钻柱振动信号在线监测及应用

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振动信号测量方法的基础上，研制了钻柱三轴振动信号的地面测量装置，并进行了现场试验。试验结果表明，通过对振动
信号的时域和频域信号的特征分析，对可以识别出钻柱的非稳定工作状态、钻柱粘卡、钻Biblioteka Baidu故障等异常工况，并且通过改
变钻压或转盘转速可以消除因钻进参数配合不当二引发的高幅振动，防止钻具的早期损坏。关键词：钻柱振动；加速度计；振动监测；钻具损坏
中图分类号：ＴＥ２８文献标识码：Ａ
Ｄｒｉｌｌｉｎｇｓｔｒｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｎｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｓｉｇｎａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｄｏｍｅｓｔｉｃａｌｌｙａｎｄａｂｒｏａｄ，ａｄｒｉｌｌｉｎｇｓｔｉｎｒｇｔｒｉａｘｉａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅｏｎｇｒｏｕｎｄｗａｓ
振
第３２卷第１期
动
与
冲
击
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫ
钻柱振动信号在线监测及应用
刘瑞文，管志川，李春山
（中国石油大学石油工程学院，山东青岛２６６５５５）
摘要：钻柱振动信号是一种非常复杂的振动波，它包含了钻柱和钻头自身工况引起的振动、钻头与地层相互作
用所激发的振动，钻柱与井壁相互碰撞和粘卡一释放引起的振动等。研究表明，井下钻柱的运动状态、牙轮钻头的磨损状
况和岩石的破碎方式的不同，会表现出不同的振动特征。因此，在线监测和分析钻柱振动信号的时域和频域特征，实时识别井下钻具的工作状态，对预防钻具（钻柱和钻头）的早期损坏、减少钻井事故的发生具有重要作用。在调研国内外钻柱
ｄｏｗｎｈｏｌｅｔｏｏｌｓａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｐｒｅｍａｔｕｒｅｆａｉｌｕｒｅｓａｎｄｄｒｉｌｌｉｎｇａｃｃｉｄｅｎｔｓ．Ｈｅｒｅｂａｓｅｄｏｎｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇｄｒｉｌｌｉｎｇｓｔｒｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎ
ｖｉｂｒａｔｉｏｎｃａｕｓｅｄｂｙｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｎｄｓｔｉｃｋ— ｓｌｉｐｂｅｔｗｅｅｎｄｒｉｌｌｉｎｇｓｔｉｎｒｇａｎｄｂｏｒｅｈｏｌｅｗａｌ１．Ｓｔｕｄｙｓｈｏｗｓｔｈａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｔｉｏｎｓｔａｔｕｓｏｆｄｉｌｒｌｉｎｇｓｔｒｉｎｇ，ｂｉｔｗｅａｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇｔｙｐｅｓｃａｕｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｏｏｎｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｒｉｌｌｉｎｇｓｔｉｎｒｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｔｉｍｅ — ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｈａｒａｃｔｅｒｓｃａｎｉｄｅｎｔｉｆｙｗｏｒｋｉｎｇｓｔａｔｕｓｏｆ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｒｉｌｌｉｎｇｓｔｉｒｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｉｓａｋｉｎｄｏｆｖｅｒｙｃｏｍｐｌｅｘｖｉｂｒａｔｉｏｎｗａｖｅｓ，ｉｔｃｏｎｔａｉｎｓｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｃａｕｓｅｄｂｙｄｒｉｌｌｉｎｇｓｔｉｒｎｇａｎｄｂｉｔｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｔｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｂｉｔａｎｄｇｒｏｕｎｄｌａｙｅｒ，ｔｈｅ
ＬＩＵＲｕｉ — ｗｅｎ，ＧＵＡＮＺｈｉ — ｃｈｕａｎ，Ｌ１Ｃｈｕｎ — ｓｈａｎ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ，ＳｈａｎｄｏｎｇＱｉｎｇｄａｏ２６６５５５，Ｃｈｉｎａ）