连续油管钻井动力钻头的控制模拟系统及其使用方法与流程

1.本发明涉及石油工业连续油管钻井的监测系统和方法，特别是连续油管钻井动力钻头的控制模拟系统及其使用方法。


背景技术：

2.利用连续油管设备进行浅层钻井、老井侧钻井是一项新兴的石油钻井技术。连续油管管径细、能够盘卷在地面的滚筒中，通过滚筒下入井内，连续油管的钻井泥浆是通过滚筒中的泥浆接头，一端与连续油管的末端连接、另一端与泥浆泵连接并与泥浆池形成循环。由于连续油管管径细遇阻容易弯曲，尤其是在钻井时，其变形更为明显。但是，由于连续油管具有中途不用更换单根钻杆的连续性优点，可使钻进速度更快、钻井周期短，钻井成本大幅降低。目前，由于国内使用连续油管进行浅层钻井、老井侧钻技术还刚刚起步，一些关键技术还处于探索阶段，尤其是连续油管钻井动力钻头的地面钻进控制装置或系统更是浅层钻井、侧钻井的关键技术装备。
3.在钻井进尺施工中，受地下不同地质泥层、岩石层结构等的影响，在地面控制连续油管的钻井轨迹有很多的不确定性，有时钻头甚至没有钻到钻井目的层，也有时，实际钻进进尺比预算的多出许多，对于丛式井组还有钻穿目的层的情况。为了能够更好地掌握连续油管在井下的钻井轨迹，已有这方面的设备申请了专利，如：申请号为201910852694.4的“连续油管钻井动力钻头控制装置及其使用方法”。因此，一方面要研制更易于控制和掌握的连续油管地面控制装置或系统，另一方面，要为用于井下的连续油管钻井动力钻头控制装置配备能够在地面观察到的模拟系统，用来评价连续油管地面控制系统与连续油管钻井动力钻头控制装置所控制的钻头的钻进轨迹是否按照预定设计轨迹进行钻进，判断其符合率。
4.通过在地面模拟来验证连续油管钻进是否按照预定的方位轨迹进行施工的方法和设备，目前还没有见到相关研究和报导，也就是说如何模拟验证连续油管钻井地面控制系统控制的井下钻头的实际钻井方位以及判定与预定设计方位钻进的符合情况或称符合率，是目前还无法实现的。
5.目前，一般的验证方法是在正常的施工中，利用现有无线随钻系统技术，及时地监控钻进轨迹，再通过模拟图像观测，及时调整钻进轨迹。这样的方法，都是采用钻井泥浆作为介质通过泥浆波进行传输，传输速率非常低，一般为几b/min、一分钟几个字节。当无线随钻地面控制装置的指令发出后，对于高速钻进的钻头施工来说，其指令不能及时传递，严重延时，会造成钻井轨迹的无序变化。使施工复杂化，造成钻井成本增高，施工周期变长等负面影响。
6.为了改变目前连续油管地面控制系统与连续油管钻井动力钻头控制装置所控制的钻头的钻进轨迹无法判定是否相符的现状，需要研制连续油管钻井动力钻头的控制模拟系统，以改善上述现状，提高连续油管的钻井质量，降低钻井成本。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供连续油管钻井动力钻头的控制模拟系统及其使用方法，可对连续油管地面控制装置或称系统的控制效果进行测试和检验，直观地观察到连续油管动力钻具的控制方向与预定方位是否一致，以此来提高连续油管的钻井水平和质量，降低无功作业、降低钻井成本。
8.为解决上述问题，本发明是这样实现的：连续油管钻井动力钻头的控制模拟系统主要设有地面控制装置、滚筒、连续油管悬挂机构和模拟井筒，模拟井筒为透明状，连续油管中穿有数据电缆，连续油管的前端与动力钻具连接、中部从连续油管悬挂机构的定滑轮中绕过，连续油管的后部排在滚筒中，连续油管由滚筒下入到模拟井筒中；数据电缆的后端与地面控制装置连接、前端从连续油管中穿过与动力钻具连接。
