三参数自动控压钻井技术室内试验

为验证控压系统的工作原理、测量系统的精确程度以及控制系统可靠性和重复性,配套了一套室内工艺试验流程,对三参数自动控压钻井技术进行了室内模拟试验。试验结果表明,各个参数值都能在允许的时间内回到设定值,自动采集系统的控制过程比较稳定,控制效果良好;通过记录节流阀的节流压力和流量,掌握了各种节流阀的非线性流量特性以及节流阀和套压的延时特性;该试验流程配套简单,容易实现,可较好地模拟钻井的各个过程,通过对采集控制系统的不断调试,掌握了采集控制系统的调节特性,验证了控制流程、控制方案和控制方法的有效性,对现场试验有一定的指导作用。     

精细控压多级并联节流管汇系统研究

现代精细控压钻井中,由于节流阀的压力调节特性与节流阀开度之间存在较强的非线性关系,现有的节流管汇很难通过单个节流阀实现全开度范围内的精确调节。为了能使普通节流阀满足回压控制精度的要求,提出了利用并联节流管汇实现回压精细控制的思路,并对并联管路的流动特性进行了研究,模拟了四支路并联节流管汇精确控制井口回压的工作过程,分析了并联节流管汇的压力调节特性。与传统节流管汇相比,并联节流管汇具有压力调节特性曲线线性度良好、调节区间大、调节精度高、对节流阀精度要求低、使用寿命长等优点,能获得显著的经济效益,具有较大的工程应用价值,为进一步研究精细控压钻井及其地面控制系统提供了一定的技术参考。      

控压钻井自动分流管汇系统设计与数值模拟研究

为解决精细控压钻井回压补偿系统价格高、占用井场面积大的问题,设计了一种用于控压钻井的自动分流管汇系统,用以替代现有精细控压钻井设备中的回压补偿系统。设计的自动分流管汇系统结构简单,适应能力强,具有钻井泵单泵工作模式、双泵工作模式和常规钻井大排量模式,可满足现有精细控压钻井各种工况的转换要求。根据质量守恒方程、动量守恒方程及节流阀开度的控制方式,建立了自动分流管汇系统的数学流动模型,并采用数值方法求解了数学流动模型。数学流动模型的计算结果和计算流体动力学模拟结果都表明,该自动分流管汇系统能将井口压力稳定控制在设定压力,能够满足精细控压钻井需求。      

基于模糊PID算法的MPD仿真控制研究

为了解决反馈层抗干扰能力差和响应时间长的问题,建立了由反馈控制层、监测控制层和优化控制层构成的MPD 3级井底压力自动化控制架构,并且在反馈控制层首次引入模糊PID控制。利用MATLAB/Simulink对国外某井进行MPD多级控制仿真模拟,模拟结果表明:模糊PID控制不仅使MPD缩短了控制时间,增强了抗干扰性,同时还引入人为经验的智能推理,使MPD控制更具人性化;在正常钻进过程中,系统对井底压力和钻井泵流量的变化反应迅速,通过调整节流阀开度可使井底压力始终处于安全压力窗口之内;在起下钻过程中,系统自动开启回压泵,钻井泵逐渐停止,通过调节节流压差可弥补摩阻压力。研究结果对于控压钻井技术的现场应用具有一定的参考作用。     

基于Matlab的控压钻井压力控制建模方法

为了提高控压钻井的控压精度,研究了基于Matlab的控压钻井压力控制建模方法。分析了节流阀的节流控压原理,根据伯努利方程建立了表征节流阀物理特性的方程;利用采集的节流阀节流控压试验数据,通过Matlab软件进行线性回归,得到了可计算节流阀控压的四参数公式;根据试验选用的节流阀开度与当量直径的特性曲线,采用Matlab软件进行拟合,得到了节流阀开度与节流面积的关系方程;根据节流阀开关试验得到的节流阀开度与开关时间数据,利用Matlab软件拟合出了开度与开关时间的关系方程,将上述各方程相结合得到了节流控压的理论模型。利用Matlab软件的半实物仿真插件将模型转化为通用实时代码,并采用模块化建模方法,编制了控压钻井自动控制软件,形成了控压模型。循环模拟系统验证显示,控制系统的响应时间小于10 s,控制精度达到了±0.2 MPa,满足控压钻井精细控压的需求,这证明基于Matlab的控压钻井压力控制建模方法是可行的。      

