旋转导向系统及其控制方法研究进展

旋转导向系统是定向钻井技术中一颗璀璨的明珠,是实现油气资源低成本、高效开发的重要技术手段。首先阐述了旋转导向系统的基本结构,根据不同的导向方式和偏置效果可分为静态推靠式、动态推靠式、静态指向式、动态指向式、混合式五大类,并逐一分析其定向原理;其次根据国内外旋转导向系统技术研究及应用情况,系统分析了推靠式、指向式、混合式的发展现状,归纳分析了不同技术的优缺点;同时从现代控制、智能控制、复合控制3个方向梳理总结了旋转导向控制系统控制策略的基本情况进展;最后,讨论了我国未来旋转导向技术的发展方向和控制系统设计所面临的难点问题以及解决思路。指出:(1)我国应该完善现有的推靠式和指向式系统,提升系统造斜率、稳定性、自动化和智能化程度,开展导向技术、双向通信、井下闭环控制等配套技术的研究,进一步提升系统的工业化应用能力。(2)开展混合式旋转导向系统地面监控、双向通讯、随钻测量和井底钻具组合四大子系统的理论研究。(3)针对钻井环境多样化、控制能力精细化和控制需求智能化等诸多挑战,提出今后控制技术研究应重点关注3个方向:多种控制方法的综合应用、对复杂环境和未知挑战的自适应容错能力、基于智能技术的决策/控制一体化。本研究为我国未来旋转导向系统的研制和完善提供有益的参考;对控制系统而言则在多种控制方法综合发展基础上结合人工智能技术,形成一套能够有效应对未来挑战的控制策略。