CN105298475A - 旋转导向钻井工具钻井液脉冲信号下传装置 - Google Patents

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CN105298475A CN201510758835.8A CN201510758835A CN105298475A CN 105298475 A CN105298475 A CN 105298475A CN 201510758835 A CN201510758835 A CN 201510758835A CN 105298475 A CN105298475 A CN 105298475A
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钟文
张永红
曹崇辉
朱世飞
付晓颖
吴仲华
杨锦舟
陈悦军
方力平
杨永安
马永刚
赵哲龙
张磊
金灿波
李明娜
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Mechanical Industry Shanghai Yalan Petrochemical Equipment Testing & Inspection Institute Co Ltd
Shanghai Lanbin Petrochemical Equipment Co Ltd
Lanzhou Petroleum Machinery Research Institute
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Mechanical Industry Shanghai Yalan Petrochemical Equipment Testing & Inspection Institute Co Ltd
Shanghai Lanbin Petrochemical Equipment Co Ltd
Lanzhou Petroleum Machinery Research Institute
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Abstract

一种旋转导向钻井工具钻井液脉冲信号下传装置，包括钻杆及其通过水龙带连接的立管，所述立管的上端安装压力传感器，该压力传感器下方的立管通过三通形成一旁路，该旁路上设有下传装置；该下传装置包括气动调节阀，该气动调节阀和脉冲控制器连接，而脉冲控制器和地面计算机系统的人机界面连接；所述气动调节阀的出口管线插入泥浆罐中；通过三通的立管连接泥浆泵，该泥浆泵的入口管线插入泥浆罐中；所述压力传感器、脉冲控制器通过RS-485或无线发射接收器与地面计算机系统连接。本发明实现了地面下传指令到井下工具的传输，是一种简单可靠、正确的旋转导向下传装置。

