旋转导向系统自动曲率控制方法和系统、计算机设备技术方案

本发明专利技术提供了一种旋转导向系统自动曲率控制方法和系统、计算机设备，所述自动曲率控制方法包括以下步骤：根据前期钻进情况，确定预定机械钻速ROP；通过地面向井下发送自动曲率指令，自动曲率指令包括预定机械钻速ROP、预期曲率γ、初始造斜力和造斜方向；每间隔预定井段长度就记录一次井下时间T

【技术实现步骤摘要】
旋转导向系统自动曲率控制方法和系统、计算机设备


[0001]本专利技术涉及井眼轨迹控制
，具体来讲，涉及一种旋转导向系统自动曲率控制方法、一种旋转导向系统自动曲率控制系统、一种实现自动曲率控制方法的计算机设备和一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]旋转导向钻井系统是一项尖端自动化钻井新技术，为实现优异的钻井表现、精确的井轨控制和卓越的井眼质量提供了全新的方式。为减少地面频繁发送造斜指令带来的钻井时间消耗，进一步提高旋转导向钻井效率与井眼轨迹控制质量，目前已发展形成了旋转导向钻井系统自动垂直和自动稳井斜两种旋转导向井下闭环控制方法，现场应用取得了良好的提质提效成果。前述两种旋转导向井下自动控制方法基本原理是一致的，均是基于井下测斜传感器随钻测量的井斜角和方位角数值与期望的预设井斜角和方位角数值进行比对，如果实测的井斜角大于预设井斜角，则加大旋转导向增斜导向力，反之则减小增斜导向力；如果实测的方位角大于预设方位角，则加大旋转导向方向导向力，反之则减小方向导向力，上述过程闭环连续执行，从而达到井斜角和方位角始终围绕预设井斜角和方位角允许误差范围内运行的目的。这两种旋转导向井下自动控制方法均无需依赖测斜传感器井下空间位置等信息，其实现原理与方法相对简单。
[0003]旋转导向钻井系统在造斜段钻进时，需要根据井下上传的井斜和方位数据，并结合地面井深数据，才能计算得出造斜曲率。如果与预期曲率差异较大，则需人工计算井下需要的导向力指令，并通过信号下传装置传送给井下旋转导向系统执行更改后的导向力指令，循环往复上述过程，以达到稳定造斜曲率的目的。在此过程中，由于涉及频繁的地面
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井下交互，需要多次从地面下发旋转导向指令，耗时长，控制精度较低，如果能实现旋转导向自动曲率井下闭环控制，将大大提高旋转导向造斜控制效率与井眼轨迹质量。
[0004]然而，由于旋转导向钻井时，旋转导向系统在井下数千米位置，目前其虽然已具备10s一次及更快频率获知自身所处位置井斜、方位等参数信息的能力，但当前尚无成熟的传感器产品及技术能够在井下自主、准确的获知自身的井深或所经过的井段长度数据。同时当前地面与井下旋转导向系统的下行通讯链路是通过下传系统节流产生的钻井液压力脉冲波进行通讯，正常情况时下发一条数据需要8分钟或更长时间，并存在一定的下发失败概率，因此采用地面向井下旋转导向系统每间隔1～5分钟下传井深位置或所经过的井段长度数据的方式不具工程实用性。例如，于2012年6月13日公开的名称为一种井眼轨道控制方法及其系统、公开号为CN102493766A的中国专利文献中记载了一种新的井眼轨道监控方法，下钻前在导向工具存储器中和地面监控计算机中预存井眼轨道设计目标参数、模型编号、轨道节点参数、起始深度和测量控制点深度，监控目标及偏差等。当地面监测钻达测量控制点深度时，向井下发送易于识别的作业指令，井下按规则读取指令所指示的深度数据，根据读取的深度数据、采用的设计模型和轨道节点参数，自动计算对应井深的轨道设计数据，并测量实钻井眼轨迹参数和上传井下测量参数，井下和地面同时进行轨道监控分析。于2014
年6月25日公开的名称为一种基于旋转导向钻井的水平井着陆控制方法、公开号为CN103883249A的中国专利文献中记载了一种根据测斜数据计算确定测段曲率半径的方法，其中，测斜数据包括井深、井斜角和方位角，而获取测斜数据的方式则是利用随钻测量仪器沿着一系列测点Mi(i＝1,2,
……
，n)进行测量获得。虽然这些技术都能实现获知某监测点处的当前井深数据，但都受到测量仪器和测量环境的限制，无法实现高频率地获知任意位置井深数据。
[0005]由此可见，目前旋转导向系统尚无法高频率地获知自身所处井深数据，导致旋转导向系统不能采用地面发送一个造斜曲率后，让其自动按规定曲率进行井下闭环控制。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本专利技术的目的之一在于提供一种能够高频率获知井深信息(例如，每间隔5～30s时间间隔获取一次所经过的井段长度数据)，从而实现旋转导向钻井工具的自动曲率井下闭环控制的方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种旋转导向系统自动曲率控制方法，所述自动曲率控制方法包括以下步骤：根据前期钻进情况，确定预定机械钻速ROP；通过地面向井下发送自动曲率指令，所述自动曲率指令包括预定机械钻速ROP、预期曲率γ、初始导向力大小和导向力方向；旋转导向钻井工具井下部分按照自动曲率指令工作，并每间隔预定井段长度ΔL就记录一次井下时间T