控压钻井自动节流控制系统的研制与应用

控压钻井(以下简称MPD)技术是一种用于精确控制整个井筒环空压力剖面的钻井程序。控压钻井的实现是依靠环空水力学模型根据环控井底压力计算井口目标套压,通过控制节流阀的开度的方式来达到控制井底压力的目的。本文从压力控制模型的推导,控制系统的设计,软件开发及硬件配套等方面阐述了实现控压钻井自动节流控制的方法。     

控制压力钻井用节流阀的研制

随着控制压力钻井技术不断推广,对控制压力钻井用节流阀的性能要求越来越高。文中分析了控制压力钻井用节流阀的国内外研究现状,指出了常规节流阀应用于控制压力钻井存在的问题,提出了一种新型的控制压力钻井用节流阀,并对新型节流阀进行了流体特性分析,得到了新型节流阀的流场分布和流量系数曲线。通过对比分析,指出了节流阀的发展方向以及新型控制压力钻井用节流阀的广阔应用前景。     

线性调节节流阀技术研究

随着石油工业快速发展,钻井技术开始向着自动化方向迈进,控压钻井技术是自动化钻井的一个方面,节流阀是控压钻井系统的核心部件,其性能影响控压钻井实施效果。文章针对现有节流阀难以满足实时精细调控的难题进行研究,设计出了压降随开度线性变化的节流阀,打破了国外技术垄断。进行了整体结构设计与执
行机构选型,并通过性能试验验证了设计理论：在25%~85%的开度范围内压降随开度线性变化。结合现代计算机控制技术,节流阀自动调节过程控制精度高、可靠性强、反应灵敏,线性调节节流阀为控压钻井、井控节流等系统提供关键部件,为压力控制技术的应用奠定硬件基础,具有重要的理论价值和工程意义。     

三参数自动控压钻井系统的研制与试验

为避免钻井过程中出现井漏、井涌、压差卡钻等井下故障,尤其是解决窄密度窗口地层钻进过程中出现的又涌又漏的技术难题,在深入研究国内外现有控压钻井技术的基础上,研制了三参数自动控压钻井系统。该系统根据U形管原理,在钻井过程中不断检测套压、立压和流量等钻井参数,并利用节流阀自动控制系统对各参数做到了组合控制、无缝隙转换控制。利用全尺寸模拟井对三参数自动控压钻井系统进行了模拟试验,结果表明:立压或套压控制时,整个控制过程平稳,没有出现超调、震荡和发散问题,控制误差≤0.2 MPa;在发生溢流和漏失时,流量的监测灵敏,控制及时,溢流和漏失总量小于800 L就得以完全控制。试验证明,采用套压、立压和流量3种参数作为控制目标的控压钻井技术,弥补了单纯利用套压控制的不足,提供了更为全面的控压钻井解决方案。      

控压钻井自动节流管汇压力调节特性研究

现代控压钻井作业中,依靠自动节流管汇施加和控制井口回压,从而间接控制井底压力。但由于阀门的压力调节特性与阀门开度存在较大的非线性,常规节流管汇很难通过单个节流阀实现全开度范围内的精确调节。为了提高控制精度,利用节流阀工作的3个状态,建立了压力调节特性与流量调节特性的对应关系,进而建立了节流管汇的压力调节特性模型,并对压力调节精度及流量对压力调节特性的影响进行了分析。 研究分析表明,现有节流阀压力调节特性呈现一定非线性;通过优化阀芯可以增大节流阀的有效工作区间,但不能完全消除超调区间;钻井液排量对节流阀的压力调节特性影响较大,设计节流管汇时应考虑排量问题。      

微流量控制钻井自动节流管汇的设计及应用

微流量控制钻井技术具有能够探测早期微小溢流和漏失、精确控制井底压力的优势。该技术的核心部件是地面自动节流管汇,其节流敏捷度和准确度直接关系到能否实现微流量控制和其控制精度。为了打破国外对该技术的垄断,降低钻井成本,开发具有自主知识产权的微流量控制钻井技术,综合考虑节流流量与井筒压力分布的关系,基于流体动力学与自动控制理论,设计了一套适用于微流量控制钻井的地面自动节流管汇。现场试验证实其具有较好的自动节流控制功能,能在30 s内实现井筒微流量控制,地面检测压力误差低于0.1 MPa。该节流管汇的设计与现场成功应用为微流量控制钻井技术在我国的推广和设备的国产化进行了积极探索。     

