[01648172]旋转导向钻井地面下行通讯系统关键技术研究

本技术属于控制工程、信息与通信工程及石油与天然气工程跨学科的交叉科技领域。在国家“863”项目、陕西省科学技术研究发展计划项目等的支持下,深入开展了调制式全旋转导向钻井系统的下行通讯关键技术研究、井下惯导稳定平台智能控制的理论和方法研究以及井下工具姿态测量与电磁转矩控制技术研究。主要解决了地面—井下通信和井下导向工具稳定控制等理论和技术难题,实现了地面监控系统与井下导向工具的大闭环控制以及井下导向工具的小闭环控制,保证了井眼轨迹的平滑度,提高了钻井质量和效率,为钻井过程的准确入靶提供了新的技术手段。 项目完成的主要内容有： 1.提出钻井液变排量编码方法,首次提出以泥浆涡轮电机作为井下检测装置、接收下传控制指令的概念和方法;构建一种实用的钻井液脉冲下行通讯的编码理论和解码技术,实现近钻头导向工具对地面下传编码指令的井下实时接收和识别; 2.采用理论分析与测试试验相结合的方法,建立了井下惯导稳定平台控制系统的非线性动力学模型;提出基于局部反传网络式BP算法的稳定平台控制系统模型参数辨识方法; 3.提出一种针对井下惯导稳定平台圆周运动的自适应模糊滑模变结构姿态控制策略及积分滑模自适应变结构控制方法,提出一种非线性预测控制的参考轨迹设计方法和模糊预测控制方法,解决了井下惯导稳定平台对作用力矩敏感而振荡失稳问题,可实现稳定平台在复杂工作环境、强扰动作用和钻井液排量大范围变化条件下对给定角度位置的导向控制和稳斜控制; 4.提出小角度姿态测量和模拟解算技术和方法,通过非正交组合技术,增大原始测量数据的信噪比;采用反函数模拟解算技术,避免小信号数据采集、AD转换、量化和计算等环节误差;解决导向工具在近垂直状态时的姿态测量问题。 本项目研究的关键技术已在辽河、长庆等多个油田推广应用,产生了显著的经济效益。本项目还取得了一批学术成果,发表有关学术论文50余篇,其中有SCI收录3篇、EI收录24篇。