CN110984858B - 一种用于钻径向水平井的井下钻具和钻井设备 - Google Patents
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Abstract
本说明书实施例提供一种用于钻径向水平井的井下钻具和钻井设备。所述钻井设备包括井下钻具和地面控制器；所述井下钻具包括测量装置、处理器和钻头；所述处理器接收数据，在所述数据不满足预设条件时，判断预设的指令集中是否包含数据对应的操作指令，如果是，则将数据对应的操作指令发送至钻头；否则将数据发送至地面控制器，所述地面控制器根据所述数据确定钻井设备的故障类型；根据故障类型确定对应的操作指令，将所述操作指令发送至钻头。本说明书实施例提供的方法将智能化应用于钻径向水平井工作中，可以在井下实现闭环，缩短了钻井周期，大大的增加了钻井的质量与精度、减少人工成本和材料成本和提高了钻进速度。
Description
技术领域
本说明书实施例涉及人工智能和石油与天然气开采领域，特别涉及一种用于钻径向水平井的井下钻具和钻井设备。
背景技术
随着人类对资源需求的增长，易开采油气藏的逐渐萎缩，人们对极端环境的油气藏的开发提出了更为迫切的需求，海洋钻井技术、沙漠钻井技术、极地钻井技术、高山钻井技术的掌握变的更为迫切，目前对这些技术的掌握并不成熟。国内石油对外依存度高达60％以上，美国页岩气革命的成功降低了美国油气钻采成本，引起全球内油价震荡性下跌，对国内原油开采影响较大，促使国内石油行业开始寻求更加经济高效的开采方式。我国非常规天然气(煤层气、页岩气)非常丰富，但目前还没有合适的开采方式，美国页岩气开采实践的成功证实了连续油管技术的可行性，给国内提供了一个切实可行的方向。
电动钻井技术起始于20石纪60年代，并先后于日本、法国、苏联、美国等国家应用于现场勘探井的钻探，苏联096号钻探电机最大井深7钻至7000m，我国电动钻井技术起步较晚，于1974年才研究发明出DZ-108性钻探电机样机，后不断改进逐步缩小与国外的差距。电动钻机对减速器的要求主要有电机绝缘问题、功率问题和机械密封问题，后来由于国内连续油管技术的限制，电动钻井技术没有在国内形成广泛应用。
人工智能正在给人们的生产方式和生活方式带来革命性变化，必然给世界油气行业带来革命性发展，因此需要将油气行业与人工智能相结合以缩短钻井周期、提高钻井的质量、减少事故的发生、降低钻井成本，同时促进新型高效工具的研发。
发明内容
本说明书实施例的目的是提供一种用于钻径向水平井的井下钻具和钻井设备，以缩短钻井周期、提高钻井的质量与精度、减少人工成本和材料成本。
为解决上述问题，本说明书实施例提供一种用于钻径向水平井的井下钻具和钻井设备是这样实现的。
一种用于钻径向水平井的井下钻具，所述井下钻具包括测量装置、处理器和钻头；所述测量装置，用于测量钻井数据，并将所述钻井数据发送至所述处理器；所述钻井数据包括工作参数和地层水文参数；
所述处理器，用于接收所述钻井数据，在所述钻井数据不满足预设条件，且在预设的指令集中包含所述钻井数据对应的井下操作指令的情况下，向钻头发送所述对应的井下操作指令；其中，所述井下操作指令用于对所述工作参数进行修正；所述井下操作指令包括井下第一操作子指令和井下第二操作子指令；所述钻头，用于接收井下操作指令，根据所述井下操作指令执行钻井操作。
一种用于钻径向水平井的钻井设备，所述设备包括如上所述的井下钻具和地面控制器；所述井下钻具还用于，在所述钻井数据不满足预设条件，且在预设的指令集中不包含所述钻井数据对应的井下操作指令的情况下，将所述钻井数据发送至地面控制器；接收所述地面控制器发来的地面操作指令，根据所述地面操作指令执行钻井操作；所述地面控制器，用于接收所述井下钻具发来的钻井数据；根据所述钻井数据确定钻井设备的故障类型；根据所述故障类型确定对应的地面操作指令，将所述地面操作指令发送至井下钻具；其中，所述地面操作指令用于对工作参数进行修正。
