[发明专利]一种泥浆驱动旋转导向钻井控制系统

说明书

本发明公开了一种泥浆驱动导向钻井控制系统，涉及石油与天然气钻井领域。现有旋转导向钻井控制系统包含发电机、电机、泵、转阀等，结构极其复杂，可靠性较差，价格高昂；系统压力不可控，无法实现精细化导向钻井作业。本发明涉及一种泥浆驱动旋转导向钻井控制系统，由电磁节流阀、径向推力机构、旋转导向工具泥浆脉冲发射器、上接头、钻杆、电池、电源管理模块、CPU、测量模块、放大控制器组A、电磁减压阀、控制阀组A组成。本发明核心部件仅有电磁阀和放大控制器，控制原理简单、可靠性好；通过电磁阀来控制径向推力机构，避免了使用高温高压电机、泵、动密封、压力补偿短节等价格高昂的元器件，成本低；可实现径向推力机构导向力的精细化控制。

技术领域

本发明涉及石油天然气钻井工程领域，尤其涉及一种泥浆驱动旋 转导向钻井控制系统。

背景技术

2021年我国石油对外依存度上升至72％，天然气攀升至46％，大 大超过国际公认的警戒线，目前我国常规油气资源开发已达极限，开 发页岩气等非常规油气是缓解我国能源需求的必然选择。长水平井是 促进页岩气经济长效开发的重要手段，水平井眼的形成需要井眼轨迹 控制，当前主要包括弯螺杆滑动导向和旋转导向两种井眼轨迹控制技 术：

弯螺杆滑动导向技术成本低，由此我国水平井导向依然以弯螺杆 滑动导向为主，例如在2020年，青海页岩气弯螺杆滑动导向占比超 过83％。在弯螺杆滑动导向过程中，钻柱不旋转，钻柱摩阻大极易“托 压”，导致钻压不能有效传递，机械钻速通常仅为旋转钻井的1/10～ 1/5；“托压”导致工具面不易调整和控制，钻井时效降低超过30％； 且极易形成岩屑床，粘附卡钻风险高。

旋转导向技术严重依赖进口，费用高昂：日费15～20万元，按45 天平均单井导向周期计算，仅旋转导向技术费用达675～900万元， 达到整个钻井费用的10-20％。旋转导向工具外径尺寸较大，卡埋和经 济风险极高：目前生产井井眼直径多数为215.9mm，旋转导向最大直 径达210mm，间隙不到6mm，极易发生岩屑卡死埋钻。因此在2020年 第32届全国天然气学术年会上，旋转导向技术依然被列为典型的“卡 脖子”技术。综上所述，旋转导向技术是解决长水平段钻井“托压”、 提高钻井效率、缩短建井周期的最有效手段。

旋转导向系统国外主要有US9556679B2、US9784036B2、US9528320、 US9714564、US6109372B2、US9828804B2等指向式专利，US8672056B2、 US9206644、US8672056B2、US7389830B2、US9476263B2等推靠式专利， 这些旋转导向系统均采用电机+泵+电磁阀+推靠块(液压油驱动)和 电机+转阀+推靠块(泥浆驱动)的驱动和控制模式，此类控制模式主要有以下缺点：

(1)电能需求量较大，需要配备发电机，电机抗振性能和转速 控制精度要求高、难度大，成本居高不下；

(2)此类旋转导向涉及发电机、电机、泵、转阀等多个动密封 结构，结构极其复杂，可靠性较差；

(3)此类控制系统的系统压力不可控，导向钻井的导向力无法 实施精细化调控，同时这些超高温超高压电机、测控电路、高温高压 动密封、压力补偿短节等均被国外公司垄断，形成了严重的技术壁垒， 致使我国旋转导向技术依然是我国未突破瓶颈技术。

国内申请了CN201510134442.X、CN201810671572.0、 CN201811408149.8等相关旋转导向系统专利，这些专利几乎均采用 电机+泵+电磁阀+推靠块(液压油驱动)和电机+转阀+推靠块(泥浆 驱动)的驱动和控制模式，与国外专利相似，同样存在导向力不可控、 系统可靠性差、成本高等技术难题。

基于此，拟发明一种泥浆驱动导向钻井控制系统，有效解决现有 旋转导向钻井系统导向力不可控、系统可靠性差、成本高等技术难题。

发明内容