一種地面指令下傳方法和系統與流程
2023-06-01 16:39:11
本發明涉及石油鑽井技術，尤其涉及一種地面指令下傳方法和系統。
背景技術：
在石油鑽井作業中，旋轉導向鑽井工具已經廣泛應用於石油勘探開發作業中。現有的用於地面指令下傳的方法主要有兩種：(1)是先使旋轉導向鑽井工具停止鑽進，然後通過「關」和「開」泥漿泵以形成「0」和「1」的泥漿脈衝，再通過與「開」和「關」泥漿泵的時間相結合進行編碼，形成特定的編碼以便進行地面指令的下傳；(2)通過對立管泥漿進行一定流量和一定時間的分流，使得井下渦輪發電機渦輪轉速發生周期性變化，從而實現地面指令的編碼，再由渦輪發電機控制電路檢測並解出這個編碼，並傳遞給旋轉導向工具控制電路，從而實現控制旋轉導向工具的功能。
第一種指令下傳方法的主要缺點是：必須要讓旋轉導向鑽井工具停止鑽進，才能進行指令的下傳，這樣做會造成鑽井作業時間延長，效率降低，作業成本增加。而且當泥漿泵停泵後，旋轉導向鑽井工具鑽進時產生的巖屑會由於停泵而逐漸沉積，附著在工具表面，當鑽進時可能會引起卡鑽等井下事故。
第二種指令下傳方法需要在井場增加立管泥漿分流裝置，並用高壓軟管與立管和泥漿池連接，將泥漿從立管中分出，通過立管泥漿分流裝置再回到泥漿池中。再用電纜將立管泥漿分流裝置與控制室連接，實現現場工程師對立管泥漿分流裝置的遠程控制。因此，第二種指令下傳方法的主要缺點是：增加了設備和費用，也增加了現場工程師的工作量；並且在完成井上作業後，還需要儀修工程師對設備進行維護保養，也增加了成本和工作量。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本發明實施例提出了一種地面指令下傳方法和系統，能夠在不需要關停泥漿泵和不需要增加現場操作設備、人員和工時的情況下，實現將地面指令傳遞給旋轉導向工具。
為了達到上述目的，本發明實施例提出了一種地面指令下傳方法，該方法包括：
根據預先設置的第一下傳指令對照表確定地面要下傳的指令所對應的編碼，並根據該編碼確定地下旋轉導向工具中鑽具的旋轉速度；
根據該旋轉速度控制鑽具進行旋轉；
檢測鑽具根據該旋轉速度旋轉時產生的向心加速度；
根據預先設置的第二下傳指令對照表確定向心加速度對應的編碼，根據該編碼和第一下傳指令對照表確定地面要下傳的指令。
可選地，該編碼為二進位碼；第一下傳指令對照表包括：地面要下傳的指令與二進位碼的對應關係，以及二進位碼與鑽具的旋轉速度的對應關係；其中，第一下傳指令對照表中的每條指令各不相同，不同的指令對應不同的二進位碼，不同的二進位碼對應不同的旋轉速度；或者，
該編碼為預定的基礎速度V的正整數倍，該基礎速度V的正整數倍為鑽具的旋轉速度，第一下傳指令對照表包括：地面要下傳的指令與基礎速度V的不同的正整數倍的對應關係；其中，第一下傳指令對照表中的每條指令各不相同，不同的指令對應基礎速度V的不同的正整數倍。
可選地，當該編碼為二進位碼時，二進位碼與鑽具的旋轉速度的對應關係是指：
第一下傳指令對照表中的每個二進位碼對應一種旋轉速度的設置，其中，旋轉速度的設置中包括速度大小的設置和旋轉方向的設置。
可選地，
當該編碼為二進位碼時，第二下傳指令對照表包括：第一下傳指令對照表中的每個二進位碼與鑽具的向心加速度的對應關係。其中，第二下傳指令對照表中的每個二進位碼各不相同，不同的二進位碼對應不同的向心加速度。
