一种基于偏心距相等的旋转导向钻井工具控制方法

摘要

一种基于偏心距相等的旋转导向钻井工具控制方法，运用三个原动力直接驱动旋转外套、内偏心环、外偏心环，使三者获得速度，通过调节外偏心环速度ω₁、内偏心环速度ω₂、旋转外套速度ω₃，使外偏心环、内偏心环、旋转外套三者产生相对位移，进而改变导向轴的空间姿态实现对旋转导向钻井工具导向方位和导向角的调节。当导向角调节到预定位置处时通过调节外偏心环速度ω₁与内偏心环速度ω₂，使外偏心环、内偏心环二者相对静止。当导向方位调节到预定位置处时通过调节外偏心环速度ω₁、内偏心环速度ω₂、旋转外套速度ω₃，使外偏心环、内偏心环、旋转外套三者相对静止完成导向；具有反应的快速性、较高的可靠性和良好的稳定性。

主权项

一种基于偏心距相等的旋转导向钻井工具控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、当需要进行导向钻进时，首先确定导向角度的大小和导向方位；步骤二、调节外偏心环速度ω₁与内偏心环速度ω₂，外偏心环速度ω₁、内偏心环速度ω₂与导向角之间存在一定关系，导向角为导向轴4与钻井工具轴线的夹角，导向偏心距ρ与导向角的大小成正比关系且与工具结构有关，所以导向角与外偏心环速度ω₁、内偏心环速度ω₂的关系表示为：$\rho =\sqrt{2}e\sqrt{1+cos({\omega }_2{t}_1-{\omega }_1{t}_1)}$式中ρ为导向偏心距，mm；e为内、外偏心环偏心距，mm；ω₁为外偏心环速度，rad/s；ω₂为内偏心环速度，rad/s；t₁为导向角调节时间，s；步骤三、当导向角调节到预定位置，需要调节外偏心环速度ω₁与内偏心环速度ω₂将导向角稳定在该位置处，则外偏心环速度ω₁与内偏心环速度ω₂就有如下关系：ω₁＝ω₂；步骤四、当导向角调节到预定位置后，接下来对导向方位γ进行调节，外偏心环速度ω₁、内偏心环速度ω₂与旋转外套速度ω₃的旋转方向始终相反；在导向角调节过程中，导向方位γ与外偏心环速度ω₁、内偏心环速度ω₂、旋转外套速度ω₃存在如下关系：$\gamma =\frac{{\omega }_1+{\omega }_2}{2}{t}_1-{\omega }_3{t}_1$当导向角调节完成后，导向方位γ与外偏心环速度ω₁、内偏心环速度ω₂、旋转外套速度ω₃存在如下关系：$\gamma =\frac{{\omega }_1+{\omega }_2}{2}{t}_1+{\omega }_2{t}_2-{\omega }_3(t_1+t_2)$或$\gamma =\frac{{\omega }_1+{\omega }_2}{2}{t}_1+{\omega }_1{t}_2-{\omega }_3(t_1+t_2)$式中：γ为导向方位，rad；ω₁为外偏心环速度，rad/s；ω₂为内偏心环速度，rad/s；ω₃为旋转外套速度，rad/s；t₁为导向角调节时间，s；t₂为导向方位时间，s；步骤五、当导向方位γ调节到预定位置处时，将导向方位γ稳定在预定位置处，此时，外偏心环速度ω₁、内偏心环速度ω₂、旋转外套速度ω₃存在如下关系：ω₁＝ω₂＝ω₃此时导向完成，导向方位γ的值为：$\gamma =\frac{{\omega }_1+{\omega }_2}{2}{t}_1+{\omega }_2{t}_2-{\omega }_3(t_1+t_2)$或$\gamma =\frac{{\omega }_1+{\omega }_2}{2}{t}_1+{\omega }_1{t}_2-{\omega }_3(t_1+t_2)$式中：γ为导向方位，rad；ω₁为外偏心环速度，rad/s；ω₂为内偏心环速度，rad/s；ω₃为旋转外套速度，rad/s；t₁为导向角调节时间，s；t₂为导向方位时间，s。