[发明专利]一种控制石油天然气钻井减小钻柱粘滞阻力的方法

权利要求书

1.一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：包括采用顶驱装置驱动钻柱按照设定的旋转方式正向和反向旋转的方法；其中，所述正向和反向旋转的方法的具体操作过程包括以下步骤：

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数字量信号形式馈送到地面控制器，立管泵压也以数字量信号形式馈送到地面控制器，配合顶驱监控的上部钻柱扭矩，通过控制顶驱主轴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；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；

其中所述顶驱用于为钻柱提供旋转动力，测量并反馈上部钻柱的实时扭矩；对于交流变频顶驱实施方案，上部钻柱的扭矩通过测量电流得到；对于液压顶驱实施方案，则通过压力传感器测得；

导向工具用于产生导向马达的工具面角信号；所述MWD中定向传感器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；

Sliding控制系统是指预装基于所述正向和反向旋转的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，从而达到减小钻柱粘滞阻力的目的；

司钻控制台在必要时切出Sliding控制系统，恢复正常钻井；

工具面角、方位角、井斜和立管泵压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；

所述PLC控制器还同时接收来自所述Sliding控制系统的用户输入信息；所述Sliding控制系统通过司钻台的预留接口与顶驱PLC进行实时通讯；提供了导向信息监测、滑动钻进参数设置、滑动控制功能，以及公英制单位转换、多语言界面切换的辅助功能；通过辅助功能，允许用户配置滑动控制参数，控制顶驱按照设定的转速和扭矩限定值正向、反向转动主轴及下接钻柱，同时监测扭矩输出值、工具面角、方位角、井斜、立管泵压实时数据，实现在保持工具面不变的前提下，有效减小钻柱与井壁间的摩擦阻力，平稳钻压；

所述Sliding控制系统的具体操作方式分为手动模式或自动模式，其中所述手动模式的具体操作方法如下：在正转控制过程中，点选【手动启动】→【正转】，按钮变为绿色，顶驱主轴按照设定的“正向扭矩”和“正向转速”旋转主轴，到达设定“圈数”和/或“角度”后，刹车自动抱死，顶驱停止运转；点击【手动停止】，按钮变为红色，切出手动滑动控制模式；手动模式下的反转控制过程与正转控制过程类似；

所述自动模式的具体操作方法如下：在自动模式下，所述Sliding控制系统根据设定的参数按照程序流程控制顶驱主轴正向和反向转动，具体控制过程如下：

第一步，点击【自动启动】按钮，按钮背景变为绿色；此时，所述Sliding控制系统总是先检查正向次数”，当其设定值大于零时，进入正向周期的第一个正向循环，所述Sliding控制系统按照以下步骤自动控制顶驱主轴旋转；

第二步，延迟“停止时间”后，顶驱主轴根据“设定圈数”和/或“设定角度”正向旋转，到达设定位置或扭矩限幅后，根据设定的“保持时间”保持静止；

第三步，反向旋转相同圈数和/或角度回到初始位置；

第四步，进入下一个正向循环，重复第二步和第三步的过程，直到达到设定的“正向次数”，正向周期结束；所述Sliding控制系统检查“反向次数”的设定值，当其值为零时，进入下一个正向周期，重复第二步和第三步，直到点击【自动停止】，按钮变为红色，切出自动控制模式；当其值大于零时，进入第五步；

第五步，顶驱主轴根据“设定圈数”和/或“设定角度”反向旋转，到达设定位置或扭矩限幅后，根据设定的“保持时间”保持静止；

第六步，正向旋转相同圈数和/或角度回到初始位置，根据设定的“停止时间”保持静止；

第七步，进入下一个反向循环，重复第五步和第六步的过程，直到达到设定的“反向次数”，反向周期结束；

第八步，重复第二步到第七步的过程，直到点击【自动停止】，按钮变为红色，切出自动控制模式。