控制共振增强钻进的方法及钻进方法、设备和控制系统。提供了一种用于控制共振增强旋转钻机的方法，该共振增强旋转钻机包括钻进模块和用于控制钻进模块的一个或更多个钻进参数的控制系统，该方法包括以下步骤：(a)采用被钻材料的一个或更多个初始特性和/或一个或更多个初始钻进参数，以控制钻进模块；(b)测量一个或更多个当前钻进参数，以获得一个或更多个测量得的钻进参数；(c)采用一个或更多个测量得的钻进参数，作为控制系统中的输入，以便获得来自控制系统的输出，该输出包括被钻材料的一个或更多个计算得的特性；(d)采用被钻材料的一个或更多个计算得的特性和/或一个或更多个测量得的钻进参数，作为控制系统中的输入，以便获得来自控制系统的输出，该输出包括一个或更多个计算得的钻进参数；(e)将一个或更多个计算得的钻进参数可选择地应用于钻进模块；(f)可选择地重复步骤(b)、(c)、(d)以及(e)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】提供了一种用于控制共振增强旋转钻机的方法，该共振增强旋转钻机包括钻进模块和用于控制钻进模块的一个或更多个钻进参数的控制系统，该方法包括以下步骤：(a)采用被钻材料的一个或更多个初始特性和/或一个或更多个初始钻进参数，以控制钻进模块；(b)测量一个或更多个当前钻进参数，以获得一个或更多个测量得的钻进参数；(c)采用一个或更多个测量得的钻进参数，作为控制系统中的输入，以便获得来自控制系统的输出，该输出包括被钻材料的一个或更多个计算得的特性；(d)采用被钻材料的一个或更多个计算得的特性和/或一个或更多个测量得的钻进参数，作为控制系统中的输入，以便获得来自控制系统的输出，该输出包括一个或更多个计算得的钻进参数；(e)将一个或更多个计算得的钻进参数可选择地应用于钻进模块；(f)可选择地重复步骤(b)、(c)、(d)以及(e)。【专利说明】 本专利技术设及冲击增强旋转钻进（percussion enhanced ;ro1:a;ry化illing)，并且 更具体地，设及共振增强钻进(RED:resonance enhanced化illing)。本专利技术的实施方式致 力于：用于控制共振增强旋转钻进W提高钻进性能的方法和设备，更具体地致力于使用模 糊逻辑控制的方法和设备。运里所描述的进一步实施方式致力于可W根据运些方法和设备 控制的共振增强旋转钻进设备。本专利技术的特定实施方式可应用于任意尺寸的钻机或要钻的 材料。特定的更具体的实施方式致力于钻过石油工业、气体工业W及采矿工业中的深孔钻 进应用中可能遭遇的岩层(具体是可变组成的岩层）。 冲击旋转钻进本身已知。冲击旋转钻机拥有引起对旋转钻头的轴向载荷的机构。 该机构提供对被钻材料的冲击力，W便破碎帮助旋转钻头穿透材料的材料。 共振增强旋转钻进是如下的特殊类型的冲击旋转钻进，其中，具有W高频振动的 振荡器，W便实现与被钻材料的共振。运导致有效使用旋转钻头处的机械能，由此，在与标 准冲击旋转钻进相比时提高钻进效率。 US3，990，522公开了一种冲击旋转钻机，该冲击旋转钻机使用用于钻螺栓孔的旋 转钻机中所安装的液压键。公开了可变行程和频率的冲击周期可W被应用并调整为被钻材 料的自然频率，W产生钻头的尖端处所施加的压力的放大。伺服阀维持冲击控制，并且转而 伺服阀由操作员借助经由电导体连接到伺服阀的电子控制模块来控制。操作员可W通过控 制增压流体到和从致动器的流动，从0至2500圈每分钟（即，0至42化）选择性地改变冲击频 率，并从0至1/8英寸（即，0至3.175mm)选择性地改变钻头的行程。描述了通过选择具有等于 被钻岩层的天然频率或共振频率的频率的冲击行程，岩层中由冲击力所存储的能量将导致 钻头的尖端处所施加的压力的放大，使得固体材料将巧塌并离开原位，并且允许钻率在3至 4英尺每分钟的范围内。 存在用上述结构识别的并且在下面讨论的几个问题。 使用US3,990,522的设备无法实现高频，该设备使用较低频率液压周期冲击器(描 述为振荡器，但并不在严格地技术意义上振荡）。因此，虽然US3,990,522讨论了共振的可能 性，但看来经由US3,990,522的冲击器可实现的低频不足W实现穿过许多硬材料的共振增 强钻进。 不管上述的频率问题如何，在使用US3,990,522的布置的任意情况下无法容易地 实现并维持共振，特别是如果钻机穿过具有不同共振特性的不同材料时。运是因为US3， 990，522的布置中的冲击频率和行程的控制由操作员手动实现。由此可见，难W控制设备持 续调整冲击力的频率和行程，W随着钻机穿过不同类型的材料而维持共振。运对于如US3， 990,522所述的钻浅螺栓孔而言可能不是运种主要问题。操作员仅能对于内部要钻螺栓孔 的材料选择适当的频率和行程，然后操作钻机。然而，对于穿过许多不同层岩石恶化了问 题。