本发明涉及到石油钻井技术领域，尤其涉及一种用于旋转导向系统地面遥控关闭井下单元的方法。
背景技术：
旋转导向系统中的下传装置是实现地面控制井下的关键部件，其实现原理是，通过分流一定比例的立管中的钻井液，改变进入井内的泥浆排量，进而将地面指令下发至井底旋转导向工具。由于旋转导向工具依靠涡轮发电机供能，进入井底的泥浆排量不能太少，否则会影响井下供能。因此，下传装置的分流量需要精确控制，现阶段主要依靠经验来调节，存在调节时间长、精度不高的问题，影响指令下发时效。
公开号为cn203603892u，公开日为2014年05月21日的中国专利文献公开了一种旋转导向系统的半自动化地面控制装置及信号解析系统，包括地面控制装置及信号解析系统，其特征在于：所述地面控制装置包括立管，在立管上引出有分流管线，在分流管线上顺次安装有截止阀、开关阀、流量调节阀和流量计，截止阀用于分流管线的启闭，开关阀与气动控制机构连接，所述气动控制机构上连接有plc控制器，plc控制器上连接有计算机，plc控制器用于控制所述气动控制机构的动作，所述流量调节阀用于调节通过的流量大小，所述信号解析系统用于接收和解析所述开关阀的开闭所形成的负脉冲信号。
该专利文献公开的旋转导向系统的半自动化地面控制装置及信号解析系统，虽然能实现连续不间断地控制流量，并适用于防火防爆的恶劣环境中，不会产生卡阻现象。但是，当出现异常情况时，需要起钻检查，无法实现旋转导向系统的自保护和继续运行，影响钻井作业时效。
技术实现要素：
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于旋转导向系统地面遥控关闭井下单元的方法，本发明当任意功能块出现异常时，能够根据功能块与分流量的预设对应关系，调节下传装置的分流量，井下通过检测到的流量变化，自动对应到需截断的那一功能块，能够使整个旋转导向系统实现自保护和继续运行，降低旋转导向系统异常时起钻检查的频次，提高钻井作业时效，降低成本。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于旋转导向系统地面遥控关闭井下单元的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、设下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为q，下传装置启动前立管压力为p，通过式1计算钻头水眼前后的压力差p1；
p1＝q2ρ/2μ2s2式1
其中，q为泥浆泵总排量，m2/s；μ为流量系数，μ＝0.63；s为钻头水眼等效面积，m2；p1为钻头水眼前后的压力差，单位pa；ρ为流体的密度，kg/m3；
b、通过式2计算延程损耗△p；
△p＝p-p1式2
c、通过式3计算启动下传装置后立管处压力p2；
p2＝δp+ρ(1-k)2q2/2μ2s2式3
d、根据压力平衡关系，下传装置节流阀压降也为p2，通过式4计算下传装置的节流阀打开面积s1；
s1＝kq/μ√2p2/ρ式4
e、根据节流阀开度与节流阀打开面积s1的关系，将节流阀调整至计算开度，使得分流量自动达到设定分流比例；将旋转导向井下系统的各功能块均设置一截断电路，将各功能块进行编号，并与下传装置的分流量形成预设对应关系，固化在旋转导向井下工具控制软件中；若任意功能块出现异常，则根据功能块与分流量的预设对应关系，调节下传装置的分流量，井下通过检测到的流量变化，自动对应到需截断的那一个功能块，关闭井下单元。
所述步骤e中，将节流阀调整至计算开度，具体是指在室内进行标定，形成开度与阀门面积的关系曲线，基于阀门开度与面积的关系曲线，结合前序计算的设定分流量需要打开的节流阀面积，则对应得出阀门的需求开度。
