一种泥浆驱动旋转导向钻井控制方法技术

本发明专利技术公开了一种泥浆驱动导向钻井控制方法，涉及石油与天然气钻井领域。现有旋转导向系统涉及发电机、电机、泵、转阀等多个动密封结构，结构极其复杂，可靠性较差，成本居高不下；导向钻井的导向力无法实施精细化调控，无法实现自动导向钻井。发明专利技术了一种泥浆驱动旋转导向钻井控制方法，包括：发送、测量、解码地面泥浆脉冲指令信号，通过控制电磁节流阀、电磁减压阀、工具面角范围实现井斜角的自适应控制。本发明专利技术控制方法简单，可靠性高；导向力可控，造斜率控制精度高；由于采用泥浆驱动径向推力机构，并且通过电磁阀来控制导向块的伸缩，避免了使用发电机、电机、泵等价格高昂的元器件，成本可控。成本可控。成本可控。

【技术实现步骤摘要】
一种泥浆驱动旋转导向钻井控制方法


[0001]本专利技术涉及钻井工程领域，尤其涉及一种泥浆驱动旋转导向钻井控制方法。

技术介绍

[0002]2021年我国石油对外依存度上升至72％，天然气攀升至46％，大大超过国际公认的警戒线，目前我国常规油气资源开发已达极限，开发页岩气等非常规油气是缓解我国能源需求的必然选择。长水平井是促进页岩气经济长效开发的重要手段，水平井眼的形成需要井眼轨迹控制，当前主要包括弯螺杆滑动导向和旋转导向两种井眼轨迹控制技术：
[0003]弯螺杆滑动导向技术成本低，由此我国水平井导向依然以弯螺杆滑动导向为主，例如在2020年，青海页岩气弯螺杆滑动导向占比超过83％。在弯螺杆滑动导向过程中，钻柱不旋转，钻柱摩阻大极易“托压”，导致钻压不能有效传递，机械钻速通常仅为旋转钻井的1/10～1/5；“托压”导致工具面不易调整和控制，钻井时效降低超过30％；且极易形成岩屑床，粘附卡钻风险高。
[0004]旋转导向技术严重依赖进口，费用高昂：日费15～20万元，按45天平均单井导向周期计算，仅旋转导向技术费用达675～900万元，达到整个钻井费用的10
‑
20％。因此，在2020年第32届全国天然气学术年会上，旋转导向技术依然被列为典型的“卡脖子”技术。
[0005]旋转导向系统国外主要有US9556679B2、US9784036B2、US9528320、US9714564、US6109372B2、US9828804B2等指向式专利，US8672056B2、US9206644、US8672056B2、US7389830B2、US9476263B2等推靠式专利，这些旋转导向系统均采用电机+泵+电磁阀+推靠块(液压油驱动)和电机+转阀+推靠块(泥浆驱动)的驱动和控制模式，此类控制模式主要有以下缺点：
[0006](1)电能需求量较大，需要配备发电机，电机抗振性能和转速控制精度要求高、难度大，成本居高不下；
[0007](2)此类旋转导向涉及发电机、电机、泵、转阀等多个动密封结构，结构极其复杂，可靠性较差；
[0008](3)此类控制系统的系统压力不可控，导向钻井的导向力无法实施精细化调控，同时这些超高温超高压电机、测控电路、高温高压动密封、压力补偿短节等均被国外公司垄断，形成了严重的技术壁垒，致使我国旋转导向技术依然未突破卡脖子技术。
[0009]国内申请了CN201510134442.X、CN201810671572.0、CN201811408149.8等相关旋转导向系统专利，这些专利几乎均采用电机+泵+电磁阀+推靠块(液压油驱动)和电机+转阀+推靠块(泥浆驱动)的驱动和控制模式，与国外专利相似，同样存在导向力不可控、系统可靠性差、成本高等技术难题。
[0010]基于此，拟专利技术一种泥浆驱动导向钻井控制方法，有效解决现有旋转导向钻井系统导向力不可控、系统可靠性差、成本高等技术难题。

