第六节闭环钻井技术简介前言钻井自动化发展趋势一、钻井作业自动化的发展过程2、井下半闭环钻井阶段有较先进的井下测量工具(如MWD)，有地面可控的井下工具。测量数据向地面传输,经过计算机处理及地面模拟,通过传输通道向井下传送操作指令,随后对井下操作进行控制。与井下开环系统相比,测量精度高、实时性强、信息量大。操作指令更大程度上依靠计算机处理得到,人为经验减少。井下可控工具(包括可变径稳定器、可调弯接头、可变弯角井下动力钻具、可伸缩偏心块等)使得起下钻操作大幅度减少,钻井效率显著提高。目前许多水平井、定向井都是利用井下半闭环钻井技术完成的。3、井下闭环阶段指井身轨迹控制完全可以离开人的干预(特殊需要时例外),井下信息测量、传输、处理以及控制指令的产生和执行完全自动进行。有先进的随钻测量工具(MWD等)和功能较强的井下可调控工具。同时,必须有性能很好的微电脑(能承受井下的恶劣环境)。井下闭环钻井作业可分为两类:(1)中心电脑放在地面。通常是测量信息通过传输通道传到地面,经中心处理机处理后,控制指令传给顶部驱动钻机,由顶部驱动钻机来改变井下工具的工具面。也可以是中心电脑发出的控制指令传给井下可控工具,从而改变井下工具的结构参数。(2)中心电脑放在井下。随钻测量信息传给井下电脑,由井下电脑发出控制指令来控制井下可控工具的工作状态。测量信息同时传给地面计算机进行模拟研究,用来监测井下作业效果。4、全闭环钻井阶段这是钻井技术发展的最高阶段。井下采用智能化钻井系统,地面监控和操作采用规范的自动化系统。地面中心控制计算机控制整个钻井作业系统,井下智能钻井系统则带有独立的井下微电脑。此时,作业人员就可全部或大部分从作业环节中解放出来,从而实现钻井的整体优化。目前离实现全闭环钻井还有一段距离。执行机构测量系统控制系统双向通讯闭环钻井技术的流程框图二、闭环钻井技术的必要条件(4)数据的整体综合解释,主要包括把测量数据解释成有用的参数以指导作业,同时用“人工智能”把全世界范围内的专家经验应用于井场;(5)地面操作控制自动化,把人从钻井作业过程中解放出来;(6)井下操作自动控制,主要是利用“智能”型井下工具和自动的井底钻具组合进行控制。三、实现闭环钻井的核心技术1、先进的导向钻井工具导向钻井系统(2)旋转式导向工具旋转式导向工具是导向作业时钻柱旋转。现有的旋转式导向工具分为两类：①静止式旋转导向工具(即导向工具的导向翼肋相对井壁不转动)；②可调节式的旋转导向工具(即在旋转过程中实现导向)。PowerDrivePrincipleofOperationPowerDriveBiasUnit2、导向方式(2)地质导向在拥有几何导向能力的同时,又能根据随钻测井(LWD)得出的地层岩性、地层层面、油层特点等地质特征参量,随时控制井下轨迹,使钻头沿地层最优位置钻进。在预先并不掌握地层性质特点、层面特征的情况下,实现精确控制。当前导向技术大多是以几何导向为特征。对于一些油层变化不大、油层较厚、对地层性质特点了解较清楚的场合,使用几何导向较适宜。而对于一些地层性质特点了解较少、油层厚度很薄的场合,使用地质导向更为合适。3、参数测量与传输系统随钻地震(SWD)原理4、地面监控系统