一种控制石油天然气钻井减小钻柱粘滞阻力的方法

摘要

一种控制石油天然气钻井减小钻柱粘滞阻力的方法，属于石油天然气钻井技术领域。采用顶驱装置（或转盘）驱动钻柱按照设定的旋转方式正向和反向旋转；通过泥浆脉冲信号将动力马达的工具面角、MWD中定向传感器监测的方位角和井斜以及立管泵压以数字量信号形式馈送到地面控制器，配合顶驱（或转盘）监控的上部钻柱扭矩，通过控制顶驱主轴（或转盘放钻杆）正向或反向旋转的方法正向或反向旋转钻柱，从而改变钻井马达的工具面角，调整或修正方位角和井斜，减小钻柱粘滞阻力；控制顶驱主轴正向旋转设定的角度和圈数，到位后再反向旋转回到初始位置，称为一个正向循环。本发明减少了人为因素对钻井作业的影响，提高了钻进的效率和生产的安全性。

主权项

一种控制石油天然气钻井减小钻柱粘滞阻力的方法，其特征在于：采用顶驱装置（或转盘）驱动钻柱按照设定的旋转方式正向和反向旋转； 通过泥浆脉冲信号将动力马达的工具面角、MWD中定向传感器监测的方位角和井斜以及立管泵压以数字量信号形式馈送到地面控制器，配合顶驱（或转盘）监控的上部钻柱扭矩，通过控制顶驱主轴（或转盘放钻杆）正向或反向旋转的方法正向或反向旋转钻柱，从而改变钻井马达的工具面角，调整或修正方位角和（或）井斜，减小钻柱粘滞阻力； 控制顶驱主轴正向旋转设定的角度和（或）圈数，到位后再反向旋转回到初始位置，称为一个正向循环；多个连续的正向循环组成一个正向周期，所包含的正向循环个数由称为正向次数；以上即为本系统中正向循环、正向周期及正向次数的定义；反向循环、反向周期及反向次数具有类似定义；每个循环开始时，顶驱主轴都会在初始位置延迟一段时间再开始旋转，延迟转动的时间称为停止时间（t₀’）；顶驱主轴旋转到达设定的角度和（或）圈数时，顶驱主轴会保持一段时间的静止，这段达到扭矩限幅并保持静止的时间称为保持时间（t₀）； 顶驱（或转盘）：为钻柱提供旋转动力，测量并反馈上部钻柱的实时扭矩；对于交流变频顶驱和电动转盘实施方案，上部钻柱的扭矩可通过测量电流得到；对于液压顶驱实施方案，则通过压力传感器测得； 导向工具（或MWD上的定向传感器）：产生导向马达的工具面角信号；定向传感器一般采用泥浆脉冲信号将数据回传到地面，输出工具面角的数字量信号； 司钻控制台：在必要时可切出Sliding控制系统，恢复正常钻井； Sliding控制系统：预装基于本发明方法的软件控制程序的工业PC；启动控制前向司钻台发出请求使能信号，获得授权后，控制顶驱正向或反向旋转，从而达到本发明所提出的减小钻柱粘滞阻力的目的； 工具面角、方位角、井斜和立管泵压等4个变量信号传输到地面控制器进行运算处理；将顶驱变频驱动系统的PLC控制器作为地面控制器，与顶驱原有控制功能无缝结合。