CN106930697A - 一种三支撑掌推靠式旋转导向控制算法、装置和系统 - Google Patents

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李玉海
李润启
赵洪岩
赵民
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Abstract

本发明公开了一种三支撑掌推靠式旋转导向控制算法，包括：建立第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与合力矢量F的方程；以所述第一液压活塞支撑掌的位置、所述第二液压活塞支撑掌的位置、所述第三液压活塞支撑掌的位置为边，确定所述合力矢量F与所述边的夹角；降低所述方程的维度；求解所述方程。以及一种三支撑掌推靠式旋转导向控制装置和系统。能够替代弯螺杆进行导向施工，将滑动钻进改变为旋转钻进，并能够实施更精确的定向控制，从而解决导向控制时间长、精度差、储层钻遇率低、摩阻扭矩大和机械钻速低等问题。

Description

一种三支撑掌推靠式旋转导向控制算法、装置和系统
技术领域
本发明涉及石油钻井井下测试领域，具体地说是一种三支撑掌推靠式旋转导向控制算法、装置和系统。
背景技术
现有水平井的钻井方式采用弯螺杆进行导向施工，通过预定一个装置角，钻进过程中钻机转盘固定，螺杆输出动力的方式进行定向施工。导向控制时间长、精度差、储层钻遇率低；井眼净化程度低，容易引起卡钻事故；滑动导向导致机械钻速低；井眼轨迹不规则，固井质量难以保证。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种三支撑掌推靠式旋转导向控制算法、装置和系统，能够替代弯螺杆进行导向施工，将滑动钻进改变为旋转钻进，并能够实施更精确的定向控制，从而解决导向控制时间长、精度差、储层钻遇率低、摩阻扭矩大和机械钻速低等问题。
第一方面，本发明提供一种三支撑掌推靠式旋转导向控制算法，包括：
建立第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与合力矢量F的方程；
以所述第一液压活塞支撑掌的位置、所述第二液压活塞支撑掌的位置、所述第三液压活塞支撑掌的位置为边，确定所述合力矢量F与所述边的夹角；
降低所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与合力矢量F的方程的维度；
求解所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与合力矢量F的方程。
优选地，所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与所述合力矢量F的方程为：
其中，A1为所述合力矢量F的大小；α1为所述合力矢量F为所述井眼高边的夹角；θ0为所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1与所述井眼高边的夹角。
优选地，降低所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与合力矢量F的方程的维度方法为：
根据所述第一液压活塞支撑掌的位置、所述第二液压活塞支撑掌的位置、所述第三液压活塞支撑掌的位置划分区域；
根据所述区域、所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1或者所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2或者所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3以及所述合力矢量F位置信息判断所述合力矢量F位于有利区或者不利区；
确定所述有利区或者所述不利区的所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1或者所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2或者所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3矢量分力的大小；
优选地，所述合力矢量F与所述边的夹角大于0。
优选地，根据所述第一液压活塞支撑掌的位置、所述第二液压活塞支撑掌的位置、所述第三液压活塞支撑掌的位置划分区域的方法为：
以所述第一液压活塞支撑掌的位置、所述第二液压活塞支撑掌的位置和所述第三液压活塞支撑掌的位置为区域中心线，将井口平均划分区域。
优选地，根据所述区域、所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1或者所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2或者所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3以及所述合力矢量F位置信息判断所述合力矢量F位于有利区或者不利区的方法为：
若所述合力矢量F位置信息所在区域内，存在所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1或者所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2或者所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3，则判断所述合力矢量F位于有利区；
否则，则判断所述合力矢量F位于不利区。
优选地，确定所述有利区或者所述不利区的所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1或者所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2或者所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3矢量分力的大小的方法在于：
