用于精细控压钻井的电动节流控制系统研究

摘要

随着油气资源勘探开发的深度、广度持续增加,石油钻探正向着复杂地层发展。在复杂地层中,由于破裂压力(漏失压力)与地层孔隙压力(坍塌压力)之间的压力窗口比较狭窄,使用常规的钻井方法常出现溢流或井漏等复杂情况。常规的近平衡压力钻井方式已不再适应狭窄压力窗口地层的钻井,精细控制压力钻井技术就是针对狭窄压力窗口情况而发展起来的一项钻井工艺技术。
　　 在精细控制压力钻井技术中,井口回压大小的确定是压力控制的基础,本文结合精细控压钻井各工况的控制流程,在环空多相流动模型的基础上,建立了精细控压钻井井口回压计算模型,通过实例计算分析,理论上验证了井口回压模型的合理性。
　　 节流阀开度与节流压力的函数关系是节流控制系统编程的基础和核心,本文建立了锥形节流阀的Fluent数值模拟计算模型,通过模拟计算不同粘度、密度、排量和开度等参数组合下的节流压力,建立了包含开度、密度和排量三参数的节流阀开度与节流压力函数模型,用实测数据对数值计算模型进行了平移修正,得到了精度较高的适合于工程应用的节流阀开度与节流压力函数模型。
　　 通过对常用的两种节流压力控制系统控制策略的对比分析,提出了电动节流压力控制系统的设计方案。对电动执行器与节流阀进行了力学分析,理论上验证了电动执行器控制系统的可行性。在电动节流控制系统框架设计的基础上,对PLC和电动执行器进行了选型和验证。
　　 本文在分析计算井口压力和节流压降的基础上,所提出的电动节流控制系统克服了现行控制系统的不足,可以用于精细控压钻井的井口回压精确控制。