一种用于控压钻井的压力调控方法及系统与流程

本发明涉及控压钻井，尤其是涉及一种用于控压钻井的压力调控方法及系统。

背景技术：

1、为保障油气安全战略有效实施，石油天然气勘探与开发技术从国内走向海外、从陆地走向海洋、从常规走向非常规，井越钻越深，钻井地质条件愈发复杂，钻井施工中存在钻井液密度窗口窄、喷漏同存、复杂情况多、钻井周期长等难题，对安全高效钻井带来极大挑战。

2、控压钻井技术是解决上述复杂钻井的利器之一，节流阀是压力控制的关键部件，其主要通过调节节流管汇上节流阀的开度大小，改变节流阀两端的压力差，实现对井口回压以及环空压力剖面的快速调控。

3、现有控压钻井压力调控技术主要通过两种方式来实现：一是基于常规非线性节流阀，另外一种是使用特制的线性节流阀。上述两种方式在压力调控过程中存在以下不足：

4、(1)以研制线性节流阀为主，线性节流阀阀芯轮廓设计困难，全面替代现场广泛使用的各类非线性节流阀难度大，成本高；

5、(2)目前，绝大多数节流阀采用楔形、针形和筒形节流阀芯，其阀芯轮廓是简单的直线式，节流阀压力调节以非线性过程为主。非线性节流阀开度较小时，压力调节变化剧烈；开度较大时，压力调节不明显，存在迟滞现象；

6、(3)节流阀前后的压差不仅与节流阀的开度有关，还与流量、密度有关，在控压钻井压力调控过程中，均以调节节流阀开度作为唯一手段，尚未实现节流阀开度、流量等方面的联调联控。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，需要提供一种基于双通道联控的压力线性调控方案，以解决现有控压钻井压力调控过程中，常规非线性节流阀在开度较小和较大时压力调控波动剧烈或迟滞，以及线性节流阀研发难度大、成本高等技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于控压钻井的压力调控方法，包括：在节流管汇上配置两路并联的具有非线性节流阀的节流通路；在以井口回压线性变化为目标开展控压钻井作业时，控制第一节流阀的不同开度并计算相应开度下所需的实时排量，所述第一节流阀的实时排量由在相应开度下的节流阀压降、流体密度和流体流动系数计算而成；根据所述第一节流阀的实时排量，利用预设的节流阀开度与流量之间的目标压降关系，实时计算第二节流阀的开度，从而对随第一节流阀的开度变化而变化的所述第二节流阀的开度进行动态配合控制。

3、优选地，在计算计不同开度下所需的第一节流阀的实时排量的过程中，包括：根据井口回压变化目标，计算第一节流阀的目标压降；根据所述目标压降、钻井液流体的密度和流体流动系数，利用第一节流阀实时排量计算式，实时计算满足井口回压线性变化条件所需的第一节流阀的实时排量，其中，所述第一节流阀实时排量计算式利用如下方法来获得：建立由节流阀流量、所述流体密度和所述流体流动系数所表示的节流阀压降通用表达式；建立由井口回压变化目标和节流阀开度所表示的节流阀压降线控表达式；根据所述通用表达式和所述线控表达式，构建第一节流阀实时排量计算式。

4、优选地，所述节流阀压降通用表达式利用如下表达式表示：

5、

6、其中，cv表示所述流体流动系数，q表示节流阀流量，ρ表示所述流体密度，δp表示节流阀压降。

7、优选地，所述节流阀压降线控表达式利用如下表达式表示：

8、δp＝-δpmaxx+δpmax

9、其中，δp表示节流阀压降，δpmax表示节流阀的最大压降，x表示节流阀开度。

10、优选地，所述第一节流阀实时排量计算式利用如下表达式表示：

11、

12、其中，cv表示所述流体流动系数，q1表示第一节流阀的实时排量，ρ表示所述流体密度，δp表示基于不同开度下的节流阀压降。

13、优选地，在根据所述第一节流阀的实时排量，利用预设的节流阀开度与流量之间的目标压降关系，实时计算第二节流阀的开度的步骤中，包括：根据所述第一节流阀的实时排量和所述节流管汇的实时排量，计算所述第二节流阀的实时排量；根据所述第二节流阀的实时排量，利用所述目标压降关系，计算所述第二节流阀的配合开度，其中，所述目标压降关系通过节流阀开度实验拟合而成。

