石油学报

作者：刘清友, 刘文全, 朱海燕, 赵建国

单位：1. 西南石油大学机电工程学院 四川成都 610500;2. 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室 四川成都 610500;3. 成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室 四川成都 610059

关键词：连续油管钻井,钻井机器人,钻压,钻速,控制模型

基金：刘清友,男,1965年10月生,1986年获得西南石油大学学士学位,1997年获得西南石油大学博士学位,现为成都理工大学校长,西南石油大学长江学者特聘教授,博士生导师,主要从事石油装备的理论、实验、产品及应用研究。Email:liuqy66@aliyun.com

摘要： 连续油管钻井机器人利用机身内外的钻井液压力差作为动力源，可在牵引连续油管的同时加载钻压。以钻井机器人为基础，建立连续油管钻柱动力学模型，并推导出通过钻井液排量控制钻压和钻速的单参数控制数学模型；对钻井机器人引入调速回路，建立具有调速功能的钻柱动力学模型；在溢流阀调定压力大于机身内外压差时，推导出利用钻井液排量和节流阀流通面积两种参数控制钻压、钻速的数学模型，在溢流阀调定压力小于机身内外压差时，推导出利用钻井液排量、节流阀流通面积和溢流阀调定压力3种参数控制钻压、钻速的数学模型；以11.43 cm（4.5英寸）井眼为例，对上述3种数学模型进行了分析。分析结果表明：钻压、钻速随钻井液排量的增加基本呈线性增加，在钻井液排量大于0.005 m3/s时，钻井机器人能够向前爬行，在钻井液排量大于0.005 7 m3/s时，钻头能够正常钻进；调节节流阀流通面积和溢流阀调定压力，可以在一定范围内无级调钻压和钻速；3种控制方法相结合，可以实现小排量、大钻压，及大排量、小钻压等钻井参数的控制。以控制模型为基础，针对不同井下工况建立钻进工艺的专家数据库，以钻井机器人为"大脑"，结合井下随钻测量数据就能够实现闭环控制，自动钻进。

来源：2019年第10期

《石油学报》期刊编辑部

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