由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本说明书实施例将智能化应用于井下钻具和钻井设备中进行钻径向水平井工作，该井下钻具和钻井设备具有数据采集、数据分析、接发指令、指令执行等功能，可以在井下实现闭环，避免因不清楚地层情况而遇到的各种问题，缩短了钻井周期，大大的增加了钻井的质量与精度、减少人工成本、材料成本和提高了钻进速度。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本说明书实施例一种井下钻具的结构示意图；
图2为本说明书实施例一种钻井设备的示意图；
图3为本说明书实施例一种转向器的剖面图；
图4为本说明书实施例一种连续油管断面截图；
图5为本说明书实施例一种钻井设备钻井过程中，处理器控制闭环示意图。
具体实施方式
下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
本说明书实施例中，所述径向水平井全称为超短半径径向水平井，也称为超短半径水平井。所述径向水平井是指曲率半径远比常规短半径水平井更短的水平井。对于垂直井眼来讲，其井斜角为90°。利用径向水平井技术可以在垂直井眼内沿径向钻出辐射状分布的一口或多口水平分支井眼。
如图1所示，本说明书实施例提供了一种用于钻径向水平井的井下钻具，可以应用于径向水平井的井下钻进工作。所述井下钻具包括测量装置20、处理器22和钻头25。
其中，所述测量装置20，用于测量钻井数据，并将所述钻井数据发送至所述处理器22；所述钻井数据包括工作参数和地层水文参数。
在一些实施例中，所述工作参数包括钻压、温度、钻头震动参数、井眼轨迹中的至少一种。所述地层水文参数包括渗透系数、导水系数、水位传导系数、压力传导系数、给水度、释水系数、越流系数中的至少一种。
在一些实施例中，所述测量装置20可以包括随钻测量装置(MWD)、随钻测井装置(LWD)、随钻地震装置(SWD)、随钻压力测量装置(PWD)和地址导向随钻测量(FEWD)中的至少一种。其中，所述随钻测量装置(MWD)用于测量井斜角、工具面角数据，以便于进行轨迹描述；所述随钻测井装置(LWD)，用于测量自然伽马、方位中子密度、声波、补偿种子密度等参数，以便于对地层特性进行描述；所述随钻地震装置(SWD)用于检测地震的震动信息，获得层速度、钻头前方反射界面的深度等数据，以便于结合声波测井资料准确的描述井眼附近的地层性质；所述随钻压力测量装置(PWD)用于检测钻头压力，为施工钻进提供指导；所述地址导向随钻测量(FEWD)用于获取电阻率、补偿中子孔隙度、岩石密度等物理参数和井斜角、方位角、磁/高边工具面角等工程参数，以便于预测钻头与地层的位置关系，高精度控制水平段经验轨迹。当然，所述测量装置还可以包括其他任意可以测量工作参数和地层水文数据的装置，如温度传感器、震动传感器等，本说明书实施例对此不作限定。
所述处理器22，用于接收所述钻井数据，在所述钻井数据不满足预设条件且在预设的指令集中包含所述钻井数据对应的井下操作指令的情况下，向钻头25发送所述对应的井下操作指令；其中，所述井下操作指令用于对所述工作参数进行修正，所述井下操作指令包括井下第一操作子指令和井下第二操作子指令。具体的，所述处理器22在接收到所述钻井数据后，判断所述钻井数据是否满足预设条件，如果满足，则正常进行钻进工作；如果不满足，则判断预设的指令集中是否包含了所述钻井数据对应的井下操作指令，如果包含，则确定所述钻井数据对应的井下操作指令，向钻头25发送井下操作指令。
在一些实施例中，如果出现以下情况至少一种，则确定所述钻井数据不满足预设条件：所述工作参数不在第一预设参数区间内，例如工作参数钻压过高或过低、温度过高或者井眼轨迹偏离角度过大，其中任一工作参数不在正常工作的第一预设参数区间内；和/或，所述地层水文参数不在第二预设参数区间内，例如渗透系数、导水系数、水位传导系数等不在第二预设参数区间内。