在預先設置第二下傳指令對照表之前，對於第一下傳指令對照表中的每個二進位碼進行以下處理：先根據第一下傳指令對照表確定二進位碼對應的鑽具的旋轉速度，根據該旋轉速度計算鑽具的向心加速度，並將計算出的向心加速度與二進位碼一一對應，將其對應關係保存在第二下傳指令對照表中。
當該編碼為預定的基礎速度V的正整數倍時，第二下傳指令對照表包括：第一下傳指令對照表中的基礎速度V的正整數倍與鑽具的向心加速度的大小的對應關係；其中，第二下傳指令對照表中的每個基礎速度V的正整數倍各不相同，不同的基礎速度V的正整數倍對應不同的向心加速度的大小。
在預先設置第二下傳指令對照表之前，對於第一下傳指令對照表中的每個基礎速度V的正整數倍進行以下處理：根據每個基礎速度V的正整數倍計算鑽具的向心加速度的大小，並將計算出的向心加速度的大小與每個基礎速度V的正整數倍一一對應，將其對應關係保存在第二下傳指令對照表中。
可選地，檢測鑽具根據旋轉速度旋轉時產生的向心加速度包括：採集向心加速度信號，對採集的軸向加速度信號進行濾波、放大以及模數轉換，獲得軸向加速度。
本發明實施例還提出一種地面指令下傳系統，該系統包括：
編碼模塊，用於根據預先設置的第一下傳指令對照表確定地面要下傳的指令所對應的編碼，並根據該編碼確定地下旋轉導向工具中鑽具的旋轉速度。
控制模塊，用於根據該旋轉速度控制鑽具旋轉。
檢測模塊，用於檢測鑽具根據該旋轉速度旋轉時產生的向心加速度。
解碼模塊，用於根據預先設置的第二下傳指令對照表確定向心加速度對應的編碼，根據該編碼和第一下傳指令對照表確定地面要下傳的指令。
可選地，
該編碼為二進位碼；第一下傳指令對照表包括：地面要下傳的指令與二進位碼的對應關係，以及二進位碼與鑽具的旋轉速度的對應關係。其中，第一下傳指令對照表中的每條指令各不相同，不同的指令對應不同的二進位碼，不同的二進位碼對應不同的旋轉速度；或者，
該編碼為預定的基礎速度V的正整數倍，基礎速度V的正整數倍為鑽具的旋轉速度，第一下傳指令對照表包括：地面要下傳的指令與基礎速度V的不同的正整數倍的對應關係；其中，第一下傳指令對照表中的每條指令各不相同，不同的指令對應基礎速度V的不同的正整數倍。
可選地，當該編碼為二進位碼時，二進位碼與鑽具的旋轉速度的對應關係是指：
第一下傳指令對照表中的每個二進位碼對應一種旋轉速度的設置，其中，旋轉速度的設置中包括速度大小的設置和旋轉方向的設置。
可選地，
當該編碼為二進位碼時，第二下傳指令對照表包括：第一下傳指令對照表中的每個二進位碼與鑽具的向心加速度的對應關係。其中，第二下傳指令對照表中的每個二進位碼各不相同，不同的二進位碼對應不同的向心加速度。
在預先設置第二下傳指令對照表之前，對於第一下傳指令對照表中的每個二進位碼進行以下處理：先根據第一下傳指令對照表確定二進位碼對應的鑽具的旋轉速度，根據該旋轉速度計算鑽具的向心加速度，並將計算出的向心加速度與二進位碼一一對應，將其對應關係保存在第二下傳指令對照表中。
當該編碼為預定的基礎速度V的正整數倍時，第二下傳指令對照表包括：第一下傳指令對照表中的基礎速度V的正整數倍與鑽具的向心加速度的大小的對應關係；其中，第二下傳指令對照表中的每個基礎速度V的正整數倍各不相同，不同的基礎速度V的正整數倍對應不同的向心加速度的大小。
