[發(fā)明專利]基于頂部驅(qū)動(dòng)與地面控制的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)及鉆井作業(yè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210036025.8
• 申請(qǐng)日: 2012-02-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102619498A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(yáng);張春華;張新成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京石油機(jī)械廠
• 主分類號(hào): E21B44/00
• 分類號(hào): E21B44/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于頂部驅(qū)動(dòng)與地面控制的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)及鉆井作業(yè)方法。

背景技術(shù)

石油天然氣行業(yè)出于提高油層鉆遇率和采收率、提高井眼質(zhì)量等要求，需要鉆定向井、水平井、大位移水平井等，使井眼按設(shè)計(jì)的軌跡在地層內(nèi)穿行。為此，需要使用帶一定彎角度(彎殼體)，具有一定造斜能力的井下動(dòng)力鉆具，并且使用井下隨鉆測(cè)量?jī)x器和隨鉆導(dǎo)向控制工具，實(shí)施井下閉環(huán)控制的定向鉆井或連續(xù)控制鉆井。其基本方法是：當(dāng)需要改變鉆進(jìn)方向(即造斜或扭方位)時(shí)，隨鉆測(cè)量?jī)x器會(huì)提供井下井斜、方位等參數(shù)的測(cè)量值，隨鉆導(dǎo)向控制工具在得到井斜、方位等參數(shù)的測(cè)量值后，根據(jù)地面指令或儲(chǔ)存的井眼軌跡參數(shù)自動(dòng)調(diào)整井下導(dǎo)向控制工具的導(dǎo)向控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即可變伸出方向和大小的穩(wěn)定器)，使井眼按穩(wěn)定器伸出的相反方向鉆進(jìn)。當(dāng)需要保持鉆井方向不變(即穩(wěn)斜或保持方位)時(shí)，井下導(dǎo)向控制機(jī)構(gòu)恢復(fù)為初始狀態(tài)，使井眼沿鉆柱軸線方向直線鉆進(jìn)。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：鉆進(jìn)特別是定向過(guò)程不需要人工干預(yù)，提高了作業(yè)效率和控制精度，在一定程度上提高了機(jī)械鉆速。但是，該技術(shù)也有一個(gè)大的缺點(diǎn)，即在井下放入了精密、復(fù)雜、昂貴的隨鉆電子儀器和導(dǎo)向控制機(jī)構(gòu)，鉆井作業(yè)受鉆井井下的溫度、震動(dòng)等影響和限制很大，隨鉆儀器的可靠性也對(duì)鉆井作業(yè)有很大影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種作業(yè)效率高，精度控制準(zhǔn)確，工作性能穩(wěn)定，能在多種地質(zhì)條件下施工作業(yè)的基于頂部驅(qū)動(dòng)與地面控制的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)及鉆井作業(yè)方法。

本發(fā)明基于頂部驅(qū)動(dòng)與地面控制的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，包括頂部驅(qū)動(dòng)裝置，頂部驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力輸出端與鉆柱的后端相連，鉆柱的前部設(shè)有井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，鉆柱上位于井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前方設(shè)有帶彎殼的井下動(dòng)力鉆具，井下動(dòng)力鉆具的前端設(shè)有鉆頭，所述頂部驅(qū)動(dòng)裝置與頂部驅(qū)動(dòng)裝置控制系統(tǒng)電連接，頂部驅(qū)動(dòng)裝置控制系統(tǒng)包括地面信號(hào)處理系統(tǒng)和頂部驅(qū)動(dòng)電氣控制裝置，所述地面信號(hào)處理系統(tǒng)包括信號(hào)采集模塊，信號(hào)采集模塊與信號(hào)濾波放大模塊相連，信號(hào)濾波放大模塊與信號(hào)解碼模塊相連，信號(hào)濾波放大模塊可濾出電信號(hào)中的雜波并將有效信號(hào)放大增強(qiáng)后輸送至信號(hào)解碼模塊，信號(hào)解碼模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與信息輸出模塊相連，信息輸出模塊分別與信息計(jì)算模塊和顯示設(shè)備相連，信息計(jì)算模塊與信息傳輸模塊相連，信息傳輸模塊通過(guò)接口電路與所述頂部驅(qū)動(dòng)電氣控制裝置相連；

所述井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括安裝在井下動(dòng)力鉆具上的用于測(cè)量底層電阻率的電阻率傳感器、用于測(cè)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(cè)量模塊E.R相連，所述伽瑪傳感器與伽瑪測(cè)量模塊M相連，所述加速度傳感器與井斜、方位、工具面測(cè)量模塊RM相連，井斜、方位、工具面測(cè)量模塊RM、伽瑪測(cè)量模塊M和電阻率測(cè)量模塊E.R分別與測(cè)傳主控模塊相連，測(cè)傳主控模塊與編碼控制系統(tǒng)相連，編碼控制系統(tǒng)與所述信號(hào)采集模塊相連。

本發(fā)明的基于頂部驅(qū)動(dòng)與地面控制的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的鉆井作業(yè)方法，包括如下步驟：

1)準(zhǔn)備基于頂部驅(qū)動(dòng)與地面控制的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，包括頂部驅(qū)動(dòng)裝置，頂部驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力輸出端與鉆柱的后端相連，鉆柱的前部設(shè)有井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，鉆柱上位于井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前方設(shè)有帶彎殼的井下動(dòng)力鉆具，井下動(dòng)力鉆具的前端設(shè)有鉆頭，所述頂部驅(qū)動(dòng)裝置與頂部驅(qū)動(dòng)裝置控制系統(tǒng)電連接，頂部驅(qū)動(dòng)裝置控制系統(tǒng)包括地面信號(hào)處理系統(tǒng)和頂部驅(qū)動(dòng)電氣控制裝置，所述地面信號(hào)處理系統(tǒng)包括信號(hào)采集模塊，信號(hào)采集模塊與信號(hào)濾波放大模塊相連，信號(hào)濾波放大模塊與信號(hào)解碼模塊相連，信號(hào)濾波放大模塊可濾出電信號(hào)中的雜波并將有效信號(hào)放大增強(qiáng)后輸送至信號(hào)解碼模塊，信號(hào)解碼模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與信息輸出模塊相連，信息輸出模塊分別與信息計(jì)算模塊和顯示設(shè)備相連，信息計(jì)算模塊與信息傳輸模塊相連，信息傳輸模塊通過(guò)接口電路與所述頂部驅(qū)動(dòng)電氣控制裝置相連；

所述信號(hào)采集模塊可將泥漿壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，所述信號(hào)采集模塊可將由泥漿壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換的電信號(hào)輸送至所述信號(hào)濾波放大模塊，所述信號(hào)解碼模塊可對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析解碼，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊可將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，所述信息輸出模塊可按需要將相應(yīng)的數(shù)字量或模擬量輸出到顯示設(shè)備或信息計(jì)算模塊，所述信息計(jì)算模塊可計(jì)算分析傳送來(lái)的信息，并通過(guò)接口電路將計(jì)算結(jié)果輸送至所述頂部驅(qū)動(dòng)電氣控制裝置；