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、井斜角INC
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和方位角AZ
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；以及计算预定井段长度的造斜曲率，并与预期曲率进行对比，根据对比结果自动调整导向力大小和方向。
[0008]在本专利技术的旋转导向系统自动曲率控制方法的一个示例性实施例中，所述确定预定机械钻速ROP，可包括：在当前井钻进前，收集当前平台和/或邻近平台已钻井在相同地质层位旋转导向钻井时的钻具组合、钻压、转速、排量和机械钻速，建立旋转导向钻井参数数据集；基于所述旋转导向钻井参数数据集，以机械钻速为目标变量，对数据集中的各参数进行标准化和归一化处理后，采用正态分布数学处理方法，获得机械钻速的期望值；基于所述机械钻速的期望值，确定预定机械钻速ROP。
[0009]在本专利技术的旋转导向系统自动曲率控制方法的一个示例性实施例中，可将所述机械钻速的期望值85％～95％确定为预定机械钻速ROP。
[0010]在本专利技术的旋转导向系统自动曲率控制方法的一个示例性实施例中，可基于连续两点间的预定机械钻速ROP和钻进时间差ΔT，确定所述预定井段长度。
[0011]在本专利技术的旋转导向系统自动曲率控制方法的一个示例性实施例中，所述预定井段长度可为0.1～1m。
[0012]在本专利技术的旋转导向系统自动曲率控制方法的一个示例性实施例中，在旋转导向钻井工具井下部分按照自动曲率指令工作之前，可根据井下转速或者井下钻压判断是否处于钻进状态。
[0013]在本专利技术的旋转导向系统自动曲率控制方法的一个示例性实施例中，处于钻井状态的判定规则为：当旋转导向钻具组合中未加螺杆钻具时，井下钻压≥5kN，或者，井下转速≥50RPM，判定是钻进状态；当旋转导向钻具组合中包含螺杆钻具时，井下转速≥螺杆钻速+40RPM，判定是钻进状态。
[0014]在本专利技术的旋转导向系统自动曲率控制方法的一个示例性实施例中，可通过改变
预定机械钻速ROP的方式来改变井下造斜曲率。
[0015]本专利技术另一方面提供了一种旋转导向系统自动曲率控制系统，所述自动曲率控制系统包括预定机械钻速确定模块、自动曲率指令生成模块、井下参数获取模块和造斜曲率计算模块，其中，预定机械钻速确定模块，用于根据前期钻进情况，确定预定机械钻速ROP；自动曲率指令生成模块与预定机械钻速确定模块连接，用于通过地面向井下发送自动曲率指令，所述自动曲率指令包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旋转导向系统自动曲率控制方法，其特征在于，所述自动曲率控制方法包括以下步骤：根据前期钻进情况，确定预定机械钻速ROP；通过地面向井下发送自动曲率指令，所述自动曲率指令包括预定机械钻速ROP、预期曲率γ、初始导向力大小和导向力方向；旋转导向钻井工具井下部分按照自动曲率指令工作，并每间隔预定井段长度ΔL就记录一次井下时间T
i
、井斜角INC
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和方位角AZ
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；以及计算预定井段长度的造斜曲率，并与预期曲率进行对比，根据对比结果自动调整导向力大小和导向力方向。2.根据权利要求1所述的旋转导向系统自动曲率控制方法，其特征在于，所述确定预定机械钻速ROP的步骤包括：在当前井钻进前，收集当前平台和/或邻近平台已钻井在相同地质层位旋转导向钻井时的钻具组合、钻压、转速、排量和机械钻速，建立旋转导向钻井参数数据集；基于所述旋转导向钻井参数数据集，以机械钻速为目标变量，对数据集中的各参数进行标准化和归一化处理后，采用正态分布数学处理方法，获得机械钻速的期望值；以及基于所述机械钻速的期望值，确定预定机械钻速ROP。3.根据权利要求2所述的旋转导向系统自动曲率控制方法，其特征在于，将所述机械钻速的期望值85％～95％确定为预定机械钻速ROP。4.根据权利要求1所述的旋转导向系统自动曲率控制方法，其特征在于，基于连续两点间的预定机械钻速ROP和钻进时间差ΔT，确定所述预定井段长度。5.根据权利要求4所述的旋转导向系统自动曲率控制方法，其特征在于，所述预定井段长度为0.1～1m。6.根据权利要求1所述的旋转导向系统自动曲率控制方法，其特征在于，在旋转导向钻井工具井下部分按照自动曲率指令工作之前，根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈东，冯思恒，刘伟，邓虎，连太炜，汪洋，谭清明，曾敏偲，廖冲，杨晓峰，张萍，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：