在一些实施例中，可以预先将多种不满足预设条件的钻井数据对应的操作指令存储至预设的指令集中。通过所述操作指令，可以对所述工作参数进行修正，使得所述工作参数处于正常工作的井下预设参数区间内。例如，钻压过高，则发出降低电机转速的操作指令来降低钻压；井眼轨迹与预设轨道相差超过预设误差时，则发出调控伸缩块伸缩的操作指令来调节钻头的钻进方向。在本说明书实施例中，可以预先将多种不满足预设条件的钻井数据对应的操作指令存储至预设的指令集中，当钻井数据不满足预设条件时，可以根据预设的指令集中的操作指令来调节钻井工作。
在一些实施例中，所述处理器22、可以是中央处理单元(Central ProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(APPlication Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述钻头25，用于接收井下操作指令，根据所述井下操作指令执行钻井操作。
在一些实施例中，所述钻头25还可以包括动力装置，所述动力装置可以包括多个采用串联方式连接的电机24；所述动力装置接收井下第一操作子指令。其中，所述井下第一操作子指令可以是控制所述电机转速的操作指令。
在一些实施例中，所述钻头25还可以包括方向控制装置，所述方向控制装置包括可伸缩块23，通过控制所述可伸缩块23的伸缩程度来控制钻头方向；所述方向控制装置接收井下第二操作子指令。其中，所述井下第二操作子指令可以是控制所述可伸缩块23的伸缩程度的操作指令。
在一些实施例中，所述井下钻具10还可以包括柔性管19、连接管柱21、水眼26。其中，所述连接管柱21用于连接电机24、可伸缩块23和处理器22；所述柔性管19位于远离钻头25的一端，具有一定的韧性和刚度；所述水眼26可供液体通过，用于辅助破岩和清洗、冷却钻头25、给钻头25提供推力，拖动整个钻头25前进。
如图1所示的井下钻具中，仅给出了所述测量装置20位于靠近电机24的一端、所述处理器22位于远离电机24的一端这一种实施例。在另一个实施例中，所述处理器22可以设置在靠近电机24的一端，所述测量装置20可以设置在远离电机24的一端。在另一个实施例中，所述测量装置20和所述处理器22可以设置为并排的位置，还可以是其他任意方式排列的位置，本说明书对此不作限定。
本说明书实施例提供的井下钻具，具有数据采集、数据分析、接发指令、指令执行等功能，可以在井下实现闭环，避免因不清楚地层情况而遇到的各种问题，缩短了钻井周期，大大的增加了钻井的质量与精度、减少人工成本、材料成本和提高了钻进速度。
如图2所示，本说明书实施例提供了一种用于钻径向水平井的钻井设备。所述钻井设备可以包括如上所述的井下钻具10和地面控制器27。
所述井下钻具10还用于，在所述钻井数据不满足预设条件，且在预设的指令集中不包含所述钻井数据对应的井下操作指令的情况下，将所述钻井数据发送至地面控制器27；接收所述地面控制器发来的地面操作指令，根据所述地面操作指令执行钻井操作。具体的，所述处理器22在接收到所述钻井数据后，判断所述钻井数据是否满足预设条件，如果满足，则正常进行钻进工作；如果不满足，则判断预设的指令集中是否包含了所述钻井数据对应的井下操作指令，如果包含，则确定所述钻井数据对应的井下操作指令，向钻头25发送井下操作指令；如果不包含，则将所述钻井数据发送至地面控制器27，并接收所述地面控制器27发来的地面操作指令，根据所述地面操作指令执行钻井操作。
在一些实施例中，如果出现以下情况至少一种，则确定所述钻井数据不满足预设条件：所述工作参数不在第一预设参数区间内，例如工作参数钻压过高或过低、温度过高或者井眼轨迹偏离角度过大，其中任一工作参数不在正常工作的第一预设参数区间内；和/或，所述地层水文参数不在第二预设参数区间内，例如渗透系数、导水系数、水位传导系数等不在第二预设参数区间内。所述地面控制器27，用于接收所述井下钻具10发来的钻井数据；根据所述钻井数据确定钻井设备的故障类型；根据所述故障类型确定对应的地面操作指令，将所述地面操作指令发送至井下钻具；其中，所述地面操作指令用于对工作参数进行修正。具体的，所述地面控制器27可以根据钻井数据确定钻井设备的故障类型，并确定故障类型对应的操作指令来调整设备正常工作。例如，钻压过高，则发出降低电机转速的操作指令来降低钻压；井眼轨迹与预设轨道相差超过预设误差时，则发出调控伸缩块伸缩的操作指令来调节钻头的钻进方向。
