一種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于石油勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，具體涉及一種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)起源于上世紀(jì)80年代后期，該技術(shù)是隨著相關(guān)科技水平的提高，為滿足石油工業(yè)的實(shí)際需要在滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井技術(shù)和工藝基礎(chǔ)之上而發(fā)展起來(lái)的。其基本的思路就是在旋轉(zhuǎn)鉆井的同時(shí)，在鉆壓鉆速及栗量的配合下，通過(guò)特定的井下導(dǎo)向工具，在近鉆頭附近，對(duì)旋轉(zhuǎn)的鉆柱在特定方向上施加一定的連續(xù)的可變的側(cè)向力，人為地改變鉆頭前進(jìn)的方向，進(jìn)而達(dá)到旋轉(zhuǎn)中幾何導(dǎo)向或地質(zhì)導(dǎo)向的目的。
[0003]與傳統(tǒng)鉆井技術(shù)相比，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)可使鉆頭處于持續(xù)地旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此井眼凈化效果更好，井身軌跡控制精度更高，鉆井速度更快，出現(xiàn)卡鉆等事故的幾率更小，位移延伸能力更強(qiáng)。如果配上地質(zhì)導(dǎo)向短節(jié)，就可以讓鉆頭在井底自動(dòng)尋找油層鉆進(jìn)，因此對(duì)油氣資源的勘探和開(kāi)發(fā)，提高油田的油氣采收率具有重要意義。
[0004]目前，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)主要掌握在國(guó)外少數(shù)幾家石油技術(shù)服務(wù)公司手中，基于其自身利益，對(duì)其所擁有的導(dǎo)向控制技術(shù)、導(dǎo)向工具儀器進(jìn)行嚴(yán)格保密，并在價(jià)格上壟斷、技術(shù)上限制、國(guó)際投標(biāo)時(shí)制約、服務(wù)上拖延，嚴(yán)重影響了我國(guó)石油工業(yè)鉆井工藝技術(shù)的進(jìn)步，制約了國(guó)內(nèi)鉆井隊(duì)伍開(kāi)拓海外鉆井市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，成為我國(guó)石油鉆探行業(yè)技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的瓶頸。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，公告號(hào)為CN102022082B的專(zhuān)利公開(kāi)了一種控制旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具的地面指令下傳方法及裝置。但該采用該技術(shù)方案用于鉆井時(shí)，因鉆頭鉆進(jìn)的軌跡會(huì)與設(shè)計(jì)的井眼軌跡之間出現(xiàn)偏差，故需通過(guò)其地面控制系統(tǒng)來(lái)反復(fù)多次下傳控制指令至旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具來(lái)對(duì)鉆進(jìn)的軌跡進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致鉆井周期的延長(zhǎng)，限制了鉆井效率的提升。
[0006]正是基于上述背景，申請(qǐng)人展開(kāi)了針對(duì)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的立項(xiàng)研究。
[0007]旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)從導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式可分為靜止式和動(dòng)態(tài)式兩種，從導(dǎo)向力產(chǎn)生的方式可分為推靠式和指向式兩種，且目前國(guó)內(nèi)用戶普遍采用靜態(tài)偏置推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具。經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)，申請(qǐng)人已完成靜態(tài)偏置推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并相繼提出了主題為“靜態(tài)偏置推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具”的系列技術(shù)方案(公告號(hào)分別為 CN103939017A、CN203783462U、CN203783488U 和 CN203783461U)，且上述“靜態(tài)偏置推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具”憑借其結(jié)構(gòu)合理、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，已能夠代替國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行使用。
[0008]但申請(qǐng)人在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，僅提出“靜態(tài)偏置推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具(公告號(hào)為CN103939017A)”的技術(shù)方案，還難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代石油勘探工業(yè)所需的自動(dòng)化、智能化、高效率地鉆井。
