一种井眼轨迹的控制方法与系统与流程

1.本发明涉及石油钻井中的井眼轨迹的计算与控制，具体的，涉及一种井眼轨迹的控制方法与系统。


背景技术：

2.目前利用计算机软件可以轻松地实现井眼轨迹的设计与计算，利用数据表和2维或3维曲线显示结果，使地下不可见的井眼轨迹变得可见，施工人员根据计算结果制定指令，操控钻机，实现井眼轨迹的控制。
3.由于定向井钻井基础数据只有井深、井斜角及方位角等基础数据，通过计算机软件衍生大量的其他数据，最终通过数据表和2维或3维曲线显示结果，这就要求井眼轨迹设计与计算人员具备一定的专业技能，同时，定向井钻井涉及计算机软件与钻机控制系统相互独立，井眼轨迹计算得到的控制指令只能通过操作人员传递下发，这都不利于钻机设备的自动化程度的提升，影响井眼轨迹控制效率，增大由于人为因素造成的失误风险。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种井眼轨迹的控制方法与系统。
5.一种井眼轨迹的控制方法，包括如下步骤：步骤1：输入钻井计划，钻井计划通过上位机输入加载在控制器中或通过网络借助存储介质加载在控制器中；步骤2：获取顶驱转速、扭矩、主轴旋转角度；步骤3：获取bha数据及钻井数据；步骤4：根据步骤1至步骤3所获得的数据，计算井眼轨迹，描述井下状态，并用一系列的图表、2维和3维常规方式展示，同时输出3d显示图并对下一钻探阶段的井眼轨迹进行预测；步骤5：控制器接收步骤4的计算结果，生成一系列钻机控制指令；步骤6：根据接收到的钻机控制指令，对顶驱和绞车进行控制，实现井眼轨迹的实时控制；步骤7：接收传感器测量模块数据并更新数据，更新后的数据及时发送至控制设备中，控制设备重复步骤2至4，生成新的控制指令，继续执行步骤5至7，实现井眼轨迹的实时控制与监视，形成对井眼轨迹的闭环控制。
6.一种井眼轨迹的控制系统，包括：传感器测量模块包括bha钻具组合、mwd仪器、顶驱和钻机传感器，用于采集钻井作业过程中的数据，并将数据发送至控制设备；控制设备包括控制器和上位机，接收传感器测量模块的数据，生成控制指令并计算井眼轨迹，控制指令发送至控制量模块，井眼轨迹发送至上位机；控制量模块，接收控制设备发送的控制信号，用于控制钻机执行动作，实现对井眼
轨迹的控制。
7.所述bha钻具组合配置有测量单元，用于测量井底工具的工具面、井斜角和方位角，以及井底钻压、扭矩扭矩、温度、压力、振动数据，通过泥浆脉冲或电磁脉冲向上传输至mwd仪器。
8.优选的，所述mwd仪器接收bha钻具组合测量单元上传的测量数据，进行解码并上传至控制设备。
9.优选的，所述顶驱采集顶驱运行数据，包括顶驱运行状态、转速、扭矩数据；并将采集的数据发送至控制设备。
10.优选的，所述钻机传感器采集钻机数据，包括悬重、立管压力和大钩高度数据以及其衍生数据；并将采集的数据发送至控制设备。
11.优选的，所述控制器为可编程控制器，被配置为有线或无线的方式与传感器测量模块和控制量模块连接；接收传感器测量模块数据及上位机输入的数据，计算井眼轨迹并得出钻机控制指令，控制器将井眼轨迹计算结果发送至上位机，钻机控制指令发送至控制器模块。
12.优选的，所述上位机为触摸屏或电脑显示器，含有输入装置，输入测斜数据、井眼轨迹数据，用于控制器结合传感器测量数据计算控制量，输出至控制量模块进行钻井作业。
13.优选的，所述控制量模块接收控制设备发送的控制信号，控制井下钻柱的工具角处于工作工具面扇区内；控制钻机按计划自动执行定向钻井距离/复合钻井距离并控制顶驱主轴的旋转角度。
14.本发明的有益效果：利用高性能处理器计算井眼轨迹，同时与钻机控制系统通信，获取钻机控制系统信号，生成钻机控制系统操作指令并下发，实现井眼轨迹闭环控制，减少操作人员指令传递，提高钻机设备的自动化程度，提高钻井作业速度；利用3d显示技术，将传统定向软件显示的数据表和2维或3维曲线显示的信息用3d显示，使井眼轨迹比常规系统更加直观，便于操作人员实时了解井眼轨迹，提高井眼轨迹控制的准确度。
附图说明
15.图1为本发明的工作流程。
16.图2为本发明的系统框图。
17.图3为常规2维展示图。
18.图4为常规3维展示图。
19.图5为3d井眼轨迹图。
20.图6为3d显示井眼轨迹分析图。
21.图7为控制设备控制顶驱的操作界面。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明作进一步说明。
23.如图1所示，一种井眼轨迹的控制方法，包括如下步骤：步骤1：输入钻井计划，钻井计划通过上位机输入加载在控制器中或通过网络借助存储介质加载在控制器中；