在一些实施例中，所述地面操作指令可以包括地面第一操作子指令和地面第二操作子指令；所述地面控制器27将所述地面第一操作子指令发送至所述动力装置，将所述地面第二操作子指令发送至所述方向控制装置。其中，所述地面第一操作子指令可以是控制所述电机转速的操作指令；所述地面第二操作子指令可以是控制所述可伸缩块的伸缩程度的操作指令。
在一些实施例中，所述钻井设备还可以包括连续油管地面装置和转向器8。
所述连续油管地面装置可以包括注入头5、悬重检测装置和连续油管7。其中，所述连续油管7可拆卸地连接所述井下钻具，用于辅助井下钻具进行钻井工作。如图4所示，图4为本说明书实施例一种连续油管断面截图。所述连续油管7可以包括连续油管本体17和在所述连续油管本体17内部的通讯电缆18。所述连续油管本体17是一种具有一定强度和韧性的管材。所述通讯电缆18可以传输井下钻具10与连续油管地面装置和地面控制器27的交互数据，如操作指令、钻井数据、连续油管管柱的悬重示数等；所述通讯电缆18还用于传输电力，如将电力传输至井下钻具10、连续油管地面装置和地面控制器27。在一些实施例中，所述井下钻具10、连续油管地面装置和地面控制器27都可以采用电力供能的方式工作。
所述悬重检测装置用于检测所述连续油管管柱的悬重，并将所述连续油管管柱的悬重示数发送至所述井下钻具10。
所述注入头5是起下连续油管7的动力部件，可以提供起下连续油管7的动力，控制所述连续油管7上提和下入，以及控制连续油管7上提和下入的速度。所述注入头5还可以接收井下钻具发来的井下操作指令，根据所述井下操作指令控制所述连续油管上提和下入。在一些实施例中，所述悬重检测装置可以设置在注入头5上。
在一些实施例中，所述连续油管地面装置还可以包括连续油管车1、控制柜2、动力撬3、滚筒4、夹持装置6。所述控制柜2上装有各种仪表、开关及有关控制系统，操作人员在控制室里可以控制注入头、滚筒、泥浆泵、防喷器等的工作；所述动力撬3主要为连续油管地面装置和各部件提供动力源，其中，所述动力源可以是柴油机或水力泵；所述滚筒4用于缠绕连续油管7，所能缠绕连续油管7的长度和直径的大小主要取决于卷筒的外径、宽度、筒芯的直径、运输设备的要求等。
在一些实施例中，所述井下钻具10还可以用于，在所述连续油管管柱的悬重示数不处于预设区间，且在预设的指令集中包含所述连续油管管柱的悬重示数对应的井下操作指令的情况下，向所述注入头发送所述对应的井下操作指令；其中，所述井下操作指令用于对所述连续油管管柱的悬重示数进行修正。具体的，处理器22在接收到所述连续油管管柱的悬重示数后，判断所述连续油管管柱的悬重示数是否处于预设区间，如果是，则正常进行钻进工作；如果不是，则判断预设的指令集中是否包含了所述连续油管管柱的悬重示数对应的井下操作指令，如果包含，则确定所述连续油管管柱的悬重示数对应的井下操作指令，向注入头5发送井下操作指令；如果不包含，则将所述连续油管管柱的悬重示数发送至地面控制器27。
在一些实施例中，可以预先将多种不同数值且不处于预设区间内的连续油管管柱的悬重示数对应的操控指令存储至预设指令集中。通过所述操作指令，可以对所述连续油管管柱的悬重示数进行修正，使得所述连续油管管柱的悬重示数处于正常工作的预设区间内。