9.所述模拟井筒包括透明管、密封盖、狗腿支架和水平支架，透明管按照实际井筒的状态连接后做为套管壁，透明管的上端和末端分别装有密封盖和底堵，狗腿支架和水平支架分别固定在透明管的拐点处和水平段处；密封盖设有连续油管通过孔和进液管插孔，进液管插孔中装有出液管，连续油管能够从连续油管通过孔中通过。
10.所述出液管通过出液管线与泥浆池连接并通过泥浆池与泥浆泵和滚筒中的泥浆接头形成循环。
11.所述狗腿支架是与模拟井筒的井筒拐点相符的l型支架，狗腿支架和水平支架均垫支在连续油管的下方。
12.所述连续油管悬挂机构包括定滑轮、定滑轮固定板和固定杆，所述定滑轮设有二个，分别是定滑轮一和定滑轮二，定滑轮一和定滑轮二均通过滑轮支架固定在定滑轮固定板的下方，连续油管从定滑轮一和定滑轮二的上方绕过后下入模拟井筒中；定滑轮固定板通过固定杆固定在吊装固定体的下方。
13.所述动力钻具包括螺杆钻和钻头，在所述螺杆钻与连续油管之间还连接着丢手接头、定向工具和测量工具。
14.所述模拟井筒的总高度设定在5米-10米之间，模拟井筒水平段的总长度设定在5米-10米之间。
15.所述的连续油管钻井动力钻头的控制模拟系统的使用方法，是：a、首先将地面控制装置与连续油管中的数据电缆连接；b、将连续油管的前端从滚筒中输出并从定滑轮一和定滑轮二的上方绕过；c、将连续油管与丢手接头机械连接，将连续油管中的数据电缆与丢手接头中的控制电缆连接，并通过丢手接头依次与定向工具、测量工具、螺杆钻和钻头连接；d、操作滚筒将钻头、螺杆钻、定向工具、测量工具、丢手接头和连续油管下入模拟井筒中；e、启动地面控制装置，调整钻头的钻进方向和方位，注意观察地面控制装置中的显示和钻头的运行轨迹。
16.将所述钻头的运行轨迹以及调整方向和方位与地面控制装置中显示的钻头的运行轨迹和调整方向和方位相比较，得出两者间的差异并根据所述的差异调整地面控制装置中的控制参数。
17.本发明的显著效果是：本发明为了探明连续油管钻井动力钻头在井下施工过程中的控制情况，制造了一套模拟系统，模拟井筒利用透明管做为套管壁，将地面控制装置通过数据电缆与连续油管中的丢手接头和动力钻具连接，在实验场所操作地面控制装置模拟实际的钻井施工，能够清楚地观察到地面控制装置对连接在连续油管下端的钻头的控制情况，可以将实际的钻头轨迹与地面控制装置的控制参数进行对比和验证。
18.通过本发明的模拟系统，可为钻头设计多角度、多方位的钻进位置，将模拟系统中钻头的实际钻进位置和钻进轨迹，及时地与地面控制装置中显示的轨迹数据进行对比，实时监测地面控制装置与实际控制的钻头钻进轨迹是否符合，可识别出实际钻井施工中钻头的运行误差，通过本模拟系统可以改进和调整地面控制装置的应用和控制参数，达到最好的钻进控制效果，提高钻井质量。
19.本发明在模拟测试操作时，按照钻井模拟状态，通过透明状的模拟井筒，还能够实时观察到连续油管在钻进过程中多种工序的实施状况，如丢手工具是否完成丢手、定向工具的工作状态等一系列井下施工程序的完成情况，与地面控制装置中的显示相比较，找出地面控制装置中的显示与实际施工中的误差，可以指导生产，提高了钻井施工效率，降低无功作业、降低生产成本，具有显著的经济效益和社会效益以及很好的使用效果和应用价值。
附图说明
20.图1是本发明结构示意图和在直井中的模拟应用状态图。
21.图2是本发明的结构示意图和在水平井中的模拟应用状态图。
具体实施方式
22.以下结合附图详述本发明，并非限制本发明的保护范围，凡使用本发明的设计思路得出的改进均属于本发明的保护范畴。
