CN112377172B - 钻井信号下传系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钻井信号下传系统及方法，其中该系统包括：地面控制装置，与钻柱连接，用于根据下传信息确定与下传信息对应的动作序列；控制钻柱完成动作序列指示的动作；近钻头检测装置，分别与钻柱和钻头连接，用于检测钻柱动作时施加在钻头上的压力，得到压力信号；从压力信号中获取压力信息；根据预设的压力信息与下传信息的对应关系，确定压力信息对应的下传信息；控制钻头执行下传信息指示的操作。本发明可以简便的向井下实时传输信号，同时提高传输效率。

Description

钻井信号下传系统及方法
技术领域
本发明涉及油气勘探技术领域，尤其涉及一种钻井信号下传系统及方法。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
旋转导向和地质导向是当前两大主流钻井控制方式，其中旋转导向是在钻柱旋转状态下实现井眼轨迹的导向钻进，有利于降低钻柱摩阻和清除井眼岩屑，可提高井身质量、钻井效率和钻井安全性，是应用于大位移井、水平井等复杂结构井导向钻进作业的先进钻井装备。
当前地质导向、旋转导向等钻井系统除了全闭环自动控制外，均需要信息下传给井下控制工具，如将地质导向和旋转导向控制信息下传给井下控制工具。而目前井下信息传输技术主要方式仍为采用钻井液(泥浆)脉冲或电磁波等的传输方式，传输效率低，最高仅为几十比特每秒，并且向井下实时传输信号尤为困难。
发明内容
本发明实施例提供一种钻井信号下传系统，用以简便的向井下实时传输信号，同时提高传输效率，该系统包括：
地面控制装置，与钻柱连接，用于根据下传信息确定与下传信息对应的动作序列；控制钻柱完成动作序列指示的动作，所述下传信息是地面控制装置根据接收的钻井工况信息生成的；
所述地面控制装置，包括：
服务器，与钻井起升单元连接，用于根据下传信息确定与下传信息对应的动作序列；向钻井起升单元发送所述动作序列；
钻井起升单元，用于根据接收的所述动作序列控制钻柱完成动作序列指示的动作，其中，动作包括钻柱上提、钻柱下放和/或保持钻柱静止；
近钻头检测装置，分别与钻柱和钻头连接，用于检测钻柱动作时施加在钻头上的压力，得到压力信号；从压力信号中获取压力信息；根据预设的压力信息与下传信息的对应关系，确定压力信息对应的下传信息；控制钻头执行下传信息指示的操作；
所述近钻头检测装置，包括：
压力传感器，与检测识别电路连接，用于检测钻柱动作时施加在钻头上的压力，得到压力信号；向检测识别电路传输所述压力信号；
检测识别电路，与CPU连接，用于对所述压力信号进行预设处理；向CPU发送处理后的压力信号；
CPU，与指令发送接口连接，用于从接收的处理后的压力信号中获取压力信息；根据预设的压力信息与下传信息的对应关系，确定压力信息对应的下传信息；根据下传信息生成控制信息，通过指令发送接口向钻头发送控制信息，以控制钻头执行下传信息指示的操作。
本发明实施例还提供一种钻井信号下传方法，应用于钻井信号下传系统中的地面控制装置，用以简便的向井下实时传输信号，同时提高传输效率，该方法包括：
根据下传信息确定与下传信息对应的动作序列；
控制钻柱完成动作序列指示的动作；
其中，钻柱动作时向钻头施加压力，井下装置通过检测压力获取下传信息。
本发明实施例还提供一种钻井信号下传方法，应用于钻井信号下传系统中的近钻头检测装置，用以简便的向井下实时传输信号，同时提高传输效率，该方法包括：
检测钻柱动作时施加在钻头上的压力，得到压力信号；
从压力信号中获取压力信息；
根据预设的压力信息与下传信息的对应关系，确定压力信息对应的下传信息；
控制钻头执行下传信息指示的操作。
