一種采用泥漿馬達(dá)定向鉆井的地面控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油鉆井領(lǐng)域，具體地說(shuō)，適用于使用泥漿馬達(dá)加隨鉆測(cè)量MWD系統(tǒng)井底鉆具組合的定向鉆井作業(yè)，是一種旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和滑動(dòng)鉆進(jìn)互換過(guò)程中鉆頭持續(xù)保持在井底的采用泥漿馬達(dá)定向鉆井的地面控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆井作業(yè)中定向井、水平井鉆井已廣為普及，國(guó)內(nèi)直井、定向井和水平井大都采用泥漿馬達(dá)加隨鉆測(cè)量MWD系統(tǒng)實(shí)施鉆進(jìn)。定向鉆井在滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)，由于泥漿馬達(dá)以上的鉆柱并不旋轉(zhuǎn)，鉆頭的旋轉(zhuǎn)來(lái)自于泥漿動(dòng)力馬達(dá)，在曲線段或水平段鉆進(jìn)時(shí)，由于部分鉆柱躺在井眼下側(cè)，鉆柱與井眼之間的靜摩擦力增加，加之井眼凈化較差，致使部分巖肩堆積在井眼下側(cè)，也會(huì)增加鉆柱的軸向摩阻。摩擦力的增加給鉆頭施加鉆壓帶來(lái)了很大困難，造成地面施加的鉆壓加不到鉆頭上，也就是人們常說(shuō)的“鉆進(jìn)脫壓”。另外，滑動(dòng)鉆進(jìn)也給馬達(dá)工具面定向和控制帶來(lái)了諸多困難?，F(xiàn)有的使用泥漿馬達(dá)加隨鉆測(cè)量MWD系統(tǒng)定向鉆井采用的是人工操作調(diào)整和控制工具面的方法，作業(yè)效率低，滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)由于井眼摩阻大，工具面難以控制，泥漿馬達(dá)失速、機(jī)械鉆速低，導(dǎo)致作業(yè)時(shí)間延長(zhǎng)，作業(yè)成本增加。目前滑動(dòng)鉆進(jìn)存在的問(wèn)題是影響定向井鉆進(jìn)速度和鉆井效率主要瓶頸，目前沒(méi)有更好的解決辦法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，為了解決目前定向井人工操作滑動(dòng)鉆進(jìn)存在的問(wèn)題，提供一種采用泥漿馬達(dá)定向鉆井的地面控制方法，運(yùn)用扭矩控制原理、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，通過(guò)搖擺或左右轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿的方法，實(shí)現(xiàn)降低滑動(dòng)鉆進(jìn)井眼摩阻、有效傳遞鉆壓、保持和控制馬達(dá)工具面，以及提高滑動(dòng)鉆進(jìn)機(jī)械鉆速和鉆井效率的目的。
[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種采用泥漿馬達(dá)定向鉆井的地面控制方法，將井下和地面四個(gè)傳感器采集信號(hào)作為輸入和控制變量，包括隨鉆測(cè)量MWD工具面角度傳感器、頂驅(qū)鉆桿扭矩傳感器、栗壓或立管壓力傳感器和頂驅(qū)主軸鉆桿方向或角位移傳感器，通過(guò)地面顯示的反饋信息，采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和用戶干預(yù)的方式在地面對(duì)定向鉆井進(jìn)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，執(zhí)行鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)程序，控制鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)控制器，使其控制頂驅(qū)主軸電機(jī)動(dòng)作。
[0005]具體地說(shuō)，包括以下步驟:
[0006]S300:開始；
[0007]S303:旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)與滑動(dòng)鉆進(jìn)相互進(jìn)行，泥漿馬達(dá)和MWD工具已接在井底鉆具組合上;
[0008]S305:開始旋轉(zhuǎn)鉆柱，鉆頭離底循環(huán)至旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)流速；
[0009]S307:穩(wěn)定轉(zhuǎn)速至旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速，從立管壓力傳感器采集離底栗壓存儲(chǔ)并顯示；
[0010]S309:控制絞車緩慢下放鉆柱，直到最佳鉆進(jìn)壓差或泥漿馬達(dá)最佳壓差Δ P ;
[0011]S311:如果壓差< ΔΡ，返回到S309，繼續(xù)緩慢下放鉆柱；如果壓差等于Δ P進(jìn)入下一步；
[0012]S313:以恒定的地面機(jī)械鉆速控制絞車保持壓差Δ P鉆進(jìn)；
[0013]S315:是否轉(zhuǎn)換到滑動(dòng)鉆進(jìn)模式？不轉(zhuǎn)換，返回到S313，繼續(xù)以恒定的地面機(jī)械鉆速控制絞車保持壓差A(yù)P鉆進(jìn)；如果轉(zhuǎn)換到滑動(dòng)鉆進(jìn)模式，進(jìn)入下一步；
[0014]S317:進(jìn)入滑動(dòng)鉆進(jìn)，放慢頂驅(qū)轉(zhuǎn)速到0.5 — 2轉(zhuǎn)/每分，同時(shí)保持壓差Δ P ；
[0015]S319:監(jiān)視工具面、監(jiān)測(cè)低速鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩?Υ和監(jiān)測(cè)鉆桿方向角或角位移方向角DA，保存?Υ和Dji據(jù)；
[0016]S321:當(dāng)工具面角度在目標(biāo)工具面角度之前一個(gè)提前角時(shí)，停止頂驅(qū)轉(zhuǎn)動(dòng)，在已建立的左右扭矩限值內(nèi)開始執(zhí)行自動(dòng)扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)操作；
