专利名称：一种自动连续控制钻井装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油、天然气钻井技术领域，特别涉及一种自动连续控制钻井 装置，是一种适用于快速定向钻井、垂直钻井、地质导向钻井的自动连续控制钻井装置。
背景技术：
传统转盘钻机或顶部驱动钻井装置(顶驱)是当前主要的钻井装备，带有弯角 度的导向螺杆钻具结合随钻测量系统(MWD)是定向钻井作业中的主导工具。在当前的 定向钻井中，顶部驱动钻井装置或钻机转盘与随钻测量系统和螺杆钻具之间都是相互独 立的，主要依靠导向螺杆钻具的预设工具角实现井眼造斜；靠调整顶部驱动钻井装置主 轴或转盘的角度控制方位。随钻测量系统实时监测井斜和方位，发现井眼轨迹偏离预定 轨迹时，通过旋转转盘或顶部驱动钻井装置主轴调整井下工具方位，也就是俗称“扭方 位”。扭方位时，需要先上提钻具一段距离暂停钻进，然后转动转盘或顶部驱动钻井装 置主轴调整方位，然后下放钻具继续钻进，同时通过随钻测量系统上传信号观察导向螺 杆钻具方位是否符合要求，如不符合要求还需要反复调整。这个过程中需要依靠定向钻 井工程师现场判断指导并多次暂停钻进，往往耗费较长时间，而且在反复的调整过程中 很有可能使钻进的轨迹偏离设计轨迹，降低井眼质量，也无法实现钻井作业的快速、连 续进行。另外，现有的顶部驱动钻井装置主轴或钻机转盘缺乏定角度旋转功能，调整钻 具方位时，需要先低速旋转，人工目视旋转至需要的角度，然后利用刹车制动，难以精 确调节，降低了 “扭方位”成功率。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种自动连续控制钻井装置，在进行定向钻井、垂 直钻井、地质导向钻井时连续钻进，保证钻井作业的连续、快速、准确完成。克服顶部 驱动钻井装置主轴或钻机转盘缺乏定角度旋转功能，调整钻具方位时，难以精确调节的 不足。本实用新型采用的技术方案是一种自动连续控制钻井装置，包括随钻测量仪 (MWD)地面部分、人机交互平台、顶部驱动钻井装置、钻杆柱、随钻测量仪井下部分、 导向螺杆钻具和钻头组成，其特征在于人机交互平台连接随钻测量仪地面部分，人机交互平台还连接顶部驱动钻井装 置；在顶部驱动钻井装置的主轴下端连接有钻杆柱，钻杆柱的下端连接随钻测量仪井下 部分，在随钻测量仪井下部分下端连接有导向螺杆钻具，在导向螺杆钻具的下端连接有 钻头。随钻测量仪地面部分通过人机交互平台、顶部驱动钻井装置和钻杆柱，与随钻测 量仪井下部分连接起来，形成一个闭环控制系统；随钻测井仪地面部分通过人机交互平 台、顶部驱动钻井装置和钻杆柱，与随钻测井仪井下部分连接起来，形成一个闭环控制系统。随钻测量仪地面部分可用随钻测井仪地面部分替代；随钻测量仪井下部分可用 随钻测井仪井下部分替代。人机交互平台是整套系统的核心，具有与随钻测量系统(MWD)或随钻测井系 统(LWD)和顶部驱动钻井装置进行信息交互的硬件接口与软件程序，硬件接口用于接收 随钻仪器发送的信息，软件程序负责将信息进行分析、处理、显示和存储，并根据随钻 测量系统测得的数据与设计轨迹的对比分析，自动控制顶部驱动钻井装置主轴的旋转速 度及旋转角度，随时调整导向螺杆钻具的工具面方位，实现不间断连续定向钻井。人机 交互平台、随钻测量系统(MWD)、随钻测井系统(LWD)和顶部驱动钻井装置采用现有 的仪器设备。随钻测量仪地面部分或随钻测井仪地面部分与人机交互平台之间；人机交互平 台与顶部驱动钻井装置之间能进行实时通信。顶部驱动钻井装置的主轴按设定的角度值旋转并锁定，导向螺杆钻具带有0 3°的弯角度，通过设定顶部驱动钻井装置主轴角度控制导向螺杆钻具弯角度的方向即控 制导向螺杆钻具工具面的方向。根据随钻测量仪地面部分或随钻测井仪地面部分测得的几何或地质参数数据， 通过人机交互平台与设计轨迹的比对分析，自动设定顶部驱动钻井装置主轴的旋转角 度，以调整导向螺杆钻具工具面方位。在定向钻井或扭方位时不需要暂停钻进和上提钻具，能实现定向钻井的连续控 制。在垂直钻井时不需要暂停钻进和上提钻具，能实现垂直钻井的连续控制。在地质导 向钻井时不需要暂停钻进和上提钻具，能实现地质导向钻井的连续控制。简述本实用新型自动连续控制钻井装置的使用方法。a.将随钻测量系统(MWD)或随钻测井系统(LWD)的信息输出接口与人机交互 平台中信息输入接口连接。b.将人机交互平台中信息输出接口连接顶部驱动钻井装置中控制单元的输入端。C.启动人机交互平台，运行连续控制钻井控制软件。本实用新型的有益效果本实用新型自动连续控制钻井装置，能根据随钻测量 (测井)系统测得的几何或地质参数与设计轨迹的比对分析，自动控制顶部驱动钻井装置 主轴的旋转速度及旋转角度，及时调整工具面方位，连续地控制定向井钻进，能够有效 提升井眼轨迹控制精度、缩短钻井时间、缩减钻井成本。
