CN106894812B - 一种地面指令下传方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种地面指令下传方法，包括：根据预先设置的第一下传指令对照表确定地面要下传的指令所对应的编码，并根据该编码确定地下旋转导向工具中钻具的旋转速度；根据该旋转速度控制钻具进行旋转；检测钻具根据该旋转速度旋转时产生的向心加速度；根据预先设置的第二下传指令对照表确定向心加速度对应的编码，根据该编码和第一下传指令对照表确定地面要下传的指令。本发明实施例公开了一种地面指令下传系统。通过本发明实施例的方案，能够在不需要关停泥浆泵和不需要增加现场操作设备、人员和工时的情况下，实现将地面指令传递给旋转导向工具。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井技术，尤其涉及一种地面指令下传方法和系统。
背景技术
在石油钻井作业中，旋转导向钻井工具已经广泛应用于石油勘探开发作业中。现有的用于地面指令下传的方法主要有两种：(1)是先使旋转导向钻井工具停止钻进，然后通过“关”和“开”泥浆泵以形成“0”和“1”的泥浆脉冲，再通过与“开”和“关”泥浆泵的时间相结合进行编码，形成特定的编码以便进行地面指令的下传；(2)通过对立管泥浆进行一定流量和一定时间的分流，使得井下涡轮发电机涡轮转速发生周期性变化，从而实现地面指令的编码，再由涡轮发电机控制电路检测并解出这个编码，并传递给旋转导向工具控制电路，从而实现控制旋转导向工具的功能。
第一种指令下传方法的主要缺点是：必须要让旋转导向钻井工具停止钻进，才能进行指令的下传，这样做会造成钻井作业时间延长，效率降低，作业成本增加。而且当泥浆泵停泵后，旋转导向钻井工具钻进时产生的岩屑会由于停泵而逐渐沉积，附着在工具表面，当钻进时可能会引起卡钻等井下事故。
第二种指令下传方法需要在井场增加立管泥浆分流装置，并用高压软管与立管和泥浆池连接，将泥浆从立管中分出，通过立管泥浆分流装置再回到泥浆池中。再用电缆将立管泥浆分流装置与控制室连接，实现现场工程师对立管泥浆分流装置的远程控制。因此，第二种指令下传方法的主要缺点是：增加了设备和费用，也增加了现场工程师的工作量；并且在完成井上作业后，还需要仪修工程师对设备进行维护保养，也增加了成本和工作量。
发明内容
为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种地面指令下传方法和系统，能够在不需要关停泥浆泵和不需要增加现场操作设备、人员和工时的情况下，实现将地面指令传递给旋转导向工具。
为了达到上述目的，本发明实施例提出了一种地面指令下传方法，该方法包括：
根据预先设置的第一下传指令对照表确定地面要下传的指令所对应的编码，并根据该编码确定地下旋转导向工具中钻具的旋转速度；
根据该旋转速度控制钻具进行旋转；
检测钻具根据该旋转速度旋转时产生的向心加速度；
根据预先设置的第二下传指令对照表确定向心加速度对应的编码，根据该编码和第一下传指令对照表确定地面要下传的指令。
可选地，该编码为二进制码；第一下传指令对照表包括：地面要下传的指令与二进制码的对应关系，以及二进制码与钻具的旋转速度的对应关系；其中，第一下传指令对照表中的每条指令各不相同，不同的指令对应不同的二进制码，不同的二进制码对应不同的旋转速度；或者，
该编码为预定的基础速度V的正整数倍，该基础速度V的正整数倍为钻具的旋转速度，第一下传指令对照表包括：地面要下传的指令与基础速度V的不同的正整数倍的对应关系；其中，第一下传指令对照表中的每条指令各不相同，不同的指令对应基础速度V的不同的正整数倍。
可选地，当该编码为二进制码时，二进制码与钻具的旋转速度的对应关系是指：
第一下传指令对照表中的每个二进制码对应一种旋转速度的设置，其中，旋转速度的设置中包括速度大小的设置和旋转方向的设置。
可选地，