若所述合力矢量F位于有利区，则令处在所述有利区内的所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1或者所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2或者所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3矢量分力取最大值；
若所述合力矢量F位于不有利区，则令处在所述不有利区内的所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1或者所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2或者所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3矢量分力取最小值；
优选地，所述区域为6个；
以所述第一液压活塞支撑掌的位置为第一区域，所述第一区域的顺时针方向分别为第二区域、第三区域、第四区域、第五区域和第六区域。
第二方面，本发明提供一种三支撑掌推靠式旋转导向控制装置，包括：
如上所述的三支撑掌推靠式旋转导向控制算法；
所述三支撑掌推靠式旋转导向控制算法集成在井下CPU中；
所述井下CPU，控制所述第一液压活塞支撑掌、所述第二液压活塞支撑掌和所述第三液压活塞支撑掌的出液压力的大小。
第三方面，本发明提供一种三支撑掌推靠式旋转导向控制系统，其特征在于，包括：
如上所述的三支撑掌推靠式旋转导向控制装置；
以及，旋转心轴；
所述旋转心轴的外侧套接有旋转外套，所述旋转外套分别与所述第一液压活塞支撑掌、所述第二液压活塞支撑掌和所述第三液压活塞支撑掌的一端连接；所述第一液压活塞支撑掌、所述第二液压活塞支撑掌和所述第三液压活塞支撑掌的另一端等间距地支撑在井壁内侧；
所述三支撑掌推靠式旋转导向控制装置，分别与所述第一液压活塞支撑掌、所述第二液压活塞支撑掌和所述第三液压活塞支撑掌电性连接；
所述三支撑掌推靠式旋转导向控制装置，用于控制所述第一液压活塞支撑掌、所述第二液压活塞支撑掌和所述第三液压活塞支撑掌的出液压力的大小；
所述三支撑掌推靠式旋转导向控制装置进一步包括：第1三支撑掌推靠式旋转导向控制装置、第2三支撑掌推靠式旋转导向控制装置和第3三支撑掌推靠式旋转导向控制装置；
第1三支撑掌推靠式旋转导向控制装置，与所述第一液压活塞支撑掌连接，用于控制所述第一液压活塞支撑掌的出液压力的大小；
第2三支撑掌推靠式旋转导向控制装置，与所述第二液压活塞支撑掌连接，用于控制所述第二液压活塞支撑掌的出液压力的大小；
第3三支撑掌推靠式旋转导向控制装置，与所述第三液压活塞支撑掌连接，用于控制所述第三液压活塞支撑掌的出液压力的大小。
本发明至少具有如下有益效果：
本发明进行井眼轨迹的导向控制，通过三支撑掌推靠式旋转导向控制算法控制钻头的钻进方向，并调整第一液压活塞支撑掌、第二液压活塞支撑掌和第三液压活塞支撑掌对井壁推力的大小，使合力矢量的反方向指向井眼轨迹的控制方向，使井眼轨迹按照设计进行钻进施工。
附图说明
通过以下参考附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：
图1是合力矢量F与第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3的力矢量合成原理；
图2本发明实施例提供一种三支撑掌推靠式旋转导向控制算法的流程图；
图3是本发明实施例提供的第一种夹角计算模型图；
图4是本发明实施例提供的第二种夹角计算模型图；
图5是本发明实施例提供的根据第一液压活塞支撑掌的位置、第二液压活塞支撑掌的位置和第三液压活塞支撑掌的位置划分区域示意图；
图6是本发明实施例提供的第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3随合力矢量F偏置角变化趋势图；
图7是本发明另一实施例提供的一种三支撑掌推靠式旋转导向控制系统示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。
此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。
同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。
图1是合力矢量F与第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3的力矢量合成原理。如图1所示，是合力矢量F可沿着任一方向分解为矢量F1、矢量F2和矢量F3或者矢量F1'、矢量F2'和矢量F3'，矢量F12为矢量F1和矢量F2的合力，矢量F1'2为矢量F1'和矢量F2'的合力。
其中，α为合力矢量F为井眼高边的夹角；θ为矢量分力F1与井眼高边的夹角。
图2本发明实施例提供一种三支撑掌推靠式旋转导向控制算法的流程图。如图2示，一种三支撑掌推靠式旋转导向控制算法包括：步骤101，建立第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与合力矢量F的方程；步骤102，以所述第一液压活塞支撑掌的位置、所述第二液压活塞支撑掌的位置、所述第三液压活塞支撑掌的位置为边，确定所述合力矢量F与所述边的夹角；步骤103，降低所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与合力矢量F的方程的维度；步骤104，求解所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与合力矢量F的方程。
步骤101，建立第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与合力矢量F的方程。在图1中，根据力矢量合成原理，可以得到第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与合力矢量F的方程：
其中，A1为所述合力矢量F的大小；α1为所述合力矢量F为所述井眼高边的夹角；θ0为所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1与所述井眼高边的夹角。
