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。     

井下振动测量、分析原理研究

为了揭示钻头、钻柱系统的复杂振动现象,摸清井下工具的工作动态,避免异常振动带来的损害,必须进行井下振动测量工具的开发和应用。在多坐标系钻柱运动分析模型的基础上,建立了井下振动的运动和测量方程,证明通过安装三轴加速度计可以进行多种形式的井下振动测量和分析,并且给出跳钻、黏滑、横向振动（冲击）和涡动等异常振动情况判断分析方法,为井下振动测量工具的开发及井下振动分析发展提供理论支持。     

钻柱振动信号采集系统及谱分析

该文简介了国内尚属探索阶段的钻柱振动研究项目,介绍了钻柱振动信号测量系统及其构成、流程及检测特点。列举了该系统在钻井现场试验的实例,从振动信号谱分析方面,验证了该振动测量系统采集信号的准确性、泵冲对钻柱振动的影响、牙轮钻头牙齿引起轴向振动表现出的调幅振动特征。重点分析了三牙轮钻头钻进条件下钻柱轴向振动的规律和波谱特征,认为其在低频段,易产生谐波;中频段的检测,有利于判断钻头工作状态;高频段的声波能反映出地层的分层信息。     

小波理论在钻柱振动谱分析中的应用

在钻井过程中,钻头与井底岩面之间的冲击、钻柱与井壁之间的碰撞常引起强烈的振动。钻柱振动与钻压、转速、地层岩性、井身结构、钻头磨损状况等有关。它能引起钻柱的疲劳破坏,严重时可造成钻具断落及其它井下事故,甚至导致整个井眼报废。傅立叶方法分析钻柱振动谱,解释效果不理想,而小波分析能对各种时变信号进行有效的分解,能在不同频段上更细致地研究钻柱振动信号特征。在快速傅立叶变换方法的基础上,利用小波理论开发出了小波细化分析方法和小波包方法。经过室内实验和现场测试检验,小波分析能更清楚地反映数据的特征,得到的谱图更清晰,不仅为钻井工程监测和故障诊断提供依据,而且有助于建立钻井工况故障档案。     

井下钻柱振动信号的测量及振动激励源研究

为深入认识钻井过程中井下钻柱振动的特征、明确振动激励源,利用ESM存储式测量系统对某超深井旋转钻进过程中的振动信号进行了测量,并分析了钻柱粘滑和涡动的主要特征;以此为基础,分别采用快速傅里叶变换和短时傅里叶变换方法对钻柱振动信息进行频域和时频分析,确定了引起钻柱振动的主要频率,进而明确了其振动激励源。研究发现:钻柱发生粘滑运动时,三轴加速度呈同步周期性变化,其周期为10 s,主要频率成分为0.1 Hz;钻柱发生涡动时,三轴加速度均呈杂乱无章的不规则波动,主要振动频率为钻头转速的2倍频、转盘转速的1～5倍频。实例分析结果表明,引起钻柱涡动的激励源主要有钻头与地层的相互作用、稳定器或Power-V系统与井壁的摩擦等,为制定减振措施提供了理论依据。      

沿钻柱测量技术及其发展方向

深层、超深层、复杂地层和深水油气藏存在钻井施工难度大、周期长和井下故障多等问题,为安全、高效、快速钻井,需要实时监控井内压力、温度等参数。为此,介绍了NOV公司沿钻柱测量系统的构成,分析了沿钻柱测量技术在井眼净化监测、卡钻位置判断、钻井液漏失位置判断、漏失试验与地层完整性试验、井涌探测、钻柱及钻头工况分析等场景中的应用情况,指出了沿钻柱测量技术的发展方向,包括：完善随钻测量解释模型和应用场景、数据深入挖掘以及多参数可视化智能展示技术;优化传感器网络布局,开发替代有缆钻杆的高速信息传输网络,以提高其经济性;结合当前的技术需求和技术发展趋势扩展应用,以实现更多应用场景。在此基础上,对我国发展该技术提出了具体建议,建议持续完善井下工程参数测量系统、促进有缆钻杆商业化应用,在二者相对成熟后,逐步实现分布式测量传输。分析认为,采用常规钻柱和改进的分布式钻柱测量工具,利用智能微球分时传输技术实现分布式测量传输,是值得进一步研究的低成本沿钻柱测量路径。     

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。     

基于振动实测的非均质地层钻头失效分析与对策

四川盆地作为国内页岩气开发的重点区域,通过近几年的不断攻关和实践,机械钻速得到了提高,但由于受地层复杂、可钻性差、非均质性强等地质因素的影响,导致井下钻柱系统不良振动剧烈,容易出现钻头损坏严重、钻速较低等问题,严重影响了钻井时效。为了解决上述难题,以该盆地涪陵工区上二叠统龙潭组—中二叠统茅口组为例,采用井下振动高频测量工具的实测手段,测量了钻头—钻柱系统的动态振动加速度参数,结合地层的岩性和矿物组分分析,研究钻头失效原因与对策,并开展了现场试验。研究结果表明:①在非均质地层中钻进的钻头—钻柱系统产生了大于40 m/s~2的高幅值瞬时冲击振动,高幅值的瞬时冲击是导致钻头先期失效的主要原因;②提出了抑制高幅值的瞬时冲击振动采用"减振+增压"工具组合和避免井下工具共振的钻井参数;③采用钻井新参数的试验井比邻井的高幅值瞬时振动降低了17%,单只钻头进尺增加24%,钻头工作环境得到了较大的改善,钻头使用数量减少。结论认为,该研究成果能够有效地改善钻头—钻柱系统的振动状态,有利于达成延长钻头使用寿命的目标。     

钻柱振动信号采集系统及谱分析

该简介了国内尚属探索阶段的钻柱振动研究项目，介绍了钻柱振动信号测量系统及其构成、流程及检测特点。列举了该系统在钻井现场试验的实例，从振动信号谱分析方面，验证了该振动测量系统采集信号的准确性、泵冲对钻柱振动的影响、牙轮钻头牙齿引起轴向振动表现出的调幅振动特征。重点分析了三牙轮钻头钻进条件下钻柱轴向振动的规律和波谱特征，认为其在低频段，易产生谐波；中频段的检测，有利用判断钻头工作状态；高频段的声波能反映出地层的分层信息。     

近钻头钻压、扭矩测量中微弱信号处理

针对井下近钻头钻压、扭矩测量中由于被检测信号微弱并伴有强噪声信号,造成信号处理困难的问题,利用锁相放大技术来处理微弱信号,以锁相放大器为核心,设计了井下近钻头钻压、扭矩测量中的微弱信号调理电路,在电路中通过采用平衡调制解调芯片AD630,把微弱的窄带信号从干扰噪声中分离出来.室内试验表明,该电路能提取出与钻柱扭矩、钻压相关的精密直流电压信号.