CN105134075A - 电磁波双向传输旋转导向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁波双向传输旋转导向系统，包括地面控制系统和井下控制系统；所述地面控制系统包括计算机控制系统和与计算机控制系统连接的电磁波脉冲激发装置、电磁波信号接收与解析装置，所述井下控制系统包括工具控制与数据处理系统和与工具控制与数据处理系统连接的电磁波信号检测分析发送装置、定点静态数据测量装置、旋转导向动作控制机构；所述地面控制系统通过电磁波脉冲激发装置、电磁波信号接收与解析装置与井下控制系统的电磁波信号检测分析发送装置通信连接。本发明将双向电磁波传输技术与旋转导向动作机构相结合，依靠电磁波对电磁波信号源进行定位，对连续点进行导向钻进，实现收集钻井随测数据及自动导向钻进。

Description

电磁波双向传输旋转导向系统

技术领域

本发明涉及石油钻井，尤其涉及一种电磁波双向传输旋转导向系统。

背景技术

旋转导向钻井系统也称为闭环旋转导向钻井系统，该系统是一项尖端自动化钻井新技术，主要由测控机构、偏置机构和执行机构几大部分组成，可以在井下自动完成旋转导向定点钻进的定向功能，具有边滑动边旋转的特点，对井眼轨迹的控制能力更加精确，形成的井眼较常规井下马达导向钻具组合钻出的井眼更加光滑，能够有效减少摩阻扭矩和井下复杂情况的发生，提高钻进能力。

目前，全球有许多不同种类的旋转导向工具，其中以斯伦贝谢、哈里波顿、贝克休斯的旋转导向系统具有代表性，所有的旋转导向钻井系统均使用的泥浆脉冲来进行井下与地面之间的信号传输，这种传输方式有很大的局限性。在空气钻井、钻遇易漏失地层的井、泥浆性能差的等等工况中无法使用，且在正常使用过程中经常出现故障，单次造成直接经济损失4-5万元，不利于工作的高质、高效的开展。同时，由于泥浆脉冲的信号传输方式本身的性能限制，数据传输信息量小，导致进行随钻测井的数据不能大量、及时的发送至地面，难于为工程人员施工提供可靠依据。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种电磁波双向传输旋转导向系统，使用电磁波的双向通信传输技术，能有效解决上述现有技术中的不足。

本发明针对现有技术的不足，提供了以下技术方案：

本发明所述电磁波双向传输旋转导向系统，其特征在于：包括地面控制系统和井下控制系统；所述地面控制系统用于设置钻井轨迹，发出钻井指令信号，接收并解析井下钻井反馈信号；所述井下控制系统用于接收并解析钻井指令信号，结合定位信息控制钻井轨迹，向地面发出钻井信息反馈信号；

所述地面控制系统包括计算机控制系统和与计算机控制系统连接的电磁波脉冲激发装置、电磁波信号接收与解析装置，所述井下控制系统包括工具控制与数据处理系统和与工具控制与数据处理系统连接的电磁波信号检测分析发送装置、定点静态数据测量装置、旋转导向动作控制机构，所述旋转导向动作控制机构包括直流牵引电机控制模块和偏心啮合齿轮组控制模块，所述地面控制系统和井下控制系统均连接有供电电源；

所述地面控制系统通过电磁波脉冲激发装置、电磁波信号接收与解析装置与井下控制系统的电磁波信号检测分析发送装置通信连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明所述电磁波双向传输旋转导向系统，将双向电磁波传输技术与旋转导向动作机构相结合，依靠电磁波对电磁波信号源进行定位，然后对连续点进行导向钻进，实现收集钻井随测数据及自动导向钻进。

本发明采用轻巧便捷的电磁波发送装置，基本消除信息在井下与地面传输的延迟性，系统的反应快；能在易漏井、非泥浆钻井中使用旋转导向钻进，节约开发成本；将钻井随测信息全面、大量、及时的发送至地面，利于工程施工人员分析及控制钻井进度；定向钻井时不需要特殊的钻井参数，可以保证最优的钻井过程；导向自动控制，以保证准确光滑的井眼轨迹。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明所述电磁波双向传输旋转导向系统的系统框图；

图2是本发明所述电磁波双向传输旋转导向系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1所示，本发明所述电磁波双向传输旋转导向系统，其特征在于：包括地面控制系统和井下控制系统；所述地面控制系统用于设置钻井轨迹，发出钻井指令信号，接收并解析井下钻井反馈信号；所述井下控制系统用于接收并解析钻井指令信号，结合定位信息控制钻井轨迹，向地面发出钻井信息反馈信号。

所述地面控制系统包括计算机控制系统和与计算机控制系统连接的电磁波脉冲激发装置、电磁波信号接收与解析装置，所述井下控制系统包括工具控制与数据处理系统和与工具控制与数据处理系统连接的电磁波信号检测分析发送装置、定点静态数据测量装置、旋转导向动作控制机构，所述旋转导向动作控制机构包括直流牵引电机控制模块和偏心啮合齿轮组控制模块，所述地面控制系统和井下控制系统均连接有供电电源；所述地面控制系统通过电磁波脉冲激发装置、电磁波信号接收与解析装置与井下控制系统的电磁波信号检测分析发送装置通信连接。

