3的數(shù)據(jù)庫(kù)連接，選擇計(jì)算比較決策設(shè)置9與PLC執(zhí)行系統(tǒng)4通過(guò)網(wǎng)線連接，直接指令PLC執(zhí)行系統(tǒng)4。工控機(jī)3的數(shù)據(jù)庫(kù)5通過(guò)數(shù)據(jù)線分別與工控機(jī)的數(shù)字顯示系統(tǒng)7、圖形顯示系統(tǒng)8及選擇計(jì)算比較決策設(shè)置9連接。
[0043]PLC數(shù)據(jù)采集模塊I采集的數(shù)據(jù)包括鉆井液出口溫度、鉆進(jìn)液出口流量、鉆井泥漿泵排量、由立壓傳感器10測(cè)得的立管壓力、由旋轉(zhuǎn)控制頭壓力傳感器11測(cè)得的旋轉(zhuǎn)控制頭壓力、由套壓傳感器12測(cè)得的套壓、井口壓力、由節(jié)流閥后壓力傳感器13側(cè)得的節(jié)流閥后壓力及由四個(gè)液位傳感器14測(cè)得的各泥漿罐液位。
[0044]PWD/MWD工具計(jì)算機(jī)2測(cè)量數(shù)據(jù)包括由PWD隨鉆測(cè)壓工具15測(cè)得的鉆壓、井深、井垂深、鉆頭位置、由大鉤懸重傳感器16測(cè)得大鉤高度、大鉤懸重、由壓力傳感器測(cè)得的實(shí)時(shí)PWD壓力數(shù)據(jù)和下載PWD壓力數(shù)據(jù)、由溫度傳感器測(cè)得實(shí)時(shí)PWD井底溫度和下載PWD井底溫度。
[0045]工控機(jī)3內(nèi)部的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)6的數(shù)據(jù)包括的鉆井泵缸套尺寸3個(gè)、鉆井液參數(shù)、井身結(jié)構(gòu)及尺寸、鉆具組合結(jié)構(gòu)及尺寸、設(shè)置井底壓力/當(dāng)量密度、井口目標(biāo)壓力。
[0046]本發(fā)明控壓鉆井控制系統(tǒng)中井口目標(biāo)壓力的設(shè)置方法，其包括如下步驟:
[0047](I)先將PWD隨鉆測(cè)壓工具數(shù)據(jù)、PLC實(shí)時(shí)采集控壓鉆井參數(shù)及工控機(jī)控制系統(tǒng)帶有的輸入系統(tǒng)輸入的各種參數(shù)存入控壓鉆井控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0048](2)之后對(duì)參與計(jì)算的PWD壓力數(shù)據(jù)設(shè)置范圍，不符合要求的，不能作為計(jì)算的數(shù)據(jù)，最小壓力值不能低于泥漿的液柱壓力，最大壓力值不能大于鉆頭位置液柱壓力+鉆頭以上的環(huán)空壓耗+井口壓力，選用多個(gè)PWD進(jìn)行平均壓力計(jì)算，結(jié)果為Pl，井口目標(biāo)壓力計(jì)算，其公式如下:
[0049]井口目標(biāo)壓力=井底設(shè)置目標(biāo)壓力-鉆頭下泥漿液柱壓力-Pl+當(dāng)時(shí)井口壓力，設(shè)定井口目標(biāo)壓力精度，即計(jì)算出來(lái)的井口目標(biāo)壓力與實(shí)際井口壓力的正負(fù)差值范圍，如果在差值范圍內(nèi)，保持原來(lái)的井口目標(biāo)壓力不變，如果超出