一种自适应井下钻具工具面的动态控制系统及方法_2

文档序号:9413151阅读:来源:国知局
模块发送的执行模块控制规律中的设计工具面控制规律和初始顶驱/转盘控制规律,判断工具面当前位置是否超出控制策略中预先设定的钻具工具面阈值:
[0021]如果是,则所述控制规律生成模块生成新的执行模块控制规律,包括通过多体动力学仿真计算顶驱/转盘所需的转动角度、游车/大钩的位置和泥浆栗栗速,并将新的执行模块控制规律通过所述控制信息输出模块发送给所述执行模块,然后执行步骤9);
[0022]如果否,则保持当前的执行模块控制规律,并将其通过所述控制信息输出模块发送给所述执行模块,继续钻进并执行步骤10);
[0023]9)所述执行模块按照所述控制规律生成模块输出的执行模块控制规律驱动泥浆栗、游车/大钩、顶驱/转盘的动作,继续钻进以使井下钻具工具面回归到设计位置,以完成对井下钻具工具面的动态调整控制;
[0024]10)用户输入模块中的控制策略输入模块和钻井模型信息输入模块分别判断用户输入的控制策略和钻井模型信息是否有变化:
[0025]如果是,则返回步骤2);
[0026]如果否,则返回步骤4)。
[0027]在进行上述步骤6)时,所述自适应模型修正模块对钻井系统的多体动力学模型进行修正包括以下步骤:
[0028]①在第一个控制周期中,根据所述工具面估计模块反馈的工具面模拟值,所述自适应模型修正模块预测井下钻具在之后的某一时刻或一段时间的变化和响应;
[0029]②所述自适应模型修正模块将工具面模拟值与钻井系统工作状态测量信息中的井下钻具工具面进行对比,获得增益系数;
[0030]③根据增益系数对所述多体动力学建模模块传来的多体动力学模型进行修正,将修正后的多体动力学模型发送给所述工具面估计模块;
[0031]④在其后的某一控制周期中,重复步骤①?③,以使所述自适应模型修正模块实时跟踪井下钻具工具面情况,持续对所述多体动力学建模模块传来的多体动力学模型进行修正。
[0032]本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:1、本发明由于通过控制策略输入模块输入对井下钻具的控制策略,然后通过多体动力学建模模块对全井钻柱系统进行动力学仿真和预估,并通过自适应模型修正模块根据实时钻井系统的测量信息对模型实时修正多体动力学模型,以及驱动泥浆栗等钻具设备动作的执行模块控制规律,因此本发明能够可靠地监测井下定向钻具工具面偏离预设值的实时情况,更加准确地计算纠正偏差所需的控制规律,从而实现对井下动力钻具工具面的实时控制并且可靠性高。2、本发明由于设置了自适应模型修正模块,其采用自适应方法对多体动力学模型进行修正,不但可以降低对井下钻具模型的精确度要求,而且允许对钻具模型中的参数进行简单快速的测量或估算,还能够自主修正钻具磨损造成的影响,因此本发明能够节约测定钻具模型参数的时间,提升钻进作业效率。3、本发明由于设置的自适应模型修正模块采用自适应方法对多体动力学模型进行修正,可以降低对地层信息的准确度要求,能够适用于各种地层,尤其是地层情况并不十分明确的探井,因此本发明能够拓宽基于多体动力学方法的定向钻进控制方法的适用范围。基于以上优点,本发明可以广泛应用于对井下定向钻进时动力钻具工具面的实时、动态控制。
【附图说明】
[0033]以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解,附图的提供仅为了更好地理解本发明,它们不应该理解成对本发明的限制。
[0034]图1是本发明动态控制系统的结构示意图;
[0035]图2是本发明动态控制方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0037]如图1所示,本发明的动态控制系统包括数据采集模块101、用户输入模块102、多体动力学建模模块103、自适应模型修正模块104、工具面估计模块105、控制规律生成模块106、控制信息输出模块107、执行模块108、危险状态判断模块109、测量信息输出模块110和系统输出模块111。
