一种随钻震动测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种随钻震动测量装置，其特征在于，包括第一三轴加速度计传感器、第二加速度计传感器、井上随钻震动测量系统和井下随钻震动测量系统；其中，所述第一加速度计传感器与井上随钻震动测量系统相连接，所述第二加速度计传感器与井下随钻震动测量系统相连接；其中，所述第一/第二加速度计传感器中的X轴对应钻铤的横截面方向，Y轴与X轴正交方向，Z轴与X、Y轴正交对应着钻铤的轴向方向，X轴和Y轴分别测量钻铤截面的两个方向上的加速度，Z轴测量轴向的加速度。
【专利说明】一种随钻震动测量装置【技术领域】
[0001]本实用新型涉及应用于石油、天然气钻井作业随钻测量领域，特别涉及一种随钻
震动测量装置。
【背景技术】
[0002]在钻井过程中，人们逐渐意识到通过监测钻柱的动力特性能有效地防止钻具事故和钻井问题的发生。在测量井斜和工具面时振动对于加速度计测量稳定值的影响是致命的。利用钻柱产生的振动行为来传输井下情况，为钻柱信息传输的信道建立数学模型。利用钻柱产生的振动还能探测岩性信息，预测前面的地层情况。在监测钻具事故和钻井问题的应用，主要是检测扭转粘滑、钻头跳动和全正向偏转等，其中旋转或扭转枯滑是一种非常重要的动力学现象，可导致井下马达的先期损坏，钻头过早磨损、钻杆疲劳，还能诱导其它不利的钻柱振动力。而钻头与地层脱离接触的瞬间就会产生钻头跳动，如果靠近钻头测量，钻头跳动可能被认为是一个无规律的一般钻压值或瞬时零值而引起的，钻头跳动对于钻头或其它井下钻具组成部分，如井下马达或MWD接头具有破坏作用。全正向偏转中，钻铤的同一面持续与井壁接触，就会造成了局部高磨损率，取出钻铤后，在地面可看到与地层接触的位置上磨蚀斑痕，这种磨损常见于因井下振动而损坏的MWD工具。
[0003]因此，钻井的振动问题已成为越来越重要的课题，对随钻振动测量也就变的越来越重要，特别对分析振动对于测量井斜和工具面的干扰显的尤为重要。传统的震动测量方式采用的数字信号处理方法，该方法是利用记录的井下振动信号进行快速傅立叶变换获得不同钻井参数、岩性组合下的标准频谱，并加以分析，但因为傅立叶变换是针对周期信号序列使用的一种数字信号处理工具，对整个钻井振动信号的分析细致程度不够，很可能会忽略很多钻进时的随机强冲击信号。 实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是针对上述问题，提出一种随钻震动测量装置，随钻钻井的振动数据的研究提供可靠保证。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供了一种随钻震动测量装置，包括第一三轴加速度计传感器、第二三轴加速度计传感器、井上随钻震动测量系统和井下随钻震动测量系统；
[0006]所述第一三轴加速度计传感器与井上随钻震动测量系统相连接，所述第二三轴加速度计传感器与井下随钻震动测量系统相连接；其中，所述第一/第二三轴加速度计传感器中的X轴对应钻铤的横截面方向，Y轴与X轴正交方向，Z轴与X、Y轴正交对应着钻铤的轴向方向，X轴和Y轴分别测量钻铤截面的两个方向上的加速度，Z轴测量轴向的加速度。
[0007]可选的，在本实用新型一实施例中，所述井上随钻震动测量系统包括第一三通道差分振动信号衰减单元、第一三通道低通滤波单元、第一震动数据测量采集单元和第一存储单元；[0008]所述第一三通道差分振动信号衰减单元与所述第一三通道低通滤波单元一端相连，所述第一三通道低通滤波单元另一端与所述震动数据测量采集单元一端相连，所述震动数据测量采集单元另一端与所述第一存储单元相连；
[0009]所述第一三通道差分振动信号衰减单元，用于分别对所述第一三轴加速度计传感器获取到的X轴、Y轴、Z轴的信号进行衰减处理；
[0010]所述第一三通道低通滤波单元，用于分别对所述第一三通道差分振动信号衰减单元输出的三个衰减值进行滤波处理；
[0011]所述第一震动数据测量采集单元，用于对滤波处理后的震动信号进行测量采集；
[0012]所述第一存储单元，用于对所述第一震动数据测量采集单元获取的信息进行存储。
[0013]可选的，在本实用新型一实施例中，所述井下随钻震动测量系统包括第二三通道差分振动信号衰减单元、第二三通道低通滤波单元、第二震动数据测量采集单元、信号处理单元和第二存储单元；
