一种采用泥浆马达定向钻井的地面控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油钻井领域，具体地说，适用于使用泥浆马达加随钻测量MWD系统井底钻具组合的定向钻井作业，是一种旋转钻进和滑动钻进互换过程中钻头持续保持在井底的采用泥浆马达定向钻井的地面控制方法。
【背景技术】
[0002]钻井作业中定向井、水平井钻井已广为普及，国内直井、定向井和水平井大都采用泥浆马达加随钻测量MWD系统实施钻进。定向钻井在滑动钻进时，由于泥浆马达以上的钻柱并不旋转，钻头的旋转来自于泥浆动力马达，在曲线段或水平段钻进时，由于部分钻柱躺在井眼下侧，钻柱与井眼之间的静摩擦力增加，加之井眼净化较差，致使部分岩肩堆积在井眼下侧，也会增加钻柱的轴向摩阻。摩擦力的增加给钻头施加钻压带来了很大困难，造成地面施加的钻压加不到钻头上，也就是人们常说的“钻进脱压”。另外，滑动钻进也给马达工具面定向和控制带来了诸多困难。现有的使用泥浆马达加随钻测量MWD系统定向钻井采用的是人工操作调整和控制工具面的方法，作业效率低，滑动钻进时由于井眼摩阻大，工具面难以控制，泥浆马达失速、机械钻速低，导致作业时间延长，作业成本增加。目前滑动钻进存在的问题是影响定向井钻进速度和钻井效率主要瓶颈，目前没有更好的解决办法。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是，为了解决目前定向井人工操作滑动钻进存在的问题，提供一种采用泥浆马达定向钻井的地面控制方法，运用扭矩控制原理、传感器技术和计算机控制技术，通过摇摆或左右转动钻杆的方法，实现降低滑动钻进井眼摩阻、有效传递钻压、保持和控制马达工具面，以及提高滑动钻进机械钻速和钻井效率的目的。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种采用泥浆马达定向钻井的地面控制方法，将井下和地面四个传感器采集信号作为输入和控制变量，包括随钻测量MWD工具面角度传感器、顶驱钻杆扭矩传感器、栗压或立管压力传感器和顶驱主轴钻杆方向或角位移传感器，通过地面显示的反馈信息，采用计算机系统和用户干预的方式在地面对定向钻井进程进行实时监控，执行钻杆转动程序，控制钻杆转动控制器，使其控制顶驱主轴电机动作。
[0005]具体地说，包括以下步骤:
[0006]S300:开始；
[0007]S303:旋转钻进与滑动钻进相互进行，泥浆马达和MWD工具已接在井底钻具组合上;
[0008]S305:开始旋转钻柱，钻头离底循环至旋转钻进流速；
[0009]S307:稳定转速至旋转钻进转速，从立管压力传感器采集离底栗压存储并显示；
[0010]S309:控制绞车缓慢下放钻柱，直到最佳钻进压差或泥浆马达最佳压差Δ P ;
[0011]S311:如果压差< ΔΡ，返回到S309，继续缓慢下放钻柱；如果压差等于Δ P进入下一步；
[0012]S313:以恒定的地面机械钻速控制绞车保持压差Δ P钻进；
[0013]S315:是否转换到滑动钻进模式？不转换，返回到S313，继续以恒定的地面机械钻速控制绞车保持压差AP钻进；如果转换到滑动钻进模式，进入下一步；
[0014]S317:进入滑动钻进，放慢顶驱转速到0.5 — 2转/每分，同时保持压差Δ P ；
[0015]S319:监视工具面、监测低速钻杆转动扭矩?Υ和监测钻杆方向角或角位移方向角DA，保存?Υ和Dji据；
[0016]S321:当工具面角度在目标工具面角度之前一个提前角时，停止顶驱转动，在已建立的左右扭矩限值内开始执行自动扭矩转动操作；
[0017]S323:同时，通过以恒定的地面机械钻速控制绞车保持压差在Δ P ；
