本發(fā)明屬于石油固井，尤其涉及一種半程固井滑套用防回流系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
1、在油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，固井技術(shù)是確保井筒完整性和長(zhǎng)期生產(chǎn)能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。半程固井滑套技術(shù)作為一種重要的完井工具，被廣泛應(yīng)用于尾管固井和井筒封隔作業(yè)中。現(xiàn)有的半程固井滑套通常采用固井尾管掛先坐掛后期固井再提出管柱下壓坐封的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在一定程度上能夠滿足固井施工需求，但仍然存在一些難以克服的缺陷。首先，在固井過(guò)程中，由于井下壓力復(fù)雜多變，傳統(tǒng)的固井滑套在固井完成后需要外部工具進(jìn)行操作才能關(guān)閉，這一過(guò)程容易受到井下復(fù)雜環(huán)境的影響，可能導(dǎo)致密封延遲或者封隔失敗，進(jìn)而導(dǎo)致水泥漿產(chǎn)生回流，影響固井質(zhì)量。
2、其次，現(xiàn)有的固井滑套密封圈通常采用固定剛度材料，密封壓力不可調(diào)節(jié)，然而井下溫度、壓力、水泥漿粘度等因素具有較大不確定性，固定剛度的密封圈難以在所有工況下保持最佳密封效果，可能導(dǎo)致密封不足而產(chǎn)生水泥回流，或者密封壓力過(guò)大導(dǎo)致密封圈損壞。此外，傳統(tǒng)的滑套開(kāi)關(guān)工具依賴機(jī)械配合結(jié)構(gòu)，但井下環(huán)境往往存在高溫高壓，水泥漿中的固相顆粒也可能沉積在滑套內(nèi)部，從而導(dǎo)致滑套在開(kāi)關(guān)過(guò)程中出現(xiàn)卡滯甚至完全無(wú)法回收的問(wèn)題，影響施工進(jìn)度和安全性。另外，在固井過(guò)程中，水泥漿的流動(dòng)狀態(tài)會(huì)受到井下壓力梯度、密度、流變特性等因素的影響，現(xiàn)有的固井滑套通常無(wú)法智能調(diào)節(jié)流量，使得水泥漿在固井過(guò)程中填充不均勻，可能導(dǎo)致固井質(zhì)量下降，甚至影響后續(xù)的完井作業(yè)。最后，傳統(tǒng)的滑套在固井施工過(guò)程中無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)密封狀態(tài)，密封效果完全依賴施工人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，缺乏井下數(shù)據(jù)反饋和智能調(diào)控機(jī)制，一旦密封出現(xiàn)問(wèn)題，無(wú)法及時(shí)調(diào)整，導(dǎo)致固井施工失敗的風(fēng)險(xiǎn)增加。
3、為此，我們提出來(lái)一種半程固井滑套用防回流系統(tǒng)及方法解決上述問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法智能調(diào)節(jié)流量，使得水泥漿在固井過(guò)程中填充不均勻的問(wèn)題，而提出的一種半程固井滑套用防回流系統(tǒng)及方法。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：
3、一種半程固井滑套用防回流系統(tǒng)，包括
4、數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊被設(shè)置為通過(guò)傳感器采集原始數(shù)據(jù)，并對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理得到第一數(shù)據(jù)；
5、模型構(gòu)建模塊，所述模型構(gòu)建模塊被設(shè)置為利用自適應(yīng)非線性函數(shù)來(lái)構(gòu)建一個(gè)描述環(huán)境狀態(tài)與第一數(shù)據(jù)之間關(guān)系的動(dòng)態(tài)環(huán)境模型，其中通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)對(duì)第一環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)求和，經(jīng)過(guò)多個(gè)激活層來(lái)進(jìn)行非線性映射來(lái)輸出對(duì)環(huán)境狀態(tài)的預(yù)測(cè)值，得到第二環(huán)境數(shù)據(jù)；
6、決策模塊，所述決策模塊被設(shè)置為根據(jù)第二環(huán)境數(shù)據(jù)得到動(dòng)作空間，動(dòng)作空間由控制密封壓力的參數(shù)組成，并通過(guò)深度q學(xué)習(xí)算法來(lái)優(yōu)化得到最優(yōu)的動(dòng)作空間，同時(shí)設(shè)置了獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)來(lái)調(diào)整壓力調(diào)整與設(shè)備安全性的平衡，經(jīng)過(guò)多輪訓(xùn)練迭代得出一個(gè)最優(yōu)策略；
7、壓力控制模塊，所述壓力控制模塊被設(shè)置為通過(guò)輸入最優(yōu)策略得到對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)控制的壓力控制參數(shù)，并將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的環(huán)境反饋返回至決策模塊來(lái)調(diào)整壓力控制參數(shù)；
8、流量控制模塊，所述流量控制模塊基于第二環(huán)境數(shù)據(jù)和壓力控制模塊中最終得到的壓力控制參數(shù)來(lái)調(diào)整流量的分布和調(diào)節(jié)策略，并通過(guò)目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化最終得到流量控制參數(shù)；
9、反饋優(yōu)化模塊，所述反饋優(yōu)化模塊通過(guò)輸入流量控制參數(shù)和壓力控制參數(shù)來(lái)定期驗(yàn)證密封圈的密封效果，并通過(guò)壓力誤差來(lái)衡量當(dāng)前參數(shù)與目標(biāo)值的偏差，并基于偏差反饋優(yōu)化控制策略。
10、優(yōu)選的，原始數(shù)據(jù)中包括不同物理量，具體為溫度、壓力、流速和粘度。
11、優(yōu)選的，數(shù)據(jù)預(yù)處理為通過(guò)加權(quán)濾波算法來(lái)平滑數(shù)據(jù)，通過(guò)加權(quán)濾波器對(duì)相鄰時(shí)刻的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均來(lái)減少噪聲。
12、優(yōu)選的，獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)中通過(guò)引入了壓力變化的懲罰項(xiàng)和壓力約束來(lái)平衡壓力調(diào)整與設(shè)備安全性。
