CN103277048A - 自动滑动钻井控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自动滑动钻井控制装置，属石油钻井工具设计技术领域，其特征在于由导向工具面角度传感器（1）、扭矩传感器（2）、钻液压力传感器（3）、可编程处理器（4）、用户输入设备（5）、视频输出显示器（6）、钻柱旋转控制器（7）组成；可编程处理器（4）接收来自导向工具面角度传感器（1）、扭矩传感器（2）和钻液压力传感器（3）的输出信号，并由可编程处理器（4）进行处理，并将接收信息和处理结果在视频输出显示器（6）上进行显示；可编程处理器（4）将接收的信息处理后，将控制指令输出到钻柱旋转控制器（7），对钻柱旋转控制器（7）进行控制。本发明能够进行工具面的修正和快速精确定向，滑动与旋转钻进的转换迅速，增加了水平段的钻进能力，具有提高机械钻速、提高井眼轨迹质量、延长井下马达寿命的特点。

Description

自动滑动钻井控制装置
技术领域：
本发明涉及一种自动滑动钻井控制装置，属石油钻井工具设计技术领域。
背景技术：
旋转导向钻井技术和马达/随钻测量技术是定向钻井中的常用工具，由于旋转导向工具所需的高费用以及对井眼尺寸的要求，所以，在经济上并不具备可行性；而马达/随钻测量系统包括一个井下马达和一个马达弯曲壳体，在滑动钻井过程中钻柱不旋转,而是沿井壁的轴向滑动，通过弯曲壳体节来进行井眼轨迹的定位，因而，在钻井过程中存在井眼净化效率很低、管柱前进时摩阻大、导向马达易失速等问题，从而导致导向马达滑动钻井的机械钻速远低于旋转钻进，远不能满足石油钻井现场的实际需求。
因此，研究新的地面自动控制装置来解决导向马达所存在的问题具有十分重要的现实意义。
发明内容：
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自动滑动钻井控制装置，使钻具钻进时钻头不离开井底，能够进行工具面的修正和快速精确定向，滑动与旋转钻进的转换迅速，增加了水平段的钻进能力，具有提高机械钻速、提高井眼轨迹质量、延长井下马达寿命的特点。
本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的。
本发明自动滑动钻井控制装置由导向工具面角度传感器、扭矩传感器、钻液压力传感器、可编程处理器、用户输入设备、视频输出显示器、钻柱旋转控制器组成；所述的导向工具面角度传感器安装在井底钻具组合中，导向工具面角度传感器利用泥浆脉冲遥测技术发送信号到地面的接收器中，由地面接收器输出一个导向工具面角度信号传送到可编程处理器中进行处理；导向工具面角度信号以每20秒一次的速率而产生；所述的扭矩传感器安装在顶部工具接头中，由扭矩传感器产生提供的电子信号传送到可编程处理器中进行处理；扭矩传感器产生提供的电子信号被电子采样传送，首选采样率为每秒5次；所述的钻液压力传感器安装在泥浆泵注入钻井液的一端，钻液压力传感器用来测量钻柱内钻井液的压力；所述的可编程处理器安装在地面司钻操控室；可编程处理器接收来自导向工具面角度传感器、扭矩传感器和钻液压力传感器的输出信号，并由可编程处理器进行处理；可编程处理器还接收和处理用户输入设备输入的控制指令，并将接收信息和处理结果在视频输出显示器上进行显示；可编程处理器将接收的信息处理后，将控制指令输出到钻柱旋转控制器，对钻柱旋转控制器进行控制；所述的用户输入设备安装在地面司钻操控室，用户可以输入相关的控制指令到可编程处理器；用户输入设备包括键盘、触摸屏、鼠标、光笔；所述的视频输出显示器安装在地面司钻操控室，在视频输出显示器上显示出可编程处理器接收到的信息参数，为自动滑动钻井控制装置提供一个图形用户界面，司钻可以通过视频输出显示器对自动滑动钻井控制过程进行详细监控；所述的钻柱旋转控制器安装在顶驱中，钻柱旋转控制器用来操作和控制顶驱，对钻柱进行旋转、摇摆、冲撞的操作控制。
本发明与现有技术相比，在钻具钻进时钻头不离开井底，能够进行工具面的修正和快速精确定向，滑动与旋转钻进的转换迅速，增加了水平段的钻进能力，自动化处理减小了定向司钻的作业压力，具有提高机械钻速、提高井眼轨迹质量、延长井下马达寿命的特点。
附图说明:
图1为本发明自动滑动钻井控制装置的总体结构示意图。
图2为本发明的定向钻井的整体系统结构示意图。
在图中:1.导向工具面角度传感器、2.扭矩传感器、3.钻液压力传感器、4.可编程处理器、5.用户输入设备、6.视屏输出显示器、7.钻柱旋转控制器、8.顶驱、9.顶部工具接头、10.水龙带、11.泥浆泵、12.钻柱、13.井底钻具组合、14.可导向钻井马达。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明自动滑动钻井控制装置由导向工具面角度传感器1、扭矩传感器2、钻液压力传感器3、可编程处理器4、用户输入设备5、视频输出显示器6、钻柱旋转控制器7组成；所述的导向工具面角度传感器1安装在井底钻具组合13中，导向工具面角度传感器1利用泥浆脉冲遥测技术发送信号到地面的接收器中，由地面接收器输出一个导向工具面角度信号传送到可编程处理器4中进行处理；导向工具面角度信号以每20秒一次的速率而产生，是用来测出可导向钻井马达14工具面角度的一个指示信号；所述的扭矩传感器2安装在顶部工具接头9中，由扭矩传感器2产生提供的电子信号传送到可编程处理器4中进行处理；扭矩传感器2产生提供的电子信号被电子采样传送，首选采样率为每秒5次，用来对在地面给钻柱施加的扭矩进行测量；所述的钻液压力传感器3安装在泥浆泵11注入钻井液的一端，钻液压力传感器3用来测量钻柱内钻井液的压力，获取钻柱12内钻井液的压力信号；所述的可编程处理器4安装在地面司钻操控室；可编程处理器4接收来自导向工具面角度传感器1、扭矩传感器2和钻液压力传感器3的输出信号，并由可编程处理器4进行处理；可编程处理器4还接收和处理用户输入设备5输入的控制指令，并将接收信息和处理结果在视频输出显示器6上进行显示；可编程处理器4将接收的信息处理后，将控制指令输出到钻柱旋转控制器7，对钻柱旋转控制器7进行控制；所述的用户输入设备5安装在地面司钻操控室，用户可以输入相关的控制指令到可编程处理器4；用户输入设备5包括键盘、触摸屏、鼠标、光笔；所述的视频输出显示器6安装在地面司钻操控室，在视频输出显示器6上显示出可编程处理器4接收到的信息参数，为自动滑动钻井控制装置提供一个图形用户界面，司钻可以通过视频输出显示器6对自动滑动钻井控制过程进行详细监控；所述的钻柱旋转控制器7安装在顶驱8中，钻柱旋转控制器7用来操作和控制顶驱8，对钻柱12进行旋转、摇摆、冲撞的操作控制。
图2所示的为定向钻井的整体系统结构示意图。此钻机包括一部顶驱8，顶驱8可以旋转地吊起井眼内的一根钻柱12，并且还能顺时针或逆时针操作旋转钻柱12。钻柱12通过一个顶部工具接头9与顶驱8连接，钻柱12包括多种相互连接的钻具如：钻杆、一套井底钻具组合13，井底钻具组合13包括扶正器、钻铤和一套随钻测量MWD仪器。安装于井底钻具组合13中的导向工具面角度传感器1提供可导向钻井马达14的工具面角度的测量。依照本发明，可导向钻井马达14工具面角度可以被测量，并且井眼方位角和倾斜角也可以被其测量。与井底钻具组合13相连接的是可导向钻井马达14，在滑动钻进时，泥浆泵11经水龙带10将钻井液注入到钻柱12内，当钻头由可导向钻井马达14驱动旋转时，钻柱12由顶驱8转动地控制就位，可导向钻井马达14最终由泥浆泵11注入的钻井液提供动能，此时，司钻可以操作顶驱8转动整个钻柱12来改变可导向钻井马达14的工具面角度，而可导向钻井马达14的工具面角度被用来修正或调整井眼的方位角和倾斜角；在旋转钻进时，顶驱8被滑动地镶嵌在一个垂直延伸的轨道上，当顶驱8对钻柱12施加扭矩时，可使钻柱12和可导向钻井马达14沿井眼轴向方向前进，而该垂直延伸的轨道还能防止钻柱12旋转导致的顶驱8转动；当钻头钻进地层时，通过泥浆泵11注入的钻井液将钻进产生的岩屑带出井眼。

