轨迹控制技术.
机械手的控制设计

机械手的控制设计随着制造业的发展,机械手已经成为不可或缺的自动化生产设备之一。
机械手的控制设计是机械手能够准确、灵活地完成生产任务的关键。
本文将介绍机械手控制系统的基本原理、常见控制技术和未来的发展趋势。
一、机械手控制系统的基本原理机械手控制系统的基本原理是将指令传输到机械手的控制器中,然后控制器将指令转化为控制信号并送达电机,从而控制机械手的运动。
通常,机械手控制系统包括以下几个方面:1. 传感器:用于测量机械手的位置、速度、力量、方向等参数,并将这些参数转化为电信号送到控制器中。
2. 控制器:用于接收传感器的信号,并通过计算、判断等操作,生成电气信号,控制机械手的运动,从而实现自动化操作。
3. 电机:用于驱动机械手的运动,根据控制器的信号控制机械手的运动速度、方向、力量等参数。
二、机械手控制技术机械手控制技术是实现机械手自动化操作的重要技术手段,常见的机械手控制技术主要包括以下几种:1. 点位控制技术:点位控制技术是指通过控制机械手的每个关节的运动来确定机械手的末端位置。
在点位控制技术中,通常采用PID控制器控制机械手的角度位置。
2. 轨迹控制技术:轨迹控制技术是指通过控制机械手沿一定的参考轨迹运动,从而实现特定的操作。
在轨迹控制技术中,通常需要根据轨迹规划算法生成参考轨迹,并采用开环或闭环控制策略进行控制。
3. 力控制技术:在一些质量检测和装配操作中,需要对机械手施加一定的力来完成操作。
在力控制技术中,需要通过力传感器或压力传感器等器件测量机械手的施力情况,然后采用适当的控制策略来控制机械手的力量,从而实现一定的装配和调整操作。
三、机械手控制系统的未来发展趋势随着自动化技术的迅速发展,机械手控制系统也在不断发展和完善,针对未来机械手控制系统的发展趋势可以从以下几个方面进行展望:1. 智能化:未来的机械手控制系统将更加智能化,增加复杂任务的规划和执行能力,实现更加快捷高效的生产操作。
在智能化方面,主要应用机器人视觉等先进技术。
无人机的轨迹规划和控制技术研究

无人机的轨迹规划和控制技术研究随着科技的不断进步和普及,无人机已经成为了现代军事和民用领域的重要工具,广泛应用于矿山勘探、测量制图、灾害监测、物流配送、农业植保、电力巡检等领域。
然而,这些领域对于无人机的要求并不相同,如何根据不同需求精确控制无人机的轨迹,保证其安全和准确性,无疑是一个亟待解决的问题。
因此,本文将就无人机的轨迹规划和控制技术的研究现状及发展趋势进行探讨。
1. 无人机的轨迹规划技术在无人机飞行的过程中,其轨迹规划是非常关键的环节。
轨迹规划所需要考虑的问题有很多,比如无人机的最优航路、环境因素、障碍物避让等。
为此,基于不同的算法和技术,产生了多种无人机轨迹规划方法和技术。
目前,常用的无人机轨迹规划算法主要包括A*算法、Dijkstra算法、基于最小生成树的Prim算法和Kruskal算法、遗传算法、蚁群算法、粒子群优化算法等。
其中,遗传算法、蚁群算法、粒子群优化算法是一类以生物进化思想为基础的算法,都通过不断优化计算得到无人机最优航路,可适用于复杂场景下的无人机轨迹规划。
而基于A*算法、Dijkstra算法等的动态规划算法可以用于简单场景下的无人机轨迹规划。
另外,为了更加精确地进行轨迹规划,也有学者提出了基于模型预测控制技术的轨迹规划方法。
其中,将无人机当作一个含有状态量、输入量、输出量和扰动量的动态系统,建立一个数学模型,并在线性模型预测控制的基础上,进行模型推广,以便实现高度准确的轨迹规划效果。
2. 无人机的控制技术在实现无人机轨迹规划基础上,准确地控制无人机完成飞行任务是非常必要的。
无人机控制技术可以分为飞控系统控制、引导制导系统控制、遥控器控制三种方式。
飞控系统控制主要是控制飞机运行状态和控制飞机运动方向姿态等问题。
目前市场销售的无人机通常采用飞控模块一体化设计,使得控制更加稳定,控制命令的实现更加精准,适用于近距离观测、拍摄等领域的应用。
