[发明专利]一种基于电机变频控制的旋转导向指令下传系统

说明书

本发明公开了一种基于电机变频控制的旋转导向指令下传系统，属于石油钻井技术领域，包括电机、泥浆泵、旋转导向机构和MWD系统，其特征在于：还包括UPS、输入触摸屏、电机控制器箱体、电机变频控制箱、涡轮发电机、电压采集判断器和井下微处理器，输入触摸屏与电机控制器箱体电连接，电机控制器箱体与电机变频控制箱电连接，泥浆泵与涡轮发电机连接，涡轮发电机与电压采集判断器电连接，井下微处理器与旋转导向机构电连接，MWD系统分别与井下微处理器和电压采集判断器电连接。本发明结合井下涡轮电机采集电压判断和井下微处理器编码处理实现下传指令验证，极大的减小了误码率，具有下传速度快、精度高和操作简便的特点。

技术领域

本发明涉及到石油钻井技术领域，尤其涉及一种基于电机变频控制的旋转导向指令下传系统。

背景技术

旋转导向系统是在钻柱旋转钻进时，随钻实时完成导向功能的一种导向式钻井系统。旋转导向钻进时具有摩阻与扭阻小、钻速高、成本低、建井周期短、井眼轨迹平滑、易调控及可延长水平段长度的特点，被认为是现代导向钻井技术的发展方向。旋转导向系统工作模式通过编码记录在工具内部，当工程师需要改变工作模式，通过改变顶驱转速或者排量来实现编码下传给工具识别，工具在识别到编码以后切换工作模式，以脉冲信号传出至地面，这样的双向通讯方式。

目前下传指令的方式主要有以下两种方法：一是以改变顶驱转速为基础的方法，通过将“1”“0”编码对应为顶驱转速高低。当需要下传指令时，司钻将钻头提离井底并保持顶驱高转速一定时间，然后按照编码对应高低转速快速调整顶驱转速，每个转速保持一定时间，反复以往完成一系列编码。这种方法优点是能够保持井下排量不变，转速变化实现快。二是以改变泥浆排量为基础的方法，通过将“1”“0”泥浆脉冲编码对应为泥浆泵“开”和“关”，或将“1”“0”泥浆脉冲编码对应为泥浆泵高低排量。当需要下传指令时，通过结合泥浆泵“开”“关”状态及时间进行编码，形成特定的编码以便进行地面指令的下传，或通过手动调节泥浆泵排量，结合泵的排量及时间，形成特定的编码以便进行地面指令的下传。该方法是当前旋转导向钻井系统普遍应用的指令下传方法，但通过“开”“关”泵和手动调整泥浆排量发送下传指令速度慢、精度低、操作繁琐且误码率高，影响指令下传速度和导向精度，同时频繁开关泵也大幅降低了泥浆泵的寿命，增加作业成本。

公开号为CN 106703793A，公开日为2017年05月24日的中国专利文献公开了一种旋转导向地面控制指令下传执行装置，其特征在于：所述旋转导向地面控制指令下传执行装置通过气动控制系统，搭建指令下传控制系统，配备手动位置调节气缸，实现泄流泥浆排量调整。

该专利文献公开的旋转导向地面控制指令下传执行装置，虽然能够在地面控制指令自动下传执行，不影响正常钻进；传分流泥浆排量可手动调节，适应现场排量需要。但是，仍然存在下传速度慢、精度低、操作繁琐及误码率高的问题。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于电机变频控制的旋转导向指令下传系统，本发明接入变频控制箱进行电机转速控制，进而改变泥浆泵特定时间的泵冲，形成不同时间下的对应泥浆泵排量，井下涡轮改变转速形成各排量下的电压，结合井下涡轮电机采集电压判断和井下微处理器编码处理实现下传指令验证，极大的减小了误码率，具有下传速度快、精度高和操作简便的特点。

本发明通过下述技术方案实现：