其中，地面控制系统通过电磁波脉冲激发装置、电磁波信号接收与解析装置与井下控制系统的电磁波信号检测分析发送装置进行双向通信连接。地面控制系统通过电磁波脉冲激发装置发出钻井指令信号，井下控制系统通过电磁波信号检测分析发送装置检测接收地面钻井指令信号及发出钻井反馈信号，地面控制系统通过电磁波信号接收与解析装置检测接收井下钻井反馈信号。

本发明，在地面控制系统的计算机控制系统内设置钻井轨迹，通过电磁波脉冲激发装置发出钻井指令信号；井下控制系统的电磁波信号检测分析发送装置检测接收该指令信号，转换成数字信号，传输给工具控制与数据处理系统；井下控制系统的定点静态数据测量装置检测位置信息，工具控制与数据处理系统结合该位置信息根据钻井指令向旋转导向动作控制机构发出调节指令；旋转导向动作控制机构根据调节指令调节直流牵引电机与偏心啮合齿轮组的转速及方向，实现动态执行自动导向钻进。同时，工具控制与数据处理系统将实时位置信息发送至电磁波信号检测分析发送装置，电磁波信号检测分析发送装置激发出电磁波脉冲携带数字信息反馈传至地面；地面控制系统的电磁波信号接收与解析装置接收及解析反馈信号，之后传输至计算机控制系统，供工程人员做数据收集及下步施工指令的参考。

参见图2所示，本发明主体由地面控制系统1和井下控制系统（2和3）组成，地面控制系统1包括计算机控制部分、电磁波脉冲激发部分、电磁波信号解析箱部分、及电缆等其他附件，地面控制系统1实现对井下控制系统发送到地面的数字信号的接收和解码，同时通过对软件操作将地面信号指令由电磁波激发装置转换后向井下控制系统进行发送。

井下控制系统的电磁波信号检测分析发送装置2包括天线接头、以及内在的电磁波信号发射天线短节、电磁波信号的检测与处理短节，电磁波信号检测分析发送装置2实现了接收地面发送的电磁波信号并转换成相应的数字信号向下级机构发送，实现接收井下仪器的下级机构传来的数字信号向地面发送电磁波信号，保证地面与井下双向电磁波通讯。

井下控制系统的闭环旋转导向钻井节3，具有在钻柱旋转情况下定向的能力，可以与井下马达一起使用，配有全系列标准的地层参数及钻井参数检测仪器，与电磁波信号检测分析发送装置相连接，可根据井下传来的数据，在不起钻的情况下从地面发出指令改变井眼轨迹。

本发明地面控制系统根据目标井的工程设计确定的轨迹以及靶点，在计算机控制系统设置N₁、N₂···N_N个目标点，井下仪器不断的将电磁波信号发送至地面，通过在地面设置2个电磁波信号测量点，对井下电磁波信号源进行精确定位，并通过旋转导向动作控制机构自动引导钻头依次向目标点N₁、N₂···N_N钻进，实现全自动导向钻进。

本发明所述电磁波双向传输旋转导向系统，将双向电磁波传输技术与旋转导向动作机构相结合，依靠电磁波对电磁波信号源进行定位，然后对连续点进行导向钻进，实现收集钻井随测数据及自动导向钻进。

本发明工具设计制造模块化、集成化，可以在150℃以上的高温井中使用；定向钻井时不需要特殊的钻井参数，可以保证最优的钻井过程；导向自动控制，以保证准确光滑的井眼轨迹。

本发明采用轻巧便捷的电磁波发送装置，基本消除信息在井下与地面传输的延迟性，系统的反应快；且能在易漏井、非泥浆钻井中使用旋转导向钻进，节约开发成本；将钻井随测信息全面、大量、及时的发送至地面，利于工程施工人员分析及控制钻井进度。

最后说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种电磁波双向传输旋转导向系统，其特征在于：包括地面控制系统和井下控制系统；所述地面控制系统用于设置钻井轨迹，发出钻井指令信号，接收并解析井下钻井反馈信号；所述井下控制系统用于接收并解析钻井指令信号，结合定位信息控制钻井轨迹，向地面发出钻井信息反馈信号；

所述地面控制系统包括计算机控制系统和与计算机控制系统连接的电磁波脉冲激发装置、电磁波信号接收与解析装置，所述井下控制系统包括工具控制与数据处理系统和与工具控制与数据处理系统连接的电磁波信号检测分析发送装置、定点静态数据测量装置、旋转导向动作控制机构，所述旋转导向动作控制机构包括直流牵引电机控制模块和偏心啮合齿轮组控制模块，所述地面控制系统和井下控制系统均连接有供电电源；

所述地面控制系统通过电磁波脉冲激发装置、电磁波信号接收与解析装置与井下控制系统的电磁波信号检测分析发送装置通信连接。