[0014]所述第二三通道差分振动信号衰减单元与所述第二三通道低通滤波单元一端相连，所述第二三通道低通滤波单元另一端与所述震动数据测量采集单元一端相连，所述震动数据测量采集单元另一端与所述信号处理单元一端相连，所述信号处理单元另一端与所述第二存储单元相连；
[0015]所述第二三通道差分振动信号衰减单元，用于分别对所述第二三轴加速度计传感器获取到的X轴、Y轴、Z轴的信号进行衰减处理；
[0016]所述第二三通道低通滤波单元，用于分别对所述第二三通道差分振动信号衰减单元输出的三个衰减值进行滤波处理；
[0017]所述第二震动数据测量采集单元，用于对滤波处理后的震动信号进行测量采集；
[0018]所述信号处理单元，用于对采集到的震动信号进行信号处理；
[0019]所述第二存储单元，用于对所述信号处理单元处理后的信号进行存储。
[0020]可选的，在本实用新型一实施例中，所述井下随钻震动测量系统还包括:用于控制所述井下随钻震动测量系统中其他单元的协调工作的主控单元；
[0021]所述主控单元分别与所述第二三通道差分振动信号衰减单元、所述第二三通道低通滤波单元、所述第二震动数据测量采集单元、所述信号处理单元和所述第二存储单元相连。
[0022]可选的，在本实用新型一实施例中，所述第一存储单元为SD卡震动数据存储单
J Li ο
[0023]可选的，在本实用新型一实施例中，所述第二存储单元为FLASH震动数据存储单
J Li ο
[0024]上述技术方案具有如下有益效果:本实用新型的随钻震动测量装置能够提高随钻钻井振动信号的分析细度和准确度，减少无效信号对测量井斜和工具面的干扰，为随钻钻井的振动数据的研究提供可靠保证。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本实用新型提出的一种随钻震动测量装置结构框图；
[0027]图2为本实用新型提出的一种随钻震动测量装置中井上随钻震动测量系统结构框图；
[0028]图3为本实用新型提出的一种随钻震动测量装置中井下随钻震动测量系统结构框图；
[0029]图4为本实用新型实施例中井下随钻震动测量系统结构示意图；
[0030]图5为傅里叶变换不意图；
[0031]图6为小波变换示意图；
[0032]图7为实施例中算法结构框图；
[0033]图8为实施例中港西井的井下随钻震动实际波形图；
[0034]图9为实施例中港西井的井下随钻震动测量系统获取的去除高频干扰的有效信号波形图；
[0035]图10为实施例中港西井的井下随钻震动测量系统提取出的高频信号波形图。【具体实施方式】
[0036]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0037]如图1所示，为本实用新型提出的一种随钻震动测量装置结构框图。随钻震动测量装置I包括第一三轴加速度计传感器101、第二三轴加速度计传感器102、井上随钻震动测量系统103和井下随钻震动测量系统104 ；
[0038]所述第一三轴加速度计传感器101与井上随钻震动测量系统103相连接，所述第二三轴加速度计传感器102与井下随钻震动测量系统104相连接；其中，所述第一 /第二三轴加速度计传感器中的X轴对应钻铤的横截面方向，Y轴与X轴正交方向，Z轴与X、Y轴正交对应着钻铤的轴向方向，X轴和Y轴分别测量钻铤截面的两个方向上的加速度，Z轴测量轴向的加速度。
[0039]如图2所示，为本实用新型提出的一种随钻震动测量装置中井上随钻震动测量系统结构框图。所述井上随钻震动测量系统103包括第一三通道差分振动信号衰减单元1031、第一三通道低通滤波单元1032、第一震动数据测量采集单元1033和第一存储单元1034 ；
[0040]所述第一三通道差分振动信号衰减单元1031与所述第一三通道低通滤波单元1032 一端相连，所述第一三通道低通滤波单元1032另一端与所述第一震动数据测量采集单元1033 —端相连，所述震动数据测量采集单元1033另一端与所述第一存储单元1034相连；
[0041]所述第一三通道差分振动信号衰减单元1031，用于分别对所述第一三轴加速度计传感器101获取到的X轴、Y轴、Z轴的信号进行衰减处理；
[0042]所述第一三通道低通滤波单元1032，用于分别对所述第一三通道差分振动信号衰减单元输出的三个衰减值进行滤波处理；
