本发明专利技术公开了一种定向滑动钻进随钻监测控制装置及控制方法，装置包括数据采集传感器、可编程控制器、钻杆左右旋转控制器和监视器；传感器包括：钻杆扭矩、钻杆旋转角偏移、立管压力、大钩悬重和马达工具面角度传感器；所述可编程控制器通过对传感器采集的数据进行计算和分析，结合定向钻井经验模型和逻辑推理的方法得出控制参数，控制顶驱主轴旋转动作；控制方法包括旋转钻进、滑动钻进、工具面定向、防托压滑动钻进和滑动钻进工具面偏差修正。本发明专利技术有益效果是：解决定向滑动钻进过程中快速准确的工具面定向、修正与控制；减少井眼摩阻增大造成的定向滑动钻进钻头加不上钻压或钻进托压现象；滑动钻进机械钻速和钻井效率得到显著提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种石油钻井领域，特别是涉及一种定向滑动钻进随钻监测控制系统。
技术介绍
定向钻井有多种方法，最初采用斜向器进行井眼造斜，将一个能使钻头改变方向的工具下到预定深度，钻头通过时可以改变钻进方向，达到定向钻井的目的，该方法控制效率低，容易错失目标靶圏。 第二种方法是采用泥浆马达实现井眼定向钻进，也就是目前主要采用的定向方法。该方法与斜向器造斜的方法相比有了很大提高，定向控制得到一定改善，但该方法主要采用人工操控钻机定向和修正马达的工具面角度，由于采用泥浆马达实施定向钻井马达以上的钻具不能旋转，钻头改变方向钻进是靠马达外壳的弯角(俗称工具面)来实现的，人工控制马达工具面角度效率很低。另外，由于马达以上钻具不能旋转，这时的定向钻进也被称作滑动钻进，在井斜和位移不断增大的过程中，井眼的轴向摩阻也随之增大，滑动钻进经常会出现钻头托压，也就是井底钻具不能持续输送井底钻压，给钻井作业带来很大困难，因此，滑动钻进的机械钻速和钻井效率还是很低。 第三种方法是目前最为有效的旋转导向系统，旋转导向系统能在整个钻具旋转时让钻头改变方向，使用旋转导向系统既不存在调整工具面角度的问题，也不存在钻进托压的问题。旋转导向系统的优势在于钻具连续旋转、极好的定向控制、井眼质量显著改善，机械钻速和钻井效率大幅度提高。虽然旋转导向系统在定向钻井方面具有很强的优势，国外钻井业界使用该系统已有数年，但使用成本极高，多数是在海上钻井作业中使用，陆上定向钻井很 少使用这种系统。旋转导向系统目前在国内还处于研发阶段，成熟的商业化普及应用尚需等待。 <br>目前，影响泥浆马达定向钻井速度的主要因素就是滑动钻进，也就是人们熟知的一个井眼的曲线段钻进或水平段钻进。滑动钻进一般占去了整个钻井时间的30％左右，实践证明人工操控钻机调整和控制工具面效率很低，耗费时间很多，极大的影响的钻井速度。另一个影响定向钻井速度的因素就是钻进托压，由于定向滑动钻进时泥浆马达以上的钻具不能旋转，在井眼具有一定井斜和位移时，井底钻具组合和部分钻具在重力的作用下躺在井眼的下侧，加之泥浆泵排量的限制，井眼净化不佳，这些因素导致了井眼与钻具之间的静摩擦力变得越来越大，最终造成钻压加不到钻头上，出现钻进托压，其结果给定向钻进的机械钻速和钻井效率带来很大影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的一个技术问题是提供一种能够提高井身质量和井眼轨迹控制的定向滑动钻进随钻监测控制装置。 本专利技术要解决的另一个技术问题是提供一种定向滑动钻进随钻监测控制方法。 为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种定向滑动钻进随钻监测控制装置，该定向滑动钻进设有组合钻具，包括：钻杆、泥浆马达、钻头，该监测控制装置包括数据采集传感器、可编程控制器、钻杆左右旋转控制器和监视器；所述数据采集传感器包括：钻杆扭矩传感器、钻杆旋转角偏移传感器、立管压力传感器、大钩悬重传感器和马达工具面角度传感器；所述可编程控制器通过对传感器采集的数据进行计算和分析，结合定向钻井经验模型和逻辑推理的方法得出控制参数，控制顶驱主轴精确旋转动作；所述钻杆一端连接钻杆左右旋转控制器，另一端深入钻井连接所述泥浆马达， 所述泥浆马达连接钻头；所述泥浆马达设有MWD工具面和马达壳体弯角。 所述钻杆扭矩传感器、钻杆旋转角偏移传感器、立管压力传感器、大钩悬重传感设置在地面上，所述马达工具面角度传感器设置在所述MWD工具面内。 一种定向滑动钻进随钻监测控制装置的控制方法，步骤如下： S1，由旋转钻进导入，然后与滑动钻进交替进行；S2，滑动钻进同时进行工具面定向：钻具左右摇摆旋转执行滑动钻进，此时若判断钻头触底前出现托压且钻头触底时工具面正确，则转入防托压滑动钻进；S3，防托压滑动钻进：当钻头下到井底后产生托压，此时马达工具面角度不正确，需要进行重试或修正后继续滑动钻进；S4，工具面偏差修正：当判断工具面角度不正确时，先关闭滑动钻进系统，处理滑动钻进过程中工具面角度的偏差修正，修正完成后返回滑动钻进。 S1所述旋转钻进与滑动钻进交替进行是直线导引钻进时为旋转钻进；拐弯钻进时为滑动钻进。 所述工具面定向是调整工具面角度。 所述工具面偏差修正为进行逆时针修正或进行顺时针修正。 