钻头破岩振动低频特征室内实验研究.pdf

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1、2014年第41卷第10期探矿工程(岩土钻掘工程)钻头破岩振动低频特征室内实验研究杨全枝，张晓斌，于小龙，张文哲，雷茹(1．陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安710075；2．长庆油田采油三厂，宁夏银川750006)摘要：钻头破碎岩石时会产生宽频的振动信号，不同频段的信号蕴含了不同的信息，由于高频段信号能量低、衰减大，不易检测，因此，就钻头破岩信号在低频段特征进行了研究，通过不同岩性岩样的微钻实验数据分析，发现破碎不同岩性的岩石产生的信号在低频段具有固定的频率特征。关键词：钻头破岩；钻头振动；信号检测；频率特征中图分类号：P634．1；TE21文献标识码：A文章编号：1

2、672—7428(2014)10—0001—04IndoorExperimentalStudyonLowFrequencyVibrationCharacteristicsofBitBreakingRock／YANGQn—zhi，ZHANGXiao—bin，YUXiao—long。ZHANGWen—zhe，E，Ru(1．ResearchInstituteofYanchangPetroleum(Group)Co．，Ltd．，Xi’anShaanxi710075，China；2．TheThirdOilProductionFactoryofChangqingOilfield，Yinehuan

3、Ningxia750006，China)Abstract：Thedrillbitbreakingrockwouldproducebroadbandvibrationsignal，differentfrequencyrepresentsdifferentin—formation．Duetothelowerenergyandhigherattenuation，thehighfrequencysignalisdifficulttobedetected．Inthispa—per，thelowfrequencysignalcharacteristicsinthebitbreakingrocka

4、restudied．Bytheanalysisonmicro—drillexperimentdataofdifferentrocks，itisshownthatthesignalsproducedbybitbreakingdifferentrockshavefixedfrequencycharacteris—ticsinlowfrequency．Keywords：drillbitbreakingrook；bitvibration；signaldetection；frequencycharacteristic0引言场装备激发的音频振荡区，到目前为止，对这一石油钻井过程中，钻头破碎井底岩

5、石时不可避频段没有做深入探讨。本文主要研究钻头破岩过程免会产生振动，早在1963年，Deily等人利用由钻头中，不同岩性的岩石产生的振动信号在这一低频段破岩过程中产生的振动波作为震源，开始研究钻具的特征。振动的井下测量技术，并研制了相应的随钻记录仪器，随着振动检测和信息处理技术的发展，现场对钻1实验过程头破岩振动现象的研究不断深入，使其在油气田的选取不同岩性的岩样(花岗岩、砂岩、灰岩)进随钻地震勘探¨、随钻地质录井、储层裂缝检行微钻实验，实验状况如图1所示。使用微钻头在测J、邻井钻头趋近防碰监测E4,sl等方面得到了应不同的钻压下破碎岩石，在岩石表面不同的位置用。(距钻头20、40、

6、60cm)布设加速度传感器形成测国内郭学增、高岩对钻井取心岩样进行压入硬点，采集相应的数据。信号采集系统由北京波谱加度及模拟剪切实验，发现不同岩石具有固有声发射速度振动传感器和六道数据采集仪组成，采样率设频率，大部分在5kHz以上，且与破岩方式关系不定为4000Hz。实验所用钻头和实验后岩样如图2大，岩样成分越复杂，频率谱成分越丰富，岩样越硬，所示。频率越高。通过大量室内实验和实际频谱资料分析得出钻头破岩振动信号在0～200Hz频段为钻头信2试验结果分析息频段，5kHz以上频段为地层信息频段，和岩石本自然状态下采集系统时程曲线如图3所示，从身的物理特性有关，但该段高频信号能量相对于低

7、图3中可以看出，数据采集系统在微型钻机未启动频段机械波信号比较弱，且在传播过程中衰减比较时，各采集通道工作状态良好，信号幅值大小代表了严重，对其采集、识别对相关设备和信号处理手段提自然噪声情况，各通道变化很小，在±0．004范围出了较高要求，200Hz～5kHz频段是钻机和诸多井内，说明采集系统各监测传感器具有很好的一致性。收稿日期：2014—02—20；修回日期：2014—07—24作者简介：杨全枝(1986一)，男(汉族)，山东威海人，陕西延长石油(集