一种旋转导向钻井稳斜模式控制方法与流程

本发明属于石油开采技术领域，具体涉及一种旋转导向钻井稳斜模式控制方法。

背景技术：

随着油田开发程度的提高和生产的需要，定向钻井技术应用越来越广泛。现有商业化应用的旋转导向钻井在稳斜段钻进过程中普遍采用井下闭环方式，即导向设备控制模块根据近钻头部分测量的井斜和方位信息，进行稳斜段控制，稳斜段一般需要笔直钻进，方位和井斜均不发生改变；或者由于技术限制采用井上大闭环控制方式，即采用MWD测量的井斜和方位信息，经过井上计算机分析，然后通过泥浆下传改变可控偏心器改变钻进方向。从技术先进性来说采用井下闭环控制方式，具有高控制精度、高响应速度的优势；但现有方位测量方法一般采用磁通门传感器进行测量，极易受到地层磁性物质干扰；当钻进到铁矿或者周围地磁干扰强烈的区域内时，井下闭环容易出现偏离目标方向的问题。

本方法基于《旋转导向钻井信号井下传送技术研究》中的旋转导向钻井信号井下传送装置，如图1所示，并依靠泥浆下传技术[公布号：CN103670381A]将控制策略下传到井下设备；井下设备根据控制策略进行钻进控制；此时井下设备对方位的控制，不采用井下闭环方式，而是采用地面大闭环方式；而井斜控制方式依然采用井下闭环方式进行控制。

技术实现要素：

本发明的目的，针对现有技术不足，提供一种解决强地磁干扰下，井下磁通门测量方位可能出现问题造成稳斜钻井出现转弯情况时依然依然保持钻进方向稳定向前，不会出现重大偏离的一种旋转导向钻井稳斜模式控制方法。

本发明的技术方案是：

一种旋转导向钻井稳斜模式控制方法，本控制方法包括稳斜井下控制方法和遇干扰地层的操作方法。

所述稳斜井下控制方法包括以下步骤：

步骤一，井下控制设备实时测量当前井斜角和高边工具面角；

步骤二，井下控制设备中预先装订有目标井斜角，平移力力度，造斜力力度；平移力力度左右各分为5级和0，其中向左5级为平移力向左100％，80％，60％，40％，20％；向右5级为向右100％，80％，60％，40％，20％；造斜力力度分为5级，包括造斜力大小为100％，80％，60％，40％，20％，井下控制设备自动给造斜力设置方向；

步骤三，井下控制设备实时比较当前井下角和目标井斜角，在当前井斜角>目标井斜角时，液压执行设备输出造斜力指向高边方向，此时认为造斜力为正；所需造斜力和装订的平移力矢量合即为井下液压设备需要输出力；

当前井斜角<目标井斜角，液压执行设备输出造斜力和高边反方向，此时认为造斜力为负；所需造斜力和装订的平移力矢量合即为井下液压设备需要输出力。

所述遇到干扰地层时的操作方法包括以下步骤：

步骤1.地面计算机接收到5MWD测量的井下方位会发生变化时，地面工程师可以通过地面计算机实时显示的方位情况，初步判断干扰强度，并根据5MWD上传的当前方位信息，根据经验得出当前估计方位；如果估计方位和目标方位出现重大偏差，地面计算机通过泥浆下传技术改变井下控制方式，将井下自动闭环，切换到方位控制受地面干预模式；

步骤2.当方位控制情况受地面控制时，如果估计方位大于目标方位，泥浆下传技术下传降方位指令，即平移力改为向左输出，力度视偏差情况而定，若方位相差10°以上，则用向左100％，若方位相差8°左右，则用向左80％， 每级依此类推，井下控制设备将控制平移力指向降方位方向；

当估计方位小于目标方位时，泥浆下传技术下传增方位指令，即平移力改为向右输出，力度视偏差情况而定，若方位相差10°以上，则用向左100％；若方位相差8°左右，则用向左80％，每级依此类推，井下控制设备将控制平移力指向增方位方向；

若估计方位和目标方位相等，则泥浆下传技术下传不调整方位指令，井下控制设备将平移力置为0。

本发明的有益效果是：

1.本发明解决了地刺干扰地区，井下闭环难以准确执行笔直钻进提出的问题；

2.解决了在强地磁干扰下，井下磁通门测量方位可能出现问题，造成稳斜钻井出现转弯的情况；

3.在强地磁干扰下，依然保持钻进方向稳定前进，不会出现重大偏离。

附图说明

图1是旋转导向钻井信号井下传送装置示意图；

图2是井下控制受力示意图；

其中，1.地面计算机；2.地面辅助设备，3.井壁，4.钻杆，5.MWD，6.井下控制设备；7.井下液压设备；8.钻头；9.高边工具面；10.高边工具角，11.设备零点；12.造斜力；13.控制合力；14平移力。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明提出的一种旋转导向钻井稳斜模式控制方法进行进一步的介绍：

