[發明專利]一種基于微小井眼水平井連續油管鉆機器人的控制系統及方法

有效

• 申請號: 201710719805.5
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107387058B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 朱海燕;趙建國;劉清友;曾杰;楊亞強;張銘海;劉文全;何俊江;王昆鵬;秦松
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00;E21B7/04
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

本發明公開了一種基于微小井眼水平井連續油管鉆機器人的控制系統，它包括連續油管鉆機器人（1）、下單片機（2）、電磁比例換向閥，各電磁比例換向閥分別連接有一個控制信號處理器（7），四個控制信號處理器（7）均與下單片機（2）連接，下單片機（2）與連續油管鉆機器人（1）之間連接有壓差傳感器（8）；它還公開了控制基于微小井眼水平井連續油管鉆機器人的方法。本發明的有益效果是：實現對鉆井機器人的速度進行無線遠程控制，減小井下鉆具振動強度，可有效保護井下鉆具，提高井下鉆具使用壽命。

技術領域

本發明涉及鉆井機器人領域，特別是一種基于微小井眼水平井連續油管鉆機器人的控制系統及方法。

背景技術

連續油管鉆井具有污染小、成本低等特點，已越來越受到油氣開采行業的親睞，常規連續油管鉆井的鉆壓由連續油管上連接的加重鉆桿或鉆鋌提供，此種方式僅能應用于定向井或水平段較短的水平井，對連續油管鉆井技術的推廣造成了極大的限制，其中主要原因是由于連續油管柔性較大，鉆井過程中由于摩擦力的作用容易導致連續油管發生屈曲“鎖死”的現象，導致連續油管鉆井水平段延伸能力有限，通過力學分析可知，對連續油管進行軸向牽引則能增加連續油管鉆井水平段的延伸距離，而鉆井機器人可對連續油管實施牽引，因此連續油管鉆井機器人的提出為連續油管鉆井提供了一個良好的解決方案。

由于攜巖條件的限制，連續油管鉆井主要應用于小井眼、微小井眼領域，基于此連續油管鉆井機器人同樣應滿足小井眼、微小井眼的尺寸要求，同時鉆井機器人還應具備大牽引力特點。通過對比分析可以發現，蠕動式鉆井機器人能同時具備尺寸小、牽引力大的特征，其中蠕動式鉆井機器人的控制系統和方法是此類機器人的關鍵技術。國外僅WWT公司進行了鉆井機器人的深入研究，其主要的控制系統和方法見專利US7607495、US7604060、US7493967、US7353886、US7343982、US7273109、US6478097、US6347674，國內的中國石油大學、重慶科技學院（CN102808589B）、國防科技大學（CN201611264409.X）也對鉆井機器人進行了研究，這些鉆井機器人的主要換向閥門不一例外地采用液控換向閥或電磁換向閥，鉆井機器人液壓腔的高低壓切換通過換向閥閥芯的軸向運動實現液壓通道的通或斷的過程，閥門瞬間改變活塞運動方向，振動較為嚴重，閥門容易被損壞；采用的電磁換向閥只能對控制流體的流向進行控制，不能對控制流體的流量進行控制，因此鉆井機器人的活塞的運動速度也不能進行控制，鉆井過程中鉆頭的鉆壓瞬間變化較大，容易損壞鉆頭及井下其他鉆具；通過調研可以發現，目前鉆井機器人的控制信號主要為開泵啟動運行/停泵停止運行的方案，控制信號信息量較少，適用條件僅限于正常鉆進或停泵起鉆過程，然而鉆井過程中的倒劃眼過程、定點循環過程、循環起鉆過程等均不停泵，目前專利中的鉆井機器人控制方法不能滿足實際鉆井需要。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種實現對鉆井機器人的速度進行無線遠程控制，減小井下鉆具振動強度，可有效保護井下鉆具，提高井下鉆具使用壽命的基于微小井眼水平井連續油管鉆機器人的控制系統及方法。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種基于微小井眼水平井連續油管鉆機器人的控制系統，它包括連續油管鉆機器人、下單片機、第一電磁比例換向閥、第二電磁比例換向閥、第三電磁比例換向閥和第四電磁比例換向閥，各電磁比例換向閥分別連接有一個控制信號處理器，四個控制信號處理器均與下單片機連接，下單片機與連續油管鉆機器人之間連接有壓差傳感器，所述第一電磁比例換向閥的端口A、端口B分別與連續油管鉆機器人的后支撐缸左腔室、右腔室連通，第二電磁比例換向閥的端口A、端口B分別與連續油管鉆機器人的后伸縮缸左腔室、右腔室連通，第三電磁比例換向閥的端口B、端口A分別與連續油管鉆機器人的前伸縮缸左腔室、右腔室連通，第四電磁比例換向閥的端口B、端口A分別與連續油管鉆機器人的前支撐缸左腔室、右腔室連通，各電磁比例換向閥的端口T均與連續油管鉆機器人的環空連通，各電磁比例換向閥的端口P均與連續油管鉆機器人的油管連通。

所述的控制信號處理器與下單片機之間順次連接有三極管和保護電阻R。