《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》是中國海洋石油總公司、中海油田服務股份有限公司於2012年8月9日申請的發明專利，其申請號為2012102828864，申請公布日為2012年11月28日，公布號為CN102797450A，發明人為賈建波、張玉霖、菅志軍、尚捷、朱偉紅、孫師賢、丁旭東、孟巍、蘭洪波、張冠祺、王紅亮。
《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》公開了一種旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法，可以對旋轉導向鑽井系統的導向力進行測控和標定。測控裝置包括三翼測控盤、三個推力感測器、數據處理器以及安裝推力感測器的固定螺桿，中空的三翼測控盤包含三個隆起的翼肋，旋轉導向鑽井系統的導向單元伸入三翼測控盤的中空結構中，三翼測控盤的三個翼肋分別對應導向單元的三個導向巴掌；每個翼肋上均安裝有固定螺桿，每根固定螺桿位於三翼測控盤的中空結構中的部分上各安裝有一個推力感測器；三個推力感測器的頂頭一一對應地頂在導向單元的三個導向巴掌上。
2021年6月24日，《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法
- 申請日：2012年8月9日
- 申請號：2012102828864
- 申請公布日：2012年11月28日
- 申請公布號：CN102797450A
- 申請人：中國海洋石油總公司、中海油田服務股份有限公司
- 地址：北京市東城區朝陽門北大街25號
- 發明人：賈建波、張玉霖、菅志軍、尚捷、朱偉紅、孫師賢、丁旭東、孟巍、蘭洪波、張冠祺、王紅亮
- 類別：發明專利
- Int. Cl.：E21B44/00(2006.01)I；E21B47/00(2012.01)I；E21B47/024(2012.01)I；E21B47/12(2012.01)I
- 專利代理機構：北京安信方達智慧財產權代理有限公司
- 代理人：栗若木、曲鵬
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,專利榮譽,
專利背景
旋轉導向鑽井系統是定向井領域的裝備，能夠極大地提高定向井作業效率和作業成功率，是定向井技術發展的趨勢之一，其中導向力測控技術成為控制旋轉導向鑽井系統導向精度的一項關鍵技術。
旋轉導向鑽井系統按結構原理分，可分為推靠式和指向式。推靠式採用三個或更多個翼肋張開推靠井壁來實現對鑽頭進行導向，但是2012年8月前對推靠式的旋轉導向鑽井系統的導向力度和導向角度等還沒有可靠的測控技術。
發明內容
專利目的
《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》所要解決的技術問題是需要提供一種導向力的測控方法及裝置，以對旋轉導向鑽井系統的導向力進行測控和標定。
技術方案
《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》提供了一種旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置，包括三翼測控盤、三個推力感測器、數據處理器以及安裝推力感測器的固定螺桿，其中：中空的三翼測控盤包含三個隆起的翼肋，所述旋轉導向鑽井系統的導向單元伸入三翼測控盤的中空結構中，三翼測控盤的三個翼肋分別對應導向單元的三個導向巴掌；每個翼肋上均安裝有固定螺桿，每根固定螺桿位於三翼測控盤的中空結構中的部分上各安裝有一個推力感測器；三個推力感測器的頂頭一一對應地頂在導向單元的三個導向巴掌上。
優選地，所述三翼測控盤為中空的三翼紡錘體結構。
優選地，所述推力感測器包括“與”字形的應變式推力感測器。
優選地，所述三翼測控盤1套在所述導向單元的外圓面上，與所述導向單元固定連線。
優選地，所述固定螺桿通過一對螺母固定安裝在所述翼肋上。
《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》提供了一種旋轉導向鑽井系統的導向力標定方法，包括：通過所述三個推力感測器採集三路推力信號；通過壓力感測器對控制所述導向單元的三路液壓系統的壓力進行檢測，獲得三路壓力信號；對所述三路推力信號及三路壓力信號進行比較，獲得液壓系統壓力與導向力之間的對應關係；測量液壓系統三路驅動電機轉速信號的頻率；根據所述對應關係以及三路轉速信號的頻率對翼肋推力進行標定。