控压钻井技术在白28井的应用

控压钻井系统主要由钻井参数监测系统(包括井下PWD)、决策分析系统、电控系统、地面自动节流控制及回压补偿系统组成,通过在井口施加连续回压来实现井底压力的恒定控制,能有效解决窄密度窗口地层和高温高压地层所出现的钻井复杂问题。白28井的应用结果表明,使用控压钻井技术,在控压钻进工况下可将井口压力波动控制在0.2 MPa以内,控压停泵和起下钻工况下可将井口压力波动控制在0.5～0.8 MPa,井底压力波动控制在1.0～1.5 MPa,可保证井底压力当量密度在控制范围内;能够快速发现溢流和井漏等复杂情况并进行有效控制,确保了施工过程的安全,实现了钻井安全和勘探开发的目标。     

国产精细控压钻井技术与装备的研发及应用效果评价

为有效解决窄密度窗口钻井难题,提高钻井效率,降低钻井成本,国内自主研制开发了一套精细控压钻井装备,实现了准确控制井眼环空压力的目的。该装备主要包括自动节流管汇系统、回压泵系统以及远程自动控制中心,可提供保持接单根、启停泵、钻井液密度变化以及钻柱运动时井底压力恒定所需的额外流量和回压补偿。通过在川渝及塔里木地区开展近、欠平衡控压钻井工艺应用表明:欠平衡控压钻井可控制井底压力低于地层孔隙压力,允许气体按照一种可控的速度从地层流出,从而有利保护和发现储层,是一种有发展潜力的可行技术。     

欠平衡钻井节流压力控制技术

现用节控箱采用手工控制立管压力（套管压力）的方法，精度较低，很难实现真正意义上的欠平衡钻井，采用计算机伺服控制研制的节控箱来控制欠平衡钻井压力，克服了原有控制设备及手工控制方法的不足，现场试验表明，采用这种控制手段能实现对立压，套压的精确控制。     

微流量控压钻井系统的研制与现场试验

微流量精细控压钻井技术是当今世界钻井前沿技术之一,主要是通过进出口流量的微小变化、随钻环空压力监测、地面自动节流调整及压力补偿等手段,实现环空压力的实时监测与精确控制。通过微流量精细控压钻井系统的研制和现场应用,完善微流量控压钻井设备配套并形成技术体系,现场试验主要是利用“微流量控压钻井系统”及时发现和处理井下复杂情况,减少井涌、井漏和降低钻井非生产时间等,提高钻井安全性和经济性,从而提高复杂地层的钻井作业效率。其现场成功实践为复杂地层钻进积累了经验。     

控压钻井技术在塔中区块的应用及效果分析

塔里木油田塔中区块存在着诸多钻井难题,常规钻井装置和方法很难满足当前钻井作业要求,为此,开展了控压钻井技术研究与应用工作。控压钻井技术主要设备有造气及分离装置、回压控制及计量装置、井筒控制装置及井下监测装置。根据实时监测的数据,利用回压泵和节流管汇对井底压力进行控制,用于提高复杂条件下钻井作业的安全性和效率。应用该技术后,XY722井非生产时间减少,钻井周期缩短近百天,在减少恶性漏失的同时,也减少了对储层的损害,XY62-11H井节省钻井液多达4000m3。     

控压钻井装备及技术研究进展

控压钻井技术可有效解决窄窗口钻井过程中出现的喷、漏、塌、卡等多种复杂问题,而控压钻井需要使用一些先进的技术装备。为此介绍了国内、外控压钻井装备及技术现状,并说明了目前国内在控压钻井和技术方面取得的进步,但仍需不断提高控压钻井工艺技术水平,特别是提高地面压力控制装置、井口连续循环钻井装置、环空压力随钻测量装置等核心装备的工作可靠性、稳定性和精度,尽早实现控压钻井装备的国产化。最后指出,国内在控压钻井理论、设计、工艺和软件等方面取得一定成果,但需要进一步配合装备在现场应用中不断成熟和完善。     

高含硫气井计算机优化压井闭环控制系统

目前压井节流控制箱作为节流管汇上的重要控制装置,在压井过程中被普遍采用。根据节流控制箱的控制原理,利用计算机技术、通信技术和控制技术研制了压井参数监测和节流控制硬件系统,根据高含硫气井的特点编制了高含硫气井压力监测软件系统。高含硫气井压力监测软件系统能实时监测采集压井参数,计算机对采集到的压井参数进行处理,并根据处理结果控制液动节流阀的开度。高含硫气井压力监测软件系统为实施自动压井提供了数据支持,使计算机优化压井闭环控制操作在安全、及时、科学的基础上进行。