[0022] 圖4是圖1中的液壓?jiǎn)卧氖疽鈭D；
[0023] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的控制方法的流程圖。
[0024] 在圖中，相同的構(gòu)件由相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具包括轉(zhuǎn)動(dòng)的芯軸、設(shè)置在芯軸上的翼肋以及控制翼肋 運(yùn)動(dòng)的控制裝置。芯軸的上游端部與鉆柱相連，下游端部與鉆頭相連以實(shí)現(xiàn)鉆井。翼肋能 夠控制裝置的控制下，借助于在液壓力而凸出芯軸表面或者縮回到芯軸表面以下，在凸出 芯軸表面時(shí)，翼肋會(huì)頂觸井壁而使芯軸偏轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)鉆頭的偏轉(zhuǎn)方向，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向?？刂蒲b置 包括測(cè)量液壓力的液壓傳感器、芯軸轉(zhuǎn)速傳感器，用于測(cè)定所述翼肋的位置的工具面測(cè)量 單元以及處理來(lái)自液壓傳感器和芯軸轉(zhuǎn)速傳感器的數(shù)據(jù)并由此控制翼肋向外凸出的控制 器。在鉆井之前，需要向控制器內(nèi)輸入井眼軌跡，控制器會(huì)根據(jù)井眼軌跡和實(shí)際鉆井情況發(fā) 出指示翼肋凸出的信號(hào)以使得旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具沿著井眼軌跡運(yùn)動(dòng)而完成鉆井。在現(xiàn)有技術(shù) 中，用語(yǔ)"芯軸"通常包括殼體和內(nèi)部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(例如，驅(qū)動(dòng)翼肋運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu))，并且殼體和內(nèi) 部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為同步周向轉(zhuǎn)動(dòng)。應(yīng)當(dāng)理解地是，芯軸還可以是其他類(lèi)型的結(jié)構(gòu)。這些均是本 領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，這里不再贅述。
[0027] 為了實(shí)現(xiàn)精確控制旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的偏轉(zhuǎn)和鉆井精確性，控制器需要根據(jù)井眼軌跡 和鉆井深度在翼肋到達(dá)預(yù)定的凸出到位的角位置Q up之前發(fā)出指示翼肋凸出的信號(hào)，以補(bǔ) 償由液壓傳動(dòng)、設(shè)備信號(hào)響而導(dǎo)致的延遲。
[0028] 圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的控制系統(tǒng)10。如圖1所示，控 制系統(tǒng)10包括控制器11、芯軸轉(zhuǎn)速測(cè)量單元20、液壓?jiǎn)卧?0、工具面測(cè)量單元40以及溫度 測(cè)量單元50。下面將對(duì)控制系統(tǒng)10的各個(gè)組成部分分別進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0029] 如圖2所示,芯軸轉(zhuǎn)速測(cè)量單元20包括磁通門(mén)傳感器21、調(diào)理放大電路22、過(guò)零 比較器23、計(jì)數(shù)器(未示出）。磁通門(mén)傳感器21可以采用單軸磁通門(mén)或雙軸磁通門(mén)，其中單 軸磁通門(mén)的軸線與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的中心軸垂直，雙軸磁通門(mén)的兩個(gè)軸線與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的 中心軸相互正交垂直，在本實(shí)施例中采用了雙軸磁通門(mén)以提高轉(zhuǎn)速測(cè)量精度。圖3顯示了 磁通門(mén)傳感器21輸出信號(hào)(兩個(gè)輸出信號(hào)）經(jīng)調(diào)理放大電路22進(jìn)行調(diào)理放大之后的信號(hào)。 磁通門(mén)每旋轉(zhuǎn)一周會(huì)有兩個(gè)過(guò)零點(diǎn)，過(guò)零比較器23檢測(cè)來(lái)自磁通門(mén)傳感器21的信號(hào)會(huì)發(fā) 過(guò)零點(diǎn)并產(chǎn)生脈沖信號(hào)24,控制器11對(duì)脈沖信號(hào)寬度進(jìn)行檢測(cè)并且計(jì)數(shù)器對(duì)這些脈沖信 號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)從而計(jì)算出芯軸轉(zhuǎn)速ω。為了提高精度，可采用兩個(gè)輸出信號(hào)的η個(gè)脈沖寬度 Atn進(jìn)行計(jì)算，則芯軸轉(zhuǎn)速