所述步骤e中，分流量自动达到设定分流比例，具体是指下传装置接收到设定分流比例后，根据计算式计算得到下传装置节流阀需要打开的面积，再依据使用的节流阀开度与节流阀打开面积s1的关系，得到节流阀的需求开度，再根据节流阀需求开度与模拟量电信号的对应关系，输出电流信号，通过下传装置节流阀的自动调节，达到设定分流比例。
所述步骤e中，功能块与分流量形成预设对应关系，具体是指预设9个功能块，9个功能块上均装有一个可控二极管，采用10％、15％和20％三种分流量持续不同时间来对应表示9个功能块；10％分流量持续2s表示关闭1#功能块，10％分流量持续4s表示关闭2#功能块，10％分流量持续6s表示关闭3#功能块，15％分流量持续2s表示关闭4#功能块，15％分流量持续4s表示关闭5#功能块，15％分流量持续6s表示关闭6#功能块，20％分流量持续2s表示关闭7#功能块，20％分流量持续4s表示关闭8#功能块，20％分流量持续6s表示关闭9#功能块。
所述步骤e中，关闭井下单元，具体是指旋转导向井下系统包括井下泥浆涡轮发电机，当流经井下泥浆涡轮发电机的泥浆流量改变时，则引起电压频率变化，通过旋转导向控制模块检测电压频率变化，得出泥浆流量的变化，通过在井下检测分流量大小，结合固有编码方式，完成下传指令的识别，接收到关闭指令后，将对应的功能块的可控二极管置为截断状态。
本发明的基本原理如下：
旋转导向系统中的下传装置是实现地面控制井下旋转导向工具的部件，通过分流一定比例的立管中的钻井液，改变进入井内的泥浆排量，进而将地面指令下发至井下旋转导向工具。节流阀前端与立管是同一压力系统，两者的压力相同，基于压力平衡和流量及压力关系，可假定下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为q，下传装置启动前立管压力为p，则可通过计算钻头水眼前后的压力差p1、延程损耗△p、启动下传装置后立管处压力p2和下传装置节流阀打开面积s1，得到下传装置精确分流算法；
再根据节流阀开度与节流阀打开面积s1的关系，将节流阀调整至计算开度，使得分流量自动达到设定分流比例；将旋转导向井下系统的各功能块均设置一截断电路，将各功能块进行编号，并与下传装置的分流量形成预设对应关系，固化在旋转导向井下工具控制软件中；若任意功能块出现异常，则根据功能块与分流量的预设对应关系，调节下传装置的分流量，井下通过检测到的流量变化，自动对应到需截断的那一个功能块，通过下传装置下发关闭该功能块的指令，实现旋转导向系统地面遥控关闭井下单元的目的，以保证系统正常运行。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
1、本发明，由于节流阀前端与立管是同一压力系统，两者的压力相同，基于压力平衡和流量及压力关系，可假定下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为q，下传装置启动前立管压力为p，则可通过计算钻头水眼前后的压力差p1、延程损耗△p、启动下传装置后立管处压力p2和下传装置节流阀打开面积s1，得到下传装置精确分流算法，较现有技术而言，当任意功能块出现异常时，能够根据功能块与分流量的预设对应关系，调节下传装置的分流量，井下通过检测到的流量变化，自动对应到需截断的那一功能块，能够使整个旋转导向系统实现自保护和继续运行，降低旋转导向系统异常时起钻检查的频次，提高钻井作业时效，降低成本。
2、本发明，由于能够通过功能块与分流量的预设对应关系，调节下传装置的分流量，因此，当局部功能块出现异常情况时，能够自动对应到出现异常情况的那个功能块，并通过下传装置下发关闭该功能块的指令，从而能够避免因局部功能块的异常而影响整个系统的运行，针对性强。
3、本发明，由于在一层段的钻井过程中，泥浆泵输出的泥浆总排量是一定的，故泥浆流量变化就反映了下传装置的分流量。因而能够通过分流量的大小和持续时间，表示不同的指令，成形为一套固有的编码方式，旋转导向系统在井下检测分流量大小，结合固有编码方式，就能够完成下传指令的识别，从而完成关闭井下单元的动作，操作简便。
