[发明专利]一种旋转导向钻井的闭环控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种旋转导向钻井的闭环控制方法及系统。本发明的控制系统由近钻头测量仪、随钻测量/随钻测井、井下监控系统、地面监控系统、钻机伺服系统、旋转导向工具等构成，采用井下闭环控制和地面闭环控制相结合的方式，由井下监控系统和地面监控系统进行分析决策，生成随钻控制方案和控制指令，以调控旋转导向工具的工作参数。本发明提供了自适应纠偏、双闭环控制的旋转导向钻井系统及方法，能显著提高旋转导向钻井系统的控制精度和作业效率。

技术领域

本发明涉及地质勘探开发领域，具体说涉及一种旋转导向钻井的闭环控制方法及系统。

背景技术

旋转导向钻井系统是在钻柱旋转状态下实现井眼轨迹的导向钻进，有利于降低钻柱摩阻和清除井眼岩屑，可提高井身质量、钻井效率和钻井安全性，是应用于大位移井、水平井等复杂结构井导向钻进作业的先进钻井装备。旋转导向钻井系统可分为推靠式和指向式两种导向方式，目前大多数旋转导向钻井系统都采用推靠式导向方式。

在现有技术中，旋转导向钻井系统基本都属于开环控制和半闭环控制，还没有实现真正的闭环控制。这制约了旋转导向钻井系统的控制精度和作业效率，影响了旋转导向钻井系统的功能发挥和应用效果。

因此，为了提高旋转导向钻井系统的控制精度和作业效率，需要一种旋转导向钻井的闭环控制方法。

发明内容

为了提高旋转导向钻井系统的控制精度和作业效率，本发明提供了一种旋转导向钻井的闭环控制方法，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。

在一实施例中，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，向所述井下监控系统发送控制指令，由所述井下监控系统指挥所述旋转导向工具实施控制参数调整和导向钻进。

在一实施例中，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。

在一实施例中，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。

在一实施例中：

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。