本書以石油定向鉆井技術中滑動導向鉆井方式為核心,針對定向鉆井與軌跡監(jiān)測與控制、系統(tǒng)多體動力學理論模型算法、工具面動態(tài)控制與軌跡閉環(huán)控制方法、動力學與控制一體化分析技術及室內實驗、油田現(xiàn)場應用進行了總結和整理,旨在與國內相關研究及技術人員交流定向鉆井自動化控制研究與應用方面的成果經驗,為定向鉆井的數(shù)字化、自動化、智能化提供參考和幫助。本書內容反映了中海油研究總院有限責任公司承擔的國家重大科技專項的部分研究進展及成果。
本書可供從事石油鉆井工程力學、鉆井自動化控制等相關專業(yè)的研究人員、工程技術人員參考使用,對高等院校相關專業(yè)的教師及研究生具有重要參考價值。
本書基于石油鉆井工程定向鉆井技術發(fā)展的需要,針對井下動力鉆具滑動導向鉆井方式,系統(tǒng)地介紹了滑動導向鉆井系統(tǒng)動力學與控制問題的理論與實踐。
本書在多體動力學理論框架下拓展了滑動導向鉆井系統(tǒng)的動力學理論與控制方法,并在油田現(xiàn)場進行了實踐應用。全書共分為5章。第1章簡要介紹了滑動導向鉆井控制的關鍵技術及發(fā)展概況,提出本書內容;第2章簡要介紹了井眼軌跡監(jiān)測與隨鉆軌跡控制的工程算法;第3章闡述了定向鉆井多體動力學理論模型、求解方法、算例驗證;第4章闡述了高效滑動導向鉆井自動控制方法,基于動力學與控制一體化技術實現(xiàn)工具面動態(tài)控制與軌跡閉環(huán)控制;第5章介紹了高效滑動導向鉆井系統(tǒng)室內縮比模型實驗及陸地、海上油田現(xiàn)場應用。
第1章 緒論
1.1 工程背景
1.2 關鍵技術及難點
1.2.1 關鍵技術
1.2.2 技術難點
1.3 技術現(xiàn)狀
1.3.1 動力學計算分析
1.3.2 工具面與軌跡閉環(huán)控制
1.4 本書主要內容
第2章 井眼軌跡監(jiān)測與控制
2.1 實鉆軌跡監(jiān)測
2.1.1 實鉆軌跡測斜計算
2.1.2 實鉆軌跡偏差分析
2.1.3 鄰井防碰分析
2.2 隨鉆軌跡控制
2.2.1 主法線角與工具面角
2.2.2 井眼方向控制
2.2.3 井眼位置控制
2.2.4 軟著陸軌跡控制
第3章 定向鉆井系統(tǒng)動力學理論
3.1 概述
3.1.1 滑動導向鉆井系統(tǒng)組成
3.1.2 系統(tǒng)建模方法
3.2 典型單元描述
3.2.1 剛體
3.2.2 lagrange幾何精確梁
3.2.3 ale幾何精確梁
3.3 全井段動力學模型
3.3.1 常規(guī)鉆柱組件
3.3.2 mwd/lwd
3.3.3 螺桿馬達
3.3.4 鉆柱-井壁接觸
3.3.5 鉆頭-巖石作用
3.4 分段動力學模型
3.4.1 滑動鉆進
3.4.2 復合鉆進
3.5 系統(tǒng)方程與求解算法
3.6 全井段鉆柱動力學仿真
3.6.1 起下鉆
3.6.2 頂驅空轉
3.6.3 劃眼
3.6.4 鉆進
3.7 bha快速動力學仿真
3.7.1 滑動鉆進仿真算例
3.7.2 復合鉆進仿真算例
第4章 定向鉆井自動控制方法
4.1 概述
4.2 工具面反饋控制
4.2.1 專家pid控制
4.2.2 模糊滑?刂苀smc
4.2.3 自適應微分正反饋控制adpf
4.2.4 頂驅扭擺減阻控制策略rock
4.3 鉆井前饋控制
4.3.1 目標軌跡規(guī)劃
4.3.2 分段點控制量計算
4.3.3 鉆桿模型控制量計算
4.3.4 頂驅初始轉角校正
4.3.5 鉆具反扭角計算
4.3.6 地層參數(shù)反演
4.4 井眼軌跡閉環(huán)控制
4.4.1 動態(tài)逆控制原理
4.4.2 井眼軌跡閉環(huán)控制系統(tǒng)
4.4.3 濾波器設計
4.4.4 控制算法仿真驗證
4.5 動力學與控制一體化仿真
4.5.1 鉆井動力學與控制一體化分析軟件
4.5.2 井眼軌跡前饋控制仿真
4.5.3 井眼軌跡閉環(huán)控制仿真
第5章 高效滑動導向鉆井系統(tǒng)試驗應用
5.1 室內縮比模型工具面控制實驗
5.1.1 室內實驗裝置
5.1.2 頂驅定位
5.1.3 頂驅速度運行
5.1.4 頂驅扭擺
5.1.5 專家pid控制
5.1.6 fsmc控制
5.1.7 專家pid+rock控制
5.1.8 fsmc+rock控制
5.2 油田現(xiàn)場應用
5.2.1 工具面反饋控制
5.2.2 滑動導向鉆井前饋控制
5.2.3 井眼軌跡閉環(huán)控制
參考文獻