[0038]其中,数据采集模块101将采集到的钻井系统工作状态测量信息分别传输至多体动力学建模模块103、自适应模型修正模块104、控制规律生成模块106、危险状态判断模块109和测量信息输出模块110。在本实施例中,数据采集模块101包括井上测量模块a和井下测量模块b (即滑动导向钻井系统的随钻测量系统MffD或随钻录井系统LWD)。其中,井上测量模块a测量的信息包括:泥浆栗栗速、游车/大钩位置、顶驱/转盘转动的角度、顶驱/转盘施加给钻杆的扭矩和拉力;井下测量模块b测量的信息包括:井下钻具工具面、井斜、方位角和井眼测深。
[0039]用户输入模块102将用户输入的控制策略和钻井模型信息分别传输至多体动力学建模模块103、工具面估计模块105、控制规律生成模块106和危险状态判断模块109。在本实施例中,用户输入模块102包括控制策略输入模块c和钻井模型信息输入模块d。其中,控制策略输入模块C接收用户输入的控制策略,该控制策略包括:1)执行模块控制规律:设计工具面控制规律、泥浆栗栗速控制规律、游车/大钩控制规律、初始顶驱/转盘控制规律和多体动力学模型精度控制规律;2)控制逻辑判断准则:井下钻具是否处于危险状态的判断准则、是否将多体动力学仿真得到的工具面模拟值视为工具面当前位置的判断准则和当前实际工具面是否偏离设定位置的判断准则;3)紧急控制策略:针对危险状态应采取的控制措施;4)预先设定的钻具工具面阈值。钻井模型信息输入模块d接收钻具信息、泥浆信息和地层信息等用户输入的钻井模型信息,其中钻具信息包括新接入的单根或立根钻柱信息和更换钻头信息,泥浆信息包括但不限于更换钻井液的信息。多体动力学建模模块103根据接收到的钻井系统工作状态测量信息、钻井模型信息和控制策略对钻井系统进行多体动力学建模,并将钻井系统的多体动力学模型输入自适应模型修正模块104。在本实施例中,对钻井系统进行多体动力学建模可以直接采用本申请人专利号为:ZL201010616202.0,名称为“一种旋转导向钻进系统多体动力学快速分析建模方法”中描述的建模方法,在此不做限制。
[0040]自适应模型修正模块104根据接收的钻井系统工作状态测量信息、钻井系统的多体动力学模型以及工具面估计模块105反馈的工具面模拟值对钻井系统的多体动力学模型进行修正,并将修正后的钻井系统的多体动力学模型发送给工具面估计模块105。
[0041]工具面估计模块105对接收到的修正后的钻井系统的多体动力学模型进行多体动力学仿真,以得到工具面模拟值;工具面估计模块105将工具面模拟值反馈给自适应模型修正模块104,并将工具面模拟值传输至控制规律生成模块106。在本实施例中,多体动力学仿真为现有技术,故不再赘述。
[0042]控制规律生成模块106根据接收到的控制策略判断接收到的工具面模拟值是否超出控制策略中预先设定的钻具工具面阈值:如果是,则控制规律生成模块106生成新的执行模块控制规律,并将其发送给控制信息输出模块107 ;如果否,则保持上一控制周期的执行模块控制规律不变,将其发送给控制信息输出模块107。
[0043]控制信息输出模块107将接收到的执行模块控制规律发送给执行模块108和系统输出模块111。
[0044]危险状态判断模块109根据接收到的控制策略和钻井系统工作状态测量信息,判断当前钻进是否处于危险状态:如果当前钻进处于危险状态,则将接收到的控制策略中的紧急控制策略发送给控制规律生成模块106,并向测量信息输出模块110发送危险警报;如果当前钻进处于安全状态,则将控制策略中的执行模块控
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