[发明专利]基于井下机器人的弯螺杆造斜参数控制方法及系统

说明书

本发明涉及基于井下机器人的弯螺杆造斜参数控制方法及系统，其中工具面角控制方法为：S1：由地面发送目标方位角Φsubgt;a/subgt;，计算电路(6)根据当前井眼方位角Φ计算出所需调整的工具面角偏差Δω；S2：计算电路(6)根据所需调整的工具面角偏差Δω计算出所需的调整钻压ΔPsubgt;B/subgt;大小；S3：经由变频器(5)及放大电路(4)处理后，钻压控制信号使钻压控制机器人(2)改变钻压Psubgt;B/subgt;，定量控制工具面角ω。同时，可通过控制工具面角产生一定幅度和频率波动进而有效控制造斜率变化。利用发明的基于井下机器人的弯螺杆造斜参数控制方法和系统可稳定控制弯螺杆造斜参数，提升造斜作业的精度及稳定性。

技术领域

本发明涉及螺杆钻具造斜领域，尤其涉及基于井下机器人的弯螺杆造斜参数控制方法及系统。

背景技术

螺杆钻具(PDM drill)，是一种以钻井液为动力，把液体压力能转为机械能的容积式井下动力钻具，其液压马达总成主要分为转子及定子壳体，转子为螺杆，下端与钻头相连接，为钻头提供扭矩，从而破岩钻进，作业过程中定子壳体相对井壁不动，但由于液压冲击的反作用力，螺杆会对定子壳体产生一个反扭矩，该扭矩与定子壳体和井壁间的摩擦力矩平衡，会产生一定的反扭角。

目前水平井导向钻井以旋转导向和弯螺杆滑动导向两种方式为主，由于旋转导向工具以进口为主，费用高、卡钻风险大等原因，弯螺杆滑动导向依然是水平井定向钻井的主体技术。据统计，2020年弯螺杆滑动导向井段川渝页岩气占比超过50％，致密油气等由于成本限制占比甚至超过90％。

当使用螺杆钻具需要用于定量造斜时，常使用一段弯螺杆安装在钻具最后，与钻头直接相连，弯螺杆具有一定角度的弯角，于井下开始工作时，保持定子无转速即可完成定向、定量的井段造斜，但由于上述反扭角的存在，工作时的导向角并不等于下入钻具时的预定角度，一般需要通过精确计算，预留一定装置角，以抵消反扭角，才能满足导向角指向预定的造斜方向。弯螺杆滑动导向由于钻柱不旋转，摩阻大极易“托压”，导致钻压不能有效传递，机械钻速通常为旋转钻井的20～50％，同时“托压”导致工具面不易调整和控制，钻井时效降低超过20％。

在钻井作业的过程中，伴随钻压的波动，工具面角会相对预定角度发生偏移，如若未能及时发现并作出调整，则有可能导致其偏差越来越大，最终偏离造斜方向，而通过地面人员对钻杆装置角进行调整，又由于切削阻力、摩擦阻力的变化，调整值难以准确计算。同时，在弯螺杆造斜作业中，常需要调整造斜率，从而进行水平井段的过渡或满足预定轨迹，而一般调整方法为更换弯螺杆，该过程较为繁琐，且轨迹可能出现不连续的情况，针对以上问题，可以使用一种基于井下机器人的弯螺杆造斜参数控制方法，从而对造斜参数进行定量的修正，以稳定精确的完成造斜作业。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供基于井下机器人的弯螺杆造斜参数控制方法及系统。

基于井下机器人的弯螺杆造斜参数控制系统，它包括行程轮(1)、钻压控制机器人(2)、减压阀(3)、电路放大器(4)、变频器(5)、计算电路(6)。

所述：钻压控制机器人(2)左端连接上部钻杆(7)，右端连接螺杆钻具(8)及钻头(9)。

所述：减压阀(3)连接在钻压控制机器人(2)液压回路中。

所述：电路放大器(4)、变频器(5)串联在计算电路(6)与减压阀(3)间。

基于井下机器人的弯螺杆造斜参数控制方法，包括以下步骤：

S1：由地面发送目标方位角Φ_a，计算电路(6)根据当前井眼方位角Φ计算出所需调整的工具面角偏差Δω；

S2：计算电路(6)根据所需调整的工具面角偏差Δω计算出所需的调整钻压ΔP_B大小；