CN112112623A - 一种钻井液无线随钻仪的智能节能方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钻井液无线随钻仪的智能节能方法及装置，包括转速检测模块，所述转速检测模块安装在钻井液无线随钻仪内部，用于检测钻井液无线随钻仪钻杆转速，包括三轴磁方位传感、三轴加速度传感器、MCU，MCU通过485或CAN总线，与无线随钻仪中的主MCU建立通信；转速检测模块将检测的钻井液无线随钻仪钻杆转速传输至主MCU，主MCU判断钻井液无线随钻仪的工作模式，当检测到钻井液无线随钻仪在复合钻井模式时，保留为转速检测传感器、MCU及控制电路供电，关闭无线随钻仪其余部件的供电，当仪器退出复合钻井模式，重新为钻井液无线随钻仪全面供电，进入正常工作状态。
Description
技术领域
本发明属于控制技术领域，尤其涉及一种钻井液无线随钻仪的智能节能方法及装置。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
油田定向井(斜井或水平井)钻井，主要依赖钻井液无线随钻仪导向实现，这种仪器以电池供电为主。
目前，这种方式存在三个弊端：一是电池工作时间短(150-300小时)，更换电池需要起钻，时间长，费用大(2000米起钻一次，成本5-6万元)，效率低。
二是井下仪器无效供电时间长，寿命短。井下仪器的工作与否，受泥浆泵控制，一旦开始钻井(泥浆泵开启)，电池就给仪器供电，而钻井过程中，80％的时间不需要测量和传输，也就是80％的时间是无效供电。
由于井下温度、压力、振动等环境非常恶劣，井下仪器的加电寿命有限(通常5000小时以内)，所以无效供电不仅会浪费电能，而且会大大缩短仪器的寿命。
三是影响泥浆泵工作。钻井液无线随钻仪，是通过调制泥浆泵压力波来传输数据的，井下仪器中的脉冲器受数据编码动作控制泥浆流压力的变化，一定程度上影响泥浆泵的工作。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种钻井液无线随钻仪的智能节能方法,减少钻井液无线随钻仪在井下的无效工作时间，成倍增加仪器的有效工作时间，减少起钻次数。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
一方面，公开了一种钻井液无线随钻仪的智能节能装置，包括转速检测模块，所述转速检测模块安装在钻井液无线随钻仪内部，用于检测钻井液无线随钻仪钻杆转速，包括三轴磁方位传感、三轴加速度传感器、MCU，MCU通过485或CAN总线，与无线随钻仪中的主MCU建立通信；
所述转速检测模块将检测的钻井液无线随钻仪钻杆转速传输至主MCU，主MCU判断钻井液无线随钻仪的工作模式，当检测到钻井液无线随钻仪在复合钻井模式时，保留为转速检测传感器、MCU及控制电路供电，关闭无线随钻仪其余部件的供电，当仪器退出复合钻井模式，重新为钻井液无线随钻仪全面供电，进入正常工作状态。
另一方面，公开了一种钻井液无线随钻仪的智能节能方法，包括：
检测钻井液无线随钻仪钻杆转速，判断钻井液无线随钻仪的工作模式，当检测到钻井液无线随钻仪在复合钻井模式时，保留为转速检测传感器、MCU及控制电路供电，关闭无线随钻仪其余部件的供电，当仪器退出复合钻井模式，重新为钻井液无线随钻仪全面供电，进入正常工作状态。
进一步的技术方案，在检测钻井液无线随钻仪钻杆转速时，通过三轴磁方位传感器和三轴加速度传感器的数据，计算出磁工具面和重力工具面，再由工具面的变化计算出钻杆转速。
进一步的技术方案，设定转速V1以上为复合钻井，无线随钻仪主MCU随时接收转速检测模块送来的数据，同时用随钻仪本身的井斜测量功能，检测当前井斜，当井斜小于设定值时，以磁传感器测量计算的转速为准，当井斜大于设定值度时，以重力传感器测量计算的转速为准。
