钻具振动信号的研究与应用

论文摘要

钻具振动信号是一种十分丰富、非常复杂的振动波,它包含了钻具自身的振动、钻头与地层相互作用所激发的振动、钻柱与井壁相互碰撞引起的振动。它能够实时地反映出井下的工况信息。研究钻具振动信号测量和处理方法,能够实时识别井下工况,进行钻井参数优化,有利于预防钻柱和钻头的早期损坏,防止卡钻及钻头事故的发生,对提高钻井速度,降低钻井成本有着十分重要的意义。本论文首先讨论了钻具振动的产生机理,分析了振动波在钻杆中的传递规律。同时,在综合对比了国外各种钻具振动信号的测量方法基础上,研制了一套低压、低功耗、抗噪声的无线钻具振动测量装置,实现了钻具纵向和扭转振动信号的地面实时测量。探讨了钻具振动信号的处理方法,其中包括:信号的特征值、频谱分析、小波变换等分析方法,给出钻具振动信号分析应用的技术路线,开发了钻具振动信号处理软件。经过室内和现场试验表明,所研制的钻具振动测量装置能够实现实时的数据采集,有效数据传输距离为250m;开发的钻具振动信号处理软件能够实时的采集和分析处理振动数据,对于实时工况分析和岩性识别具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 论文的研究目的与意义
• 1.2 钻具振动国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究状况
• 1.2.2 国内研究状况
• 1.2.3 目前存在的主要问题
• 1.3 论文的研究内容
• 第二章 钻具振动的产生机理与传递规律
• 2.1 钻具振动的产生机理
• 2.2 振动波在钻杆中传递的一般规律
• 2.2.1 钻杆中纵向振动波的传递
• 2.2.2 钻杆中扭转振动波的传递
• 第三章 钻具振动采集装置的研制
• 3.1 振动测量方法的研究
• 3.2 测量装置的整体规划
• 3.3 主要模块选型与设计
• 3.3.1 电源模块
• 3.3.2 振动传感器
• 3.3.3 滤波装置
• 3.3.4 无线数传模块
• 第四章 钻具振动信号分析方法研究
• 4.1 钻具振动信号的特征值
• 4.1.1 均方值
• 4.1.2 自相关函数
• 4.1.3 功率谱密度函数
• 4.1.4 互相关函数
• 4.1.5 互功率谱密度函数
• 4.2 频谱分析方法
• 4.2.1 傅里叶变换与算法设计
• 4.2.2 Burg 递推算法的设计
• 4.2.3 应用实例
• 4.3 小波变换的分析方法
• 4.3.1 小波变换定义
• 4.3.2 小波算法
• 4.3.3 应用实例
• 4.4 钻具振动信号的应用
• 第五章 钻具振动信号处理软件的开发
• 5.1 软件的整体设计
• 5.2 开发平台的选择
• 5.3 主要模块设计
• 5.4 关键技术
• 第六章 室内实验与现场试验
• 6.1 室内实验
• 6.1.1 实验目的
• 6.1.2 设备的安装
• 6.1.3 实验步骤
• 6.1.4 实验结果分析
• 6.2 现场试验
• 6.2.1 试验目的
• 6.2.2 试验环境描述
• 6.2.3 试验步骤
• 6.2.4 试验结果分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