本發(fā)明涉及一種基于反饋調(diào)節(jié)的壓井作業(yè)節(jié)流閥自動控制系統(tǒng)及其方法，屬于鉆井壓井井控技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在油田鉆井作業(yè)過程中，當鉆遇高壓地層時，原有鉆井液可能難以平衡井底壓力，進而造成地層流體侵入環(huán)空，發(fā)生溢流。在發(fā)現(xiàn)溢流后，需要立即關(guān)井，并錄取相關(guān)數(shù)據(jù)，進行壓井作業(yè)。即向失去平衡的井內(nèi)泵如高密度鉆井液，并控制井底壓力始終略大于地層壓力。壓井過程中控制井底壓力略大于地層壓力是借助節(jié)流管匯，控制一定的井口回壓來實現(xiàn)的。
在司鉆法壓井和工程師法壓井中需要保證立管壓力按照預定壓井進度變化，這通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥來實現(xiàn)。在實際作業(yè)過程中，由于液柱壓力波傳遞大約為300m/s，調(diào)節(jié)節(jié)流閥時，壓力傳遞存在滯后現(xiàn)象，人工很難調(diào)節(jié)立管壓力等于目標值，容易出現(xiàn)井漏或井噴事故。實際壓井作業(yè)亟需一種能夠根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)自動控制節(jié)流閥的系統(tǒng)和方法。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有作業(yè)方式的難點，提供一種基于反饋調(diào)節(jié)的壓井作業(yè)節(jié)流閥自動控制系統(tǒng)和方法，降低和避免現(xiàn)有作業(yè)方式的難度和隱患。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
一種基于反饋調(diào)節(jié)的壓井作業(yè)節(jié)流閥自動控制系統(tǒng)，它包括自愈控制器(1)、PLC控制器(2)、中央計算機(3)、反饋補償器(4)、節(jié)流閥(5)、立管壓力變送器(6)、傳感器-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(7)、前饋補償器(8)、基本數(shù)據(jù)源(9)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
利用傳感器-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(7)采集包括鉆井液循環(huán)增量、立管壓力、套管壓力等壓井作業(yè)必需數(shù)據(jù)；中央計算機(3)錄取數(shù)據(jù)進行計算和多相流壓力波數(shù)值模擬，分析環(huán)形空間內(nèi)的溢流情況，對壓井作業(yè)的過程進行模擬，得到立管壓力控制曲線和節(jié)流閥初始控制曲線中央計算機(3)根據(jù)控制模型利用PLC控制器(2)控制節(jié)流閥(5)，PLC控制器(2)可顯著降低控制系統(tǒng)的復雜性，減少出錯可能。
根據(jù)反饋調(diào)節(jié)模型，反饋補償器(4)在多個采樣周期間根據(jù)立管壓力實際值與目標值的偏差，決策設定值校正量并產(chǎn)生在多個采樣周期后控制回路的設定值；根據(jù)反饋調(diào)節(jié)模型，前饋補償器(8)根據(jù)一個采樣周期內(nèi)立管壓力上一個預測值與目標值的偏差，決策設定值補償量并產(chǎn)生在一個采樣周期后控制回路的設定值，使立管壓力保持在預定范圍內(nèi)，在由于溢流或地層變化導致立管壓力發(fā)生較大波動時，前-反饋補償器能使立管壓力迅速穩(wěn)定下來，并在微小范圍內(nèi)波動。
中央計算機(3)根據(jù)故障診斷模型利用自愈控制器(1)對控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的控制錯誤進行修正，避免因控制系統(tǒng)出錯而引起作業(yè)失控。
一種基于反饋調(diào)節(jié)的壓井作業(yè)節(jié)流閥自動控制系統(tǒng)的方法，它包括以下步驟：
S1、進行壓井作業(yè)前，傳感器-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(7)采集包括鉆井液循環(huán)增量、立管壓力、套管壓力等壓井作業(yè)必需數(shù)據(jù)；中央計算機(3)錄取數(shù)據(jù)進行計算和多相流數(shù)值模擬，得到立管壓力控制曲線和節(jié)流閥(5)初始控制曲線；
S2、進行壓井作業(yè)時，中央計算機(3)對節(jié)流閥(5)初始控制曲線進行擬合，并利用PLC控制器(2)控制節(jié)流閥(5)；立管壓力變送器(6)將立管壓力通過傳感器-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(7)實時傳輸?shù)街醒胗嬎銠C(3)；
S3、反饋補償器(4)根據(jù)立管壓力目標值與實際值的偏差決策設定值校正量，并在相應周期進行校正；前饋補償器(8)根據(jù)立管壓力目標值與周期預測值的偏差決策設定值補償量，并在相應周期進行補償；