步骤2：获取顶驱转速、扭矩、主轴旋转角度；步骤3：获取bha数据及钻井数据；步骤4：根据步骤1至步骤3所获得的数据，计算井眼轨迹，描述井下状态，并用一系列的图表、2维和3维常规方式展示，同时输出3d显示图并对下一钻探阶段的井眼轨迹进行预测；步骤5：控制器接收步骤4的计算结果，生成一系列钻机控制指令；步骤6：根据接收到的钻机控制指令，对顶驱和绞车进行控制，实现井眼轨迹的实时控制；步骤7：接收传感器测量模块数据并更新数据，更新后的数据及时发送至控制设备中，控制设备重复步骤2至4，生成新的控制指令，继续执行步骤5至7，实现井眼轨迹的实时控制与监视，形成对井眼轨迹的闭环控制。
24.如图2所示，一种井眼轨迹的控制系统，包括：传感器测量模块包括bha钻具组合、mwd仪器、顶驱和钻机传感器，用于采集钻井作业过程中的数据，并将数据发送至控制设备；控制设备包括控制器和上位机，接收传感器测量模块的数据，生成控制指令并计算井眼轨迹，控制指令发送至控制量模块，井眼轨迹发送至上位机；控制量模块，接收控制设备发送的控制信号，用于控制钻机执行动作，实现对井眼轨迹的控制。
25.所述bha钻具组合配置有测量单元，用于测量井底工具的工具面、井斜角和方位角，以及井底钻压、扭矩扭矩、温度、压力、振动数据，通过泥浆脉冲或电磁脉冲向上传输至mwd仪器。
26.需要理解的是，所述mwd仪器接收bha钻具组合测量单元上传的测量数据，进行解码并上传至控制设备。
27.需要理解的是，所述顶驱采集顶驱运行数据，包括顶驱运行状态、转速、扭矩数据；并将采集的数据发送至控制设备。
28.需要理解的是，所述钻机传感器采集钻机数据，包括悬重、立管压力和大钩高度数据以及其衍生数据；并将采集的数据发送至控制设备。
29.需要理解的是，所述控制器为可编程控制器，被配置为有线或无线的方式与传感器测量模块和控制量模块连接；接收传感器测量模块数据及上位机输入的数据，计算井眼轨迹并得出钻机控制指令，控制器将井眼轨迹计算结果发送至上位机，钻机控制指令发送至控制器模块。
30.需要理解的是，所述上位机为触摸屏或电脑显示器，含有输入装置，输入测斜数据、井眼轨迹数据，用于控制器结合传感器测量数据计算控制量，输出至控制量模块进行钻井作业。
31.需要理解的是，所述控制量模块接收控制设备发送的控制信号，控制井下钻柱的工具角处于工作工具面扇区内；控制钻机按计划自动执行定向钻井距离/复合钻井距离并控制顶驱主轴的旋转角度。
32.图3为常规的2维视图，分别为垂直投影图和水平投影图。
33.图4为常规的3为视图。
34.需要理解的是，结合图3和图4可以得出井眼轨迹进行钻探作业。
35.图5为3d显示的井眼轨迹图，用户可拖动画面，从各个角度观察井眼轨迹。
36.需要理解的是，3d显示模拟为井下摄像机，采用摄像机的视角显示井眼轨迹。
37.图6为3d显示井眼轨迹的详细数据需要理解的是，左上可以清晰的显示当前测点位置，底部线条为设计轨迹、靶区后端线条为已钻轨迹、靶区前端为预测的待钻轨迹，方框表示靶区，方形靶只是其中一种，通常有其他表示方法，如圆形、椭圆形等。通过设置视角，切换远/近视角、修改视角坐标，技术人员可以清晰地看到实际井眼轨迹与设计井眼轨迹在空间的相对位置，也可以看到预测的井眼轨迹与设计轨迹的相对位置，判断当前的钻井计划是否合理，如何调整控制指令满足钻井要求。
38.需要理解的是，右上显示了来自钻头和工具面的最新数据，包括当前钻头深度测量，井眼轨迹数据以及工具面等数据，判断操纵实际工具面的有效性。
39.需要理解的是，左下显示了当前的钻井数据以及工具面的最新和历史数据，同时，显示了井深、悬重、钻压、立压、狗腿度这几个重要参数，供技术人员结合圆盘所示的工具面数据判断当前钻井作业的有效性，便于实时调整参数。
40.需要立即的是，右下形象地显示了钻头处的工况，特点地，技术人员可以结合井底上空、rop，以及通过对比地面和钻头处的钻压、扭矩、钻速这些参数，判断当前钻井作业的效率。
41.图7为控制设备控制顶驱的操作界面。
42.需要说明的是，中间圆盘为类似于具有多个同心嵌套环的刻度盘，显示磁性工具面数据和重力工具面数据，图中，用三角形表示，在其他示例性实施方式中，用于磁性工具面数据的符号被示为圆形，并且用于重力工具面数据的符号被示为矩形，也可以或经由颜色，大小，闪烁，闪烁率和/或其他图形方式彼此区分。
43.需要理解的是，在一些实施方式中，工具面符号既可以指示最新的工具面测量，也包含工具面测量的历史值，显示为多个紧接在最新测量值前的测量值。每个环可以表示测量迭代或计数，或预定的时间间隔，或者以其他方式指示最近的测量与先前的测量之间的历史关系。图中，最外侧三角表示最新测量值，内侧三角形表示为历史测量值，从外向内依次递增。操作界面中扇区表示为目标工具面以其允许的范围，该范围可调，通常设置为30
°
。
44.需要理解的是，操作界面还包括多个文本和/或其他类型的指示器，其显示当前或最近的工具面取向的参数。例如，将由勘测仪器测量的井眼的倾角显示为92.3
°
，井眼的方位角由勘测仪器测量为195.8
°
，当前井眼的深度为3911.79m，目标钻探深度为3990m。
45.需要理解的是，操作界面还包括对顶驱的控制信号，例如顶驱左右摇摆圈数，速度，校正频率以及主轴偏移使能、偏移角度、偏移圈数等以及其他设置参数。