控压钻井控制系统中井口目标压力的设置方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种井口目标压力的设置方法及装置，尤指一种控压钻井控制系统中井口目标压力的设置方法及装置。
【背景技术】
[0002]在控压钻井和欠平衡钻井中井底压力的控制是完成钻井作业的关键，井口目标压力的平稳、准确设置是控制井口压力的基础，也是实现井底压力稳定和精确控制的保障。
[0003]目前井口目标压力的设置方法有很多种，各种不同的控制方法也有不同的设置法，如微流量控制法、模拟井底压力计算法、精细控压的井口压力计算法等，前两种方法都是井下钻具组合中没有PWD随钻测压工具，微流量是通过进出口流量比较来设置井口目标压力，模拟井底压力计算是通过模拟计算井底压力来设置井口压力，上述两种方法都无法实现精确地井底压力控制。现有精细控压的井口目标压力计算法，是基于PWD随钻测压工具，在钻井或井底循环时能够比较精准的计算，但钻头不在井底时，井口目标压力的设置就不准确了。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种控压钻井控制系统中井口目标压力的设置方法及装置，其可以解决钻头在井筒任何深度井口目标压力设置跳跃、不平稳，井口压力很难控制或控制不准，造成井底压力波动大、不稳定，不能实施精细控压钻井的目的，同时，造成节流阀移动频繁，磨损严重，控制系统负荷过重，易于损坏等诸多不利因素。
[0005]为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为:一种控压钻井控制系统中井口目标压力的设置方法，其包括如下步骤:
[0006](I)先将PWD随钻测压工具数据、PLC实时采集控压钻井参数及工控机控制系统带有的输入系统输入的各种参数存入控压钻井控制系统的数据库；
[0007](2)之后对参与计算的PWD压力数据设置范围，不符合要求的，不能作为计算的数据，最小压力值不能低于泥浆的液柱压力，最大压力值不能大于钻头位置液柱压力+钻头以上的环空压耗+井口压力，选用多个PWD进行平均压力计算，结果为Pl，井口目标压力计算，其公式如下:
[0008]井口目标压力=井底设置目标压力-钻头下泥浆液柱压力-Pl+当时井口压力，设定井口目标压力精度，即计算出来的井口目标压力与实际井口压力的正负差值范围，如果在差值范围内，保持原来的井口目标压力不变，如果超出范围，由当前计算出来的井口目标压力为井口目标压力设置；
[0009](3)工控机根据目标井口压力值来发出指令到PLC控制系统，由PLC逻辑控制系统来开关节流阀开度，直至实际井口压力接近井口目标压力值。
[0010]本发明控压钻井控制系统中井口目标压力的设置方法，其中所述步骤(I)中PWD随钻测压工具数据:通过PWD随钻测压工具将所测到的井底压力通过MffD工具的脉冲信号传到地面解码系统，将PWD压力数字还原后再传输到控压钻井系统，进入控压钻井控制系统的数据库保存。
[0011]本发明控压钻井控制系统中井口目标压力的设置方法，其中所述MffD工具计算机数据采集钻压、井深、井垂深、钻头位置、实时PWD数据、下载PWD数据、大钩高度、大钩悬重、实时PWD温度、下载PWD温度数据通过数据线传输到工控机的控压钻井控制系统的数据库里。
[0012]本发明控压钻井控制系统中井口目标压力的设置方法，其中所述步骤(I)中PLC实时采集控压钻井的参数，这些参数包括各种压力、泵排量、出口流量、大钩高度、井深及井垂深、钻头深度、池体积、节流阀开度。
[0013]本发明控压钻井控制系统中井口目标压力的设置方法，其中所述步骤⑴中工控机控制系统带有的输入系统输入的参数包括井身结构、钻具组合、泥浆性能与参数、井底设置压力、设定PWD数据参与计算范围、设定参与平均PWD压力个数及井口目标压力精度范围值。
[0014]本发明控压钻井控制系统中井口目标压力的设置方法，其中所述步骤⑴中测得的各数据由数据显示系统从工控机的数据库里提取，显示在显示屏上。
[0015]本发明控压钻井控制系统中井口目标压力的设置方法，其中所述步骤(2)中一般选择3至9个PWD数字参加平均压力计算。
[0016]一种控压钻井控制系统中井口目标压力的设置装置，其中包括:
[0017]PLC数据采集模块:采集数据信息传输给工控机的数据库；
[0018]PWD/MWD工具计算机:将测量的数据信息传输给工控机的数据库；
[0019]工控机:接收PLC数据采集模块及PWD/MWD工具计算机输入的数据信息存入数据库，将内部的数据输入系统的数据信息存入数据库，并将数据库接收的所有数据信息反馈给内部的数字显示、图形显示及选择计算比较决策设置，由选择计算比较决策设置将数据信息反馈给PLC执行系统；
[0020]PLC执行系统:接收工控机发出的指令并执行。
[0021]本发明控压钻井控制系统中井口目标压力的设置装置，其中所述PLC数据采集模块、PWD/MWD具计算机分别通过网线与工控机的数据库连接，所述选择计算比较决策设置与PLC执行系统通过网线连接，所述工控机的数据库通过数据线分别与工控机的数字显示、图形显示及选择计算比较决策设置连接。