優選地，該方法包括：根據所述對應關係以及三路轉速信號的頻率，對翼肋推力進行誤差分析並提供導向力精度數據；根據所述誤差分析以及導向力精度數據進行導向工具精度標定。
優選地，對所述三路推力信號及三路壓力信號進行比較的步驟，包括：對所述三路推力信號進行調理後傳輸到數據處理器進行合成，獲得第一推力；將這三路壓力合成為第二推力；對所述第一推力與所述第二推力進行比較。
改善效果
《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》的實施例可用於對旋轉導向鑽井系統的導向力進行測控和標定。
附圖說明
圖1為《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》實施例的導向力測控裝置的結構示意圖。
圖2為圖1所示導向力測控裝置中三翼測控盤的外形示意圖。
圖3為圖2所示三翼測控盤外形示意圖的A-A剖面示意圖。
圖4為圖1所示導向力測控裝置中三翼測控盤的安裝示意圖。
圖5為圖4所示三翼測控盤安裝示意圖的A-A剖面示意圖。
圖6為圖1所示實施例匯總推力感測器的安裝示意圖。
圖7為《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》實施例的旋轉導向鑽井系統導向力標定方法的流程示意圖。
技術領域
《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》涉及旋轉導向鑽井系統，尤其涉及一種旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及旋轉導向鑽井系統導向力標定方法。
權利要求
1.一種旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置，包括三翼測控盤、三個推力感測器、數據處理器以及安裝推力感測器的固定螺桿，其中：所述三翼測控盤為中空的三翼紡錘體結構，中空的三翼測控盤包含三個隆起的翼肋，所述旋轉導向鑽井系統的導向單元伸入三翼測控盤的中空結構中，三翼測控盤的三個翼肋分別對應導向單元的三個導向巴掌；每個翼肋上均安裝有固定螺桿，每根固定螺桿位於三翼測控盤的中空結構中的部分上各安裝有一個推力感測器；三個推力感測器的頂頭一一對應地頂在導向單元的三個導向巴掌上；通過三翼測控盤的三個翼肋所安裝的三個推力感測器相互之間各自獨立，以避免其中一個翼肋受力而對安裝在另外兩個翼肋上的推力感測器產生影響。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中：所述推力感測器包括“與”字形的應變式推力感測器。
3.根據權利要求1所述的裝置，其中：所述三翼測控盤套在所述導向單元的外圓面上，與所述導向單元固定連線。
4.根據權利要求1所述的裝置，其中：所述固定螺桿通過一對螺母固定安裝在所述翼肋上。
5.一種採用如權利要求1所述的旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置的導向力標定方法，包括：通過所述三個推力感測器採集三路推力信號；通過壓力感測器對控制所述導向單元的三路液壓系統的壓力進行檢測，獲得三路壓力信號；對所述三路推力信號及三路壓力信號進行比較，獲得液壓系統壓力與導向力之間的對應關係；測量液壓系統三路驅動電機轉速信號的頻率；根據所述對應關係以及三路轉速信號的頻率對翼肋推力進行標定。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，該方法包括：根據所述對應關係以及三路轉速信號的頻率，對翼肋推力進行誤差分析並提供導向力精度數據；根據所述誤差分析以及導向力精度數據進行導向工具精度標定。
7.根據權利要求5所述的方法，其中，對所述三路推力信號及三路壓力信號進行比較的步驟，包括：對所述三路推力信號調理後進行合成，獲得第一推力；將這三路壓力合成為第二推力；對所述第一推力與所述第二推力進行比較。
實施方式
如圖1所示，《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》實施例的導向力測控裝置主要包括三翼測控盤1、三個推力感測器2、數據處理器3以及安裝推力感測器2的固定螺桿5等。
如圖2、圖3、圖4以及圖5所示，三翼測控盤1為一個中空的三翼紡錘體結構，兩端小中間大，中間部分與兩端以斜坡過度。三翼測控盤1的三個隆起的翼肋11，在三翼測控盤1的中間部分形成中空結構，導向單元8伸入三翼測控盤1的中空結構中。