引导制导系统控制可以进一步完善飞行控制,按照预设的轨迹,通过计算出的控制参数来实时地引导和制导无人机,使其飞行状态更稳定。
机器人技术中的运动轨迹控制

机器人技术中的运动轨迹控制随着科技的不断发展和进步,机器人技术在各种领域中扮演着越来越重要的角色。
机器人的成功运行离不开精准的运动轨迹控制。
对于机器人控制而言,运动轨迹控制是其中最为关键的一环。
在机器人技术中,运动轨迹控制的研究也日趋重要。
本文将深入探讨机器人技术中的运动轨迹控制。
一、机器人状态空间模型机器人状态空间模型描述了机器人在不同时刻的状态,包括位置、速度和加速度等参数。
可以通过状态空间模型来描述机器人的运动轨迹。
机器人模型是机器人运动规划、控制和仿真的重要基础。
机器人状态空间模型得出的轨迹可以有不同的形式,如连续轨迹和离散轨迹。
对于连续型轨迹,需要确定一系列路径参数,如控制点的位置、速度和加速度,而离散型轨迹则是一系列离散点的运动曲线的连接。
二、基础运动规划运动规划是机器人技术中的重要环节之一。
从给定的初始状态到期望的目标状态,规划出使机器人实现该变化的最佳轨迹。
基础运动规划是机器人运动规划中重要的一环。
其目的在于设计机器人在二维平面上的运动轨迹,运动轨迹要满足所需的最短时间和最小加速度要求。
基础运动规划的方法有很多种,如 S 曲线、二次曲线、多项式规划等。
S 曲线是一种较为流行的运动规划方法,它被广泛应用于自动化驾驶、航空器控制、机器人运动规划等领域。
该方法通过三次样条插值来设计直线段和曲线段的运动轨迹,轨迹的速度和加速度可以通过人工设定来确定。
三、轨迹跟踪控制轨迹跟踪控制是机器人控制中的另一个重要环节。
该环节主要解决如何通过运动轨迹来指导机器人的运动控制。
轨迹跟踪能够将机器人的实际控制过程与给定的状态和轨迹进行比较。
当轨迹跟踪误差达到一定程度时,需要实时调整控制策略,使机器人实现最终的目标。
轨迹跟踪控制的方法主要有模型预测控制、PID控制、基于逆动力学的控制等。
其中,PID控制是应用最广泛的控制方法之一。
该方法可以通过调整位置误差、速度误差以及加速度误差来实现跟踪控制。
四、机器人路径规划机器人路径规划是机器人技术中最为关键的环节之一。
华池地区定向井轨迹控制

华池地区定向井轨迹控制一、引言随着石油勘探开采技术的不断发展,定向井钻井技术在油气开采中的应用越来越广泛。
定向井能够在地面上沿着特定方向,如水平、倾斜或弯曲方向钻井,有效地利用储层并提高产能,因此在油气勘探开采中扮演着重要的角色。
在华池地区,由于地层结构复杂、油气资源丰富,因此对定向井轨迹控制的需求也越来越大。
本文将从华池地区定向井的特点出发,详细介绍定向井轨迹控制的方法和技术。
二、华池地区定向井特点华池地区地层复杂,包括砂岩、泥岩、页岩等多种岩性,地质构造复杂,存在断裂、地层变形、岩层倾斜等情况。
华池地区油气资源较为丰富,需要考虑储层的合理开采。
定向井在华池地区具有以下特点:1. 钻进路径需要避开断裂带和地层变形区,保证钻井不受地质构造的干扰;2. 需要精确控制井眼位置和井眼方向,以便有效地开采储层;3. 需要根据地质条件灵活调整井径和井斜,实现钻井路径的灵活控制。
三、定向井轨迹控制方法1. 影响井轨的因素在进行定向井钻井时,会受到多种因素的影响,如地层岩性、构造、孔隙度、地层倾角、井深等。
这些因素会直接影响井的轨迹,因此需要进行合理的轨迹控制。
2. 技术手段在定向井的轨迹控制中,主要采用以下技术手段:(1)导向工具:导向工具包括测斜仪、磁性测斜仪、惯性导航系统等,通过这些导向工具可以实时监测井眼的位置和方向,从而实现钻井路径的控制。
(2)钻头设计:合理的钻头设计可以提高定向井的控制能力,通常包括方向钻头、可调旋转钻头、倾斜孔径钻头等。
3. 轨迹控制方法在进行定向井钻井时,可以采用以下轨迹控制方法:(1)姿态控制:通过控制钻杆的姿态,可以改变钻头的方向,实现轨迹的控制;(2)定向工具控制:通过实时监测井眼位置和方向,调整导向工具,实现钻井路径的控制;(3)动态定向:根据地层情况实时调整井斜角和井径,灵活控制钻井路径。
