综合录井钻具振动检测与分析

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1、综合录井钻具振动检测与分析2008-05-1714:58:33http://www.zylj.com/Article_Show.asp?ArticleID=116一、前言综合录井由勘探者的耳目逐渐上升为勘探者的有力助手，现在已成为勘探者必不可少的决策依据。这种角色的提升，是油气勘探开发的现实需要和工程技术进步的结果。随着工作站型综合录井仪的引进，作为进口工作站型综合录井仪技术亮点的钻具振动检测与分析及录井数据远程传输技术，将带动整个录井技术再上一个新的台阶。钻具振动检测与分析技术，就是在旋转钻井过程中，利用钻具产生的振动行为来传输井下情况和岩性

2、信息。由于其检测与分析技术具有实时性，因此，人们也将其称为钻具振动录井技术。钻具振动录井技术的关键是振动信号的采集和分析系统。国内传统录井系统没有配备这一系统，虽然可通过扭矩传感器达到间接测量钻具扭向振动的目的，但从测量原理上来看其测量精度较差，不能很好地直接反映地层方面的有关信息。二、国内外研究现状1．国外研究现状在钻井过程中，钻具振动与钻具及其组成部分的动力学特性有关。国外从60年代就开展了钻具振动问题的研究，近年来已取得了许多重要成果。1984年Arrco公司开发出了"高级钻具分析与测量系统"。1985年该公司的Besaisow等人论述了

3、振动信号可以通过钻具顶部获得，而且其信号可真实反映井下钻具行为，并讨论了钻具振动产生的机理。与此同时，以优化破岩机理为目的，ElfAquitaine公司又在钻具动力学的理论和技术上取得了进一步的研究成果，1986年，该公司专门成立了研究小组，并于1998年研制出"钻进动态控制装置"。近年国际录井公司开发的独具特色的DLSVIBRA钻具振动分析软件包，专门用以检测钻具的扭转振动强度并进行分析预报，并成功地实现了商业化推广。DLSVIBRA软件包由两个软件组成：一个为振动数据采集软件，一个为分析监测软件。采集软件可以最快10HZ的频率采集四类参数：

4、泵压、大钩负荷、转盘转速及扭矩并将其传至分析监测软件。分析监测软件可以装在仪器房内也可以装在后方办公室通过网络传输数据进行扭振的实时监测分析。DLSVIBRA的分析软件使用复杂的快速傅立叶变换对扭矩信号进行频率分析，分析的结果以能谱图的方式实时检测转矩信号的正弦变化并用能谱图和均方根表显示出来，使得操作人员对扭矩变化一目了然。在实时监测状态下，这个软件还能够回放数据库中数据，查看并打印出感兴趣井段的曲线。2．国内研究现状国内石油大学高岩副教授、郭学增教授在钻具振动检测与分析方面开展了颇有成效的研究，于1997年研制出检测装置，1998年在华北油

5、田曹11井和固18井两口井上进行了试验，取得了可喜的阶段成果。进入二十一世纪后，刘志国博士和郭学增教授在钻具振动检测与分析研究上又取得重大进展，在应力波分离和处理方面，对三种干扰因素（井深的变化、井眼尺寸的不同和钻井参数的变化）等进行能量归一化处理，并采用了人工神经网络技术进行编程。三、技术原理1.检测原理在旋转钻井中，钻头破岩时会产生声波发射现象，岩石应变能以弹性波方式快速释放，通过钻具振动传至地面。最终由钻井动力系统或装置所承受。钻具应力波的来源很广泛，诸如钻头的转动、岩石的破碎、井眼的几何形状、钻具的组合均可以是钻具应力波产生的源泉，但我

6、们所关心的是那些能够说明钻头工况和岩层特征的应力波。钻具带动钻头作旋转运动，是旋转式钻井的基本操作之一，但它也是诱发钻具振动的主要来源。旋转钻头的运动模式，必然反映在钻具的振动中。岩石是由多种矿物组成的集合体。每种矿物破碎时，均有其特定的破碎应力和应变时间。矿物作连续性破碎时，其应力和应变时间的交替变化，表现为外因钻具应力波的幅频特性。岩石破碎过程的信息，将反映在钻具应力波频谱特性中。通过应力波检测及频谱分析，就能够提取钻具工况（包括钻头）、地层岩性特征信息。计算机技术和信息处理理论的发展，使实现这个目标成为可能。振动信号测量系统装置图见图2。

7、该测量系统主要由轴向加速度传感器、电荷放大器、模拟滤波器及采样系统组成。2.分析原理2.1钻具应力波频段钻具应力波的低频段（0~200Hz），可为工程提供钻头工况方面的信息，依据频谱曲线呈现的异常波形可以判别为钻头失效的先兆。在钻具应力波的高频段（5kHz以上）为地层信息频段。该频段的显著特点是，有一条明显的贯穿于5-6kHz的加强频带，此频带将随地层的埋藏深度的增加，产生频率有左偏移，左偏移说明了岩石在多向应力下的塑变现象，而5∽6kHz频带是泥岩或泥质胶结物破碎时所产生的频率响应。200-5kHz频段正好是音频区，目前暂且认为是钻机和诸多井

8、场装备激发的音频振荡，它既观察不出与转速的相关性，也看不出与岩石塑变的相关性，留作后继开发的对象。2.2信号识别2.2.1低频信号识别为了识别每一组谱