CN111734386B - 多路高低压复合等离子钻井控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种多路高低压复合等离子钻井控制系统。多路高低压复合等离子钻井控制系统，包括：地面数据接收模块(101)、地面核心处理系统(102)、专家数据库(103)、电源控制系统(104)、旋转进给系统(105)、冷却循环系统(106)、井口监控模块(107)、井下监控模块(108)、黑匣子(109)，地面核心处理系统(102)包括核心处理软件平台(201)和显示交互平台(202)。该系统可以实时监控和显示等离子钻井的状态和信息，为技术人员提供交互窗口，同时具备专家数据库(103)，可以自动调整钻井过程，操作过程简单，钻井进程安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种多路高低压复合等离子钻井控制系统。
背景技术
等离子钻井技术是近些年来新兴的一种前沿钻井技术，该技术与传统的利用机械旋转钻井的方式不同，其利用的是等离子热能来冲击岩石，从而实现高效破岩。等离子钻井技术具有破岩效率高、成本低、对环境污染小等诸多优点，已经成为研究的热点。
目前等离子钻井技术主要包括高压脉冲等离子破岩技术和等离子体电弧烧蚀破岩技术两种。其中高压脉冲等离子破岩技术是利用高压脉冲电源，在钻头前部的多对正负电极之前产生脉冲放电，放电通道内的压力急速扩大，从而使岩石破裂崩碎。因该钻井技术的脉冲放电发生在钻井液中，击穿钻井液需要消耗大量能量，因此这种破岩方式效率低，工具电极损耗大，稳定性差。等离子体电弧烧蚀破岩技术，是利用高温的等离子体直接喷射到岩石上，使岩石熔化破碎。但这种方式同样存在钻头损耗大、钻探井眼小等缺点。
综合上述两种等离子破岩方式的优点而形成的多路高低压复合等离子破岩技术，有望解决上述诸多问题。该新一代等离子钻井技术，有别于传统的机械钻井技术，尚没有完整的控制系统，这极大地限制了该技术的进一步研究和应用，因此开发出一套多路高低压复合等离子钻井控制系统就显得尤为重要。
发明内容
为克服现有技术存在的不足，本发明提供一种多路高低压复合等离子钻井控制系统。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
多路高低压复合等离子钻井控制系统，包括：地面数据接收模块、地面核心处理系统、专家数据库、电源控制系统、旋转进给系统、冷却循环系统、井口监控模块、井下监控模块、黑匣子；其中地面核心处理系统包括核心处理软件平台和显示交互平台。
本发明的有益效果在于：可以实时监控和显示等离子钻井的状态和信息，为技术人员提供交互窗口，同时具备专家数据库，可以自动调整钻井过程，操作过程简单，钻井进程安全可靠。
附图说明
图1是多路高低压复合等离子钻井控制系统示意图；
图中：101为地面数据接收模块，102为地面核心处理系统，103为专家数据库，104为电源控制系统，105为旋转进给系统，106为冷却循环系统，107为井口监控模块，108为井下监控模块，109为黑匣子，201为核心处理软件平台，202为显示交互平台。
具体实施方式
如图1所示，多路高低压复合等离子钻井控制系统，包括：地面数据接收模块101，地面核心处理系统102，专家数据库103，电源控制系统104，旋转进给系统105，冷却循环系统106，井口监控模块107，井下监控模块108，黑匣子109，地面核心处理系统102包括核心处理软件平台201、显示交互平台202。井下监控模块108位于井下的等离子钻头中，井下监控模块108包含温度传感器、流量传感器和随钻位置传感器；井下监控模块108中的温度传感器用于实时测量等离子钻头中的温度；井下监控模块108中的流量传感器用于实时测量等离子钻头中的冷却水、工作气体的流量；井下监控模块108中的随钻位置传感器用于实时测量等离子钻头的位置；井口监控模块107位于井口，井口监控模块107包含电流传感器、电压传感器、光谱测量系统；井口监控模块107中的电流传感器和电压传感器分别用于测量等离子钻头工作过程中的电流和电压；井口监控模块107中的光谱测量系统用于实时测量钻井液中的元素含量占比；井下监控模块108和井口监控模块107均通过电缆与地面数据接收模块101相连；地面数据接收模块101将采集到的数据传递给地面核心处理系统102中的核心处理软件平台201。
核心处理软件平台201将井下监控模块108中温度传感器、流量传感器、随钻位置传感器采集的温度、流量、位置信号处理后，得到等离子钻头中的温度、冷却水流量、工作气体流量、钻头位置的信息，并将上述信息送至显示交互平台202；显示交互平台202在屏幕上实时显示等离子钻头中温度、冷却水流量、气体流量、钻头位置；同时核心处理软件平台201将等离子钻头中温度、冷却水流量、气体流量与专家数据库103中正常数据范围对比；如等离子钻头中温度、冷却水和工作气体流量符合正常范围，核心处理软件平台201不做任何处理；如等离子钻头中温度、冷却水和工作气体流量超出正常范围，则将报警信号发至显示交互平台202，显示交互平台202显示报警信息；同时，地面核心处理系统102向冷却循环系统106发出控制信号，冷却循环控制系统106增大或减小冷却水流量、工作气体流量。