五、定向井轨迹控制的挑战与应对措施1. 地质复杂性带来的挑战华池地区地质条件复杂,包括砂岩、泥岩、页岩等多种岩性,地质构造复杂,存在断裂、地层变形、岩层倾斜等情况,这些因素会给定向井的轨迹控制带来很大挑战。
自动驾驶汽车轨迹跟踪控制

自动驾驶汽车轨迹跟踪控制一、自动驾驶汽车轨迹跟踪控制概述自动驾驶汽车作为现代交通技术的重要发展方向,其核心功能之一便是实现高精度的轨迹跟踪控制。
这种控制技术不仅关系到车辆的行驶安全,也是衡量自动驾驶系统性能的关键指标之一。
自动驾驶汽车轨迹跟踪控制技术的发展,不仅推动了汽车工业的进步,还将对整个交通系统产生深远的影响。
1.1 自动驾驶汽车轨迹跟踪控制的核心特性自动驾驶汽车轨迹跟踪控制的核心特性主要包括以下几个方面:- 高精度:自动驾驶汽车需要能够精确地跟随预定的轨迹行驶,误差控制在极小的范围内。
- 稳定性:在各种复杂的道路和环境条件下,自动驾驶汽车应保持稳定的轨迹跟踪性能。
- 适应性:面对不同的道路条件和交通状况,自动驾驶汽车应能够灵活调整其轨迹跟踪策略。
1.2 自动驾驶汽车轨迹跟踪控制的应用场景自动驾驶汽车轨迹跟踪控制技术的应用场景非常广泛,包括但不限于以下几个方面:- 高速公路驾驶:在高速公路上,自动驾驶汽车需要能够稳定地跟随车道线,保持与前车的安全距离。
- 城市道路驾驶:在城市道路上,自动驾驶汽车需要能够应对复杂的交通信号和多变的交通状况,实现精确的轨迹跟踪。
- 停车场景:在停车场景中,自动驾驶汽车需要能够精确地识别停车位,并实现自动泊车。
二、自动驾驶汽车轨迹跟踪控制技术的发展历程自动驾驶汽车轨迹跟踪控制技术的发展历程是一个不断探索和创新的过程,需要汽车制造商、科研机构和政府等多方的共同努力。
2.1 早期的轨迹跟踪控制技术早期的自动驾驶汽车轨迹跟踪控制技术主要依赖于简单的传感器和控制算法。
这些技术虽然能够实现基本的轨迹跟踪,但精度和稳定性都有很大的提升空间。
2.2 现代的轨迹跟踪控制技术随着技术的发展,现代的自动驾驶汽车轨迹跟踪控制技术已经取得了显著的进步。
现代技术主要包括以下几个方面:- 高级传感器技术:现代自动驾驶汽车通常配备有多种高级传感器,如激光雷达、摄像头和雷达,这些传感器能够提供更精确的环境感知能力。
工业机器人的轨迹规划与运动控制技术

工业机器人的轨迹规划与运动控制技术工业机器人的轨迹规划与运动控制技术是现代制造业中不可或缺的关键技术之一。
随着自动化程度的不断提高和人工智能技术的快速发展,工业机器人的应用范围越来越广泛,能够有效提高生产效率、降低劳动强度,并提高产品质量的稳定性。
本文将重点介绍工业机器人的轨迹规划和运动控制技术,并探讨其在制造业中的应用前景。
轨迹规划是工业机器人操作的重要步骤之一。
它涉及到确定机器人执行任务时的最佳运动路径,在保证安全性的前提下提高机器人的运动效率。
在轨迹规划中,主要考虑以下几个方面的问题:避障、路径平滑性、运动速度和加速度控制等。
首先,避障是轨迹规划中的重要问题。
工业机器人常常需要在有限的空间中执行任务,避免与周围环境中的障碍物发生碰撞是至关重要的。
为了实现避障,可以利用传感器技术来感知机器人周围的环境,如使用激光雷达、视觉传感器等。
通过实时获取周围环境的信息,机器人可以通过合理的规划路径来避免障碍物,以确保安全和顺利的任务执行。
其次,路径平滑性也是轨迹规划中需要考虑的因素之一。
机器人在执行任务时需要保持平稳的运动,以避免机械振动和冲击。
通过使用插补方法,可以将机器人的运动轨迹优化为平滑的曲线,从而提高机器人的运动质量。
常见的插补方法包括线性插补、圆弧插补和样条插补等,可以根据具体的任务需求选择合适的插补方法来实现路径平滑。
此外,运动速度和加速度控制也是轨迹规划中不可忽视的方面。
机器人的运动速度和加速度需要根据具体的任务需求来进行合理的控制。
过高的速度和加速度会导致机器人在执行任务时发生失控,而过低的速度和加速度则会影响机器人的生产效率。
