[发明专利]一种弯外壳螺杆钻具组合智能定向闭环调控方法及系统

说明书

本发明公开了一种弯外壳螺杆钻具组合智能定向闭环调控方法及系统，该方法包括滑动/复合钻进模式智能切换控制和工具面智能调控，其中，所述滑动/复合钻进模式智能切换控制，以单根或立柱为控制对象，智能设计待钻单根或立柱的滑动/复合钻进长度和二者间的切换方案并由自动化执行机构执行，实现滑动/复合钻进间的智能切换；所述工具面智能调控，包括改变钻压调控工具面和井口旋转钻柱调控工具面，在工具面调控前，智能设计工具面调控参数并由自动化执行机构执行，实现工具面的智能闭环调控。本发明可避免反复调整所消耗的大量非钻进时间，提高钻井效率。

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，尤其涉及一种弯外壳螺杆钻具组合智能定向闭环调控方法及系统。

背景技术

当前定向井、水平井井眼轨迹控制钻具组合主要有弯外壳螺杆钻具组合和旋转导向钻具组合两大类。弯外壳螺杆钻具组合以其经济性和对高温高压等井下恶劣环境的适应性，仍是最常用的井眼轨迹控制钻具组合。

弯外壳螺杆钻具组合井眼轨迹控制过程中，由于钻具组合的造斜率受钻具结构、钻井工程参数、已钻井眼轨迹参数、地层参数、钻井液性能等众多参数的影响，使得钻具组合的造斜率难以准确预测。为了使井眼轨迹沿预定路径延伸，在实际钻井过程中，现场施工人员通过将井眼轨道设计数据和MWD所测量的井眼轨迹实际数据进行对比，然后再确定下一井段的钻进模式、钻压、工具面角等井眼轨迹控制参数。然而由于MWD零长的存在，导致井眼轨迹测量数据具有滞后性，使得井眼轨迹控制参数的制定对于设计井眼轨道往往都是处于“追赶”和“纠正”模式，影响了井眼轨迹控制的精确性和时效性，对现场施工人员的经验要求也较高。

弯外壳螺杆钻具组合井眼轨迹控制过程中工具面的调整非常频繁。传统工具面调整精确性受地层、井眼轨迹、井身结构、钻具组合、钻井液体系、施工参数、螺杆钻具反扭角、施工人员经验等因素影响，难以一步到位，反复调整需消耗大量非正常钻进时间，降低了钻井时效。

发明内容

本发明的目的是提供一种弯外壳螺杆钻具组合智能定向闭环调控方法及系统，以解决如何减少弯外壳螺杆钻具井眼轨迹控制过程中对施工人员经验的依赖、提高定向井水平井井眼轨迹控制精度、缩短钻井周期、实现对井眼轨迹的闭环控制的技术问题。

本发明是采用以下技术方案实现的：一种弯外壳螺杆钻具组合智能定向闭环调控方法，包括滑动/复合钻进模式智能切换控制和工具面智能调控，其中，

所述滑动/复合钻进模式智能切换控制，以单根或立柱为控制对象，智能设计待钻单根或立柱的滑动/复合钻进长度和二者间的切换方案并由自动化执行机构执行，实现滑动/复合钻进间的智能切换；

所述工具面智能调控，包括改变钻压调控工具面和井口旋转钻柱调控工具面，在工具面调控前，智能设计工具面调控参数并由自动化执行机构执行，实现工具面的智能闭环调控。

进一步的，所述滑动/复合钻进模式智能切换控制包括以下步骤：

S11：以MWD两次轨迹测量间隔为基准，将邻井和当前井已钻井段数据进行分组；

S12：根据已分组的每组数据，构建并训练弯外壳螺杆钻具滑动/复合混合钻进井段的造斜率智能预测模型；

S13：采用训练好的造斜率智能预测模型预测待钻单根或立柱的造斜率；

S14：通过调整待钻单根或立柱的滑动钻进比例数据，得到待钻单根或立柱的最佳滑动钻进比例，并进行滑动钻进和复合钻进。

进一步的，步骤S12具体为：将已分组的每组数据采用纵横弯曲连续梁法和极限曲率法，分别计算出弯外壳螺杆钻具滑动钻进和复合钻进模式下的钻头侧向力和极限曲率，并结合井眼轨迹数据、滑动钻进比例作为GA-BP神经网络的输入参数，以井眼轨迹实际曲率作为输出参数，拟合输入参数与输出参数之间的关系，构建并训练弯外壳螺杆钻具滑动/复合混合钻进井段的造斜率智能预测模型。