一种旋转导向钻井稳斜模式控制方法，本控制方法包括稳斜井下控制方法和遇干扰地层的操作方法。

所述稳斜井下控制方法包括以下步骤：

步骤一，井下控制设备实时测量当前井斜角和高边工具面角；

步骤二，井下控制设备中预先装订有目标井斜角，平移力力度，造斜力力度；平移力力度左右各分为5级和0，其中向左5级为平移力向左100％，80％，60％，40％，20％；向右5级为向右100％，80％，60％，40％，20％；造斜力力度分为5级，包括造斜力大小为100％，80％，60％，40％，20％，井下控制设备自动给造斜力设置方向；

步骤三，井下控制设备实时比较当前井下角和目标井斜角，在当前井斜角>目标井斜角时，液压执行设备输出造斜力指向高边方向，此时认为造斜力为正；所需造斜力和装订的平移力矢量合即为井下液压设备需要输出力；

当前井斜角<目标井斜角，液压执行设备输出造斜力和高边反方向，此时认为造斜力为负；所需造斜力和装订的平移力矢量合即为井下液压设备需要输出力。

所述遇到干扰地层时的操作方法包括以下步骤：

步骤1.地面计算机接收到5MWD测量的井下方位会发生变化时，地面工程师可以通过地面计算机实时显示的方位情况，初步判断干扰强度，并根据5MWD上传的当前方位信息，根据经验得出当前估计方位；如果估计方位和目标方位出现重大偏差，地面计算机通过泥浆下传技术改变井下控制方式，将井下自动闭环，切换到方位控制受地面干预模式；

步骤2.当方位控制情况受地面控制时，如果估计方位大于目标方位，泥浆下传技术下传降方位指令，即平移力改为向左输出，力度视偏差情况而定，若方位相差10°以上，则用向左100％，若方位相差8°左右，则用向左80％，每级依此类推，井下控制设备将控制平移力指向降方位方向；

当估计方位小于目标方位时，泥浆下传技术下传增方位指令，即平移力改为向右输出，力度视偏差情况而定，若方位相差10°以上，则用向左100％；若方位相差8°左右，则用向左80％，每级依此类推，井下控制设备将控制 平移力指向增方位方向；

若估计方位和目标方位相等，则泥浆下传技术下传不调整方位指令，井下控制设备将平移力置为0。

如图1所示，本文所述的稳斜钻进方法主要涉及到地面计算机1、地面辅助系统2、井壁3、钻杆4、MWD5、井下控制设备6、井下液压设备7和钻头组成8。位于井壁3中的MWD5采集的井下方位、井斜等信息，通过地面辅助系统2发送给地面计算机1；地面计算机1将井斜、方位等信息显示出来。MWD5安装于钻杆4下方；MWD5下方安装有旋转导向设备的井下控制设备6和井下液压设备7；正常情况下，井下液压设备7在井下控制设备6的控制下进行工作，钻头8安装于井下液压设备7下方。

正常情况下，井下控制设备6处于井下闭环稳斜钻进工作模式下。井下闭环稳斜钻进模式下，地面计算机1通过泥浆下传技术[公布号：CN103670381A]将目标方位和目标井斜下传到井下控制设备6中；井下控制设备6通过图2所示方法，通过自身采集到的井斜和方位信息和目标井斜和方位信息比较；如果实测井斜大于目标井斜，那么井下控制设备6将控制造斜力12指向降斜方向；如果实测井斜小于目标井斜，那么井下控制设备6将控制造斜力12指向增斜方向。如果实测方位大于目标方位，那么井下控制设备6将控制平移力14指向降方位方向；如果实测方位小于目标方位，那么井下控制设备6将控制平移力14指向增方位方向。造斜力12和平移力14的合力为控制合力13。高边工具面9为设备在处于非垂直于水平面时，设备的垂切面的最高点；设备零点11为设备测量9高边工具面的基准点；高边工具面9和设备零点11之间的夹角为高边工具面角10。

当遇到地层磁性干扰强烈时，地面计算机1接收到MWD5测量的井下方位会发生变化。地面工程师可以通过地面计算机1实时显示的方位情况，初步判断干扰强度，并根据MWD5上传的当前方位信息，根据经验得出当前估 计方位；如果估计方位大于目标方位，地面计算机1通过泥浆下传技术[公布号：CN103670381A]改变井下控制方式，将井下自动闭环，切换到方位控制受地面干预模式。此时井下控制设备6采集井下井斜；通过自身采集到的井斜信息和目标井斜信息比较；如果实测井斜大于目标井斜，那么井下控制设备6将控制造斜力12指向降斜方向；如果实测井斜小于目标井斜，那么井下控制设备6将控制造斜力12指向增斜方向。而方位控制情况受地面控制，如果估计方位大于目标方位，泥浆下传技术下传降方位指令，井下控制设备6将控制平移力14指向降方位方向；如果估计方位小于目标方位，泥浆下传技术下传增方位指令，那么井下控制设备6将控制平移力14指向增方位方向；如果估计方位和目标方位相等，泥浆下传技术下传不调整方位指令，井下控制设备6将平移力14置为0。