CN111852366A - 一种用于旋转导向***下传装置的精确分流方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于旋转导向***下传装置的精确分流方法，属于石油钻井技术领域，其特征在于，包括以下步骤：a、通过式1计算钻头水眼前后的压力差P1；b、通过式2计算延程损耗△P；c、通过式3计算启动下传装置后立管处压力P2；d、根据压力平衡关系，下传装置节流阀压降也为P2，通过式4计算下传装置节流阀打开面积S1；e、根据节流阀开度与节流阀打开面积S1的关系，将节流阀调整至计算开度，使得分流量自动达到设定分流比例，完成分流。本发明下传装置采用电控设计，能够依靠电信号实现阀门状态的远程控制，配合算法，能够快速实现下传装置节流阀的精准分流控制，调节精度高，无需反复调节，提高了指令下传时效。
Description
技术领域
本发明涉及到石油钻井技术领域，尤其涉及一种用于旋转导向***下传装置的精确分流方法。
背景技术
旋转导向***中的下传装置是实现地面控制井下的关键部件，其实现原理是，通过分流一定比例的立管中的钻井液，改变进入井内的泥浆排量，进而将地面指令下发至井底旋转导向工具。由于旋转导向工具依靠涡轮发电机供能，进入井底的泥浆排量不能太少，否则会影响井下供能。因此，下传装置的分流量需要精确控制，现阶段主要依靠经验来调节，存在调节时间长、精度不高的问题，影响指令下发时效。
公开号为CN 203603892U，公开日为2014年05月21日的中国专利文献公开了一种旋转导向***的半自动化地面控制装置及信号解析***，包括地面控制装置及信号解析***，其特征在于：所述地面控制装置包括立管，在立管上引出有分流管线，在分流管线上顺次安装有截止阀、开关阀、流量调节阀和流量计，截止阀用于分流管线的启闭，开关阀与气动控制机构连接，所述气动控制机构上连接有PLC控制器，PLC控制器上连接有计算机，PLC控制器用于控制所述气动控制机构的动作，所述流量调节阀用于调节通过的流量大小，所述信号解析***用于接收和解析所述开关阀的开闭所形成的负脉冲信号。
该专利文献公开的旋转导向***的半自动化地面控制装置及信号解析***，虽然能实现连续不间断地控制流量，并适用于防火防爆的恶劣环境中，不会产生卡阻现象。但是，仍然存在调节时间长、流量调节精度不高的问题，影响指令下发时效。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于旋转导向***下传装置的精确分流方法，本发明下传装置采用电控设计，能够依靠电信号实现阀门状态的远程控制，配合算法，能够快速实现下传装置节流阀的精准分流控制，调节精度高，无需反复调节，提高了指令下传时效。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于旋转导向***下传装置的精确分流方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、设下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为Q，下传装置启动前立管压力为P，通过式1计算钻头水眼前后的压力差 P1；
p1＝Q2ρ/2μ2s2 式1
其中，Q为泥浆泵总排量，m2/s；μ为流量系数，0.63；s为钻头水眼等效面积，m2；P1为钻头水眼前后的压力差，单位Pa；ρ为流体的密度， Kg/m3；
b、通过式2计算延程损耗△P；
△P＝P-P1 式2
c、通过式3计算启动下传装置后立管处压力P2；
ρ2＝ΔP+ρ(1-k)2Q2/2μ2s2 式3
d、根据压力平衡关系，下传装置节流阀压降也为P2，通过式4计算下传装置节流阀打开面积S1；
e、根据节流阀开度与节流阀打开面积S1的关系，将节流阀调整至计算开度，使得分流量自动达到设定分流比例，完成分流。
所述步骤d中，压力平衡关系具体是指通过在立管处打开一可控节流阀使泥浆流量分流，节流阀前端和立管处于同一压力***中，两处的压力相同，都为立管压力，立管压力为钻头水眼压降和循环压耗之和。
