[发明专利]一种旋转导向钻井的闭环控制方法及系统

权利要求书

1.一种旋转导向钻井的闭环控制方法，其特征在于，采用井下闭环控制和地面闭环控制相结合的方式通过调控旋转导向工具的控制参数实施旋转导向钻井，其中：

在所述井下闭环控制过程中，由井下监控系统自动处理分析来自近钻头测量仪和随钻测量/随钻测井的测量数据以形成井下控制方案，根据所述井下控制方案对所述旋转导向工具的控制参数进行调控；

在所述地面闭环控制过程中，由地面监控系统分析来自近钻头测量仪和随钻测量/随钻测井的测量数据以自动判断是否进行地面干预，当需要地面干预时生成地面控制方案，根据所述地面控制方案对所述旋转导向工具的控制参数进行调控；

其中，建立井眼轨迹的控制参数与旋转导向工具的控制参数之间的关系，根据所述井眼轨迹的控制要求调控所述旋转导向工具的控制参数以实施导向控制，其中：

所述井眼轨迹的控制参数为井斜变化率和方位变化率；

所述旋转导向工具的控制参数为造斜率和工具面角，其中，基于经误差补偿后的井斜变化率和方位变化率设计造斜率和工具面角，而无需再对造斜率和工具面角进行误差补偿；

在所述地面闭环控制过程中，当需要对所述旋转导向工具的控制参数进行调控时，通过钻机伺服系统来调控工具面角，只将工具造斜率的控制指令和参数发送给所述井下闭环控制系统，并由所述井下闭环控制系统调控工具造斜率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

将井段划分为多个控制单元；

针对所述井段设计钻前控制方案，所述井段的第一个所述控制单元按照所述钻前控制方案开始钻进；

针对当前的所述控制单元获取所述钻前控制方案设计的井眼轨迹；

针对当前的所述控制单元监测实钻井眼轨迹；

根据所述实钻井眼轨迹以及所述钻前控制方案设计的井眼轨迹对所述钻前控制方案进行修正以生成随钻控制方案；

基于所述随钻控制方案生成并输出调控命令；

基于所述调控命令调控所述旋转导向工具的控制参数以实施下一所述控制单元的钻进。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，综合考虑旋转导向钻井系统的性能、地层特性及其变化情况、钻井的机械钻速选取控制步长，根据所述控制步长划分所述控制单元。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，设置控制参数门限值，在生成所述调控命令的过程中，对比所述随钻控制方案的旋转导向工具的控制参数与所述钻前控制方案的旋转导向工具的控制参数之间的参数误差，当所述参数误差大于所述控制参数门限值时基于所述参数误差生成所述调控命令。

5.一种采用如权利 要求1-4中任一项所述的方法的旋转导向钻井闭环控制系统，其特征在于，所述系统包括近钻头测量仪、旋转导向工具、井下监控系统、随钻测量/随钻测井装置、地面监控系统以及钻机伺服系统，其中：

所述井下监控系统配置为自动处理分析来自所述近钻头测量仪和所述随钻测量/随钻测井的测量数据以生成井下控制方案；

所述地面监控系统配置为分析来自所述近钻头测量仪和所述随钻测量/随钻测井的测量数据以自动判断是否进行地面干预，当需要地面干预时生成地面控制方案；

所述旋转导向工具以及所述钻机伺服系统配置为基于所述井下控制方案或所述地面控制方案进行旋转导向钻井，

其中，建立井眼轨迹的控制参数与旋转导向工具的控制参数之间的关系，根据所述井眼轨迹的控制要求调控所述旋转导向工具的控制参数以实施导向控制，其中：

所述井眼轨迹的控制参数为井斜变化率和方位变化率；

所述旋转导向工具的控制参数为造斜率和工具面角，其中，基于经误差补偿后的井斜变化率和方位变化率设计造斜率和工具面角，而无需再对造斜率和工具面角进行误差补偿；

当需要地面干预时，所述地面监控系统通过钻机伺服系统来调控所述旋转导向工具的工具面角，只将工具造斜率的控制指令和参数发送给所述井下监控系统，并由所述井下监控系统调控所述旋转导向工具的工具造斜率。