本發(fā)明涉及油氣田勘探開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種控壓鉆井節(jié)流回壓控制的方法。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)初，國外在欠平衡鉆井和氣體鉆井的基礎(chǔ)之上提出了控壓鉆進(jìn)技術(shù)，其目的是為了確定井底壓力，并控制井筒環(huán)空壓力，能夠有效地解決深井復(fù)雜井鉆探過程之中出現(xiàn)的卡鉆、漏失等問題和窄密度窗口鉆井過程之中遇到復(fù)雜的鉆井事故。通過控制井底壓力來降低重大鉆井事故發(fā)生的概率，減少npt(非生產(chǎn)時(shí)間)，同時(shí)提高鉆井工作效率。因此，實(shí)時(shí)、快速而準(zhǔn)確的控制井底壓力對(duì)避免井下復(fù)雜事故和對(duì)控壓鉆井技術(shù)的推廣有著重要的意義。
目前，井底壓力的數(shù)據(jù)采集，通常是由隨鉆井底環(huán)空壓力測(cè)量?jī)x(apwd)或者隨鉆壓力測(cè)量?jī)x(pwd)進(jìn)行測(cè)量的，但是使用費(fèi)用十分昂貴，而且在一些特殊井中無法正常的使用，同時(shí)被少數(shù)的技術(shù)公司所壟斷，在一定程度上制約了控壓鉆井技術(shù)的發(fā)展。作為控壓鉆井的關(guān)鍵技術(shù)之一的井口回壓控制技術(shù)就發(fā)揮了很大作用，當(dāng)井底壓力發(fā)生變化的時(shí)候，通過調(diào)節(jié)井口回壓，能夠快速的控制井底壓力的波動(dòng)。井口回壓的產(chǎn)生是由于節(jié)流閥的作用，通過使用節(jié)流閥來改變通過節(jié)流管匯的鉆井液的壓降，進(jìn)而改變井口回壓的大小。
現(xiàn)階段，大多文獻(xiàn)都在研究節(jié)流閥兩端壓差與節(jié)流閥相對(duì)開度之間的曲線關(guān)系，進(jìn)而建立控壓鉆井節(jié)流回壓的控制模型，由于這種曲線關(guān)系存在著嚴(yán)重的非線性關(guān)系，無法用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行表示，傳統(tǒng)的pid技術(shù)無法進(jìn)行控制，同時(shí)這種曲線關(guān)系受鉆井液流量波動(dòng)影響較大。這樣會(huì)造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)波動(dòng)大、數(shù)據(jù)模型復(fù)雜等特點(diǎn)，對(duì)地面節(jié)流回壓的控制就缺乏指導(dǎo)性，需要對(duì)數(shù)據(jù)反復(fù)的調(diào)整，增加了作業(yè)時(shí)間和增加了鉆井的成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明以井口回壓為輸入變量，采用基于改進(jìn)squeezer聚類算法的控制方法，解決由于鉆井液流量波動(dòng)，所造成的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)模型復(fù)雜，需要對(duì)數(shù)據(jù)反復(fù)的調(diào)整，對(duì)地面節(jié)流回壓缺乏指導(dǎo)性控制，增加作業(yè)時(shí)間和增加鉆井的成本等問題。
一種控壓鉆井節(jié)流回壓控制的方法，該方法包括以下的步驟：
(a)、獲取控壓鉆井的第m時(shí)刻井口回壓值pm1，m＝0、1……n，n為正整數(shù)；
(b)、將獲取的井口回壓值pm1與設(shè)定的理想壓力值p2作差，得到壓力改變量δp＝|pm1-p2|；
(c)、計(jì)算合理的壓力控制量：
(c1)、設(shè)定偏差值p3和壓力改變量δp作比較：如果δp＞p3，則壓力控制量為δp-p3，對(duì)壓力控制量δp-p3進(jìn)行擬合，得到曲線方程模型y1，y1＝f1[f1i(t)，ξ](i＝1、2……n，n為正整數(shù))；如果δp＜p3，則壓力控制量為δp，對(duì)壓力控制量δp進(jìn)行擬合，得到曲線方程模型y2，y2＝f2[f2j(t)，ξ](j＝1、2……n，n為正整數(shù))：
所述ξ為根據(jù)工程實(shí)際需要確定的隨機(jī)誤差的正態(tài)分布；
其中，yn＝fn[●]為曲線方程模型n(n＝1、2)；
f1i(t)為曲線方程模型1中的第i條壓力控制量δp-p3隨時(shí)間變化的曲線；
f2j(t)為曲線方程模型2中的第j條壓力控制量δp隨時(shí)間變化的曲線；
(c2)、利用改進(jìn)squeezer聚類算法確定模型集合的質(zhì)心方程y，y＝f(t)，所述模型集合由曲線方程模型y1和曲線方程模型y2組成；
根據(jù)實(shí)際工程需要，確定精度閾值，將所述精度閾值所為模型集合的半徑，同時(shí)作為質(zhì)心的止動(dòng)閾值；
質(zhì)心方程y＝f(t)是模型集合中到各曲線距離之和最小的一條；
(c3)、根據(jù)所述質(zhì)心方程的變化趨勢(shì)，確定壓力控制量，根據(jù)壓力控制量，控制節(jié)流閥開度，同時(shí)對(duì)步驟(b)的理想壓力值p2和步驟(c1)中的設(shè)定偏差值p3進(jìn)行更新。
