本发明专利技术涉及油气田开发领域，尤其涉及一种控制连续油管钻井钻进速度和钻压的系统及方法。其特征主要在于：该系统由连续油管智能钻机、井口装置、连续油管、钻井机器人、钻柱振动测量装置、MWD、动力钻具和钻头组成，通过钻柱振动测量装置检测钻柱振动情况，再通过钻井机器人实时调节钻井过程中钻柱的钻进速度和钻压，与现有技术相比具有以下优点：解决了连续油管钻井作业时钻柱的振动问题，使得钻井系统能够自适应井底工况，形成井下闭环钻井系统，智能连续钻进。
【技术实现步骤摘要】
一种控制连续油管钻井钻进速度和钻压的系统及方法
本专利技术涉及油气田开发领域，尤其涉及一种控制连续油管钻井钻进速度和钻压的系统及方法。
技术介绍
连续油管用途十分广泛，连续油管作业具有成本低、体积小、作业周期快等优点，尤其是连续油管钻井技术有如下优点：(1)能够安全地实现欠平衡压力钻井作业，有利于保护油气层，提高钻进速度，连续油管没有接头，为实现欠平衡压力钻井创造了有利条件。(2)在钻进过程中不需停泵接单根，可实现钻井液的连续循环，减少了起下钻时间，缩短了钻井周期，提高了起下钻进速度度和作业的安全性，避免因接单根可能引起井喷和卡钻事故的发生。(3)连续油管钻井特别适用于小井眼钻井、老井侧钻、老井加深。在老井侧钻或加深作业中，因连续油管直径小可进行过油管作业，无需取出老井中现有的生产设备，从而实现边采边钻的目的，可显著节约钻井成本。连续油管钻井技术，在我国的非常规气藏、致密气、页岩气及煤层气等勘探开发方面，有着广泛的应用前景。对于常规油气井难以高效开采的油气田，为了提高油气田的产量，应用连续油管水平井技术开发也是一个很好的选择。在水平井进行连续油管钻井作业时，钻井管串会受到来自井壁的摩擦阻力，并且摩擦阻力会随着水平井长度和井斜角的增大而增大，还有连续油管是挠性管，不能从井口施加压力，因此钻井管串普遍存在下入困难和钻头钻压提供困难等难题。目前国内外通常采用两种方法解决这个问题：一、采用降低摩阻的方法，如机械结构减阻、润滑剂减阻，这种方法能降低摩擦力，在一定程度解决这个问题；二、采用井下机器人对管串实施牵引，这种方法将对管串提供轴向拉力，可以从根本上解决这个难题。在连续油管钻井过程中，影响钻进作业的最难以控制的、影响最大的就是钻柱的振动，钻柱发生振动的原因很复杂，大致可以分为以下几种：(1)钻头自身的结构特点及损坏情况，在其破碎岩石时会引起振动。(2)地层岩性和各向异性及井底不平引起的跳钻、憋钻等产生振动。(3)泵压波动，钻井液在钻柱内、外的循环流动通常也会激化和诱发钻柱的振动。钻柱振动会对钻柱特别是钻头造成严重的损害，但同时我们可以通过钻柱振动判断井底的工况，国内外有人对这种方法做了研究，并发表了一系列专利文章(专利：CN103410500A、CN201710308225.7，文章：梅东琴等，基于加速度传感器的钻柱振动测量方法研究)。美国西部钻探公司WWT在2009年提出一种基于液压伸缩式钻井机器人的水平井钻井机器人系统，并针对钻井机器人申请了一系列专利技术专利(US006003606A、US007273109B1等)，介绍了相应的钻井机器人及基于钻井机器人的钻井系统，该钻井机器人系统主要由地面控制，不能根据井下工况实时调节钻进速度和钻压，智能钻进。国内专利CN102654035.A、CN201410665275.7和CN201410665671.X公布了几种利用基于钻井机器人的底部钻具组合牵引连续油管钻井的系统的方法，假想了一种完美的钻井机器人，能够完成钻井动作，但均没有提及如何控制该钻具组合钻井时的钻进速度和钻压等实际问题。
技术实现思路
为了克服连续油管钻井作业时钻柱的振动问题，本专利技术提出了一种控制连续油管钻井钻进速度和钻压的系统及方法，通过钻柱振动测量装置检测钻柱振动情况，再通过钻井机器人实时调节钻井过程中钻柱的钻进速度和钻压，解决连续油管钻井作业时钻柱的振动问题，使得钻井系统能够自适应井底工况，形成井下闭环钻井系统，智能连续钻进。为了达到上述目的，本专利技术通过以下方案来实现：一种控制连续油管钻井钻进速度和钻压的系统，包括连续油管智能钻机、井口装置、连续油管、钻井机器人、钻柱振动测量装置、MWD、动力钻具、钻头，连续油管智能钻机通过井口装置将连续油管送入井底，连续油管前端依次接钻井机器人、钻柱振动测量装置、MWD、动力钻具和钻头。所述连续油管智能钻机上布置有泥浆泵，泥浆脉冲信号发生器和地面控制系统，钻井机器人以泥浆为动力源，地面控制系统可以通过泥浆脉冲信号发生器控制机器人的启停。所述钻井机器人内部布置有电比例溢流阀和电比例流量阀，可以通过电比例溢流阀和电比例流量阀无级调节钻柱的钻进速度和钻头压力。所述钻柱振动测量装置内部布置有加速度传感器，可以测得钻柱的纵向振动、横向振动和扭转振动，通过分析这些参数，可以得到井底的具体工况。所述的系统控制连续油管钻井钻进速度和钻压的方法，包括以下步骤：S1、连续油管智能钻机发出泥浆压力脉冲波，启动钻井机器人；S2、钻井机器人推动钻柱向前钻进；S3、在钻柱向前钻进的时候，钻柱振动测量装置实时测量钻柱振动情况；S4、钻井机器人根据钻柱振动测量装置测量的钻柱振动情况，推动钻柱以最优的钻进速度和钻压向前钻进；S5、钻井机器人停止钻进。