在一些实施例中，所述地面控制器27还可以用于，接收所述连续油管管柱的悬重示数，根据所述连续油管管柱的悬重示数确定钻井设备的故障类型；根据所述故障类型确定对应的地面操作指令，将所述地面操作指令发送所述注入头5；其中，所述地面操作指令用于对所述连续油管管柱的悬重示数进行修正。所述注入头可以接收地面控制器27发来的地面操作指令；根据所述地面操作指令控制所述连续油管上提和下入。具体的，所述地面控制器27可以根据连续油管管柱的悬重示数确定钻井设备的故障类型，并确定故障类型对应的操作指令来调整设备正常工作。例如，当钻井数据正常时，连续油管管柱的悬重示数降低，则可以判断故障类型为转向器8在地层卡住，可以确定对应的地面操作指令为上提连续油管地面装置中的连续油管7之后再次下入转向器8内的指令；在钻进过程中钻井数据基本保持不变，但连续油管管柱的悬重示数增加幅度较大时，可以判断故障类型为钻进阻力较大，可以确定对应的地面操作指令为划眼指令，即让钻头在旋转的同时将连续油管7起出一部分，然后再放下，能够起到扩眼和使孔眼更加圆滑的作用，增加钻进的长度。所述地面控制器27可以将对应的地面操作指令发送所述注入头5，注入头5根据所述地面操作指令控制所述连续油管上提和下入，以便于对所述连续油管管柱的悬重示数进行修正。
在一些实施例中，所述井下钻具10还可以用于，将所述钻进数据、连续油管管柱的悬重示数对应的地面操作指令关联存储至预设的指令集中。以此方式不断增加预设指令集中钻井数据、连续油管管柱的悬重示数对应的操作指令，可以更加快速地确定操作指令，提高钻井效率。
在一些实施例中，所述井下钻具10还可以根据钻井数据确定地层类型和钻井轨迹。例如根据测量装置测量的井斜角、工具面角数据、电阻率、补偿中子孔隙度、岩石密度等物理参数、方位角、磁/高边工具面角等工程参数、自然伽马、方位中子密度、声波、补偿种子密度、地震的震动信息等钻井数据确定地层类型和钻井轨迹。
在一些实施例中，所述井下钻具10还可以将所述地层类型和钻井轨迹以图像的形式传输至地面显示设备，以便于用户能更加直观地观察井下钻进情况。
所述转向器8可拆卸地连接所述连续油管7；所述转向器用于在地层下驱使所述井下钻具由竖直向水平方向转向。如图3所示，图3为本说明书实施例一种转向器的剖面图。所述转向器8可以包括转向器本体以及在所述转向器本体内部的导入槽11、伸缩块控制阀12、导轨13、伸缩块14、抓手15和转向轨道16。
其中，所述伸缩块控制阀12用于控制伸缩块14的伸缩程度来控制抓手15沿导轨13滑动；所述抓手15用于带动所述转向器本体进入地层9；所述导入槽11和所述转向轨道16用于使井下钻具通过，以便于在地层9下驱使井下钻具10沿转向轨道16进行转向。
具体的，在连续油管7连接好转向器8后，打开转向器8内的伸缩块控制阀12，使得伸缩块14由伸长状态变为压缩状态，伸长状态的伸缩块14使得转向器8的抓手15紧紧的卡在转向器8内，当伸缩块14变为压缩状态时，释放抓手15，抓手15开始与地层9接触，之后继续送进连续油管7，连续油管7带着转向器8继续往下送进，抓手15沿着转向器内导轨13的轨道相对转向器8本体滑动，由于抓手15的设计特点，在与转向器8本体相对滑动时张开程度越来越大，逐渐吃入地层9，最终使得转向器8固定于地层9内，此时转向器坐封工作完成，通过地面操作分离转向器8与连续油管7。转向器8与连续油管7分离后，连续油管7可以连接井下钻具10，并将井下钻具10送入井内转向器8的位置。在井下钻具10进入转向器8内时会遇到较大阻力，此时连续油管7继续送进通过推力使得井下钻具10进入地层9，井下钻具10通过导入槽11进入转向器本体，并沿转向轨道16运动进行转向。
由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本说明书实施例将智能化应用于钻井设备中进行钻径向水平井工作，该钻井设备具有数据采集、数据分析、接发指令、指令执行等功能，可以在井下实现闭环，能够将整个钻井过程可视化，避免因不清楚地层情况而遇到的各种问题，缩短了钻井周期，大大的增加了钻井的质量与精度、减少人工成本、材料成本和提高了钻进速度。
如图5所示，图5为本说明书实施例一种钻井设备钻井过程中，处理器控制闭环示意图。在钻井过程中，可以通过以下步骤实现井下闭环。