[0017]S323:同時(shí)，通過(guò)以恒定的地面機(jī)械鉆速控制絞車保持壓差在Δ P ；
[0018]S325當(dāng)工具面角度穩(wěn)定接近目標(biāo)工具面角度時(shí)，通過(guò)增加或減小壓差的方法保持工具面角度在目標(biāo)角度執(zhí)行滑動(dòng)鉆進(jìn)；
[0019]S327:如果工具面角度> 目標(biāo)角度左側(cè)30°時(shí)，執(zhí)行S329，以1.1或1.2倍?；值的扭矩發(fā)起右沖撞，向右修正工具面角度到目標(biāo)角度，返回S325繼續(xù)通過(guò)增加或減小壓差的方法保持工具面角度在目標(biāo)角度進(jìn)行滑動(dòng)鉆進(jìn)；
[0020]S331:如果工具面角度> 目標(biāo)角度右側(cè)30°時(shí)，執(zhí)行S333，發(fā)起左沖撞，向左修正工具面角度，發(fā)起的左沖撞修正工具面角度的扭矩是TB，TB= 0.6*?\，返回S325，繼續(xù)通過(guò)增加或減小壓差的方法保持工具面角度在目標(biāo)角度進(jìn)行滑動(dòng)鉆進(jìn)；
[0021]S335:是否轉(zhuǎn)換到旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)？不轉(zhuǎn)換，返回S325，繼續(xù)通過(guò)增加或減小壓差的方法保持工具面角度在目標(biāo)角度進(jìn)行滑動(dòng)鉆進(jìn)；如果轉(zhuǎn)到旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，進(jìn)入下一步；
[0022]S337:停止下放鉆柱，停止自動(dòng)扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)操作，直到工具面角度向右轉(zhuǎn)動(dòng)30° —60。；
[0023]S339:開始頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)鉆桿，直到旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速，同時(shí)保持壓差在Δ Ρ，返回S313，以恒定的地面機(jī)械鉆速控制絞車保持壓差A(yù)Ρ旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。
[0024]本發(fā)明的有益效果是:
[0025]1、提高滑動(dòng)鉆進(jìn)的機(jī)械鉆速和水平段的鉆進(jìn)能力；
[0026]2、鉆進(jìn)時(shí)在鉆頭不離開井底的情況下提高工具面的修正能力；
[0027]3、提高井眼軌跡控制；
[0028]4、減少泥楽馬達(dá)失速，提尚馬達(dá)和鉆頭的使用壽命；
[0029]5、快速準(zhǔn)確的工具面定向；
[0030]6、旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)與滑動(dòng)鉆進(jìn)相互轉(zhuǎn)換時(shí)鉆頭保持在井底，快速工具面定向，節(jié)省時(shí)間；
[0031]7、總體鉆井性能達(dá)到最優(yōu)化；
[0032]8、采用搖擺或左右轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿的方法，減小井眼縱向摩阻，控制馬達(dá)工具面角度，減小之前由人工操作帶來(lái)的精神和體力上的作業(yè)壓力以及滑動(dòng)鉆進(jìn)效率低的問(wèn)題。
[0033]采用本發(fā)明由計(jì)算機(jī)控制定向鉆井的地面輔助系統(tǒng)效果明顯，是目前除旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)以外采用泥漿馬達(dá)定向鉆井的最佳選擇方法，使用本方法能顯著提高滑動(dòng)鉆進(jìn)的鉆井效率。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是陸上頂驅(qū)鉆機(jī)鉆定向井的系統(tǒng)示意圖。
[0035]圖2是本發(fā)明采用泥漿馬達(dá)定向鉆井的地面控制結(jié)構(gòu)圖。
[0036]圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的司鉆顯示屏。
[0037]圖4是本發(fā)明采用泥漿馬達(dá)定向鉆井的地面控制方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
[0039]如圖1所示，本發(fā)明的陸上頂驅(qū)鉆機(jī)鉆定向井的系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)基本相同。其中，1鉆機(jī)；2井架；3天車；4游車；5大鉤；6頂驅(qū)；7頂驅(qū)儀器接頭；8鉆桿扭矩傳感器；9:鉆桿方向或角位移傳感器；10絞車滾筒鋼絲繩；11絞車；12鉆臺(tái)；13泥漿水龍帶；14栗壓或立管壓力傳感器；15泥漿栗；16鉆柱；17井眼；18井底鉆具組合；19隨鉆測(cè)量MWD工具面角度傳感器；20泥漿馬達(dá)；21鉆頭。
[0040]如圖2所示，給出了控制系統(tǒng)所需的隨鉆測(cè)量MWD工具面角度傳感器19、頂驅(qū)鉆桿扭矩傳感器8、栗壓或立管壓力傳感器14和頂驅(qū)主軸鉆桿方向或角位移傳感器9，這4個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)信號(hào)送到可編程控制器105進(jìn)行存儲(chǔ)、計(jì)算，控制頂驅(qū)主軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)107，同時(shí)，用戶可以通過(guò)用戶輸入設(shè)備106向可編程控制器輸入人工干預(yù)數(shù)據(jù)，參與計(jì)算和控制。104是一個(gè)人機(jī)界面顯示屏，用于顯示相關(guān)信息，也是定向司鉆和司鉆的信息反饋。
[0041]如圖3所示，是一個(gè)人機(jī)界面司鉆顯示屏，圖中:30右旋扭矩控制；31增加右旋扭矩；32顯示右旋扭矩；33減小右旋扭矩；34左旋扭矩控制；35增加左旋扭矩；36顯示左旋扭矩；37減小左旋扭矩；38鉆進(jìn)栗壓；39壓差