具体实施方式
实施例1
一种用于旋转导向系统地面遥控关闭井下单元的方法，包括以下步骤：
a、设下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为q，下传装置启动前立管压力为p，通过式1计算钻头水眼前后的压力差p1；
p1＝q2ρ/2μ2s2式1
其中，q为泥浆泵总排量，m2/s；μ为流量系数，μ＝0.63；s为钻头水眼等效面积，m2；p1为钻头水眼前后的压力差，单位pa；ρ为流体的密度，kg/m3；
b、通过式2计算延程损耗△p；
△p＝p-p1式2
c、通过式3计算启动下传装置后立管处压力p2；
p2＝δp+ρ(1-k)2q2/2μ2s2式3
d、根据压力平衡关系，下传装置节流阀压降也为p2，通过式4计算下传装置的节流阀打开面积s1；
s1＝kq/μ√2p2/ρ式4
e、根据节流阀开度与节流阀打开面积s1的关系，将节流阀调整至计算开度，使得分流量自动达到设定分流比例；将旋转导向井下系统的各功能块均设置一截断电路，将各功能块进行编号，并与下传装置的分流量形成预设对应关系，固化在旋转导向井下工具控制软件中；若任意功能块出现异常，则根据功能块与分流量的预设对应关系，调节下传装置的分流量，井下通过检测到的流量变化，自动对应到需截断的那一个功能块，关闭井下单元。
由于节流阀前端与立管是同一压力系统，两者的压力相同，基于压力平衡和流量及压力关系，可假定下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为q，下传装置启动前立管压力为p，则可通过计算钻头水眼前后的压力差p1、延程损耗△p、启动下传装置后立管处压力p2和下传装置节流阀打开面积s1，得到下传装置精确分流算法，较现有技术而言，当任意功能块出现异常时，能够根据功能块与分流量的预设对应关系，调节下传装置的分流量，井下通过检测到的流量变化，自动对应到需截断的那一功能块，能够使整个旋转导向系统实现自保护和继续运行，降低旋转导向系统异常时起钻检查的频次，提高钻井作业时效，降低成本。
实施例2
一种用于旋转导向系统地面遥控关闭井下单元的方法，包括以下步骤：
a、设下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为q，下传装置启动前立管压力为p，通过式1计算钻头水眼前后的压力差p1；
p1＝q2ρ/2μ2s2式1
其中，q为泥浆泵总排量，m2/s；μ为流量系数，μ＝0.63；s为钻头水眼等效面积，m2；p1为钻头水眼前后的压力差，单位pa；ρ为流体的密度，kg/m3；
b、通过式2计算延程损耗△p；
△p＝p-p1式2
c、通过式3计算启动下传装置后立管处压力p2；
p2＝δp+ρ(1-k)2q2/2μ2s2式3
d、根据压力平衡关系，下传装置节流阀压降也为p2，通过式4计算下传装置的节流阀打开面积s1；
s1＝kq/μ√2p2/ρ式4
e、根据节流阀开度与节流阀打开面积s1的关系，将节流阀调整至计算开度，使得分流量自动达到设定分流比例；将旋转导向井下系统的各功能块均设置一截断电路，将各功能块进行编号，并与下传装置的分流量形成预设对应关系，固化在旋转导向井下工具控制软件中；若任意功能块出现异常，则根据功能块与分流量的预设对应关系，调节下传装置的分流量，井下通过检测到的流量变化，自动对应到需截断的那一个功能块，关闭井下单元。
所述步骤e中，将节流阀调整至计算开度，具体是指在室内进行标定，形成开度与阀门面积的关系曲线，基于阀门开度与面积的关系曲线，结合前序计算的设定分流量需要打开的节流阀面积，则对应得出阀门的需求开度。
实施例3
一种用于旋转导向系统地面遥控关闭井下单元的方法，包括以下步骤：
a、设下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为q，下传装置启动前立管压力为p，通过式1计算钻头水眼前后的压力差p1；