23.参见图1和图2，连续油管钻井动力钻头的控制模拟系统主要设有地面控制装置1、滚筒3、连续油管悬挂机构和模拟井筒12，模拟井筒12为透明状，连续油管4中穿有数据电缆2，连续油管4的前端与动力钻具连接、中部从连续油管悬挂机构的定滑轮中绕过，连续油管4的后部排在滚筒3中，连续油管4由滚筒3下入到模拟井筒12中；数据电缆2的后端与地面控制装置1连接、前端从连续油管4中穿过与动力钻具连接。
24.所述模拟井筒12包括透明管、密封盖11、狗腿支架18和水平支架19，透明管按照实际井筒的状态连接后做为套管壁，透明管的上端和末端分别装有密封盖11和底堵，狗腿支架18和水平支架19分别固定在透明管的拐点处和水平段处，做为连续油管4和动力钻具的支撑；密封盖11设有连续油管通过孔和进液管插孔，进液管插孔中装有出液管10，连续油管4能够从连续油管通过孔中通过。
25.所述出液管10通过出液管线与泥浆池连接并通过泥浆池与泥浆泵和滚筒3中的泥浆接头形成循环。当需要观察泥浆在模拟井筒12中的实际应用情况时，可以开启泥浆泵循环。
26.所述狗腿支架18是与模拟井筒12的井筒拐点相符的l型支架，狗腿支架18和水平支架19均垫支在连续油管4的下方。
27.所述连续油管悬挂机构包括定滑轮、定滑轮固定板6和固定杆7，所述定滑轮设有
二个，分别是定滑轮一5和定滑轮二9，定滑轮一5和定滑轮二9均通过滑轮支架固定在定滑轮固定板6的下方，连续油管4从定滑轮一5和定滑轮二9的上方绕过后下入模拟井筒12中；定滑轮固定板6通过固定杆7固定在吊装固定体8的下方。吊装固定体8能够是房梁、房顶、固定梁等能够承载连续油管4的承重物体。
28.所述动力钻具包括螺杆钻16和钻头17，在所述螺杆钻16与连续油管4之间还连接着丢手接头13、定向工具14和测量工具15，以便观察到更多井下施工工具的应用情况。
29.所述模拟井筒12的总高度设定在5米-10米之间，模拟井筒12水平段的总长度设定在5米-10米之间。
30.所述的连续油管钻井动力钻头的控制模拟系统的使用方法，是：a、首先将地面控制装置1与连续油管4中的数据电缆2连接；b、将连续油管4的前端从滚筒3中输出并从定滑轮一5和定滑轮二9的上方绕过；c、将连续油管4与丢手接头13机械连接，将连续油管4中的数据电缆2与丢手接头13中的控制电缆连接，并通过丢手接头13依次与定向工具14、测量工具15、螺杆钻16和钻头17连接；d、操作滚筒3将钻头17、螺杆钻16、定向工具14、测量工具15、丢手接头13和连续油管4下入模拟井筒12中；e、启动地面控制装置1，调整钻头17的钻进方向和方位，注意观察地面控制装置1中的显示和钻头17的运行轨迹。
31.将所述钻头17的运行轨迹以及调整方向和方位与地面控制装置1中显示的钻头17的运行轨迹和调整方向和方位相比较，得出两者间的差异并根据所述的差异调整地面控制装置1中的控制参数，达到最好的钻进控制效果，用于指导现场钻井施工。
32.本系统中的地面控制装置1是申请号为202010142988.0、名称为一种连续油管钻井地面控制装置，地面控制装置1中安装的软件是：版本号v1.0、登记流水号2020r11l07345、名称“连续油管钻井测控系统”。
33.通过本发明的模拟系统，可以实时观察到连续油管4以及井下工具和动力钻具在钻进过程中的工作过程和钻进轨迹的实况，及时和地面控制装置1显示的轨迹数据进行对比，实时监测地面控制装置1与模拟井筒12中被控制的钻头17的钻进轨迹是否符合，通过本模拟系统可以对地面控制装置1的控制参数研究、判定和调整，以达到最好的钻进控制效果，指导生产。
34.上面叙述的实施例仅仅为典型实施例，但本发明不仅限于这些实施例，本领域的技术人员可以在不偏离本发明的精神和启示下做出修改。本文所公开的方案可能存在很多变更、组合和修改，且都在本发明的范围内，因此，保护范围不仅限于上文的说明。