旋转导向马达(RSM)控制精度浅析

旋转导向钻井技术是20 世纪90 年代发展起来的以旋转导向钻井工具为核心的钻井新技术，其中旋转导向钻井系统主要由井下旋转导向钻井工具系统、双向通讯系统和地面监控系统3大部分组成。在简述旋转导向钻井系统国内外发展概况后，重点对影响旋转导向钻井马达控制精度的传感器选择、各种算法及工具系统特性等主要因素进行了分析，重点从姿态控制传感器的选取、如何有效消除由系统惯性引起的误差以及采样率和工具分辨率的关系3方面进行了论述，并通过实验的方法对论题进行了解释说明，得出了几点关于如何提高旋转导向工具控制精度的认识，为导向工具的精度控制提供了理论依据。     

地质导向中的旋转失真与随钻自然伽马成像动态测量算法

基于自然伽马成像的相对倾角测量是现代地质导向中的重要技术.目前大量关于提高自然伽马成像精度的研究均未讨论成像仪器在旋转时的测量失真现象,这导致相对倾角的计算存在一个无法修正的误差,干扰工程人员的判断.基于数值分析技术,从解决旋转测量失真的问题开展研究,阐述了自然伽马成像仪器在模拟井筒实验中的旋转失真现象,从理论上解释了...     

水平井钻柱-井壁摩擦诱导黏滑振动机理研究

水平井钻柱系统黏滑振动严重威胁井下钻柱及工具的安全性.为了揭示水平井钻柱系统与井壁非线性摩擦诱导钻柱系统黏滑振动机理,基于质量-弹簧-阻尼离散方法及Stribeck摩擦理论,建立了水平井全井钻柱系统非线性动力学模型.对无钻压加载条件下的水平井钻柱系统在不同井段和不同钻井工况参数下的动力学响应进行了分析.分析结果表明:钻...     

旋转导向钻井系统中的一种下行通讯方案

井眼轨道自动控制技术已成为当今钻井技术研究的热点,其技术关键之一就是地面和井下的信息传输问题。根据井眼轨道自动控制系统的基本构成和实现要求,对信息的传输方式进行了比较和筛选,提出了通过控制钻具旋转速度的方式将地面的指令传送给井下系统的通讯方式。其研究结果将对井眼轨道自动控制系统的设计及实现具有参考价值。     

速率陀螺测斜仪在海洋CDX井组的应用

简要介绍了速率陀螺测斜仪的结构特点、测量原理、技术指标及优点，详细介绍了速率陀螺测斜仪在海洋CDX井组表层套管的井眼轨迹测量和表层套管内定向绕障中的应用及其注意事项。现场应用表明，速率陀螺测斜仪测量精度高，能在磁干扰的情况下，精确定向。     

一种用于井下钻具旋转中动态方位测量的新方法

为了在井下钻具连续旋转过程中实时准确测量出重力工具面,介绍了石油钻探中描述井眼姿态的轨迹基本参数以及如何实现测量姿态参数的传感器基本原理,着重介绍了井眼姿态测量常用的定向传感器结构及所测量的参数,提出在旋转导向钻进中钻具连续旋转时动态重力工具面的测量方法,重点分析了利用矢量旋转的方法,从理论上推导计算磁工具面与重力工具面差角的过程,并通过试验的方法验证了算法的准确。该方法有效地克服了钻具连续旋转时传统测量实时重力工具面误差偏大的缺点,为实现旋转导向测控系统的自主研制和钻具连续旋转时工具面测量提供了一种测量方案。     

旋转导向井下工具控制系统设计及室内试验

旋转导向钻井系统在长水平段水平井、大位移井、分支井等复杂结构井的钻井过程中,可以消除粘滑卡钻,携岩效果好,具有显著提高机械钻速、减少井下故障、降低钻井成本的优势。中国石化胜利油田钻井工艺研究院与美国AGP公司合作开发了旋转导向井下工具系统,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迹。其导向和非导向状态及每个导向翼肋的支出均采用独立电磁阀控制,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。室内测试证明,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。介绍了旋转导向井下工具系统的整体设计方案,对其控制系统及各部分的结构、工作原理进行了详细研究。      

旋转导向钻具姿态的无迹卡尔曼滤波方法

三轴磁通门数据中包含的磁干扰和三轴加速度计数据中包含的大量低频振动加速度,严重影响了旋转导向钻具姿态测量的精度。为去除传感器数据中的干扰噪声,快速解算出准确的钻具姿态,提出了一种改进的无迹卡尔曼（UKF）迭代滤波算法。此方法基于旋转坐标变换的四元数理论,建立钻具姿态传感器数据的非线性观测方程,利用陀螺测量原理构造状态方程,将滤波后观测数据以四元数的形式更新状态方程三轴角速度,从而实现UKF迭代滤波,最终消除传感器数据中的干扰噪声。实验室及胜利油田河31井区斜160井的实测数据滤波结果表明,此方法可有效滤除姿态传感器中的干扰噪声,提高旋转导向钻具姿态测量的准确性。     

一种实时诊断钻具黏滑现象的新方法

钻具黏滑现象严重时会损坏井下设备,造成井下事故,影响井下安全,如何及时有效发现并消除黏滑现象对钻井施工意义重大。目前国内多通过监测地面转盘驱动电流、转盘扭矩来观测井底钻具黏滑现象,为了更及时、准确地预测钻具黏滑现象,采用井下MWD磁传感器数据来分析钻具黏滑现象。通过井下计算机对传感器信号实时高速采集,计算出井底钻具的瞬时转速,用以诊断钻具黏滑现象并对黏滑严重程度分类形成黏滑程度特征码,并将这些特征码通过MWD实时传送到地面以便及时采取措施,有效减少了由于黏滑现象而引起的井下事故。