本发明专利技术提供一种分布式钻井动态参数监测装置，其包含：多个设置在井下不同位置的动态监测短节，其中，动态监测短节包含：动态参数监测传感器，其用于采集表征钻柱非线性动力学指标的井下动态参数，得到传感器数据；微型电路板，其具备耐高温能力，用于基于传感器数据对钻柱非线性动力学行为进行量化评价，并进行井下动态参数实时分析和故障诊断，提前对潜在的安全风险发出预警信号，指导地面钻井参数调整；电源，其用于为动态参数监测传感器以及微型电路板供电。本发明专利技术对整个钻具组合进行多位置动态参数监测，为综合分析钻具组合的受力和运动情况进行全面“体检”，所获取的各项监测数据，是进行钻井参数优化、提高钻井速度的重要依据。依据。依据。
【技术实现步骤摘要】
分布式钻井动态参数监测装置及方法
[0001]本专利技术涉及油气井工程井下随钻测量
，具体地说，涉及一种分布式钻井动态参数监测装置及方法。
技术介绍
[0002]目前，现有的井下钻井参数监测技术主要是存储式钻井参数监测短节，其中有些监测短节能够挂接MWD，实现实时传输。在实际使用中，单一监测短节接入钻具组合后，只能测量到短节所在位置的工程参数，如三轴冲击振动加速度、转速等。
[0003]现有技术存在的主要问题有两个方面，一是所测数据频率低，通常为几秒或几十秒，所测数据无法用于分析钻铤在钻井过程中的非线性动力学行为。二是测点位置单一，无法反映整个钻具组合甚至整个底部钻柱的受力变化情况。
[0004]贝克休斯公司研制了地面测量系统和近钻头测量系统两种测量工具，其中地面测量系统安装在方钻杆接头上方，可测量轴向力和扭矩、轴向和扭转加速度和转速，地面测量系统对扭转和粘滑运动的分析效果显著，其缺点是无法准确判断井下横向振动。近钻头测量工具测量轴向加速度、横向弯矩、扭转角速度以及轴向力和扭矩，可以分析轴向振动、横向振动、扭转振动及粘滑运动等振动形式。
[0005]哈里伯顿公司研制的钻柱动态参数测量工具DDS为存储式振动传感器，可同时记录加速度均值，峰值和瞬时值。通过测量横向、轴向、切向和径向加速度来判断横向振动、跳钻、粘滑运动及涡动等运动状态，根据该信息，可以通过钻头类型、BHA结构、井身结构和钻井参数的优化选择减弱钻柱有害振动，提高钻进效率。其优点是测量的瞬时加速度值采样频率高，可以进行频谱特性分析，有利于深入揭示井下钻柱振动的激励机制和固有特性。不足是缺少实时数据，井下振动情况反馈不及时。
[0006]斯伦贝谢公司研制了多轴振动监测工具MVC，是一个安装在钻柱轴心上四轴振动信号测量工具，采用泥浆脉冲实时上传井下振动数据，可以及时监测井下钻柱振动状态，从而提高钻进效率。MVC的不足是无法提取井下振动信号的频率成分。
[0007]APS公司研制的钻柱振动监控系统由监测和控制两部分组成，监测系统用于实时监测钻柱三轴振动，测量钻头钻压、扭矩和温度等参数，控制系统实际上是一个多轴振动减振器构成的减振系统。
[0008]RES公司研制的环境严重程度监测工具ESM结构紧凑，以偏心方式安装于钻铤短节内，可以接在钻柱或底部钻具组合的任意位置，采用存储式记录方式，通过数据回放判断横向振动、跳钻、粘滑及涡动等运动状态。
[0009]综上所述，现有所述的动态参数监测工具存在以下问题：
[0010](1)国内现有工程参数测量系统测量的数据种类少、精度低、井下测量短节不耐高温，不能满足深井超深井使用。
[0011](2)现有工程参数测量系统不能实现监测数据的实时上传，需要起钻后进行数据分析，无法随钻实时指导钻井参数调整。
[0012](3)现有工程参数测量短节起钻后数据分析中，没有智能数据分析和诊断功能，缺少地面数据分析处理和井下风险提示功能。
[0013]因此，本专利技术提供了一种分布式钻井动态参数监测装置及方法。
技术实现思路
[0014]为解决上述问题，本专利技术提供了一种分布式钻井动态参数监测装置，所述装置包含：多个设置在井下不同位置的动态监测短节，其中，所述动态监测短节包含：
[0015]动态参数监测传感器，其用于采集表征钻柱非线性动力学指标的井下动态参数，得到传感器数据；
[0016]微型电路板，其具备耐高温能力，用于基于所述传感器数据对钻柱非线性动力学行为进行量化评价，并进行井下动态参数实时分析和故障诊断，提前对潜在的安全风险发出预警信号，指导地面钻井参数调整；
[0017]电源，其用于为所述动态参数监测传感器以及所述微型电路板供电。
[0018]根据本专利技术的一个实施例，所述动态参数监测传感器包含：应变片、三轴MEMS振动加速度计以及MEMS陀螺传感器。
[0019]根据本专利技术的一个实施例，表征钻柱非线性动力学指标的井下动态参数包含：钻压、扭矩、弯矩、管柱压力、环空压力、三轴振动、三轴冲击、转速以及温度。