[0043]所述第一震动数据测量采集单元1033，用于对滤波处理后的震动信号进行测量采集;
[0044]所述第一存储单元1034，用于对所述震动数据测量采集单元1033获取的信息进行存储。
[0045]如图3所示，为本实用新型提出的一种随钻震动测量装置中井下随钻震动测量系统结构框图。所述井下随钻震动测量系统104包括第二三通道差分振动信号衰减单元1041、第二三通道低通滤波单元1042、第二震动数据测量采集单元1043、信号处理单元1044和第二存储单元1045 ；
[0046]所述第二三通道差分振动信号衰减单元1041与所述第二三通道低通滤波单元1042 一端相连，所述第二三通道低通滤波单元1042另一端与所述第二震动数据测量采集单元1043 —端相连，所述第二震动数据测量采集单元1043另一端与所述信号处理单元1044 一端相连，所述信号处理单元1044另一端与所述第二存储单元1045相连；
[0047]所述第二三通道差分振动信号衰减单元1041，用于分别对所述第二三轴加速度计传感器102获取到的X轴、Y轴、Z轴的信号进行衰减处理；
[0048]所述第二三通道低通滤波单元1042，用于分别对所述第二三通道差分振动信号衰减单元1041输出的三个衰减值进行滤波处理；
[0049]所述第二震动数据测量采集单元1043，用于对滤波处理后的震动信号进行测量采集;
[0050]所述信号处理单元1044，用于对采集到的震动信号进行信号处理；
[0051]所述第二存储单元1045，用于对所述信号处理单元1044处理后的信号进行存储。
[0052]可选的，在本实用新型一实施例中，所述井下随钻震动测量系统104还包括:用于控制所述井下随钻震动测量系统中其他单元的协调工作的主控单元；
[0053]所述主控单元分别与所述第二三通道差分振动信号衰减单元1041、所述第二三通道低通滤波单元1042、所述第二震动数据测量采集单元1043、所述信号处理单元1044和所述第二存储单元1045相连。
[0054]可选的，在本实用新型一实施例中，所述第一存储单元1034为SD卡震动数据存储单元。
[0055]可选的，在本实用新型一实施例中，所述第二存储单元1045为FLASH震动数据存储单元。
[0056]实施例:
[0057]实施例中，随钻震动测量装置包括井上和井下两套震动数据测量系统，基本原理是:对于井下来说，由于在钻进过程中产生的振动信号被固定良好的三轴加速度计传感器获取，并经过衰减处理，衰减后的信号经采样电路通过采样，并通过DSP单元对该信号进行小波信号滤波和压缩处理，无失真的将有用震动信号存储到高温FLASH存储系统阵列中；对于井上来说，随钻震动测量系统也将采样的振动信号存储到SD卡中。
[0058]井上部分随钻震动测量系统其安装于钻杆表面，使用机械装置锁紧在钻杆上，地面部分包括第一三通道差分振动信号衰减单元，第一三通道低通滤波单元，第一震动数据测量采集单元，SD卡数据存储单元。井下部分随钻震动测量系统安装于钻铤内部，其包括第二三通道差分振动信号衰减单元，第二三通道低通滤波单元，第二震动数据测量采集单元，DSP小波变换信号处理单元，FLASH震动数据存储单元。井上和井下同时测量时，可为建立信号沿钻杆传输的信道数学模型的建立提供原始的测量数据。
[0059]如图4所示，为本实用新型实施例中井下随钻震动测量系统结构示意图。对于井下来说，在近钻头的钻铤内部安装MEMS的三轴加速度计传感器，该三轴加速度计传感器中的X轴对应钻铤的横截面方向，Y轴与X轴正交方向，Z轴与X、Y轴正交对应着钻铤的轴向方向，X轴和Y轴分别测量钻铤截面的两个方向上的加速度，Z轴测量轴向的加速度。
[0060]按照功能划分整个系统可以分为以下几个单元:
[0061]供电单元，负责供应测量和存储所需要的电能消耗；
[0062]主控单元，用来控制井下随钻震动测量系统中其他单元的协调工作；
[0063]第二震动数据测量采集单元，用来采集第二三轴加速度计传感器测量的震动信号;
[0064]FLASH振动数据存储单元，用来存储经过采集的振动信号；
[0065]震动信号衰减单元，用来将强烈的震动信号引起的较高振幅信号衰减。
[0066]震动信号衰减单元中采用运算放大器构成信号比例衰减电路，衰减比例按照三轴加速度计传感器能产生的最大幅值电压输出信号进行衰减，衰减至AD数据采集单元参考电压测量范围，可以保证采集前的振动电压信号能够精确地控制在AD数据信号采集单元能够采集的范围内。`