[0022]本发明控压钻井控制系统中井口目标压力的设置装置，其中所述PLC数据采集模块采集的数据包括钻井液出口温度、钻进液出口流量、钻井泥浆泵排量、立管压力、旋转控制头压力、套压、井口压力、节流阀后压力及由四个液位传感器测得的各泥浆罐液位。
[0023]本发明控压钻井控制系统中井口目标压力的设置装置，其中所述PWD/MWD工具计算机测量的数据包括钻压、井深、井垂深、钻头位置、由液位传感器测得的实时PWD压力数据、由液位传感器测得的下载PWD压力数据、大钩高度、大钩悬重、实时PWD井温度、下载PWD井底温度。
[0024]本发明控压钻井控制系统中井口目标压力的设置装置，其中所述工控机内部的数据输入系统的数据包括由液位传感器测得的钻井泵缸套尺寸3个、由液位传感器测得的钻井液参数、由液位传感器测得的井身结构及尺寸、由液位传感器测得的钻具组合结构及尺寸、设置井底压力/当量密度、井口目标压力。
[0025]采用上述方案后，本发明通过使用上述控压钻井控制系统中井口目标压力的设置方法，可以实现目标压力设置平稳，准确，控制系统易于控制，同样使井底压力平滑、稳定、准确，真正实现精细控压钻井的目的。
【附图说明】
[0026]图1是本发明控压钻井控制系统中井口目标压力的设置装置的结构框图；
[0027]图2是本发明的实施例结构示意图。
[0028]符号说明:
[0029]PLC数据采集模块-1 ；PWD/MWD工具计算机_2 ；
[0030]工控机-3 ；PLC执行系统-4 ；
[0031]数据库-5;工控机的数据库存量-6;
[0032]数字显示系统-7;图形显示系统-8;
[0033]选择计算比较决策设置-9 ；立压传感器-10 ;
[0034]旋转控制头压力传感器-11 ；套压传感器-12 ；
[0035]节流阀后压力传感器-13 ；液位传感器-14 ；
[0036]PWD随钻测压工具-15 ;大钩悬重传感器-16。
【具体实施方式】
[0037]如图1和图2所示，本发明控压钻井控制系统中井口目标压力的设置装置，其中包括:
[0038]PLC数据采集模块1:采集数据信息传输给工控机3的数据库5 ；
[0039]PWD/MWD工具计算机2:这个计算机是井下随钻测量工具PWD (随钻测压工具)和MWD(随钻测量工具)的地面设备，下钻前用于设置工具参数，钻井过程中，实时将解码后的数据储存在该计算机的数据库里，同时把其中部分数据以图形的方式显示出来，在控压钻井过程中将控压钻井参数传输到工控机3的数据库5里，为井口目标压力的设置提供基础数据，其是将测量的数据信息传输给工控机3的数据库5 ；
[0040]工控机3:接收PLC数据采集模块I及PWD/MWD工具计算机2输入的数据信息存入数据库5，将内部的数据输入系统6的数据信息存入数据库5，并将数据库5接收的所有数据信息反馈给内部的数字显示系统7、图形显示系统8及选择计算比较决策设置9，由选择计算比较决策设置9将数据信息反馈给PLC执行系统4 ；
[0041 ] PLC执行系统:接收工控机3发出的指令并执行。
[0042]PLC数据采集模块1、PWD/MWD工具计算机2分别通过网线与工控机3的数据库连接，选择计算比较决策设置9与PLC执行系统4通过网线连接，直接指令PLC执行系统4。工控机3的数据库5通过数据线分别与工控机的数字显示系统7、图形显示系统8及选择计算比较决策设置9连接。
[0043]PLC数据采集模块I采集的数据包括钻井液出口温度、钻进液出口流量、钻井泥浆泵排量、由立压传感器10测得的立管压力、由旋转控制头压力传感器11测得的旋转控制头压力、由套压传感器12测得的套压、井口压力、由节流阀后压力传感器13侧得的节流阀后压力及由四个液位传感器14测得的各泥浆罐液位。
[0044]PWD/MWD工具计算机2测量数据包括由PWD随钻测压工具15测得的钻压、井深、井垂深、钻头位置、由大钩悬重传感器16测得大钩高度、大钩悬重、由压力传感器测得的实时PWD压力数据和下载PWD压力数据、由温度传感器测得实时PWD井底温度和下载PWD井底温度。
[0045]工控机3内部的数据输入系统6的数据包括的钻井泵缸套尺寸3个、钻井液参数、井身结构及尺寸、钻具组合结构及尺寸、设置井底压力/当量密度、井口目标压力。
[0046]本发明控压钻井控制系统中井口目标压力的设置方法，其包括如下步骤:
[0047](I)先将PWD随钻测压工具数据、PLC实时采集控压钻井参数及工控机控制系统带有的输入系统输入的各种参数存入控压钻井控制系统的数据库；
[0048](2)之后对参与计算的PWD压力数据设置范围，不符合要求的，不能作为计算的数据，最小压力值不能低于泥浆的液柱压力，最大压力值不能大于钻头位置液柱压力+钻头以上的环空压耗+井口压力，选用多个PWD进行平均压力计算，结果为Pl，井口目标压力计算，其公式如下:
[0049]井口目标压力=井底设置目标压力-钻头下泥浆液柱压力-Pl+当时井口压力，设定井口目标压力精度，即计算出来的井口目标压力与实际井口压力的正负差值范围，如果在差值范围内，保持原来的井口目标压力不变，如果超出