專利名稱：一種自動連續(xù)控制鉆井裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及石油、天然氣鉆井技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自動連續(xù)控制鉆井 裝置，是一種適用于快速定向鉆井、垂直鉆井、地質(zhì)導(dǎo)向鉆井的自動連續(xù)控制鉆井裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤鉆機或頂部驅(qū)動鉆井裝置(頂驅(qū))是當(dāng)前主要的鉆井裝備，帶有彎角 度的導(dǎo)向螺桿鉆具結(jié)合隨鉆測量系統(tǒng)(MWD)是定向鉆井作業(yè)中的主導(dǎo)工具。在當(dāng)前的 定向鉆井中，頂部驅(qū)動鉆井裝置或鉆機轉(zhuǎn)盤與隨鉆測量系統(tǒng)和螺桿鉆具之間都是相互獨 立的，主要依靠導(dǎo)向螺桿鉆具的預(yù)設(shè)工具角實現(xiàn)井眼造斜；靠調(diào)整頂部驅(qū)動鉆井裝置主 軸或轉(zhuǎn)盤的角度控制方位。隨鉆測量系統(tǒng)實時監(jiān)測井斜和方位，發(fā)現(xiàn)井眼軌跡偏離預(yù)定 軌跡時，通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤或頂部驅(qū)動鉆井裝置主軸調(diào)整井下工具方位，也就是俗稱“扭方 位”。扭方位時，需要先上提鉆具一段距離暫停鉆進，然后轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤或頂部驅(qū)動鉆井裝 置主軸調(diào)整方位，然后下放鉆具繼續(xù)鉆進，同時通過隨鉆測量系統(tǒng)上傳信號觀察導(dǎo)向螺 桿鉆具方位是否符合要求，如不符合要求還需要反復(fù)調(diào)整。這個過程中需要依靠定向鉆 井工程師現(xiàn)場判斷指導(dǎo)并多次暫停鉆進，往往耗費較長時間，而且在反復(fù)的調(diào)整過程中 很有可能使鉆進的軌跡偏離設(shè)計軌跡，降低井眼質(zhì)量，也無法實現(xiàn)鉆井作業(yè)的快速、連 續(xù)進行。另外，現(xiàn)有的頂部驅(qū)動鉆井裝置主軸或鉆機轉(zhuǎn)盤缺乏定角度旋轉(zhuǎn)功能，調(diào)整鉆 具方位時，需要先低速旋轉(zhuǎn)，人工目視旋轉(zhuǎn)至需要的角度，然后利用剎車制動，難以精 確調(diào)節(jié)，降低了 “扭方位”成功率。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種自動連續(xù)控制鉆井裝置，在進行定向鉆井、垂 直鉆井、地質(zhì)導(dǎo)向鉆井時連續(xù)鉆進，保證鉆井作業(yè)的連續(xù)、快速、準確完成?？朔敳?驅(qū)動鉆井裝置主軸或鉆機轉(zhuǎn)盤缺乏定角度旋轉(zhuǎn)功能，調(diào)整鉆具方位時，難以精確調(diào)節(jié)的 不足。本實用新型采用的技術(shù)方案是一種自動連續(xù)控制鉆井裝置，包括隨鉆測量儀 (MWD)地面部分、人機交互平臺、頂部驅(qū)動鉆井裝置、鉆桿柱、隨鉆測量儀井下部分、 導(dǎo)向螺桿鉆具和鉆頭組成，其特征在于人機交互平臺連接隨鉆測量儀地面部分，人機交互平臺還連接頂部驅(qū)動鉆井裝 置；在頂部驅(qū)動鉆井裝置的主軸下端連接有鉆桿柱，鉆桿柱的下端連接隨鉆測量儀井下 部分，在隨鉆測量儀井下部分下端連接有導(dǎo)向螺桿鉆具，在導(dǎo)向螺桿鉆具的下端連接有 鉆頭。隨鉆測量儀地面部分通過人機交互平臺、頂部驅(qū)動鉆井裝置和鉆桿柱，與隨鉆測 量儀井下部分連接起來，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)；隨鉆測井儀地面部分通過人機交互平 臺、頂部驅(qū)動鉆井裝置和鉆桿柱，與隨鉆測井儀井下部分連接起來，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。