S510：钻井设备开始工作。
所述钻井设备开始工作是指，转向器8已经固定在地层9内，转向器8与连续油管7分离后，连续油管7连接井下钻具10并启动电机进行钻井工作。
S520：持续采集数据。
钻井工作开始后，处理器22可以接收测量装置发来的钻井数据和连续油管地面装置发来的连续油管管柱的悬重示数。其中，所述钻井数据包括工作参数和地层水文数据。
S530：处理器分析数据。
所述处理器22在接收到所述钻井数据和连续油管管柱的悬重示数后，判断所述钻井数据和连续油管管柱的悬重示数是否都满足预设条件，如果都满足，则正常进行钻进工作，继续执行S520；如果至少一个不满足，则判断钻井遇到问题，执行S540。
在一些实施例中，如果出现以下情况至少一种，则确定所述钻井数据不满足预设条件：所述工作参数不在第一预设参数区间内，例如工作参数钻压过高或过低、温度过高或者井眼轨迹偏离角度过大，其中任一工作参数不在正常工作的第一预设参数区间内；和/或，所述地层水文参数不在第二预设参数区间内，例如渗透系数、导水系数、水位传导系数等不在第二预设参数区间内。
在一些实施例中，如果连续油管管柱的悬重示数处于预设区间内，则可以判断所述连续油管管柱的悬重示数满足预设条件，否则判断所述连续油管管柱的悬重示数不满足预设条件。
在一些实施例中，可以预先将多种不满足预设条件的钻井数据，和将多种不同数值且不处于预设区间内的连续油管管柱的悬重示数对应的操控指令存储至预设指令集中。通过所述操作指令，可以对所述工作参数和连续油管管柱的悬重示数进行修正，使得所述工作参数和连续油管管柱的悬重示数处于正常工作的区间内。
S540：预设指令集中有无对应指令。
在一些实施例中，处理器22可以判断预设的指令集中是否包含了所述钻井数据或连续油管管柱的悬重示数对应的井下操作指令，如果包含，则确定井下操作指令并执行S570，否则执行S550。
S550：将数据发送至地面控制器。
在一些实施例中，所述处理器22可以将钻井数据和连续油管管柱的悬重示数发送至地面控制器27。
S560：地面控制器给出指令。
在一些实施例中，所述地面控制器27可以根据钻井数据和连续油管管柱的悬重示数确定钻井设备的故障类型，确定故障类型对应的地面操作指令并执行S570。具体的，当钻井数据正常时，连续油管管柱的悬重示数降低，则可以判断故障类型为转向器8在地层卡住，可以确定对应的地面操作指令为上提连续油管地面装置中的连续油管7之后再次下入转向器8内的指令；在钻进过程中钻井数据基本保持不变，但连续油管管柱的悬重示数增加幅度较大时，可以判断故障类型为钻进阻力较大，可以确定对应的地面操作指令为划眼指令，即让钻头在旋转的同时将连续油管7起出一部分，然后再放下，能够起到扩眼和使孔眼更加圆滑的作用，增加钻进的长度；当井眼轨迹与预设轨道相差超过预设误差时，可以判断故障类型为钻进方向出现偏差，确定对应的地面操作指令为调控井下钻具10中的伸缩块伸缩的操作指令来调节钻头的钻进方向。
S570：将指令传达至钻头或连续油管地面装置。
在一些实施例中，所述处理器22可以将井下操作指令，以及所述地面控制器27可以将地面操作指令传达至钻头25或连续油管地面装置并执行S580。
在一些实施例中，所述处理器22和所述地面控制器27可以根据操作指令的操作对象来选择将操作指令发送至钻头25或连续油管地面装置。例如操作指令为上提连续油管地面装置中的连续油管7之后再次下入转向器8内的指令，则可以确定操作指令的操作对象为连续油管地面装置，可以将所述操作指令发送至连续油管地面装置；如果操作指令为调控井下钻具10中的伸缩块伸缩的操作指令来调节钻头的钻进方向，则可以确定操作指令的操作对象为钻头25，可以将所述操作指令发送至钻头25。
S580：钻头或连续油管地面装置接收指令执行钻井操作。
所述钻头25或连续油管地面装置接收指令执行钻井操作，并继续执行S510，以此来实现井下闭环。
