随钻钻具振动测量方法及系统和设备技术方案

本发明专利技术提供了一种随钻钻具振动测量方法及系统和设备，所述测量方法包括：利用振动监测单元进行井下钻具振动测量，获取横向振动数据和轴向振动数据；利用小波变换对横向振动数据进行滤波处理，以分离并去除由于钻柱旋转引入的低频趋势项；将沿着钻柱径向加速度测量值X

Vibration measurement method, system and equipment of drilling tools while drilling

【技术实现步骤摘要】
随钻钻具振动测量方法及系统和设备


[0001]本专利技术涉及随钻测量
，具体来讲，涉及一种随钻钻具振动测量方法、一种随钻钻具振动测量系统、一种计算机设备和一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]在钻井过程中，用钻柱将钻头送至井眼底部并向钻头传递动力，靠钻头的牙齿、切削刃和射流破碎岩石形成井筒。由于钻头牙齿间断地与地层接触或岩石的间歇破碎，导致钻头并带动钻柱振动。在一些井况条件下，钻柱振动的状态极其复杂，钻柱内的交变应力和振幅相当大，导致钻柱断裂或黏扣。
[0003]钻柱振动状态监测是目前油气钻井技术研究中的一个重要领域，钻柱振动主要包括纵向振动、横向振动和粘滑振动，其中横向振动形成机理复杂、对钻柱的危害大。通过研究钻柱振动发生机理、钻柱振动测量方法、钻柱振动数据处理方法以及钻柱振动量级分级等，实现对井下钻柱振动状态的实时监测，辅助工程技术人员实现钻井施工安全进行。
[0004]现有技术中，一般都是通过经验和观察识别井下振动状况，或是通过振动加速度计进行井下钻具振动相关参数的测量，但并未针对井下钻具横向振动相关参数进行测量。例如，于2018年1月9日公开的专利技术名称为一种基于三轴正交加速度计的井下钻柱振动测量系统、公开号为CN206862488U的专利文献记载了一种基于三轴正交加速度计的井下钻柱振动测量系统，其包括井下钻具组合、钻柱振动测量单元、信号调理单元、井下控制单元、井下存储单元、数据通信单元、井下电源系统、上位机。该专利文献提供的井下钻柱振动测量系统采用随钻多点测量、实时数据存储、钻后数据分析的方法，可安装在井下钻具组合的任意位置，对井下具体位置振动情况进行测量和分析。于2018年1月19日公开的专利技术名称为一种井下振动实时测量系统、公开号为CN107605467A的专利文献记载了一种井下振动实时测量系统，包括供电单元、扶正器单元、振动测量单元，锥形密封帽及定向托盘，其中，振动测量单元包括单片机，保护壳体，铜接头组件及振动参数测量器；定向托盘固定连接钻铤，用于固定井下振动实时测量系统；锥形密封帽固定连接定向托盘，用于降低钻井液流速；振动参数测量器设置在保护壳体内，电连接单片机，用于测量钻具振动相关数据，并将测量的数据发送至单片机，以由单片机处理钻具振动相关数据并存储处理后的数据；扶正器单元固定连接在供电单元与保护壳体之间，用于平衡井下振动实时测量系统；供电单元电连接单片机及振动参数测量器，用于提供电能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本专利技术的目的之一在于提供一种随钻钻具振动测量方法，用于处理钻柱横向振动测量数据，从而实现对井下钻柱振动状态的实时监测，辅助工程技术人员实现钻井施工安全进行。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种随钻钻具振动测量方法，所述测量
方法包括以下步骤：利用振动监测单元进行井下钻具振动测量，获取横向振动数据和轴向振动数据；利用小波变换对横向振动数据进行滤波处理，以分离并去除由于钻柱旋转引入的低频趋势项，所述低频趋势项包括径向加速度分量rω2表现出的趋势项和切向加速度分量表现出的趋势项；将沿着钻柱径向加速度测量值X
a
和沿着钻柱切向加速度测量值Y
a
分别确定为横向加速度的两个正交分量a
xc
和a
yc
；根据沿着钻柱径向加速度测量值X
a
和沿着钻柱切向加速度测量值Y
a
，确定钻具横向振动加速度a
lat
。
[0007]在本专利技术的随钻钻具振动测量方法的一个示例性实施例中，滤波处理时，可选用db5小波作为基函数。
[0008]在本专利技术的随钻钻具振动测量方法的一个示例性实施例中，所述钻具横向振动加速度a
lat
的计算式可如下所示：式中，a
lat
为钻具横向振动加速度，g(9.8m/s2)；X
a
为沿着钻柱径向加速度测量值，m/s2；Y
a
为沿着钻柱切向加速度测量值，m/s2。