因此,需要通过合理的控制方法,将机器人的运动速度和加速度控制在合适的范围内。
与轨迹规划相关的是运动控制技术。
运动控制技术包括位置控制、力控制和视觉控制等。
其中,位置控制是最常见的一种控制方式,通过对机器人关节进行控制,使其能够精确地达到给定的目标位置。
另一方面,力控制技术可以实现对机器人施加力的控制。
3D动画中的运动轨迹控制
3D动画中的运动轨迹控制在3D动画制作中,运动轨迹控制是一个非常关键的技术,它能够使得物体或角色在三维空间中按照预定的路径进行移动。
通过运动轨迹控制,动画制作人员可以更加精确地控制物体的运动,从而达到更好的视觉效果。
本文将介绍3D动画中的运动轨迹控制技术及其应用。
一、运动轨迹控制的基本原理在3D动画中,物体的运动可以通过对位置和旋转进行控制来实现。
运动轨迹控制就是通过在时间线上定义物体的位置和旋转信息,从而控制动画中物体的移动。
在制作过程中,动画制作人员需要在运动轨迹控制器中添加关键帧,定义物体在不同时间点的位置和旋转,软件会根据这些关键帧自动计算出中间帧的位置和旋转信息,从而形成平滑的运动轨迹。
二、运动轨迹控制的技术手段1. 贝塞尔曲线贝塞尔曲线是一种常用的运动轨迹控制技术,它通过定义起点、终点以及一个或多个控制点来确定物体在三维空间中的运动路径。
贝塞尔曲线可以实现各种弧线和曲线的运动,从而使得物体在动画中呈现出流畅的路径。
2. 跟踪路径跟踪路径是一种将物体的运动与特定路径关联起来的技术。
通过在场景中创建一个路径,并将物体的运动与该路径关联,可以使得物体按照路径进行运动。
这种技术可以实现一些特殊的运动效果,如圆周运动、摄像机跟踪等。
3. 骨骼动画骨骼动画是一种通过对角色的骨骼进行控制来实现动画效果的技术。
通过定义骨骼的运动轨迹,可以使得角色在动画中按照预定的路径进行移动。
这种技术常用于人物角色的动画制作,能够实现更加逼真的运动效果。
三、运动轨迹控制的应用领域1. 电影和电视剧制作在电影和电视剧制作中,3D动画常用于特效的制作和场景的搭建。
通过运动轨迹控制技术,可以实现各种特殊效果和逼真的场景呈现,为电影和电视剧增添更多的视觉冲击力。
2. 游戏开发在游戏开发中,3D动画是不可或缺的一部分。
通过运动轨迹控制技术,游戏制作人员可以实现游戏角色的运动和攻击动作,使得游戏具有更好的可玩性和逼真的效果。
3. 建筑和景观设计在建筑和景观设计领域,3D动画可以用来展示建筑物和景观的外观和内部结构。
航天器轨迹推演与控制技术的研究
航天器轨迹推演与控制技术的研究随着人类对宇宙探索的热情不断升温,航天器的任务也日益复杂。
而要达成这些复杂的任务,就需要借助航天器轨迹推演与控制技术。
本文旨在探讨这一领域的研究进展和未来发展方向。
一、航天器轨迹推演技术航天器的轨迹推演技术是指基于传感器获取的信息,利用数学模型和计算方法,把航天器的运动状态、位置、轨道等参数进行精确计算预测的技术。
它是航天器控制和导航的基础,对于任务顺利完成至关重要。
目前,航天器轨迹推演技术主要有以下几种:1. 点迹法点迹法是一种实时计算航天器位置的方法,通过计算测量点与参考点之间的距离,来确定航天器的位置。
该方法简单易行,但误差较大,只能用于某些无需高精度的航天任务。
2. 遥测法遥测法是通过接收航天器遥测数据,并进行处理和分析,来得到航天器的位置和运动状态。
该方法精度较高,但需要有较高的数据传输速率和处理能力。
目前大多数航天器的轨迹推演都采用此方法。
3. GPS定位法GPS定位法是通过通过接收航天器和地面的GPS信号,计算航天器的位置和速度。
该方法精度高,但需在航天器上配备GPS接收机,同时该方法对于外界干扰比较敏感。
二、航天器轨迹控制技术航天器轨迹控制技术是指基于航天器轨迹推演技术,对航天器的运动状态、位置和轨道等进行控制,使其完整地完成任务并安全地返回。
它是航天器设计和运行中最重要的技术之一。
目前,航天器轨迹控制技术主要有以下几种:1. 主动控制法主动控制法是通过航天器上的推进器或叶片等调整运动状态和位置,从而实现对轨道的控制和调整。
