[发明专利]一种控压钻井实验装置及其控制方法

权利要求书

1.一种控压钻井实验装置，其特征在于，包括自动节流系统、泵系统和自动控制系统，所述自动控制系统对现场参数进行采集和监控，控制所述自动节流系统和泵系统，所述自动节流系统接收来自所述自动控制系统的命令，进行流量控制，及时调整所述泵系统的回压，所述泵系统按照所述控制系统给出的钻井工况要求对所述控压钻井进行操作，所述自动节流系统包括三个节流通道，其中，PV-A为主节流阀，在节流阀PV-A工作异常或发生堵塞时自动启动节流阀PV-B，关闭节流阀PV-A的通道，节流阀PV-C为辅助节流阀，在停止循环时，回压泵启动后通过所述节流阀PV-C加回压，EV-A、EV-B和EV-C为三个电磁阀，分别接在所述PV-A、PV-B和PV-C节流阀通道上，辅助所述节流阀PV-A、PV-B、PV-C进行对应的切换操作。

2.如权利要求1所述的控压钻井实验装置，其中，所述泵系统包括泥浆泵和回压泵，所述泥浆泵是控压钻井的动力源，通过泥浆泵将泥浆注入井中，进行钻井操作，所述回压泵在泥浆泵停泵的作业过程中进行流量补偿，提供节流阀工作必要的流量，所述回压泵在整个工作期间排量过小时，对系统进行流量补偿，维持井口节流所需要的流量。

3.如权利要求2所述的控压钻井实验装置，其中，所述自动控制系统包括控制中心，现场压力变送器和流量变送器，所述控制中心包括上位机和PLC，所述PLC接收所述上位机的命令，控制现场装置执行相应操作，采用现场装置、控制器、上位计算机控制的三层递阶控制结构。

4.如权利要求3所述的控压钻井实验装置，其中，控制中心软件使用组态王和PLC编程实现，所述上位机采用组态王软件进行优化计算，所述PLC采用梯形图编写程序。

5.如权利要求3所述的控压钻井实验装置，所述自动控制系统通过所述现场压力变送器和流量变送器获得回压泵出口流量、泥浆泵总循环流量、泥浆泵出口流量、井口压力、回压泵出口压力、井底压力、电动节流阀PV-A开度、电动节流阀PV-B开度和电动节流阀PV-C开度共9个模拟量，进行相应分析计算后，发送命令调节节流阀PV-A输出、节流阀PV-B输出和节流阀PV-C输出这3个模拟量以及电磁阀EV A开关、电磁阀EV B开关、电磁阀EV C开关、回压泵开关和泥浆泵开关这5个数字量。

6.如权利要求1所述的控压钻井实验装置，其中所述钻井工况为正常钻进工况、接单根工况、起下钻工况或井涌和溢流工况。

7.一种如权利要求1-5任一所述控压钻井实验装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)通过判断不同模式的标志位，来决定当前系统处于什么模式；

2)进入正常钻进模式，并将其他模式标志位清零、控制参数初始化，采取相应的控制方法；

或，

3)进入接单跟模式，将标志位和控制参数初始化，开启回压泵，回压泵开启成功后，逐渐减小泥浆泵的出口流量，最终关闭泥浆泵，用回压泵来保持井口压力，进行接单根操作，接单根完成后开启泥浆泵，关闭回压泵，最终回到正常钻进模式；

或，

4)进入起下钻模式，标志位和控制参数初始化，关闭泥浆泵开启回压泵，完成后，开始下钻，当起下钻工艺完成后，开启泥浆泵，停止回压泵，回到正常钻进状态；

或，

5)进入井涌、溢流工况，利用模糊控制方法进行井漏或溢流处理，使井口压力设定修正值＝井口压力设定修正值+(注入流量-排出流量)*0.01，处理结束。

8.如权利要求7所述控压钻井实验装置的控制方法，其中，所述步骤2)中正常钻进模式控制方法具体步骤如下：

1)其他标志位清零；

2)若为A模式，开通A电磁阀，关闭B电磁阀，设置对应PID参数，判断井底压力变化，调整节流阀开度；

3)若为B模式开通B电磁阀，关闭A电磁阀，设置对应PID参数，判断井底压力变化，调整节流阀开度。

9.如权利要求7所述控压钻井实验装置的控制方法，其中，所述步骤5)所述模糊控制方法的具体步骤如下：

1)确定模糊变量；

2)精确量的模糊化；

3)建立模糊规则；

4)解模糊。