钻井过程中的故障诊断方法研究

论文摘要

石油钻探是一项复杂的工程,钻探地层的复杂性、隐蔽性使钻井过程存在着大量的模糊性、随机性和不确定性问题。由于对客观情况的认识不清或者主观意识的错误决策,往往会产生许多复杂情况甚至造成严重的事故。因此,利用钻井过程中的各种信息及时发现钻井异常情况,预防钻井事故的发生,对安全钻井具有重大意义。本文详细研究了故障检测与诊断的方法,并引出适合钻井实际情况的灰色关联分析法和时序模型法;分析了动态信号的特征参量,提出了动态信号的数学描述方法;从信号的角度对钻井过程中的各种参数变化情况进行分析,总结出发生钻具异常时所有相关动态信号的变化特征;在调研分析国内外相关研究的基础上,分析了钻具振动产生的原因及钻具早期损坏的机理,研制了利用纵向加速度计和角加速度计在地面测量钻具振动的装置,探讨了利用钻具振动信号和综合录井参数实时识别钻具工作状态的方法,并开发了相应的诊断软件。试验表明,在钻具振动测量系统和现有综合录井系统的基础上,利用故障检测与诊断的相关理论开发出的钻井故障在线识别系统,具有较高的在线故障检测与识别能力,可以辅助钻井工程技术人员进行故障的检测与识别。利用钻具振动信号和综合录井参数进行故障检测与诊断也有其局限性,井下动力钻具的扭矩和振动信号地面传感器无法检测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 故障检测与诊断技术的理论发展
• 1.3 钻井过程中的故障检测与识别的研究现状
• 1.4 钻具振动波研究的发展历史及应用现状
• 1.5 本文研究内容和思路
• 第二章 故障检测与诊断的理论及方法
• 2.1 故障检测与诊断的基本思想
• 2.1.1 故障检测与诊断
• 2.1.2 故障的类型
• 2.1.3 故障检测与诊断的基本过程
• 2.1.4 故障检测与诊断的智能化
• 2.2 故障检测与诊断的常用方法
• 2.2.1 统计识别方法
• 2.2.2 逻辑识别方法
• 2.2.3 模糊故障诊断法
• 第三章 钻井过程中动态信号的数学描述
• 3.1 动态信号的特征分析
• 3.1.1 平稳与非平稳信号
• 3.1.2 非平稳信号的平稳化处理
• 3.1.3 动态信号的特征参量及其分析
• 3.1.4 动态信号的相关分析
• 3.2 钻井过程中的动态信号特征参量描述方法
• 3.2.1 动态信号特征参量的选择
• 3.2.2 动态信号的发展变化特征的数学描述方法
• 3.2.3 系统当前运行状态分析
• 3.2.4 系统运行状态的历程分析
• 3.2.5 时间间隔选取
• 第四章 钻具振动信号的测量与应用
• 4.1 钻具振动基础
• 4.1.1 钻具振动的基本形式
• 4.1.2 钻柱系统振动模型
• 4.2 钻具振动信号的测量与分析
• 4.2.1 测量系统组成
• 4.2.2 现场测量试验
• 4.3 钻具振动信号的应用
• 4.3.1 钻具在不同振源下的振动信号特征
• 4.3.2 钻具在不同工况下的振动信号特征
• 4.3.3 钻具振动信号的工程应用
• 4.3.4 钻具振动信号的地质应用
• 第五章 钻井过程中的故障识别与诊断
• 5.1 故障诊断的时序模型法
• 5.1.1 时间序列的ARMA 模型和AR 模型
• 5.1.2 利用时序模型进行故障识别与诊断的方法
• 5.1.3 模型在钻井故障诊断中的应用
• 5.2 故障识别的灰色关联分析法
• 5.2.1 灰色关联分析的基本理论
• 5.2.2 灰色关联分析法的故障特征向量构造
• 5.2.3 待检模式特征向量的形成及故障识别方法
• 5.3 钻井故障检测与诊断软件系统开发
• 结论
• 参考文献
• 致谢