一种自动调整工具面定向控制系统和方法与流程

1.本发明涉及滑动钻井技术领域，尤其涉及一种自动调整工具面定向控制系统和方法。


背景技术：

2.由导向马达、随钻测量系统构成的滑动钻井是目前的主要定向钻井方式。该滑动定向方法实现了顶驱自动扭摆功能，扭矩摇摆技术顺时针逆时针交替旋转钻具，降低了井眼摩阻，解决了滑动托压，提高了钻井效率。但是现有的滑动定向技术，只是实现了自动顶驱扭摆，减小了钻柱托压，但还无法实现自动定向；在难度较大的定向井和水平井的钻井作业中，明显很吃力。因此，如何提升在难度较大的定向井和水平井的钻井能力，是一个亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明的第一方面，提出了一种自动调整工具面定向控制方法，所述自动调整工具面定向控制方法包括如下步骤：通过控制平台设置目标工具面、允许扇区、目标井深、压差给定、工具面调整转速、摇摆速度、左摇摆扭矩百分数、右摇摆增量、压差与角度关系参数；启动滑动定向，并采集mwd实际工具面、立管压力及大钩悬重相关参数；测量基准扭矩，释放扭矩，并摆工具面；探底后，使能摇摆，获得左右摇摆圈数，进行顺时针或逆时针旋转；使能定向，根据实际工具面与目标工具面差值，自动进行左、右冲撞，修正冲撞比例，调节工具面，使之趋于目标工具面，在允许扇区内，实现工具面自动保持；在钻进中，一边钻进，一边定向，保持工具面稳定在目标工具面误差之内，直到当前立柱完成滑动井段或结束滑动钻进。
4.优选的，所述自动调整工具面定向控制方法根据mwd实测工具面与目标工具面的角度差以及反扭矩角偏移，控制平台控制钻井设备的顶驱精确转动，调整工具面到目标方位，控制平台检测工具面偏差进行修正。
5.优选的，所述自动调整工具面定向控制方法将采集的扭矩数据作为反馈量，控制扭矩摇摆圈数，旋转钻具，降低井眼摩阻，输送连续稳定的井底钻压。
6.优选的，所述自动调整工具面定向控制方法采用手动设置或自动测量压差与角度关系，可实现设置或测量值的拟合，获得其他未设置或测量压差与角度的关系。
7.优选的，所述控制平台包括hmi、可编程控制器plc、计算机及多组通信电缆。
8.本发明的第二方面提出了一种自动调整工具面定向控制系统，所述自动调整工具面定向控制系统包括：数据采集模块、数据传输模块、数据分析模块及控制平台，其中：所述数据采集模块包括mwd传感器、钻杆扭矩传感器、立管压力传感器及大钩悬重传感器，所述数据采集模块连接数据传输模块；所述数据传输模块连接数据分析模块；所述数据分析模
块为可编程控制器plc，所述数据分析模块连接控制平台；所述控制平台为计算机，通过可编程控制器plc控制顶驱精准转动。
9.优选的，所述数据传输模块包括多组通信电缆，且数据传输与交换采用wits标准。
10.优选的，所述可编程控制器plc设置于钻井设备的顶驱上，并通过通信电缆连接计算机。
11.本发明的有益效果在于：通过采用本发明提供的一种自动调整工具面定向控制系统和方法能实现自动定向钻井，并显著提高斜井段和水平段的钻井能力，适用于难度较大的定向井和水平井的钻井作业。
附图说明
12.图1是本发明提供的一种自动调整工具面定向控制方法的工作流程图；图2是本发明提供的一种自动调整工具面定向控制系统的结构示意图。
具体实施方式
13.为了对本发明的实施例进行详细说明，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
14.应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
15.本发明的主要目的在于提供一种自动调整工具面定向控制系统和方法，旨在解决现有滑动定向钻井技术无法实现自动定向的技术问题。
16.为实现上述目的，本发明提出了一种实施例，参照图1，图1是本发明提供的一种自动调整工具面定向控制方法的工作流程图。
17.如图1所示，在本实施例中，所述自动调整工具面定向控制方法包括如下步骤：通过控制平台设置目标工具面、允许扇区、目标井深、压差给定、工具面调整转速、摇摆速度、左摇摆扭矩百分数、右摇摆增量、压差与角度关系参数；启动滑动定向，并采集mwd实际工具面、立管压力及大钩悬重相关参数；测量基准扭矩，释放扭矩，并摆工具面；探底后，使能摇摆，获得左右摇摆圈数，进行顺时针或逆时针旋转；使能定向，根据实际工具面与目标工具面差值，自动进行左、右冲撞，修正冲撞比例，调节工具面，使之趋于目标工具面，在允许扇区内，实现工具面自动保持；在钻进中，一边钻进，一边定向，保持工具面稳定在目标工具面误差之内，直到当前立柱完成滑动井段或结束滑动钻进。
