一种自动环空加压系统及方法与流程

本发明涉及钻井工程优化，尤其涉及一种自动环空加压系统及方法。

背景技术：

1、随着我国油气勘探工程的深入开发，部分超深开发区块的完钻井深普遍超过了7000m，而超深地层具备地层温度高、压力大等复杂的地质特征，给固井带来了新的技术挑战。

2、实际作业中，固井后环空水泥浆的失重是引起油气井环空窜流的主要原因之一，而引起水泥浆失重的关键原因之一是水泥浆失水引起的水泥浆体积收缩；水泥浆失重会引起井筒内的液柱压力降低，如果液柱压力低于失重井段的地层压力，地层流体将会向环空侵入,造成窜槽，甚至会引发井控事故；因此，需要处理好固井过程中井筒内动态压力和地层压力的关系，在固井施工完成后对环空进行加压来弥补固井后水泥浆的失重问题。

3、公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成己为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种自动环空加压系统，在一个实施例中，所述方法包括：

2、加压物料输入端，其通过加压管线与井筒环空连接，用于提供注入井筒环空的物料；

3、加压调节模块，其设置在加压物料输入端与井筒环空之间的加压管线上，用于执行动作调节注入物料的进度；

4、实时监测模块，其包括设置在不同位置的一种或多种数采设备，用于实时采集加压调节模块之前和之后加压管线的实时流量和压力数据；

5、自动控制模块，其与实时监测模块电连接，接收采集的实时流量和压力数据，根据加压调节模块之前管线和之后管线的实时流量和压力数据决策加压调节指令，控制加压调节模块分阶段运行实现加压；

6、所述自动控制模块包括预警提醒模块，自动控制模块识别到满足设定预警条件的加压状态数据时，通过预警提醒模块向用户和控制端输出提醒信息。

7、优选地，一个实施例中，采用与井筒环空连接的返浆管线作为加压管线，通过返浆管线将来自加压物料输入端的加压物料注入井筒环空。

8、实际应用时，一个可选的实施例中，所述加压调节模块包括依次设置的节流阀及回压泵，所述节流阀采用电控孔板式节流阀。

9、进一步地，一个实施例中，所述实时监测模块包括压力采集设备和流量采集设备，所述压力采集设备采用压力传感器或压力表，流量采集设备采用质量流量计。

10、优选地，一个实施例中，在加压物料输入端与加压调节模块之间的管线上设置第一质量流量计和第一压力采集设备，用于采集流体物料进入到加压调节模块回压泵之前的泵前压力和泵前流量；

11、在加压调节模块与井筒环空之间的管线上设置第二质量流量计和第二压力采集设备，用于获取加压调节模块回压泵泵出流体物料到环空之间管线中的泵后流量和泵后压力。

12、优选地，一个实施例中，所述自动控制模块配置为以上一阶段末泵后压力数据为参照压力，计算不同时间泵后压力数据相对于参照压力的变化量作为控制指标，根据控制指标结合设定的阶段执行限值控制各个阶段加压调节模块的运行，避免对管线和井筒造成损坏；

13、若为第一阶段，以初始泵后压力为参照压力。

14、进一步地，一个实施例中，所述自动控制模块配置为按照下述逻辑采用多阶段加压的方式控制加压调节模块运行：

15、步骤a、记录第二压力采集设备的初始泵后压力数据；

16、步骤b、通过开启指令控制节流阀开启；

17、步骤c、根据设定的时间间隔循环确定实时的控制指标；根据泵后流量数据和累积注入时间计算加压物料的累积注入量，并计算实时泵后压力数据和初始泵后压力数据的差值作为累积加压数据；

18、步骤d、判断累积注入量和累积加压数据中是否存在达到设定注入限值或者达到设定加压限值的情况，若是，生成节流阀关闭指令，加压完成，通过预警提醒模块输出加压完成的提醒信息；

19、若否，进一步判断所述控制指标是否超过设定的执行标准水平，若是，生成节流阀关闭指令，暂停注入，静候设定缓冲时间后，执行步骤c和步骤d；若否，保持节流阀开启，执行步骤c和步骤d。

20、另一方面，一个实施例中，所述自动控制模块还配置为根据实时泵前流量数据和泵前压力数据，结合预设的安全注入流量限值和安全注入压力限值识别是否存在注入风险，确定存在注入风险时，自动生成中止指令，并通过预警提醒模块输出预警信息