所述步骤e中，将节流阀调整至计算开度，具体是指在室内进行标定，形成开度与阀门面积的关系曲线，基于阀门开度与面积的关系曲线，结合前序计算的设定分流量需要打开的节流阀面积，则对应得出阀门的需求开度。
所述步骤e中，分流量自动达到设定分流比例，具体是指下传装置接收到设定分流比例后，根据计算式计算得到下传装置节流阀需要打开的面积，再依据使用的节流阀开度与节流阀打开面积S1的关系，得到节流阀的需求开度，再根据节流阀需求开度与模拟量电信号的对应关系，输出电流信号，通过下传装置节流阀的自动调节，达到设定分流比例。
本发明的基本原理如下：
旋转导向***中的下传装置是实现地面控制井下旋转导向工具的部件，通过分流一定比例的立管中的钻井液，改变进入井内的泥浆排量，进而将地面指令下发至井下旋转导向工具。节流阀前端与立管是同一压力***，两者的压力相同，基于压力平衡和流量、压力关系，可假定下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为Q，下传装置启动前立管压力为P，则可通过计算钻头水眼前后的压力差P1、延程损耗△P、启动下传装置后立管处压力P2和下传装置节流阀打开面积S1，得到下传装置精确分流算法；无需反复调节，提高指令下传时效。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
1、本发明，“a、设下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为Q，下传装置启动前立管压力为P，通过式1计算钻头水眼前后的压力差P1；b、通过式2计算延程损耗△P；c、通过式3计算启动下传装置后立管处压力P2；d、根据压力平衡关系，下传装置节流阀压降也为 P2，通过式4计算下传装置节流阀打开面积S1；e、根据节流阀开度与节流阀打开面积S1的关系，将节流阀调整至计算开度，使得分流量自动达到设定分流比例，完成分流”，由于节流阀前端与立管是同一压力***，两者的压力相同，基于压力平衡和流量、压力关系，可假定下传装置分离比例为 k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为Q，下传装置启动前立管压力为P，则可通过计算钻头水眼前后的压力差P1、延程损耗△P、启动下传装置后立管处压力P2和下传装置节流阀打开面积S1，得到下传装置精确分流算法；较现有技术而言，下传装置采用电控设计，能够依靠电信号实现阀门状态的远程控制，配合算法，能够快速实现下传装置节流阀的精准分流控制，调节精度高，无需反复调节，提高了指令下传时效。
2、本发明，压力平衡关系具体是指通过在立管处打开一可控节流阀使泥浆流量分流，节流阀前端和立管处于同一压力***中，两处的压力相同，都为立管压力，立管压力为钻头水眼压降和循环压耗之和，由于钻头水眼压降与泥浆流量成对应关系，因此，能够精确求得分流量与节流阀打开面积的关系。
3、本发明，相比于现有的下传装置，操作人员需按照预先给定的分流量与节流阀开度的关系进行调节而言，由于分流量与节流阀开度的关系受到泥浆介质特性、钻具组合多种状况的影响，往往需要人工反复的调整才能达到设定的分流比例，而本发明能够在任一工况下，实现下传装置的自动调节，以满足设定的分流量，具有精度高和适应性广的特点。
具体实施方式
实施例1
一种用于旋转导向***下传装置的精确分流方法，包括以下步骤：
a、设下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为Q，下传装置启动前立管压力为P，通过式1计算钻头水眼前后的压力差 P1；
p1＝Q2ρ/2μ2s2 式1
其中，Q为泥浆泵总排量，m2/s；μ为流量系数，0.63；s为钻头水眼等效面积，m2；P1为钻头水眼前后的压力差，单位Pa；ρ为流体的密度， Kg/m3；
b、通过式2计算延程损耗△P；
△P＝P-P1 式2
c、通过式3计算启动下传装置后立管处压力P2；
p2＝ΔP+ρ(1-k)2Q2/2μ2s2 式3
d、根据压力平衡关系，下传装置节流阀压降也为P2，通过式4计算下传装置节流阀打开面积S1；
e、根据节流阀开度与节流阀打开面积S1的关系，将节流阀调整至计算开度，使得分流量自动达到设定分流比例，完成分流。
