[發明專利]一種旋轉導向工具偏心位移矢量控制方法

有效

• 申請號: 201010180905.3
• 申請日: 2010-05-18
• 公開（公告）號: CN101864897A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 程載斌;姜偉;蔣世全
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海石油研究中心
• 主分類號: E21B7/04
• 分類號: E21B7/04;E21B17/10
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關暢

1.一種旋轉導向工具偏心位移矢量控制方法，其特征在于它包括以下步驟：

1)設置閉環控制系統：將井下微處理器與地面監控系統構成信息大閉環控制系統，所述地面監控系統中預設有設計好的井眼軌跡數據；

所述井下微處理器由測斜板、通道板和主控板構成，所述測斜板、通道板和主控板之間相互電連接，以接收所述地面監控系統下傳的控制指令及向所述地面監控系統上傳井下實時數據；所述測斜板經旋轉導向系統下部鉆具組合的MWD短節與所述地面監控系統連接，所述地面監控系統將指令發送至所述井下微處理器的通道板；

2)所述地面監控系統根據所收到的各項數據，比較與設計好的井眼軌跡的差值，然后向所述井下微處理器發出目標偏心合位移矢量值，所述井下微處理器根據接收到的目標偏心合位移矢量值和當前不旋轉外套的工具面角計算旋轉導向工具翼肋組中各個翼肋的分位移矢量；

3)所述井下微處理器將計算出的各個翼肋的相應目標位移發送至對應的翼肋驅動機構，雙向控制各個翼肋按目標值做出相應的伸、縮動作；

4)所述地面監控系統根據井下上傳的數據，重復步驟2)和步驟3)，實時修正偏心位移控制指令，以監測、控制井眼軌跡。

2.如權利要求1所述的一種旋轉導向工具偏心位移矢量控制方法，其特征在于：在步驟2)中，所述井下微處理器由嵌于所述主控板內的偏心位移矢量控制單元計算各個翼肋相應的目標位移。

3.如權利要求2所述的一種旋轉導向工具偏心位移矢量控制方法，其特征在于：所述偏心位移矢量控制單元的計算步驟為：

(1)以初始位置為基準，確定單個翼肋的最大伸、縮位移幅值：

首先做如下假定：

①井壁堅硬并能提供足夠大的支反力；

②井眼與RST截面為圓形；

③初始位置時，控制平面內所述驅動芯軸中心與所述井眼中心重合，各個所述翼肋全部與所述井壁接觸；

④所述各翼肋驅動機構正常工作，且有足夠驅動力和返回力使各個翼肋位移伸、縮到位；

這樣，單個翼肋的最大伸、縮位移幅值只與控制平面內RST的直徑、井眼的直徑相關；以初始位置為基準，單個翼肋最大伸、縮位移幅值均為：

Dmax=12(AD0-Ds)]]>

其中：D₀為井眼的直徑，D_s為RST的直徑，A為井眼擴大率；

(2)偏心位移矢量合成與分解：

建立數學模型：以所述翼肋組中1#翼肋工具面方向和水平方向的夾角θ₀為初始裝置角建立x軸，垂直x軸建立y軸，三個分位移矢量交于o點，在RST不旋轉外套沒有旋轉運動的情況下，三個翼肋的位移伸、縮方向在所建坐標系中固定；以初始位置為原點，則在控制平面內存在六個方向的位移矢量，且方向固定；

以初始位置為基準，通過改變三個翼肋分位移矢量的幅值，能得到控制平面內任意方向的偏心合位移矢量D，所述偏心合位移矢量D的幅值及其方向為：

(3)確定偏心合位移矢量控制區域：

以初始位置為基準，最大可使用的偏心合位移幅值即單個翼肋的最大可伸、縮位移幅值為(D₀-D_s)/2，控制區域為整個控制平面；

(4)定量計算分位移矢量：

基于就近和最小能量的計算原則，以所述翼肋組中1#翼肋縮回方向和目標工具面角方向之間的夾角γ為區域劃分標準，同時考慮實際鉆進時旋轉導向工具不旋轉外套的旋轉角速度和翼肋收到指令并動作到位的時間，在控制平面內分六個區域定量計算單個翼肋的分位移矢量。