[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

技術領域

本發明涉及一種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。

背景技術

石油天然氣行業出于提高油層鉆遇率和采收率、提高井眼質量等要求，需要鉆定向井、水平井、大位移水平井等，使井眼按設計的軌跡在地層內穿行。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力鉆具，并且使用井下隨鉆測量儀器和隨鉆導向控制工具，實施井下閉環控制的定向鉆井或連續控制鉆井。其基本方法是：當需要改變鉆進方向(即造斜或扭方位)時，隨鉆測量儀器會提供井下井斜、方位等參數的測量值，隨鉆導向控制工具在得到井斜、方位等參數的測量值后，根據地面指令或儲存的井眼軌跡參數自動調整井下導向控制工具的導向控制執行機構(即可變伸出方向和大小的穩定器)，使井眼按穩定器伸出的相反方向鉆進。當需要保持鉆井方向不變(即穩斜或保持方位)時，井下導向控制機構恢復為初始狀態，使井眼沿鉆柱軸線方向直線鉆進。該技術的優點在于：鉆進特別是定向過程不需要人工干預，提高了作業效率和控制精度，在一定程度上提高了機械鉆速。但是，該技術也有一個大的缺點，即在井下放入了精密、復雜、昂貴的隨鉆電子儀器和導向控制機構，鉆井作業受鉆井井下的溫度、震動等影響和限制很大，隨鉆儀器的可靠性也對鉆井作業有很大影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種作業效率高，精度控制準確，工作性能穩定，能在多種地質條件下施工作業的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。

本發明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。

本發明的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，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；