S4、在整個作業(yè)過程中自愈控制器(1)根據(jù)中央計算機(3)內(nèi)的故障診斷模型，對控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障進行診斷和即時修正；
S5、通過整個控制系統(tǒng)的配合，將立管壓力值穩(wěn)定在預設壓力范圍內(nèi)。
本發(fā)明的優(yōu)點是，利用軟件相關(guān)算法根據(jù)液相壓力波傳遞速度與衰減規(guī)律可在壓井前根據(jù)壓井相關(guān)數(shù)據(jù)模擬壓井過程，得到整個壓井作業(yè)的進度曲線和節(jié)流閥初始控制曲線，計算機再根據(jù)模擬結(jié)果對節(jié)流閥初始控制曲線進行擬合，并利用PLC控制器控制節(jié)流閥，作業(yè)過程中前-反饋控制器對壓井過程進行反饋調(diào)節(jié)，使立管壓力穩(wěn)定在壓井安全窗口內(nèi)，自愈控制器對可能出現(xiàn)的故障進行診斷和修正。該系統(tǒng)避免了人工操作產(chǎn)生的延遲和誤差，可遠程自動操作，避免安全隱患。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1-自愈控制器、2-PLC控制器、3-中央計算機、4-反饋補償器、5-節(jié)流閥、6-立管壓力變送器、7-傳感器-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、8-前饋補償器、9-基本數(shù)據(jù)源。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的描述：
如圖1所示，一種基于反饋調(diào)節(jié)的壓井作業(yè)節(jié)流閥自動控制系統(tǒng)，它包括自愈控制器(1)、PLC控制器(2)、中央計算機(3)、反饋補償器(4)、節(jié)流閥(5)、立管壓力變送器(6)、傳感器-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(7)、前饋補償器(8)、基本數(shù)據(jù)源(9)。
利用傳感器-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(7)采集包括鉆井液循環(huán)增量、立管壓力、套管壓力等壓井作業(yè)必需數(shù)據(jù)，必要時也可供人工作業(yè)參考；中央計算機(3)錄取數(shù)據(jù)進行計算和多相流數(shù)值模擬，得到立管壓力控制曲線和節(jié)流閥(5)初始控制曲線。
中央計算機(3)根據(jù)控制模型利用PLC控制器(2)控制節(jié)流閥(5)，PLC控制器(2)可顯著降低控制系統(tǒng)的復雜性，減少出錯可能。
根據(jù)反饋調(diào)節(jié)模型，反饋補償器(4)在多個采樣周期間根據(jù)立管壓力實際值與目標值的偏差，決策設定值校正量并產(chǎn)生在多個采樣周期后控制回路的設定值；根據(jù)反饋調(diào)節(jié)模型，前饋補償器(8)根據(jù)一個采樣周期內(nèi)立管壓力上一個預測值與目標值的偏差，決策設定值補償量并產(chǎn)生在一個采樣周期后控制回路的設定值，使立管壓力保持在預定范圍內(nèi)，在由于溢流或地層變化導致立管壓力發(fā)生較大波動時，前-反饋補償器能使立管壓力迅速穩(wěn)定下來，并在微小范圍內(nèi)波動。反饋調(diào)節(jié)模型依賴于壓井模擬結(jié)果。
中央計算機(3)根據(jù)故障診斷模型利用自愈控制器(1)對控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的控制錯誤進行修正。
一種基于反饋調(diào)節(jié)的壓井作業(yè)節(jié)流閥自動控制系統(tǒng)的方法，它包括以下步驟：
S1、進行壓井作業(yè)前，傳感器-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(7)采集包括鉆井液循環(huán)增量、立管壓力、套管壓力等壓井作業(yè)必需數(shù)據(jù)；中央計算機(3)錄取數(shù)據(jù)進行計算和多相流數(shù)值模擬，得到立管壓力控制曲線和節(jié)流閥(5)初始控制曲線；
S2、進行壓井作業(yè)時，中央計算機(3)對節(jié)流閥(5)初始控制曲線進行擬合，并利用PLC控制器(2)控制節(jié)流閥(5)；立管壓力變送器(6)將立管壓力通過傳感器-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(7)實時傳輸?shù)街醒胗嬎銠C(3)，中央計算機(3)以此為參考，對PLC控制器(2)、反饋補償器(4)、前饋補償器(8)進行控制調(diào)整；
S3、反饋補償器(4)根據(jù)立管壓力目標值與實際值的偏差決策設定值校正量，并在相應周期進行校正；前饋補償器(8)根據(jù)立管壓力目標值與周期預測值的偏差決策設定值補償量，并在相應周期進行補償；
S4、在整個作業(yè)過程中自愈控制器(1)根據(jù)中央計算機(3)內(nèi)的故障診斷模型，對控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障進行診斷和即時修正；
S5、通過整個控制系統(tǒng)的配合，將立管壓力值穩(wěn)定在預設壓力范圍內(nèi)，達到作業(yè)要求。
在必要時，可人工接管壓井節(jié)流閥控制系統(tǒng)。