当该编码为二进制码时，第二下传指令对照表包括：第一下传指令对照表中的每个二进制码与钻具的向心加速度的对应关系。其中，第二下传指令对照表中的每个二进制码各不相同，不同的二进制码对应不同的向心加速度。
在预先设置第二下传指令对照表之前，对于第一下传指令对照表中的每个二进制码进行以下处理：先根据第一下传指令对照表确定二进制码对应的钻具的旋转速度，根据该旋转速度计算钻具的向心加速度，并将计算出的向心加速度与二进制码一一对应，将其对应关系保存在第二下传指令对照表中。
当该编码为预定的基础速度V的正整数倍时，第二下传指令对照表包括：第一下传指令对照表中的基础速度V的正整数倍与钻具的向心加速度的大小的对应关系；其中，第二下传指令对照表中的每个基础速度V的正整数倍各不相同，不同的基础速度V的正整数倍对应不同的向心加速度的大小。
在预先设置第二下传指令对照表之前，对于第一下传指令对照表中的每个基础速度V的正整数倍进行以下处理：根据每个基础速度V的正整数倍计算钻具的向心加速度的大小，并将计算出的向心加速度的大小与每个基础速度V的正整数倍一一对应，将其对应关系保存在第二下传指令对照表中。
可选地，检测钻具根据旋转速度旋转时产生的向心加速度包括：采集向心加速度信号，对采集的向心加速度信号进行滤波、放大以及模数转换，获得向心加速度。
本发明实施例还提出一种地面指令下传系统，该系统包括：
编码模块，用于根据预先设置的第一下传指令对照表确定地面要下传的指令所对应的编码，并根据该编码确定地下旋转导向工具中钻具的旋转速度。
控制模块，用于根据该旋转速度控制钻具旋转。
检测模块，用于检测钻具根据该旋转速度旋转时产生的向心加速度。
解码模块，用于根据预先设置的第二下传指令对照表确定向心加速度对应的编码，根据该编码和第一下传指令对照表确定地面要下传的指令。
可选地，
该编码为二进制码；第一下传指令对照表包括：地面要下传的指令与二进制码的对应关系，以及二进制码与钻具的旋转速度的对应关系。其中，第一下传指令对照表中的每条指令各不相同，不同的指令对应不同的二进制码，不同的二进制码对应不同的旋转速度；或者，
该编码为预定的基础速度V的正整数倍，基础速度V的正整数倍为钻具的旋转速度，第一下传指令对照表包括：地面要下传的指令与基础速度V的不同的正整数倍的对应关系；其中，第一下传指令对照表中的每条指令各不相同，不同的指令对应基础速度V的不同的正整数倍。
可选地，当该编码为二进制码时，二进制码与钻具的旋转速度的对应关系是指：
第一下传指令对照表中的每个二进制码对应一种旋转速度的设置，其中，旋转速度的设置中包括速度大小的设置和旋转方向的设置。
可选地，
当该编码为二进制码时，第二下传指令对照表包括：第一下传指令对照表中的每个二进制码与钻具的向心加速度的对应关系。其中，第二下传指令对照表中的每个二进制码各不相同，不同的二进制码对应不同的向心加速度。
在预先设置第二下传指令对照表之前，对于第一下传指令对照表中的每个二进制码进行以下处理：先根据第一下传指令对照表确定二进制码对应的钻具的旋转速度，根据该旋转速度计算钻具的向心加速度，并将计算出的向心加速度与二进制码一一对应，将其对应关系保存在第二下传指令对照表中。
当该编码为预定的基础速度V的正整数倍时，第二下传指令对照表包括：第一下传指令对照表中的基础速度V的正整数倍与钻具的向心加速度的大小的对应关系；其中，第二下传指令对照表中的每个基础速度V的正整数倍各不相同，不同的基础速度V的正整数倍对应不同的向心加速度的大小。
在预先设置第二下传指令对照表之前，对于第一下传指令对照表中的每个基础速度V的正整数倍进行以下处理：根据每个基础速度V的正整数倍计算钻具的向心加速度的大小，并将计算出的向心加速度的大小与每个基础速度V的正整数倍一一对应，将其对应关系保存在第二下传指令对照表中。
可选地，检测钻具根据旋转速度旋转时产生的向心加速度包括：采集向心加速度信号，对采集的向心加速度信号进行滤波、放大以及模数转换，获得向心加速度。
