一种钻头失效预测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种钻头失效预测方法及装置，包括：通过井下振动测量工具，获得预测范围内的钻头处的振动信号，其中，振动信号包括振动加速度和钻头转速；对振动加速度进行降噪处理，获得处理后的加速度信号；根据处理后的加速度信号和钻头转速，计算获得井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度；对井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度分别进行归一化处理，获得瞬时振动强度指数；依据瞬时振动强度指数，计算获得累计振动强度指数，并依据累计振动强度指数对钻头失效风险进行预测。通过本发明专利技术实现了对井下瞬时振动强度的量化，并能够有效预测钻头在振动工作状态下的失效风险。

A prediction method and device of bit failure

【技术实现步骤摘要】
一种钻头失效预测方法及装置
本专利技术涉及石油钻井
，特别是涉及一种钻头失效预测方法及装置。
技术介绍
为了高效并准确的获取钻头及井下工具的工作状态，国内外研发了多种井下振动测量工具，这些工具的主要功能是对井下钻柱的三轴振动加速度和转速进行测量，利用采集到的数据评价井下振动强度。但是，现有的井下振动评价、分级方法多是各大油服公司根据自己研发的井下振动测量工具的特定而制定的，这就使得工具的采集频率差异较大，采用的评价方法不同，导致目前振动评价、分级标准混乱。另外，现有的井下振动评价，分级方法对钻头三轴振动、转速波动剧烈程度单独评价，缺少综合性的评价方法，而且对信号采用区间分级的方式，不能定量评价产生的振动对钻头造成的损伤，无法用来预测钻头失效风险。
技术实现思路
针对于上述问题，本专利技术提供一种钻头失效预测方法及装置，实现了对井下瞬时振动强度的量化，并能够有效预测钻头在振动工作状态下的失效风险。为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种钻头失效预测方法，包括：通过井下振动测量工具，获得预测范围内的钻头处的振动信号，其中，所述振动信号包括振动加速度和钻头转速；对所述振动加速度进行降噪处理，获得处理后的加速度信号；根据所述处理后的加速度信号和所述钻头转速，计算获得井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度；对所述井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度分别进行归一化处理，获得瞬时振动强度指数；依据所述瞬时振动强度指数，计算获得累计振动强度指数，并依据所述累计振动强度指数对钻头失效风险进行预测。可选地，所述对振动加速度进行降噪处理，获得处理后的加速度信号，包括：对振动信号进行盲源分离，确定降噪处理表达式；基于所述降噪处理表达式，对所述振动加速度进行降噪处理，获得处理后的三轴振动加速度，其中，所述振动加速度包括钻头处的三轴振动加速度。可选地，所述根据所述处理后的加速度信号和所述钻头转速，计算获得井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度，包括：依据所述处理后的三轴振动加速度中的第一加速度和所述钻头转速，计算获得轴向振动强度，其中，所述第一加速度表征Y轴方向的加速度；依据所述处理后的三轴振动加速度中的第二加速度、第三加速度和所述钻头转速，计算获得径向振动强度，其中，所述第二加速度表征X轴方向的加速度，所述第三加速度表征Z轴方向的加速度；根据所述钻头转速和地面驱动转速，计算获得钻头相同单位时长内的粘滑振动强度，其中，所述钻头转速为钻头的井下实测转速。可选地，所述对所述井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度分别进行归一化处理，获得瞬时振动强度指数，包括：根据所述井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度，分别确定轴向振动安全的上下阈值、横向振动安全的上下阈值和粘滑振动安全的上下阈值；依据所述轴向振动安全的上下阈值、横向振动安全的上下阈值和粘滑振动安全的上下阈值，分别计算获得轴向振动特征值、径向振动特征值和粘滑振动特征值；基于所述轴向振动特征值、径向振动特征值和粘滑振动特征值，计算获得瞬时振动强度指数。可选地，所述依据所述瞬时振动强度指数，计算获得累计振动强度指数，并依据所述累计振动强度指数对钻头失效风险进行预测，包括：根据所述瞬时振动强度指数，确定各个时段的损伤系数；依据所述各个时段的损伤系数和所述瞬时振动强度指数，计算获得预设时间段内的累计振动强度指数；获取钻头的实际工作时间，并依据所述累计振动强度指数，计算获得钻头失效风险指数；依据所述钻头失效风险指数，对钻头失效风险进行预测。一种钻头失效预测装置，包括：获取单元，用于通过井下振动测量工具，获得预测范围内的钻头处的振动信号，其中，所述振动信号包括振动加速度和钻头转速；降噪单元，用于对所述振动加速度进行降噪处理，获得处理后的加速度信号；计算单元，用于根据所述处理后的加速度信号和所述钻头转速，计算获得井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度；归一化单元，用于对所述井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度分别进行归一化处理，获得瞬时振动强度指数；预测单元，用于依据所述瞬时振动强度指数，计算获得累计振动强度指数，并依据所述累计振动强度指数对钻头失效风险进行预测。可选地，所述降噪单元包括：表达式确定子单元，用于对振动信号进行盲源分离，确定降噪处理表达式；降噪子单元，用于基于所述降噪处理表达式，对所述振动加速度进行降噪处理，获得处理后的三轴振动加速度，其中，所述振动加速度包括钻头处的三轴振动加速度。可选地，所述计算单元包括：第一计算子单元，用于依据所述处理后的三轴振动加速度中的第一加速度和所述钻头转速，计算获得轴向振动强度，其中，所述第一加速度表征Y轴方向的加速度；第二计算子单元，用于依据所述处理后的三轴振动加速度中的第二加速度、第三加速度和所述钻头转速，计算获得径向振动强度，其中，所述第二加速度表征X轴方向的加速度，所述第三加速度表征Z轴方向的加速度；第三计算子单元，用于根据所述钻头转速和地面驱动转速，计算获得钻头相同单位时长内的粘滑振动强度，其中，所述钻头转速为钻头的井下实测转速。可选地，所述归一化单元包括：阈值确定子单元，用于根据所述井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度，分别确定轴向振动安全的上下阈值、横向振动安全的上下阈值和粘滑振动安全的上下阈值；第四计算单元，用于依据所述轴向振动安全的上下阈值、横向振动安全的上下阈值和粘滑振动安全的上下阈值，分别计算获得轴向振动特征值、径向振动特征值和粘滑振动特征值；第五计算单元，用于基于所述轴向振动特征值、径向振动特征值和粘滑振动特征值，计算获得瞬时振动强度指数。可选地，所述预测单元包括：系数确定子单元，用于根据所述瞬时振动强度指数，确定各个时段的损伤系数；第六计算子单元，用于依据所述各个时段的损伤系数和所述瞬时振动强度指数，计算获得预设时间段内的累计振动强度指数；第七计算子单元，用于获取钻头的实际工作时间，并依据所述累计振动强度指数，计算获得钻头失效风险指数；预测子单元，用于依据所述钻头失效风险指数，对钻头失效风险进行预测。相较于现有技术，本专利技术提供了一种钻头失效预测方法及装置，通过获得预测范围内的钻头处的振动加速度和钻头转速，并依据振动加速度和钻头转速进行降噪处理和计算，获得了瞬时振动强度指数，实现了对讲下瞬时振动强度的量化，使得适用范围更广，同时该指数综合考虑了钻头的三轴振动和转速波动，使得更能综合表征钻头的工作状态。然后基于瞬时振动强度指数，可以计算获得累计振动强度指数，使得能够更好地预测钻头在振动工作状态下的失效风险。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻头失效预测方法，其特征在于，包括：/n通过井下振动测量工具，获得预测范围内的钻头处的振动信号，其中，所述振动信号包括振动加速度和钻头转速；/n对所述振动加速度进行降噪处理，获得处理后的加速度信号；/n根据所述处理后的加速度信号和所述钻头转速，计算获得井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度；/n对所述井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度分别进行归一化处理，获得瞬时振动强度指数；/n依据所述瞬时振动强度指数，计算获得累计振动强度指数，并依据所述累计振动强度指数对钻头失效风险进行预测。/n

