[發明專利]一種用于旋轉導向鉆井系統的測控裝置及其測控方法

有效

• 申請號: 201110301928.X
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN102383777A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 牛海峰;蔣世全;周建良;李漢興;童征;張新強;陳紅新;賈中千;賴慶強;傅鑫生;周靜
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海石油研究中心;北京遠航科峰技術有限公司
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00;E21B47/00;E21B47/12;E21B47/26
• 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

技術領域

本發明屬于鉆井測控技術領域，涉及一種鉆井測控裝置及其測控方法，具體地講是關于一種用于旋轉導向鉆井系統的測控裝置及其測控方法。

背景技術

旋轉導向鉆井技術已經在石油鉆井領域得到廣泛的應用。在定向井、大位移井、三維軌跡井、復雜油氣井作業中，使用旋轉導向鉆井技術，能夠顯著地降低作業風險，提高鉆井效率，降低開發成本。

目前所采用的旋轉導向鉆井工具，根據工作方式，可以分為以下3種類型：靜態偏置推靠式、動態偏置推靠式和靜態偏置指向式。其中測控裝置是旋轉導向鉆井工具的核心。對于靜態偏置指向式旋轉導向鉆井工具，其測控裝置主要完成以下任務：(1)采集井下的工況參數；(2)將接收到的壓力脈沖信號解碼為控制指令；(3)控制翼肋的伸縮，實現旋轉導向鉆井工具空間姿態的調整。

經對現有技術的公開文獻檢索發現，雖然指出了旋轉導向鉆井工具測控裝置的工作原理，并提出針對靜態偏置指向式旋轉導向鉆井工具的測控方法，但是，僅限于是一種設想，并沒有考慮實際應用的可實施性；同時，也沒有考慮實際應用中，為保證測控裝置功能模塊的正常工作，需要進行處理器的冗余設計。

發明內容

為了使鉆井工具偏心位移量測量的更準確，同時對翼肋的伸縮量控制的更精確，本發明著重提出一種用于旋轉導向鉆井系統的測控裝置及測控方法。該裝置能夠在旋轉導向鉆井系統進行鉆井作業時，根據在井下所接收到的壓力脈沖命令，控制旋轉導向鉆井系統的工作狀態，同時將旋轉導向鉆井系統的工作參數實時上傳。

本發明為實現上述目的，采取以下技術方案：一種用于旋轉導向鉆井系統的測控裝置，其特征在于：包括微處理器模塊、數據采集模塊、驅動模塊、數據通訊模塊、數據存儲模塊和電源管理模塊；數據采集模塊一端與鉆井系統的壓力傳感器、溫度傳感器、位移傳感器、加速度計連接，另一端與微處理器模塊連接，將采集到的壓力、溫度、位移和加速度分量信號調理后傳輸到微處理器模塊；驅動模塊一端與微處理器模塊連接，另一端與執行機構連接，接收微處理器模塊的信息，控制執行機構的運動；數據通訊模塊一端與微處理器模塊連接，另一端與隨鉆測量工具連接；數據存儲模塊與微處理器模塊連接，存儲工作參數數據；電源管理模塊負責先將井下交流電進行整流穩壓處理成為直流電，再進行電壓轉換將直流電壓分壓，為測控裝置提供所需電力。

所述微處理器模塊設置了主CPU和冗余CPU，當系統檢測到主CPU無法正常工作時，自動切換到冗余CPU進行工作。

所述數據通訊模塊與微處理器模塊之間采用RS485協議通訊，與隨鉆測量工具之間采用1553b協議通訊。

所述數據存儲模塊采用NorFlash作為存儲介質。

一種利用所述測控裝置進行旋轉導向鉆井系統測控的方法，其特征在于：包括如下操作：

1)在地面對控制指令進行壓力脈沖編碼，該編碼通過開關泥漿泵所形成的壓力脈沖傳送到井下；

2)同時對測控裝置進行系統初始化并自檢，系統檢測測控裝置的主CPU是否能夠正常工作，如不能正常將自動切換到冗余CPU進行工作；

3)微處理器模塊對壓力脈沖實時進行解碼，得到壓力脈沖所下傳的指令數據；

4)解碼同時，系統進行數據采集，通過空間姿態解算，求得當前旋轉導向鉆井工具所處位置的井斜角和高邊工具面角；

5)利用測得的執行機構的位移數據，通過位移矢量合成算法，求得當前旋轉導向鉆井工具的偏心位移量；

6)根據已得數據，計算執行機構的位移伸出量；

7)系統根據解碼脈沖指令，在脈沖指令下，對計算得到的執行機構位移伸出量執行PID控制，調整執行機構的位移伸出量，從而得到旋轉導向鉆井工具的目標偏心位移量；

8)系統實時進行數據存儲及上傳。

在步驟1)中，采用泥漿脈寬調制編碼方法，定義一個最小脈沖寬度，其他脈沖寬度均是最小脈沖寬度的整數倍，編碼格式采用如下形式：同步碼A+信息碼+同步碼B。

在步驟4)中，解算井斜角和高邊工具面角的方法如下：

①取三個重力加速度計測得X、Y、Z三個軸的重力加速度值G_x、G_y和G_z；