本说明书实施例将智能化应用于钻井设备中进行钻径向水平井工作，该钻井设备具有数据采集、数据分析、接发指令、指令执行等功能，可以在井下实现闭环，避免因不清楚地层情况而遇到的各种问题，缩短了钻井周期，大大的增加了钻井的质量与精度、减少人工成本、材料成本和提高了钻进速度。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例和设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本领域技术人员在阅读本说明书文件之后，可以无需创造性劳动想到将本说明书列举的部分或全部实施例进行任意组合，这些组合也在本说明书公开和保护的范围内。
在20世纪90年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced Boolean Expression Language)、AHDL(Altera Hardware DescriptionLanguage)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java Hardware Description Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(RubyHardware Description Language)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-SpeedIntegrated Circuit Hardware Description Language)与Verilog2。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本说明书可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本说明书的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本说明书各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
虽然通过实施例描绘了本说明书，本领域普通技术人员知道，本说明书有许多变形和变化而不脱离本说明书的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本说明书的精神。
Claims (13)
1.一种用于钻径向水平井的钻井设备，其特征在于，所述设备包括井下钻具和地面控制器；
所述井下钻具包括测量装置、处理器和钻头；所述测量装置，用于测量钻井数据，并将所述钻井数据发送至所述处理器；所述钻井数据包括工作参数和地层水文参数；所述处理器，用于接收所述钻井数据，在所述钻井数据不满足预设条件，且在预设的指令集中包含所述钻井数据对应的井下操作指令的情况下，向钻头发送所述对应的井下操作指令；其中，所述井下操作指令用于对所述工作参数进行修正；所述井下操作指令包括井下第一操作子指令和井下第二操作子指令；所述钻头，用于接收井下操作指令，根据所述井下操作指令执行钻井操作；
所述井下钻具还用于，在所述钻井数据不满足预设条件，且在预设的指令集中不包含所述钻井数据对应的井下操作指令的情况下，将所述钻井数据发送至地面控制器；接收所述地面控制器发来的地面操作指令，根据所述地面操作指令执行钻井操作；
所述地面控制器，用于接收所述井下钻具发来的钻井数据；根据所述钻井数据确定钻井设备的故障类型；根据所述故障类型确定对应的地面操作指令，将所述地面操作指令发送至井下钻具；其中，所述地面操作指令用于对工作参数进行修正。
2.根据权利要求1所述的钻井设备，其特征在于，如果出现以下情况至少一种，则确定所述钻井数据不满足预设条件：
所述工作参数不在第一预设参数区间内；和/或，
所述地层水文参数不在第二预设参数区间内。
