[发明专利]一种井眼钻进系统

说明书

本发明提供一种井眼钻进系统，包括位于地面的钻机和计算机处理系统，以及与钻机相连向下延伸到地面之下地层井筒中并达到井筒底部的钻具，钻具由钻杆、倾斜传感器、控制器、转向器和钻头组成，钻机用来旋转钻杆并带动钻头旋转，并通过钻杆供应钻井液润滑钻头、冲洗岩屑，转向器与钻杆相连，可施力于钻杆，引导井眼按照预定方向前进，控制器可传递控制信号至转向器，控制信号包括引导钻头在预定方向钻进的指导转向器驱动的信息，控制器可进一步指导转向器施加补偿力于钻杆，避免钻头钻进方向偏离预定方向，倾斜传感器布置在钻杆中，与控制器相连，测量其所在钻杆位置的倾斜角，它可对钻头的钻进方向进行有效控制，使其按照预定方向钻进。

技术领域

本发明涉及油气勘探与开发、地热开采和二氧化碳封存钻井技术领域，尤其涉及一种井眼钻进系统。

背景技术

地层中钻进井眼有诸多目的，如油气勘探与开发、地热开采和二氧化碳封存。旋转钻井是常规钻井方式，用钻头破碎地层，并通过钻井液携带岩屑至地面。但是，钻头与地层岩石之间的相互作用可引起钻头钻进方向与设计方向偏离，因此，急需新型装置和方法防止钻头钻进方向偏离预定方向。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供一种井眼钻进系统，它可对钻头的钻进方向进行有效控制，避免井眼前进方向偏离预定方向，使其按照预定方向钻进，克服了以往技术的不足。

本发明的技术方案是：提供一种井眼钻进系统，包括位于地面的钻机和计算机处理系统，以及与钻机相连向下延伸到地面之下地层井筒中并达到井筒底部的钻具，钻具由钻杆、倾斜传感器、控制器、转向器和钻头组成，钻机用来旋转钻杆并带动钻头旋转，并通过钻杆供应钻井液润滑钻头、冲洗岩屑，转向器与钻杆相连，可施力于钻杆，引导井眼按照预定方向前进，控制器可传递控制信号至转向器，控制信号包括引导钻头在预定方向钻进的指导转向器驱动的信息，控制器可进一步指导转向器施加补偿力于钻杆，避免钻头钻进方向偏离预定方向，倾斜传感器布置在钻杆中，与控制器相连，测量其所在钻杆位置的倾斜角。

进一步的，所述转向器包括若干个从本体上伸出来的肋，所述钻杆在本体内自由旋转，每个肋与一个驱动器相连，可延伸对应的肋，所述驱动器施力于对应的肋，使肋延伸直至与井壁接触；

所述肋与井壁接触，通过驱动器施加矢量合力于钻杆，此力与施加于肋的力大小相等，方向相反；

若干个肋在本体周围对称布置，通过驱动器施加于钻杆的所有力的合力作为补偿力，所有力的合力即多个力的矢量和，补偿力的方向与钻头偏离于预定方向的钻进方向相反，迫使钻杆和钻头在预定方向上钻进，避免钻头钻进方向偏离预定方向；

所述控制器与每个驱动器相连，可控制肋的延伸，从而控制施加于钻杆的力；

通过了解每个驱动器能够施加的最大力，控制器指导每个驱动器施加最大力的百分比0-100％，从而得到施加于钻杆的预期的补偿力；

所述驱动器可用液压泵提供动力，控制器对液压进行控制；

所述控制器对液压的控制通过控制泵速和泵排泄阀实现。

进一步的，所述的控制器接收钻头钻进数据，包括钻头偏离方向。

进一步的，所述控制器包含比例(P)控制、积分(I)控制、比例积分微分(PID)控制或者组合控制算法。

进一步的，所述的控制器可接收倾斜方向，并向转向器提供倾斜控制输入，从而自动保持在预定方向上钻进，倾斜控制输入包括一些施加于在倾斜方向上的钻杆的力。

进一步的，所述的控制器可通过倾斜控制输入计算得到的补偿力。

进一步的，所述的钻头钻进因素包括在倾斜方向上由转向器施加的力的大小百分比，作为补偿力避免钻头钻进方向偏离预定方向。