该方法需要航天器具有一定的动力系统,同时对能源的需求较大。
2. 被动控制法被动控制法是通过航天器上的自动控制系统,如阻尼器和稳定器等,实现对航天器运动状态和位置的控制。
该方法不需要航天器额外的能量源,但精度较低。
3. 混合控制法混合控制法是主动控制和被动控制方法的综合应用,既满足了精度要求,又能节约能源。
该方法将航天器开展任务所需的正常推进和轨迹控制结合起来,实现快速和精准的任务完成。
定向钻井轨迹控制一般方法
未来定向钻井技术的发展将更加注重智能化、自动化、高效化,进一 步提高钻井精度和效率,降低成本和风险。
02 定向钻井轨迹控制的重要 性
提高钻井效率
减少钻井时间和成本
通过精确控制钻头方向和深度,可以减少不必要的钻井时间和成 本,提高钻井效率。
避免钻井事故
准确的轨迹控制可以避免钻头偏离目标,减少卡钻、井斜等事故的 发生,提高钻井安全性。
05 结论
定向钻井轨迹控制技术的发展趋势
智能化
高精度
随着人工智能和机器学习技术的快速发展 ,定向钻井轨迹控制技术将更加智能化, 能够实现自动化决策和实时优化。
为了提高钻井效率和降低成本,定向钻井 轨迹控制技术将向高精度方向发展,实现 更精确的钻孔定位和轨迹控制。
多学科交叉
环保与安全
定向钻井轨迹控制技术将涉及多个学科领 域,如地质学、地球物理学、计算机科学 等,实现多学科交叉和融合。
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提高油气勘探开发效率
定向钻井技术的应用可以大幅度提高油气勘探开发的效率,缩短勘 探周期,降低开发成本。
降低钻井成本
01
02
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优化钻井方案
通过精确的轨迹控制,可 以减少钻井过程中的复杂 情况,降低钻井难度和成 本。
提高钻井成功率
准确的轨迹控制可以保证 钻井成功率和一次成功率, 从而降低二次钻井和修井 的费用。
基于人工智能的轨迹控制方法
总结词
基于人工智能的轨迹控制方法是利用人工智能和机器学习技术,对大量历史钻井数据进行学习,自动识别地下地 质特征,预测钻头前方地层走向,并自动调整钻头方向和钻井轨迹。
详细描述
这种方法需要大量的历史钻井数据作为训练样本,通过机器学习和深度学习技术,训练出能够自动识别地质特征 和预测钻头前方地层走向的模型。基于人工智能的轨迹控制方法具有较高的自动化程度和预测精度,是未来定向 钻井技术发展的重要方向。
井眼轨迹控制技术讲义
井眼轨迹控制技术 (1)三、海洋定向井直井防斜技术 (12)四、海洋定向井预斜技术 (14)上图为某平台表层预斜轨迹与内排井直井段轨迹对比图 (15)五、造斜段、稳斜段、降斜段轨迹控制 (15)井眼轨迹控制技术井眼轨迹控制指:按照设计要求(地质设计、钻井工程设计、定向井设计等),利用定向井工艺、技术,完成定向井、水平井、水平分枝井等轨迹控制的过程。
井眼轨迹控制技术按照定向井的工艺过程,可分为直井段、预斜段、造斜段、增斜段、稳斜段、降斜段和扭方位井段等控制技术。
目前海洋定向井轨迹控制使用的是导向钻具,而在陆地油田有的还是用常规钻具组合(增斜、降斜、稳斜、降斜)实现井眼轨迹的控制。
定向井井眼轨迹控制考虑的因素及工作内容包括:1.造斜点的选择(1).选择地层均一,可钻性好的地层(2).KOP在前一层套管鞋以下50米,套以免损坏套管鞋(3).初始造斜的准确性非常重要(4).大于25度的定向井方位易控制2.造斜率选择(1).大斜度大位移定向井:2~3度/30米(2).一般丛式井3 ~5度/30米(3).造斜率要均匀3.降斜率(1).对于“S”井眼,通常降斜率1~2度/30米(2).如降斜后仍然要钻长的井段,降斜率还要小,以免键槽卡钻4.预测井眼轨迹要考虑的方面(1).底部钻具组合的受力分析(2).地层的因素:岩性、均匀性、走向、倾向、倾角(3).钻头结构、形状(4).侧向切削模型和轴向切削模型,确定侧向力5.钻具组合影响轨迹:底部钻具组合表现不同的效果,是由于不同的钻具有各自的力学特性,产生钻头侧向力的方向和大小不同。