本发明实施例中，地面控制装置将下传信息转化为动作序列，控制钻柱按照动作序列进行动作；井下的近钻头检测装置检测钻柱动作时向钻头施加的压力，并根据压力确定下传信息。这样一来，通过简便的钻柱动作控制即可实现钻井信息的下传，同时由于压力检测、压力信息转换为下传信息的过程均可以在较短的时间内完成，实现了钻井信息的快速下传，有效提升了钻井效率。此外，本系统的实现不需要改变原有钻井地面控制装置的主体结构，将其控制方式改变，即可实现特定的钻井信息的下传，可用于深井信息下传、特殊钻井液如空气钻井等情况的信息传输，应用场景广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。在附图中：
图1为本发明实施例中一种钻井信息下传系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中另一种钻井信息下传系统的结构示意图；
图3为本发明实施例中一种推靠式造斜装置的剖面结构图；
图4为本发明实施例中应用于地面控制装置的钻井信息下传方法的一种流程图；
图5为本发明实施例中应用于近钻头检测装置的钻井信息下传方法的一种流程图；
图6为本发明实施例中应用于近钻头检测装置的钻井信息下传方法的另一种流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明实施例提供了一种钻井信号下传系统，适用于多种钻井液及特殊工况下的钻井信息传输。如图1所示，该系统包括地面控制装置和近钻头检测装置。
其中，地面控制装置，与钻柱连接，用于根据下传信息确定与下传信息对应的动作序列；控制钻柱完成动作序列指示的动作。
近钻头检测装置，分别与钻柱和钻头连接，用于检测钻柱动作时施加在钻头上的压力，得到压力信号；从压力信号中获取压力信息；根据预设的压力信息与下传信息的对应关系，确定压力信息对应的下传信息；控制钻头执行下传信息指示的操作。
本发明实施例中，可以采用一定规则的编码序列来指示动作序列，比如说，将钻柱上提、下放操作设定为“0”和“1”，并将其组合成编码序列赋予特定含义，此序列可利用地面控制装置对钻柱进行上提、下放操作来实现，由此产生井近钻头处的钻压变化，实现编码序列下传到井下近钻头附近。近钻头检测装置通过检测到压力变化，可以根据压力变化得到一组编码序列，根据预设的编码序列与下传信息的对应关系可以确定下传信息，如解析到的编码序列为1101，根据预设的编码序列与下传信息的对应关系，可以确定下传信息为造斜。其中，具体的编码序列可以包括序列头、编码序列和校验位。具体编码以较少位数表示。
在一种实现方式中，地面控制装置，包括：
服务器，与钻井起升单元连接，用于根据下传信息确定与下传信息对应的动作序列；向钻井起升单元发送动作序列；
钻井起升单元，用于根据接收的动作序列控制钻柱完成动作序列指示的动作，其中，动作包括钻柱上提、钻柱下放和/或保持钻柱静止。
需要说明的是，钻井起升单元可以采用现有技术中常规的钻井起升设备。
在一种实现方式中，近钻头检测装置，包括：
压力传感器，与检测识别电路连接，用于检测钻柱动作时施加在钻头上的压力，得到压力信号；向检测识别电路传输压力信号；
检测识别电路，与CPU连接，用于对压力信号进行预设处理；向CPU发送预设处理后的压力信号；其中，预设处理包括信号滤波、放大和/或整形处理等。
CPU，与指令发送接口连接，用于从接收的处理后的压力信号中获取压力信息；根据预设的压力信息与下传信息的对应关系，确定压力信息对应的下传信息；根据下传信息生成控制信息，通过指令发送接口向钻头发送控制信息，以控制钻头执行下传信息指示的操作。
在本发明实施例的另一种实现方式中，系统还包括信号上传装置。
近钻头检测装置，与信号上传装置连接，还用于检测钻头位置的钻井工况信息；向信号上传装置发送钻井工况信息；其中，钻井工况信息包括压力、温度、震动等信息；
信号上传装置，通过钻柱与地面控制装置连接，用于向地面控制装置传输钻井工况信息；
地面控制装置，还用于根据接收的钻井工况信息生成下传信息。
需要说明的是，信号上传装置向地面控制装置传输钻井工况信息时所采用的传输方式包括但不限于常规的泥浆脉冲传输、有缆钻具传输、电磁波传输等方式。