进一步的技术方案，当测得钻杆转速为设定值V1以上时，主MCU切断电阻率短节、伽玛短节、色谱短节、压力扭矩短节、驱动短节和脉冲器的供电电路，同时，转速检测模块和主MCU及控制电路连续工作，当测到钻杆转速小于V1时，MCU给仪器全面供电，恢复正常工作状态。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本公开技术方案转速检测模块将检测的钻井液无线随钻仪钻杆转速传输至主MCU，主MCU判断钻井液无线随钻仪的工作模式，当检测到钻井液无线随钻仪在复合钻井模式时，保留为转速检测传感器、MCU及控制电路供电，关闭无线随钻仪其余部件的供电，当仪器退出复合钻井模式，重新为钻井液无线随钻仪全面供电，进入正常工作状态，减少钻井液无线随钻仪在井下的无效工作时间，成倍增加仪器的有效工作时间，减少起钻次数；减少仪器在井下的无效加电时间，成倍延长使用寿命；减少脉冲器的动作次数，降低对泥浆泵的影响。从而提高钻井的综合效率，大幅度降低定向井钻井服务成本。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例系统结构图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
参见附图1所示，本实施例公开了一种钻井液无线随钻仪的智能节能装置，包括转速检测模块，所述转速检测模块安装在钻井液无线随钻仪内部，用于检测钻井液无线随钻仪钻杆转速，包括三轴磁方位传感、三轴加速度传感器、MCU，MCU通过485或CAN总线，与无线随钻仪中的主MCU建立通信；其中，转速传感器通过测量磁方位角和重力加速度，可以计算得到磁力、重力工具面，再根据磁力、重力工具面计算出转速，磁方位角和重力加速度的测量，可以直接在内部测量无需和外部发生关系。
所述转速检测模块将检测的钻井液无线随钻仪钻杆转速传输至主MCU，主MCU判断钻井液无线随钻仪的工作模式，当检测到钻井液无线随钻仪在复合钻井模式时，保留为转速检测传感器、MCU及控制电路供电，关闭无线随钻仪其余部件的供电，当仪器退出复合钻井模式，重新为钻井液无线随钻仪全面供电，进入正常工作状态。
定向井钻井分定向钻井和复合钻井两种模式。复合钻井是指快速钻井，这种方式占80％以上，此时无线随钻仪不用传输数据。本发明就是通过检测钻杆转速，判断钻机的工作模式，当检测到钻机在复合钻井模式时，就关闭无线随钻仪大部分仪器的供电，仅保留着转速检测传感器、MCU及控制电路工作，当仪器退出复合钻井模式，迅速给仪器全面供电，进入正常工作状态。
检测钻杆转速通过高速检测工具面实现，工具面的检测又分磁工具面和重力工具面两种，磁工具面检测钻杆角度小于5度时的转速准确，重力工具面检测钻杆大于5度时的转速准确。
其中，工具面指的是一个3位坐标系中，如果一个轴线与X轴重合的圆柱体，以轴线为基准进行旋转，旋转后与Y轴出现的夹角。这个角度通常称为“横滚角”。如果通过磁方位角计算得到的横滚角，就是磁工具面；如果是通过重力加速度计算的到的横滚角，就是重力工具面。
本公开实施例子在原钻井液无线随钻仪内增加一个转速检测模块，它主要由三轴磁方位传感、三轴加速度传感器、MCU组成，传感器通过AD接入MCU，并编制软件，通过三轴磁方位传感器和三轴加速度传感器的数据，计算出磁工具面和重力工具面，再由工具面的变化计算出钻杆转速。这个模块的MCU通过485或CAN总线，与无线随钻仪中的主MCU建立通信。工作过程如下：首先根据经验，设定某一转速以上为复合钻井，如V1，无线随钻仪主MCU随时接收转速检测模块送来的数据，同时用随钻仪本身的井斜测量功能，检测当前井斜，当井斜小于5度时，以磁传感器测量计算的转速为准，当井斜大于5度时，以重力传感器测量计算的转速为准，当测得钻杆转速为设定值V1以上时，主MCU就切断电阻率短节、伽玛短节、色谱短节、压力扭矩短节、驱动短节和脉冲器的供电电路，同时，转速检测模块和主MCU及控制电路连续工作，当测到钻杆转速小于V1时，MCU给仪器全面供电，恢复正常工作状态。
计算时，以磁工具面为例,首先读取三个轴的磁方位角。由于三个轴分别相差90度，因此读到的数反映了3D立体坐标系中三个不同的方位角。然后，使用Y轴的值除以Z轴的值，得到的数，再做反tan运算，就得到了工具面的值。其中，X轴数值不直接使用，仅用于补偿和修正。