在預先設置第二下傳指令對照表之前，對於第一下傳指令對照表中的每個基礎速度V的正整數倍進行以下處理：根據每個基礎速度V的正整數倍計算鑽具的向心加速度的大小，並將計算出的向心加速度的大小與每個基礎速度V的正整數倍一一對應，將其對應關係保存在第二下傳指令對照表中。
可選地，檢測鑽具根據旋轉速度旋轉時產生的向心加速度包括：採集向心加速度信號，對採集的向心加速度信號進行濾波、放大以及模數轉換，獲得向心加速度。
與現有技術相比，本發明實施例包括：根據預先設置的第一下傳指令對照表確定地面要下傳的指令所對應的編碼，並根據該編碼確定地下旋轉導向工具中鑽具的旋轉速度；根據該旋轉速度控制鑽具進行旋轉；檢測鑽具根據該旋轉速度旋轉時產生的向心加速度；根據預先設置的第二下傳指令對照表確定向心加速度對應的編碼，根據該編碼和第一下傳指令對照表確定地面要下傳的指令。通過本發明實施例的方案，能夠在不需要關停泥漿泵和不需要增加現場操作設備、人員和工時的情況下，實現將地面指令傳遞給旋轉導向工具。
附圖說明
下面對本發明實施例中的附圖進行說明，實施例中的附圖是用於對本發明的進一步理解，與說明書一起用於解釋本發明，並不構成對本發明保護範圍的限制。
圖1為本發明實施例的地面指令下傳方法流程圖；
圖2為本發明實施例的地面指令下傳系統框圖。
具體實施方式
為了便於本領域技術人員的理解，下面結合附圖對本發明作進一步的描述，並不能用來限制本發明的保護範圍。
本發明實施例對地下旋轉導向工具中鑽具的旋轉速度進行控制，使儀器產生的向心加速度隨之變化，實現地面指令的編碼。井下儀器通過測量向心加速度的大小變換，實現解碼，從而實現地面指令的下傳功能。本發明實施例在於不需要關停泥漿泵和不需要增加現場操作設備、人員和工時的情況下，實現將地面指令傳遞給旋轉導向工具，從而實現對旋轉導向工具的控制。
具體地，本發明實施例提出了一種地面指令下傳方法，如圖1所示，該方法包括：
S101、根據預先設置的第一下傳指令對照表確定地面要下傳的指令所對應的編碼，並根據該編碼確定地下旋轉導向工具中鑽具的旋轉速度。
可選地，該編碼為二進位碼；第一下傳指令對照表包括：地面要下傳的指令與二進位碼的對應關係，以及二進位碼與鑽具的旋轉速度的對應關係。其中，第一下傳指令對照表中的每條指令各不相同，不同的指令對應不同的二進位碼，不同的二進位碼對應不同的旋轉速度。或者，
該編碼為預定的基礎速度V的正整數倍，該基礎速度V的正整數倍為鑽具的旋轉速度，第一下傳指令對照表包括：地面要下傳的指令與基礎速度V的不同的正整數倍的對應關係；其中，第一下傳指令對照表中的每條指令各不相同，不同的指令對應基礎速度V的不同的正整數倍。
可選地，當該編碼為二進位碼時，二進位碼與鑽具的旋轉速度的對應關係是指：
第一下傳指令對照表中的每個二進位碼對應一種旋轉速度的設置，其中，旋轉速度的設置中包括速度大小的設置和旋轉方向的設置。
在本發明的實施例中，每個二進位碼對應一種旋轉速度的設置，比如「0001」對應旋轉速度為2000轉/分，旋轉方向為正時針；「0010」對應旋轉速度為2000轉/分，旋轉方向為逆時針；「0011」對應旋轉速度為2500轉/分，旋轉方向為正時針；「0100」對應旋轉速度為2500轉/分，旋轉方向為逆時針。
