[發明專利]一種可控鉆進速度和鉆壓的連續油管鉆井機器人控制系統

在審

• 申請號: 201811477464.6
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109519164A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 朱海燕;劉文全;劉清友;趙建國;王昆鵬
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 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

本發明涉及油氣田開發領域，尤其涉及一種可控鉆進速度和鉆壓的連續油管鉆井機器人控制系統。其主要特征在于：鉆井機器人的伸縮缸控制模塊包括壓差傳感器、流量傳感器、電比例流量閥、電比例溢流閥、三位四通電磁換向閥，通過電比例溢流閥調節鉆柱的鉆壓，通過電比例流量閥調節鉆柱的鉆進速度。與現有技術相比具有以下優點：電比例溢流閥和電比例流量閥的聯合控制，可以使鉆井機器人推動鉆柱以最優鉆進速度和鉆壓向前鉆進，能夠適應不同的地層和井深。

技術領域

本發明涉及油氣田開發領域，尤其涉及一種可控鉆進速度和鉆壓的連續油管鉆井機器人控制系統。

背景技術

連續油管用途十分廣泛，連續油管作業具有成本低、體積小、作業周期快等優點，尤其是連續油管鉆井技術有如下優點：

(1)能夠安全地實現欠平衡壓力鉆井作業，有利于保護油氣層，提高鉆進速度，連續油管沒有接頭，為實現欠平衡壓力鉆井創造了有利條件。

(2)在鉆進過程中不需停泵接單根，可實現鉆井液的連續循環，減少了起下鉆時間，縮短了鉆井周期，提高了起下鉆進速度度和作業的安全性，避免因接單根可能引起井噴和卡鉆事故的發生。

(3)連續油管鉆井特別適用于小井眼鉆井、老井側鉆、老井加深。在老井側鉆或加深作業中，因連續油管直徑小可進行過油管作業，無需取出老井中現有的生產設備，從而實現邊采邊鉆的目的，可顯著節約鉆井成本。

連續油管鉆井技術，在我國的非常規氣藏、致密氣、頁巖氣及煤層氣等勘探開發方面，有著廣泛的應用前景。對于常規油氣井難以高效開采的油氣田，為了提高油氣田的產量，應用連續油管水平井技術開發也是一個很好的選擇。在水平井進行連續油管鉆井作業時，鉆井管串會受到來自井壁的摩擦阻力，并且摩擦阻力會隨著水平井長度和井斜角的增大而增大，還有連續油管是撓性管，不能從井口施加壓力，因此鉆井管串普遍存在下入困難和鉆頭鉆壓提供困難等難題。目前國內外通常采用兩種方法解決這個問題：一、采用降低摩阻的方法，如機械結構減阻、潤滑劑減阻，這種方法能降低摩擦力，在一定程度解決這個問題；二、采用井下機器人對管串實施牽引，這種方法將對管串提供軸向拉力，可以從根本上解決這個難題。

井下牽引機器人根據其驅動方式的不同主要分為輪式牽引機器人和伸縮式牽引機器人兩種。輪式牽引機器人牽引速度大，但牽引力較小，不能用于連續油管鉆井作業。伸縮式牽引機器人通常采用電機和液壓泵為液壓系統提供液壓力，用電磁換向閥為支撐缸和伸縮缸交替進液，機器人蠕動向前爬行。與輪式井下機器人相比，伸縮式井下機器人擁有較大的牽引力。

伸縮式鉆井機器人與伸縮式牽引機器人相比，設有泥漿流道，可以用于鉆井作業，國內外代表性產品有下面兩種：

重慶科技學院申請的一種電控液壓驅動連續油管井下牽引器的控制系統(CN103174391A，一種電控液壓驅動連續油管井下牽引器的控制系統)，該控制系統基于雙支撐單伸縮井下牽引器，牽引力小，采用伺服步進電機控制的五位三通換向閥和五位四通換向閥，可以通過改變閥芯的開口面積控制牽引速度，但控制不方便，且結構復雜，難以布置，將會導致牽引機器人尺寸不能小型化。

美國西部鉆探公司WWT提出一種基于液壓伸縮式鉆井機器人的水平井鉆井機器人系統，并針對鉆井機器人液壓控制系統申請了相應發明專利(US006003606A、US007273109B1)，該液壓控制系統基于一個液控三位九通換向閥，結構復雜，眾多閥體布置困難，難以小型化，且不能根據需求靈活控制鉆井速度和鉆進壓力。

連續油管鉆井機器人設有泥漿流道，可以用于連續油管鉆井作業，牽引連續油管的同時為鉆頭提供鉆壓，然而國內外均沒有在現場應用推廣，主要原因如下：

(1)連續油管鉆井作業適用于小井眼和微小井眼作業，然而，由于泥漿流道的限制，再加上現有的鉆井機器人控制系統結構復雜，大型閥體布置困難，使鉆井機器人尺寸難以小型化；