技术实现思路

[0011]为了克服现有技术的不足，专利技术了一种泥浆驱动旋转导向钻井控制方法，由以下步骤实现：
[0012]S1：地面组装泥浆驱动旋转导向工具(4)，下入到井底；
[0013]S2：地面泥浆脉冲发射器发射目标造斜率η0、目标工具面角α、工具面角控制范围
±
Δα泥浆脉冲指令信号；
[0014]S3：管内压力传感器(13
‑
6)实时测量旋转导向泥浆脉冲指令信号；
[0015]S4：中央处理器(12)解码管内压力传感器(13
‑
6)测得的旋转导向泥浆脉冲指令信号；
[0016]S5：中央处理器(12)实时测量当前工具面角β；
[0017]S6：中央处理器(12)(12)根据目标工具面角α、工具面角控制范围
±
Δα、当前工具面角β控制径向推力机构(3)的推力块(305)在α
‑
Δα～α+Δα的范围内接触井壁(17)，为旋转导向钻井提供导向钻井作用力；
[0018]S7：中央处理器(12)根据实测造斜率η与目标造斜率η0依次控制工具面角控制范围
±
Δα、电磁减压阀(15)压力P1、电磁节流阀(2)压力P，以满足目标造斜率η0要求，进而实现旋转导向钻井自动控制。
[0019]所述：5中实时工具面角β测量步骤：
[0020]S51：判断前30s～60s测得的井斜角γ是否大于10
°
；
[0021]S52：若井斜角γ小于10
°
，则启动磁通量测量仪(13
‑
2)，则关闭重力加速度计(13
‑
3)，并测量当前工具面角β；
[0022]S53：若井斜角γ大于10
°
，则启动重力加速度计(13
‑
3)，则关闭磁通量测量仪(13
‑
2)，并测量当前工具面角β，因此小井斜利用磁通量测量仪(13
‑
2)测量工具面角，大井斜利用重力加速度计(13
‑
3)测量工具面角，提高工具面角的测量准确度。
[0023]所述：S6中，推力块(305)在α
‑
Δα～α+Δα的范围内接触井壁(17)步骤为：
[0024]S61：中央处理器(12)实时测量当前工具面角β；
[0025]S62：当中央处理器(12)实时测量的当前工具面角β＝α
‑
Δα时，二位四通电磁插装阀(16)通电，高压泥浆进入径向推力机构(3)，推力块(305)接触井壁(17)；
[0026]S63：当中央处理器(12)实时测量的当前工具面角β＝α+Δα时，二位四通电磁插装阀(16)断电，高压泥浆流出径向推力机构(3)，推力块(305)离开井壁(17)。
[0027]所述：S7中，中央处理器(12)根据实时造斜率η，调整工具面角控制范围
±
Δα大小，若实际造斜η率小于目标造斜率η0，中央处理器(12)控制工具面角控制范围
±
Δα减小，增大造斜率；若实际造斜η率大于目标造斜率η0，中央处理器(12)控制工具面角控制范围
±
Δα减增大，减小造斜率。
[0028]所述：S7中，中央处理器(12)根据实时造斜率η，调整电磁减压阀(15)减压压力P1，若实际造斜η率小于目标造斜率η0，中央处理器(12)控制电磁减压阀(15)节减压压力P1减小，以增加推力块(305)的推靠力，增大造斜率；若实际造斜η率大于目标造斜率η0，中央处理器(12)控制电磁减压阀(15)节减压压力P1增大，以减小推力块(305)的推靠力，减小造斜率。
[0029]所述：S7中，中央处理器(12)根据实时造斜率η，调整电磁节流阀(2)节流压力P，若
实际造斜η率小于目标造斜率η0，中央处理器(12)控制电磁节流阀(2)节流压力P增大，以增加推力块(305)的推靠力，增大造斜率；若实际本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泥浆驱动旋转导向钻井控制方法，其特征在于：由以下步骤构成：S1：地面组装泥浆驱动旋转导向工具(4)，下入到井底；S2：地面泥浆脉冲发射器发射目标造斜率η0、目标工具面角α、工具面角控制范围
±
Δα泥浆脉冲指令信号；S3：管内压力传感器(13
‑
6)实时测量旋转导向泥浆脉冲指令信号；S4：中央处理器(12)解码管内压力传感器(13
‑
6)测得的旋转导向泥浆脉冲指令信号；S5：中央处理器(12)实时测量当前工具面角β；S6：中央处理器(12)(12)根据目标工具面角α、工具面角控制范围
±
Δα、当前工具面角β控制径向推力机构(3)的推力块(305)在α
‑
Δα～α+Δα的范围内接触井壁(17)，为旋转导向钻井提供导向钻井作用力；S7：中央处理器(12)根据实测造斜率η与目标造斜率η0依次控制工具面角控制范围
±
Δα、电磁减压阀(15)压力P1、电磁节流阀(2)压力P，以满足目标造斜率η0要求，进而实现旋转导向钻井自动控制。2.根据权利要求1所述的一种泥浆驱动旋转导向钻井控制方法，其特征在于：S5中实时工具面角β测量步骤：S51：判断前30s～60s测得的井斜角γ是否大于10
°
；S52：若井斜角γ小于10
°
，则启动磁通量测量仪(13
‑
2)，则关闭重力加速度计(13
‑
3)，并测量当前工具面角β；S53：若井斜角γ大于10
°
，则启动重力加速度计(13
‑
3)，则关闭磁通量测量仪(13
‑
2)，并测量当前工具面角β，因此小井斜利用磁通量测量仪(13
‑
2)测量工具面角，大井斜利用重力加速度计(13
‑
3)测量工具面角，提高工具面角的测量准确度。3.根据权利要求1所述的一种泥浆驱动旋转导向钻井控制方法，其特征在于：S6中，推力块(305)在α
‑
Δα～α+Δα的范围内接触井壁(17)步骤为：S61：中央处理器(12)实时测量当前工具面角β；S62：当中央处理器(12)实时测量的当前工具面角β＝α
‑
Δα时，二位四通电磁插装阀(16)通电，高压泥浆进入径向推力机构(3)，推力块(305)接触井壁(17)；S63：当中央处理器(12)实时测量的当前工具面角β＝α+Δα时，二位四通电磁插装阀(16)断电，高压泥浆流出径向推力机构(3)，推力块(305)离开井壁(17)。4.根据权利要求1所述的一种泥浆驱动旋转导向钻井控制方法，其特征在于：S...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建国，王国荣，刘清友，肖晓华，万敏，曾杰，罗旭，董学成，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：