一种数字化井场钻井液管理系统技术方案

本发明专利技术提供了一种数字化井场钻井液管理系统，包括实时数据获取单元、数字井筒模拟单元和参数优化单元。其中，实时数据获取单元用于获取钻井过程中的钻井基础数据；数字井筒模拟单元包括ECD分析模块、井眼清洁模拟模块和摩阻扭矩分析模块用于生成对应的三种分析结果，并将分析结果发送至参数优化单元确定钻井基础数据的优化值，进而对钻井液进行优化。所述系统还包括生产运行、作业管理、材料管理、预警处置和远程支持等功能。本发明专利技术能够实时监测并分析优化钻井液性能、保障井下安全，也可以有效优化工作模式、规范业务流程、提升工作效率、实现基层减负以及推进钻井数字化建设。实现基层减负以及推进钻井数字化建设。实现基层减负以及推进钻井数字化建设。

【技术实现步骤摘要】
一种数字化井场钻井液管理系统


[0001]本专利技术涉及领域石油天然气钻探领域，具体来讲，涉及一种数字化井场钻井液管理系统。

技术介绍

[0002]石油钻井从经验钻井阶段到钻井发展阶段，最终进入科学钻井阶段，钻井技术已初步实现自动化并日趋成熟。钻井工程软件是实现自动化、智能化钻井的重要手段之一，钻井液作为钻井工程的“血液”，钻井液与钻井工程密不可分的血肉关系，在开发钻井工程软件时，多将钻井液作为一个专业模块来开发、实现相关模拟和计算。钻井液技术相关软件也在近30年取得了巨大的进步，从初期的计算程序发展为系统化的专业软件。
[0003]目前国内外的钻井液工程软件开发均有在钻井液水力学计算方面进行研究。国外已有30多年钻井液工程软件开发的经验，目前商品化的工程软件大多由Halliburton(哈利伯顿)、Schlumberger(斯伦贝谢)等大的技术服务公司和Paradigm(帕拉代姆)、SPTGroup(华油能源集团)等一些中小型服务公司开发。Halliburton公司开发的Landmark钻井工程软件能够进行钻井液水力学计算、激动和抽汲压力计算、井控计算；Schlumberger公司开发的DrillingOffice钻井工程设计软件也可以实现ECD(Equivalent Circulating Density，循环当量密度)计算和井眼清洁分析等水力学计算；由Paradigm公司开发的钻井工程设计软件Sysdrill则包含了水力学模块和温度模块，可模拟高温高压条件下的钻井液流变性和井下ECD。国内钻井液工程软件的开发起步较晚、仅有10余年的开发经验。其中以中国石油勘探开发研究院钻井所指导研发的“钻井工程设计系统DPS2.0”、石油大学研发的“钻井水力参数设计与分析软件系统”、北京石油大学开发的“钻井液计算软件V2.0”、中国石油天然气总公司开发的“钻井液流变参数优选应用软件”等应用比较广泛。例如，公开日为2021年3月5日、公开号为CN112446560A的专利技术专利申请公开了一种页岩气水平井井眼清洁综合监测与评价系统，该系统能够包括：本体外部的信息收集模块，包含摩阻&扭矩、大钩载荷、ECD、井下岩屑残余量等信息；本体内部的软件分析模块，将以上信息汇总处理，实现井眼清洁监测与评价。该系统可以根据监测的摩阻扭矩、ECD、井下岩屑残余量等数据，通过建立的评价系统对以上信息进行处理，实现井眼清洁的监测与评价，为现场施工提供指导。以上软件虽然在钻井液水力学计算软件开发方面的研究取得的成绩值得肯定，但是任然无法满足钻井液专业化发展的需求。
[0004]目前我国油田行业发展迅速，加上激烈的油田行业竞争环境，油田公司对管理系统的要求越来越高。简单又功能性单一的系统已然无法满足钻井液专业化发展的需求，目前市场上缺少可以集水力学分析、风险预测、生产经营和资料减负于一体的综合性的钻井液应用软件。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本专利技术的
目的之一在于开发形成钻井液数字化工作平台，建立以“数据信息”驱动工作的智能化现场工作模式，推进作业现场标准化、规范化，提高钻井液队生产作业和技术管理水平，降低钻井风险和提高效益，实现钻井液作业数字化转型。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种数字化井场钻井液管理系统，所述数字化井场钻井液管理系统包括以下单元：实时数据获取单元、数字井筒模拟单元和参数优化单元。
[0007]其中，所述实时数据获取单元，用于获取钻井过程中的钻井基础数据，所述钻井基础数据可包括钻井液密度、钻井液排量、钻井液流性指数和稠度系数、钻具组合、井身结构和工程参数。
[0008]所述数字井筒模拟单元可包括ECD分析模块、井眼清洁模拟模块和摩阻扭矩分析模块，其中，ECD分析模块与实时数据获取模块连接，用于根据ECD算法模型确定第一分析结果，所述第一分析结果可包括钻井液当量循环密度和环空压耗。
[0009]所述井眼清洁模拟模块与实时数据获取模块连接，用于根据井眼清洁计算模型确定第二分析结果，所述第二分析结果可包括临界排量、临界环空返速、传输比和岩屑床相对厚度。
[0010]更优选地，所述井眼清洁模拟模块还包括第一清洗区模块和第二清洗区模块。
[0011]其中，所述第一清洗区模块与所述井眼清洁计算模型相连，当所述井眼清洁计算模型计算出的岩屑传输比R
t