核心处理软件平台201将井口监控模块107中电流传感器、电压传感器、光谱测量系统采集的电流、电压、元素占比信号处理后，得到等离子放电过程中的电流、电压和钻井液中元素占比的信息，并将上述信息送至显示交互平台202；显示交互平台202在屏幕上实时显示等离子放电过程中的电流、电压和钻井液中元素占比；同时核心处理软件平台201将钻井液中元素占比的信息与专家数据库103中数据对比，通过对比钻井液中元素占比反推钻头所钻地层类型和岩石种类，并将地层类型和岩石种类信息实时显示在显示交互平台202上；地面核心处理系统102根据所钻地层类型，向电源控制系统104、旋转进给系统105发出控制信号，实时调整电源输出功率和钻进速度；核心处理软件平台201将电流、电压信号与专家数据库103中正常数据范围对比，如电流、电压信号符合所钻地层推荐的放电参数范围，则不做处理；如电流、电压信号超出正常范围，则将报警信号发至显示交互平台202，显示交互平台202显示报警信息；同时，地面核心处理系统102向电源控制系统104发出控制信号，电源控制系统104调节电流、电压输出。
在等离子钻井过程中，技术人员可以通过显示交互平台202实时调整钻井参数。
在等离子钻井过程中，地面核心处理系统102实时将钻头温度、冷却水流量、气体流量、等离子电流、电压、所钻地层类型、钻进速度等信息被备份到黑匣子109中。
Claims (1)
1.一种多路高低压复合等离子钻井控制系统，其特征在于：包括：地面数据接收模块(101)、地面核心处理系统(102)、专家数据库(103)、电源控制系统(104)、旋转进给系统(105)、冷却循环系统(106)、井口监控模块(107)、井下监控模块(108)、黑匣子(109)，地面核心处理系统(102)包括核心处理软件平台(201)和显示交互平台(202)；井下监控模块(108)位于井下的等离子钻头中，井下监控模块(108)包含温度传感器、流量传感器和随钻位置传感器；井下监控模块(108)中的温度传感器用于实时测量等离子钻头中的温度；井下监控模块(108)中的流量传感器用于实时测量等离子钻头中的冷却水、工作气体的流量；井下监控模块(108)中的随钻位置传感器用于实时测量等离子钻头的位置；井口监控模块(107)位于井口，井口监控模块(107)包含电流传感器、电压传感器、光谱测量系统；井口监控模块(107)中的电流传感器和电压传感器分别用于测量等离子钻头工作过程中的电流和电压；井口监控模块(107)中的光谱测量系统用于实时测量钻井液中的元素含量占比；井下监控模块(108)和井口监控模块(107)均通过电缆与地面数据接收模块(101)相连；地面数据接收模块(101)将采集到的数据传递给地面核心处理系统(102)中的核心处理软件平台(201)；核心处理软件平台(201)将井下监控模块(108)中温度传感器、流量传感器、随钻位置传感器采集的温度、流量、位置信号处理后，得到等离子钻头中的温度、冷却水流量、工作气体流量、钻头位置的信息，并将上述信息送至显示交互平台(202)；显示交互平台(202)在屏幕上实时显示等离子钻头中温度、冷却水流量、气体流量、钻头位置；同时核心处理软件平台(201)将等离子钻头中温度、冷却水流量、气体流量与专家数据库(103)中正常数据范围对比；等离子钻头中温度、冷却水和工作气体流量符合正常范围，核心处理软件平台(201)不做任何处理；等离子钻头中温度、冷却水和工作气体流量超出正常范围，则将报警信号发至显示交互平台(202)，显示交互平台(202)显示报警信息；同时，地面核心处理系统(102)向冷却循环系统(106)发出控制信号，冷却循环系统(106)增大或减小冷却水流量、工作气体流量；核心处理软件平台(201)将井口监控模块(107)中电流传感器、电压传感器、光谱测量系统采集的电流、电压、元素占比信号处理后，得到等离子放电过程中的电流、电压和钻井液中元素占比的信息，并将上述信息送至显示交互平台(202)；显示交互平台(202)在屏幕上实时显示等离子放电过程中的电流、电压和钻井液中元素占比；同时核心处理软件平台(201)将钻井液中元素占比的信息与专家数据库(103)中数据对比，通过对比钻井液中元素占比反推钻头所钻地层类型和岩石种类，并将地层类型和岩石种类信息实时显示在显示交互平台(202)上；地面核心处理系统(102)根据所钻地层类型，向电源控制系统(104)、旋转进给系统(105)发出控制信号，实时调整电源输出功率和钻进速度；核心处理软件平台(201)将电流、电压信号与专家数据库(103)中正常数据范围对比，电流、电压信号符合所钻地层推荐的放电参数范围，则不做处理；电流、电压信号超出正常范围，则将报警信号发至显示交互平台(202)，显示交互平台(202)显示报警信息；同时，地面核心处理系统(102)向电源控制系统(104)发出控制信号，电源控制系统(104)调节电流、电压输出。
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