【技术特征摘要】
1.一种钻头失效预测方法，其特征在于，包括：
通过井下振动测量工具，获得预测范围内的钻头处的振动信号，其中，所述振动信号包括振动加速度和钻头转速；
对所述振动加速度进行降噪处理，获得处理后的加速度信号；
根据所述处理后的加速度信号和所述钻头转速，计算获得井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度；
对所述井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度分别进行归一化处理，获得瞬时振动强度指数；
依据所述瞬时振动强度指数，计算获得累计振动强度指数，并依据所述累计振动强度指数对钻头失效风险进行预测。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对振动加速度进行降噪处理，获得处理后的加速度信号，包括：
对振动信号进行盲源分离，确定降噪处理表达式；
基于所述降噪处理表达式，对所述振动加速度进行降噪处理，获得处理后的三轴振动加速度，其中，所述振动加速度包括钻头处的三轴振动加速度。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述处理后的加速度信号和所述钻头转速，计算获得井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度，包括：
依据所述处理后的三轴振动加速度中的第一加速度和所述钻头转速，计算获得轴向振动强度，其中，所述第一加速度表征Y轴方向的加速度；
依据所述处理后的三轴振动加速度中的第二加速度、第三加速度和所述钻头转速，计算获得径向振动强度，其中，所述第二加速度表征X轴方向的加速度，所述第三加速度表征Z轴方向的加速度；
根据所述钻头转速和地面驱动转速，计算获得钻头相同单位时长内的粘滑振动强度，其中，所述钻头转速为钻头的井下实测转速。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度分别进行归一化处理，获得瞬时振动强度指数，包括：
根据所述井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度，分别确定轴向振动安全的上下阈值、横向振动安全的上下阈值和粘滑振动安全的上下阈值；
依据所述轴向振动安全的上下阈值、横向振动安全的上下阈值和粘滑振动安全的上下阈值，分别计算获得轴向振动特征值、径向振动特征值和粘滑振动特征值；
基于所述轴向振动特征值、径向振动特征值和粘滑振动特征值，计算获得瞬时振动强度指数。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述依据所述瞬时振动强度指数，计算获得累计振动强度指数，并依据所述累计振动强度指数对钻头失效风险进行预测，包括：
根据所述瞬时振动强度指数，确定各个时段的损伤系数；
依据所述各个时段的损伤系数和所述瞬时振动强度指数，计算获得预设时间段内的累计振动强度指数；
获取钻头的实际工作时间，并依据所述累计振动强度指数，计算获得钻头失效风险指数；
依据所述钻头失效风险指数，对钻头失效风险进行预测。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘香峰，兰凯，孔华，刘明国，晁文学，耿燕，
申请(专利权)人：中石化石油工程技术服务有限公司，中石化中原石油工程有限公司，中石化中原石油工程有限公司钻井工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11