14、优选地，所述第一关系式通过如下方式来构建：开展非线性节流阀的开度实验，测量每个开度下的节流阀流量、流体密度和节流阀前后端压降，进一步测量相应开度下的流体流动系数；根据不同开度下的流体流动系数，采用多项式拟合方式来对节流阀开度与所述流体流动系数之间的关系进行拟合；将开度与流动系数拟合关系式转换为所述目标压降关系。

15、优选地，通过计算所述节流管汇的实时排量与所述第一节流阀的实时排量的差值来获得所述第二节流阀的实时排量。

16、另一方面，本发明实施例提供了一种用于控压钻井的压力调控系统，所述压力调控系统用于实现如上述所述的压力调控方法，其中，所述压力调控系统包括：设置在节流管汇上的第一节流通路和第二节流通路，所述第一节流通路与第二节流通路并联，其中，所述第一节流通路上设置有第一节流阀，所述第二节流通路上设置有第二节流阀；第一节流阀控制单元，其用于在在以井口回压线性变化为目标开展控压钻井作业时，控制第一节流阀的不同开度并计算相应开度下所需的实时排量，所述第一节流阀的实时排量由在相应开度下的节流阀压降、流体密度和流体流动系数计算而成；第一节流阀控制单元，其用于根据所述第一节流阀的实时排量，利用预设的节流阀开度与流量之间的目标压降关系，实时计算第二节流阀的开度，从而对随第一节流阀的开度变化而变化的所述第二节流阀的开度进行动态配合控制。

17、优选地，在所述第一节流阀控制单元中，包括：根据井口回压变化目标，计算第一节流阀的目标压降；根据所述目标压降、钻井液流体的密度和流体流动系数，利用第一节流阀实时排量计算式，实时计算满足井口回压线性变化条件所需的第一节流阀的实时排量，其中，所述第一节流阀实时排量计算式利用如下方法来获得：建立由节流阀流量、所述流体密度和所述流体流动系数所表示的节流阀压降通用表达式；建立由井口回压变化目标和节流阀开度所表示的节流阀压降线控表达式；根据所述通用表达式和所述线控表达式，构建第一节流阀实时排量计算式。

18、与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

19、本发明提出了一种用于控压钻井的压力调控方法及系统。该方法及系统针对控压钻井压力调控过程中，常规非线性节流阀在开度较小和较大时压力调控波动剧烈或迟滞，线性节流阀研发难度大、成本高等问题，提出了一种基于双通道联控的压力线性调控方案。本发明通过两个节流通路的联控，实现节流阀前后压力的线性变化，提高控压钻井控制精度与效率。

20、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种用于控压钻井的压力调控方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的压力调控方法，其特征在于，在计算计不同开度下所需的第一节流阀的实时排量的过程中，包括：

3.根据权利要求2所述的压力调控方法，其特征在于，所述节流阀压降通用表达式利用如下表达式表示：

4.根据权利要求2或3所述的压力调控方法，其特征在于，所述节流阀压降线控表达式利用如下表达式表示：

5.根据权利要求1～4中任一项所述的压力调控方法，其特征在于，所述第一节流阀实时排量计算式利用如下表达式表示：

6.根据权利要求1～5中任一项所述的压力调控方法，其特征在于，在根据所述第一节流阀的实时排量，利用预设的节流阀开度与流量之间的目标压降关系，实时计算第二节流阀的开度的步骤中，包括：

7.根据权利要求1～6中任一项所述的压力调控方法，其特征在于，所述第一关系式通过如下方式来构建：

8.根据权利要求6所述的压力调控方法，其特征在于，

9.一种用于控压钻井的压力调控系统，其特征在于，所述压力调控系统用于实现如权利要求1～8中任一项所述的压力调控方法，其中，所述压力调控系统包括：

10.根据权利要求9所述的压力调控系统，其特征在于，在所述第一节流阀控制单元中，包括：

技术总结本发明公开了一种用于控压钻井的压力调控方法及系统，包括：在节流管汇上配置两路并联的具有非线性节流阀的节流通路；在以井口回压线性变化为目标开展控压钻井作业时，控制第一节流阀的不同开度并计算相应开度下所需的实时排量，第一节流阀的实时排量由在相应开度下的节流阀压降、流体密度和流体流动系数计算而成；根据第一节流阀的实时排量，利用预设的节流阀开度与流量之间的目标压降关系，实时计算第二节流阀的开度，从而对随第一节流阀的开度变化而变化的第二节流阀的开度进行动态配合控制。本发明能提高控压钻井控制精度与效率。技术研发人员：刘劲歌,臧艳彬,王果,周号博,张东清,范红康,刘建华,张洪宁,殷子横受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/9