(1).1#STB和2#STB的距离(2).(刚度)钻铤内外径、材料(3).扶正器尺寸(4).钻头类型和冠部形状6.井眼方向控制内容:(1).井斜角的控制:增斜、降斜、稳斜;(2).井斜方位角控制:增方位、降方位、稳方位;7.定向井轨迹控制的主要做法1)第一阶段:打好垂直井段(1).垂直井段打不好,将给造斜带来很大的困难。
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水平井井眼轨迹控制技术无论是定向井,还是水平井,控制井眼轨迹的最终目的都是要按设计要求中靶。
但因水平井的井身剖面特点、目的层靶区的要求等与普通定向井和多目标井不同,在井眼轨迹控制方面具有许多与定向井、多目标井不同的新概念,需要建立一套新的概念和理论体系来作为水平井井眼轨迹控制的理论依据和指导思想。
在长、中半径水平井的井眼轨迹控制模式的形成和验证过程中,针对不断出现的轨迹控制问题,建立了适应于水平井轨迹控制特点的几个新概念。
一、水平井的中靶概念地质给出的水平井靶区通常是一个在目的层内以设计的水平井眼轨道为轴线的柱状靶,其横截面多为矩形或圆。
可以把这个柱状靶看成是由无数个相互平行的法面平面组成,因此,控制水平井井眼轨迹中靶,与普通定向井、多目标井是个截然不同的新概念,主要体现是:井眼轨迹中靶时进入的平面是一个法平面(也称目标窗口),但中靶的靶区不是一个平面,而是一个柱状体,因此,不仅要求实钻轨迹点在窗口平面的设计范围内,而且要求点的矢量方向符合设计,使实钻轨迹点在进入目标窗口平面后的每一个点都处于靶柱所限制的范围内。
也就是说,控制水平井井眼轨迹中靶的要素是实钻轨迹在靶柱内的每一点的位置要到位(即入靶点的井斜角、方位角、垂深和位移在设计要求的范围内),也就是我们所讲的矢量中靶。
二、水平井增斜井段井眼轨迹控制的特点及影响因素对一口实钻水平井,从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和水平位移增量是一定的,如果实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设计轨道,势必改变待钻井眼的垂深增量和位移增量的关系,也直接影响到待钻井眼轨迹的中靶精度。
水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算和实践经验的基础上得出的,随着理性认识的深化和实践经验总结,设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计轨道曲线的符合程度会不断提高。
但是,由于井下条件的复杂性和多变性,这个符合程度总是相对的。
实钻井眼轨迹点的位置相对于设计轨道曲线总是会提前、或适中、或滞后,点的井斜角大小也可能是超前、适中、或滞后。
实钻轨迹点的位置和点的井斜角大小对待钻井眼轨迹中靶的影响规律是:①实钻轨迹点的位置超前,•相当于缩短了靶前位移。
此时若井斜角偏大,会使稳斜钻至目的层所产生的位移接近甚至超过目标窗口平面的位置,必将延迟入靶,且往往在窗口处脱靶。
②轨迹点位置适中,•若此时井斜角大小也适中,是实钻轨迹与设计轨道符合的理想状态。
但若井斜角大小超前过多,往往需要加长稳斜段,可能造成延迟入靶,或在窗口处脱靶。
③轨迹点的位置滞后,•相当于加长靶前位移。
此时若井斜角偏低,就需要提高造斜率以改变待钻井眼垂深和位移增量之间的关系,往往要采用较高的造斜率而提前入靶。
实践表明,控制轨迹点的位置接近或少量滞后于设计轨道,并保持合适的井斜角,有利于井眼轨迹的控制。
点的井斜角偏大可能导致脱靶或入靶前所需要的造斜率偏高。
实际上,水平井造斜段井眼轨迹控制也是轨迹点的位置和矢量方向的综合控制,这对于没有设计稳斜调整段的井身剖面更是如此。