所述的步骤S2中具体包括以下步骤：S21：钻井机器人判断钻柱所处地层的深度、岩石性能和钻头磨损等一系列影响钻井的因素；S22：钻井机器人根据这些因素，计算出合适钻进速度和钻压，推动钻柱向前钻进。所述的步骤S4中具体包括以下步骤：S41：钻井机器人根据钻柱振动测量装置测量的钻柱振动情况，计算分析出岩石性能、钻头磨损程度等结果；S42：钻井机器人根据这些结果，计算出合适钻进速度和钻压，推动钻柱向前钻进，钻柱振动测量装置再实时反馈钻柱振动情况，自适应实际工况。所述步骤S5可以由地面控制系统控制钻井机器人启停，还可以通过钻柱振动测量装置测量得到的钻柱振动情况，判断井底工况，当井底发生如钻头损坏严重和地层泄漏等意外情况，钻井机器人自身无法自适应时，钻井机器人停止钻进。本专利技术与现有技术相比，具有的优点有：(1)通过钻柱振动测量装置检测钻柱振动情况，再通过钻井机器人实时调节钻井过程中钻柱的钻进速度和钻压，利用又解决了连续油管钻井作业时钻柱的振动问题。(4)这种方案能够自适应井底工况，形成井下闭环钻井系统，智能连续钻进，控制简单可靠。附图说明图1为基于钻井机器人的连续油管钻井系统示意图。图2为钻井机器人电液控制系统示意图。图3为左伸缩缸作用时钻井示意图。图4为右伸缩缸作用时钻井示意图。图5为左右伸缩缸共同作用时钻井示意图。图中：1、左支撑缸，2、左支撑臂，3、左伸缩缸，4、左进液口，5、控制短节，6、右进液口，7、右伸缩缸，8、右支撑臂，9、右支撑缸，10、左过滤器，11、右过滤器，12、三位四通电磁换向阀A，13、二位四通电磁换向阀A，14、三位四通电磁换向阀B，15、二位四通电磁换向阀B，16、电比例溢流阀A，17、电比例溢流阀B，18、电比例节流阀A，19、电比例溢流阀C，20、电比例溢流阀D，21、电比例节流阀B，22、压差传感器A，23、流量传感器A，24、压差传感器B，25、压差传感器C，26、流量传感器B，27、压差传感器D，28、井底环空，29、压力传感器A，30、电控系统，31、连续油管智能钻机，32、井口装置，33、连续油管，34、钻井机器人，35、钻柱振动测量装置，36、MWD，37、动力钻具，38、钻头。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现结合附图说明本专利技术的具体实施例。实施例1：如图1-2所示，一种控制连续油管钻井钻进速度和钻压的系统，包括连续油管智能钻机31、井口装置32、连续油管33、钻井机器人34本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种控制连续油管钻井钻进速度和钻压的系统，其特征在于：它包括连续油管智能钻机(31)、井口装置(32)、连续油管(33)、钻井机器人(34)、钻柱振动测量装置(35)、MWD(36)、动力钻具(37)、钻头(38)，连续油管前端依次接钻井机器人(34)、钻柱振动测量装置(35)、MWD(36)、动力钻具(37)和钻头(38)。
【技术特征摘要】
1.一种控制连续油管钻井钻进速度和钻压的系统，其特征在于：它包括连续油管智能钻机(31)、井口装置(32)、连续油管(33)、钻井机器人(34)、钻柱振动测量装置(35)、MWD(36)、动力钻具(37)、钻头(38)，连续油管前端依次接钻井机器人(34)、钻柱振动测量装置(35)、MWD(36)、动力钻具(37)和钻头(38)。2.根据权利要求1所述的一种控制连续油管钻井钻进速度和钻压的系统，其特征在于：所述连续油管智能钻机(31)上布置有泥浆泵，泥浆脉冲信号发生器和地面控制系统。3.根据权利要求1所述的一种控制连续油管钻井钻进速度和钻压的系统，其特征在于：所述钻井机器人(34)内部布置有电比例溢流阀(16、20)和电比例流量阀(18、21)。4.根据权利要求1所述的一种控制连续油管钻井钻进速度和钻压的系统，其特征在于：所述钻柱振动测量装置(35)内部布置有加速度传感器。5.根据权利要求1所述的系统控制连续油管钻井钻进速度和钻压的方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、连续油管智能钻机(35)发出泥浆压力脉冲波，启动钻井机器人(34)；S2、钻井机器人(34)推动钻柱向前钻进；S3、在钻柱向前钻进的时候，钻柱振动测量装置(35)实时测量钻柱振动情况；S4、钻井机器人...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱海燕，董润，代继樑，刘清友，赵建国，刘文全，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51
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