隨鉆測量儀地面部分可用隨鉆測井儀地面部分替代；隨鉆測量儀井下部分可用 隨鉆測井儀井下部分替代。人機交互平臺是整套系統(tǒng)的核心，具有與隨鉆測量系統(tǒng)(MWD)或隨鉆測井系 統(tǒng)(LWD)和頂部驅(qū)動鉆井裝置進行信息交互的硬件接口與軟件程序，硬件接口用于接收 隨鉆儀器發(fā)送的信息，軟件程序負責(zé)將信息進行分析、處理、顯示和存儲，并根據(jù)隨鉆 測量系統(tǒng)測得的數(shù)據(jù)與設(shè)計軌跡的對比分析，自動控制頂部驅(qū)動鉆井裝置主軸的旋轉(zhuǎn)速 度及旋轉(zhuǎn)角度，隨時調(diào)整導(dǎo)向螺桿鉆具的工具面方位，實現(xiàn)不間斷連續(xù)定向鉆井。人機 交互平臺、隨鉆測量系統(tǒng)(MWD)、隨鉆測井系統(tǒng)(LWD)和頂部驅(qū)動鉆井裝置采用現(xiàn)有 的儀器設(shè)備。隨鉆測量儀地面部分或隨鉆測井儀地面部分與人機交互平臺之間；人機交互平 臺與頂部驅(qū)動鉆井裝置之間能進行實時通信。頂部驅(qū)動鉆井裝置的主軸按設(shè)定的角度值旋轉(zhuǎn)并鎖定，導(dǎo)向螺桿鉆具帶有0 3°的彎角度，通過設(shè)定頂部驅(qū)動鉆井裝置主軸角度控制導(dǎo)向螺桿鉆具彎角度的方向即控 制導(dǎo)向螺桿鉆具工具面的方向。根據(jù)隨鉆測量儀地面部分或隨鉆測井儀地面部分測得的幾何或地質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)， 通過人機交互平臺與設(shè)計軌跡的比對分析，自動設(shè)定頂部驅(qū)動鉆井裝置主軸的旋轉(zhuǎn)角 度，以調(diào)整導(dǎo)向螺桿鉆具工具面方位。在定向鉆井或扭方位時不需要暫停鉆進和上提鉆具，能實現(xiàn)定向鉆井的連續(xù)控 制。在垂直鉆井時不需要暫停鉆進和上提鉆具，能實現(xiàn)垂直鉆井的連續(xù)控制。在地質(zhì)導(dǎo) 向鉆井時不需要暫停鉆進和上提鉆具，能實現(xiàn)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井的連續(xù)控制。簡述本實用新型自動連續(xù)控制鉆井裝置的使用方法。a.將隨鉆測量系統(tǒng)(MWD)或隨鉆測井系統(tǒng)(LWD)的信息輸出接口與人機交互 平臺中信息輸入接口連接。b.將人機交互平臺中信息輸出接口連接頂部驅(qū)動鉆井裝置中控制單元的輸入端。C.啟動人機交互平臺，運行連續(xù)控制鉆井控制軟件。本實用新型的有益效果本實用新型自動連續(xù)控制鉆井裝置，能根據(jù)隨鉆測量 (測井)系統(tǒng)測得的幾何或地質(zhì)參數(shù)與設(shè)計軌跡的比對分析，自動控制頂部驅(qū)動鉆井裝置 主軸的旋轉(zhuǎn)速度及旋轉(zhuǎn)角度，及時調(diào)整工具面方位，連續(xù)地控制定向井鉆進，能夠有效 提升井眼軌跡控制精度、縮短鉆井時間、縮減鉆井成本。

圖1是本實用新型自動連續(xù)控制鉆井裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.隨鉆測量儀地面部分，2.人機交互平臺，3.頂部驅(qū)動鉆井裝置，4.鉆桿 柱，5.隨鉆測量儀井下部分，6.導(dǎo)向螺桿鉆具，7.鉆頭。
具體實施方式
以一個自動連續(xù)控制鉆井裝置為例，對本實用新型作進一步詳細說明。[0021]實施例1:參閱圖1。自動連續(xù)控制鉆井裝置，包括隨鉆測量儀地面部分1、人 機交互平臺2、頂部驅(qū)動鉆井裝置3、鉆桿柱4、隨鉆測量儀井下部分、導(dǎo)向螺桿鉆具6和 鉆頭7組成。人機交互平臺2連接隨鉆測量儀地面部分，人機交互平臺2還連接頂部驅(qū) 動鉆井裝置3;在頂部驅(qū)動鉆井裝置3的主軸下端連接有鉆桿柱4，鉆桿柱4的下端連接 隨鉆測量儀井下部分，在隨鉆測量儀井下部分下端連接有導(dǎo)向螺桿鉆具6，在導(dǎo)向螺桿鉆 具6的下端連接有鉆頭7。導(dǎo)向螺桿鉆具6帶有0 3°范圍內(nèi)13個不同的彎角度。