Claims (4)

1.一种自动滑动钻井控制装置,由导向工具面角度传感器（1）、扭矩传感器（2）、钻液压力传感器（3）、可编程处理器（4）、用户输入设备（5）、视频输出显示器（6）、钻柱旋转控制器（7）组成；其特征在于所述的导向工具面角度传感器（1）安装在井底钻具组合（13）中，导向工具面角度传感器（1）利用泥浆脉冲遥测技术发送信号到地面的接收器中，由地面接收器输出一个导向工具面角度信号传送到可编程处理器（4）中进行处理；所述的扭矩传感器（2）安装在顶部工具接头（9）中，由扭矩传感器（2）产生提供的电子信号传送到可编程处理器（4）中进行处理；所述的钻液压力传感器（3）安装在泥浆泵（11）注入钻井液的一端，钻液压力传感器（3）用来测量钻柱内钻井液的压力；所述的可编程处理器（4）安装在地面司钻操控室；可编程处理器（4）接收来自导向工具面角度传感器（1）、扭矩传感器（2）和钻液压力传感器（3）的输出信号，并由可编程处理器（4）进行处理；可编程处理器（4）还接收和处理用户输入设备（5）输入的控制指令，并将接收信息和处理结果在视频输出显示器（6）上进行显示；可编程处理器（4）将接收的信息处理后，将控制指令输出到钻柱旋转控制器（7），对钻柱旋转控制器（7）进行控制；所述的用户输入设备（5）安装在地面司钻操控室，用户可以输入相关的控制指令到可编程处理器（4）；所述的视频输出显示器（6）安装在地面司钻操控室，在视频输出显示器（6）上显示出可编程处理器（4）接收到的信息参数，为自动滑动钻井控制装置提供一个图形用户界面，司钻可以通过视频输出显示器（6）对自动滑动钻井控制过程进行详细监控；所述的钻柱旋转控制器（7）安装在顶驱（8）中，钻柱旋转控制器（7）用来操作和控制顶驱（8），对钻柱（12）进行旋转、摇摆、冲撞的操作控制。
2.根据权利要求1所述的自动滑动钻井控制装置，其特征在于所述的导向工具面角度信号以每20秒一次的速率而产生。
3.根据权利要求2所述的自动滑动钻井控制装置，其特征在于所述的扭矩传感器（2）产生提供的电子信号被电子采样传送，首选采样率为每秒5次。
4.根据权利要求3所述的自动滑动钻井控制装置，其特征在于所述的用户输入设备（5）包括键盘、触摸屏、鼠标、光笔。
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