与现有技术相比，本发明实施例包括：根据预先设置的第一下传指令对照表确定地面要下传的指令所对应的编码，并根据该编码确定地下旋转导向工具中钻具的旋转速度；根据该旋转速度控制钻具进行旋转；检测钻具根据该旋转速度旋转时产生的向心加速度；根据预先设置的第二下传指令对照表确定向心加速度对应的编码，根据该编码和第一下传指令对照表确定地面要下传的指令。通过本发明实施例的方案，能够在不需要关停泥浆泵和不需要增加现场操作设备、人员和工时的情况下，实现将地面指令传递给旋转导向工具。
附图说明
下面对本发明实施例中的附图进行说明，实施例中的附图是用于对本发明的进一步理解，与说明书一起用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限制。
图1为本发明实施例的地面指令下传方法流程图；
图2为本发明实施例的地面指令下传系统框图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述，并不能用来限制本发明的保护范围。
本发明实施例对地下旋转导向工具中钻具的旋转速度进行控制，使仪器产生的向心加速度随之变化，实现地面指令的编码。井下仪器通过测量向心加速度的大小变换，实现解码，从而实现地面指令的下传功能。本发明实施例在于不需要关停泥浆泵和不需要增加现场操作设备、人员和工时的情况下，实现将地面指令传递给旋转导向工具，从而实现对旋转导向工具的控制。
具体地，本发明实施例提出了一种地面指令下传方法，如图1所示，该方法包括：
S101、根据预先设置的第一下传指令对照表确定地面要下传的指令所对应的编码，并根据该编码确定地下旋转导向工具中钻具的旋转速度。
可选地，该编码为二进制码；第一下传指令对照表包括：地面要下传的指令与二进制码的对应关系，以及二进制码与钻具的旋转速度的对应关系。其中，第一下传指令对照表中的每条指令各不相同，不同的指令对应不同的二进制码，不同的二进制码对应不同的旋转速度。或者，
该编码为预定的基础速度V的正整数倍，该基础速度V的正整数倍为钻具的旋转速度，第一下传指令对照表包括：地面要下传的指令与基础速度V的不同的正整数倍的对应关系；其中，第一下传指令对照表中的每条指令各不相同，不同的指令对应基础速度V的不同的正整数倍。
可选地，当该编码为二进制码时，二进制码与钻具的旋转速度的对应关系是指：
第一下传指令对照表中的每个二进制码对应一种旋转速度的设置，其中，旋转速度的设置中包括速度大小的设置和旋转方向的设置。
在本发明的实施例中，每个二进制码对应一种旋转速度的设置，比如“0001”对应旋转速度为2000转/分，旋转方向为正时针；“0010”对应旋转速度为2000转/分，旋转方向为逆时针；“0011”对应旋转速度为2500转/分，旋转方向为正时针；“0100”对应旋转速度为2500转/分，旋转方向为逆时针。
需要说明的是，本发明实施例方案中为了有利于机器识别以及实现自动化操作，在指令对照表中加入了编码，即，先将不同的指令与二进制码相对应(这里也可以选择其它可行的编码形式，如采用“0”和“1”进行编码)，再将二进制码与旋转速度相对应，以及下述的，先将向心加速度与二进制码相对应，再将二进制码与地面下传指令相对应。在其它实施例中，地面下传指令可以直接与旋转速度相对应，如本发明实施例中该编码可以为预定的基础速度V的正整数倍时的方案；向心加速度也可以直接与地面下传指令相对应。
S102、根据该旋转速度控制钻具进行旋转。
S103、检测钻具根据该旋转速度旋转时产生的向心加速度。
可选地，检测钻具根据旋转速度旋转时产生的向心加速度包括：采集向心加速度信号，对采集的向心加速度信号进行滤波、放大以及模数转换，获得向心加速度。
在本发明的实施例中，通过与旋转导向工具的钻具同轴安装的位于地下的加速度传感器检测钻具旋转时产生的向心加速度。并通过安装于旋转导向工具中的加速度传感器信号采集电路采集向心加速度信号，并对采集的向心加速度信号进行滤波、放大以及模数转换，获得向心加速度。