在一种实现方式中，信号上传装置，包括主控电路和传输单元。
其中，主控电路，分别与近钻头检测装置和传输单元连接，用于接收钻井工况信息。传输单元，与地面控制装置连接，用于向地面控制装置发送钻井工况信息。
在本发明实施例的另一种实现方式中，系统还包括：
近钻头造斜装置，分别与近钻头检测装置和钻头连接；当下传信息指示的操作中包括定向或造斜时，接收近钻头检测装置发送的下传信息；控制钻头执行下传信息指示的定向或造斜操作。
其中，近钻头造斜装置的种类包括推靠式旋转导向工具、指向式旋转导向工具、复合式旋转导向工具、地质导向造斜工具和钻头喷射造斜工具。
以近钻头造斜装置采用推靠式旋转导向装置为例，该钻井信息下传系统的结构如图2所示，从钻头处开始依次是：钻头、近钻头推靠式旋转导向装置、近钻头检测装置、信号上传装置、钻柱。近钻头推靠式旋转导向装置包含推力块、主控电路及电池舱体，其具体的剖面结构如图3所示。
本发明实施例中，地面控制装置将下传信息转化为动作序列，控制钻柱按照动作序列进行动作；井下的近钻头检测装置检测钻柱动作时向钻头施加的压力，并根据压力确定下传信息。这样一来，通过简便的钻柱动作控制即可实现钻井信息的下传，同时由于压力检测、压力信息转换为下传信息的过程均可以在较短的时间内完成，实现了钻井信息的快速下传，有效提升了钻井效率。此外，本系统的实现不需要改变原有钻井地面控制装置的主体结构，将其控制方式改变，即可实现特定的钻井信息的下传，可用于深井信息下传、特殊钻井液如空气钻井等情况的信息传输，应用场景广泛。
本发明实施例中还提供了一种钻井信号下传方法，如下面的实施例所述。该方法应用于钻井信号下传系统中的地面控制装置。
如图4所示，该方法包括如下步骤401至步骤402：
步骤401、根据下传信息确定与下传信息对应的动作序列。
步骤402、控制钻柱完成动作序列指示的动作；其中，钻柱动作时向钻头施加压力，井下装置通过检测压力获取下传信息。
本发明实施例中，地面控制装置将下传信息转化为动作序列，控制钻柱按照动作序列进行动作；井下的近钻头检测装置检测钻柱动作时向钻头施加的压力，并根据压力确定下传信息。这样一来，通过简便的钻柱动作控制即可实现钻井信息的下传，同时由于压力检测、压力信息转换为下传信息的过程均可以在较短的时间内完成，实现了钻井信息的快速下传，有效提升了钻井效率。此外，本系统的实现不需要改变原有钻井地面控制装置的主体结构，将其控制方式改变，即可实现特定的钻井信息的下传，可用于深井信息下传、特殊钻井液如空气钻井等情况的信息传输，应用场景广泛。
本发明实施例中还提供了一种钻井信号下传方法，如下面的实施例所述。该方法应用于钻井信号下传系统中的近钻头检测装置。
如图5所示，该方法包括如下步骤501至步骤504：
步骤501、检测钻柱动作时施加在钻头上的压力，得到压力信号。
步骤502、从压力信号中获取压力信息。
步骤503、根据预设的压力信息与下传信息的对应关系，确定压力信息对应的下传信息。
步骤504、控制钻头执行下传信息指示的操作。
在本发明实施例的另一种实现方式中，参见图6，钻井信号下传方法还可以实现为步骤601和步骤602：
步骤601、检测钻头位置的钻井工况信息。
步骤602、向信号上传装置发送钻井工况信息，以供信号上传装置向地面控制装置传输钻井工况信息，并由地面控制装置根据接收的钻井工况信息生成下传信息。
需要说明的是，本步骤中的下传信息可以作为步骤503中的下传信息。
本发明实施例中，地面控制装置将下传信息转化为动作序列，控制钻柱按照动作序列进行动作；井下的近钻头检测装置检测钻柱动作时向钻头施加的压力，并根据压力确定下传信息。这样一来，通过简便的钻柱动作控制即可实现钻井信息的下传，同时由于压力检测、压力信息转换为下传信息的过程均可以在较短的时间内完成，实现了钻井信息的快速下传，有效提升了钻井效率。此外，本系统的实现不需要改变原有钻井地面控制装置的主体结构，将其控制方式改变，即可实现特定的钻井信息的下传，可用于深井信息下传、特殊钻井液如空气钻井等情况的信息传输，应用场景广泛。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钻井信号下传系统，其特征在于，该系统包括：