[0067]基于小波的震动信号处理方法是由数据信号数字处理单元利用小波变换能对振动信号进行详细和全面的分析处理，可以实现滤波和数据压缩等功能。无论是傅立叶变换还是小波变换，其实质都是一样的，即将信号在时间域和频率域之间相互转换，但是传统随钻振动测量采用的是基于傅立叶变换的方式，傅立叶变换在频率上不能有尺度的变化，而本发明实施例的基于小波的振动测量数据的分析方法就不一样了，具有多尺度特性，可以
把频率强度和位置(时刻)联系起来。从傅里叶变换的公式
【权利要求】
1.一种随钻震动测量装置，其特征在于，包括第一三轴加速度计传感器、第二三轴加速度计传感器、井上随钻震动测量系统和井下随钻震动测量系统； 所述第一三轴加速度计传感器与井上随钻震动测量系统相连接，所述第二三轴加速度计传感器与井下随钻震动测量系统相连接；其中，所述第一/第二三轴加速度计传感器中的X轴对应钻铤的横截面方向，Y轴与X轴正交方向，Z轴与X、Y轴正交对应着钻铤的轴向方向，X轴和Y轴分别测量钻铤截面的两个方向上的加速度，Z轴测量轴向的加速度。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述井上随钻震动测量系统包括第一三通道差分振动信号衰减单元、第一三通道低通滤波单元、第一震动数据测量采集单元和第一存储单元； 所述第一三通道差分振动信号衰减单元与所述第一三通道低通滤波单元一端相连，所述第一三通道低通滤波单元另一端与所述震动数据测量采集单元一端相连，所述震动数据测量采集单元另一端与所述第一存储单元相连； 所述第一三通道差分振动信号衰减单元，用于分别对所述第一三轴加速度计传感器获取到的X轴、Y轴、Z轴的信号进行衰减处理； 所述第一三通道低通滤波单元，用于分别对所述第一三通道差分振动信号衰减单元输出的三个衰减值进行滤波处理； 所述第一震动数据测量采集单元，用于对滤波处理后的震动信号进行测量采集； 所述第一存储单元，用于对所述第一震动数据测量采集单元获取的信息进行存储。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述井下随钻震动测量系统包括第二三通道差分振动信号衰减单元、第二三通道低通滤波单元、第二震动数据测量采集单元、信号处理单元和第二存储单元； 所述第二三通道差分振动信号衰减单元与所述第二三通道低通滤波单元一端相连，所述第二三通道低通滤波单元另一端与所述震动数据测量采集单元一端相连，所述震动数据测量采集单元另一端与所述信号处理单元一端相连，所述信号处理单元另一端与所述第二存储单元相连； 所述第二三通道差分振动信号衰减单元，用于分别对所述第二三轴加速度计传感器获取到的X轴、Y轴、Z轴的信号进行衰减处理； 所述第二三通道低通滤波单元，用于分别对所述第二三通道差分振动信号衰减单元输出的三个衰减值进行滤波处理； 所述第二震动数据测量采集单元，用于对滤波处理后的震动信号进行测量采集； 所述信号处理单元，用于对采集到的震动信号进行信号处理； 所述第二存储单元，用于对所述信号处理单元处理后的信号进行存储。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述井下随钻震动测量系统还包括:用于控制所述井下随钻震动测量系统中其他单元的协调工作的主控单元； 所述主控单元分别与所述第二三通道差分振动信号衰减单元、所述第二三通道低通滤波单元、所述第二震动数据测量采集单元、所述信号处理单元和所述第二存储单元相连。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一存储单元为SD卡震动数据存储单元。
6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二存储单元为FLASH震动数据存储单J Li ο
【文档编号】E21B47/00GK203626804SQ201320440751
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年7月23日 优先权日:2013年7月23日
【发明者】贾衡天, 朱平阳, 艾维平, 邓乐 申请人:中国石油天然气集团公司, 中国石油集团钻井工程技术研究院