一种用于实现自动调整钻柱双向扭转的方法和装置与流程

本发明涉及滑动定向控制，尤其是涉及一种用于实现自动调整钻柱双向扭转系统的方法和装置、以及钻柱双向扭转自动调整系统。

背景技术：

1、滑动定向仍然是目前最常用的定向方式，但由于滑动定向时，钻柱不旋转，钻柱与井壁之间为滑动摩擦，摩阻大，容易托压，导致定向困难；同时随着油气勘探开发不断向深层发展，深层定向井、水平井越来越多，滑动定向难度更大，为解决这一问题，近年来逐步推广使用钻柱双向扭转系统。

2、钻柱双向扭转系统通过控制顶驱或电动转盘驱动钻柱双向扭转，将滑动定向钻柱与井壁之间的滑动摩擦变为转动摩擦，从而大幅降低摩阻，减轻托压，提高定向速度和效率。目前该系统在现场应用取得比较好地减阻提速效果。

3、钻柱双向扭转系统应用时，随着井深、井斜、方位及摩阻等井况变化，扭转参数，比如扭转速度、扭转角度、冲撞调整工具面角度等都要随着发生变化，目前这些参数的调整都是现场服务人员依靠个人经验来干预，导致该系统应用效果特别依赖于现场人员的技术水平，从而使得应用效果不稳定，尤其是是井况比较复杂的井段，应用效果更加难以保证。

4、现有技术缺少利用钻柱双向扭转系统开展对滑动定向作业的扭转参数进行自动控制的技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，需要提供一种能够实现自动调整钻柱双向扭转系统的扭转参数的方案，以解决技术背景中一个或多个技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于实现自动调整钻柱双向扭转的方法，包括：获取实时工具面角，利用工具面角设计值，生成用于调整工具面角的第一指令；获取当前滑动定向的井段的目标钻井参数，计算当前钻柱扭转所需的扭转参数，并生成用于设定扭转参数的第二指令；获取钻柱未达井底时的初始立管压力和初始大钩悬重，而后，待绞车下放钻柱并在钻柱扭转钻进时，获取实时立管压力和实时大钩悬重，基于此，结合所述初始立管压力、初始大钩悬重和所述实时工具面角，生成用于调整扭转参数的第三指令，以通过所述第三指令控制电机带动钻柱扭转来实时调整扭转参数。

3、优选地，在获取实时工具面角，利用工具面角设计值，生成用于调整工具面角的第一指令的步骤中，包括：在所述实时工具面角小于所述工具面角设计值时，生成用于控制带动钻柱顺时针旋转的第一指令，其中，顺时针旋转角度为所述工具面角设计值与所述实时工具面角的差值；在所述实时工具面角大于所述工具面角设计值时，生成用于控制带动钻柱逆时针旋转的第一指令，其中，逆时针旋转角度为所述实时工具面角与所述工具面角设计值的差值。

4、优选地，所述方法还包括：在完成工具面角调整后，在预设时间段后，将所述实时工具面角与所述工具面角设计值进行对比，利用预设角度差值阈值，对当前工具面角度调整效果进行诊断，其中，在所述实时工具面角与所述工具面角设计值的角度差值的绝对值小于所述预设角度差值阈值时，表明当前工具面已调整好；在所述实时工具面角与所述工具面角设计值的角度差值的绝对值达到或超过所述预设角度差值阈值时，继续调整工具面角，直至角度差值的绝对值小于所述预设角度差值阈值。

5、优选地，在生成所述第二指令的过程中，包括；获取所述目标钻井参数，计算扭转左旋幅值、右旋幅值和与幅值相对应的扭转速度，所述目标钻井参数包括井深、井斜角和目标方位角。

6、优选地，在生成所述第三指令的过程中，包括；将所述初始立管压力与所述实时立管压力进行对比、以及将所述初始大钩悬重与所述实时大钩悬重进行对比，判断是否需要对所述扭转参数进行增大调整；将所述实时工具面角与所述工具面角设计值进行对比，判断是否需要对所述扭转参数进行减小调整。

7、优选地，当所述初始立管压力与所述实时立管压力的差值近似为零、并且所述初始大钩悬重与所述实时大钩悬重的差值大于当前钻压时，确定需要对当前扭转参数进行增大调整，直至所述初始立管压力与所述实时立管压力的差值等于第一压差、并且所述初始大钩悬重与所述实时大钩悬重的差值等于钻压，所述第一压差为在当前钻压下的螺杆钻具压力与钻头空转时的螺杆压力的压差；当所述实时工具面角在所述工具面角设计值来回振荡时，确定需要对所述扭转参数进行减小调整，直至所述实时工具面角在所述工具面角设计值上稳定不变。

8、优选地，所述方法还包括：在钻柱扭转钻进过程中，还通过所述实时工具面角相较于5所述工具面角设计值的偏离方向来确定冲撞动作的触发。

9、优选地，若所述实时工具面角沿所述工具面角设计值顺时针偏离，则确定需要幅值反冲冲撞动作来调整工具面，其中，当前幅值反冲角度为所述实时工具面角与所述工具面角设计值的差值角度；若所述实时工具面角沿所述工具面角设计值逆时针偏离，则确定需要

10、幅值正冲冲撞动作来调整工具面，其中，当前幅值正冲角度为所述工具面角设计值与所述0实时工具面角的差值角度。

11、优选地，所述方法还包括：在托压严重时，启动钻柱双向扭转自动调整进程；生成用于控制钻柱停止扭动的扭转结束指令，以利用所述扭转结束指令来控制电机制动刹车。

12、另一方面，本发明实施例提供了一种用于实现自动调整钻柱双向扭转的装置，所述装

13、置包括：工具面角调整模块，其配置为获取实时工具面角，利用工具面角设计值，生成用5于调整工具面角的第一指令；扭转参数设定模块，其配置为获取当前滑动定向的井段的目

14、标钻井参数，计算当前钻柱扭转所需的扭转参数，并生成用于设定扭转参数的第二指令；

15、扭转参数调整模块，其配置为获取钻柱未达井底时的初始立管压力和初始大钩悬重，而后，待绞车下放钻柱并在钻柱扭转钻进时，获取实时立管压力和实时大钩悬重，基于此，结合

16、所述初始立管压力、初始大钩悬重和所述实时工具面角，生成用于调整扭转参数的第三指0令，以通过所述第三指令控制电机带动钻柱扭转来实时调整扭转参数。

17、另外，本发明还提供了一种钻柱双向扭转自动调整系统，包括：钻柱双向扭转控制系统，其具备如上述所述的用于实现自动调整钻柱双向扭转的装置；变频器；与所述变频器连接的电机，所述电机的输出端与钻柱连接；用于采集立管压力的压力传感器；用于采集

18、大钩悬重的悬重传感器；mwd地面解调装置，其用于提供钻柱双向扭转所需的实时工具5面角、工具面角设计值和目标钻井参数。

19、与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

20、本发明提出了一种用于实现自动调整钻柱双向扭转系统的方法和装置、以及钻柱双向扭转自动调整系统。本发明通过钻柱双向扭转参数自动动态调整，提高了钻柱双向扭转控制系统的自动化操作水平，扭转参数自动动态调整后，现场应用效果不依赖于技术人员的技术水平，有利于大规模推广应用。

21、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。