三翼測控盤1套在導向單元8的外圓面上。三翼測控盤1的三個翼肋11周向均勻分布，分別對應導向單元8的三個導向巴掌81。每個翼肋11上垂直於三翼測控盤的軸心，均通過兩個螺母51各自安裝有一根固定螺桿5。每根固定螺桿5位於三翼測控盤1的中空結構中的部分上各安裝有一個推力感測器2。三個推力感測器2的頂頭21一一對應地頂在導向單元8的三個導向巴掌81上。藉助兩個螺母51可以調整推力感測器2的位置。
如圖1和圖6所示，推力感測器2上包含有推力信號輸出接口22，用於輸出推力感測器2所採集到的推力。《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》的實施例中，推力感測器2選用的是“與”字形的應變式推力感測器，受壓可輕微變形。
通過三翼測控盤1的三個翼肋11所安裝的三個推力感測器2相互之間各自獨立，避免了其中一個翼肋11受力而對安裝在另外兩個翼肋11上的推力感測器2產生影響。如圖2和圖3所示，三翼測控盤1上每兩個翼肋11之間，還可以設定加強筋12，提高三翼測控盤1的剛性和強度，進一步降低其中一個翼肋11受力而對安裝在另外兩個翼肋11上的推力感測器2產生影響，進一步提高《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》導向力測控裝置的測控精度。
三翼測控盤1通過在兩端設定螺釘7與導向單元8固定安裝。如圖4和圖5所示，《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》的實施例中，螺釘7的位置位於每個加強筋12的兩端。
數據處理器3與三個推力感測器2及工控機4相連（圖1中用虛線表示了數據處理器3與三個推力感測器2的連線示意）。工控機4與控制導向單元8的液壓系統6相連（圖1中用虛線表示了導向單元8與液壓系統6的連線示意）。
如圖7所示，《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》實施例的旋轉導向鑽井系統的導向力標定方法中，通過三個推力感測器2採集三路推力信號（步驟S710），對這三路推力信號進行調理後傳輸到數據處理器3進行合成，獲得第一推力（包含了其方向和大小）（步驟S720）。通過壓力感測器對三路液壓系統的壓力進行檢測，獲得三路壓力信號（步驟S730），數據處理器3將這三路壓力信號合成為第二推力（包含了其方向和大小）（步驟S740）。將第二推力與通過推力感測器2採集到的第一推力進行比較，獲得液壓系統壓力與導向力之間的對應關係（步驟S750）。測量獲得液壓系統三路驅動電機轉速信號的頻率（步驟S760）。將液壓系統壓力與導向力之間的對應關係以及三路轉速信號的頻率經過數據處理器3控制實時傳輸給工控機4，工控機4根據液壓系統壓力與導向力之間的對應關係以及三路轉速信號的頻率對翼肋推力進行快速標定（步驟S770）。工控機4還可以根據液壓系統壓力與導向力之間的對應關係以及三路轉速信號的頻率對翼肋推力進行誤差分析，提供導向力精度數據，實現導向工具精度標定。
數據處理器3在上述過程中，主要完成轉速信號的電平調理，使得轉速信號電平與CPU採集接口電平兼容。數據處理器3完成壓力感測器、推力感測器的採集控制，同時解碼上位工控機指令，傳輸採集完成的壓力、推力以及轉速信號等。為上位工控機提供原始數據。通過RS232串口通訊接口，實現上位工控機與數據採集器3之間的數據交換。
《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》的實施例可以對推靠式旋轉導向鑽井系統的導向力進行高精度測控，並對控制系統進行標定，可以為實際作業提供支持。
《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》的導向力測控裝置在使用時，將導向單元伸入三翼測控盤中，將三翼測控盤挪動到適當位置使三翼測控盤上的三個推力感測器分別正對導向單元的三個導向巴掌。擰緊三翼測控盤上的6個固定螺栓進行固定，調節螺桿上的螺母上下調節推力感測器的位置，使推力感測器的頂頭與導向單元的導向巴掌接觸。將螺桿上的螺母擰緊，施加一定的扭矩進行鎖緊。將三個推力感測器的推力輸出接頭接入到數據處理器，將數據處理器與導向巴掌控制系統相連。接通電源後，導向巴掌控制系統開始工作，控制導向巴掌張開向外擠推力壓感測器的頂頭，導致推力感測器內應變片發生變形輸出推力信號。
專利榮譽
2021年6月24日，《旋轉導向鑽井系統的導向力測控裝置及導向力標定方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。
