一种智慧压井井口套压辅助控制方法

技术领域

本发明涉及油气井井控技术领域，具体地说，涉及一种智慧压井井口套压辅助控制方法。

背景技术

在油气井钻探过程中，由于地层流体压力系统的复杂性，以及受钻探作业中主观、客观因素的影响，会破坏井筒内原有的压力平衡，发生地层流体溢流。若不及时控制地层流体侵入井筒，溢流影响将进一步扩大，往往会导致井涌或井喷的发生，造成重大事故。因此，井控技术对于油气田安全而言尤为重要，针对井筒内压力的控制是钻井安全的重要保障。目前，现场施工队伍专业素养参差不齐，主观因素占比过大，不能有效保障井控技术的顺利实施，因此，发明一种智慧压井井口套压辅助控制方法，对提升油气井井控安全具有重要意义。

发明内容

本发明的内容是提供一种智慧压井井口套压辅助控制方法，其能够在压井作业时，控制节流阀的开度，控制施加合理的回压值，在确保井底压力略大于地层压力下，辅助压井。

根据本发明的一种智慧压井井口套压辅助控制方法，其包括以下步骤：

(1)从云端读取井控预警及辅助控制分析系统的分析结果；

(2)通过网关协议将分析结果传输至井控安全智能控制柜，井控安全智能控制柜内含节流阀辅助控制系统；

(3)节流阀辅助控制系统将分析结果输出，提示人工调节回压；

(4)若不进行人工调节或操作不当，则节流阀辅助控制系统将介入控制；

(5)通过井控安全智能控制柜控制节流阀的开度，按照分析结果调整回压值。

作为优选，步骤(1)中，井控预警及辅助控制分析系统由异常数据判别、自动强行关井、压井套压预测、压井立压控制曲线、节流阀辅助控制数据集成，并将相关数据存入后端数据库，相关功能模块全部云端布置，实现实时采输数据要求。

作为优选，步骤(1)中，通过井控预警及辅助控制分析系统分析后将结果通过网关协议上传至数据库，之后读取分析结果。

作为优选，步骤(2)中，井控安全智能控制柜接收井控预警及辅助控制分析系统分析数据，将数字信号传给PLC，由PLC对气/液动系统进行调控，以达到控制节流阀开启度的目的。

作为优选，步骤(5)中，根据分析结果与现场数据进行实时对比，从而对PLC进行实时控制，直至压井作业结束。

本发明具有以下的有益效果：

本发明的智慧压井井口套压辅助控制方法，可以通过读取云端数据库中井控预警及辅助控制分析系统分析的结果，通过节流阀辅助控制系统实现辅助控制压井，而且控制系统首先提醒操作人员调整节流阀的开度，若操作人员调整不当或不进行操作，则控制系统将会自动调节节流阀开度，防止因回压调节不当导致的压井失败。

本发明的智慧压井井口套压辅助控制方法，可以在工程实践中实现对压井过程中通过井控安全智能控制柜控制节流阀，辅助控制节流阀开度，调节回压值，达到精确压井目的。对于操作人员，首先会将分析系统的结果输出给操作人员，由操作人员首先进行调整作业，之后通过防止工程现场调节不当引起的压井失败。

附图说明

图1为实施例中一种智慧压井井口套压辅助控制方法的流程图；

图2为实施例中地面管汇示意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。

实施例

如图1所示，本实施例提供了一种智慧压井井口套压辅助控制方法，其包括以下步骤：

(1)从云端读取井控预警及辅助控制分析系统的分析结果；

(2)通过网关协议将分析结果传输至井控安全智能控制柜，井控安全智能控制柜内含节流阀辅助控制系统；

(3)节流阀辅助控制系统将分析结果输出，提示人工调节回压；

(4)若不进行人工调节或操作不当，则节流阀辅助控制系统将介入控制；

(5)通过井控安全智能控制柜控制节流阀的开度(根据现场数据)，按照分析结果调整回压值。

最后判断压井是否结束，若是，则控制压井管汇的阀门状态，若否，则实时控控制，调节节流阀开度。

步骤(1)中，井控预警及辅助控制分析系统由异常数据判别、自动强行关井、压井套压预测、压井立压控制曲线、节流阀辅助控制数据集成，并将相关数据存入后端数据库，相关功能模块全部云端布置，实现实时采输数据要求。