13、優(yōu)選的，壓力控制模塊中還設(shè)置了約束優(yōu)化算法，通過(guò)加入壓力穩(wěn)定性約束，并在最小化目標(biāo)壓力與實(shí)際井下壓力之間的差異的基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)壓力變化率的懲罰項(xiàng)來(lái)控制參數(shù)變化的平滑性以優(yōu)化密封圈壓力調(diào)節(jié)過(guò)程。
14、優(yōu)選的，流量控制模塊中使用的目標(biāo)函數(shù)被定義為最小化流量調(diào)節(jié)后當(dāng)前壓力與目標(biāo)壓力的差異，保證流量的平滑變化和穩(wěn)定性。
15、優(yōu)選的，流量控制模塊中引入自適應(yīng)優(yōu)化策略，通過(guò)反饋調(diào)整控制參數(shù)，計(jì)算流量調(diào)節(jié)策略的效果，并根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)調(diào)整流量的控制參數(shù)。
16、一種半程固井滑套用防回流方法，包括：
17、通過(guò)傳感器采集原始數(shù)據(jù)，并對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理得到第一數(shù)據(jù)；
18、利用自適應(yīng)非線性函數(shù)來(lái)構(gòu)建一個(gè)描述環(huán)境狀態(tài)與第一數(shù)據(jù)之間關(guān)系的動(dòng)態(tài)環(huán)境模型，其中通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)對(duì)第一環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)求和，經(jīng)過(guò)多個(gè)激活層來(lái)進(jìn)行非線性映射來(lái)輸出對(duì)環(huán)境狀態(tài)的預(yù)測(cè)值，得到第二環(huán)境數(shù)據(jù)；
19、將第二環(huán)境數(shù)據(jù)輸入得到動(dòng)作空間，動(dòng)作空間由控制密封壓力的參數(shù)組成，并通過(guò)深度q學(xué)習(xí)算法優(yōu)化得到最優(yōu)的動(dòng)作空間，同時(shí)設(shè)置了獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)來(lái)調(diào)整壓力調(diào)整與設(shè)備安全性的平衡，經(jīng)過(guò)多輪訓(xùn)練迭代得出一個(gè)最優(yōu)策略；
20、輸入最優(yōu)策略得到對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)控制的壓力控制參數(shù)，并將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的環(huán)境反饋返回至決策模塊來(lái)調(diào)整壓力控制參數(shù)；
21、輸入第二環(huán)境數(shù)據(jù)和壓力控制參數(shù)來(lái)調(diào)整流量的分布和調(diào)節(jié)策略，并通過(guò)目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化最終得到流量控制參數(shù)；
22、輸入流量控制參數(shù)和壓力控制參數(shù)來(lái)驗(yàn)證密封圈的密封效果，并通過(guò)壓力誤差來(lái)衡量當(dāng)前參數(shù)與目標(biāo)值的偏差，并基于偏差即時(shí)反饋優(yōu)化控制策略。
23、綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明通過(guò)強(qiáng)化學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的密封壓力優(yōu)化和自適應(yīng)流量控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥流動(dòng)狀態(tài)和密封過(guò)程的智能優(yōu)化，從而提高防回流能力和固井質(zhì)量。
1.一種半程固井滑套用防回流系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半程固井滑套用防回流系統(tǒng)，其特征在于，所述原始數(shù)據(jù)中包括不同物理量，具體為溫度、壓力、流速和粘度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半程固井滑套用防回流系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理為通過(guò)加權(quán)濾波算法來(lái)平滑數(shù)據(jù)，通過(guò)加權(quán)濾波器對(duì)相鄰時(shí)刻的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均來(lái)減少噪聲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半程固井滑套用防回流系統(tǒng)，其特征在于，所述獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)中通過(guò)引入了壓力變化的懲罰項(xiàng)和壓力約束來(lái)平衡壓力調(diào)整與設(shè)備安全性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半程固井滑套用防回流系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力控制模塊中還設(shè)置了約束優(yōu)化算法，通過(guò)加入壓力穩(wěn)定性約束，并在最小化目標(biāo)壓力與實(shí)際井下壓力之間的差異的基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)壓力變化率的懲罰項(xiàng)來(lái)控制參數(shù)變化的平滑性以優(yōu)化密封圈壓力調(diào)節(jié)過(guò)程。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半程固井滑套用防回流系統(tǒng)，其特征在于，所述流量控制模塊中使用的目標(biāo)函數(shù)被定義為最小化流量調(diào)節(jié)后當(dāng)前壓力與目標(biāo)壓力的差異，保證流量的平滑變化和穩(wěn)定性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半程固井滑套用防回流系統(tǒng)，其特征在于，所述流量控制模塊中引入自適應(yīng)優(yōu)化策略，通過(guò)反饋調(diào)整控制參數(shù)，計(jì)算流量調(diào)節(jié)策略的效果，并根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)調(diào)整流量的控制參數(shù)。
8.一種半程固井滑套用防回流方法，其特征在于，包括：