[0020]根据本专利技术的一个实施例，所述微型电路板包含：
[0021]信号调理电路，其用于对所述传感器数据进行调理，转换成便于模数转换芯片采集的模拟信号；
[0022]数据采集电路，其用于对所述模拟信号进行模数转换处理，以得到数字信号；
[0023]微控制器，其用于控制数据采集以及数据存储过程，具备数据回放能力以及数据传送能力；
[0024]井下智能分析模块，其用于进行均值统计、方差统计，并进行基于转速的粘滑度分析、钻具涡动严重程度分析、卡钻预警分析、井下摩阻分析、基于扭矩的粘滑度分析；
[0025]大容量存储器，其用于存储数据供所述微控制器进行数据回放，并供所述井下智能分析模块进行数据分析。
[0026]根据本专利技术的一个实施例，所述动态监测短节设置在钻头上部、螺杆前后、钻铤位置以及钻柱位置。
[0027]根据本专利技术的一个实施例，所述动态监测短节设置在提速工具的前后位置，用于对所述提速工具的效果进行实时定量评价。
[0028]根据本专利技术的一个实施例，所述动态监测短节设置在钻头根部位置，用于对扭力冲击器的效果进行定量分析。
[0029]根据本专利技术的一个实施例，所述动态监测短节设置在井口至钻头之间，用于识别托压发生的位置。
[0030]根据本专利技术的一个实施例，在水力振荡器前后各布置一个所述动态监测短节，用于监视所述水力振荡器前后的压力变化，以评价所述水力振荡器的效果。
[0031]根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种分布式钻井动态参数监测方法，所述方法包含以下步骤：
[0032]采集表征钻柱非线性动力学指标的井下动态参数，得到传感器数据；
[0033]基于所述传感器数据对钻柱非线性动力学行为进行量化评价；
[0034]进行井下动态参数实时分析和故障诊断，提前对潜在的安全风险发出预警信号，指导地面钻井参数调整。
[0035]本专利技术提供的分布式钻井动态参数监测装置及方法对整个钻具组合进行多位置动态参数监测，为综合分析钻具组合的受力和运动情况进行全面“体检”，所获取的各项监测数据，是进行钻井参数优化、提高钻井速度的重要依据。此外，本专利技术对于提速工具的效果评价也提供了量化依据。
[0036]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0037]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0038]图1显示了根据本专利技术的一个实施例的分布式钻井动态参数监测装置结构框图；
[0039]图2显示了根据本专利技术的另一个实施例的分布式钻井动态参数本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种分布式钻井动态参数监测装置，其特征在于，所述装置包含：多个设置在井下不同位置的动态监测短节，其中，所述动态监测短节包含：动态参数监测传感器，其用于采集表征钻柱非线性动力学指标的井下动态参数，得到传感器数据；微型电路板，其具备耐高温能力，用于基于所述传感器数据对钻柱非线性动力学行为进行量化评价，并进行井下动态参数实时分析和故障诊断，提前对潜在的安全风险发出预警信号，指导地面钻井参数调整；电源，其用于为所述动态参数监测传感器以及所述微型电路板供电。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述动态参数监测传感器包含：应变片、三轴MEMS振动加速度计以及MEMS陀螺传感器。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，表征钻柱非线性动力学指标的井下动态参数包含：钻压、扭矩、弯矩、管柱压力、环空压力、三轴振动、三轴冲击、转速以及温度。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微型电路板包含：信号调理电路，其用于对所述传感器数据进行调理，转换成便于模数转换芯片采集的模拟信号；数据采集电路，其用于对所述模拟信号进行模数转换处理，以得到数字信号；微控制器，其用于控制数据采集以及数据存储过程，具备数据回放能力以及数据传送能力；井下智能分析模块，其用于进行均值统计、方差统计，...
【专利技术属性】
技术研发人员：宗艳波，胡群爱，曾义金，张卫，孙峰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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