[0009]故申請(qǐng)人考慮結(jié)合“靜態(tài)偏置推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具”結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)出與之相應(yīng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以獲取具有自動(dòng)化、智能化、高效率功能特點(diǎn)的鉆井控制系統(tǒng)的硬件部分結(jié)構(gòu)?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0010]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:如何結(jié)合“靜態(tài)偏置推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具”結(jié)構(gòu)(公告號(hào)分別為CN103939017A)，來(lái)提供一種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以獲取具有自動(dòng)化、智能化、高效率功能特點(diǎn)的鉆井控制系統(tǒng)的硬件部分結(jié)構(gòu)。
[0011]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用了如下的技術(shù)方案:
[0012]一種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井控制系統(tǒng)，包括地面控制系統(tǒng)、地面控制箱、旁通閥、MffD系統(tǒng)、具有解碼單元的井下總控板以及能夠控制導(dǎo)向工具中翼肋動(dòng)作的主控板；其中，
[0013]所述地面控制系統(tǒng)包括上位機(jī)；
[0014]所述地面控制系統(tǒng)與所述地面控制箱電性連接；
[0015]所述旁通閥安裝在與泥漿管道相連的旁通支管上，且所述旁通閥上的信號(hào)控制端與所述地面控制箱電性連接；所述泥漿管道用于輸送鉆井液并將導(dǎo)向工具和設(shè)置在地面的泥漿栗相連接；
[0016]還包括井下發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)安裝段、耦合器以及用于安裝該耦合器的耦合器安裝段、近鉆頭姿態(tài)數(shù)據(jù)獲取組件和電源板；
[0017]所述井下發(fā)電機(jī)固定安裝在整體呈柱形且具有中空結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)安裝段的內(nèi)部，所述發(fā)電機(jī)安裝段的端部與導(dǎo)向工具上的耦合器安裝段的端部相貫通并固定連接；
[0018]所述井下總控板安裝在所述耦合器安裝段，所述井下總控板上具有與所述井下發(fā)電機(jī)的輸出端相連的接收端，并用于接收所述井下發(fā)動(dòng)機(jī)的生成的電能以及通過(guò)解碼單元來(lái)對(duì)泥漿中攜帶的指令進(jìn)行解碼；所述井下總控板還具有與所述耦合器的原邊線圈相連的連接端、與所述MffD系統(tǒng)信號(hào)相連的信號(hào)端；
[0019]所述耦合器的副邊線圈與所述主控板信號(hào)連接；
[0020]所述近鉆頭姿態(tài)數(shù)據(jù)獲取組件和電源板固定安裝在導(dǎo)向工具上的電路倉(cāng)中；其中，所述近鉆頭姿態(tài)數(shù)據(jù)獲取組件包括Z向與所述電路倉(cāng)同軸向設(shè)置的三軸加速度計(jì)，所述三軸加速度計(jì)與所述主控板信號(hào)連接；所述主控板的電源輸送端通過(guò)電源板與電路倉(cāng)中的蓄電池相連接；所述主控板與用于控制翼肋動(dòng)作的液壓機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)端相連接。
[0021 ] 本實(shí)用新型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，蓄電池(高溫可充電電池)設(shè)于電路倉(cāng)內(nèi)，主要目的是系統(tǒng)停電時(shí)(在接鉆桿等需關(guān)閉泥漿栗并使得井下發(fā)電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)斷電情況)能夠?yàn)橹骺匕逄峁╇娫?，使得主控板能夠?qū)崟r(shí)不停地采集靜態(tài)的近鉆頭姿態(tài)數(shù)據(jù)，為精確控制提供依據(jù)。
[0022]在正常鉆進(jìn)工作時(shí)，井下發(fā)電機(jī)輸出的電壓經(jīng)整流、穩(wěn)壓后對(duì)井下總控板、主控板供電，同時(shí)對(duì)蓄電池充電。
[0023]在停電接鉆桿時(shí)，切換到蓄電池對(duì)外供電，主控板采集三軸加速度計(jì)、溫度傳感器、壓力傳感器(為注油管路內(nèi)設(shè)置的壓力傳感器，對(duì)應(yīng)為公告號(hào)CN103939017A，主題為“靜態(tài)偏置推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具”技術(shù)方案中的“壓力傳感器18”)等靜態(tài)數(shù)據(jù)，不對(duì)控制翼肋動(dòng)作的液壓機(jī)構(gòu)下發(fā)命令；同時(shí)存儲(chǔ)采集的靜態(tài)數(shù)據(jù)，待系統(tǒng)重新上電時(shí)，將存儲(chǔ)的靜態(tài)數(shù)據(jù)第一時(shí)間上傳給MffD系統(tǒng)，主控板中的程序?qū)⒋鎯?chǔ)的靜態(tài)數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)采集到的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，快速獲取正確的參數(shù)，依此指導(dǎo)下一步鉆進(jìn)動(dòng)作。
[0024]作為改進(jìn)，所述近鉆頭姿態(tài)數(shù)據(jù)獲取組件還包括溫度傳感器，所述溫度傳感器與所述主控器信號(hào)連接。