需要說明的是，本發明實施例方案中為了有利於機器識別以及實現自動化操作，在指令對照表中加入了編碼，即，先將不同的指令與二進位碼相對應(這裡也可以選擇其它可行的編碼形式，如採用「0」和「1」進行編碼)，再將二進位碼與旋轉速度相對應，以及下述的，先將向心加速度與二進位碼相對應，再將二進位碼與地面下傳指令相對應。在其它實施例中，地面下傳指令可以直接與旋轉速度相對應，如本發明實施例中該編碼可以為預定的基礎速度V的正整數倍時的方案；向心加速度也可以直接與地面下傳指令相對應。
S102、根據該旋轉速度控制鑽具進行旋轉。
S103、檢測鑽具根據該旋轉速度旋轉時產生的向心加速度。
可選地，檢測鑽具根據旋轉速度旋轉時產生的向心加速度包括：採集向心加速度信號，對採集的軸向加速度信號進行濾波、放大以及模數轉換，獲得軸向加速度。
在本發明的實施例中，通過與旋轉導向工具的鑽具同軸安裝的位於地下的加速度傳感器檢測鑽具旋轉時產生的向心加速度。並通過安裝於旋轉導向工具中的加速度傳感器信號採集電路採集向心加速度信號，並對採集的向心加速度信號進行濾波、放大以及模數轉換，獲得向心加速度。
S104、根據預先設置的第二下傳指令對照表確定向心加速度對應的編碼，根據該編碼和第一下傳指令對照表確定地面要下傳的指令。
可選地，當該編碼為二進位碼時，第二下傳指令對照表包括：第一下傳指令對照表中的每個二進位碼與鑽具的向心加速度的對應關係。其中，第二下傳指令對照表中的每個二進位碼各不相同，不同的二進位碼對應不同的向心加速度。
在預先設置第二下傳指令對照表之前，對於第一下傳指令對照表中的每個二進位碼進行以下處理：先根據第一下傳指令對照表確定二進位碼對應的鑽具的旋轉速度，根據該旋轉速度計算鑽具的向心加速度，並將計算出的向心加速度與二進位碼一一對應，將其對應關係保存在第二下傳指令對照表中。
具體地，根據預先設置的第二下傳指令對照表確定向心加速度對應的編碼，根據該編碼和第一下傳指令對照表確定地面要下傳的指令是指：
將向心加速度與預先設置的所述第二下傳指令對照表相比較，根據第二下傳指令對照表中的每個二進位碼與鑽具的向心加速度的對應關係，獲得向心加速度對應的二進位碼，將該二進位碼與第一下傳指令對照表相比較，根據第一下傳指令對照表中的地面要下傳的指令與二進位碼的對應關係獲得地面要下傳的指令。
當該編碼為預定的基礎速度V的正整數倍時，第二下傳指令對照表包括：第一下傳指令對照表中的基礎速度V的正整數倍與鑽具的向心加速度的大小的對應關係；其中，第二下傳指令對照表中的每個基礎速度V的正整數倍各不相同，不同的基礎速度V的正整數倍對應不同的向心加速度的大小。
在預先設置第二下傳指令對照表之前，對於第一下傳指令對照表中的每個基礎速度V的正整數倍進行以下處理：根據每個基礎速度V的正整數倍計算鑽具的向心加速度的大小，並將計算出的向心加速度的大小與每個基礎速度V的正整數倍一一對應，將其對應關係保存在第二下傳指令對照表中。
具體地，根據預先設置的第二下傳指令對照表確定向心加速度對應的編碼，根據該編碼和第一下傳指令對照表確定地面要下傳的指令是指：
將向心加速度的變化時間長度與預先設置的所述第二下傳指令對照表相比較，根據第二下傳指令對照表中的基礎速度V的正整數倍與鑽具的向心加速度的大小的對應關係，獲得向心加速度的大小對應的基礎速度V的不同的正整數倍，將每個基礎速度V的正整數倍與第一下傳指令對照表相比較，根據第一下傳指令對照表中的地面要下傳的指令與基礎速度V的不同的正整數倍的對應關係獲得地面要下傳的指令。