计算出钻杆转速时，每个数个毫秒，模块计算出一个工具面值，与上一个工具面值进行比较，就得到了这几个毫秒内，仪器旋转的角度。将一段时间的仪器旋转角度进行累加，然后除以时间，就可以得到一段时间内的总旋转角度，可以换算为转速。
进行说明的是，钻井工作中，有两种工作模式，一是钻杆不旋转，仅钻头旋转进行打井，称之为“定向造斜”模式，另一种模式是钻杆和钻头都旋转，这种模式钻进速度较快，称之为“复合转进”模式。只有定向造斜模式，才需要随钻仪进行工作以测量钻进角度。
现有技术均是通过检测震动，确定是否工作。但复合钻进时，也会工作。而使用本专利中测试旋转的方法，可以使得复合钻进时，随钻仪不工作，从而进一步提高省电的能力。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种钻井液无线随钻仪的智能节能装置，其特征是，包括转速检测模块，所述转速检测模块安装在钻井液无线随钻仪内部，用于检测钻井液无线随钻仪钻杆转速；
所述转速检测模块将检测的钻井液无线随钻仪钻杆转速传输至主控制器，主控制器判断钻井液无线随钻仪的工作模式，当检测到钻井液无线随钻仪在复合钻井模式时，保留为检测相关设备供电，关闭无线随钻仪其余部件的供电，当仪器退出复合钻井模式，重新为钻井液无线随钻仪全面供电，进入正常工作状态。
2.如权利要求1所述的一种钻井液无线随钻仪的智能节能装置，其特征是，所述转速检测模块包括三轴磁方位传感、三轴加速度传感器、MCU，MCU通过485或CAN总线，与无线随钻仪中的主MCU建立通信。
3.如权利要求1所述的一种钻井液无线随钻仪的智能节能装置，其特征是，所述保留为检测相关设备供电，具体为保留为转速检测传感器、主控制器及控制电路供电。
4.一种钻井液无线随钻仪的智能节能方法，其特征是，包括：
检测钻井液无线随钻仪钻杆转速，判断钻井液无线随钻仪的工作模式，当检测到钻井液无线随钻仪在复合钻井模式时，保留为转速检测传感器、MCU及控制电路供电，关闭无线随钻仪其余部件的供电，当仪器退出复合钻井模式，重新为钻井液无线随钻仪全面供电，进入正常工作状态。
5.如权利要求4所述的一种钻井液无线随钻仪的智能节能方法，其特征是，在检测钻井液无线随钻仪钻杆转速时，通过三轴磁方位传感器和三轴加速度传感器的数据，计算出磁工具面和重力工具面，再由工具面的变化计算出钻杆转速。
6.如权利要求4所述的一种钻井液无线随钻仪的智能节能方法，其特征是，设定转速V1以上为复合钻井，无线随钻仪主MCU随时接收转速检测模块送来的数据，同时用随钻仪本身的井斜测量功能，检测当前井斜，当井斜小于设定值时，以磁传感器测量计算的转速为准，当井斜大于设定值度时，以重力传感器测量计算的转速为准。
7.如权利要求4所述的一种钻井液无线随钻仪的智能节能方法，其特征是，当测得钻杆转速为设定值V1以上时，主MCU切断电阻率短节、伽玛短节、色谱短节、压力扭矩短节、驱动短节和脉冲器的供电电路，同时，转速检测模块和主MCU及控制电路连续工作，当测到钻杆转速小于V1时，MCU给仪器全面供电，恢复正常工作状态。
8.如权利要求4所述的一种钻井液无线随钻仪的智能节能方法，其特征是，计算出钻杆转速时，计算出一个工具面值，与上一个工具面值进行比较，获得仪器旋转的角度；
将一段时间的仪器旋转角度进行累加，然后除以时间，得到一段时间内的总旋转角度，换算为转速。
9.如权利要求4所述的一种钻井液无线随钻仪的智能节能方法，其特征是，钻井液无线随钻仪的工作模式包括复合钻井模式及定向造斜模式。
10.如权利要求4所述的一种钻井液无线随钻仪的智能节能方法，其特征是，定向造斜模式时需要随钻仪进行工作以测量钻进角度。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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