[0025]因傳感器(本技術(shù)方案為三軸加速度計(jì)和壓力傳感器)通常都有一定的溫度系數(shù)，其輸出信號(hào)會(huì)隨溫度變化而漂移，稱為“溫漂”，為了減小溫漂，采用一些補(bǔ)償措施在一定程度上抵消或減小其輸出的溫漂，這就是溫度補(bǔ)償。故當(dāng)近鉆頭姿態(tài)數(shù)據(jù)獲取組件中包括安裝在電路倉(cāng)中的溫度傳感器后，即可實(shí)時(shí)檢測(cè)靠近鉆頭處的環(huán)境溫度，從而根據(jù)該溫度值來(lái)對(duì)傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，從而確保傳感器輸出更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高利于保證本控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的控制精度。此外，溫度傳感器的設(shè)置，還能夠?qū)聹囟冗M(jìn)行檢測(cè)與預(yù)警，讓導(dǎo)向工具中的電子器件都能處在適宜工作的溫度范圍內(nèi)，從而提高本控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的運(yùn)用可靠性。
[0026]作為改進(jìn)，所述井下總控板通過(guò)MffD轉(zhuǎn)接板與所述MffD系統(tǒng)相連接。
[0027]實(shí)施上述改進(jìn)后，因MffD系統(tǒng)是個(gè)完整的子系統(tǒng)，故井下總控板可通過(guò)MffD轉(zhuǎn)接板來(lái)形成與MffD系統(tǒng)相連接的物理鏈路上的電氣接口(即為“QBUS電氣方式連接”)，從而將近鉆頭姿態(tài)數(shù)據(jù)通過(guò)MffD系統(tǒng)來(lái)上傳。上述選擇QBUS電氣方式連接是因?yàn)镼BUS的信號(hào)簡(jiǎn)單(一根信號(hào)線、一根地線)且通訊距離較長(zhǎng)，不易受干擾。
[0028]同現(xiàn)有技術(shù)相比較，采用本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠具有以下有益技術(shù)效果:
[0029]1、控制更簡(jiǎn)單、高效、節(jié)約成本和時(shí)間。
[0030]本實(shí)用新型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)只需要下發(fā)一次指令，并將該指令存儲(chǔ)到主控板。因主控板與電路倉(cāng)中用于測(cè)量近鉆頭姿態(tài)數(shù)據(jù)的各個(gè)傳感器相連，故能夠?qū)崟r(shí)獲取近鉆頭姿態(tài)數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)將該近鉆頭姿態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)與上述指令的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，一旦發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)偏差即根據(jù)合力分解算法及當(dāng)前近鉆頭姿態(tài)數(shù)據(jù)分解下發(fā)指令來(lái)控制翼肋進(jìn)行導(dǎo)向，從而消除上述偏差?？梢?jiàn)，本實(shí)用新型能夠結(jié)合結(jié)合“靜態(tài)偏置推靠式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具”結(jié)構(gòu)(公告號(hào)分別為CN103939017A)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化的閉環(huán)控制，自動(dòng)高效地按設(shè)計(jì)的軌跡進(jìn)行鉆進(jìn)，且使得地面控制系統(tǒng)的監(jiān)控只起到輔助作用。而現(xiàn)有技術(shù)中的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向控制系統(tǒng)中，地面控制系統(tǒng)的控制起主導(dǎo)作用，需要通過(guò)地面控制系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控鉆頭鉆進(jìn)情況，且需通過(guò)地面控制系統(tǒng)多次下發(fā)控制指令來(lái)對(duì)鉆頭鉆進(jìn)軌跡進(jìn)行調(diào)整。
[0031]此外，還因近鉆頭姿態(tài)數(shù)據(jù)獲取組件固定安裝在導(dǎo)向工具上的電路倉(cāng)中，相鄰鉆頭設(shè)置(近鉆頭姿態(tài)數(shù)據(jù)獲取組件與鉆頭之間的距離在0.5-1.5米左右)，這樣一來(lái)，即可使得近鉆頭姿態(tài)數(shù)據(jù)獲取組件中的各個(gè)傳感器獲得姿態(tài)數(shù)據(jù)更接近于鉆頭所在處的姿態(tài)數(shù)據(jù)，從而可使得本實(shí)用新型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的控制速度、準(zhǔn)確度和精度更高，即可取得更理想的控制效果。
[0032]2、獲取更準(zhǔn)確豐富的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)更有限的鉆井現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。
[0033]采用本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠借助MffD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞通道來(lái)主控板中采集、計(jì)算得到的數(shù)據(jù)及可能出現(xiàn)的報(bào)警信息及時(shí)上傳。能夠存儲(chǔ)下發(fā)的指令信息，定時(shí)或?qū)崟r(shí)存儲(chǔ)采集到用于測(cè)量近鉆頭姿態(tài)數(shù)據(jù)的各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)。這樣即可在地面