S104、根据预先设置的第二下传指令对照表确定向心加速度对应的编码，根据该编码和第一下传指令对照表确定地面要下传的指令。
可选地，当该编码为二进制码时，第二下传指令对照表包括：第一下传指令对照表中的每个二进制码与钻具的向心加速度的对应关系。其中，第二下传指令对照表中的每个二进制码各不相同，不同的二进制码对应不同的向心加速度。
在预先设置第二下传指令对照表之前，对于第一下传指令对照表中的每个二进制码进行以下处理：先根据第一下传指令对照表确定二进制码对应的钻具的旋转速度，根据该旋转速度计算钻具的向心加速度，并将计算出的向心加速度与二进制码一一对应，将其对应关系保存在第二下传指令对照表中。
具体地，根据预先设置的第二下传指令对照表确定向心加速度对应的编码，根据该编码和第一下传指令对照表确定地面要下传的指令是指：
将向心加速度与预先设置的所述第二下传指令对照表相比较，根据第二下传指令对照表中的每个二进制码与钻具的向心加速度的对应关系，获得向心加速度对应的二进制码，将该二进制码与第一下传指令对照表相比较，根据第一下传指令对照表中的地面要下传的指令与二进制码的对应关系获得地面要下传的指令。
当该编码为预定的基础速度V的正整数倍时，第二下传指令对照表包括：第一下传指令对照表中的基础速度V的正整数倍与钻具的向心加速度的大小的对应关系；其中，第二下传指令对照表中的每个基础速度V的正整数倍各不相同，不同的基础速度V的正整数倍对应不同的向心加速度的大小。
在预先设置第二下传指令对照表之前，对于第一下传指令对照表中的每个基础速度V的正整数倍进行以下处理：根据每个基础速度V的正整数倍计算钻具的向心加速度的大小，并将计算出的向心加速度的大小与每个基础速度V的正整数倍一一对应，将其对应关系保存在第二下传指令对照表中。
具体地，根据预先设置的第二下传指令对照表确定向心加速度对应的编码，根据该编码和第一下传指令对照表确定地面要下传的指令是指：
将向心加速度的变化时间长度与预先设置的所述第二下传指令对照表相比较，根据第二下传指令对照表中的基础速度V的正整数倍与钻具的向心加速度的大小的对应关系，获得向心加速度的大小对应的基础速度V的不同的正整数倍，将每个基础速度V的正整数倍与第一下传指令对照表相比较，根据第一下传指令对照表中的地面要下传的指令与基础速度V的不同的正整数倍的对应关系获得地面要下传的指令。
本发明实施例还提出一种地面指令下传系统，如图2所示，该系统包括：
编码模块01，用于根据预先设置的第一下传指令对照表确定地面要下传的指令所对应的编码，并根据该编码确定地下旋转导向工具中钻具的旋转速度。
控制模块02，用于根据该旋转速度控制钻具旋转。
检测模块03，用于检测钻具根据该旋转速度旋转时产生的向心加速度。
解码模块04，用于根据预先设置的第二下传指令对照表确定向心加速度对应的编码，根据该编码和第一下传指令对照表确定地面要下传的指令。
可选地，该编码为二进制码；第一下传指令对照表包括：地面要下传的指令与二进制码的对应关系，以及二进制码与钻具的旋转速度的对应关系。其中，第一下传指令对照表中的每条指令各不相同，不同的指令对应不同的二进制码，不同的二进制码对应不同的旋转速度。或者，
该编码为预定的基础速度V的正整数倍，该基础速度V的正整数倍为钻具的旋转速度，第一下传指令对照表包括：地面要下传的指令与基础钻具的旋转速度的不同的正整数倍的对应关系；其中，第一下传指令对照表中的每条指令各不相同，不同的指令对应基础钻具的旋转速度的不同的正整数倍。
可选地，当该编码为二进制码时，二进制码与钻具的旋转速度的对应关系是指：
第一下传指令对照表中的每个二进制码对应一种旋转速度的设置，其中，旋转速度的设置中包括速度大小的设置和旋转方向的设置。