本發明實施例還提出一種地面指令下傳系統，如圖2所示，該系統包括：
編碼模塊01，用於根據預先設置的第一下傳指令對照表確定地面要下傳的指令所對應的編碼，並根據該編碼確定地下旋轉導向工具中鑽具的旋轉速度。
控制模塊02，用於根據該旋轉速度控制鑽具旋轉。
檢測模塊03，用於檢測鑽具根據該旋轉速度旋轉時產生的向心加速度。
解碼模塊04，用於根據預先設置的第二下傳指令對照表確定向心加速度對應的編碼，根據該編碼和第一下傳指令對照表確定地面要下傳的指令。
可選地，該編碼為二進位碼；第一下傳指令對照表包括：地面要下傳的指令與二進位碼的對應關係，以及二進位碼與鑽具的旋轉速度的對應關係。其中，第一下傳指令對照表中的每條指令各不相同，不同的指令對應不同的二進位碼，不同的二進位碼對應不同的旋轉速度。或者，
該編碼為預定的基礎速度V的正整數倍，該基礎速度V的正整數倍為鑽具的旋轉速度，第一下傳指令對照表包括：地面要下傳的指令與基礎鑽具的旋轉速度的不同的正整數倍的對應關係；其中，第一下傳指令對照表中的每條指令各不相同，不同的指令對應基礎鑽具的旋轉速度的不同的正整數倍。
可選地，當該編碼為二進位碼時，二進位碼與鑽具的旋轉速度的對應關係是指：
第一下傳指令對照表中的每個二進位碼對應一種旋轉速度的設置，其中，旋轉速度的設置中包括速度大小的設置和旋轉方向的設置。
可選地，當該編碼為二進位碼時，第二下傳指令對照表包括：第一下傳指令對照表中的每個二進位碼與鑽具的向心加速度的對應關係。其中，第二下傳指令對照表中的每個二進位碼各不相同，不同的二進位碼對應不同的向心加速度。
在預先設置第二下傳指令對照表之前，對於第一下傳指令對照表中的每個二進位碼進行以下處理：先根據第一下傳指令對照表確定二進位碼對應的鑽具的旋轉速度，根據該旋轉速度計算鑽具的向心加速度，並將計算出的向心加速度與二進位碼一一對應，將其對應關係保存在第二下傳指令對照表中。
當該編碼為預定的基礎速度V的正整數倍時，第二下傳指令對照表包括：第一下傳指令對照表中的基礎速度V的不同的正整數倍與鑽具的向心加速度的大小的對應關係；其中，第二下傳指令對照表中的每個基礎速度V的正整數倍各不相同，不同的基礎速度V的正整數倍對應不同的向心加速度的大小。
在預先設置第二下傳指令對照表之前，對於第一下傳指令對照表中的每個基礎速度V的正整數倍進行以下處理：根據每個基礎速度V的正整數倍計算鑽具的向心加速度的大小，並將計算出的向心加速度的大小與每個基礎速度V的正整數倍一一對應，將其對應關係保存在第二下傳指令對照表中。
可選地，檢測模塊03檢測鑽具根據旋轉速度旋轉時產生的向心加速度包括：採集向心加速度信號，對採集的向心加速度信號進行濾波、放大以及模數轉換，獲得向心加速度。
與現有的指令下傳相比，本發明實施例所設計指令下傳方法不需要關停泥漿泵，從而降低出現卡鑽的風險，並且不需要複雜的地面分流裝置，減少現場設備，降低了費用和現場工程師安裝保養設備的工作量。
需要說明的是，以上所述的實施例僅是為了便於本領域的技術人員理解而已，並不用於限制本發明實施例的保護範圍，在不脫離本發明實施例的發明構思的前提下，本領域技術人員對本發明實施例所做出的任何顯而易見的替換和改進等均在本發明實施例的保護範圍之內。