在实际井眼轨迹控制过程中,我们根据造斜段井眼轨迹控制的新概念和实钻轨迹点的位置、点的井斜角大小对待钻井眼轨迹中靶的影响规律,将造斜井段井眼轨迹的控制程度限定在有利于入靶点矢量中靶的范围内。
也就是说,在轨迹预测计算结果表明有余地、并有后备工具条件时,应当充分发挥动力钻具的一次造斜能力,以提高工作效率,减少起下钻次数。
三、井身剖面的特点及广义调整井段的概念根据长、中半径水平井常用井身剖面曲线的特点,剖面类型大致可分为单圆弧增斜剖面、具有稳斜调整段的剖面和多段增斜剖面(或分段造斜剖面)几种类型,不同的剖面类型在轨迹控制上有不同的特点,待钻井眼轨迹的预测和现场设计方法也有所不同。
1、水平井常用井身剖面曲线的特点①单圆弧增斜剖面单圆弧增斜剖面是最简单的剖面,它从造斜点开始,以不变的造斜率钻达目标,胜利油田的樊 13- 平 1 井采用了这种剖面。
这种剖面要求靶区范围足够宽,以满足钻具造斜率偏差的要求,除非能够准确地控制钻具的造斜性能,否则需要花较大的工作量随时调整和控制造斜率,因而一般很少采用这种剖面。
②具有切线调整段的剖面具有切线调整段的剖面,它又可分为:(a)•单曲率—切线剖面:具有造斜率相等的两个造斜段,中间以稳斜段调整。
(b)•变曲率—切线剖面:由两个(或两个以上)造斜率不相等的造斜段组成,中间用一个(或一个以上)稳斜段来调整。
如永35—平 1 井、草 20—平 1 井、草 20—平 2 井等就属于这种剖面。
这是最常用的剖面类型,因为多数造斜钻具的造斜特性不可能保持非常稳定,常常产生一定程度的偏差,这就需要在造斜井段之间增加一斜直井段来调节补偿这种偏差。
单曲率—切线剖面后一段的造斜率可以在钻第一造斜段的过程中比较精确地预测出来,然后及时计算修改稳斜段的长度,以补偿第一段造斜率与设计的偏差,使井眼轨迹准确地钻达目标点的垂深。
③多造斜率剖面多造斜率剖面(或分段造斜剖面),造斜曲线由两个以上不同造斜率的造斜段组成,是一种比较复杂的井身剖面。
在水平 4 井攻关和试验过程中,•我们根据胜利油田地质地层特点,采用了三段增斜方法设计水平井井眼轨道,在实钻过程中可以充分发挥动力钻具和转盘钻具各自的优势,提高钻井速度。
将常规设计的稳斜井段改为第二增斜段,通过调整该段的造斜率和段长,同样可以弥补钻具造斜能力的偏差,而且还可以实现用一套钻具组合完成第一造斜段的通井和第二造斜段的钻进,并减少了起下钻次数。
转盘增斜钻具组合与稳斜的刚性钻具组合比较,其刚性小,摩阻力小,不易出新井眼,有利于井下安全。
采用转盘钻具钻进可以使用较大的钻压以提高机械钻速,缩短钻井周期。
2、广义的调整井段概念据国外水平井资料介绍,在多数水平井设计中习惯采用具有稳斜调整段的剖面,用稳斜段作为轨迹控制的调整井段。
通过实践我们认识到,水平井的调整井段还有更为广泛的含义。
首先,我们知道,目的层入靶点位置的准确性和目的层厚度是影响水平井中靶的重要因素之一。
如何利用稳斜调整井段来提高中靶精度,对目的层是薄产层的水平井尤为重要。
由于在井斜角较大时,增斜率的偏差主要影响水平位移,而对垂深的影响很小,可以在大井斜角度下提高垂深的精度。
因此,在入靶前的大井斜角井段增加一稳斜调整段,既可调整垂深精度,又有助于及时辨别地质标准层,以便及时准确地确定目的层入靶点的相对位置。
其次,由于目前的硬件条件不十分完善,在钻中半径水平井的两趟动力钻具组合井段之间选择一调整井段,采用柔性的转盘增斜钻具组合来钻进,不仅可以钻出较小的造斜率井段以缓解第一和第三段造斜率,满足对井眼轨迹控制的需要,而且对改变井眼的清洁状况、防止出新眼都具有十分重要的作用。
因此,调整井段的广义概念不仅是调整井眼轨迹,同时可以调整钻井过程中井眼的清洁净化状况;不仅调整井眼轨迹的中靶精度,还可根据地质要求及时调整目的层入靶点的相对位置;不仅可以是稳斜井段,还可以是适当造斜率的增斜井段。
四、水平井待钻井眼轨迹的现场设计预测模式在水平井井眼轨迹的控制过程中,由于地质因素、钻具的造斜能力、钻井参数等发生变化,往往使实际的造斜率与设计或理论造斜率不同,或者由于地质设计目的层发生变化等,这都需要根据实钻情况在现场随时预测待钻井眼的钻进趋势,及时调整和修改设计方案,采取相应措施。