進(jìn)一步地，如上所述的控壓鉆井節(jié)流回壓控制的方法，控壓鉆井正常實(shí)施的時(shí)候，由安裝在井口的壓力傳感器采集井口回壓值，再將計(jì)算處理之后的壓力控制量按時(shí)間順序展示在主控計(jì)算機(jī)上，再建立兩個(gè)曲線方程模型。
進(jìn)一步地，如上所述的控壓鉆井節(jié)流回壓控制的方法，所述運(yùn)用改進(jìn)squeezer聚類算法確定模型集合的質(zhì)心方程y，即模型集合中某一曲線到各曲線距離之和最小的曲線。
所述改進(jìn)squeezer聚類算法其參考文獻(xiàn)為：《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》2009年11月第21卷第22期《多元線性回歸模型的聚類分析方法研究》王惠文等。該算法重點(diǎn)突出在選用了精度閾值和確定質(zhì)心方程的方法。精度閾值的選定，同時(shí)確定了半徑，防止聚類結(jié)果不斷擴(kuò)容，提高聚類的精度。將模型集合中某一條曲線到其他曲線距離之和最小的一個(gè)定義為確定質(zhì)心方程的方法，這種方法能夠減小由于數(shù)據(jù)波動(dòng)造成在曲線擬合過程中，模型集合中某些曲線的擬合誤差，進(jìn)一步提高質(zhì)心方程的準(zhǔn)確性。
本發(fā)明提供的一種控壓鉆井節(jié)流回壓控制的方法，相比于現(xiàn)有技術(shù)有益效果如下：
(1)用對(duì)井口回壓的控制來間接控制井底壓力值，不需要用pwd實(shí)時(shí)采集井底壓力，減少鉆井成本；也不需要利用鄰井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行樣本訓(xùn)練來獲取數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)來源更加可靠、安全；而井口回壓值可從安裝在井口的壓力傳感器獲得，監(jiān)測(cè)及時(shí)方便、精確度較高，對(duì)井口回壓的調(diào)節(jié)作用能夠快速的傳達(dá)至井底，能夠應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的井下狀況。
(2)將獲取的井口回壓值與設(shè)定理想壓力值作差，同時(shí)與設(shè)定的偏差量比較，根據(jù)比較結(jié)果自動(dòng)劃分為兩類模型，提高聚類的運(yùn)算速度，這就對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的主控計(jì)算機(jī)性能要求低，更加符合現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的環(huán)境的使用。
(3)根據(jù)壓力控制量隨時(shí)間變化的特點(diǎn)，建立曲線方程模型，并使用聚類算法找到質(zhì)心方程，根據(jù)在質(zhì)心方程的變化確定某一時(shí)刻的壓力控制量，根據(jù)壓力控制量調(diào)節(jié)節(jié)流閥，減少因計(jì)算不準(zhǔn)確，而反復(fù)調(diào)節(jié)節(jié)流閥所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。
(4)根據(jù)實(shí)際工程需要，設(shè)定精度閾值和隨機(jī)誤差ξ的正態(tài)分布，將距離小于閾值的歸為一類，進(jìn)一步縮小兩類模型的半徑，去掉誤差較大的曲線；同時(shí)閾值也將作為模型集合的止動(dòng)閾值，能夠有效地抑制質(zhì)心波動(dòng)，控制模型集合半徑，進(jìn)一步去掉誤差較大的曲線，有效地提高質(zhì)心方程的準(zhǔn)確度，從而提高壓力控制量的精確度。
附圖說明
圖1為本發(fā)明控壓鉆井節(jié)流回壓控制的方法流程圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
本發(fā)明通過在實(shí)施控壓鉆井的工程之中，將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)定理想壓力值作差，同時(shí)與設(shè)定偏差值比較，得到兩種壓力控制量與時(shí)間的關(guān)系曲線，建立兩組方程模型，利用改進(jìn)squeezer聚類算法找到模型集合的質(zhì)心方程，根據(jù)質(zhì)心方程的變化趨勢(shì)，確定壓力控制量，根據(jù)壓力控制量確定節(jié)流閥的控制。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。
一種控壓鉆井節(jié)流回壓控制的方法，該方法包括以下的步驟：
(a)、獲取控壓鉆井的第m時(shí)刻井口回壓值pm1，m＝0、1……n，n為正整數(shù)；
(b)、將獲取的井口回壓值pm1與設(shè)定的理想壓力值p2作差，得到壓力改變量δp＝|pm1-p2|；
(c)、計(jì)算合理的壓力控制量：
(c1)、設(shè)定偏差值p3和壓力改變量δp作比較：如果δp＞p3，則壓力控制量為δp-p3，對(duì)壓力控制量δp-p3進(jìn)行擬合，得到曲線方程模型y1，y1＝f1[f1i(t)，ξ](i＝1、2……n，n為正整數(shù))；如果δp＜p3，則壓力控制量為δp，對(duì)壓力控制量δp進(jìn)行擬合，得到曲線方程模型y2，y2＝f2[f2j(t)，ξ](j＝1、2……n，n為正整數(shù))：