步骤(1)中，通过井控预警及辅助控制分析系统分析后将结果通过网关协议上传至数据库，之后读取分析结果。

步骤(2)中，井控安全智能控制柜接收井控预警及辅助控制分析系统分析数据，将数字信号传给PLC，由PLC对气/液动系统进行调控，以达到控制节流阀开启度的目的。

步骤(5)中，根据分析结果与现场数据进行实时对比，从而对PLC进行实时控制，直至压井作业结束。

在发现溢流时，井场根据情况停泵、关闭环形防喷器，单闸板防喷器和双闸板防喷器，准备压井作业。

如图2所示，一种地面管汇示意图，图中右侧为压井管汇。在关井时，3#、J2b、J3a、J6a为常开阀门，J1和J4节流阀为半开，4#、J2a、J3b、J6b、J5、J8、J7、J10、J9为常闭阀门。在关井准备完成之后，压井作业之前，首先将J3b、J7、J10打开，最后打开4#，开泵，开始压井。此时井筒中环空流体经过四通流向压井管汇，流经J4、J7、J10，流至振动筛泥浆池形成循环达到压井目的。

其中开始压井作业后，现场的立压表、套压表以及泥浆池增量的现场数据将通过网关协议传输至井控预警及辅助控制分析系统，通过系统对现场数据的分析，将分析结果再通过弯管协议传输至压井过程节流阀辅助控制系统。首先将系统的分析结果输出，提示人工调节节流阀的开度来控制回压，之后若人工调节操作不当或无操作，则控制系统将介入控制。介入控制后通过PLC控制J4节流阀的开度调整回压值，控制4#、J3b、J7、J10阀门的开启和关闭。且现场实时的数据传输至分析系统再将分析结果传输至控制系统，并直接通过PLC实时控制节流阀开度，施加合理的回压值，直至压井作业结束。控制系统通过分析结果与现场数据进行对比，以此判断压井作业是否结束。若压井作业结束，PLC将控制4#、J3b、J7、J10的阀门关闭，J4节流阀恢复至半开状态。

井控预警及辅助控制分析系统分析井筒环空中溢流物包括以下步骤：

井筒环空溢流物上移模块：

(1)计算溢流物混相段底部高度Z

根据现场实时检测参数获得的压井排量Q，环空截面积Ω，压井时间t，则混相段底部高度Z

(2)计算溢流物混相段长度

溢流物混相段长度：

其中节流压井t时刻溢流物混相段底部压力：

节流压井t时刻溢流物混相段底部温度：

根据确定的压井t时刻溢流物混相段底部压力和底部温度，采用DAK模型对气体压缩系数

(3)计算钻井液单相段液柱压力、流动压耗

钻井液单相段总液柱压力：

P

钻井液单相段总流动压耗：

此时上部单相段流动压耗，即为溢流物混相段顶部至井口的单相段流动压耗，井筒环空中流速与溢流物混相段流速一致。

计算摩阻系数f

(4)溢流物混相段压力液柱计算模块

溢流物混相段压力液柱计算流程，包括以下步骤：

1)对溢流物混相段进行网格划分

采用有限差分法对t时刻的溢流物混相段空间定解域进行网格划分。

2)计算第j微段的底部参数

本步骤需计算确定底部压力及底部温度。

第j微段底部压力：

P

第j微段底部温度：

3)计算第j微段参数

本步骤需计算确定气体压缩系数、气相体积、气相密度、持气率、混相密度。

第j微段的气体压缩系数：

在确定第j微段底部压力和底部温度基础上，采用DAK模型对第j微段的气体压缩系数进行计算。

第j微段的气相体积：

第j微段气相密度：

第j微段持气率：

第j微段混相密度：

ρ

4)第j微段液柱压力

混相液柱压力：

P

5)判断j是否等于m

若j＝m则开始累加每一微段的液柱压力，得出溢流物混相段的总液柱压力。若不等则重复第2步继续开始计算下一微段的底部参数。

6)溢流物混相段液柱压力

(5)溢流物混相段流动压耗计算模块

溢流物混相段压耗计算流程，包括以下步骤：

1)对溢流物混相段进行网格划分

采用有限差分法对t时刻的溢流物混相段空间定解域进行网格划分。

2)计算第j微段的底部参数

第j微段底部压力：

第j微段底部温度：

3)计算第j微段参数

本步骤需计算确定气体压缩系数、气相体积、气相密度、持气率、混相密度、流速

第j微段的气体压缩系数：

在确定第j微段底部压力和底部温度基础上，采用DAK模型对第j微段的气体压缩系数进行计算。

第j微段的气相体积：

第j微段气相密度：

第j微段持气率：

第j微段混相密度：

ρ

溢流物混相段流速：

4)确定第j微段流型

在计算流动压耗之前，对于溢流物混相段而言，不同流型下的摩阻压耗计算求解方法也各不相同，因此，需要分别对不同流型进行分析。流型主要分为泡状流、段塞流、扰状流和环状流。