“a、设下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为Q，下传装置启动前立管压力为P，通过式1计算钻头水眼前后的压力差P1；b、通过式2计算延程损耗△P；c、通过式3计算启动下传装置后立管处压力P2；d、根据压力平衡关系，下传装置节流阀压降也为P2，通过式4计算下传装置节流阀打开面积S1；e、根据节流阀开度与节流阀打开面积S1的关系，将节流阀调整至计算开度，使得分流量自动达到设定分流比例，完成分流”，由于节流阀前端与立管是同一压力***，两者的压力相同，基于压力平衡和流量、压力关系，可假定下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为Q，下传装置启动前立管压力为P，则可通过计算钻头水眼前后的压力差P1、延程损耗△P、启动下传装置后立管处压力P2和下传装置节流阀打开面积S1，得到下传装置精确分流算法；较现有技术而言，下传装置采用电控设计，能够依靠电信号实现阀门状态的远程控制，配合算法，能够快速实现下传装置节流阀的精准分流控制，调节精度高，无需反复调节，提高了指令下传时效。
实施例2
一种用于旋转导向***下传装置的精确分流方法，包括以下步骤：
a、设下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为Q，下传装置启动前立管压力为P，通过式1计算钻头水眼前后的压力差 P1；
p1＝Q2ρ/2μ2s2 式1
其中，Q为泥浆泵总排量，m2/s；μ为流量系数，0.63；s为钻头水眼等效面积，m2；P1为钻头水眼前后的压力差，单位Pa；ρ为流体的密度， Kg/m3；
b、通过式2计算延程损耗△P；
△P＝P-P1 式2
c、通过式3计算启动下传装置后立管处压力P2；
p2＝ΔP+ρ(1-k)2Q2/2μ2s2 式3
d、根据压力平衡关系，下传装置节流阀压降也为P2，通过式4计算下传装置节流阀打开面积S1；
e、根据节流阀开度与节流阀打开面积S1的关系，将节流阀调整至计算开度，使得分流量自动达到设定分流比例，完成分流。
所述步骤d中，压力平衡关系具体是指通过在立管处打开一可控节流阀使泥浆流量分流，节流阀前端和立管处于同一压力***中，两处的压力相同，都为立管压力，立管压力为钻头水眼压降和循环压耗之和。
压力平衡关系具体是指通过在立管处打开一可控节流阀使泥浆流量分流，节流阀前端和立管处于同一压力***中，两处的压力相同，都为立管压力，立管压力为钻头水眼压降和循环压耗之和，由于钻头水眼压降与泥浆流量成对应关系，因此，能够精确求得分流量与节流阀打开面积的关系。
实施例3
一种用于旋转导向***下传装置的精确分流方法，包括以下步骤：
a、设下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为Q，下传装置启动前立管压力为P，通过式1计算钻头水眼前后的压力差 P1；
p1＝Q2ρ/2μ2s2 式1
其中，Q为泥浆泵总排量，m2/s；μ为流量系数，0.63；s为钻头水眼等效面积，m2；P1为钻头水眼前后的压力差，单位Pa；ρ为流体的密度， Kg/m3；
b、通过式2计算延程损耗△P；
△P＝P-P1 式2
c、通过式3计算启动下传装置后立管处压力P2；
p2＝ΔP+ρ(1-k)2Q2/2μ2s2 式3
d、根据压力平衡关系，下传装置节流阀压降也为P2，通过式4计算下传装置节流阀打开面积S1；
e、根据节流阀开度与节流阀打开面积S1的关系，将节流阀调整至计算开度，使得分流量自动达到设定分流比例，完成分流。
所述步骤d中，压力平衡关系具体是指通过在立管处打开一可控节流阀使泥浆流量分流，节流阀前端和立管处于同一压力***中，两处的压力相同，都为立管压力，立管压力为钻头水眼压降和循环压耗之和。
所述步骤e中，将节流阀调整至计算开度，具体是指在室内进行标定，形成开度与阀门面积的关系曲线，基于阀门开度与面积的关系曲线，结合前序计算的设定分流量需要打开的节流阀面积，则对应得出阀门的需求开度。
实施例4
一种用于旋转导向***下传装置的精确分流方法，包括以下步骤：
a、设下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为Q，下传装置启动前立管压力为P，通过式1计算钻头水眼前后的压力差 P1；