位于深钻孔上方的操作员无法看见正在钻过什么类型的岩石，并且随着钻机从一个岩 石类型到另一个岩石类型穿过无法容易地实现并维持共振，特别是在岩石类型频繁变化的 区域中。[000引上述问题中的一些已经被本专利技术人如WO 2007/141550所述地解决。本专利申请书 描述了一种共振增强旋转钻机，该共振增强旋转钻机包括自动化反馈和控制机构，该自动 化反馈和控制机构可W持续调整冲击力的频率和行程，W随着钻机穿过不同类型的岩石而 维持共振。钻机设置有：调整装置，该调整装置响应于钻机正在穿过的材料的情况;和井下 位置中的控制装置，该控制装置包括用于进行材料特性的井下测量的传感器，借此，设备可 在闭环实时控制下井下操作。 US2006/0157280提出了一种振荡器的井下闭环实时控制。描述了传感器和控制单 元可W在监测关键钻进效率参数(诸如前进率(ROP))的同时初始扫描频率的范围。然后，可 W控制振荡装置W提供最佳频率下振荡，直到进行下一频率扫描为止。频率扫描的模式可 W基于钻进操作的一个或更多个元素(诸如地层(formation)的变化、所测量ROP的变化、预 定时间段或来自地面的指令）。详细实施方式使用将扭转振荡应用于旋转钻头的振荡装置， 并且提及扭转共振。然而，还描述了应用于钻头的振荡的示例性方向包括跨所有自由度的 振荡，并且为了引发被钻材料的裂缝而不被使用。更确切的说，描述了钻头的旋转引起被钻 材料的初始碎裂，然后，为了确保旋转钻头保持与碎裂材料接触，应用瞬间振荡(momentary oscillation)。似乎没有提供如下的振荡器的任何公开或提议：为了如根据如WO 2007/ 141550所述的共振增强钻进所需的、引发旋转钻头穿过的材料的裂缝，该振荡器可W向钻 头输入足够高的轴向振荡载荷。 现有技术没有提供关于如何监测轴向振荡的任何详情。US2006/0157280中和WO 2007/141550中总体公开了传感器，但未讨论运些传感器相对于部件(诸如隔振单元和振动 传递单元)的位置。 本专利技术人的已公布国际申请书W02011/032874希望提供对现有技术中所描述的方 法和设备的进一步改进。该申请书公开了一种用于将共振增强旋转钻机中的振荡器的频率 控制在由Us(被钻材料的压缩强度)限定的范围内。该方法还设及将振荡器的动态力(Fd)控 制在由Us限定的范围内。Us使用传感器来测量。 WO 2007/141550、1152006/0157280^及胖02011/032874中所述的解决方案具体集 中于振荡器的振荡性质。运些仅是所设及的自由度的子集，并且运些方法不考虑Rm)的其他 重要方面。另外，材料特性的估计太简单，运依赖于使用传感器进行的压缩强度的非精确测 量，并且根本不解释其他材料特性。因此，期望对其中描述的方法和设备进行进一步改进。 本专利技术的实施方式的目的是为了进行如下改进:其在限制对设备的磨损W便增加设备的寿 命的同时，提高钻进效率。进一步目的是，特别是在钻过快速变化的岩石类型时更精确地控 制共振增强钻进。 因此，本专利技术提供一种用于控制共振增强旋转钻机的方法，该共振增强旋转钻机 包括钻进模块和控制系统，该控制系统用于控制所述钻进模块的一个或更多个钻进参数， 该方法包括W下步骤： (a)采用被钻材料的一个或更多个初始特性和/或一个或更多个初始钻进参数，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于控制共振增强旋转钻机的方法，该共振增强旋转钻机包括钻进模块和控制系统，该控制系统用于控制所述钻进模块的一个或更多个钻进参数，该方法包括以下步骤：(a)将被钻材料的一个或更多个初始特性和/或一个或更多个初始钻进参数应用于所述控制系统和/或所述钻进模块；(b)测量一个或更多个当前钻进参数，以获得一个或更多个测量得的钻进参数；(c)采用所述一个或更多个测量得的钻进参数，作为所述控制系统中的输入，以便获得来自所述控制系统的输出，该输出包括所述被钻材料的一个或更多个计算得的特性；(d)采用所述被钻材料的所述一个或更多个计算得的特性和/或所述一个或更多个测量得的钻进参数，作为所述控制系统中的输入，以便获得来自所述控制系统的输出，该输出包括一个或更多个计算得的钻进参数；(e)将所述一个或更多个计算得的钻进参数可选择地应用于所述钻进模块；(f)可选择地重复步骤(b)、(c)、(d)以及(e)。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·维尔茨洛奇，Y·刘，
申请(专利权)人：ITI苏格兰有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB
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