[发明专利]一种具有自适应性的滑动导向钻井控制系统及控制方法

说明书

本发明涉及一种具有自适应性的滑动导向钻井控制系统及控制方法，其特征在于，该滑动导向钻井控制系统包括MWD系统、顶驱控制器和地面工控机；MWD系统用于实时测量滑动导向钻井中钻具系统的工具面角并发送至地面工控机；顶驱控制器用于控制滑动导向钻井中顶驱的旋转，并将相应顶驱转角实时反馈至地面工控机；地面工控机用于根据井眼轨迹规划的工具面角、实时测量的工具面角和实时反馈的顶驱转角实时计算期望的工具面角和期望的顶驱转角并发送至顶驱控制器，顶驱控制器根据期望的工具面角或期望的顶驱转角控制滑动导向钻井中顶驱的旋转，进而实现滑动导向钻井中钻具系统的工具面角自适应控制，本发明可以广泛应用于滑动导向钻井领域中。

技术领域

本发明是关于一种具有自适应性的滑动导向钻井控制系统及控制方法，属于滑动导向钻井领域。

背景技术

滑动导向是石油定向钻井中常用的一种钻进方法，在常规滑动导向钻进过程中，由于钻柱不旋转，容易产生较大的摩阻，导致钻压难以传递下去，进而影响钻进速度，且通过旋转顶驱调整工具面的响应速度也比较慢，甚至可能发生漂移使井眼轨迹偏离设计轨迹。另外，由于工具面角的响应受到地层岩性、钻压大小和钻进速度等多方面因素影响，给工具面角的动态控制带来很大干扰和不确定性，难以事先选定一组合适的控制参数以满足各种复杂的井下工况。尤其对于水平井和深井而言，以上问题更加凸显，难以保证稳定的钻压和钻进速度，对工具面角的精确控制也有较大困难。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够满足各种复杂的井下工况且精确控制工具面角的具有自适应性的滑动导向钻井控制系统及控制方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种具有自适应性的滑动导向钻井控制系统，其特征在于，该滑动导向钻井控制系统包括MWD系统、顶驱控制器和地面工控机；所述MWD系统用于实时测量所述滑动导向钻井中钻具系统的工具面角并发送至所述地面工控机；所述顶驱控制器用于控制所述滑动导向钻井中顶驱的旋转，并将相应顶驱转角实时反馈至所述地面工控机；所述地面工控机用于根据井眼轨迹规划的工具面角、实时测量的工具面角和实时反馈的顶驱转角实时计算期望的工具面角和期望的顶驱转角并发送至所述顶驱控制器，所述顶驱控制器根据期望的工具面角或期望的顶驱转角控制所述滑动导向钻井中顶驱的旋转，进而实现所述滑动导向钻井中钻具系统的工具面角自适应控制。

进一步地，所述地面工控机内设置有工具面角解算模块、模型参数辨识模块、控制参数计算模块、振荡控制模块、微分正反馈控制模块、指令通信模块和人机交互界面；所述工具面角解算模块用于根据井眼轨迹规划的工具面角和所述MWD系统实时测量的工具面角解算出期望的工具面角并发送至所述顶驱控制器和控制参数计算模块；所述模型参数辨识模块用于根据所述MWD系统实时测量的工具面角和所述顶驱控制器实时反馈的顶驱转角，实时计算所述滑动导向钻井简化模型的模型参数并对模型参数进行辨识更新后发送至所述控制参数计算模块；所述控制参数计算模块用于根据期望的工具面角和辨识更新后的模型参数实时计算所述控制参数并发送至所述振荡控制模块、微分正反馈控制模块和人机交互界面；所述振荡控制模块用于根据接收的控制参数实时计算顶驱转角并发送至所述指令通信模块；所述微分正反馈控制模块用于根据实时测量的工具面角和接收的控制参数实时计算顶驱转角并发送至所述指令通信模块；所述指令通信模块用于将接收的两顶驱转角进行叠加得到期望的顶驱转角并发送至所述顶驱控制器；所述人机交互界面用于显示当前的钻井状态以及人工修改所述控制参数。