21、进一步地，一个实施例中，所述自动控制模块还配置为，固井加压完成后，自动生成泄压指令控制节流阀来进行自动泄压。

22、基于上述任意一个或多个实施例中所述系统的应用方面，本发明还提供一种自动环空加压方法，该方法包括：

23、加压系统设置步骤、将加压物料输入端通过加压管线与井筒环空连接，在加压物料输入端与井筒环空之间的加压管线上设置加压调节模块，在加压调节模块之前管线和之后管线上分别设置实时监测模块；

24、数据采集步骤、固井后阶段，利用实时监测模块采集加压调节模块之前管线的实时泵前流量、泵前压力数据和之后管线的实时泵后流量数据、泵后压力数据；

25、自动加压调节步骤、由自动控制模块根据加压调节模块之前管线和之后管线的实时流量和压力数据决策加压调节指令，控制加压调节模块分阶段运行实现加压；

26、其中，自动加压调节过程中，识别满足设定预警条件的加压状态数据，利用预警提醒模块面向用户和控制端输出提醒信息；

27、完工泄压步骤、固井加压完成后，由自动控制模块生成泄压指令控制节流阀来进行自动泄压。

28、与最接近的现有技术相比，本发明还具有如下有益效果：

29、本发明提供的一种自动环空加压系统及方法，通过加压管线连接加压物料输入端和井筒环空，加压管线上设有加压调节模块以调节注入加压物料的进度，通过实时监测模块采集加压调节模块之前和之后加压管线的实时流量和压力数据；由自动控制模块根据加压调节模块之前管线和之后管线的实时流量和压力数据决策加压调节指令，实现分阶段加压，同时自动控制模块中设置预警提醒模块，当识别满足设定预警条件的井筒环空加压状态数据，及时输出预警信息；

30、通过实时监测模块获取不同时刻加压调节模块前后管线的流量和压力数据，结合设定的约束要求精确控制加压工作的实施进度，精细控制泵入压力及流，实现井筒环空压力的精准调节，补偿固井后水泥浆的失重所导致的液柱压力降低量，降低气侵和窜槽发生的概率，提升固井质量。

31、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：

1.一种自动环空加压系统，其特征在于，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，采用与井筒环空连接的返浆管线作为加压管线，通过返浆管线将来自加压物料输入端的加压物料注入井筒环空。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加压调节模块包括依次设置的节流阀及回压泵，所述节流阀采用电控孔板式节流阀。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述实时监测模块包括压力采集设备和流量采集设备，所述压力采集设备采用压力传感器或压力表，流量采集设备采用质量流量计。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在加压物料输入端与加压调节模块之间的管线上设置第一质量流量计和第一压力采集设备，用于采集流体物料进入到加压调节模块回压泵之前的泵前压力和泵前流量；

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述自动控制模块配置为以上一阶段末泵后压力数据为参照压力，计算不同时间泵后压力数据相对于参照压力的变化量作为控制指标，根据控制指标结合设定的阶段执行限值控制各个阶段加压调节模块的运行，避免对管线和井筒造成损坏；若为第一阶段，以初始泵后压力为参照压力。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述自动控制模块配置为按照下述逻辑采用多阶段加压的方式控制加压调节模块运行：

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述自动控制模块还配置为根据实时泵前流量数据和泵前压力数据，结合预设的安全注入流量限值和安全注入压力限值识别是否存在注入风险，确定存在注入风险时，自动生成中止指令，并通过预警提醒模块输出预警信息。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述自动控制模块还配置为，固井加压完成后，自动生成泄压指令控制节流阀来进行自动泄压。

10.一种自动环空加压方法，其特征在于，所述方法包括：

技术总结本发明提供了一种自动环空加压系统及方法，该系统设置加压物料输入端提供用来注入井筒环空的物料，通过加压管线连接井筒环空，加压管线上设有加压调节模块用于调节注入加压物料的进度，通过实时监测模块采集加压调节模块之前和之后加压管线的实时流量和压力数据；由自动控制模块根据加压调节模块之前管线和之后管线的实时流量和压力数据决策加压调节指令，实现分阶段加压，同时自动控制模块中设置预警提醒模块，当识别满足设定预警条件的井筒环空加压状态数据并输出预警信息；采用本方案能够克服固井后井筒环空压力降低的问题，自动调节井筒环空压力，令其与地层压力值处于安全水平，降低气侵和窜槽发生的概率，提升固井质量。技术研发人员：刘飞,方春飞,张林海,杨红岐,周仕明,张鑫远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