本专利技术的有益效果是：运用可编程控制器控制顶驱主轴转动，通过精确定位钻杆角偏移的方法，有效解决了定向滑动钻进过程中快速准确的工具面定向、修正与控制；通过精确控制顶驱主轴钻杆左右旋转的方法，有效减少了由于井眼摩阻增大造成的定向滑动钻进钻头加不上钻压或钻进托压的现象；滑动钻进机械钻速和钻井效率得到了显著提高。 附图说明图1是本专利技术定向钻井装置示意图， 图2是本专利技术定向钻井控制原理示意图， 图3是本专利技术定向钻井控制钻进流程示意图。 其中： 1、钻杆 2、泥浆马达 3、钻头 21、MWD工具面 22、马达壳体弯角 4、钻杆扭矩传感器 5、钻杆旋转角偏移传感器 6、立管压力传感器 7、大钩悬重传感 8、地面 具体实施方式本专利技术主要应用于石油钻井行业，适用于顶驱钻机采用泥浆马达加随钻测量MWD系统井底钻具组合的定向钻井作业。采用泥浆马达进行定向钻井，改变井眼方向要靠泥浆马达外壳的一个弯角来实现，这个弯角通常在0.5-3°之间，弯角的朝向也被称作工具面角度，通过改变工具面角度可以使钻头改变方向。钻进监测系统含有一个监视器，用于钻井参数的实时跟踪与监测，通过将5个传感器，即钻杆扭矩传感器、钻杆旋转角偏移传感器、马达工具面角度传感器、立管压力传感器和大钩悬重传感器，采集到的实时数据送入顶驱可编程控制器，通过工控编程，将静态输入数据和动态采集数据实时显示在监视器上；可编程控制器通过对传感器采集的数据进行计算和分析，结合定向钻井经验模型和逻辑推理的方法得出控制参数，控制顶驱主轴精确旋转动作，实现快速工具面定向、修正与控制；减小井眼摩阻、输送井底钻压，提高滑动钻进机械钻速和钻井效率。 下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明： 如图1所示，本专利技术的定向滑动钻进随钻监测控制装置包括组合钻具和监控装置，所述组合钻具包括：钻杆1、泥浆马达2、钻头3，所述监控装置包括数据采集传感器、可编程控制器、钻杆左右旋转控制器和显示器； 所述钻杆1一端连接钻杆左右旋转控制器，另一端深入钻井连接所述泥浆马达2，所述泥浆马达2连接钻头3；所述泥浆马达2设有MWD工具面21和马达壳体弯角22；所述数据采集传感器包括：钻杆扭矩传感器4、钻杆旋转角偏移传感器5、立管压力传感器6、大钩悬重传感7和马达工具面角度传感器(图中未示)。 所述钻杆扭矩传感器4、钻杆旋转角偏移传感器5、立管压力传感器6、大钩悬重传感7设置在地面8上，所述马达工具面角度传感器设置在所述MWD工具面21内。 图2所示是定向滑动钻进随钻监测控制系统的基本控制原理，5个传感器将采集到的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种定向滑动钻进随钻监测控制装置，该定向滑动钻进设有组合钻具，包括：钻杆(1)、泥浆马达(2)、钻头(3)，其特征是：该监测控制装置包括数据采集传感器、可编程控制器、钻杆左右旋转控制器和监视器；所述数据采集传感器包括：钻杆扭矩传感器(4)、钻杆旋转角偏移传感器(5)、立管压力传感器(6)、大钩悬重传感器(7)和马达工具面角度传感器；所述可编程控制器通过对传感器采集的数据进行计算和分析，结合定向钻井经验模型和逻辑推理的方法得出控制参数，控制顶驱主轴精确旋转动作；所述钻杆(1)一端连接钻杆左右旋转控制器，另一端深入钻井连接所述泥浆马达(2)，所述泥浆马达(2)连接钻头(3)；所述泥浆马达(2)设有MWD工具面(21)和马达壳体弯角(22)。
【技术特征摘要】
1.一种定向滑动钻进随钻监测控制装置，该定向滑动钻进设有组合钻
具，包括：钻杆(1)、泥浆马达(2)、钻头(3)，其特征是：该监测控
制装置包括数据采集传感器、可编程控制器、钻杆左右旋转控制器和监视器；
所述数据采集传感器包括：钻杆扭矩传感器(4)、钻杆旋转角偏移传感器
(5)、立管压力传感器(6)、大钩悬重传感器(7)和马达工具面角度传
感器；所述可编程控制器通过对传感器采集的数据进行计算和分析，结合定
向钻井经验模型和逻辑推理的方法得出控制参数，控制顶驱主轴精确旋转动
作；所述钻杆(1)一端连接钻杆左右旋转控制器，另一端深入钻井连接所
述泥浆马达(2)，所述泥浆马达(2)连接钻头(3)；所述泥浆马达(2)
设有MWD工具面(21)和马达壳体弯角(22)。
2.根据权利要求1所述的定向滑动钻进随钻监测控制装置，其特
征是：所述钻杆扭矩传感器(4)、钻杆旋转角偏移传感器(5)、立管压力
传感器(6)、大钩悬重传感(7)设置在地面上，所述马达工具面角度
传感器设置在所述MWD工具面(21)内。
3.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：李智鹏，陶瑞东，尤军，徐学军，杨永顺，张建荣，许京国，杨静，戴积军，张连水，高连良，许斌，王建俊，张燕，赵静华，
申请(专利权)人：中国石油集团渤海钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12
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