[發明專利]鉆井模擬器壓力控制模擬方法

有效

• 申請號: 200910263422.7
• 申請日: 2009-12-16
• 公開（公告）號: CN101710468A
• 公開（公告）日: 2010-05-19
• 發明（設計）人: 陳利學;陳秋實;梅大成;龔捷;胡衛東;鄭巧;趙剛
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鉆井模擬方法，特別是涉及一種鉆井模擬器壓力控制模擬方法。

背景技術

石油工業是一種技術密集型行業，鉆井作業是石油工業拿儲量、上產量的重要手段之一。由于石油鉆井生產條件的限制和井下情況的復雜性，使石油鉆井作業面臨極大的風險。為了獲得更好生產效率和經濟效益，減少人為事故的發生，對鉆井現場操作人員和工程技術人員的技術技能培訓就顯得十分重要。壓井的模擬處于鉆井過程中的較為重要的一部分，所以鉆井模擬器壓力控制模擬顯得舉足輕重。

目前，鉆井操作培訓主要在生產現場進行，由于各種條件和因素的制約，使培訓內容受到極大的限制，培訓的系統性、培訓效果及培訓人員數量等都受到極大的影響。

發明內容

本發明的目的即在于克服現有技術的缺點，提供一種基于計算機仿真技術的鉆井模擬器壓力控制模擬方法，該方法是參照鉆井作業現場的實際操作流程，對鉆井模擬器壓力控制的工作原理和操作方法進行逼真模擬，增強教學培訓的現場感，縮短培訓周期、提高培訓效果、降低培訓成本。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：鉆井模擬器壓力控制模擬方法，專門針對鉆井模擬器壓力控制的控制程序，按照以下步驟實現壓力控制的模擬：

(1)讀取前端設備的狀態參數和操作指令；

(2)根據獲得的設備狀態參數和操作指令類別以及預先建立的鉆井模擬器壓力控制的模型，計算出實現壓力控制模擬動畫的作業數據；

(3)按照設定的數據格式與專門設置的圖形處理單元通訊，交換初始化數據和作業數據，圖形處理單元根據此數據完成鉆井模擬器壓力控制的動畫展現；

(4)按照設定的數據格式與圖形處理單元通訊，交換動畫狀態信息；

(5)重復前述步驟(1)～(4)。

鉆井模擬器壓力控制模擬控制程序必須持續不斷的與前端設備進行通信，以獲取前端的設備狀態以及獲取培訓學員的操作過程。這樣做有以下幾個原因：

(1)實時獲取前端硬件的設備狀態后，經過壓力控制模擬控制程序處理，可以驅動圖形處理單元產生與硬件設備操作同步的動畫過程。比如在圖形處理單元中，大鉤的上升和下降過程就是受前端絞車離合器，腳油門，剎把，離合器檔位等部件的控制。

(2)實時獲取的前端設備狀態也是壓力控制模擬控制程序中模擬數學模型的基礎數據。

鉆井模擬器壓力控制模擬控制程序所計算出的壓力控制參數也需要實時傳輸給前端設備，所以鉆井模擬器壓力控制模擬控制程序和前端設備之間的通信具備雙向、高速和穩定的特性。

操作指令類別包括：司鉆法壓井指令、工程師法壓井指令和超重泥漿司鉆法壓井指令。

司鉆法壓井的操作過程為：開始本次作業，設置泥漿泵沖數，排出受侵污泥漿，判斷是否排完，如果沒有排完則返回排出受侵污泥漿；如果已經排完，則加大泥漿密度，重泥漿壓井，判斷是否壓井完畢，如果沒有則返回繼續壓井，如果已經壓井完畢則結束本次作業。

工程師法壓井的操作過程為：開始本次作業，設置泥漿泵沖數，加大泥漿密度，然后重泥漿壓井，判斷是否壓井完畢，如果沒有則返回繼續壓井，如果已經壓井完畢則結束本次作業。

超重泥漿司鉆法壓井的操作過程為：開始本次作業，準備超重泥漿，泵入超重泥漿，判斷循環是否完畢，如果循環已完，然后調整泥漿密度，壓井泥漿壓井，判斷是否壓井完畢，如果沒有則返回繼續壓井，如果已經壓井完畢則結束本次作業。

本發明所述的壓力控制模擬必須建立在嚴格的數學模型基礎上，這樣才能使鉆井模擬器壓力控制模擬的各種參數符合實際現場的情況，才能達到良好的培訓效果。

本發明所采用的鉆井模擬器壓力控制模型包括波動壓力計算模型、井底壓力平衡判別模型、dc指數地層壓力監測模型和井口可控最大套壓值模型。模型使用的設備狀態參數包括初始狀態參數和動態參數，初始狀態參數包括運動管柱內徑、運動管長度、雷諾數、井眼直徑、鉆柱外徑、鉆柱內徑、井深、起鉆柱起出長度、井眼半徑、鉆桿外徑和鉆桿內徑；

動態參數包括環空平均流速V₁、考慮平衡安全的地層壓力附加值P_e、環空壓降P_SW、流動摩阻系數f、稠度系數K、流性指數n、塑性粘度η、泥漿動切力τ_o、泥漿液柱壓力P_m、鉆井液密度、正常地層壓力當量泥漿密度ρ_m、實際使用的泥漿密度ρ、鉆壓P、轉速N、機械鉆速V、井底有效壓力P_b和地層有效壓力P_P。

鉆井模擬器壓力控制模型條件的假設：