泡状流的判别关系式：

v

单个气泡极限上升速度：

段塞流的判别关系式：

扰状流的判别关系式：

环状流的判别关系式：

5)计算第j微段的流动压耗根据4)判断的流型分别计算微段流动压耗，则：泡状流流动压耗：

摩擦阻力梯度项

范宁摩阻系数f

段塞流(扰状流)流动压耗：

摩擦阻力梯度项

范宁摩阻系数的计算方法

环状流流动压耗：

摩擦阻力梯度项

(6)计算井底压力

根据井控技术相关规程，井底压力应以地质设计提供的地层压力为基准，再附加一个安全值。

P

(7)计算井口套管压力

溢流物混相段沿井筒环空向上运移过程中，当确定了节流压井t时刻的液柱压力和流动压耗后，根据已知地层压力和附加安全压力，可求解得到当前时间节点的井口套压值，即井筒压力动态响应的井口特征参数。

P

(8)判断溢流物是否到达井口

判断计算的溢流物混相段长度与单相流长度之和是否等于井深。若计算结果等于井深则停止计算，输出结果。若不等，则返回步骤(3)继续计算。

井筒环空溢流物排出模块：

分析溢流物排出时流程，包括以下步骤：

(1)计算溢流物混相段底部高度Z

(2)判断溢流段底端是否到达井口

判断计算的溢流物混相段长度与单相流长度之和是否等于井深。

(3)计算溢流物混相段长度

相较于t-1时刻，溢流物混相段长度减少量为：

(4)计算钻井液单相段液柱压力、流动压耗

钻井液单相段液柱压力为：

P′

钻井液单相段流动压耗为：

其中计算摩阻系数f

(5)溢流物混相段液柱压力计算模块

溢流物混相段压力液柱计算流程，包括以下步骤：

1)计算剩余气体摩尔量

2)对溢流物混相段进行网格划分

采用有限差分法对t时刻的溢流物混相段空间定解域进行网格划分。

3|)计算第j微段底部参数

第j微段的底部压力：

第j微段的底部温度：

4)第j微段的参数

第j微段的气体压缩系数：

在确定第j微段底部压力和底部温度基础上，采用DAK模型对第j微段的气体压缩系数进行计算。

第j微段的气相体积：

第j微段气相密度：

第j微段持气率：

第j微段混相密度：

ρ′

5)计算第j微段的液柱压力

P′

6)判断j是否等于k

若j不等于k则开始重复第三步，等于则进行下一步。

7)溢流物混相段液柱总压力

(6)溢流物混相段流动压耗计算模块

溢流物混相段压力液柱计算流程，包括以下步骤：

1)计算剩余气体摩尔量

2)对溢流物混相段进行网格划分

采用有限差分法对t时刻的溢流物混相段空间定解域进行网格划分。

3)计算第j微段底部参数(底部温度、底部压力)

第j微段的底部压力：

第j微段的底部温度：

4)第j微段的参数

第j微段的气体压缩系数：

在确定第j微段底部压力和底部温度基础上，采用DAK模型对第j微段的气体压缩系数进行计算。

第j微段的气相体积：

第j微段气相密度：

第j微段持气率：

第j微段混相密度：

ρ′

溢流物混相段流速：

v′

5)判断第j微段流型

在计算流动压耗之前，需判断该微段的流型，方法同溢流物上移模块。

6)计算第j微段的流动压耗

根据5)判断的流型分别计算微段流动压耗，方法同溢流物上移模块。

7)判断j是否等于k

若j不等于k则开始重复第三步，等于则进行下一步。

8)溢流物混相段液柱总压耗

(7)计算井底压力

根据井控技术相关规程，井底压力应以地质设计提供的地层压力为基准，再附加一个安全值。

P

(8)计算井口套管压力

溢流物混相段排出井口过程中，当确定了节流压井t时刻的液柱压力和流动压耗后，根据已知地层压力和附加安全压力，可求解得到当前时间节点的井口套压值，即井筒压力动态响应的井口特征参数。

P

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。