p1＝q2ρ/2μ2s2式1
其中，q为泥浆泵总排量，m2/s；μ为流量系数，μ＝0.63；s为钻头水眼等效面积，m2；p1为钻头水眼前后的压力差，单位pa；ρ为流体的密度，kg/m3；
b、通过式2计算延程损耗△p；
△p＝p-p1式2
c、通过式3计算启动下传装置后立管处压力p2；
p2＝δp+ρ(1-k)2q2/2μ2s2式3
d、根据压力平衡关系，下传装置节流阀压降也为p2，通过式4计算下传装置的节流阀打开面积s1；
s1＝kq/μ√2p2/ρ式4
e、根据节流阀开度与节流阀打开面积s1的关系，将节流阀调整至计算开度，使得分流量自动达到设定分流比例；将旋转导向井下系统的各功能块均设置一截断电路，将各功能块进行编号，并与下传装置的分流量形成预设对应关系，固化在旋转导向井下工具控制软件中；若任意功能块出现异常，则根据功能块与分流量的预设对应关系，调节下传装置的分流量，井下通过检测到的流量变化，自动对应到需截断的那一个功能块，关闭井下单元。
所述步骤e中，将节流阀调整至计算开度，具体是指在室内进行标定，形成开度与阀门面积的关系曲线，基于阀门开度与面积的关系曲线，结合前序计算的设定分流量需要打开的节流阀面积，则对应得出阀门的需求开度。
所述步骤e中，分流量自动达到设定分流比例，具体是指下传装置接收到设定分流比例后，根据计算式计算得到下传装置节流阀需要打开的面积，再依据使用的节流阀开度与节流阀打开面积s1的关系，得到节流阀的需求开度，再根据节流阀需求开度与模拟量电信号的对应关系，输出电流信号，通过下传装置节流阀的自动调节，达到设定分流比例。
由于能够通过功能块与分流量的预设对应关系，调节下传装置的分流量，因此，当局部功能块出现异常情况时，能够自动对应到出现异常情况的那个功能块，并通过下传装置下发关闭该功能块的指令，从而能够避免因局部功能块的异常而影响整个系统的运行，针对性强。
实施例4
一种用于旋转导向系统地面遥控关闭井下单元的方法，包括以下步骤：
a、设下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为q，下传装置启动前立管压力为p，通过式1计算钻头水眼前后的压力差p1；
p1＝q2ρ/2μ2s2式1
其中，q为泥浆泵总排量，m2/s；μ为流量系数，μ＝0.63；s为钻头水眼等效面积，m2；p1为钻头水眼前后的压力差，单位pa；ρ为流体的密度，kg/m3；
b、通过式2计算延程损耗△p；
△p＝p-p1式2
c、通过式3计算启动下传装置后立管处压力p2；
p2＝δp+ρ(1-k)2q2/2μ2s2式3
d、根据压力平衡关系，下传装置节流阀压降也为p2，通过式4计算下传装置的节流阀打开面积s1；
s1＝kq/μ√2p2/ρ式4
e、根据节流阀开度与节流阀打开面积s1的关系，将节流阀调整至计算开度，使得分流量自动达到设定分流比例；将旋转导向井下系统的各功能块均设置一截断电路，将各功能块进行编号，并与下传装置的分流量形成预设对应关系，固化在旋转导向井下工具控制软件中；若任意功能块出现异常，则根据功能块与分流量的预设对应关系，调节下传装置的分流量，井下通过检测到的流量变化，自动对应到需截断的那一个功能块，关闭井下单元。
所述步骤e中，将节流阀调整至计算开度，具体是指在室内进行标定，形成开度与阀门面积的关系曲线，基于阀门开度与面积的关系曲线，结合前序计算的设定分流量需要打开的节流阀面积，则对应得出阀门的需求开度。
所述步骤e中，分流量自动达到设定分流比例，具体是指下传装置接收到设定分流比例后，根据计算式计算得到下传装置节流阀需要打开的面积，再依据使用的节流阀开度与节流阀打开面积s1的关系，得到节流阀的需求开度，再根据节流阀需求开度与模拟量电信号的对应关系，输出电流信号，通过下传装置节流阀的自动调节，达到设定分流比例。
