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一种滑动导向钻井工具面自适应控制方法

已有 414 次阅读 2019-7-11 17:34 |系统分类:博客资讯



滑动导向钻井是一种水平井或定向井施工时采用的导向钻进方法,主要是利用高效钻头、井底动力钻具(螺杆马达)和无线随钻泥浆脉冲测量技术(MWD),并用一定的送钻加压方式,以使钻杆滑动、钻头向前进,从而实现定向钻进

滑动导向钻井是一种定向钻井的常用技术,其特点在于

1、在进行滑动导向钻井时,钻柱不旋转,部分钻柱贴靠井壁摩阻较大。尤其在大角度斜井或水平井大位移井中,井眼底边有岩屑存在,既增大了钻柱与井壁的摩阻,又导致井眼净化不良;且导向钻具弯角越大摩阻越大

2、钻进时,整个钻柱向下滑动。由于摩阻而减小了实际施加在钻头上的有效钻压,并减小了导向马达可用于旋转钻头的有效功率,因此钻速较低(与旋转导向钻井相比),在井深超过3000m后难以使用

3由于旋转导向技术目前主要由国外油服公司如斯伦贝谢等把持,无法技术转让或直接购买,且租用价格十分昂贵,因此滑动导向技术仍是国内钻井的主流选择。

考虑到旋转导向价格昂贵,因此若能采用自动控制技术提高滑动导向钻井的工作效率,并拓展其钻进深度,即可实现降本增效的目的

为了提高滑动导向钻井的效率,国外公司已开发出顶驱振荡、水力振荡器等技术来减小摩阻、增大钻压


Schlumberger Slider-Plus 系统


NOV Agitator 系统


NOV Fluid-Hammer系统

如何研究滑动导向钻井的控制问题实际钻井的井下受力情况十分复杂,以往的研究大多是使用静力学对其进行分析,得到的计算和仿真结果与实际有一定差距。目前随着大规模计算技术的快速发展,钻井动力学仿真技术已经逐渐成为石油钻井的热门研究方向(如Adams正在开发其钻井仿真模块),其主要难点在于:

1) 钻柱系统长达数公里,有限元计算时的自由度极大;

2) 井下存在各种摩擦接触,建模难度大;

3) 由钻井液带来的流固耦合问题;

4) 大规模计算的效率问题。

目前,清华大学与中国海洋石油公司已基于清华大学Insides动力学求解器联合开发了一款钻井动力学与控制仿真软件MyDrill,利用ALE有限元方法大大提高了钻井动力学仿真的效率,并开发了多种控制算法,可用于滑动导向钻井的动力学控制与仿真,并指导实际钻井现场:




滑动导向钻井动力学仿真

    滑动导向钻井工具面自动控制:本文为了提高滑动导向钻井过程中工具面调整的效率,提出了一种具有自适应性的工具面动态控制方法。该方法利用钻井稳定性冗余、快速性不足的特点,采用微分正反馈控制律以其调整速度,并利用自适应方法对模型参数进行在线辨识,实时修正控制参数。最后通过动力学与控制仿真验证了该方法能实现工具面角无超调无稳态误差的快速响应,且能根据参数辨识结果自动调整控制参数,无需依赖司钻经验, 从而有效提高滑动导向钻井的工具面调整效率。


引用格式:钟晓宇, 刘佳鹏, 陆秋海, 程载斌. 一种滑动导向钻井工具面自适应控制方法. 自动化学报, 2019, 45(6): 1044-1054. 


链接:http://html.rhhz.net/ZDHXBZWB/html/2019-6-1044.htm


作者简介:


钟晓宇, 清华大学航天航空学院博士研究生. 主要研究方向为钻井动力学与控制.本文通信作者. E-mail: zxy890516@126.com


刘佳鹏, 清华大学航天航空学院博士研究生. 主要研究方向为多体动力学系统动力学建模与仿真. E-mail: liujp13@mails.tsinghua.edu.cn


陆秋海, 清华大学航天航空学院教授. 主要研究方向为结构损伤动力学识别方法,振动辨识与控制. E-mail: luqh@tsinghua.edu.cn


程载斌, 博士, 中海油研究总院高级工程师. 主要研究方向为钻井系统动力学.

E-mail: chengzb@cnooc.com.cn




http://blog.sciencenet.cn/blog-3291369-1189096.html

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