一种数字化赋能关键井控设备预警控制方法与流程

本发明涉及石油勘探开发井控装备，特别是涉及一种数字化赋能关键井控设备预警控制方法。

背景技术：

1、目前为了更好的发现地下油气资源，钻探公司往往在钻井过程中，常常采用井筒压力略大于地层压力或者欠平衡钻井的工作方式，来实现寻找油气的目的。但是由于钻探中地层存在异常高压、岩屑缝隙、同一裸眼段存在不同压力地层等等多种因素，造成油气侵入井筒，若不及时控制井口，会造成无控制的溢流或者井喷事故，将对企业和社会人民生命财产造成不可挽回的损失。

2、控制井口，就需要井控装备。现有的钻井现场井控装备系统由远程控制台、井口防喷器组、节流管汇、压井管汇等关键井控设备组成，其作用是当井筒内钻井液液柱压力低于油气层压力时，高压油气流会侵入井筒，形成溢流或井涌，若不及时控制，会发展为井喷，及时按照井控实施细则管理规定，正确关井，即操作防喷器控制系统关闭井口，控制钻井液外溢造成的井内液柱压力持续降低的情况，从而达到暂时的平衡。根据需要还需采用司钻法、工程师法、压回法等井控应急处置措施，恢复井内压力平衡，控制井筒压力，保障设备和人员安全。

3、保证井控装备时时刻刻处于正常待令状态，随时能可靠工作，是三高钻探过程中重要的工作。当前大部分井场，采用指定岗位每班进行井控设备的巡回检查工作，观察远控房储能器、管汇压力、气源压力、电动泵、油箱油位、闸门状态等等设备是否处于正常待令状态，并且发现问题时，能及时处理，确保井筒压力异常时能及时控制井口。

4、综上所述，井控装备在油气井作业中具有极其重要的作用，不仅能够保障作业安全，还能提高经济效益和环境可持续性。

5、井控设备的重要性在油气钻探过程中的重要性已非常明显。如何确保井控设备隐患被及时发现，是一个重要的问题。当前钻井现场井控设备多采用指定人员巡岗，存在一定弊端：1、控制管线意外破损，导致液压油泄露，未及时发现造成环境污染，甚至油箱控制油全部泄露的问题。2、人员巡岗责任心不到位，巡岗时间间隔太长，未及时关注设备情况，未发现设备隐患；3、井控闸门较多，状态错误，未及时发现问题；4、闸门状态不正确，导致钻井液外溢，环境污染问题；甚至会错过关井最佳时机等等问题。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种数字化赋能关键井控设备预警控制方法，主要基于安装在井控装备中的各种传感器，将设备状态参数转为数字信号，通过局域网，在井控装备在线监控可视化模型，能进行数据自动采集，数据自动分析，24小时在线监测，异常状态自动预警，压井过程数字化，提高井控安全管理水平，确保井控装备可靠待令，为快速应急处置提供可靠数据，实现手持机巡岗压力可视化，远程数据共享，多维度关注，可进行数据扩展应用，为自动关井自动压井提供可能。

2、为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

3、一种数字化赋能关键井控设备预警控制方法，包括如下步骤：

4、s1、获取关键井控设备实时参数；

5、s2、建立关键井控设备状态模型；

6、s3、根据步骤s2中的关键井控设备状态模型建立数据分析计算模型；

7、s4、通过关键井控设备状态模型和数据分析计算模型，对井控设备实时数据进行分析，判断设备工作状态；

8、s5、识别异常参数和设备异常状态，并根据异常参数和异常状态实时预警，防止误操作。

9、进一步的，所述步骤s1中获取关键井控设备实时参数包括如下步骤：

10、s11、关键井控设备数字化：关键井控装备数字化赋能是指通过安装传感器和数据采集设备；

11、s12、采集关键井控设备参数：数据采集设备通过传感器实时采集关键井控设备参数，并传输至计算中心采集器。

12、所述步骤s11中，关键井控设备包括：远程控制台、环形防喷器、闸板防喷器、剪切防喷器、全封闸板防喷器、司控台、节控箱、‌节流管汇、压井管汇和内控管汇，及节流管汇、压井管汇和内控管汇上的闸门，闸门包括平板阀和节流阀。

13、所述步骤s11中，传感器包括：油压力传感器、气压传感器、温度传感器、位置传感器和闸门传感器。

14、所述步骤s11中，数据采集设备包括：物联网局域网设备，数据传输设备，数据汇聚设备和数据处理设备。

15、所述步骤s12中，所述关键井控设备参数包括：关键井控设备中三位四通阀开关位置、放喷阀开关状态、储能器压力、环形防喷器压力、气源压力、管汇压力、节控箱油力、油箱油位、节流管汇和压井管汇的所有闸门开关状态。