步骤102，以所述第一液压活塞支撑掌的位置、所述第二液压活塞支撑掌的位置、所述第三液压活塞支撑掌的位置为边，确定所述合力矢量F与所述边的夹角。
对三分力第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3求解，在不考虑工程实际要求的情况下，由第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与合力矢量F的方程可知，方程具有无穷多种数学解：
图3是本发明实施例提供的第一种夹角计算模型图。图4是本发明实施例提供的第二种夹角计算模型图。在图3和图4中，第一液压活塞支撑掌a1相对于井眼高边的位置α1是不断变化的，因此在建立数学模型的分析过程中，若以井眼高边为基准线，井眼高边顺时针转到第一液压活塞支撑掌a1的角度为α1，井眼高边顺时针转到目标合力矢量F(偏置合力)方向的角度为αk，按照测定的α1和目标合力矢量F的角度αk建立方程时，需要考虑第一液压活塞支撑掌a1的角度α1和目标合力矢量F的角度αk各处于不同位置的情况，需要建立的方程非常多，求解较为复杂，因此数学模型建立中需要第一液压活塞支撑掌a1的角度α1为基准线，通过比较目标合力矢量F的角度αk和第一液压活塞支撑掌a1的角度α1相对位置角度α'k变化来优化控制算法。
在图3和图4中，a2为第二液压活塞支撑掌的位置，a3为第三液压活塞支撑掌的位置，第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3已在步骤101中说明。
在步骤102，以所述第一液压活塞支撑掌的位置、所述第二液压活塞支撑掌的位置、所述第三液压活塞支撑掌的位置为边，确定所述合力矢量F与所述边的夹角中，结合图3和图4进行说明，由于第一液压活塞支撑掌a1的角度α1和目标合力矢量F的角度αk都是以井眼高边为基准顺时针转过的角度，因此定义相对位置角度α'k为第一液压活塞支撑掌a1顺时针旋转至目标合力矢量F的角度。由图3可得：当角度αk≥角度α1，相对位置角度α'k＝αk-α1；由图4可得：当角度αk<角度α1，相对位置角度α'k＝αk-α1+360，保证α'k为大于0，以方便计算。
步骤103，降低所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与合力矢量F的方程的维度。通过上述力学和数学分析可知，通过改变3个分力(第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3)的大小，即可任意调整合力矢量F的幅值，并可控制合力矢量F的方向在平面内覆盖360°。
对于同一个合力矢量F，三分力第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3的取值组合不唯一。为了获得确定的三支臂分力(第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3)的控制方案，必须依据静态推靠式偏置机构控制过程，寻求一个最优的工程条件，本控制算法考虑每个液压支臂最不利工作区和同时考虑主控有利区和不利区两种工程优化条件，建立了三维导向控制算法。
图5是本发明实施例提供的根据第一液压活塞支撑掌的位置、第二液压活塞支撑掌的位置和第三液压活塞支撑掌的位置划分区域示意图。如图5所示，根据所述第一液压活塞支撑掌的位置a1、所述第二液压活塞支撑掌的位置a2、所述第三液压活塞支撑掌的位置a3划分区域的方法为：以所述第一液压活塞支撑掌的位置a1、所述第二液压活塞支撑掌的位置a2和所述第三液压活塞支撑掌的位置a3为区域中心线，将井口平均划分6个区域。
在图5中，以第一液压活塞支撑掌的位置a1为第一区域1，所述第一区域1的顺时针方向分别为第二区域2、第三区域3、第四区域4、第五区域5和第六区域6。具体说，以每个液压活塞支撑掌左右30°为一个控制区域，即60°区域划分，将整个控制平面分为6个区域，该区域划分充分考虑了合力矢量F(偏置合力)在控制平面内360°控制情况。
在图5中，根据第一区域1、第二区域2、第三区域3、第四区域4、第五区域5和第六区域6以及所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1或者所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2或者所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3以及所述合力矢量F位置信息判断所述合力矢量F位于有利区或者不利区。具体地说，若所述合力矢量F位置信息所在区域内，存在所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1或者所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2或者所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3，则判断所述合力矢量F位于有利区；否则，则判断所述合力矢量F位于不利区。
确定所述有利区或者所述不利区的所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1或者所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2或者所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3矢量分力的大小的过程如下：当合力矢量F处于第一区域1时，第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1对偏置合力起抑制作用，第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1取为最小值；当合力矢量F处于第二区域2时，第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3对合力矢量F起促进作用，第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