[發明專利]一種井下定向動力鉆具工具面動態控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201210068764.5
• 申請日: 2012-03-15
• 公開（公告）號: CN102536192A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 張鳳久;何保生;周建良;曹硯鋒;李漢興;武廣璦;張春陽;楊立平;范白濤
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海油研究總院
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 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

1.一種井下定向動力鉆具工具面動態控制系統，其特征在于：它包括一套工具面解碼系統、一套動態工具面控制系統、一套頂驅/轉盤伺服和制動系統、一套頂驅/轉盤角度傳感系統和一套頂驅/轉盤角度信號處理系統；所述工具面解碼系統的輸入端連接鉆井系統中的MWD系統壓力信號傳感器，輸出端連接所述動態工具面控制系統，所述動態工具面控制系統預置在監控計算機中，所述動態工具面控制系統的輸出端連接所述頂驅/轉盤伺服和制動系統，所述頂驅/轉盤伺服和制動系統連接頂驅/轉盤和所述頂驅/轉盤角度傳感系統，所述頂驅/轉盤角度傳感系統的輸出端連接所述頂驅/轉盤角度信號處理系統，所述頂驅/轉盤角度信號處理系統的輸出端連接所述動態工具面控制系統；其中，MWD表示隨鉆測量。

2.如權利要求1所述的一種井下定向動力鉆具工具面動態控制系統，其特征在于：鉆井動力系統為頂驅情況下的設置：鉆頭連接彎角式造斜動力鉆具，所述彎角式造斜動力鉆具連接隨鉆測量系統，所述隨鉆測量系統連接鉆桿，所述鉆桿上端穿過鉆臺，所述鉆桿頂部連接頂驅，所述頂驅上設置頂驅角度傳感器，所述頂驅連接立管，所述立管上設置MWD系統壓力信號傳感器；所述MWD系統壓力信號傳感器連接工具面解碼系統，所述頂驅連接頂驅伺服和制動系統，所述頂驅角度傳感器連接頂驅角度信號處理系統，所述工具面解碼系統、頂驅伺服和制動系統、頂驅角度信號處理系統均連接所述動態工具面控制系統。

3.如權利要求1所述的一種井下定向動力鉆具工具面動態控制系統，其特征在于：鉆井動力系統為轉盤情況下的設置：鉆頭連接彎角式造斜動力鉆具，所述彎角式造斜動力鉆具連接隨鉆測量系統，所述隨鉆測量系統連接鉆桿，所述鉆桿上端連接方鉆桿，所述方鉆桿穿過安裝在鉆臺上的轉盤，所述轉盤上設置有轉盤角度傳感器，所述方鉆桿上端連接水龍頭，所述水龍頭上端連接立管，所述立管上安裝MWD系統壓力信號傳感器，所述MWD系統壓力信號傳感器連接工具面解碼系統，所述轉盤連接轉盤伺服和制動系統，所述轉盤角度傳感器連接轉盤角度信號處理系統，所述工具面解碼系統、轉盤伺服和制動系統、轉盤角度信號處理系統均連接所述動態工具面控制系統。

4.一種如權利要求1～3任一項所述的井下定向動力鉆具工具面動態控制系統的控制方法，其包括以下步驟：

1)鉆井系統中的MWD系統壓力信號傳感器采集井下MWD信號，并將采集到的井下MWD信號傳送給工具面解碼系統，工具面解碼系統根據接收到的井下MWD信號，求解出井下工具面信息，并將井下工具面信息傳遞給動態工具面控制系統；

2)動態工具面控制系統將接收到的井下工具面信息進行解碼，并進行邏輯判斷，判斷是否超出動態工具面控制系統中設定的閾值：如果不超出設定閾值，則不采取調整措施，繼續鉆進；如果超出設定閾值，則啟動頂驅/轉盤伺服和制動系統中的伺服系統；

3)頂驅/轉盤伺服和制動系統中的伺服系統調整頂驅/轉盤的角度，此時，頂驅/轉盤角度傳感系統將頂驅/轉盤的角度值反饋給頂驅/轉盤角度信號處理系統，頂驅/轉盤角度信號處理系統將反饋信號進行信號處理，傳給動態工具面控制系統；

4)動態工具面控制系統判斷頂驅/轉盤當前的角度值是否達到設定的角度值，如果沒有達到設定的角度值，則返回步驟3)，頂驅/轉盤伺服和制動系統中的伺服系統繼續調整頂驅/轉盤的角度；如果達到設定的角度值，則啟動頂驅/轉盤伺服和制動系統中的制動系統；

5)頂驅/轉盤伺服和制動系統中的制動系統制動頂驅/轉盤，實現剎車，鎖定工具面并繼續鉆進；

6)返回步驟1)，工具面解碼系統持續接收井下MWD信號，實時跟蹤井下工具面情況，對井下工具面進行動態調整控制。

5.如權利要求4所述的一種井下定向動力鉆具工具面動態控制系統的控制方法，其適用于鉆進動力系統為頂驅/轉盤時：設定初始工具面、動態控制工具面和消除滑動鉆進期間的鉆壓滯后效應，三種工作狀態。