[发明专利]一种可控钻进速度和钻压的连续油管钻井机器人控制系统

说明书

本发明涉及油气田开发领域，尤其涉及一种可控钻进速度和钻压的连续油管钻井机器人控制系统。其主要特征在于：钻井机器人的伸缩缸控制模块包括压差传感器、流量传感器、电比例流量阀、电比例溢流阀、三位四通电磁换向阀，通过电比例溢流阀调节钻柱的钻压，通过电比例流量阀调节钻柱的钻进速度。与现有技术相比具有以下优点：电比例溢流阀和电比例流量阀的联合控制，可以使钻井机器人推动钻柱以最优钻进速度和钻压向前钻进，能够适应不同的地层和井深。

技术领域

本发明涉及油气田开发领域，尤其涉及一种可控钻进速度和钻压的连续油管钻井机器人控制系统。

背景技术

连续油管用途十分广泛，连续油管作业具有成本低、体积小、作业周期快等优点，尤其是连续油管钻井技术有如下优点：

(1)能够安全地实现欠平衡压力钻井作业，有利于保护油气层，提高钻进速度，连续油管没有接头，为实现欠平衡压力钻井创造了有利条件。

(2)在钻进过程中不需停泵接单根，可实现钻井液的连续循环，减少了起下钻时间，缩短了钻井周期，提高了起下钻进速度度和作业的安全性，避免因接单根可能引起井喷和卡钻事故的发生。

(3)连续油管钻井特别适用于小井眼钻井、老井侧钻、老井加深。在老井侧钻或加深作业中，因连续油管直径小可进行过油管作业，无需取出老井中现有的生产设备，从而实现边采边钻的目的，可显著节约钻井成本。

连续油管钻井技术，在我国的非常规气藏、致密气、页岩气及煤层气等勘探开发方面，有着广泛的应用前景。对于常规油气井难以高效开采的油气田，为了提高油气田的产量，应用连续油管水平井技术开发也是一个很好的选择。在水平井进行连续油管钻井作业时，钻井管串会受到来自井壁的摩擦阻力，并且摩擦阻力会随着水平井长度和井斜角的增大而增大，还有连续油管是挠性管，不能从井口施加压力，因此钻井管串普遍存在下入困难和钻头钻压提供困难等难题。目前国内外通常采用两种方法解决这个问题：一、采用降低摩阻的方法，如机械结构减阻、润滑剂减阻，这种方法能降低摩擦力，在一定程度解决这个问题；二、采用井下机器人对管串实施牵引，这种方法将对管串提供轴向拉力，可以从根本上解决这个难题。

井下牵引机器人根据其驱动方式的不同主要分为轮式牵引机器人和伸缩式牵引机器人两种。轮式牵引机器人牵引速度大，但牵引力较小，不能用于连续油管钻井作业。伸缩式牵引机器人通常采用电机和液压泵为液压系统提供液压力，用电磁换向阀为支撑缸和伸缩缸交替进液，机器人蠕动向前爬行。与轮式井下机器人相比，伸缩式井下机器人拥有较大的牵引力。

伸缩式钻井机器人与伸缩式牵引机器人相比，设有泥浆流道，可以用于钻井作业，国内外代表性产品有下面两种：

重庆科技学院申请的一种电控液压驱动连续油管井下牵引器的控制系统(CN103174391A，一种电控液压驱动连续油管井下牵引器的控制系统)，该控制系统基于双支撑单伸缩井下牵引器，牵引力小，采用伺服步进电机控制的五位三通换向阀和五位四通换向阀，可以通过改变阀芯的开口面积控制牵引速度，但控制不方便，且结构复杂，难以布置，将会导致牵引机器人尺寸不能小型化。

美国西部钻探公司WWT提出一种基于液压伸缩式钻井机器人的水平井钻井机器人系统，并针对钻井机器人液压控制系统申请了相应发明专利(US006003606A、US007273109B1)，该液压控制系统基于一个液控三位九通换向阀，结构复杂，众多阀体布置困难，难以小型化，且不能根据需求灵活控制钻井速度和钻进压力。

连续油管钻井机器人设有泥浆流道，可以用于连续油管钻井作业，牵引连续油管的同时为钻头提供钻压，然而国内外均没有在现场应用推广，主要原因如下：

(1)连续油管钻井作业适用于小井眼和微小井眼作业，然而，由于泥浆流道的限制，再加上现有的钻井机器人控制系统结构复杂，大型阀体布置困难，使钻井机器人尺寸难以小型化；