[0009]在本专利技术的随钻钻具振动测量方法的一个示例性实施例中，可根据钻具横向振动加速度a
lat
的计算结果，划分振动烈度。
[0010]在本专利技术的随钻钻具振动测量方法的一个示例性实施例中，三轴加速度测量值的物理表达式如下所示：
[0011][0012]式中，X
a
为沿着钻柱径向加速度测量值，m/s2；Y
a
为沿着钻柱切向加速度测量值，m/s2；r为偏心距，m；ω为钻柱井下转速，rpm；Z
a
为沿着钻柱轴向加速度测量值，m/s2；a
xc
和a
yc
为横向加速度的两个正交分量，m/s2；a
zc
为轴向加速度，m/s2。
[0013]本专利技术另一方面提供了一种设备，所述设备包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的钻具振动测量方法。
[0014]本专利技术再一方面提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当计算机程序在被处理器执行时实现如上所述的钻具振动测量方法。
[0015]本专利技术再一方面提供了一种随钻钻具振动测量系统，所述测量系统包括振动监测单元、滤波处理单元和横向振动计算单元，其中，所述振动监测单元偏心安装在钻具上，用于获取横向振动数据和轴向振动数据；所述滤波处理单元与所述振动监测单元连接，用于对横向振动数据进行滤波处理，以分离并去除由于钻柱旋转引入的低频趋势项；所述横向振动计算单元与所述滤波处理单元连接，用于根据滤波处理后的横向振动数据计算钻具横向振动加速度a
lat
。
[0016]在本专利技术的随钻钻具振动测量系统的一个示例性实施例中，所述振动监测单元可由三轴正交的MEMS加速度传感器和采集传输电路构成。
[0017]在本专利技术的随钻钻具振动测量系统的一个示例性实施例中，所述测量系统还可包括横向振动烈度划分单元，所述横向振动烈度划分单元与所述横向振动计算单元连接，用于根据钻具横向振动加速度a
lat
的计算结果，划分振动烈度，并绘制横向振动烈度曲线。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括以下内容中的至少一项：
[0019](1)本专利技术创新性提出了利用小波变换分离并去除由于钻柱旋转引入的低频趋势项，既实现了非平稳干扰信号的有效去除，也避免了变换过程中出现损失掉时间信息，可以达到做好的数据处理效果，其获得钻具横向振动参数具有真实性、有效性和准确性；
[0020](2)本专利技术能够准确测量钻具横向振动参数，从而实现对井下钻柱振动状态的实时监测，辅助工程技术人员实现钻井施工安全进行。
附图说明
[0021]通过下面结合附图进行的描述，本专利技术的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种随钻钻具振动测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：利用振动监测单元进行井下钻具振动测量，获取横向振动数据和轴向振动数据；利用小波变换对横向振动数据进行滤波处理，以分离并去除由于钻柱旋转引入的低频趋势项，所述低频趋势项包括径向加速度分量rω2表现出的趋势项和切向加速度分量表现出的趋势项；将沿着钻柱径向加速度测量值X
a
和沿着钻柱切向加速度测量值Y
a
分别确定为横向加速度的两个正交分量a
xc
和a
yc
；根据沿着钻柱径向加速度测量值X
a
和沿着钻柱切向加速度测量值Y
a
，确定钻具横向振动加速度a
lat
。2.根据权利要求1所述的随钻钻具振动测量方法，其特征在于，滤波处理时，选用db5小波作为基函数。3.根据权利要求1所述的随钻钻具振动测量方法，其特征在于，所述钻具横向振动加速度a
lat
的计算式如下所示：式中，a
lat
为钻具横向振动加速度，g(9.8m/s2)；X
a
为沿着钻柱径向加速度测量值，m/s2；Y
a
为沿着钻柱切向加速度测量值，m/s2。4.根据权利要求1所述的随钻钻具振动测量方法，其特征在于，根据钻具横向振动加速度a
lat
的计算结果，划分振动烈度。5.根据权利要求1所述的随钻钻具振动测量方法，其特征在于，三轴加速度测量值的物理表达式如下所示：式中，X
a
为沿着钻柱径向加速度测量值，m/s2；Y
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，冯思恒，连太炜，陈东，张德军，汪洋，郑海波，杨瑞帆，张萍，
申请(专利权)人：中国石油集团川庆钻探工程有限公司，
类型：发明
国别省市：