[0018]S325当工具面角度稳定接近目标工具面角度时，通过增加或减小压差的方法保持工具面角度在目标角度执行滑动钻进；
[0019]S327:如果工具面角度> 目标角度左侧30°时，执行S329，以1.1或1.2倍?；值的扭矩发起右冲撞，向右修正工具面角度到目标角度，返回S325继续通过增加或减小压差的方法保持工具面角度在目标角度进行滑动钻进；
[0020]S331:如果工具面角度> 目标角度右侧30°时，执行S333，发起左冲撞，向左修正工具面角度，发起的左冲撞修正工具面角度的扭矩是TB，TB= 0.6*?\，返回S325，继续通过增加或减小压差的方法保持工具面角度在目标角度进行滑动钻进；
[0021]S335:是否转换到旋转钻进？不转换，返回S325，继续通过增加或减小压差的方法保持工具面角度在目标角度进行滑动钻进；如果转到旋转钻进，进入下一步；
[0022]S337:停止下放钻柱，停止自动扭矩转动操作，直到工具面角度向右转动30° —60。；
[0023]S339:开始顶驱旋转钻杆，直到旋转钻进转速，同时保持压差在Δ Ρ，返回S313，以恒定的地面机械钻速控制绞车保持压差AΡ旋转钻进。
[0024]本发明的有益效果是:
[0025]1、提高滑动钻进的机械钻速和水平段的钻进能力；
[0026]2、钻进时在钻头不离开井底的情况下提高工具面的修正能力；
[0027]3、提高井眼轨迹控制；
[0028]4、减少泥楽马达失速，提尚马达和钻头的使用寿命；
[0029]5、快速准确的工具面定向；
[0030]6、旋转钻进与滑动钻进相互转换时钻头保持在井底，快速工具面定向，节省时间；
[0031]7、总体钻井性能达到最优化；
[0032]8、采用摇摆或左右转动钻杆的方法，减小井眼纵向摩阻，控制马达工具面角度，减小之前由人工操作带来的精神和体力上的作业压力以及滑动钻进效率低的问题。
[0033]采用本发明由计算机控制定向钻井的地面辅助系统效果明显，是目前除旋转导向系统以外采用泥浆马达定向钻井的最佳选择方法，使用本方法能显著提高滑动钻进的钻井效率。
【附图说明】
[0034]图1是陆上顶驱钻机钻定向井的系统示意图。
[0035]图2是本发明采用泥浆马达定向钻井的地面控制结构图。
[0036]图3是本发明一个实施例的司钻显示屏。
[0037]图4是本发明采用泥浆马达定向钻井的地面控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明:
[0039]如图1所示，本发明的陆上顶驱钻机钻定向井的系统与现有技术基本相同。其中，1钻机；2井架；3天车；4游车；5大钩；6顶驱；7顶驱仪器接头；8钻杆扭矩传感器；9:钻杆方向或角位移传感器；10绞车滚筒钢丝绳；11绞车；12钻台；13泥浆水龙带；14栗压或立管压力传感器；15泥浆栗；16钻柱；17井眼；18井底钻具组合；19随钻测量MWD工具面角度传感器；20泥浆马达；21钻头。
[0040]如图2所示，给出了控制系统所需的随钻测量MWD工具面角度传感器19、顶驱钻杆扭矩传感器8、栗压或立管压力传感器14和顶驱主轴钻杆方向或角位移传感器9，这4个传感器采集的数据信号送到可编程控制器105进行存储、计算，控制顶驱主轴电机转动107，同时，用户可以通过用户输入设备106向可编程控制器输入人工干预数据，参与计算和控制。104是一个人机界面显示屏，用于显示相关信息，也是定向司钻和司钻的信息反馈。
[0041]如图3所示，是一个人机界面司钻显示屏，图中:30右旋扭矩控制；31增加右旋扭矩；32显示右旋扭矩；33减小右旋扭矩；34左旋扭矩控制；35增加左旋扭矩；36显示左旋扭矩；37减小左旋扭矩；38钻进栗压；39压差