基于Goupillaud模型的钻柱波数值模拟和信号分析方法

基于传递矩阵可以用一系列反射系数来表示整个钻柱,而钻柱顶端接收的钻柱波信号含有与这些反射系数相关的信息。基于钻柱模拟实验数据,利用盲源反褶积进行反射系数计算,将截取的输入子波与反射系数褶积,得到了模拟输出信号。结果表明,模拟输出信号与实际采集的信号相关度较高。运用该方法对随钻地震参考信号进行了处理,达到了强化钻头源信号的目的。     

随钻地震波场传播与数据处理方法的数值实验

随钻地震(SWD)是利用钻头旋转破岩振动产生的地震波来实现钻前预测的一项新技术.因钻头振动能量弱、井场噪音能量强以及随机连续振动造成的不同时刻、不同震相的波相互叠加,使随钻地震信噪比很低,波场非常复杂,数据处理难度大.而现场试验周期长,费用高,地下结构等未知因素多,不利于开展SWD研究.数值模拟具有在控制条件下开展研究的优势,是一种高效、廉价的数值实验方法.在Seismod地震波场模拟软件和Matlab信号分析软件的基础上,针对随钻地震低信噪比、震源信号连续随机的特点,以黏弹性介质地震波动方程、交错网格高阶有限差分数值解法和互相关信号分析为核心,建立了SWD数值实验平台,算例结果证明该模拟平台是可靠的.同时利用该模拟平台对SWD波场传播、直达波与反射波时距曲线特征、数据处理方法等进行了数值实验,深化了对SWD波场传播规律和SWD数据处理方法的认识.     

地震干涉处理方法在随钻地震资料处理中的应用

本文在简明阐述地震干涉理论及相关算法的基础上,结合随钻地震数据处理的特点,开展了地震干涉处理和偏移成像方法的研究。通过对胜利油田Fan158井随钻地震数据进行频率波数域滤波、干涉和垂直叠加处理,从强噪声背景下提取了钻头激发的有效信号,并对该数据进行了Kirchhoff和自相关偏移成像处理。再结合工区地面地震资料,对剖面的波组特征进行了分析,结果表明,应用反褶积干涉处理和自相关偏移成像均取得较好效果。     

一种新的井中地震勘探技术

随钻地震技术是一种新的井中地震技术。它以钻井期间钻头产生的振动作为井下震源,在钻柱顶部和地面上分别记录钻头信号和地震波,通过互相关和钻头反褶积等数据处理方法,可以计算出钻头信号的传播时间、衰减与钻头信号不相干的噪声,得到有关井下的地层信息。该方法不需要井下仪器,不干扰钻井工作,实时获取的随钻地震资料可以用于地质导向钻井。在江汉油田范3井2250 m井深处先导试验中,取得了较好的效果。     

随钻垂直地震剖面测量装置

为了对钻头前方地层地质进行预测,及时发现钻头前方地层岩性、裂缝和地层压力异常等情况,以指导钻进过程,避免钻井事故,研究了随钻地震勘探开发技术。该技术中的随钻垂直地震测量系统由地面检波器阵列、随钻垂直地震剖面测量装置和地面人工震源构成。介绍了随钻垂直地震剖面测量装置的原理、结构与电路系统。将随钻垂直地震剖面测量装置在华北油田石探1井进行试验,2支仪器各下1趟钻,入井2次,连续工作109 h,从井深900~1 400 m进行随钻地震信号测量,试验中该装置工作正常,测量数据完整。起钻后高速回放数据,并进行互相关信号处理后发现,该装置记录的地震信号符合地震波特征,能够反映该井段的地质结构。     

随钻地震中地层参数的预测

随钻地震是地震勘探技术和钻井技术的结合,随钻地震技术是利用钻井期间旋转钻头的振动作为井下震源,在钻杆的枯赔,井附近的地表埋置检测器,分别接收经钻杆,地层传输的钻头振动的信号。通过互相关和反褶积等数据处理方法,得到有关井下的地层信息,预测钻前地层速度和反射界面的深度等地层参数,随钻地震技术可以降低钻井成本,提高勘探开发综合经济效益。     

钻柱振动录井的研究现状及发展趋势

钻进过程中钻头破岩会引起钻柱的轴向、横向和扭转振动,这种振动携带了井下钻头、所钻地层和钻柱的信息.利用在钻柱顶部测量的振动信号,监测井下钻具的工作状态,获取钻头下方地层特性的技术称之为钻柱振动录井.对钻柱振动录井技术的基本原理、钻柱振动特征、测量仪器、数据处理方法和存在的主要问题及发展趋势作了系统分析,认为:钻柱振动录井可用于井下工况监测、地层评价与钻前预测,具有很好的发展前景;钻柱的传播效应使井下振动信号发生了强烈畸变,发展钻柱振动录井的关键是引入新型信号分析方法,分离钻头、钻柱、地层信息,有前景的方法包括反褶积、小波分析、独立成分分析等;无线传输、多参数、多分量钻柱振动测量手段的应用将有助于信号分析和井下信息提取.     

