(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111665842.5 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 中国石油天然气集团有限公司 地址 100007 北京市东城区东 直门北大街9 号 申请人 中国石油集团工程 技术研究院有限 公司 (72)发明人 刘伟　李牧　赵庆　张瑞凇　 付加胜　翟小强　罗良波　唐雷　 黄鹏鹏　 (74)专利代理 机构 北京思格 颂知识产权代理有 限公司 1 1635 专利代理师 杨超 (51)Int.Cl. E21B 47/00(2012.01)E21B 47/06(2012.01) G06Q 50/02(2012.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 控压固井井筒压力控制系统和方法及应用、 控压固井系统 (57)摘要 本发明公开了一种控压固井井筒压力控制 系统和方法及相关应用。 该系统包括： 固井设计 模块用于获取固井工程模拟计算的基础参数， 针 对不同的待模拟的控压固井阶段， 使用待模拟的 控压固井阶段的工况模拟设计模型确定井筒压 力动态分布情况； 自动控制模块用于基于井筒压 力动态分布情况、 预先选择的井筒压力控制模式 和井场的实时测量数据调整井口回压参数， 以控 制控压固井的井筒压力。 能够基于固井相关参数 信息进行模拟计算， 根据模拟计算结果准确调控 井口回压实现对井筒压力的控制， 保证井筒压力 稳定； 该系统可以同控压固井硬件装备、 控压固 井操作规范等共同构成一整套完整的控压固井 施工体系， 支 撑、 完善控压固井工艺， 保证控压固 井安全高效作业。 权利要求书7页 说明书28页 附图3页 CN 114526053 A 2022.05.24 CN 114526053 A 1.一种控压固井井筒压力控制系统， 其特征在于， 包括： 固井设计模块和自动控制模 块； 固井设计模块， 用于获取固井工程模拟计算的基础参数， 包括固井流体数据、 井参数和 泵参数； 针对不同的待模拟的控压固井阶段， 基于基础参数， 使用待模拟的控压固井阶段的 工况模拟设计模型， 确定井筒压力动态分布情况； 自动控制模块， 用于基于确定出的井筒压力动态分布情况、 预先选择的井筒压力控制 模式和井场的实时测量数据， 调整井口回压参数， 以控制控压固井的井筒压力。 2.如权利要求1所述的系统， 其特征在于， 所述固井设计模块， 具体用于获取通过参数 设置界面输入的固井流体数据、 井参数和泵参数； 所述固井流体数据包括物理形式会随固 井进程发生缓慢变化的流体物质的数据； 和/或 所述自动控制模块， 具体用于与井场测量仪器建立通信连接， 接收测量仪器测得的井 场的实时监测数据； 所述井场测量仪器包括录井仪、 PWD和第三方测量工具中的至少一个； 所述实时监测数据包括出口流 量、 入口流 量、 井筒中的实时压力。 3.如权利要求1所述的系统， 其特 征在于， 基于待模拟的控压固井阶段为控压起钻的重浆注入阶段： 所述固井设计模块， 具体用于调用控压起钻的重浆注入模拟设计模型； 将控压起钻模 式、 重浆的物性参数和所述基础参数输入控压起钻的重浆注入模拟设计模型中， 确定重浆 注入过程中井筒环空的压力动态分布； 相应的， 所述自动控制模块， 具体用于基于井筒中的压力动态分布情况、 实时监测到的 井筒压力数据与出入口流量差数据、 测定的地层压力窗口和预先选择的井筒压力控制模 式， 确定井口回压调整量； 调整节流阀的开度以调整井口回压值， 使控压固井的井筒压力稳 定在预设的井筒压力阈值范围， 所述井筒压力阈值范围位于所述 地层压力窗口内； 基于待模拟的控压固井阶段为 通井循环阶段： 所述固井设计模块， 具体用于调用控压固井通井循环模拟设计模型； 将通井钻具组合 数据和所述基础参数据输入通井循环模拟设计模型中， 确定通井循环过程中井筒环空的压 力动态分布； 相应的， 所述自动控制模块， 具体用于基于井筒中的压力动态分布情况、 实时监测到的 井筒压力数据与出入口流量差数据、 测定的地层压力窗口和预先选择的井筒压力控制模 式， 确定井口压力回压调整量； 