先进的自动化控制的双梯度钻井

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1、先进的自动化控制的双梯度钻井岛之风Breyholtz和Gerhard尼加德，斯塔万格国际研究学院和迈克尔Nikolaou美国休斯顿大学整个2009年，石油工程师这篇文章是于2009年SPE技术年会暨展览会协会举办演讲准备在新奥尔良，路易斯安那州，美国，4-72009年10月。本文选择了一个SPE程序委员会通过后由作者（s）提出一个抽象的资料审查报告。该文件内容没有被审查，石油工程师学会，并需经作者（s）校正。该材料不一定反映任何有关石油工程师，其管理人员，或成员的社会地位。电子复制，分发或未经石油工程师学会的书面同意，任何本文件的一部分存储是禁止的。允许复制印刷是限制在不超过300字的摘要

2、;插图可能不被复制。摘要必须包含固相萃取版权显眼的确认。摘要控制压力钻井在钻井作业提供了精确的压力控制了前所未有的能力。这种能力，采用新的硬件工具的可用性创造，创造了这些工具的需要紧密协调，以确保可靠和安全运行。从模型预测控制的使用提出了作为一个多变量控制框架，可以协调多个变量同时提供更好的性能和更高的可靠性和安全性相比，目前的做法。关于双梯度钻井系统为例，提出证明如何将模型预测控制，可同时控制井底压力和挂钩位置钻柱运动期间通过同时操纵主泵的流速，海底泵流量，流速和钻柱。计算机模拟表明，在低得多的井底压力偏差提出的方法在钻柱运动的结果，手工钩位置单独控制。这项研究的影响，以及为额外的变量和

3、适当的模型预测控制的变体使用一体化的未来方向进行了探讨。介绍管理压力钻井（MPD公司）正在迅速成为一个井筒压力的精确控制技术力量雄厚。在SPE/MPD的空间碎片协委会的正式定义是“一个自适应钻井过程中使用的更精确地控制整个井孔的环形压力剖面。确定的目标是井下压力环境的限制和管理的环形液压压力剖面相应”。MPD公司通常采用一个封闭的，加压泥浆循环系统，相对于传统的系统，其中泥是通过在常压下开行返回。由于MPD公司视为一个密闭容器泥浆循环系统，而不是作为一个开放的系统，它提供了更高的灵活性，比传统的压力和泥浆泵泥浆重量仅仅根据利率调整的调整和精度。MPD公司有多种变体（Hannegan，200

4、7年）等的PMCD（加压钻井泥浆章），CBHP（恒井底压力），区局（反向循环），和指导文件（双梯度钻井的几种方法）。要成为可能，MPD公司需要诸如钻具止回阀（营养素参考值）设备，旋转控制装置，节流管汇，表面分离系统，以及各种泵。虽然这些设备提供了前所未有的能力，它也产生可操作性的挑战，必须在广泛接受的技术解决（雷姆等。，2008）。这些挑战散发，在任何一小部分，从不同台设备和需要协调它们的行动（通常不平凡）的相互作用。在操作系统上以及行业公认过程必须进行调整和进一步发展在MPD公司使用。更重要的是，流程主要依据是对人类实现其应用到MPD公司时，由于人类的能力有限的情况下可靠地处理涉及几个变

5、量相互作用的同时限制。其结果可能是生产时间损失，从而抵消了使用MPD公司的主要原因。这种潜在困境的一个解决方案是有利的自动化工具的使用。这些工具将提供MPD的相关活动的可靠整合，让人们集中于更高一级的决定，而让低级别的决定，可靠的自动化执行。MPD公司是有限的自动化领域中的日期（桑托斯和Catak，2007;弗雷德里克斯等，2008;。Bjørkvoll等，2008;。Godhavn，2009年），但其潜在的增长（索罗古德等人，2009年。）。自动化已经证明了其可靠性，安全性，有能力超越炼油人类（Saputelli等，2005;。Saputelli等，2006;。Nikolaou，2008

6、年）和其潜在的交通管理（Godhavn等，1996。）和航天控制（Maciejowski和Jones，2003）。这种方法的基本原则是，人类已经在制定系统的目标和制约因素的关键作用，而底层自动化系统，确保目标和约束条件得到满足。MPD公司的这个决策更可靠和有效是Breyholtz讨论等方式的总体影响。（2010年）。在这项工作中，我们侧重于一个方面，这种自动化的方法，即井底压力和挂钩位置自动化控制系统中的指导文件。该自动化系统2固相萃取124631使用模型预测的自动化技术控制（MPC）协调的主要泥泵的流量，水下泵的流量，流速和钻柱。货币政策委员会在先前的研究已经显示到effienctly协

7、调钻井作业控制输入（Breyholtz，2009a的）。在本文的其余部分，我们提供了一个物理系统与我们合作的简要概述，并制定了简化模型在货币政策委员会自动化系统使用。该方法是一个封闭的测试，其中包括一个虚拟的循环以及货币政策委员会所设计的计算机模拟控制。系统描述的MPD公司的变种，我们在这项工作中处理与通常可以作为双梯度钻井隔水管低回报系统（指导文件）分类。指导文件是一个相对较新的钻井技术，该技术是在90年代推出。一词指