一种旋转导向井下工具控制系统技术方案

一种旋转导向井下工具控制系统，主要由旋转导向头、井下专用螺杆、万向轴等组成。该系统由井下专用螺杆和地面转盘双动力驱动，通过控制导向翼肋的定向支出来控制井眼轨进。其导向和非导向状态及每个导向冀肋的支出均采用独立电磁间控制，既保证了系统的可靠性，又保证了控制精度，并且简化了控制方法。井下专用螺杆驱动内部心轴不仅给钻头提供动力，还给液压系统提供动力。室内刚试证明，该系统控制方法简单可靠，可实现性强，为以后的实际应用推广提供了依据。

A rotary steering downhole tool control system

A rotary steering downhole tool control system is mainly composed of a rotating guide head, a underground special screw, a universal shaft and so on. The system is driven by the dual power of the underground special screw and the ground turntable, and controls the wellbore rail by controlling the directional support of the guide fin. The independent and inter electromagnetic control is adopted in both the guidance and non guidance States and the expenditure for each rib, which not only guarantees the reliability of the system, but also ensures the control accuracy, and simplifies the control method. The inner axis of the underground special screw drive not only provides power to the drill, but also provides power to the hydraulic system. The indoor test shows that the control method of the system is simple and reliable, and it can be realized. It provides a basis for the future application and popularization.

