一种欠平衡钻井井底压力自动控制系统及方法

摘要

本发明提供一种欠平衡钻井井底压力自动控制系统及自动控制方法，涉及计算机自动控制技术。本发明的自控系统包括欠平衡井底压力处理模块，其根据环空动力平衡的原理，以实测的立压和计算的钻具内和钻头压降来计算欠平衡钻井钻进时的井底压力，得出井底压力值。将井底压力值与系统设定值进行比较，当井底压力值超过或低于系统设定值时，发出调节节流阀开度指令以控制井底压力回复到设定范围，从而完成对井底压力的监控。本发明的自控系统及方法能够实时跟踪井底压力的变化，精确、及时调控。本发明的自动控制系统及方法提高了欠平衡钻井工艺的自动化程度，同时也提高了欠平衡钻井作业的可靠性和安全性，具有广阔的推广应用前景。

主权项

1.一种欠平衡钻井井底压力自动控制系统，包括数据采集单元、数据处理单元、控制执行单元和数据转换及传输单元，其特征在于：(1).数据采集单元：包括设置在钻井作业系统中的采集立管压力、套管压力的压力传感器、采集节流阀开度的传感器及采集泥浆泵泵冲的泵冲传感器；所述数据采集单元实时采集欠平衡钻井作业的动态模拟数据，并通过数据转换及传输单元将该数据传送给数据处理单元；(2).数据处理单元：包括欠平衡钻井井底压力处理模块、数据采集模块及静态数据录入模块；数据采集模块将由数据转换及传输单元传来的动态数据输入欠平衡钻井井底压力处理模块；静态数据录入模块将包括井身结构、钻具结构、泥浆性能及井深在内的参数输入欠平衡钻井井底压力处理模块；欠平衡钻井井底压力处理模块将包括以上所述的动态及静态数据在内的参数进行处理，根据：井底压力＝立管压力+钻具内液柱压力-钻具内循环压耗-钻头压降，以实测的立压和计算的钻具内和钻头压降来计算欠平衡钻井钻进时的井底压力，得出井底压力值，将井底压力值与系统设定值进行比较，当井底压力值超过或低于系统设定值时，通过调节立压的大小来控制井底压力；根据立压与套压的关系：P立压＝P管内摩阻+P环空摩阻+P喷嘴压降+P套压+P环空液压-P管内液压，通过调节套压来使立压发生变化，套压的调节通过调节节流阀的开度来控制，由此发出调节节流阀开度指令通过数据转换及传输单元传给控制执行单元；(3).控制执行单元：包括节流阀控制模块、节流阀；其中节流阀控制模块收到数据处理单元发出的控制节流阀开度的指令时，输出控制信号给节流阀，控制节流阀开度，以实时将井底压力控制在设定范围内。