所述ξ為根據(jù)工程實(shí)際需要確定的隨機(jī)誤差的正態(tài)分布；
其中，yn＝fn[●]為曲線方程模型n(n＝1、2)；
f1i(t)為曲線方程模型1中的第i條壓力控制量δp-p3隨時(shí)間變化的曲線；
f2j(t)為曲線方程模型2中的第j條壓力控制量δp隨時(shí)間變化的曲線；
(c2)、利用改進(jìn)squeezer聚類算法確定模型集合的質(zhì)心方程y，y＝f(t)，所述模型集合由曲線方程模型y1和曲線方程模型y2組成；
根據(jù)實(shí)際工程需要，確定精度閾值，將所述精度閾值所為模型集合的半徑，同時(shí)作為質(zhì)心的止動(dòng)閾值；
質(zhì)心方程y＝f(t)是模型集合中到各曲線距離之和最小的一條；
(c3)、根據(jù)所述質(zhì)心方程的變化趨勢(shì)，確定壓力控制量，根據(jù)壓力控制量，控制節(jié)流閥開度，同時(shí)對(duì)步驟(b)的理想壓力值p2和步驟(c1)中的設(shè)定偏差值p3進(jìn)行更新。
控壓鉆井正常實(shí)施的時(shí)候，由安裝在井口的壓力傳感器采集井口回壓值，再將計(jì)算處理之后的壓力控制量按時(shí)間順序展示在主控計(jì)算機(jī)上，再建立兩個(gè)曲線方程模型。
所述運(yùn)用改進(jìn)squeezer聚類算法確定模型集合的質(zhì)心方程y，即模型集合中某一曲線到各曲線距離之和最小的曲線。
本發(fā)明根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來確定模型集合的精度閾值，精確閾值將作為模型集合的半徑閾值，目的是將兩個(gè)曲線方程模型半徑控制在一定的范圍之內(nèi)，忽略距離大于閾值的曲線，防止樣本數(shù)據(jù)出現(xiàn)“鏈條效應(yīng)”而使類不斷擴(kuò)容；同時(shí)閾值也將作為模型集合的質(zhì)心止動(dòng)閾值，使模型集合的質(zhì)心停止變動(dòng)，根據(jù)聚類算法找到符合條件的質(zhì)心曲線，進(jìn)一步同時(shí)除去波動(dòng)誤差較大的曲線，減小由于數(shù)據(jù)波動(dòng)大帶來的誤差，提高質(zhì)心方程的精確度。
實(shí)施例
下面截取xx油田yy井，井深5000m，在462963s～463465s時(shí)間段控壓鉆井為例，使用型號(hào)為zz的控壓鉆井節(jié)流閥，在其有效行程的30％～80％開度范圍內(nèi)，進(jìn)出口壓差為線性關(guān)系，以此為例來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。
(1)、實(shí)施控壓鉆井的過程之中，將數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)采集的井口回壓的數(shù)據(jù)和設(shè)定理想壓力值做差；
(2)、將差值與設(shè)定偏差值作比較，確定壓力控制量，同時(shí)將壓力控制量按時(shí)間順序，顯示在主控計(jì)算機(jī)上，并對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合；
(3)、利用改進(jìn)squeezer聚類算法，根據(jù)工程實(shí)際，確定精度閾值和隨機(jī)誤差ξ的正態(tài)分布，確定該模型集合的質(zhì)心方程：y＝at+b；
(4)、根據(jù)實(shí)際鉆井施工的特點(diǎn)，設(shè)定ξ～n(0，0.005)，精度閾值為0.05；
(5)、利用改進(jìn)squeezer聚類算法，找到質(zhì)心方程，即為y＝0.012759t-5903.16+0.005；
(6)、利用質(zhì)心方程計(jì)算第463067s時(shí)的壓力控制量為5.11686，回壓控制誤差為0.45mpa，根據(jù)pwd實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)對(duì)井口回壓進(jìn)行控制約4s之后，井底壓力值明顯降低，根據(jù)鉆井液在第463067s時(shí)的排量和此時(shí)的閥門開度，根據(jù)該閥門的進(jìn)出口壓力傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)的差值為5.1309；
(7)、根據(jù)質(zhì)心方程，確定某一時(shí)刻的壓力控制量，控制節(jié)流閥開度。
本實(shí)施例將本發(fā)明方法計(jì)算得到的數(shù)據(jù)和實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果說明：采用本發(fā)明所提供的控壓鉆井節(jié)流回壓的方法能夠準(zhǔn)確的得出某一時(shí)刻的壓力控制量，根據(jù)得出的合理控制量對(duì)節(jié)流閥進(jìn)行控制，能夠?qū)⒒貕嚎刂普`差控制在合理的范圍之內(nèi)，同時(shí)可測(cè)得井底壓力值明顯降低。
最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。