3.根据权利要求1所述的钻井设备，其特征在于，所述钻头包括动力装置，所述动力装置包括多个采用串联方式连接的电机；所述动力装置接收井下第一操作子指令；其中，所述井下第一操作子指令为控制所述电机转速的操作指令。
4.根据权利要求1所述的钻井设备，其特征在于，所述钻头包括方向控制装置，所述方向控制装置包括可伸缩块，通过控制所述可伸缩块的伸缩程度来控制钻头方向；所述方向控制装置接收井下第二操作子指令；其中，所述井下第二操作子指令为控制所述可伸缩块的伸缩程度的操作指令。
5.根据权利要求1所述的钻井设备，其特征在于，所述工作参数包括钻压、温度、钻头震动参数、井眼轨迹中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的钻井设备，其特征在于，所述地层水文参数包括渗透系数、导水系数、水位传导系数、压力传导系数、给水度、释水系数、越流系数中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的钻井设备，其特征在于，所述地面操作指令包括地面第一操作子指令和地面第二操作子指令；所述地面控制器将所述地面第一操作子指令发送至动力装置，将所述地面第二操作子指令发送至方向控制装置；其中，所述地面第一操作子指令是控制电机转速的操作指令；所述地面第二操作子指令是控制可伸缩块的伸缩程度的操作指令。
8.根据权利要求1所述的钻井设备，其特征在于，所述钻井设备还包括连续油管地面装置；
所述连续油管地面装置包括注入头、悬重检测装置和连续油管；所述连续油管可拆卸地连接所述井下钻具，用于辅助井下钻具进行钻井工作；所述悬重检测装置用于检测所述连续油管管柱的悬重，并将所述连续油管管柱的悬重示数发送至所述井下钻具；所述注入头用于控制所述连续油管上提和下入；接收井下钻具发来的井下操作指令，根据所述井下操作指令控制所述连续油管上提和下入；
所述井下钻具还用于，在所述连续油管管柱的悬重示数不处于预设区间，且在预设的指令集中包含所述连续油管管柱的悬重示数对应的井下操作指令的情况下，向所述注入头发送所述对应的井下操作指令；其中，所述井下操作指令用于对所述连续油管管柱的悬重示数进行修正。
9.根据权利要求8所述的钻井设备，其特征在于，所述注入头还用于接收地面控制器发来的地面操作指令；根据所述地面操作指令控制所述连续油管上提和下入；
所述井下钻具还用于，在所述连续油管管的柱悬重示数不处于预设区间，且在预设的指令集中不包含所述连续油管管柱的悬重示数对应的井下操作指令的情况下，将所述连续油管管柱的悬重示数发送至地面控制器；
所述地面控制器还用于，接收所述连续油管管柱的悬重示数，根据所述连续油管管柱的悬重示数确定钻井设备的故障类型；根据所述故障类型确定对应的地面操作指令，将所述地面操作指令发送至所述注入头；其中，所述地面操作指令用于对所述连续油管管柱的悬重示数进行修正。
10.根据权利要求9所述的钻井设备，其特征在于，所述井下钻具还用于，将所述钻井数据、连续油管管柱的悬重示数和所述地面操作指令关联存储至预设的指令集中。
11.根据权利要求8所述的钻井设备，其特征在于，所述钻井设备还包括转向器，所述转向器可拆卸地连接所述连续油管；所述转向器用于在地层下驱使所述井下钻具由竖直向水平方向转向。
12.根据权利要求11所述的钻井设备，其特征在于，所述转向器包括转向器本体以及在所述转向器本体内部的导入槽、伸缩块控制阀、导轨、伸缩块、抓手、转向轨道；
所述伸缩块控制阀用于控制伸缩块的伸缩程度来控制抓手沿导轨滑动；所述抓手用于带动所述转向器本体进入地层；所述导入槽和所述转向轨道用于使井下钻具通过，以便于在地层下驱使井下钻具沿转向轨道进行转向。
13.根据权利要求1-12任一项所述的钻井设备，其特征在于，所述井下钻具还用于根据钻井数据确定地层类型和钻井轨迹；根据所述地层类型和钻井轨迹生成图像，将所述图像传输至地面显示设备。
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