3取为最大值；当合力矢量F处于第三区域3时，第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2对合力矢量F起抑制作用，第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2取为最小值；当合力矢量F处于第四区域4时，第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1对合力矢量F起促进作用，第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2取为最大值；当合力矢量F处于第五区域5时，第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3对合力矢量F起抑制作用，第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3取为最小值；当合力矢量F处于第六区域6时，第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2对合力矢量F起促进作用，第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2取为最大值。其中，起抑制作用为合力矢量F位于不利区，起促进作用为合力矢量F位于有利区。
步骤104，求解所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与合力矢量F的方程。将整个控制平面分为6个区域，随着合力矢量F的变化，合力矢量F则必有一个力处于有利区取最大值或处于不利区取最小值。
①当合力矢量F处于第一区域1时，即相对位置角度α'k≥330°或相对位置角度α'k≤30°，那么第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1就使得合力矢量F处于不利区，此时第一液压活塞支撑掌a1对应的第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1取最小值Fmin，按矢量分析法建立方程组：
解得：
②当合力矢量F处于第二区域2时，即30°≤α'k≤90°，那么第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3就使得合力矢量F处于不利区，此时第三液压活塞支撑掌a3对应的第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3取最小值Fmin，按矢量分析法建立方程组：
解得：
③当合力矢量F处于第三区域3时，即90°≤α'k≤150°，那么第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2就使得合力矢量F处于不利区，此时第二液压活塞支撑掌a2对应的第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2取最小值Fmin，按矢量分析法建立方程组：
解得：
④当合力矢量F处于第四区域4时，即150°≤α'k≤210°，那么第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1就使得合力矢量F处于不利区，此时第一液压活塞支撑掌a1对应的第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1取最小值Fmin，按矢量分析法建立方程组：
解得：
⑤当导向合力F处于区域时，即210°≤α'k≤270°，那么第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3就使得合力矢量F处于不利区，此时第三液压活塞支撑掌a3对应的第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3取最小值Fmin，按矢量分析法建立方程组：
解得：
⑥当导向合力F处于区域6时，即270°≤α'k≤330°，那么第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2就使得合力矢量F处于不利区，此时第二液压活塞支撑掌a2对应的第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2取最小值Fmin，按矢量分析法建立方程组：
解得：
其中，Ak×Amax或者Ak×Amin为第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与合力矢量F的方程中的合力矢量F的大小A1；Ak为权重值，权重值Ak的取值范围为0～1之间的任意数值；第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2和第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3合成力F1x、F1y、F2x、F2y、F3x、F3y可参考图1进行理解，在此不再描述。
图6是本发明实施例提供的第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3随合力矢量F偏置角变化趋势图。如图6所示，，随着合力矢量F的变化，第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2和第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3皆平稳变化，减小了钻具的震荡波动，降低了井下事故风险。
进一步地，如上所述三支撑掌推靠式旋转导向控制算法集成在井下CPU中；井下CPU构成一种三支撑掌推靠式旋转导向控制装置，一种三支撑掌推靠式旋转导向控制装置控制所述第一液压活塞支撑掌、所述第二液压活塞支撑掌和所述第三液压活塞支撑掌的出液压力的大小。
