[發明專利]基于頂部驅動與地面控制的導向鉆井系統及鉆井作業方法

有效

• 申請號: 201210036025.8
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102619498A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 劉新立;高建平;史宏江;謝海歡;潘興明;王娜;劉勤志;馬瑞;趙靜;劉廣華;鄒連陽;張春華;張新成
• 申請（專利權）人: 北京石油機械廠
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于頂部驅動與地面控制的導向鉆井系統，包括頂部驅動裝置，頂部驅動裝置的動力輸出端與鉆柱的后端相連，鉆柱的前部設有井下數據采集系統，鉆柱上位于井下數據采集系統的前方設有帶彎殼的井下動力鉆具，井下動力鉆具的前端設有鉆頭，所述頂部驅動裝置與頂部驅動裝置控制系統電連接，頂部驅動裝置控制系統包括地面信號處理系統和頂部驅動電氣控制裝置，其特征是：所述地面信號處理系統包括信號采集模塊，信號采集模塊與信號濾波放大模塊相連，信號濾波放大模塊與信號解碼模塊相連，信號濾波放大模塊可濾出電信號中的雜波并將有效信號放大增強后輸送至信號解碼模塊，信號解碼模塊與模數轉換模塊相連，模數轉換模塊與信息輸出模塊相連，信息輸出模塊分別與信息計算模塊和顯示設備相連，信息計算模塊與信息傳輸模塊相連，信息傳輸模塊通過接口電路與所述頂部驅動電氣控制裝置相連；

所述井下數據采集系統包括安裝在井下動力鉆具上的用于測量底層電阻率的電阻率傳感器、用于測量底層伽瑪值的伽瑪傳感器和加速度傳感器，電阻率傳感器與電阻率測量模塊E.R相連，所述伽瑪傳感器與伽瑪測量模塊M相連，所述加速度傳感器與井斜、方位、工具面測量模塊RM相連，井斜、方位、工具面測量模塊RM、伽瑪測量模塊M和電阻率測量模塊E.R分別與測傳主控模塊相連，測傳主控模塊與編碼控制系統相連，編碼控制系統與所述信號采集模塊相連。

2.基于頂部驅動與地面控制的導向鉆井系統的鉆井作業方法，其特征是包括如下步驟：

1)準備基于頂部驅動與地面控制的導向鉆井系統，包括頂部驅動裝置，頂部驅動裝置的動力輸出端與鉆柱的后端相連，鉆柱的前部設有井下數據采集系統，鉆柱上位于井下數據采集系統的前方設有帶彎殼的井下動力鉆具，井下動力鉆具的前端設有鉆頭，所述頂部驅動裝置與頂部驅動裝置控制系統電連接，頂部驅動裝置控制系統包括地面信號處理系統和頂部驅動電氣控制裝置，所述地面信號處理系統包括信號采集模塊，信號采集模塊與信號濾波放大模塊相連，信號濾波放大模塊與信號解碼模塊相連，信號濾波放大模塊可濾出電信號中的雜波并將有效信號放大增強后輸送至信號解碼模塊，信號解碼模塊與模數轉換模塊相連，模數轉換模塊與信息輸出模塊相連，信息輸出模塊分別與信息計算模塊和顯示設備相連，信息計算模塊與信息傳輸模塊相連，信息傳輸模塊通過接口電路與所述頂部驅動電氣控制裝置相連；

所述信號采集模塊可將泥漿壓力信號轉換為電信號，所述信號采集模塊可將由泥漿壓力信號轉換的電信號輸送至所述信號濾波放大模塊，所述信號解碼模塊可對信號進行分析解碼，所述模數轉換模塊可將模擬量轉換成數字量，所述信息輸出模塊可按需要將相應的數字量或模擬量輸出到顯示設備或信息計算模塊，所述信息計算模塊可計算分析傳送來的信息，并通過接口電路將計算結果輸送至所述頂部驅動電氣控制裝置；

所述井下數據采集系統包括安裝在井下動力鉆具上的用于測量底層電阻率的電阻率傳感器、用于測量底層伽瑪值的伽瑪傳感器和加速度傳感器，電阻率傳感器與電阻率測量模塊E.R相連，所述伽瑪傳感器與伽瑪測量模塊M相連，所述加速度傳感器與井斜、方位、工具面測量模塊RM相連，井斜、方位、工具面測量模塊RM、伽瑪測量模塊M和電阻率測量模塊E.R分別與測傳主控模塊相連，測傳主控模塊與編碼控制系統相連，編碼控制系統與所述信號采集模塊相連；

所述測傳主控模塊可控制電阻率測量模塊E.R、伽瑪測量模塊M和井斜、方位、工具面測量模塊RM的工作時間和工作頻率，同時可將電阻率測量模塊E.R、伽瑪測量模塊M和井斜、方位、工具面測量模塊RM傳送的測量參數按規律進行排序分配，給編碼控制系統編碼，為后續傳輸作準備。

2)采用基于頂部驅動與地面控制的導向鉆井系統進行鉆進作業，在鉆進作業過程中，以鉆頭為破巖工具，由頂部驅動裝置通過井下動力鉆具帶動鉆頭鉆進，通過帶彎殼的井下動力鉆具實現井沿軌跡的傾斜控制，在鉆進過程中，井下數據采集系統的電阻率傳感器、伽瑪傳感器和加速度傳感器隨時測量相關參數，并將到測量的相關參數傳遞給地面信號處理系統的信號采集模塊；

3)地面信號處理系統根據井下參數采集系統測量的參數與設定方位進行比較，并將比較結果傳輸給頂部驅動裝置控制系統，當鉆進方位出現偏差時，地面信號處理系統會發出命令給頂部驅動電氣控制裝置，頂部驅動電氣控制裝置讓頂部驅動裝置轉動井下動力鉆具的彎殼方向，以實現方位糾正的目的，當井斜出現偏差時，如果井斜小于設定值，地面信號處理系統會發出命令給頂部驅動電氣控制裝置，頂部驅動電氣控制裝置讓頂部驅動裝置將帶彎殼體的井下動力鉆具鎖定在增斜位置，相反，如果井斜大于設定值，地面信號處理系統會發出命令給頂部驅動電氣控制裝置，頂部驅動電氣控制裝置讓頂部驅動裝置將帶彎殼體的井下動力鉆具鎖定在降斜位置，當井斜滿足要求時，井下動力鉆具進行穩斜作業，直至形成鉆井。