地面控制装置，与钻柱连接，用于根据下传信息确定与下传信息对应的动作序列；控制钻柱完成动作序列指示的动作，所述下传信息是地面控制装置根据接收的钻井工况信息生成的；
所述地面控制装置，包括：
服务器，与钻井起升单元连接，用于根据下传信息确定与下传信息对应的动作序列；向钻井起升单元发送所述动作序列；
钻井起升单元，用于根据接收的所述动作序列控制钻柱完成动作序列指示的动作，其中，动作包括钻柱上提、钻柱下放和/或保持钻柱静止；
近钻头检测装置，分别与钻柱和钻头连接，用于检测钻柱动作时施加在钻头上的压力，得到压力信号；从压力信号中获取压力信息；根据预设的压力信息与下传信息的对应关系，确定压力信息对应的下传信息；控制钻头执行下传信息指示的操作；
所述近钻头检测装置，包括：
压力传感器，与检测识别电路连接，用于检测钻柱动作时施加在钻头上的压力，得到压力信号；向检测识别电路传输所述压力信号；
检测识别电路，与CPU连接，用于对所述压力信号进行预设处理；向CPU发送处理后的压力信号；
CPU，与指令发送接口连接，用于从接收的处理后的压力信号中获取压力信息；根据预设的压力信息与下传信息的对应关系，确定压力信息对应的下传信息；根据下传信息生成控制信息，通过指令发送接口向钻头发送控制信息，以控制钻头执行下传信息指示的操作。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括信号上传装置；
近钻头检测装置，与信号上传装置连接，还用于检测钻头位置的钻井工况信息；向信号上传装置发送所述钻井工况信息；
信号上传装置，通过钻柱与地面控制装置连接，用于向地面控制装置传输所述钻井工况信息。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信号上传装置，包括：
主控电路和传输单元；
主控电路，分别与近钻头检测装置和传输单元连接，用于接收所述钻井工况信息；
传输单元，与地面控制装置连接，用于向地面控制装置发送所述钻井工况信息。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
近钻头造斜装置，分别与近钻头检测装置和钻头连接；当下传信息指示的操作中包括定向或造斜时，接收近钻头检测装置发送的下传信息；控制钻头执行下传信息指示的定向或造斜操作。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述近钻头造斜装置的种类包括推靠式旋转导向工具、指向式旋转导向工具、复合式旋转导向工具、地质导向造斜工具和钻头喷射造斜工具。
6.一种钻井信号下传方法，其特征在于，应用于如权利要求1至5任一项所述的钻井信号下传系统中的地面控制装置，所述方法包括：
根据下传信息确定与下传信息对应的动作序列；
控制钻柱完成动作序列指示的动作；
其中，钻柱动作时向钻头施加压力，井下装置通过检测压力获取下传信息。
7.一种钻井信号下传方法，其特征在于，应用于如权利要求1至5任一项所述的钻井信号下传系统中的近钻头检测装置，所述方法包括：
检测钻柱动作时施加在钻头上的压力，得到压力信号；
从压力信号中获取压力信息；
根据预设的压力信息与下传信息的对应关系，确定压力信息对应的下传信息；
控制钻头执行下传信息指示的操作。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测钻头位置的钻井工况信息；
向信号上传装置发送所述钻井工况信息，以供信号上传装置向地面控制装置传输所述钻井工况信息，并由地面控制装置根据接收的所述钻井工况信息生成下传信息。
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