[发明专利]一种井下定向动力钻具工具面动态控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种井下定向动力钻具工具面动态控制系统，其特征在于：它包括一套工具面解码系统、一套动态工具面控制系统、一套顶驱/转盘伺服和制动系统、一套顶驱/转盘角度传感系统和一套顶驱/转盘角度信号处理系统；所述工具面解码系统的输入端连接钻井系统中的MWD系统压力信号传感器，输出端连接所述动态工具面控制系统，所述动态工具面控制系统预置在监控计算机中，所述动态工具面控制系统的输出端连接所述顶驱/转盘伺服和制动系统，所述顶驱/转盘伺服和制动系统连接顶驱/转盘和所述顶驱/转盘角度传感系统，所述顶驱/转盘角度传感系统的输出端连接所述顶驱/转盘角度信号处理系统，所述顶驱/转盘角度信号处理系统的输出端连接所述动态工具面控制系统；其中，MWD表示随钻测量。

2.如权利要求1所述的一种井下定向动力钻具工具面动态控制系统，其特征在于：钻井动力系统为顶驱情况下的设置：钻头连接弯角式造斜动力钻具，所述弯角式造斜动力钻具连接随钻测量系统，所述随钻测量系统连接钻杆，所述钻杆上端穿过钻台，所述钻杆顶部连接顶驱，所述顶驱上设置顶驱角度传感器，所述顶驱连接立管，所述立管上设置MWD系统压力信号传感器；所述MWD系统压力信号传感器连接工具面解码系统，所述顶驱连接顶驱伺服和制动系统，所述顶驱角度传感器连接顶驱角度信号处理系统，所述工具面解码系统、顶驱伺服和制动系统、顶驱角度信号处理系统均连接所述动态工具面控制系统。

3.如权利要求1所述的一种井下定向动力钻具工具面动态控制系统，其特征在于：钻井动力系统为转盘情况下的设置：钻头连接弯角式造斜动力钻具，所述弯角式造斜动力钻具连接随钻测量系统，所述随钻测量系统连接钻杆，所述钻杆上端连接方钻杆，所述方钻杆穿过安装在钻台上的转盘，所述转盘上设置有转盘角度传感器，所述方钻杆上端连接水龙头，所述水龙头上端连接立管，所述立管上安装MWD系统压力信号传感器，所述MWD系统压力信号传感器连接工具面解码系统，所述转盘连接转盘伺服和制动系统，所述转盘角度传感器连接转盘角度信号处理系统，所述工具面解码系统、转盘伺服和制动系统、转盘角度信号处理系统均连接所述动态工具面控制系统。

4.一种如权利要求1～3任一项所述的井下定向动力钻具工具面动态控制系统的控制方法，其包括以下步骤：

1)钻井系统中的MWD系统压力信号传感器采集井下MWD信号，并将采集到的井下MWD信号传送给工具面解码系统，工具面解码系统根据接收到的井下MWD信号，求解出井下工具面信息，并将井下工具面信息传递给动态工具面控制系统；

2)动态工具面控制系统将接收到的井下工具面信息进行解码，并进行逻辑判断，判断是否超出动态工具面控制系统中设定的阈值：如果不超出设定阈值，则不采取调整措施，继续钻进；如果超出设定阈值，则启动顶驱/转盘伺服和制动系统中的伺服系统；

3)顶驱/转盘伺服和制动系统中的伺服系统调整顶驱/转盘的角度，此时，顶驱/转盘角度传感系统将顶驱/转盘的角度值反馈给顶驱/转盘角度信号处理系统，顶驱/转盘角度信号处理系统将反馈信号进行信号处理，传给动态工具面控制系统；

4)动态工具面控制系统判断顶驱/转盘当前的角度值是否达到设定的角度值，如果没有达到设定的角度值，则返回步骤3)，顶驱/转盘伺服和制动系统中的伺服系统继续调整顶驱/转盘的角度；如果达到设定的角度值，则启动顶驱/转盘伺服和制动系统中的制动系统；

5)顶驱/转盘伺服和制动系统中的制动系统制动顶驱/转盘，实现刹车，锁定工具面并继续钻进；

6)返回步骤1)，工具面解码系统持续接收井下MWD信号，实时跟踪井下工具面情况，对井下工具面进行动态调整控制。

5.如权利要求4所述的一种井下定向动力钻具工具面动态控制系统的控制方法，其适用于钻进动力系统为顶驱/转盘时：设定初始工具面、动态控制工具面和消除滑动钻进期间的钻压滞后效应，三种工作状态。