16、进一步的，所述步骤s2中关键井控设备状态模型包括：正常工作模型、试压模型和压井模型。

17、所述正常工作模型为：关键井控设备和闸门处于正常工作状态，关键井控设备内的液压压力处于正常压力范围。

18、试压模型为：关闭待试压位置处上方的闸板防喷器，关闭待试压位置处下方的内控管汇的平板阀，使得待试压位置处封闭环空，实现一个封闭的空间，通过试压口，使用电动泵和试压撬注水打压至设备的额定工作压力，已检验密封性、可靠性。

19、所述试压模型包括：环形防喷器模型、闸板防喷器模型、剪切防喷器模型、节流管汇、压井管汇模型和井筒试压模型。

20、所述压井模型为：当井筒压力异常时，通过闸板防喷器模型封闭环空，使地层流体压力通过节流管汇的节流阀控压，有序释放压力，或者将加重钻井液通过压井管汇打入井筒，挤入地层恢复井底压力平衡。

21、进一步的，所述步骤s3中，数据分析计算模型包含异常压力预警模型、隐患故障分析模型、闸门状态模型等分析计算模型，属于关键井控设备状态监测分析模型，判断控制油路是否有泄压风险，如果关井后，通过打压的时间、压力恢复速度、打压频次、压力长时间未补充、油位下降等关系，自动判定控制管线泄漏、破损、盘根刺漏等人员通过肉眼很难判断的隐患，可及时预警，排除故障，确保井控设备正常。

22、进一步的，所述步骤s5中预警包括异常压力状态预警、不同模型的闸门开关状态预警和故障隐患分析预警。

23、所述异常压力状态预警是指：24小时在线监测关键井控设备的压力，首先将所有压力数据采集到模型中，根据井控实施细则，环形防喷器控制压力、管汇压力、气源压力和储能器压力范围，超过或者低于压力区间，均进行自动报警，模型分析的预警数据，在远程控制台进行文字提示，且进行语音报警或发送短信给指定负责人，及时进行检查和维护，确保关键井控设备处于正常工作状态。

24、所述故障隐患分析预警是指：自动采集关键井控设备压力衰减时间，补充压力时间，通过对关键井控设备某一压力低于正常压力时，进行自动补压，采集恢复到正常压力区间的时间和压力点，通过多次记录和分析，产生关键井控设备压力衰减区间及补压区间，如果监测到某一压力快速衰减，说明该管汇有泄露点，通过压力衰减时间缩短数据自动分析并发出预警，负责人根据预警数据快速分析，查找漏点。

25、所述不同模型的闸门开关状态预警是指正常工作模型、试压模型和压井模型以外的闸门状态，工作状态在不同工况下，判断闸门开关状态是否与对应模型的状态不一致，会自动提醒闸门开关状态错误，防止误操作，造成环境污染或者憋压风险。

26、本发明的有益效果：

27、1. 本发明中，24小时在线监测井控设备压力情况，异常压力预警，隐患故障及时预警，不同工况下节流压井管汇闸门状态监测，节流阀开度精度监测，为压井处置提供可靠的数据，提高压井效率。远期可实现自动关井，实现自动压井奠定了基础。

28、2. 本发明24小时在线监测，可靠性较高。按照预警模型预警，不存在监控盲区，能及时发现问题，及时消除隐患。远程可视化，设备状态，压力情况一目了然。关井处置时节流阀开度也可精细化，压力控制精确，为快速处置险情，提供了科学依据，一次性压井成功率大大增加。

29、3. 本发明中，在不同模型中，闸门状态一目了然，快速预警，防止因通道堵塞造成安全事故。具有闸门开关状态的实时数据采集功能：通过传感器、物联网等技术实时监控井口压力、温度、流量等关键参数，避免传统人工巡检的滞后性。智能预警：不同模型对比，服务器可识别异常状态（如控制压力异常下降、管汇闸门状态不正确），发出预警并说明故障原因，降低井喷、泄漏等事故风险。设备健康管理：结合历史数据和设备保养周期，制定精准维护计划，减少突发故障。成本节约：避免“过度维护”或“维护不足”，延长设备寿命。在紧急情况下快速响应，避免人工操作延迟或误判。精准调节：数字化节流阀控制精度可达±0.5mpa，远超人工操作。

30、4. 本发明中，不同模型的井控设备状态监测，试压过程中，启动相关试压软件流程，能自动采集试压数据，为深井井控安全提供了可靠高效的作用。数据曲线自动生成，压力曲线清晰，泄漏异常及时发现，闸门开关转态自动预警提醒，节约时间，数据自动采集，并生成试压报告，提高工作效益，数据真实、可靠。