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，其包括轉(zhuǎn)動(dòng)的芯軸以及能在液壓力下凸出所述芯軸表面并頂觸 井壁而使所述芯軸偏轉(zhuǎn)的翼肋，測(cè)量驅(qū)動(dòng)所述翼肋運(yùn)動(dòng)的液壓力的液壓傳感器、芯軸轉(zhuǎn)速 傳感器、用于測(cè)定所述翼肋的位置的工具面測(cè)量單元以及處理來(lái)自所述液壓傳感器、芯軸 轉(zhuǎn)速傳感器和工具面測(cè)量單元的數(shù)據(jù)并由此控制所述翼肋向外凸出的控制器， 在鉆井期間，所述控制器根據(jù)所述翼肋預(yù)定凸出到位的角位置eup，所述芯軸的角速度 ?、所述翼肋在液壓力作用下從原始位置到凸出到位所需要的時(shí)間T來(lái)計(jì)算出指示所述翼 肋開(kāi)始凸出時(shí)的翼肋的角位置estart。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，其特征在于，以弧度來(lái)計(jì)算，所述角位置 0start=2Ji - Tc〇±0，其中0是角位置補(bǔ)償。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，其特征在于，在鉆井之前，預(yù)先設(shè)定所述芯軸 的轉(zhuǎn)速最大變化量A 、最大液壓力Pniax、最小液壓力Pniin以及當(dāng)液壓力P大于P niax或小 于Pmin之外時(shí)的角位置補(bǔ)償Q1, 在使用所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具實(shí)施偏轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)所述芯軸轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量所述芯軸的轉(zhuǎn)速 變化量A ?，當(dāng)所述芯軸的轉(zhuǎn)速變化量A ?小于A COmax，并且液壓力P處于Pmax和Pmin之 間時(shí)，角位置補(bǔ)償9等于零。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，其特征在于，當(dāng)所述液壓力P小于Pmin時(shí)，所 述角位置補(bǔ)償Q = Q1，角位置estot=2n - Tco - 0。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，其特征在于，當(dāng)所述液壓力P恒小于Pmin時(shí)， 則系統(tǒng)故障。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，其特征在于，當(dāng)所述液壓力P大于Pmax時(shí)，所 述角位置補(bǔ)償Q = Q1，角位置estot=2n - Tco+0。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，其特征在于，當(dāng)所述液壓力P恒大于Pmax時(shí)， 則系統(tǒng)故障。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2到7中任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具 還包括用于控制液壓流體流動(dòng)的液體導(dǎo)流器件， 在所述控制器內(nèi)預(yù)設(shè)置了所述液體導(dǎo)流器件受溫度t的影響而對(duì)所述控制器指令響 應(yīng)延遲產(chǎn)生的角位置補(bǔ)償0t，所述角位置補(bǔ)償0還包括角位置補(bǔ)償0t。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，其特征在于，角位置補(bǔ)償0,大于或等于所述 角位置補(bǔ)償Q115
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，其特征在于，所述控制液壓流體流動(dòng)的 液體導(dǎo)流器件為電磁閥。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2到10中任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，其特征在于，當(dāng)所述芯軸的轉(zhuǎn) 速變化量大于或等于時(shí)，所述控制器不指令所述翼肋凸出。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，包括轉(zhuǎn)動(dòng)的芯軸以及能在液壓力下凸出芯軸表面并頂觸井壁而使芯軸偏轉(zhuǎn)的翼肋，測(cè)量驅(qū)動(dòng)翼肋運(yùn)動(dòng)的液壓力的液壓傳感器、芯軸轉(zhuǎn)速傳感器、用于測(cè)定翼肋的位置的工具面測(cè)量單元以及處理來(lái)自液壓傳感器、芯軸轉(zhuǎn)速傳感器和工具面測(cè)量單元的數(shù)據(jù)并由此控制翼肋向外凸出的控制器。在鉆井期間，控制器根據(jù)翼肋預(yù)定凸出到位的角位置θup，芯軸的角速度ω、翼肋在液壓力作用下從原始位置到凸出到位所需要的時(shí)間T來(lái)計(jì)算出指示翼肋開(kāi)始凸出時(shí)的翼肋的角位置θstart。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，這種旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具能夠精確地確定翼肋開(kāi)始凸出時(shí)的翼肋的角位置θstart，從而提高了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井精度。
【IPC分類(lèi)】E21B44-00, E21B7-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104747079
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310750643
【發(fā)明人】肖紅兵, 楊錦舟, 韓來(lái)聚, 李作會(huì), 楊全進(jìn), 朱杰然, 楊寧寧, 董廣華, 馬海
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油化工集團(tuán)公司, 中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2013年12月31日