一种旋转导向系统及其控制方法技术方案

本申请提供一种旋转导向系统及其控制方法。所述系统包括偏置导向机构，井下传感器以及井下控制中心，其中所述偏置导向机构包括外壳以及被所述外壳包裹的钻柱；所述井下传感器位于所述偏置导向机构的外壳上，用来检测所述钻柱的转速并将所述转柱的转速发送至所述井下控制中心；所述井下控制中心与所述偏置导向机构和所述井下传感器相连，用来根据所述井下传感器发来的所述转柱的转速，确定所述转柱的转速对应的偏置导向机构的第一工具面角和第一偏心距并根据所述第一工具面角和第一偏心距调整所述偏置导向机构的工具面角和偏心距。本申请实施例提供的一种旋转导向系统及其控制方法可以避免泥浆脉冲信号的衰减或丢失，保证了井下工具的正常运行。

【技术实现步骤摘要】
一种旋转导向系统及其控制方法
本申请涉及石油地质勘探和钻井工艺
，特别涉及一种旋转导向系统及其控制方法。
技术介绍
旋转导向钻井技术是20世纪末期发展起来的一项先进钻井新技术，随着全球范围的推广应用，该技术日趋成熟，使世界钻井技术出现了一次质的飞跃。目前，世界上几家大石油公司的旋转导向系统已经实现了商业化技术应用：a、90年代初德国KTB项目组与EastManTeleo公司联合开发研制的VDS自动垂直钻井系统；b、AGIP公司与BakerHughes公司合作在VDS系统的基础上开发研制的SDD自动直井钻井系统；c、1991年美国能源部资助研制的ADD自动定向钻井系统；d、Sperry-sun公司1993年研制了AGS，1999年又推出新一代的Geo-Pilot旋转导向自动钻井系统，该系统的性能已达到90年代末世界先进的RCLS和SRD系统水平，后来Sperry-sun公司与Halliburton公司合并；e、1993年AGIP公司与BakerHughes公司合作，经过3年的研制，在1997年，RCLS系统注册为AutoTrak，正式推向市场；f、1994年英国Camco公司研制出SRD全旋转导向自动钻井系统，1999年5月，Camco公司与Schlumberger公司的Anadrill公司合并，将SRD系统注册为PowerDrive。按照旋转导向控制系统的原理分类，目前旋转导向钻井系统形成了两大发展方向：一类是不旋转外筒式闭环自动导向钻井系统，包括BakerHughes公司的AutoTrakRClS系统和Halliburton公司的Geo—Pi1ot系统；另一类是以SchlumbergerAnadri11公司的PowerDriverSRD系统为代表的全旋转自动导向钻井系统。然而这两类旋转导向系统在现场应用时都有其局限性：依赖于随钻测量工具(MWD/LWD)来接收井下测量仪器的信号和发送工作指令给井下偏置导向机构，即作业指令需要通过CPU编码，利用钻井液压力波动实现上行和下行信号的传递，通常采用上行信号正脉冲和下行指令负脉冲的方式来实现。由于受钻井液脉冲信号在传递过程中的衰减和压力信号波动干扰等问题的影响，作业指令往往不能及时有效的发送给井下偏置机构，甚至出现信号干扰导致井下工具失效的情况。应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
本申请实施例的目的在于提供一种旋转导向系统及其控制方法，以避免利用正负脉冲信号来实现指令的传递，保证井下工具的正常运行。本申请实施例提供的一种旋转导向系统及其控制方法是这样实现的：一种旋转导向系统，包括偏置导向机构，井下传感器以及井下控制中心，其中：所述偏置导向机构，包括外壳以及被所述外壳包裹的钻柱；所述井下传感器，位于所述偏置导向机构的外壳上，用来检测所述钻柱的转速并将所述转柱的转速发送至所述井下控制中心；所述井下控制中心，与所述偏置导向机构和所述井下传感器相连，用来根据所述井下传感器发来的所述转柱的转速，确定所述转柱的转速对应的偏置导向机构的第一工具面角和第一偏心距，并根据所述第一工具面角和第一偏心距调整所述偏置导向机构的工具面角和偏心距。一种旋转导向系统的控制方法，包括：获取偏置导向机构中钻柱的转速；根据预先建立的钻柱的转速与偏置导向机构的工具面角和偏心距的对应关系，确定获取的转速对应的偏置导向机构的第一工具面角和第一偏心距；根据确定的第一工具面角和第一偏心距，调整偏置导向机构的工具面角和偏心距。本申请实施例提供的一种旋转导向系统及其控制方法，通过预先建立转速与工具面角和偏心距的对应关系，可以由井下工具实现对偏置导向机构的自测自控，避免了与地面设备的信号传输，从而可以避免泥浆脉冲信号的衰减或丢失，保证了井下工具的正常运行。附图说明图1为本申请提供的一种旋转导向系统的控制方法的流程图；图2为本申请实施例支撑翼肋的支撑力矢量和示意图；图3为本申请实施例提供的一种旋转导向系统的功能模块图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。本申请实施例通过钻井现场实践发现，在钻井过程中钻柱的转数是一个相对稳定的、可控的钻井参数。本申请实施例提供的旋转导向系统及其控制方法可以在地面改变钻柱的转速，然后利用井下传感器检测钻柱的转速，从而可以变相地获取地面的控制指令。接着通过井下控制中心执行预先设置的程序，对偏置导向机构进行工具面角和偏心距的控制，从而实现井下工具的自测自控，实现完全闭环导向系统。图1为本申请提供的一种旋转导向系统的控制方法的流程图。虽然下文描述流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。如图1所示，所述方法可以包括：S1：获取偏置导向机构中钻柱的转速。本申请实施例可以预先建立钻柱的转速与偏置导向机构的工具面角和偏心距的对应关系。该对应关系可以是测井人员预先制定，并用key-value的形式存储于井下控制中心。其中，可以将钻柱的转速作为key，将偏置导向机构的工具面角和偏心距作为value。井下控制中心根据钻柱的转速，便可以查询到与该转速对应的工具面角和偏心距。当然，钻柱的转速与偏置导向机构的工具面角和偏心距的对应关系还可以用其他形式进行存储，本申请对此并不做限定。表1为本申请实施例建立的钻柱的转速与偏置导向机构的工具面角和偏心距的对应关系的示意表。表1转速与偏置导向机构的工具面角和偏心距的对应关系的示意表从表1中可以看出，本申请实施例将偏置导向机构的工具面角以30°为间隔，分为12组不同的工具面角，并且每个工具面角均对应着三组不同的偏心距。这样就形成了36组不同的工具面角与偏心距的组合。其中，每个组合均对应着唯一的钻柱的转速，这样便可以实现钻柱的转速与工具面角和偏心距的一一对应关系。例如，转速76转/分钟对应着90°的工具面角以及较小的偏心距，转速64转/分钟对应着240°的工具面角以及中等的偏心距。从表1中还可以看出钻柱除了三个偏心距的状态，还存在中位状态，该中位状态对应着多个不同范围的转速。这些不同范围的转速和上述与工具面角和偏心距一一对应的转速也不相同，同样具备唯一性的特征。在实际钻井作业中，往往存在不同的钻井模式。在本申请实施例中，所述钻井模式可以包括定向钻井模式和稳斜钻井模式。其中，当进行定向钻井模式时，需要计算出偏置导向机构的工具面角和偏心距，以保证定向的需求。计算出偏置导向机构的工具面角和偏心距后，可以在地面调节钻柱的转速，使得钻柱的转速与计算出的工具面角和偏心距相对应。然后可以通过后续的检测和调整步骤，实现对井下偏置导向机构的定向。当进行稳斜钻井模式时，则无需计算偏置导向机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转导向系统，其特征在于，包括偏置导向机构，井下传感器以及井下控制中心，其中：所述偏置导向机构，包括外壳以及被所述外壳包裹的钻柱；所述井下传感器，位于所述偏置导向机构的外壳上，用来检测所述钻柱的转速并将所述转柱的转速发送至所述井下控制中心；所述井下控制中心，与所述偏置导向机构和所述井下传感器相连，用来根据所述井下传感器发来的所述转柱的转速，确定所述转柱的转速对应的偏置导向机构的第一工具面角和第一偏心距，并根据所述第一工具面角和第一偏心距调整所述偏置导向机构的工具面角和偏心距。