所述步骤e中，功能块与分流量形成预设对应关系，具体是指预设9个功能块，9个功能块上均装有一个可控二极管，采用10％、15％和20％三种分流量持续不同时间来对应表示9个功能块；10％分流量持续2s表示关闭1#功能块，10％分流量持续4s表示关闭2#功能块，10％分流量持续6s表示关闭3#功能块，15％分流量持续2s表示关闭4#功能块，15％分流量持续4s表示关闭5#功能块，15％分流量持续6s表示关闭6#功能块，20％分流量持续2s表示关闭7#功能块，20％分流量持续4s表示关闭8#功能块，20％分流量持续6s表示关闭9#功能块。
实施例5
一种用于旋转导向系统地面遥控关闭井下单元的方法，包括以下步骤：
a、设下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为q，下传装置启动前立管压力为p，通过式1计算钻头水眼前后的压力差p1；
p1＝q2ρ/2μ2s2式1
其中，q为泥浆泵总排量，m2/s；μ为流量系数，μ＝0.63；s为钻头水眼等效面积，m2；p1为钻头水眼前后的压力差，单位pa；ρ为流体的密度，kg/m3；
b、通过式2计算延程损耗△p；
△p＝p-p1式2
c、通过式3计算启动下传装置后立管处压力p2；
p2＝δp+ρ(1-k)2q2/2μ2s2式3
d、根据压力平衡关系，下传装置节流阀压降也为p2，通过式4计算下传装置的节流阀打开面积s1；
s1＝kq/μ√2p2/ρ式4
e、根据节流阀开度与节流阀打开面积s1的关系，将节流阀调整至计算开度，使得分流量自动达到设定分流比例；将旋转导向井下系统的各功能块均设置一截断电路，将各功能块进行编号，并与下传装置的分流量形成预设对应关系，固化在旋转导向井下工具控制软件中；若任意功能块出现异常，则根据功能块与分流量的预设对应关系，调节下传装置的分流量，井下通过检测到的流量变化，自动对应到需截断的那一个功能块，关闭井下单元。
所述步骤e中，将节流阀调整至计算开度，具体是指在室内进行标定，形成开度与阀门面积的关系曲线，基于阀门开度与面积的关系曲线，结合前序计算的设定分流量需要打开的节流阀面积，则对应得出阀门的需求开度。
所述步骤e中，分流量自动达到设定分流比例，具体是指下传装置接收到设定分流比例后，根据计算式计算得到下传装置节流阀需要打开的面积，再依据使用的节流阀开度与节流阀打开面积s1的关系，得到节流阀的需求开度，再根据节流阀需求开度与模拟量电信号的对应关系，输出电流信号，通过下传装置节流阀的自动调节，达到设定分流比例。
所述步骤e中，功能块与分流量形成预设对应关系，具体是指预设9个功能块，9个功能块上均装有一个可控二极管，采用10％、15％和20％三种分流量持续不同时间来对应表示9个功能块；10％分流量持续2s表示关闭1#功能块，10％分流量持续4s表示关闭2#功能块，10％分流量持续6s表示关闭3#功能块，15％分流量持续2s表示关闭4#功能块，15％分流量持续4s表示关闭5#功能块，15％分流量持续6s表示关闭6#功能块，20％分流量持续2s表示关闭7#功能块，20％分流量持续4s表示关闭8#功能块，20％分流量持续6s表示关闭9#功能块。
所述步骤e中，关闭井下单元，具体是指旋转导向井下系统包括井下泥浆涡轮发电机，当流经井下泥浆涡轮发电机的泥浆流量改变时，则引起电压频率变化，通过旋转导向控制模块检测电压频率变化，得出泥浆流量的变化，通过在井下检测分流量大小，结合固有编码方式，完成下传指令的识别，接收到关闭指令后，将对应的功能块的可控二极管置为截断状态。
由于在一层段的钻井过程中，泥浆泵输出的泥浆总排量是一定的，故泥浆流量变化就反映了下传装置的分流量。因而能够通过分流量的大小和持续时间，表示不同的指令，成形为一套固有的编码方式，旋转导向系统在井下检测分流量大小，结合固有编码方式，就能够完成下传指令的识别，从而完成关闭井下单元的动作，操作简便。