[发明专利]一种利用空气锤三轴振动信号识别井下憋跳钻的方法

说明书

本发明提供一种利用空气锤三轴振动信号识别井下憋跳钻的方法，包括在空气锤钻进的过程中，固定于顶驱位置的三轴振动信号采集器分别采集正常钻进、憋钻和跳钻时的振动数据。其中，无线发射模块与三轴振动信号采集器相连接，在气体钻井作业中，通过无线发射模块将随钻采集到的振动数据实时传输到地面监控系统，对比实时振动数据与样本数据求取匹配距离，根据筛选出最小匹配距离识别空气锤钻进时的憋跳钻情况。本发明方法操作简便，可连续实时监测钻柱的振动情况，快速判断空气锤钻进时的井下憋跳钻情况，提高了气体钻井的安全性。

技术领域

本发明涉及油气开采领域，尤其涉及油气开采领域中实时监测空气锤钻进过程中井下憋跳钻的方法，为气体钻井的正常钻进提供一种随钻监测手段，特别是提出一种利用空气锤三轴振动信号识别井下憋跳钻的方法。

背景技术

在气体钻井作业中，憋钻会导致钻具扭矩增大，增加钻具事故的可能性。跳钻则降低了空气锤对岩石的破碎效果，且反弹回来的冲击会加重空气锤零部件的振动破坏。

当空气锤冲击钻进时，单次冲击结束后会发生跳钻，为了防止跳钻，需要在空气锤上施加钻压。施加的钻压有助于冲击应力波有效传递到岩石上进行破岩。但钻压过大，使得空气锤钻头齿与岩石接触过于紧密，增加了憋钻的可能性。钻速过大时，两次冲击的扇形区域增大，空气锤钻头的回转扭矩增加，增加了憋钻的可能性。井壁掉块也可能导致井下憋钻情况。通过随钻识别井下憋跳钻情况，合力控制气体钻井过程中的钻压和转速，可降低空气锤钻头齿的磨损和钻具损坏事故，提高气体钻井的安全性。目前还未见到空气锤钻进过程中的井下憋跳钻识别方法。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种利用空气锤三轴振动信号识别井下憋跳钻的方法。

本发明采用如下技术方案：

一种利用空气锤三轴振动信号识别井下憋跳钻的方法，包括如下步骤：

S1.在钻柱上安装三轴振动信号传感器，将三轴振动信号传输至三轴振动信号采集器，三轴振动信号采集器安装于钻柱顶驱位置，三轴振动信号采集器连接无线发射模块，通过无线发射模块将获取的钻柱振动数据实时传输到地面监控系统。

进一步的技术方案是，三轴振动信号传感器紧贴钻柱，且三轴振动信号传感器三轴方向与钻柱的三轴方向一致，从而使三轴振动信号传感器能充分捕获钻柱在三轴方向上的振动数据。

S2.在地面监控系统中建立空气锤正常钻进时的钻柱振动样本库，所述空气锤正常钻进时的钻柱振动样本库用于存储典型正常状况下钻柱在轴向、径向、周向上的振动曲线，作为正常钻进时钻柱振动的比对样本。

进一步的是，所述空气锤正常钻进时的钻柱振动样本库中，每个样本均由P个单位时间内轴向、径向、周向的钻柱振动曲线构成。

S3.建立空气锤钻进时在憋钻情况下的钻柱振动样本库和空气锤钻进时在跳钻情况下的钻柱振动样本库，分别用于存储憋钻和跳钻情况下钻柱在轴向、径向、周向上的振动曲线，作为钻进过程中憋钻和跳钻情况下钻柱振动的比对样本。

进一步的是，所述空气锤钻进时在憋钻情况下的钻柱振动样本库和空气锤钻进时在跳钻情况下的钻柱振动样本库中，每个样本均由P个单位时间内轴向、径向、周向的钻柱振动曲线构成。

S4.钻进过程中，三轴振动信号采集器随钻采集三轴振动信号传感器获取的振动模拟信号并转换为数字信号，实时记录钻柱在轴向、径向和周向上的振动数据。

S5.以当前单位时间t_s作为起点，测试并记录t_s-t_s+pP个单位时间内的钻柱在轴向、径向和周向上钻柱三轴振动曲线，分别与空气锤正常钻进时的钻柱振动样本库、空气锤钻进时在憋钻情况下的钻柱振动样本库、空气锤钻进时在跳钻情况的钻柱振动样本库中的样本进行比对；