摘要：旋转导向钻井工具中姿态校正方法的校正点本身包含各种系统误差,会引入校正矩阵误差,是近垂直姿态下姿态角解算精度低的原因之一.平均均衡校正方法(ABC)可补偿校正矩阵误差,但整体误差并不均匀.以等分角度间距设计校正点,建立一种等角距均衡校正(EABC)模型,推导校正矩阵误差表达式,研究其引起的姿态角误差特征.对多组近垂直姿态的测试数据分别进行传统校正、平均均衡校正和等角距均衡校正,结果表明:等角距均衡校正后,井斜角误差平均值均小于0.012°,井斜角误差峰峰值均小于0.027°;工具面角误差平均值均小于0.008°,工具面角误差的峰峰值和标准差分别降低到平均均衡校正的54%~95%和40%~63%,进一步提高垂直小井斜井段的姿态解算整体精度。

摘要：对旋转导向钻井工艺中钻井液脉冲传输、电缆传输、声波传输、电磁波传输等常用指令传输方式进行了分析,选择钻井液负脉冲传输方式向地下传送地面指令,设计了地面钻井液负脉冲信号下传整体方案。综合考虑指令传输时间短、井下识别准确率高的原则,提出了改变泵排量的三降三升脉冲传输方式,优选出三降三升三进制负脉冲编码组合方式。通过检测发电机电流(频率)变化来实现井下信号接收。室内的实验测试证明,这一方式是可行的,并作为调制式旋转导向工具的一个子系统,开发了完整的指令控制系统软件。

摘要：井眼轨道的设计与监测技术一直是定向钻井中的研究热点。为了描述和计算井眼轨道 ,须建立一定的数学模型 ,目前国内外普遍采用的井眼轨道模型是圆柱螺线模型和空间圆弧模型。然而 ,井眼轨道监控中的核心参数是井斜变化率和方位变化率 ,但以往的井眼轨道模型却不能直接反映出对它们的需求。针对旋转导向钻井的特点 ,提出了一种具有通用性的三维井眼轨道模型。该模型适用于由直线段和圆弧段所组成的各种井身剖面 ,可广泛应用于斜直井、定向井、水平井。

摘要：为了将井眼轨迹以及其他有关的钻井参数用图形和数据三维可视化地显示出来,便于现场工程技术人员直观地掌握和分析钻头所在位置以及井下导向工具对井眼轨迹的控制情况,研制了地面监控和井眼轨迹可视化子系统,该系统是调制式旋转导向钻井系统(MRSS)的指挥中心。可实时监控井下导向工具,控制井眼轨迹按设计的轨迹逼近靶区并中靶。文中介绍了MRSS地面监控子系统的总体设计;在导入设计数据和实时采集MWD上传的实钻数据的基础上,进行了设计井眼和实钻井眼的轨迹描述、轨迹偏差分析和轨迹修正设计、进而计算出MRSS轨迹控制参数及相应的下传控制指令;研究了控制指令下传给井下导向工具的方式并给出最佳指令编码方案。系统的各项功能集成在一个一体化的地面监控和井眼轨迹三维可视化软件系统中,是信息化、智能化钻定向井的创新工程。

摘要：旋转导向是当前油气钻采井下工具导向控制的关键性技术,在长水平段水平井、大位移井、分支井等复杂井结构中应用广泛。钻井液脉冲为旋转导向钻井的主要通讯方式,其传输缓慢、有延迟、易误码等传输特性,使得对通讯编码和传输同步的要求更为严格。另外,为方便现场工程技术人员直观掌握导向头状态和井眼轨迹的控制情况,需要建立有效的地面监控系统。针对这些问题和旋转导向钻井工程中的具体情况,考虑指令传输时间短、井下识别准确率高的原则,设计了旋转导向系统上下位机的通讯协议,并给出下行控制指令编码方案;开发了相应的通讯与控制系统,可实现控制指令下传和钻井参数实时显示,解决了旋转导向钻井设备的软件系统集成问题。系统提供了实际旋转导向控制接口和地面测试接口,满足工程实际要求。

摘要：在旋转导向方式下如何设计测量系统和解决由于钻柱旋转引起的测量精度问题就是旋转导向钻井系统面临的诸多技术难点之一。深入研究了近钻头空间姿态测量系统的结构、原理及安装等问题。对比分析了两种坐标系下测量和计算井眼轨迹参数的优缺点。结果表明，不但能在钻柱旋转过程中测出近钻头处的井斜角、方位角及控制面角，而且可以消除钻柱磁感应对测量结果的影响。

摘要：旋转导向是目前钻井技术的最前沿科技,也是定向钻井领域未来发展的主流方向。获取并展示旋转导向钻井行为对钻井人才培养及实现现场技术再次革新升级均有重大意义。为展示旋转导向钻井行为,基于相似性原理,研制旋转导向钻井轨迹控制特性实验教学装置,装置可展示旋转导向钻井系统的轨迹控制行为和揭示其控制特性,可评价不同导向钻井技术实施效果,提升学生导向钻井作业的工程实践能力,为科研人员揭示轨迹控制机理、开展科研创新提供保障。

摘要：总结了国家863课题"旋转导向三维可控钻井技术研究"的研究工作进展及其在现场试验情况,根据旋转导向钻井技术方面的技术特点,开展了旋转导向偏心工具及导向机构、钻井液脉冲器,井下测量数据传输技术,随钻地质参数测量技术,井下钻井工程参数测量技术4个方面的关键技术研究,研制出了旋转导向钻井工具系统。通过室内模拟试验,验证了该工具系统设计原理的合理性。陆地和海上油田的钻井试验表明,在井斜约60°的大斜度稳斜井段,井斜控制和方位控制都满足控制要求;采用旋转导向钻具组合提高了钻压,最高钻压可达240kN。为"十一五"期间旋转导向钻井工具系统的进一步完善和应用奠定了坚实的工程化基础。

摘要：在钻井过程中,钻头切削岩层、钻柱与井壁的碰撞,必然造成钻井工具的振动,这些振动会在测斜加速度传感器的输出上得到反映,使其不能真实地反映井眼姿态的变化。为及时得到准确的井眼姿态,有必要研究振动条件下传感器的输出规律,进而消除振动的影响。从室内模拟振动实验的原始数据入手,通过Matlab对传感器输出信号进行功率谱密度估计,得出了振动频率与转速的大致关系,并设计了具有针对性的滤波器。通过对实验数据分析处理,振动干扰信号的能量得到大幅衰减,测斜传感器3个敏感轴的输出波动明显减小,提高了姿态测量的准确性,从而验证了该方法在旋转导向系统中是可行的。

摘要：为了开发高性能的旋转导向钻井工具系统,进行了动态指向式旋转导向钻井工具测控系统设计与性能分析。在自行设计的动态指向式旋转导向钻井工具原理样机的基础上,设计了测控系统,分析了其关键技术;通过模拟实际钻井工况,测试分析了测控方案的可行性,检验了测量信号处理与控制算法的有效性。测试结果表明,应用互补滤波算法,能够将工具面角动态测量波动降低84%;采用永磁同步电机电流环、电机转速环、稳定平台对地转速环和稳定平台位置环的四环控制系统,除满足导向钻井的性能指标外,在粘滑度为200%工况下,还可以将系统工具面角波动控制在±5°范围内。研究结果表明,互补滤波算法能够有效提高工具面角的动态测量精度,四环控制系统能够实现工具面角的快速稳定控制,测控性能指标能够满足钻井工程技术要求。