图7是本发明另一实施例提供的一种三支撑掌推靠式旋转导向控制系统示意图。如图7所示，三支撑掌推靠式旋转导向控制装置，包括：第1三支撑掌推靠式旋转导向控制装置A1、第2三支撑掌推靠式旋转导向控制装置A2和第3三支撑掌推靠式旋转导向控制装置A3；旋转心轴B外侧套接有旋转外套C；所述旋转外套C分别与所述第一液压活塞支撑掌D1、所述第二液压活塞支撑掌D2和所述第三液压活塞支撑掌D3的一端连接，所述第一液压活塞支撑掌D1、所述第二液压活塞支撑掌D2和所述第三液压活塞支撑掌D3的另一端等间距地支撑在井壁内侧。所述第一液压活塞支撑掌D1与第1三支撑掌推靠式旋转导向控制装置A1电性连接，所述第二液压活塞支撑掌D2与第2三支撑掌推靠式旋转导向控制装置A2电性连接，所述第三液压活塞支撑掌D3与第3三支撑掌推靠式旋转导向控制装置A3电性连接。三支撑掌推靠式旋转导向控制装置控制所述第一液压活塞支撑掌D1、所述第二液压活塞支撑掌D2和所述第三液压活塞支撑掌D3的出液压力的大小。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路单元，或者将它们中的多个单元或步骤制作成单个集成电路单元来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种三支撑掌推靠式旋转导向控制算法，其特征在于，包括：
建立第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与合力矢量F的方程；
以所述第一液压活塞支撑掌的位置、所述第二液压活塞支撑掌的位置、所述第三液压活塞支撑掌的位置为边，确定所述合力矢量F与所述边的夹角；
降低所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与合力矢量F的方程的维度；
求解所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与合力矢量F的方程。
2.根据权利要求1所述一种三支撑掌推靠式旋转导向控制算法，其特征在于，所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与所述合力矢量F的方程为：
其中，A1为所述合力矢量F的大小；α1为所述合力矢量F为所述井眼高边的夹角；θ0为所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1与所述井眼高边的夹角。
3.根据权利要求1或2所述一种三支撑掌推靠式旋转导向控制算法，其特征在于，降低所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1、所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2、所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3与合力矢量F的方程的维度方法为：
根据所述第一液压活塞支撑掌的位置、所述第二液压活塞支撑掌的位置、所述第三液压活塞支撑掌的位置划分区域；
根据所述区域、所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1或者所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2或者所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3以及所述合力矢量F位置信息判断所述合力矢量F位于有利区或者不利区；
确定所述有利区或者所述不利区的所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1或者所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2或者所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3矢量分力的大小。
4.根据权利要求1所述一种三支撑掌推靠式旋转导向控制算法，其特征在于：
所述合力矢量F与所述边的夹角大于0。
5.根据权利要求3所述一种三支撑掌推靠式旋转导向控制算法，其特征在于，根据所述第一液压活塞支撑掌的位置、所述第二液压活塞支撑掌的位置、所述第三液压活塞支撑掌的位置划分区域的方法为：
以所述第一液压活塞支撑掌的位置、所述第二液压活塞支撑掌的位置和所述第三液压活塞支撑掌的位置为区域中心线，将井口平均划分区域。
6.根据权利要求3所述一种三支撑掌推靠式旋转导向控制算法，其特征在于，根据所述区域、所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1或者所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2或者所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3以及所述合力矢量F位置信息判断所述合力矢量F位于有利区或者不利区的方法为：
若所述合力矢量F位置信息所在区域内，存在所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1或者所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2或者所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3，则判断所述合力矢量F位于有利区；
否则，则判断所述合力矢量F位于不利区。
7.根据权利要求3所述一种三支撑掌推靠式旋转导向控制算法，其特征在于，确定所述有利区或者所述不利区的所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1或者所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2或者所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3矢量分力的大小的方法在于：