【技术特征摘要】
1.一种旋转导向系统，其特征在于，包括偏置导向机构，井下传感器以及井下控制中心，其中：所述偏置导向机构，包括外壳以及被所述外壳包裹的钻柱；所述井下传感器，位于所述偏置导向机构的外壳上，用来检测所述钻柱的转速并将所述钻柱的转速发送至所述井下控制中心；所述井下控制中心，与所述偏置导向机构和所述井下传感器相连，用来根据所述井下传感器发来的所述钻柱的转速，确定所述钻柱的转速对应的偏置导向机构的第一高边工具面角和第一偏心距，并根据所述第一高边工具面角和第一偏心距调整所述偏置导向机构的高边工具面角和偏心距。2.如权利要求1所述的旋转导向系统，其特征在于，所述偏置导向机构还包括：N个支撑翼肋，其中，每个支撑翼肋连接有一个液压缸，N为大于等于3的正整数。3.如权利要求1或2所述的旋转导向系统，其特征在于，所述井下传感器具体包括转速计数器和/或转速表。4.如权利要求1所述的旋转导向系统，其特征在于，所述系统还包括：高边工具面角检测机构，用来检测所述偏置导向机构的高边工具面角，并将检测到的高边工具面角发送至所述井下控制中心；相应地，所述井下控制中心还用来将所述检测到的高边工具面角与所述第一高边工具面角进行对比，判断所述检测到的高边工具面角是否与所述第一高边工具面角一致；若所述检测的高边工具面角与所述第一高边工具面角不相等，向所述偏置导向机构发送修正指令。5.一种旋转导向系统的控制方法，其特征在于，包括：获取...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴斌，焦玉卫，刘东，张晶，乔宏实，李勇，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11