现场待钻井眼的设计和预测,在不同的条件和具有不同的中靶要求下具有不同的计算模式,但水平井待钻井眼轨迹设计和预测的目的都是要计算在一定前提条件下钻至入靶窗口时的垂深、投影位移、井斜角和井斜方位角是否合符要求(也即控制实钻轨迹点的位置和矢量方向在设计精度范围内中靶)。
对设计的二维剖面水平井,控制井眼轨迹的中心任务是控制其造斜率Kα(也即控制剖面曲率半径 Rv),中半径水平井更是如此。
对于偏离较大时,需采用三维设计,三维设计公式复杂。
用计算机程序进行。
2如图 3-2 所示,靶区允许纵向误差范围△Hm(△Hm=2△h),也就是允许在垂深H1 和 H2 之间入靶并使造斜终点的井斜角等于水平段井斜角αm,•若求出 V2>Am 这时井眼轨迹在入靶窗口平面的垂深 H=Hm+h(h<0),我们要校核是否满足│h│<△h,否则要调整 Rv 重新设计。
直井段井身轨迹控制技术1、定向井、水平井直井段井身轨迹控制技术1)定向井、水平井直井段井斜对定向井施工的危害定向井、水平井直井段的井身轨迹控制原则是防斜打直。
有人认为普通定向井(是指单口定向井)如果直井段钻不直影响不大,这种想法是不对的,因为当钻至造斜点KOP 时,如果直井段不直,不仅造斜点KOP处有一定井斜角而影响定向造斜的顺利完成,还会因为上部井段的井斜造成的位移影响下一步的井身轨迹控制。
假如KOP处的位移是负位移,为了达到设计要求,会造成在实际施工中需要比设计更大的造斜率和更大的最大井斜角度,•如果是正位移情况恰好相反。
如果KOP处的位移是向设计方向两侧偏离的,这是就将一口两维定向井变成了一口三维定向井了,同时也造成下一步井身轨迹控制的困难。
由于水平井的井身轨迹控制精度要求高,所以水平井直井段的井斜及所形成的位移相对与普通定向井来讲更加严重。
如果丛式井的直井段发生井斜,不仅会造成普通定向井中所存在的危害,还会造成丛式井中两口定向井的直井段井眼相碰的施工事故,造成新老井眼同时报废。
2)定向井、水平井直井段井身轨迹控制及防碰绕障技术措施①、丛式井设计是应根据本地区情况选择好井口地面距离根据一次开钻井眼大小及下步生产时所选用采油设备,井口地面距离一般不小于2米。
②、选择好钻具组合及钻进参数普通定向井直井段施工中,应采用本地区认为最不易发生井斜的钻具组合,胜利油田一般在12-1/4″井眼采用塔式钻具组合,结构是:12-1/4″钻头+9″钻铤*3根+8″钻铤*6根+6-1/4″钻铤*9根+5″钻杆。
•8-1/2″井眼通常采用光钻铤结构或钟摆钻具组合,•结构是:光钻铤组合:8-1/2″钻头+6-1/4″钻铤*9根+5″钻杆;•钟摆组合:8-1/2″钻头+6-1/4″钻铤*2根+215.9mm钻柱稳定器+6-1/4″钻铤*9根+5″钻杆。
钻进参数:钻水泥塞是宜采用轻压吊打方式穿过,以防止出水泥塞就发生井斜;•钻进参数:12-1/4″井眼,正常钻进钻压常采用180-200KN,吊打时常采用50-80KN;•8-1/2″井眼正常钻进钻压常采用120-140KN,吊打时常采用30-50KN;③、及时进行井斜角的监测发现井斜立即采取相应措施在直井段钻进过程中根据实际情况及时进行井斜角的中途监测,发现井斜立即采取措施,在中途监测过程中,如果发现井斜,根据实际井斜情况,可以采用减压吊打纠斜;弯接头反方位侧钻纠斜或填井侧钻等措施。
定向造斜井段井身轨迹控制技术1、定向造斜的钻具组合及方法1)、目前钻井现场常用的定向造斜钻具组合①、定向弯接头造斜钻具组合A、钻具结构:钻头+螺杆动力钻具+定向弯接头+无磁钻铤+钻杆8-1/2″井眼常用组合:8-1/2″钻头+6-1/2″或6-3/4″螺杆动力钻具+6-1/4″ 1°~3°定向弯接头+6-1/4″无磁钻铤*9~18米(根据实际情况选择)+5″钻杆B、钻进参数:钻压 30~50KN排量根据选用螺杆动力钻具参数确定C、适用范围:造斜率要求不高的定向井(造斜率在5°~10°/100米)。