图1是本实用新型自动连续控制钻井装置结构示意图。图中1.随钻测量仪地面部分，2.人机交互平台，3.顶部驱动钻井装置，4.钻杆 柱，5.随钻测量仪井下部分，6.导向螺杆钻具，7.钻头。
具体实施方式
以一个自动连续控制钻井装置为例，对本实用新型作进一步详细说明。[0021]实施例1:参阅图1。自动连续控制钻井装置，包括随钻测量仪地面部分1、人 机交互平台2、顶部驱动钻井装置3、钻杆柱4、随钻测量仪井下部分、导向螺杆钻具6和 钻头7组成。人机交互平台2连接随钻测量仪地面部分，人机交互平台2还连接顶部驱 动钻井装置3;在顶部驱动钻井装置3的主轴下端连接有钻杆柱4，钻杆柱4的下端连接 随钻测量仪井下部分，在随钻测量仪井下部分下端连接有导向螺杆钻具6，在导向螺杆钻 具6的下端连接有钻头7。导向螺杆钻具6带有0 3°范围内13个不同的弯角度。定向钻进过程中，随钻测量系统测得的几何参数显示实际井眼轨迹偏离了设 计轨迹，人机交互平台2判断需要将导向螺杆钻具6的工具面顺转29°。人机交互平 台2将该指令传送到顶部驱动钻井装置3主轴控制单元，顶部驱动钻井装置3主轴则旋转 29°。钻杆柱4与井壁的摩阻以及钻杆柱4扭转变形等因素随钻测量系统刷新测得的井 眼轨迹仍偏离设计轨迹一定值，人机交互平台2判断需要将导向螺杆钻具6的工具面 顺转7°。人机交互平台2将该指令传送到顶部驱动钻井装置3主轴控制单元，顶部驱 动钻井装置3主轴则旋转7°。随着随钻测量系统测量数据的不断刷新，人机交互平台 2会不断控制顶部驱动钻井装置3主轴迅速自动把井眼调整到设计轨迹上来，从而实现了 定向钻井的连续控制。
权利要求1.一种自动连续控制钻井装置，包括随钻测量仪地面部分(1)、人机交互平台(2)、 顶部驱动钻井装置(3)、钻杆柱(4)、随钻测量仪井下部分(5)、导向螺杆钻具(6)和钻 头(7)组成，其特征在于人机交互平台(2)连接随钻测量仪地面部分(1)，人机交互平 台(2)还连接顶部驱动钻井装置(3)；在顶部驱动钻井装置(3)的主轴下端连接有钻杆柱 (4)，钻杆柱(4)的下端连接随钻测量仪井下部分(5)，在随钻测量仪井下部分(5)下端连 接有导向螺杆钻具(6)，在导向螺杆钻具(6)的下端连接有钻头(7)。
2.根据权利要求1所述的自动连续控制钻井装置，其特征是随钻测量仪地面部分 通过人机交互平台(2)、顶部驱动钻井装置(3)和钻杆柱(4)，与随钻测量仪井下部分连 接。
3.根据权利要求1所述的自动连续控制钻井装置，其特征是随钻测量仪地面部分 (1)用随钻测井仪地面部分替代；随钻测量仪井下部分(5)用随钻测井仪井下部分替代； 随钻测井仪地面部分通过人机交互平台(2)、顶部驱动钻井装置(3)和钻杆柱(4)与随钻 测井仪井下部分连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的自动连续控制钻井装置，其特征是导向螺杆钻具 (6)带有0 3°的弯角度。
专利摘要自动连续控制钻井装置，应用于石油、天然气钻井领域。人机交互平台连接随钻测量仪地面部分或随钻测井仪地面部分，人机交互平台还连接顶部驱动钻井装置；在顶部驱动钻井装置的主轴下端连接有钻杆柱，钻杆柱的下端连接随钻测量仪井下部分或随钻测井仪井下部分，在随钻测量仪井下部分或随钻测井仪井下部分下端连接有导向螺杆钻具，在导向螺杆钻具的下端连接有钻头。效果是能根据随钻测量(测井)系统测得的几何或地质参数与设计轨迹的比对分析，自动控制顶部驱动钻井装置主轴的旋转速度及旋转角度，及时调整工具面方位，连续地控制定向井钻进，能够有效提升井眼轨迹控制精度、缩短钻井时间、缩减钻井成本。
文档编号E21B44/00GK201802381SQ20102026517
公开日2011年4月20日 申请日期2010年7月14日 优先权日2010年7月14日
发明者刘广华, 刘新立, 周智勇, 孙成芹, 张春华, 王娜, 盛利民, 石倩, 窦修荣, 罗西超, 邹连阳, 郭建庄, 陶诗凯, 马瑞, 高建平, 黄衍福 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团钻井工程技术研究院, 北京石油机械厂