p1＝Q2ρ/2μ2s2 式1
其中，Q为泥浆泵总排量，m2/s；μ为流量系数，0.63；s为钻头水眼等效面积，m2；P1为钻头水眼前后的压力差，单位Pa；ρ为流体的密度， Kg/m3；
b、通过式2计算延程损耗△P；
△P＝P-P1 式2
c、通过式3计算启动下传装置后立管处压力P2；
p2＝ΔP+ρ(1-k)2Q2/2μ2s2 式3
d、根据压力平衡关系，下传装置节流阀压降也为P2，通过式4计算下传装置节流阀打开面积S1；
e、根据节流阀开度与节流阀打开面积S1的关系，将节流阀调整至计算开度，使得分流量自动达到设定分流比例，完成分流。
所述步骤d中，压力平衡关系具体是指通过在立管处打开一可控节流阀使泥浆流量分流，节流阀前端和立管处于同一压力***中，两处的压力相同，都为立管压力，立管压力为钻头水眼压降和循环压耗之和。
所述步骤e中，将节流阀调整至计算开度，具体是指在室内进行标定，形成开度与阀门面积的关系曲线，基于阀门开度与面积的关系曲线，结合前序计算的设定分流量需要打开的节流阀面积，则对应得出阀门的需求开度。
所述步骤e中，分流量自动达到设定分流比例，具体是指下传装置接收到设定分流比例后，根据计算式计算得到下传装置节流阀需要打开的面积，再依据使用的节流阀开度与节流阀打开面积S1的关系，得到节流阀的需求开度，再根据节流阀需求开度与模拟量电信号的对应关系，输出电流信号，通过下传装置节流阀的自动调节，达到设定分流比例。
相比于现有的下传装置，操作人员需按照预先给定的分流量与节流阀开度的关系进行调节而言，由于分流量与节流阀开度的关系受到泥浆介质特性、钻具组合多种状况的影响，往往需要人工反复的调整才能达到设定的分流比例，而本发明能够在任一工况下，实现下传装置的自动调节，以满足设定的分流量，具有精度高和适应性广的特点。
Claims (4)
1.一种用于旋转导向***下传装置的精确分流方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、设下传装置分离比例为k，钻头水眼等效面积为s，泥浆泵总排量为Q，下传装置启动前立管压力为P，通过式1计算钻头水眼前后的压力差P1；
p1＝Q2ρ/2μ2s2 式1
其中，Q为泥浆泵总排量，m2/s；μ为流量系数，0.63；s为钻头水眼等效面积，m2；P1为钻头水眼前后的压力差，单位Pa；ρ为流体的密度，Kg/m3；
b、通过式2计算延程损耗△P；
△P＝P-P1 式2
c、通过式3计算启动下传装置后立管处压力P2；
p2＝ΔP+ρ(1-k)2Q2/2μ2s2 式3
d、根据压力平衡关系，下传装置节流阀压降也为P2，通过式4计算下传装置节流阀打开面积S1；
e、根据节流阀开度与节流阀打开面积S1的关系，将节流阀调整至计算开度，使得分流量自动达到设定分流比例，完成分流。
2.根据权利要求1所述的一种用于旋转导向***下传装置的精确分流方法，其特征在于：所述步骤d中，压力平衡关系具体是指通过在立管处打开一可控节流阀使泥浆流量分流，节流阀前端和立管处于同一压力***中，两处的压力相同，都为立管压力，立管压力为钻头水眼压降和循环压耗之和。
3.根据权利要求1所述的一种用于旋转导向***下传装置的精确分流方法，其特征在于：所述步骤e中，将节流阀调整至计算开度，具体是指在室内进行标定，形成开度与阀门面积的关系曲线，基于阀门开度与面积的关系曲线，结合前序计算的设定分流量需要打开的节流阀面积，则对应得出阀门的需求开度。
4.根据权利要求1所述的一种用于旋转导向***下传装置的精确分流方法，其特征在于：所述步骤e中，分流量自动达到设定分流比例，具体是指下传装置接收到设定分流比例后，根据计算式计算得到下传装置节流阀需要打开的面积，再依据使用的节流阀开度与节流阀打开面积S1的关系，得到节流阀的需求开度，再根据节流阀需求开度与模拟量电信号的对应关系，输出电流信号，通过下传装置节流阀的自动调节，达到设定分流比例。
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|---|
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