若所述合力矢量F位于有利区，则令处在所述有利区内的所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1或者所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2或者所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3矢量分力取最大值；
若所述合力矢量F位于不有利区，则令处在所述不有利区内的所述第一液压活塞支撑掌的矢量分力F1或者所述第二液压活塞支撑掌的矢量分力F2或者所述第三液压活塞支撑掌的矢量分力F3矢量分力取最小值。
8.根据权利要求5所述一种三支撑掌推靠式旋转导向控制算法，其特征在于：
所述区域为6个；
以所述第一液压活塞支撑掌的位置为第一区域，所述第一区域的顺时针方向分别为第二区域、第三区域、第四区域、第五区域和第六区域。
9.一种三支撑掌推靠式旋转导向控制装置，其特征在于，包括：
如权利要求1～权利要求8任一项所述的三支撑掌推靠式旋转导向控制算法；
所述三支撑掌推靠式旋转导向控制算法集成在井下CPU中；
所述井下CPU，控制所述第一液压活塞支撑掌、所述第二液压活塞支撑掌和所述第三液压活塞支撑掌的出液压力的大小。
10.一种三支撑掌推靠式旋转导向控制系统，其特征在于，包括：
如权利要求9所述的三支撑掌推靠式旋转导向控制装置；
以及，旋转心轴(B)；
所述旋转心轴(B)的外侧套接有旋转外套(C)，所述旋转外套(C)分别与所述第一液压活塞支撑掌(D1)、所述第二液压活塞支撑掌(D2)和所述第三液压活塞支撑掌(D3)的一端连接；所述第一液压活塞支撑掌(D1)、所述第二液压活塞支撑掌(D2)和所述第三液压活塞支撑掌(D3)的另一端等间距地支撑在井壁内侧；
所述三支撑掌推靠式旋转导向控制装置，分别与所述第一液压活塞支撑掌(D1)、所述第二液压活塞支撑掌(D2)和所述第三液压活塞支撑掌(D3)电性连接；
所述三支撑掌推靠式旋转导向控制装置，用于控制所述第一液压活塞支撑掌(D1)、所述第二液压活塞支撑掌(D2)和所述第三液压活塞支撑掌(D3)的出液压力的大小；
所述三支撑掌推靠式旋转导向控制装置进一步包括：第1三支撑掌推靠式旋转导向控制装置(A1)、第2三支撑掌推靠式旋转导向控制装置(A2)和第3三支撑掌推靠式旋转导向控制装置(A3)；
第1三支撑掌推靠式旋转导向控制装置(A1)，与所述第一液压活塞支撑掌(D1)连接，用于控制所述第一液压活塞支撑掌(D1)的出液压力的大小；
第2三支撑掌推靠式旋转导向控制装置(A2)，与所述第二液压活塞支撑掌(D2)连接，用于控制所述第二液压活塞支撑掌(D2)的出液压力的大小；
第3三支撑掌推靠式旋转导向控制装置(A3)，与所述第三液压活塞支撑掌(D3)连接，用于控制所述第三液压活塞支撑掌(D3)的出液压力的大小。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109214120A (zh) * 2018-10-15 2019-01-15 扬州大学 一种球形泵活塞接触力的计算方法
CN112554793A (zh) * 2019-09-10 2021-03-26 中国石油天然气集团有限公司 一种实时调节液压装置推力的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4612987A (en) * 1985-08-20 1986-09-23 Cheek Alton E Directional drilling azimuth control system
CN101059061A (zh) * 2007-04-26 2007-10-24 倪红坚 滑动推靠式导向钻井工具
CN102112700A (zh) * 2007-11-27 2011-06-29 普拉德研究及开发股份有限公司 用于对井下旋转钻井系统进行液压导向的方法和设备
US20120029702A1 (en) * 2008-12-12 2012-02-02 Statoil Asa Wellbore machining device
CN104453713A (zh) * 2014-11-02 2015-03-25 中国石油集团钻井工程技术研究院 一种利用旋转导向工具控制井眼轨迹的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4612987A (en) * 1985-08-20 1986-09-23 Cheek Alton E Directional drilling azimuth control system
CN101059061A (zh) * 2007-04-26 2007-10-24 倪红坚 滑动推靠式导向钻井工具
CN102112700A (zh) * 2007-11-27 2011-06-29 普拉德研究及开发股份有限公司 用于对井下旋转钻井系统进行液压导向的方法和设备
US20120029702A1 (en) * 2008-12-12 2012-02-02 Statoil Asa Wellbore machining device
CN104453713A (zh) * 2014-11-02 2015-03-25 中国石油集团钻井工程技术研究院 一种利用旋转导向工具控制井眼轨迹的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李士斌等: "静态推靠式旋转导向控制方案分析及优化", 《石油钻采工艺》 *
杜建生等: "静态推靠式旋转导向系统三支撑掌偏置机构控制方案", 《石油钻采工艺》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109214120A (zh) * 2018-10-15 2019-01-15 扬州大学 一种球形泵活塞接触力的计算方法
CN109214120B (zh) * 2018-10-15 2023-04-28 扬州大学 一种球形泵活塞接触力的计算方法
CN112554793A (zh) * 2019-09-10 2021-03-26 中国石油天然气集团有限公司 一种实时调节液压装置推力的方法

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