精细控压钻井节流阀的调节系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及精细控压钻井技术领域，特别涉及一种精细控压钻井节流阀的调 节系统。
【背景技术】
[0002] 精细控压钻井技术是一项可以实现平衡或近平衡钻井的技术。其目的在于确定井 底压力窗口，精确控制环空压力剖面，使整个井筒的压力维持在地层孔隙压力和破裂压力 之间，解决钻井中的难题。其工作流程为：在封闭的循环系统中，钻井液从泥浆罐中通过 钻井泵进入立管下降到钻杆，通过浮阀和钻头上部的环空，然后从旋转控制装置下方的环 形防喷器流出。再通过一系列的节流阀到振动筛或脱气装置，最后回到泥浆罐。其控制压 力原理是：在钻井过程中，井筒内的地层压力平衡方程为：井底压力=井口回压+静液压力 +环空压耗，在实际钻井工作中，由于静液压力、环空压耗在既定井眼情况、钻井液性能及一 定流量条件下是相对不变的，只有井口回压易于改变，因此可通过控制井口回压，使井底压 力在适合的区间，实现不漏不溢、或者有控制的微漏失或者微溢流。视压力平衡所需，通过 调节节流管汇上的节流阀开度来改变井口回压，最终达到井筒的压力平衡，提高钻井的安 全性。
[0003] 精细控压钻井正常工作的关键是能够稳定准确的控制节流阀开度，而要实现这一 目标，必须要建立精确地精细控压钻井控制计算模型，但一方面，由于要考虑多个参数，如 回压、流体密度、流体流变性、环空液位、水力摩阻和井眼几何形态等，即使建立起的控制计 算模型，其结构也十分复杂，难以实现精确的控制；另一方面，从工程应用角度，建立的控制 模型需尽量简化，在不确定性因素的影响下仍能维持良好的性能，且要求控制算法简单，易 于实现，以满足实时控制的需要，且实际钻井过程常常具有非线性、时变性和不确定性；因 此使得难于建立起精确的精细控压钻井控制计算模型。
[0004] 目前，现有技术中精细控压钻井采用PID (比例-积分-微分）控制方法来控制 节流阀的调节，但PID控制方法只能以一组固定不变的PID参数去适应钻井过程的不确定 因素，往往不能完全符合钻井井筒地层系统这种多变量耦合、非线性、大时滞等复杂系统， 且当PID参数变化超过一定范围时，钻井井筒地层系统的性能会明显变差，甚至无法达到 要求，使得在控制钻井井筒地层系统中节流阀开度的过程中，不能克服钻井井筒地层系统 的多变量耦合、非线性、大时滞等不确定性的影响，降低对精细控压钻井节流阀调节的有效 性。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型实施例提供了一种精细控压钻井节流阀的调节系统，以提高对精细控 压钻井节流阀调节的有效性。该系统包括：传感器，用于实时获取当前时刻和当前时刻之 前预设时长内精细控压钻井系统中泥浆泵的排量、回压泵的排量和节流阀的开度值，并将 获取的泥浆泵的排量、回压泵的排量和节流阀的开度值输出给精细控压钻井节流阀的调节 系统之外的计算设备；接收接口，用于接收所述计算设备发送的当前时刻之后预设个采样 周期内的节流阀预测开度值，该节流阀预测开度值是所述计算设备根据获取的泥浆泵的排 量、回压泵的排量和节流阀的开度值预测得到的，该节流阀预测开度值对应的井底压力符 合精细控压钻井的安全要求；节流阀，用于将当前时刻之后预设个采样周期内节流阀的开 度调整为节流阀预测开度值。
[0006] 在一个实施例中，还包括：输入设备，用于接收用户根据精细控压钻井的钻井工 况，设定的精细控压钻井各个时刻的参考井口回压，该参考井口回压对应的井底压力符合 精细控压钻井的安全要求；比较器，用于节流阀将当前时刻之后预设个采样周期内节流阀 的开度调整为节流阀预测开度值之前，将节流阀预测开度值对应的井口回压与所述参考井 口回压做比较，获得二者的井口回压之差；输出接口，用于将所述井口回压之差输送给所述 计算设备；所述接收接口，还用于接收所述计算设备发送的新的当前时刻之后预设个采样 周期内的节流阀预测开度值，该新的节流阀预测开度值是所述计算设备根据所述井口回压 之差调整获取的泥浆泵的排量、回压泵的排量和节流阀的开度值后，重新预测得到的；所述 节流阀，还用于将当前时刻之后预设个采样周期内节流阀的开度调整为新的节流阀预测开 度值。
[0007] 在一个实施例中，还包括：检测器，用于所述节流阀将当前时刻之后预设个采样周 期内节流阀的开度调整为节流阀预测开度值之后，实时检测当前时刻之后预设个采样周期 内指定时刻的井底压力；减法器，用于将检测到的指定时刻井底压力对应的节流阀开度减 去该指定时刻的节流阀预测开度值，得出二者的节流阀开度值之差；所述节流阀，还用于将 当前时刻之后预设个采样周期内指定时刻之后的节流阀的开度，调整为节流阀预测开度值 与所述节流阀开度值之差的和。
[0008] 在本实用新型实施例中，由于通过传感器来获取当前时刻和当前时刻之前预设时 长内精细控压钻井系统中泥浆泵的排量、回压泵的排量和节流阀的开度值，并通过精细控 压钻井节流阀的调节系统之外的计算设备根据获取的当前时刻和当前时刻之前预设时长 内精细控压钻井系统中泥浆泵的排量、回压泵的排量和节流阀的开度值，来预测当前时刻 之后预设个采样周期内的节流阀开度值，可以很好地克服精细控压钻井过程中各种不确定 性和复杂变化对井底压力控制的影响；该预测的节流阀开度值对应的井底压力符合精细控 压钻井的安全要求，节流阀根据预测的节流阀开度值来调整开度，从而可以提高对精细控 压钻井节流阀调节的有效性，进而可以使得精细控压钻井过程中井底压力有效维持平衡。
【附图说明】
[0009] 此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分， 并不构成对本实用新型的限定。在附图中：
[0010]图1是本实用新型实施例提供的一种精细控压钻井节流阀的调节系统的结构框 图；
[0011] 图2是本实用新型实施例提供的一种精细控压钻井系统的示意图。
【具体实施方式】
[0012] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附 图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解 释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
[0013] 在本实用新型实施例中，提供了一种精细控压钻井节流阀的调节系统，如图1所 示，该系统包括：
[0014] 传感器101，用于实时获取当前时刻和当前时刻之前预设时长内精细控压钻井系 统中泥浆泵的排量、回