18.进一步的，所述自动调整工具面定向控制方法根据mwd实测工具面与目标工具面的角度差以及反扭矩角偏移，控制平台控制钻井设备的顶驱精确转动，调整工具面到目标方位，控制平台检测工具面偏差进行修正。
19.进一步的，所述自动调整工具面定向控制方法将采集的扭矩数据作为反馈量，控制扭矩摇摆圈数，旋转钻具，降低井眼摩阻，输送连续稳定的井底钻压。
20.进一步的，所述自动调整工具面定向控制方法采用手动设置或自动测量压差与角
度关系，可实现设置或测量值的拟合，获得其他未设置或测量压差与角度的关系，用于调节反扭矩角度、压差变动调节角度量和角度变化调节的压差偏移。
21.进一步的，所述控制平台包括hmi可编程控制器plc、计算机及多组通信电缆。
22.进一步的，测量基准扭矩：将测出设置摇摆速度下的相应扭矩基准值，此值对应扭矩100%。
23.进一步的，释放扭矩：游车将上下快速移动，尽量释放钻柱上的扭矩，释放静摩擦，以便顺利使钻柱处于正常的工具面，为摆工具面做好准备。
24.进一步的，摆工具面：根据设置的工具面目标值和预期的压差给定值，事先预估预加压差下的反扭矩角度，以更在钻头进入井底，加入压差后，钻柱能回到正常的工具面，调节基准工具面，便于容易定向到工具面目标。
25.进一步的，手动设置或自动测量压差与角度关系：可手动预置压差和角度关系；根据实际压差给定，自动测量所加压差对应的角度偏移量；可实现设置或测量值的拟合，获得其他未设置或测量压差与角度的关系。
26.进一步的，自动定向：在钻进过程中实现自动定向，一边钻井，一边定向，在定向时，不需要提离井底，降低进尺。
27.进一步的，工具面保持模式：
①
、无：工具面在扇区内将无任何操作；
②
、工具面 压差：工具面在扇区内时，将根据实际工具面与目标工具的差值，进行左右撞冲，使实际工具面趋近目标工具面；
③
、调节压差：工具在扇区内时，将根据实际工具面与目标工具的差值，增加或减小压差，使实际工具面趋近目标工具面；调节的压差值不能小于最小压差，不能高于最大压差，每次调节压差范围不能超过最大梯度。
28.进一步的，所述控制平台包含实时工具面数据及控制滑动钻进所需要的钻井参数。根据mwd实测工具面与目标工具面的角度差以及反扭矩角偏移，控制系统控制顶驱精确转动，调整工具面到目标方位，系统检测工具面偏差进行修正。采集的扭矩数据作为反馈量，控制扭矩摇摆圈数，旋转钻具，使井眼摩阻降至最低，输送连续稳定的井底钻压，提高滑动钻进机械钻速。
29.如图2所示，图2是本发明提供的一种自动调整工具面定向控制系统的结构示意图。
30.一种自动调整工具面定向控制系统，所述自动调整工具面定向控制系统：数据采集模块、数据传输模块、数据分析模块及控制平台，其中：所述数据采集模块包括mwd传感器、钻杆扭矩传感器、立管压力传感器及大钩悬重传感器，所述数据采集模块连接数据传输模块；所述数据传输模块连接数据分析模块；所述数据分析模块为可编程控制器plc，所述数据分析模块连接控制平台；所述控制平台为计算机，通过可编程控制器plc控制顶驱精准转动。
31.进一步的，所述数据传输模块包括多组通信电缆，且数据传输与交换采用wits标准。
32.进一步的，所述可编程控制器plc设置于钻井设备的顶驱上，并通过通信电缆连接计算机。
33.进一步的，所述自动调整工具面定向控制系统通过手动设置或自动测量压差与角度关系。
34.进一步的，所述自动调整工具面定向控制系统运用扭矩摇摆技术顺时针逆时针交替旋转钻具，降低井眼摩阻，解决滑动托压，提高机械钻速。
35.进一步的，所述自动调整工具面定向控制系统是一个基于顶驱的控制系统，能精确调整和修正工具面，通过压差δp=pd
‑
pc（钻进泵压
ꢀ‑ꢀ
循环泵压）来判断钻头是否触底钻进，滑动钻进时启动钻具摇摆旋转，将井眼摩阻降至最低，有效输送井底钻压。
36.需要说明的是，上所述仅是本发明较佳实施例，不能以此来限定本发明之权利范围，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。