[發明專利]一種控壓鉆井實驗裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201410033562.6
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN103775049B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 劉寶;孫寶江;王志遠;劉飛;張文杰;劉群峰;李哲;高娜
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00;E21B21/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種控壓鉆井實驗裝置，其特征在于，包括自動節流系統、泵系統和自動控制系統，所述自動控制系統對現場參數進行采集和監控，控制所述自動節流系統和泵系統，所述自動節流系統接收來自所述自動控制系統的命令，進行流量控制，及時調整所述泵系統的回壓，所述泵系統按照所述控制系統給出的鉆井工況要求對所述控壓鉆井進行操作，所述自動節流系統包括三個節流通道，其中，PV-A為主節流閥，在節流閥PV-A工作異常或發生堵塞時自動啟動節流閥PV-B，關閉節流閥PV-A的通道，節流閥PV-C為輔助節流閥，在停止循環時，回壓泵啟動后通過所述節流閥PV-C加回壓，EV-A、EV-B和EV-C為三個電磁閥，分別接在所述PV-A、PV-B和PV-C節流閥通道上，輔助所述節流閥PV-A、PV-B、PV-C進行對應的切換操作。

2.如權利要求1所述的控壓鉆井實驗裝置，其中，所述泵系統包括泥漿泵和回壓泵，所述泥漿泵是控壓鉆井的動力源，通過泥漿泵將泥漿注入井中，進行鉆井操作，所述回壓泵在泥漿泵停泵的作業過程中進行流量補償，提供節流閥工作必要的流量，所述回壓泵在整個工作期間排量過小時，對系統進行流量補償，維持井口節流所需要的流量。

3.如權利要求2所述的控壓鉆井實驗裝置，其中，所述自動控制系統包括控制中心，現場壓力變送器和流量變送器，所述控制中心包括上位機和PLC，所述PLC接收所述上位機的命令，控制現場裝置執行相應操作，采用現場裝置、控制器、上位計算機控制的三層遞階控制結構。

4.如權利要求3所述的控壓鉆井實驗裝置，其中，控制中心軟件使用組態王和PLC編程實現，所述上位機采用組態王軟件進行優化計算，所述PLC采用梯形圖編寫程序。

5.如權利要求3所述的控壓鉆井實驗裝置，所述自動控制系統通過所述現場壓力變送器和流量變送器獲得回壓泵出口流量、泥漿泵總循環流量、泥漿泵出口流量、井口壓力、回壓泵出口壓力、井底壓力、電動節流閥PV-A開度、電動節流閥PV-B開度和電動節流閥PV-C開度共9個模擬量，進行相應分析計算后，發送命令調節節流閥PV-A輸出、節流閥PV-B輸出和節流閥PV-C輸出這3個模擬量以及電磁閥EV A開關、電磁閥EV B開關、電磁閥EV C開關、回壓泵開關和泥漿泵開關這5個數字量。

6.如權利要求1所述的控壓鉆井實驗裝置，其中所述鉆井工況為正常鉆進工況、接單根工況、起下鉆工況或井涌和溢流工況。

7.一種如權利要求1-5任一所述控壓鉆井實驗裝置的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)通過判斷不同模式的標志位，來決定當前系統處于什么模式；

2)進入正常鉆進模式，并將其他模式標志位清零、控制參數初始化，采取相應的控制方法；

或，

3)進入接單跟模式，將標志位和控制參數初始化，開啟回壓泵，回壓泵開啟成功后，逐漸減小泥漿泵的出口流量，最終關閉泥漿泵，用回壓泵來保持井口壓力，進行接單根操作，接單根完成后開啟泥漿泵，關閉回壓泵，最終回到正常鉆進模式；

或，

4)進入起下鉆模式，標志位和控制參數初始化，關閉泥漿泵開啟回壓泵，完成后，開始下鉆，當起下鉆工藝完成后，開啟泥漿泵，停止回壓泵，回到正常鉆進狀態；

或，

5)進入井涌、溢流工況，利用模糊控制方法進行井漏或溢流處理，使井口壓力設定修正值＝井口壓力設定修正值+(注入流量-排出流量)*0.01，處理結束。

8.如權利要求7所述控壓鉆井實驗裝置的控制方法，其中，所述步驟2)中正常鉆進模式控制方法具體步驟如下：

1)其他標志位清零；

2)若為A模式，開通A電磁閥，關閉B電磁閥，設置對應PID參數，判斷井底壓力變化，調整節流閥開度；

3)若為B模式開通B電磁閥，關閉A電磁閥，設置對應PID參數，判斷井底壓力變化，調整節流閥開度。

9.如權利要求7所述控壓鉆井實驗裝置的控制方法，其中，所述步驟5)所述模糊控制方法的具體步驟如下：

1)確定模糊變量；

2)精確量的模糊化；

3)建立模糊規則；

4)解模糊。