随钻地震技术研究进展

在钻井作业中利用地震波传感器对常规地震震源(如气枪、可控震源或炸药震源)或非常规震源(钻头振动)产生的地震波信号进行记录并获取VSP或逆VSP数据的技术被称为随钻地震技术。对该领域国内外研究进展进行了回顾,并对钻头随钻地震、扫频脉冲震击器随钻地震、随钻VSP等3种典型技术的原理、系统组成、功能、商业化应用及其优缺点进行了具体介绍和对比。通过分析,为国内随钻地震的下一步研究发展方向提出了建议。     

随钻地震技术综述

随钻地震(SWD)技术是一种利用钻井过程中钻头破岩时的振动作为震源．用地面检波器排列接收信号进行地震测量的井中地震技术。它与逆垂直地震剖面(VSP)技术有着相似的观测方式，司样可以提供井旁逆VSP剖面。该技术与钻井作业同时进行，不需要安装井下仪器，不中断钻井过程．实时地采集地震信息。通过现场数据处理，可以确定钻头在地面地震时间剖面上的实时位置．并可以实时地预测钻头前方的地层压力情况，协助钻井安全决策和优化套管设计。其独特的观测方式和应用潜力在开发地震巾有着再要的意义。文章对随钻地震技术的基本原理、实际应用和进展情况作了综述性的介绍。     

随钻地震技术及其新进展

根据采集方式的不同,随钻地震技术可分为钻头随钻地震和随钻VSP。钻头随钻地震采用钻头破岩时的振动作为震源,能量较弱,信噪比低,在深井、高斜度井、水平井、大位移井、使用PDC钻头、钻遇软岩层等情况下震源信号不佳,近年来应用逐渐减少。而在钻头上方安装水力脉冲冲击器使井底产生脉冲冲击和瞬时负压的方式,可增加震源信号的强度,提高随钻地震信号的信噪比。随钻VSP采用海面气枪震源或地面可控震源、炸药激发,井下地震检波器接收,泥浆脉冲遥测系统实时传输校验炮、初至波数据,实时更新随钻速度、压力模型,提高成像精度。与常规电缆VSP相比,随钻VSP在钻井过程的自然间隙,例如连接钻杆的过程中进行采集,不干扰钻井过程,避免电缆VSP在水平井、高斜度井等的操作风险,降低钻井成本。目前,随钻VSP技术日趋成熟,可实现钻头前准确的速度预测、地层压力预测和精细构造成像,从而预见性地指导钻井过程。针对新探区、钻前地层压力预测风险较大的地区、非常规油气藏、常规电缆VSP部署风险大的地区、复杂油气藏等在高精度构造成像、准确地层压力预测等方面的需求,开展随钻VSP技术应用研究具有现实意义,可降低钻井风险和成本,提高油气勘探开发效益。     

随钻VSP技术研究及初步应用效果

随钻VSP技术与常规VSP技术相比，具有其自身的特点和独特的优越性，它利用钻井过程中钻头振动产生的噪声作为震源进行逆VSP测量，不干扰钻井，不占用钻井时间，对井孔无任何风险，特别是可以通过现场地震成像处理，实时预测钻头前方地层的构造细节，达到减少钻探风险为主要目的。其技术关键是如何在井场强干扰噪声背景下准确地采集和恢复弱钻头反射信号，并使之变成等效的地层脉冲响应。本文介绍了随钻VSP技术的基本原理和使用的关键技术，通过对轮古47井牙轮钻钻头随钻VSP资料处理成果的分析和与过井地面地震剖面的对比，表明文中所使用的采集、处理技术，可以获得与三维地面地震相当的地震成像剖面，具备良好的推广应用前景。     

钻进过程中基于小波包理论的岩性识别研究

提出了一种利用钻柱轴向振动调幅信号实现岩性识别的方法.三牙轮钻头钻进不同岩石时易引发携带强烈背景躁声的钻柱轴向调幅振动信号,采用小波包多层分解、域值滤波、最优向量选取及重构信号等方法并结合快速傅立叶变换频谱分析,有效地提取出被噪声淹没的调幅信号,检测出中心频率及其边频率带,计算出与岩性相关的综合齿数,从而快速、有效地实现了岩性分类.     

