(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 202111610944.7 (22)申请日 2021.12.27 (71)申请人 中法渤海地质服 务有限公司 地址 300452 天津市滨 海新区塘沽548信箱 (72)发明人 毛敏　徐凤阳　倪朋勃　吴昊晟　 兰晶晶　孙源　向超　钱晓东　 (74)专利代理 机构 北京远大卓悦知识产权代理 有限公司 1 1369 专利代理师 王雪娇 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) E21B 21/08(2006.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于卡尔曼滤波和非线性指数控制的 压力控制方法 (57)摘要 本发明公开一种基于卡尔曼滤波和非线性 指数控制的压力控制方法， 包括： 步骤一、 建立管 道压力和流量动力学的水力模型， 将管道流量反 算为节流压力， 计算钻井液中气固两相成分对系 统的瞬间影 响， 修正压力响应； 步骤二、 通过集合 卡尔曼滤波提高在线管道的建模精度； 步骤三、 通过非线性预测控制来控制节 流阀的开度， 进而 保持管道 流量恒定。 通过建立压力和流量动力学 的水力模型进行估算， 将管道流量反算为节流压 力， 结合实际钻井液携带岩屑和气体会对系统瞬 态的的节 流压力产生影 响的情况， 通过集合卡尔 曼滤波提高在线管道建模的精度， 再由平滑的节 流压力得到期望的管道流量， 最后通过非线性预 测控制， 控制节流阀提供相应的压力。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114741981 A 2022.07.12 CN 114741981 A 1.一种基于卡尔曼 滤波和非线性指数控制的压力控制方法， 其特 征在于， 包括： 步骤一、 建立管道压力和流量动力学的水力模型， 将管道流量反算为节流压力， 计算钻 井液中气固两相成分对系统的瞬 间影响， 修 正压力响应； 步骤二、 通过集合卡尔曼滤波提高在线管道的建模精度， 优化压力响应； 在线管道模型 必须解决处理额外的压力、 流量和测量问题， 但是这些测 量超出了基础偏微分方程的边界 条件所需要的范围； 对于管道模型这样的大型系统来说， 普通的卡尔曼滤波器并不能满足 需求， 所以使用能够提供 更高计算效率与精度的集 合卡尔曼滤波； 步骤三、 然后通过非线性指数控制， 计算出提供所需负载损失的阀门的开启度； 因此， 通过精确提供设定值压力的节流口 的开度应， 进 而保持管道流 量恒定。 2.根据权利要求1所述的基于卡尔曼滤波和非线性指数控制的压力控制方法， 其特征 在于， 所述 步骤一包括： 流量管道的动态特性可以用液压传输线的先进分布式模型来描述； 液压传输线模型的 一个公式可以写成方程式： 含有气体的流体的有效体积模量可按照式子计算： 其中βe、 βl和βg分别为有效体积模量， 液体体积模量和气体体积模量； Vg和Vt分别为气体 体积和总体积； 假设节流压力控制器采用泥浆体积 模量βf建模， 而实际钻井液是泥 浆和气体的混合物， 体积模量βm较小， 修改的压力响应如下： 从而将节流阀压力动态降低到： 式中， e是节流阀压力控制误差， V和β 分别是体积和体积模量， p和q分别是压力和流 量。 3.根据权利要求2所述的基于卡尔曼滤波和非线性指数控制的压力控制方法， 其特征 在于， 所述 步骤二包括： “系统平均状态 ”是集合卡尔曼滤波目前对系统真实状态的最佳猜测， 系统平均状态为 是集合体元素 的平均值， 表达式为： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114741981 A 2对真实的预测测量向量进行了类似的最佳猜测， 作为预测测量的集合平均值， 表达 式为： 在集合卡尔曼滤波中， 所有的系统成员在第一个时间步都从同一个状态开始演化， 得 到它们的协方差， 协方差可以近似为： Exkf和Eykf分别是集合误差矩阵、 预测量差的矩阵， Pxykf和Pyykf分别是它们的协方差矩 阵。 4.根据权利要求3所述的基于卡尔曼滤波和非线性指数控制的压力控制方法， 其特征 在于： 所述 步骤三包括： 步骤1、 计算所需的节流压力； 步骤2、 通过 可用输出流 量和节流压力计算节流器的开度； 步骤3、 解决环形耦合或者节流耦合， 获得新的节流压力值和输出流 量； 步骤4、 使用获得的新 流量作为输出流 量返回， 知道收敛到步骤2。 5.根据权利要求4所述的基于卡尔曼滤波和非线性指数控制的压力控制方法， 其特征 在于， 所述节流压力计算公式为： 式中， P0为初始压力， Pset为节流设定值压力， Tref为系统响应时间。 6.根据权利要求4所述的基于卡尔曼滤波和非线性指数控制的压力控制方法， 其特征 在于， 所述节流器开度的计算公式为： 式中， Cv为节流器的开度， Q 为可用输出流 量， SG为流体的比重， P(t)为所需的节流压力。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114741981 A 3