【技术实现步骤摘要】
一种旋转导向井下工具控制系统所属
本专利技术涉及一种旋转导向井下工具控制系统，适用于机械领域。
技术介绍
滑动式导向钻井工具在定向钻井，特别是在大位移井及长水平段水平井的使用中暴露出不少缺点与不足。旋转导向钻井是20世纪90年代发展起来的一项自动化钻井新技术。国外钻井实践证明，旋转导向钻井系统不但可以提高钻井速度，减少井下故障的发生，降低钻井成本，而且其旋转钻井过程中调节井斜角和方位角的能力被认为是钻井发展史上的又一次飞跃。目前国外BakerHughes，Schlumberger和Halliburton等公司通过各种方式，分别形成了其各自商业化应用的PowerDriveSRD，AutoTrakRCLS和Geo-Pilot旋转导向钻井系统。
技术实现思路
本专利技术提出了一种旋转导向井下工具控制系统，采取旋转导向头和井下专用螺杆相配合的设计方式，其地面转盘和井下专用螺杆双动力驱动模式符合目前国际上旋转导向钻井系统最新发展方向。本专利技术所采用的技术方案是。所述旋转导向井下工具系统主要由旋转导向头、井下专用螺杆、万向轴等组成。所述旋转导向头由心轴、测控系统、供电系统、短程通讯系统、导向翼肋和外壳等组成，心轴通过一个万向轴与井下专用螺杆的转子相连，外壳与井下专用螺杆的定子相连，并由地面动力系统(转盘)驱动。与前期研究开发的调制式旋转导向钻井井下工具系统相比，旋转导向系统除了具有全旋转工作模式、消除了粘滑卡钻、携岩效果好等优点外，其地面和井下专用螺杆双动力驱动工作模式为该系统在大位移井、长水平段水平井等复杂结构井的应用提供了更加可靠的动力。所述导向翼肋支出机构是旋转导向井下工具系统的执行机构，主要由导向翼肋、液压控制系统及电子控制机构等组成，沿钻柱四周共设计3个导向翼肋，每个导向翼肋由独立的液压活塞提供动力支出，导向翼肋距钻头约1.2m。导向翼肋接受来自控制电路的指令.控制导向翼肋顺序支出推靠井壁，使钻头产生侧向力而实现造斜。所述导向工作状态控制阀线主要由垫片、阀外壳、圈、阀杆、固紧螺帽和衬套等组成。制阀与液压系统相连，阀的导通和关闭根据控制电路的控制指令工作。所述非导向工作状态控制阀主要由垫片、阀外壳、线圈、固紧螺帽、衬套和阀心等组成。在非导向工作时，井下控制电路关闭导向阀组，打开循环阀组，导向翼肋在钻具旋转过程中通过井壁的压力将翼肋压回，实现工具稳斜非导向工作。本专利技术的有益效果是：该系统由井下专用螺杆和地面转盘双动力驱动，通过控制导向翼肋的定向支出来控制井眼轨进。其导向和非导向状态及每个导向冀肋的支出均采用独立电磁间控制，既保证了系统的可靠性，又保证了控制精度，并且简化了控制方法。井下专用螺杆驱动内部心轴不仅给钻头提供动力，还给液压系统提供动力。室内刚试证明，该系统控制方法简单可靠，可实现性强，为以后的实际应用推广提供了依据。附图说明图1是本专利技术的导向工作状态控制阀组。图2是本专利技术的非导向工作状态控制阁组。图3是本专利技术的泵及液压控制阎组。图中：1.固紧螺帽；2.衬套；3.垫片；4.线圈；5.阀外壳；6.阀杆；7.固紧螺帽；8.衬套；9.垫片；10.线圈；11.阀外壳；12.阀心；13.泵体；14.定位销；15.控制阀组；16、17.固定螺丝；18.高压密封圈。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1，旋转导向井下工具系统主要由旋转导向头、井下专用螺杆、万向轴等组成。旋转导向头由心轴、测控系统、供电系统、短程通讯系统、导向翼肋和外壳等组成，心轴通过一个万向轴与井下专用螺杆的转子相连，外壳与井下专用螺杆的定子相连，并由地面动力系统(转盘)驱动。与前期研究开发的调制式旋转导向钻井井下工具系统相比，旋转导向系统除了具有全旋转工作模式、消除了粘滑卡钻、携岩效果好等优点外，其地面和井下专用螺杆双动力驱动工作模式为该系统在大位移井、长水平段水平井等复杂结构井的应用提供了更加可靠的动力。导向翼肋支出机构是旋转导向井下工具系统的执行机构，主要由导向翼肋、液压控制系统及电子控制机构等组成，沿钻柱四周共设计3个导向翼肋，每个导向翼肋由独立的液压活塞提供动力支出，导向翼肋距钻头约1.2m。导向翼肋接受来自控制电路的指令.控制导向翼肋顺序支出推靠井壁，使钻头产生侧向力而实现造斜。为了提高系统在井下的寿命，其导向工作状态和非导向工作状态分别设计独立的导向控制阀组和非导向控制阀组进行控制。进行导向时，由井下控制电路根据实时采集的系统姿态参数实时调整导向翼肋的伸缩。导向工作状态控制阀线主要由垫片、阀外壳、圈、阀杆、固紧螺帽和衬套等组成。制阀与液压系统相连，阀的导通和关闭根据控制电路的控制指令工作。如图2，非导向工作状态控制阀主要由垫片、阀外壳、线圈、固紧螺帽、衬套和阀心等组成。在非导向工作时，井下控制电路关闭导向阀组，打开循环阀组，导向翼肋在钻具旋转过程中通过井壁的压力将翼肋压回，实现工具稳斜非导向工作。测控系统及控制电路是旋转导向井下工具系统控制中心，用于系统姿态参数测量、控制方法计算、控制误差修正补偿、控制量输出、井下关键参数存储与回放、自身状态监视以及与MWD系统实时通讯等。其中，系统姿态参数测量传感器对旋转导向井下工具系统的控制精度有很大影响，它是采用模块化设计、数字接口，直接与控制电路通过总线方式进行数据交换，其特点是性能稳定、处理速度快，外围电路及接口电路简单。传感器首先由磁力计、加速度计测量出地磁参数和重力参数，经过信号前级整形、放大。直接进入高速数据采集器，经由微控制器数字处理，等待控制电路的通讯命令，将当前测量到的工具姿态参数按要求时序放到系统总线上，供控制电路使用，最终完成控制电路对工具姿态参数的测量。由于旋转导向工具工况的特殊性.传统的测量控制方法应用效果不佳。在调研现有旋转导向系统的前提下，结合旋转导向井下工具系统自身特点，选用由一个高速两轴磁力计、三轴加速计、高速测控电路和骨架组成的旋转传感器，利用磁力计测量地磁信息计算得出工具面旋转位置。由于井下测控系统安装在钻柱上，钻头由钻柱和井下专用螺杆共同来驱动，测量过程中，钻柱转速较低，因此利用磁性工具面可以满足控制要求，并且由于测量工具面角的速度快，底部钻具组合旋转对其不会产生影响。如图3，为能获得足够导向翼肋支出的液压源并保证控制导向翼肋支出的精度，在旋转导向头内设计了三曲线叶片泵及井下发电机。叶片泵产生的高压液压通过控制阀组由独立的电磁阀提供给导向翼肋液压活塞。泵及液压控制阀组主要由泵体、控制阀组、固定螺丝、定位销以及高压密封圈等组成。当旋转导向井下工具系统在井下工作时，井下专用螺杆通过万向轴带动旋转导向头传动轴高速转动，依附在传动轴上的发电机及水力泵开始工作，给旋转导向头提供电力和液力动力，测控系统实时采集系统姿态参数，控制电路根据实时姿态参数实时输出控制指令，电磁阀接受来自控制电路的指令，控制导向翼肋顺序支出，实现对井眼井壁的推靠，使钻头产生侧向力，从而实现造斜。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转导向井下工具控制系统，其特征是：所述旋转导向井下工具系统主要由旋转导向头、井下专用螺杆、万向轴等组成。

【技术特征摘要】
1.一种旋转导向井下工具控制系统，其特征是：所述旋转导向井下工具系统主要由旋转导向头、井下专用螺杆、万向轴等组成。2.根据权利要求1所述的一种旋转导向井下工具控制系统，其特征是：所述旋转导向头由心轴、测控系统、供电系统、短程通讯系统、导向翼肋和外壳等组成，心轴通过一个万向轴与井下专用螺杆的转子相连，外壳与井下专用螺杆的定子相连，并由地面动力系统(转盘)驱动。3.根据权利要求1所述的一种旋转导向井下工具控制系统，其特征是：所述导向翼肋支出机构是旋转导向井下工具系统的执行机构，主要由导向翼肋、液压控制系统及电子控制机构等组成，沿钻柱四周共设计3个导...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵俭，
申请(专利权)人：赵俭，
类型：发明
国别省市：辽宁,21