可选地，当该编码为二进制码时，第二下传指令对照表包括：第一下传指令对照表中的每个二进制码与钻具的向心加速度的对应关系。其中，第二下传指令对照表中的每个二进制码各不相同，不同的二进制码对应不同的向心加速度。
在预先设置第二下传指令对照表之前，对于第一下传指令对照表中的每个二进制码进行以下处理：先根据第一下传指令对照表确定二进制码对应的钻具的旋转速度，根据该旋转速度计算钻具的向心加速度，并将计算出的向心加速度与二进制码一一对应，将其对应关系保存在第二下传指令对照表中。
当该编码为预定的基础速度V的正整数倍时，第二下传指令对照表包括：第一下传指令对照表中的基础速度V的不同的正整数倍与钻具的向心加速度的大小的对应关系；其中，第二下传指令对照表中的每个基础速度V的正整数倍各不相同，不同的基础速度V的正整数倍对应不同的向心加速度的大小。
在预先设置第二下传指令对照表之前，对于第一下传指令对照表中的每个基础速度V的正整数倍进行以下处理：根据每个基础速度V的正整数倍计算钻具的向心加速度的大小，并将计算出的向心加速度的大小与每个基础速度V的正整数倍一一对应，将其对应关系保存在第二下传指令对照表中。
可选地，检测模块03检测钻具根据旋转速度旋转时产生的向心加速度包括：采集向心加速度信号，对采集的向心加速度信号进行滤波、放大以及模数转换，获得向心加速度。
与现有的指令下传相比，本发明实施例所设计指令下传方法不需要关停泥浆泵，从而降低出现卡钻的风险，并且不需要复杂的地面分流装置，减少现场设备，降低了费用和现场工程师安装保养设备的工作量。
需要说明的是，以上所述的实施例仅是为了便于本领域的技术人员理解而已，并不用于限制本发明实施例的保护范围，在不脱离本发明实施例的发明构思的前提下，本领域技术人员对本发明实施例所做出的任何显而易见的替换和改进等均在本发明实施例的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种地面指令下传方法，其特征在于，所述方法包括：
根据预先设置的第一下传指令对照表确定地面要下传的指令所对应的编码，并根据所述编码确定地下旋转导向工具中钻具的旋转速度；
根据所述旋转速度控制所述钻具旋转；
检测所述钻具根据所述旋转速度旋转时产生的向心加速度；
根据预先设置的第二下传指令对照表确定所述向心加速度对应的编码，根据所述向心加速度对应的编码和所述第一下传指令对照表确定地面要下传的指令。
2.如权利要求1所述的地面指令下传方法，其特征在于，
所述编码为二进制码；所述第一下传指令对照表包括：所述地面要下传的指令与二进制码的对应关系，以及所述二进制码与所述钻具的旋转速度的对应关系；其中，所述第一下传指令对照表中的每条指令各不相同，不同的指令对应不同的二进制码，不同的二进制码对应不同的旋转速度；或者，
所述编码为预定的基础速度V的正整数倍，所述基础速度V的正整数倍为所述钻具的旋转速度，所述第一下传指令对照表包括：所述地面要下传的指令与基础速度V的不同的正整数倍的对应关系；其中，所述第一下传指令对照表中的每条指令各不相同，不同的指令对应基础速度V的不同的正整数倍。
3.如权利要求2所述的地面指令下传方法，其特征在于，当所述编码为二进制码时，所述二进制码与所述钻具的旋转速度的对应关系是指：
所述第一下传指令对照表中的每个二进制码对应一种旋转速度的设置，其中，所述旋转速度的设置中包括速度大小的设置和旋转方向的设置。
4.如权利要求3所述的地面指令下传方法，其特征在于，
当所述编码为二进制码时，所述第二下传指令对照表包括：所述第一下传指令对照表中的每个二进制码与所述钻具的所述向心加速度的对应关系；其中，所述第二下传指令对照表中的每个二进制码各不相同，不同的二进制码对应不同的向心加速度；
在预先设置所述第二下传指令对照表之前，对于所述第一下传指令对照表中的每个二进制码进行以下处理：先根据所述第一下传指令对照表确定所述二进制码对应的所述钻具的旋转速度，根据该旋转速度计算钻具的向心加速度，并将计算出的所述向心加速度与所述二进制码一一对应，将其对应关系保存在所述第二下传指令对照表中。