钻头振动波井眼防碰监测系统及其现场试验

现有的井眼防碰检测技术均建立在井眼测量轨迹数据和钻进中对异常现象判断的基础上,由于各项数据误差及井下情况的不确定性,致使防碰作业存在极高的危险性。为此,根据现场实际防碰钻进时人工监听方法得到的启发,研发了钻头振动波井眼防碰监测系统：通过安装在套管顶端的加速度传感器采集井下沿套管传播的钻头破岩时产生的振动信号,并对信号进行特征提取以判断钻头趋近邻井套管的程度,利用计算分析软件实现信号特征显示,当信号特征值超过门限值时实现报警,由定向井工程师及时进行井眼防碰扫描,决定是否改变井眼轨迹。通过对比分析不同工况下监测系统采集振动信号的时域特点,认识到钻头钻速、钻压对钻头振动信号的影响,经过频域分析得到钻头振动信号的频域范围在200～400 Hz。该监测系统操作简单、不影响正常的油气井生产及钻井施工,目前已经在中国渤海、南海等区块进行了先导性试验,为井眼防碰技术发展提供了一条新的技术思路。     

声波定向随钻对接钻井技术及其运用

常规的钻井导向技术测量是钻头的空间方位,误差与钻井深度成正比,不能满足随钻井眼直接对接要求。与常规钻井导向技术不同,声波定向随钻对接钻井技术是在靶点测量安装在钻挺的声波发生器的声波时差确定钻头与靶点的相对方向。钻头与靶点越近,测量精度越高,对接时误差小于1 cm。对接钻井技术省事、省时、省钱,在对接钻井、防碰钻井、重叠钻井、平行钻井等各种特殊钻井领域有广泛地运用价值。     

基于曼彻斯特编码的钻井液脉冲信号提取算法

为了提取出无线随钻测量中的钻井液脉冲信号并正确识别,对钻井液脉冲信号有效提取算法进行了研究。采用形态滤波算法来提取钻井液脉冲信号,运用膨胀与腐蚀运算来设计信号形态滤波器;在此基础上,根据曼彻斯特编码井下信号同步的特点,提出了一种基于周期内信号等份分割来精确分辨钻井液脉冲信号开始时刻的算法;采用模式相似度的波形识别算法,用来识别钻井液脉冲信号。仿真分析表明,运用形态滤波算法能有效提取出微弱的钻井液脉冲信号,能够提取去信噪比为20 dB的钻井液脉冲信号;运用模式相似度波形识别算法能有效对曼彻斯特编码的钻井液脉冲信号进行识别,能够对0.034 5~0.069 0 MPa的微弱脉冲信号进行识别,识别出来的比特流数据分析表明,采用该识别算法的误码率低于1.5%。研究结果表明,形态滤波算法和模式相似度波形识别算法能精确地提取和识别出钻井液脉冲信号,提高解码正确率,满足工程应用的要求。      

井场主要振动信号的分离研究及应用

采用一种新的工程信号分离处理方法——模式滤波法,开展了钻井井场振动信号的分离研究应用,介绍了钻井泵、牙轮钻头和PDC钻头钻进时钻柱顶部振动信号的模式滤波法信号分离结果。实践表明,可以采用模式滤波法快速、合理地分离各种混叠信号;只要信号之间存在一定的差异性,就可以实现信号完整、合理的分离处理。该方法在工程信号的分离处理中具有良好的应用前景。     

钻柱结构声传输特性试验研究

声传输方式因结构简单、成本较低、易于定向发射等优点成为研究的热点。为寻求更高数据传输速率和受工作环境影响更小的井下随钻无线传输技术,设计了近钻头声信号传输试验系统,论述了声传输的信道特性、影响因素和信号检测方法,分析了管箍界面以及泥浆介质的阻尼影响,通过色散曲线对钻杆中纵波传输的频域特性进行了详细分析,试验研究了近钻头中声信号传输时激励信号与接收信号的关系。结果表明,周期性钻柱结构具有复杂的声特性,在钻柱信道中,通带和阻带交替出现,且在一个频带周期内随着频率的增加,通带先变窄再变宽,阻带则先变宽再变窄。存在适合高速和大信息量传输数据的声信号频带和信号特征。     

套管头振动信号特征应用于油井防碰监测的可行性分析

提出了一种井间防碰监测的新方法,即利用在风险井套管头上安装的传感器监测由套管传输到地面的钻头振动信号,分析振动波在地层和风险井套管中的传播规律,进而预测钻头是否趋近风险井套管,并评估钻头距风险井套管间的相对距离。分析结果表明:在钻井钻头振动诱发的风险井套管头振动信号存在一个特征频率段,在钻井钻头破岩诱发的风险井套管头振动信号特征与在钻井钻头距风险井套管间的距离有明确的对应关系,因此利用风险井套管头振动信号预测在钻井钻头趋近的方法对加密调整井进行防碰监测,这在技术思路上是可行的。     

钻具粘滑现象分析及软扭矩系统在长北气田的应用

钻井过程中钻具经常会因扭矩过大而"憋停",当扭矩达到某一值后钻具会突然快速释放,这种现象通常称为钻具粘滑。钻具的粘滑经常伴随井下震动,容易引发金刚石钻头崩齿,从而缩短钻头寿命,也会引起井下仪器(MWD/LWD)失效。钻具的粘滑跟井下钻具组合和所钻地层岩性有关。粘滑现象是一种阈值现象,即低于临界转速粘滑就会发生。软扭矩系统针对粘滑现象作用机理而研发,通过降低临界转速,有效地控制了钻具粘滑。该系统在长北气田进行了推广应用,从源头上消除了钻具粘滑现象,保护了钻头和井下仪器,应用效果良好。