Description

旋转导向钻井工具钻井液脉冲信号下传装置
技术领域
本发明涉及钻井设备技术领域，具体指一种旋转导向钻井工具钻井液脉冲信号下传装置。
背景技术
过去钻头旋转导向依靠靠近钻头的一个或几个翼块控制几何约束力，翼块独立伸出给井壁支撑力，翼块的伸出受限于设计可调节控制，造斜率小于导向。以前定向钻机利用造斜器定向钻井或者井下马达配合弯接头定向钻井。
随着电子技术、自动控制技术、计算机技术、通讯技术、传感技术的不断发展和广泛使用，旋转导向井下工具的技术自上世纪90年代开始发展，并且使其闭环控制系统得到了广泛使用，旋转导向技术需开发研制一种泥浆压力脉冲装置调节钻井立管主回路泥浆压力脉冲，实现地面下传指令到井下工具的传输。
发明内容：
本发明提供一种旋转导向钻井工具钻井液脉冲信号下传装置，实现了地面下传指令到井下工具的传输，是一种简单可靠、正确的旋转导向下传装置。
为此，所采用的技术方案为：
一种旋转导向钻井工具钻井液脉冲信号下传装置，包括钻杆及其通过水龙带连接的立管，所述立管的上端安装压力传感器，该压力传感器下方的立管通过三通形成一旁路，该旁路上设有下传装置；该下传装置包括气动调节阀，该气动调节阀和脉冲控制器连接，而脉冲控制器和地面计算机系统的人机界面连接；所述气动调节阀的出口管线插入泥浆罐中；通过三通的立管连接泥浆泵，该泥浆泵的入口管线插入泥浆罐中；所述压力传感器、脉冲控制器通过RS-485或无线发射接收器与地面计算机系统连接。
所述气动调节阀两端的管线上安装气动闸阀，该气动闸阀和脉冲控制器连接。
所述气动调节阀采用偏心旋转阀。
本发明通过对可调制式旋转气动阀机构的信号控制，高频次钻井液旁路泄流通道的开或关，控制钻柱内钻井泥浆流量的变化，从而产生压力的变化并传送至井底，即形成了钻井液压力脉冲下传。实现了地面下传指令到井下工具的传输，是一种简单可靠、正确的旋转导向下传装置。本发明是集计算机自动控制技术、自动识别技术、传感技术于一体的高科技产品,且简单易行实质操作灵活，满足新装备、信息化技术为旋转导向钻井工具需要，并提供精确的计量数据。
本发明适用于高压力，高温度环境的高精度压力采集系统装置。
附图说明
图1为本发明的系统总图；
图2为本发明的气动调节阀开/关周期控制示意图；
图3为本发明实测压力变送器负脉冲序列示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
参照图1，一种旋转导向钻井工具钻井液脉冲信号下传装置，包括钻杆1及其通过水龙带2连接的立管4，所述立管4的上端安装压力传感器3，该压力传感器3下方的立管4通过三通形成一旁路，该旁路上设有下传装置；该下传装置包括气动调节阀6，该气动调节阀6和脉冲控制器9连接，而脉冲控制器9和地面计算机系统的人机界面10连接；所述气动调节阀6的出口管线插入泥浆罐中；所述压力传感器3、脉冲控制器9通过RS-485或无线发射接收器与地面计算机系统连接。通过三通的立管4连接泥浆泵7，该泥浆泵7的入口管线插入泥浆罐8中。
所述气动调节阀6两端的管线上安装气动闸阀5，该气动闸阀5和脉冲控制器9连接。该气动闸阀5作为不使用下传装置时关断之用，另外作为下传装置发生故障维修时使用。
本发明的工作流程如下：　　(1)当泥浆泵7开启，将泥浆罐8中的钻井液按照35Mpa的泵冲，打入钻井主回路的立管4中，立管4下端通过三通形成的旁路中通过高压软管接入下传装置。　　(2)当地面计算机系统对气动调节阀6下达调节指令时，同时打开下传装置的两个气动闸阀5（正常使用时，两台气动闸阀5全开），使一部分钻井液从旁路流出。根据所需要的压力脉冲参数（脉冲幅值、脉冲宽度、脉冲频率）准确记录和备份相关信息；然后，地面计算机系统发出一条指令给脉冲控制器9，脉冲控制器9上面的继电器按一定脉冲动作，前方的信号灯变色。　　(3)下传装置工作中，立管4上端安装的压力变送器3测得立管4工作压力，反馈给地面计算机系统，该地面计算机系统根据其反馈信号压力值和设定的压力脉冲参数计算出气动调节阀6的适合开度。控制气动调节阀6“开”-“关”-“开”-“关”，从而对旋转导向产生所需要的连续多频次压力负脉冲下传信号。
上述气动调节阀6的选择：气动调节阀为气开式，满足使用介质为钻井液，该钻井液有一定的粘度，含砂石颗粒，添加剂，带有腐蚀性，同时要承受高的压差35.0MPa，耐持续多频次开/关操作。直行程的调节阀动作速率慢，只有考虑角行程的调节阀，通过作用力方向变化范围(滚动角)的理论最佳值为90o。从钻井液介质考虑，有偏心旋转阀和V型球阀合适，但考虑到阀的连续快开、变化平稳的原则特性，选用偏心旋转阀更合适。抗弯强度1500MPa，介质的高速冲刷，阀芯的外表面和内孔进行硬化处理，故采用YG8整体烧结阀芯。气动调节阀6通过RS-485标准下实现现场通讯网络与相连，其设置了绝缘接地回路。气动调节阀6安装设置的时序为开启或关闭，开启时间为Ton，关闭时间Toff，时间以秒为单位，形成一个完整脉冲下传信号周期，期中Ton、Toff通过多种排列组合修改实施多种下传指令。
气动闸阀5选用一种适用于高压力，高（低）温度环境的高精度压力采集系统，具有测量信号放大调理电路、模数转换电路，使用高精度、低温漂器件降低温度影响的传感器。其精度能达到满量程0.1％，最高工作温度能达-40℃-100℃，满足闭环压力测量控制的要求。
本发明的PID控制过程为：通过高压力，高（低）温度环境的高精度压力采集系统测量立管泥浆压力负脉冲的压力下降沿变化，利用地面计算机PID调节气动调节阀开度大小固定于精确位置，满足旋转井下工具使用可靠性。同时获取两个负脉冲间的时间T，可以校验时间设置参数满足下传指令准确性。
本发明也具有下述特点：
1、信息采集自动化　　本发明测量的数据信号和控制信号，通过地面计算机，形成一套自动化闭环旋转导向控制系统。并存储实时数据到数据库中，用户可根据需要进行查询、汇总、打印等操作，从而实现了信息采集自动化。同时配合摄像机的图像抓拍功能，确保整个系统数据万无一失，千真万确。2、树立企业形象、提高工作效率、降低操作成本　　该系统可以进行计算机自动化联网管理，实时了解旋转导向系统的实际钻压，负脉冲信号的变化，从而大大提高企业的工作效率。

Claims (3)

1.一种旋转导向钻井工具钻井液脉冲信号下传装置，包括钻杆及其通过水龙带连接的立管，其特征在于：所述立管（4）的上端安装压力传感器（3），该压力传感器（3）下方的立管（4）通过三通形成一旁路，该旁路上设有下传装置；该下传装置包括气动调节阀（6），该气动调节阀（6）和脉冲控制器（9）连接，而脉冲控制器（9）和地面计算机系统的人机界面（10）连接；所述气动调节阀（6）的出口管线插入泥浆罐中；通过三通的立管（4）连接泥浆泵（7），该泥浆泵（7）的入口管线插入泥浆罐（8）中；所述压力传感器（3）、脉冲控制器（9）通过RS-485或无线发射接收器与地面计算机系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种旋转导向钻井工具钻井液脉冲信号下传装置，其特征在于：所述气动调节阀（6）两端的管线上安装气动闸阀（5），该气动闸阀（5）和脉冲控制器（9）连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种旋转导向钻井工具钻井液脉冲信号下传装置，其特征在于：所述气动调节阀（6）采用偏心旋转阀。
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