[发明专利]一种旋转导向钻井控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于石油勘探开发领域，具体涉及一种旋转导向钻井控制系统及其控制方法。

背景技术

旋转导向钻井技术起源于上世纪80年代后期，该技术是随着相关科技水平的提高，为满足石油工业的实际需要在滑动导向钻井技术和工艺基础之上而发展起来的。其基本的思路就是在旋转钻井的同时，在钻压钻速及泵量的配合下，通过特定的井下导向工具，在近钻头附近，对旋转的钻柱在特定方向上施加一定的连续的可变的侧向力，人为地改变钻头前进的方向，进而达到旋转中几何导向或地质导向的目的。

与传统钻井技术相比，旋转导向钻井技术可使钻头处于持续地旋转状态，因此井眼净化效果更好，井身轨迹控制精度更高，钻井速度更快，出现卡钻等事故的几率更小，位移延伸能力更强。如果配上地质导向短节，就可以让钻头在井底自动寻找油层钻进，因此对油气资源的勘探和开发，提高油田的油气采收率具有重要意义。

目前，旋转导向钻井技术主要掌握在国外少数几家石油技术服务公司手中，基于其自身利益，对其所拥有的导向控制技术、导向工具仪器进行严格保密，并在价格上垄断、技术上限制、国际投标时制约、服务上拖延，严重影响了我国石油工业钻井工艺技术的进步，制约了国内钻井队伍开拓海外钻井市场的竞争能力，成为我国石油钻探行业技术发展进步的瓶颈。

现有技术中，公告号为CN102022082B的专利公开了一种控制旋转导向钻井工具的地面指令下传方法及装置。但该采用该技术方案用于钻井时，因钻头钻进的轨迹会与设计的井眼轨迹之间出现偏差，故需通过其地面控制系统来反复多次下传控制指令至旋转导向钻井工具来对钻进的轨迹进行调整，导致钻井周期的延长，限制了钻井效率的提升。

正是基于上述背景，申请人展开了针对旋转导向钻井技术的立项研究。

旋转导向钻井技术从导向机构的运动方式可分为静止式和动态式两种，从导向力产生的方式可分为推靠式和指向式两种，且目前国内用户普遍采用静态偏置推靠式旋转导向钻井工具。经过多年的研发，申请人已完成静态偏置推靠式旋转导向钻井工具整体结构设计，并相继提出了主题为“静态偏置推靠式旋转导向钻井工具”的系列技术方案(公告号分别为CN103939017A、CN203783462U、CN203783488U和CN203783461U)，且上述“静态偏置推靠式旋转导向钻井工具”凭借其结构合理、高可靠性等优点，已能够代替国外同类产品进行使用。

但申请人在实践中发现，仅提出“静态偏置推靠式旋转导向钻井工具(公告号为CN103939017A)”的技术方案，还难以实现现代石油勘探工业所需的自动化、智能化、高效率地钻井。

故申请人考虑结合“静态偏置推靠式旋转导向钻井工具”结构来设计出与之相应旋转导向钻井控制系统及其控制方法，以实现具有自动化、智能化、高效率功能特点的钻井控制。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何结合“静态偏置推靠式旋转导向钻井工具”结构(公告号分别为CN103939017A)，来提供一种能够实现自动化、智能化、高效率钻井的旋转导向钻井控制系统及其控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种旋转导向钻井控制系统，包括地面控制系统、地面控制箱、旁通阀、MWD系统、具有解码单元的井下总控板以及能够控制导向工具中翼肋动作的主控板；其中，

所述地面控制系统包括安装有控制软件的上位机；

所述地面控制系统与所述地面控制箱电性连接；

所述旁通阀安装在与泥浆管道相连的旁通支管上，且所述旁通阀上的信号控制端与所述地面控制箱电性连接；所述泥浆管道用于输送钻井液并将导向工具和设置在地面的泥浆泵相连接；

还包括井下发电机、发电机安装段、耦合器以及用于安装该耦合器的耦合器安装段、近钻头姿态数据获取组件和电源板；

所述井下发电机固定安装在整体呈柱形且具有中空结构的发电机安装段的内部，所述发电机安装段的端部与导向工具上的耦合器安装段的端部相贯通并固定连接；

所述井下总控板安装在所述耦合器安装段，所述井下总控板上具有与所述井下发电机的输出端相连的接收端，并用于接收所述井下发动机的生成的电能以及通过解码单元来对泥浆中携带的指令进行解码；所述井下总控板还具有与所述耦合器的原边线圈相连的连接端、与所述MWD系统信号相连的信号端；

所述耦合器的副边线圈与所述主控板信号连接；