小于0.5时，将所述第二分析结果发送至所述参数优化单元。
[0012]所述第二清洗区模块与所述井眼清洁计算模型相连，当所述井眼清洁计算模型计算出的岩屑床相对厚度H大于10％时，将所述第二分析结果发送至所述参数优化单元。
[0013]所述摩阻扭矩分析模块与实时数据获取模块连接，用于根据摩阻扭矩分析模型确定第三分析结果，所述第三分析结果可包括摩擦力和扭矩。
[0014]可选择地，所述摩阻扭矩分析模块包括计算模块、绘图模块、摩阻系数模块和优化判断模块。
[0015]其中，所述计算模块与所述摩阻系数模块相连，被配置为根据井眼轨迹、钻具组合和钻井液密度等参数和摩阻系数计算摩阻扭矩和/或钩载负荷。
[0016]所述绘图模块与所述计算模块相连，被配置为获取所述摩阻扭矩和/或钩载负荷进行投影叠加成为摩阻扭矩图。
[0017]所述摩阻系数模块与所述绘图模块相连，被配置为获取摩阻系数和根据所述摩阻扭矩图评价摩阻系数的情况。
[0018]所述优化判断模块与所述摩阻系数模块相连，被配置为根据所述摩阻系数确认所述第三分析结果。
[0019]所述参数优化单元与所述数字井筒模拟单元连接，用于根据所述第一分析结果、第二分析结果、和/或第三分析结果，确定所述钻井基础数据的优化值。
[0020]在本专利技术一种数字化井场钻井液管理系统的一个示例性实施例中，所述钻井液管理系统还可还包括在线监测单元，所述在线监测单元包括钻井液性能分析模块、邻井故障曲线绘制模块和钻井液性能设计模块。
[0021]所述钻井液性能分析模块与所述实时数据获取单元连接，用于针对钻井液实时性能数据进行分析，并绘制钻井液性能变化趋势图。所述邻井故障曲线绘制模块，用于根据邻
井故障数据绘制邻井井漏密度曲线和邻井溢流密度曲线。所述钻井液性能设计模块，用于根据井控安全设计钻井液性能数据和邻井故障数据曲线绘制主要性能设计区间图。
[0022]在本专利技术一种数字化井场钻井液管理系统的一个示例性实施例中，所述钻井液管理系统还可包括预警处置单元，所述预警处置单元用于根据钻井液流量实时数据确认生成预警信息和处置方案。
[0023]可选择地，所述预警处置单元包括预警模块、井漏处置模块和溢流处置模块。
[0024]其中，所述预警模块用于分析钻井液流量实时数据，生成预警信息，所述预警信息包括井漏异常和溢流异常。
[0025]所述井漏处置模块与所述预警模块连接，用于接收井漏异常的预警信息，结合井漏数据库中的井漏数据，自动生成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字化井场钻井液管理系统，其特征在于，所述钻井液管理系统包括实时数据获取单元、数字井筒模拟单元和参数优化单元，其中，所述实时数据获取单元，用于获取钻井过程中的钻井基础数据，所述钻井基础数据包括钻井液密度、钻井液排量、钻井液流性指数和稠度系数、钻具组合、井身结构和工程参数；所述数字井筒模拟单元包括ECD分析模块、井眼清洁模拟模块和摩阻扭矩分析模块，其中，所述ECD分析模块与所述实时数据获取模块连接，用于根据ECD算法模型确定第一分析结果，所述第一分析结果包括钻井液当量循环密度和环空压耗；所述井眼清洁模拟模块与实时数据获取模块连接，用于根据井眼清洁计算模型确定第二分析结果，所述第二分析结果包括临界排量、临界环空返速、传输比和岩屑床相对厚度；所述摩阻扭矩分析模块与实时数据获取模块连接，用于根据摩阻扭矩分析模型确定第三分析结果，所述第三分析结果包括摩擦力和扭矩；所述参数优化单元与所述数字井筒模拟单元连接，用于根据所述第一分析结果、第二分析结果、和/或第三分析结果，确定所述钻井基础数据的优化值。2.根据权利要求1所述的数字化井场钻井液管理系统，其特征在于，所述井眼清洁模拟模块包括第一清洗区模块和第二清洗区模块，其中，所述第一清洗区模块与所述井眼清洁计算模型相连，用于当所述井眼清洁计算模型计算出的岩屑传输比R
t
小于0.5时，将所述第二分析结果发送至所述参数优化单元；所述第二清洗区模块与所述井眼清洁计算模型相连，用于当所述井眼清洁计算模型计算出的岩屑床相对厚度H大于10％时，将所述第二分析结果发送至所述参数优化单元。3.根据权利要求1所述的数字化井场钻井液管理系统，其特征在于，摩阻扭矩分析模块包括计算模块、绘图模块、摩阻系数模块和优化判断模块；其中，所述计算模块与所述摩阻系数模块相连，被配置为根据井眼轨迹、钻具组合和钻井液密度等参数和摩阻系数计算摩阻扭矩和/或钩载负荷；所述绘图模块与所述计算模块相连，被配置为获取所述摩阻扭矩和/或钩载负荷进行投影叠加成为摩阻扭矩图；所述摩阻系数模块与所述绘图模块相连，被配置为获取摩阻系数和根据所述摩阻扭矩图评价摩阻系数的情况；所述优化判断模块与所述摩阻系数模块相连，被配置为根据所述摩阻系数确认所述第三分析结果。4.根据权利要求1所述的数字化井场钻井液管理系统，其特征在于，所述钻井液管理系统还包括在线监测单元，所述在线监测单元包括钻井液...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴超，钱浩东，许期聪，刘伟，张果，宋泽文，陈星玮，张治发，张帆，周长虹，邵堃，张展硕，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：