调整节流阀的开度以调整井口回压值， 使控压固井的井筒压 力稳定在预设的井筒压力阈值范围， 所述井筒压力阈值范围位于所述 地层压力窗口内； 基于待模拟的控压固井阶段为控压固井下套管阶段： 所述固井设计模块， 具体用于调用控压固井下套管模拟设计模型； 将下套管速度、 全井 降密度方案和所述基础参数输入控压固井下套 管模拟设计模型中， 确定控压固井下套 管过 程中井筒环空的压力动态分布； 相应的， 所述自动控制模块， 具体用于基于井筒中的压力动态分布情况、 实时监测到的 井筒压力数据与出入口流量差数据、 测定的地层压力窗口和预先选择的井筒压力控制模 式， 确定井口压力回压调整量； 调整节流阀的开度以调整井口回压值， 使控压固井的井筒压 力稳定在预设的井筒压力阈值范围， 所述井筒压力阈值范围位于所述 地层压力窗口内； 基于待模拟的控压固井阶段为控压固井注替阶段：权　利　要　求　书 1/7 页 2 CN 114526053 A 2所述固井设计模块， 具体用于调用控压固井注替模拟设计模型； 将固井浆体物性参数、 固井方式和基础参数输入控压固井注替模拟设计模型中， 确定控压固井注替过程中固井浆 体位置和井筒环空的压力动态分布； 相应的， 所述自动控制模块， 具体用于基于井筒中的压力动态分布情况、 测定的地层压 力窗口和预先选择 的井筒压力控制模式， 以及实时监测到的井筒压力数据、 出入口流量差 数据与固井浆体位置、 确定井口压力回压调整量； 调整节流阀的开度以调整井口回压值， 使 控压固井的井筒压力稳定在预设的井筒压力阈值范围， 所述井筒压力阈值范围位于所述地 层压力窗口内； 基于待模拟的控压固井阶段为控压固井候凝阶段： 所述固井设计模块， 具体用于调用控压固井侯凝模拟设计模型； 将固井浆柱结构、 液面 高度和所述基础参数输入控压固井侯凝模拟设计模型中， 确定胶凝失重状态下水泥压力和 井筒环空的压力动态分布； 相应的， 所述自动控制模块， 具体用于基于井筒中的压力动态分布情况、 水泥压力、 测 定的地层压力窗口、 预先选择 的井筒压力控制模式、 实时监测到的井筒压力数据与出入口 流量差数据， 确定候凝过程的环空憋压值和对应的井口回压调整量； 调整节流阀的开度以 调整井口回压值， 使控压固井的井筒压力与确定的环空憋压值 一致。 4.如权利要求3所述的系统， 其特征在于， 待模拟的控压 固井阶段为控压固井下套管阶 段时， 所述固井设计模块， 还用于： 使用控压固井下套 管模拟设计模 型确定井口压力随时间 变化情况、 出 口流量随时间变化情况、 关注点处的流速和 流态随时间变化情况中的至少一 项； 和/或 待模拟的控压固井阶段为控压固井注替阶段时， 所述固井设计模块还用于： 使用控压 固井注替模拟设计模型确定固井注替过程井口压力与排量变化、 固井注替过程井底压力变 化、 固井注替程关注点深度流态变化、 固井注替过程各分段流体位置变化、 注水泥 过程某一 时刻环空流体位置中的至少一项。 5.如权利要求1所述的系统， 其特 征在于， 所述固井设计模块， 还用于： 设定好的固井施工计划后， 开始固井施工前， 基于 固井工程模拟计算的基础参数， 调用 控压固井过程防漏压稳分析模型， 对设定好的固井施工计划进行动态模拟， 模拟出控压固 井各阶段的地 面动态参数和井下动态参数。 6.如权利要求1所述的系统， 其特 征在于， 所述自动控制模块， 还用于： 提供井筒压力控制模式选择界面， 根据井筒压力控制模式选择指令启动选择的井筒压 力控制模式； 所述井筒压力控制模式选择指令中包括根据控压固井阶段和固井工作状态选 择的井筒压力控制模式信息； 所述井筒压力控制模式包括井底压力模式、 井口压力模式和 手动控制模式 中的一个； 其中： 手动控制模式是基于 输入的控制操作指令调整控制井底压力的方式； 井底压力模式是通井循环阶段和注替阶段， 通过调节节流撬节流阀， 以调节井口压力， 保持井底压力稳定的压力控制模式； 井口压力模式是起下钻和下套管阶段， 通过调节回压撬节流阀， 利用回压补偿系统补 偿部分环空压力损失， 保持井底压力稳定的压力控制模式。 7.如权利要求1所述的系统， 其特 征在于， 所述自动控制模块， 还用于：权　利　要　求　书 2/7 页 3 CN 114526053 A 3