5.如权利要求3所述的地面指令下传方法，其特征在于，
当所述编码为所述预定的基础速度V的正整数倍时，所述第二下传指令对照表包括：所述第一下传指令对照表中的所述基础速度V的正整数倍与所述钻具的向心加速度的大小的对应关系；其中，所述第二下传指令对照表中的每个所述基础速度V的正整数倍各不相同，不同的所述基础速度V的正整数倍对应不同的向心加速度的大小；
在预先设置所述第二下传指令对照表之前，对于所述第一下传指令对照表中的每个所述基础速度V的正整数倍进行以下处理：根据每个所述基础速度V的正整数倍计算所述钻具的向心加速度的大小，并将计算出的所述向心加速度的大小与每个所述基础速度V的正整数倍一一对应，将其对应关系保存在所述第二下传指令对照表中。
6.一种地面指令下传系统，其特征在于，所述系统包括：
编码模块，用于根据预先设置的第一下传指令对照表确定地面要下传的指令所对应的编码，并根据所述编码确定地下旋转导向工具中钻具的旋转速度；
控制模块，用于根据所述旋转速度控制所述钻具旋转；
检测模块，用于检测所述钻具根据所述旋转速度旋转时产生的向心加速度；
解码模块，用于根据预先设置的第二下传指令对照表确定所述向心加速度对应的编码，根据所述向心加速度对应的编码和所述第一下传指令对照表确定地面要下传的指令。
7.如权利要求6所述的地面指令下传系统，其特征在于，
所述编码为二进制码；所述第一下传指令对照表包括：所述地面要下传的指令与二进制码的对应关系，以及所述二进制码与所述钻具的旋转速度的对应关系；其中，所述第一下传指令对照表中的每条指令各不相同，不同的指令对应不同的二进制码，不同的二进制码对应不同的旋转速度；或者，
所述编码为预定的基础速度V的正整数倍，所述基础速度V的正整数倍为所述钻具的旋转速度，所述第一下传指令对照表包括：所述地面要下传的指令与基础速度V的不同的正整数倍的对应关系；其中，所述第一下传指令对照表中的每条指令各不相同，不同的指令对应基础速度V的不同的正整数倍。
8.如权利要求7所述的地面指令下传系统，其特征在于，当所述编码为二进制码时，所述二进制码与所述钻具的旋转速度的对应关系是指：
所述第一下传指令对照表中的每个二进制码对应一种旋转速度的设置，其中，所述旋转速度的设置中包括速度大小的设置和旋转方向的设置。
9.如权利要求8所述的地面指令下传系统，其特征在于，
当所述编码为二进制码时，所述第二下传指令对照表包括：所述第一下传指令对照表中的每个二进制码与所述钻具的所述向心加速度的对应关系；其中，所述第二下传指令对照表中的每个二进制码各不相同，不同的二进制码对应不同的向心加速度；
在预先设置所述第二下传指令对照表之前，对于所述第一下传指令对照表中的每个二进制码进行以下处理：先根据所述第一下传指令对照表确定所述二进制码对应的所述钻具的旋转速度，根据该旋转速度计算钻具的向心加速度，并将计算出的所述向心加速度与所述二进制码一一对应，将其对应关系保存在所述第二下传指令对照表中。
10.如权利要求8所述的地面指令下传系统，其特征在于，
当所述编码为所述预定的基础速度V的正整数倍时，所述第二下传指令对照表包括：所述第一下传指令对照表中的所述基础速度V的正整数倍与所述钻具的向心加速度的大小的对应关系；其中，所述第二下传指令对照表中的每个所述基础速度V的正整数倍各不相同，不同的所述基础速度V的正整数倍对应不同的向心加速度的大小；
在预先设置所述第二下传指令对照表之前，对于所述第一下传指令对照表中的每个所述基础速度V的正整数倍进行以下处理：根据每个所述基础速度V的正整数倍计算所述钻具的向心加速度的大小，并将计算出的所述向心加速度的大小与每个所述基础速度V的正整数倍一一对应，将其对应关系保存在所述第二下传指令对照表中。
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