[发明专利]一种旋转导向工具地面指令下传系统及方法

说明书

本公开公开了一种旋转导向式地面指令下传系统，包括编码模块、控制模块、检测模块和信号处理模块；所述编码模块，用于将地面控制指令编码为二进制码，二进制码经信号调制成码元序列，依据码元序列确定钻具的设定旋转转速；所述控制模块，用于通过顶驱装置控制钻具依照设定旋转转速进行作业；所述检测模块，用于通过磁通门高速采集轴向瞬时的磁场信号，获得周期信号；所述信号处理模块，用于将采集的周期信号依次通过滤波处理和解码处理，还原地面控制指令；本公开能够在提高现场施工效率且不需要增加设备和费用的情况下，实现地面指令高速下传给井下工具。

技术领域

本公开属于石油钻井技术领域，尤其涉及一种旋转导向式地面指令下传系统及方法。

背景技术

在石油钻井过程中，地面控制系统与井下工具之间高速发展的双向通讯技术，是加快钻井工程迈向自动化进程的必要环节，对复杂工况条件下实现智能钻井有着重要作用。其中下行通讯技术承担着向井下工具发送地面控制指令的工作，是实现井下工具自动操作的关键部分，这种控制指令信息一般包括方位角、井斜角和工具面角等。

自石油勘探开采以来，信息通讯方式主要有四种：绝缘导线、电磁波、声波和泥浆脉冲，从传输深度、传输速率、可靠性和开发成本考虑，目前泥浆脉冲的传输方式应用最为广泛。目前用于地面指令下传的方法主要有以下三种：(1)将下传指令进行特定编码，再将编码信号转换为通过有规律地提举和下放钻杆，使井下振动传感器能感知的振动信号，从而实现地面指令的下传；(2)将旋转导向钻井工具停止钻进作业，再通过泥浆泵的“关”、“开”以形成“1”、“0”的泥浆脉冲信号，以开关泵的时间进行信号编码进行下传；(3)采用立管对流通的泥浆进行一定流量的分流以产生泥浆脉冲信号，再配以特定的时间间隔对其进行编码，最后通过井下涡轮发电机检测流量压力变化并经井下信号处理单元进行解码处理，从而实现指令的下传。

第一种指令下传方法和第二种指令下传方法均需要让旋转导向钻井工具停止钻进，才能进行指令的下传，这样会造成钻井作业时间延长，效率降低，并增加钻井的作业成本。同时，钻井工具振动和开关泵的操作会在一定程度上增加钻进时卡钻或井塌等井下事故的概率。因此，目前基本上已经完全摒弃了前两种指令下传的方法。实际钻井过程中，采用第三种指令下传方法需要在井场增加立管泥浆分流装置，采用高压软管与立管和泥浆池连接，从而达到泥浆分流的作用。因此，第三种指令下传方法的主要缺点是：增加了设备和费用，同时增加了现场工程师的工作量；并且设备后续的维护保养也增加了成本和工作量。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种旋转导向式地面指令下传系统及方法，本公开能够在提高现场施工效率且不需要增加设备和费用的情况下，实现地面指令高速下传给井下工具。

为了实现上述目的，第一方面，本公开提出了一种旋转导向式地面指令下传系统，采用如下技术方案：

一种旋转导向式地面指令下传系统，包括编码模块、控制模块、检测模块和信号处理模块；

所述编码模块，用于将地面控制指令编码为二进制码，二进制码经信号调制成码元序列，依据码元序列确定钻具的设定旋转转速；

所述控制模块，用于通过顶驱装置控制钻具依照设定旋转转速进行作业，以便井下检测模块中的传感器能够准确获得检测信号；

所述检测模块，用于通过磁通门高速采集轴向瞬时的磁场信号，获得周期信号；

所述信号处理模块，用于将采集的周期信号依次通过滤波处理和解码处理，还原地面控制指令。

进一步的，所述编码模块包括编码单元和调制单元；

所述编码单元，用于将预先设置的地面控制指令依据指令对照表确定下传的二进制码；

所述调制单元，用于确定二进制码序列与钻具旋转转速的对应规则，所述码元序列与旋转导向工具中钻具的旋转转速一一对应。