定向鉆進過程中，隨鉆測量系統(tǒng)測得的幾何參數(shù)顯示實際井眼軌跡偏離了設(shè) 計軌跡，人機交互平臺2判斷需要將導(dǎo)向螺桿鉆具6的工具面順轉(zhuǎn)29°。人機交互平 臺2將該指令傳送到頂部驅(qū)動鉆井裝置3主軸控制單元，頂部驅(qū)動鉆井裝置3主軸則旋轉(zhuǎn) 29°。鉆桿柱4與井壁的摩阻以及鉆桿柱4扭轉(zhuǎn)變形等因素隨鉆測量系統(tǒng)刷新測得的井 眼軌跡仍偏離設(shè)計軌跡一定值，人機交互平臺2判斷需要將導(dǎo)向螺桿鉆具6的工具面 順轉(zhuǎn)7°。人機交互平臺2將該指令傳送到頂部驅(qū)動鉆井裝置3主軸控制單元，頂部驅(qū) 動鉆井裝置3主軸則旋轉(zhuǎn)7°。隨著隨鉆測量系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)的不斷刷新，人機交互平臺 2會不斷控制頂部驅(qū)動鉆井裝置3主軸迅速自動把井眼調(diào)整到設(shè)計軌跡上來，從而實現(xiàn)了 定向鉆井的連續(xù)控制。
權(quán)利要求1.一種自動連續(xù)控制鉆井裝置，包括隨鉆測量儀地面部分(1)、人機交互平臺(2)、 頂部驅(qū)動鉆井裝置(3)、鉆桿柱(4)、隨鉆測量儀井下部分(5)、導(dǎo)向螺桿鉆具(6)和鉆 頭(7)組成，其特征在于人機交互平臺(2)連接隨鉆測量儀地面部分(1)，人機交互平 臺(2)還連接頂部驅(qū)動鉆井裝置(3)；在頂部驅(qū)動鉆井裝置(3)的主軸下端連接有鉆桿柱 (4)，鉆桿柱(4)的下端連接隨鉆測量儀井下部分(5)，在隨鉆測量儀井下部分(5)下端連 接有導(dǎo)向螺桿鉆具(6)，在導(dǎo)向螺桿鉆具(6)的下端連接有鉆頭(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動連續(xù)控制鉆井裝置，其特征是隨鉆測量儀地面部分 通過人機交互平臺(2)、頂部驅(qū)動鉆井裝置(3)和鉆桿柱(4)，與隨鉆測量儀井下部分連 接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動連續(xù)控制鉆井裝置，其特征是隨鉆測量儀地面部分 (1)用隨鉆測井儀地面部分替代；隨鉆測量儀井下部分(5)用隨鉆測井儀井下部分替代； 隨鉆測井儀地面部分通過人機交互平臺(2)、頂部驅(qū)動鉆井裝置(3)和鉆桿柱(4)與隨鉆 測井儀井下部分連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的自動連續(xù)控制鉆井裝置，其特征是導(dǎo)向螺桿鉆具 (6)帶有0 3°的彎角度。
專利摘要自動連續(xù)控制鉆井裝置，應(yīng)用于石油、天然氣鉆井領(lǐng)域。人機交互平臺連接隨鉆測量儀地面部分或隨鉆測井儀地面部分，人機交互平臺還連接頂部驅(qū)動鉆井裝置；在頂部驅(qū)動鉆井裝置的主軸下端連接有鉆桿柱，鉆桿柱的下端連接隨鉆測量儀井下部分或隨鉆測井儀井下部分，在隨鉆測量儀井下部分或隨鉆測井儀井下部分下端連接有導(dǎo)向螺桿鉆具，在導(dǎo)向螺桿鉆具的下端連接有鉆頭。效果是能根據(jù)隨鉆測量(測井)系統(tǒng)測得的幾何或地質(zhì)參數(shù)與設(shè)計軌跡的比對分析，自動控制頂部驅(qū)動鉆井裝置主軸的旋轉(zhuǎn)速度及旋轉(zhuǎn)角度，及時調(diào)整工具面方位，連續(xù)地控制定向井鉆進，能夠有效提升井眼軌跡控制精度、縮短鉆井時間、縮減鉆井成本。
文檔編號E21B44/00GK201802381SQ20102026517
公開日2011年4月20日 申請日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月14日
發(fā)明者劉廣華, 劉新立, 周智勇, 孫成芹, 張春華, 王娜, 盛利民, 石倩, 竇修榮, 羅西超, 鄒連陽, 郭建莊, 陶詩凱, 馬瑞, 高建平, 黃衍福 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院, 北京石油機械廠