[发明专利]一种利用空气锤轴向振动信号识别井壁状况的系统及方法

说明书

本发明涉及一种利用空气锤轴向振动信号识别井壁状况的系统及方法，在钻柱顶驱位置安装振动信号采集器，并通过无线传输模块将采集到的振动信号传输到钻井监控室。首先建立空气锤在典型岩层内正常钻进时的振动样本库和异常状况时的振动样本库。在气体钻井过程中，利用顶驱位置的振动信号采集器实时采集钻柱振动信号，并与振动样本库进行对比，采用动态时间规整算法筛选出最小匹配距离，识别出井壁的异常状况，从而提高气体钻井的安全性。本发明原理简单可靠，操作简便，可长期稳定工作，监测连续实时、迅速、判断结果直观，满足钻井施工的要求。

技术领域

本发明涉及油气开采领域中气体钻井随钻监测井壁异常状况的系统及方法，为气体钻井的正常钻进提供一种随钻监测手段。

背景技术

在气体钻井过程中，井壁失稳问题已经成为制约气体钻井进一步发展应用的瓶颈。气体钻井井壁失稳主要表现为崩落、掉块、井眼缩径和坍塌，其失稳机理主要包括力学强度较低的软弱岩体和破碎岩体的力学失稳、产液条件下的力学-化学失稳、快速钻进时的岩石崩爆与上覆泥岩的动力学失稳。目前主要通过室内实验校正测井信息进行井壁稳定性评价，但该评价方法不能实时预测井壁的异常状况。

发明内容

为了克服背景技术中的问题，本发明提出一种利用空气锤轴向振动信号识别井壁状况的系统及方法。

为了实现上述目的，本发明是按照以下方式实现的：

一种利用空气锤轴向振动信号识别井壁状况的系统，包括：

轴向振动信号传感元件：所述轴向振动信号传感元件安装在钻柱上并紧贴钻柱，其轴向与钻柱轴向一致，用于采集钻柱的轴向的振动信号。

轴向振动信号传感元件：所述轴向振动信号采集器设置在地面，通讯连接于所述轴向振动信号传感元件，用于接收来自轴向振动信号传感元件的轴向振动信号的模拟信号，并将其转换为数据信号然后远程实时传输至录井系统。

录井系统：所述录井系统包括无线通讯模块和控制计算模块，所述控制计算模块通过无线通讯模块和所述轴向振动信号采集器无线通讯连接。

所述控制计算模块中预先存储有空气锤在不同典型岩层内正常钻进时的钻柱轴向振动样本库，所述正常钻进时的钻柱轴向振动样本库用于存储空气锤在典型岩层内正常钻进时的钻柱轴向振动曲线，用作正常钻进时钻柱轴向振动的比对样本；所述正常钻进时的钻柱轴向振动样本库中每个样本均由P个单位时间内的钻柱振动曲线构成；所述控制计算模块中还预先存储有空气锤在不同典型岩层内钻进过程中井壁有异常工况时的钻柱轴向振动样本库，井壁有异常工况时的钻柱轴向振动样本库用于存储空气锤在井壁有异常工况时的钻柱轴向振动曲线，作为井壁有异常工况时钻柱轴向振动的比对样本；所述井壁有异常工况时的钻柱轴向振动样本库中，每个样本均由P个单位时内的钻柱振动曲线构成；

所述控制计算模块用于在开始钻进后，对收到的轴向振动信号作如下处理：

以当前单位时间t_s作为起点，记录从单位时间t_s到单位时间t_s+p之间P个单位时间内的钻柱轴向振动数值生成钻柱轴向振动曲线，分别与正常钻进时的钻柱轴向振动样本库中的样本以及井壁有异常工况时的钻柱轴向振动样本库中的样本进行比对；若与正常钻进时的钻柱轴向振动样本库中的样本比对成功，则可视为井壁状况良好，可正常钻进，且根据比对成功的样本推测钻进所述的岩层；若与井壁有异常工况时的钻柱轴向振动样本库中的样本比对成功，则可视为井壁发生该样本对应的异常状况，应采取对应的处理措施。

进一步的技术方案是，所述典型岩层包括砂岩、泥岩、砾岩。

进一步的技术方案是，所述异常工况包括井壁出现掉块、井塌、出水的工况。

进一步的技术方案是，空气锤在各种不同典型岩层中的正常钻进时的钻柱轴向振动样本库的样本和井壁有异常工况时的钻柱轴向振动样本库的样本通过实验室实验或现场试验获取。