一種隨鉆震動測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種隨鉆震動測量裝置，其特征在于，包括第一三軸加速度計傳感器、第二加速度計傳感器、井上隨鉆震動測量系統(tǒng)和井下隨鉆震動測量系統(tǒng)；其中，所述第一加速度計傳感器與井上隨鉆震動測量系統(tǒng)相連接，所述第二加速度計傳感器與井下隨鉆震動測量系統(tǒng)相連接；其中，所述第一/第二加速度計傳感器中的X軸對應(yīng)鉆鋌的橫截面方向，Y軸與X軸正交方向，Z軸與X、Y軸正交對應(yīng)著鉆鋌的軸向方向，X軸和Y軸分別測量鉆鋌截面的兩個方向上的加速度，Z軸測量軸向的加速度。
【專利說明】一種隨鉆震動測量裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及應(yīng)用于石油、天然氣鉆井作業(yè)隨鉆測量領(lǐng)域，特別涉及一種隨鉆
震動測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在鉆井過程中，人們逐漸意識到通過監(jiān)測鉆柱的動力特性能有效地防止鉆具事故和鉆井問題的發(fā)生。在測量井斜和工具面時振動對于加速度計測量穩(wěn)定值的影響是致命的。利用鉆柱產(chǎn)生的振動行為來傳輸井下情況，為鉆柱信息傳輸?shù)男诺澜?shù)學(xué)模型。利用鉆柱產(chǎn)生的振動還能探測巖性信息，預(yù)測前面的地層情況。在監(jiān)測鉆具事故和鉆井問題的應(yīng)用，主要是檢測扭轉(zhuǎn)粘滑、鉆頭跳動和全正向偏轉(zhuǎn)等，其中旋轉(zhuǎn)或扭轉(zhuǎn)枯滑是一種非常重要的動力學(xué)現(xiàn)象，可導(dǎo)致井下馬達(dá)的先期損壞，鉆頭過早磨損、鉆桿疲勞，還能誘導(dǎo)其它不利的鉆柱振動力。而鉆頭與地層脫離接觸的瞬間就會產(chǎn)生鉆頭跳動，如果靠近鉆頭測量，鉆頭跳動可能被認(rèn)為是一個無規(guī)律的一般鉆壓值或瞬時零值而引起的，鉆頭跳動對于鉆頭或其它井下鉆具組成部分，如井下馬達(dá)或MWD接頭具有破壞作用。全正向偏轉(zhuǎn)中，鉆鋌的同一面持續(xù)與井壁接觸，就會造成了局部高磨損率，取出鉆鋌后，在地面可看到與地層接觸的位置上磨蝕斑痕，這種磨損常見于因井下振動而損壞的MWD工具。
[0003]因此，鉆井的振動問題已成為越來越重要的課題，對隨鉆振動測量也就變的越來越重要，特別對分析振動對于測量井斜和工具面的干擾顯的尤為重要。傳統(tǒng)的震動測量方式采用的數(shù)字信號處理方法，該方法是利用記錄的井下振動信號進行快速傅立葉變換獲得不同鉆井參數(shù)、巖性組合下的標(biāo)準(zhǔn)頻譜，并加以分析，但因為傅立葉變換是針對周期信號序列使用的一種數(shù)字信號處理工具，對整個鉆井振動信號的分析細(xì)致程度不夠，很可能會忽略很多鉆進時的隨機強沖擊信號。 實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的是針對上述問題，提出一種隨鉆震動測量裝置，隨鉆鉆井的振動數(shù)據(jù)的研究提供可靠保證。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種隨鉆震動測量裝置，包括第一三軸加速度計傳感器、第二三軸加速度計傳感器、井上隨鉆震動測量系統(tǒng)和井下隨鉆震動測量系統(tǒng)；
[0006]所述第一三軸加速度計傳感器與井上隨鉆震動測量系統(tǒng)相連接，所述第二三軸加速度計傳感器與井下隨鉆震動測量系統(tǒng)相連接；其中，所述第一/第二三軸加速度計傳感器中的X軸對應(yīng)鉆鋌的橫截面方向，Y軸與X軸正交方向，Z軸與X、Y軸正交對應(yīng)著鉆鋌的軸向方向，X軸和Y軸分別測量鉆鋌截面的兩個方向上的加速度，Z軸測量軸向的加速度。
[0007]可選的，在本實用新型一實施例中，所述井上隨鉆震動測量系統(tǒng)包括第一三通道差分振動信號衰減單元、第一三通道低通濾波單元、第一震動數(shù)據(jù)測量采集單元和第一存儲單元；[0008]所述第一三通道差分振動信號衰減單元與所述第一三通道低通濾波單元一端相連，所述第一三通道低通濾波單元另一端與所述震動數(shù)據(jù)測量采集單元一端相連，所述震動數(shù)據(jù)測量采集單元另一端與所述第一存儲單元相連；
[0009]所述第一三通道差分振動信號衰減單元，用于分別對所述第一三軸加速度計傳感器獲取到的X軸、Y軸、Z軸的信號進行衰減處理；
[0010]所述第一三通道低通濾波單元，用于分別對所述第一三通道差分振動信號衰減單元輸出的三個衰減值進行濾波處理；
[0011]所述第一震動數(shù)據(jù)測量采集單元，用于對濾波處理后的震動信號進行測量采集；
[0012]所述第一存儲單元，用于對所述第一震動數(shù)據(jù)測量采集單元獲取的信息進行存儲。
[0013]可選的，在本實用新型一實施例中，所述井下隨鉆震動測量系統(tǒng)包括第二三通道差分振動信號衰減單元、第二三通道低通濾波單元、第二震動數(shù)據(jù)測量采集單元、信號處理單元和第二存儲單元；
[0014]所述第二三通道差分振動信號衰減單元與所述第二三通道低通濾波單元一端相連，所述第二三通道低通濾波單元另一端與所述震動數(shù)據(jù)測量采集單元一端相連，所述震動數(shù)據(jù)測量采集單元另一端與所述信號處理單元一端相連，所述信號處理單元另一端與所述第二存儲單元相連；
[0015]所述第二三通道差分振動信號衰減單元，用于分別對所述第二三軸加速度計傳感器獲取到的X軸、Y軸、Z軸的信號進行衰減處理；
[0016]所述第二三通道低通濾波單元，用于分別對所述第二三通道差分振動信號衰減單元輸出的三個衰減值進行濾波處理；
[0017]所述第二震動數(shù)據(jù)測量采集單元，用于對濾波處理后的震動信號進行測量采集；
[0018]所述信號處理單元，用于對采集到的震動信號進行信號處理；
[0019]所述第二存儲單元，用于對所述信號處理單元處理后的信號進行存儲。
[0020]可選的，在本實用新型一實施例中，所述井下隨鉆震動測量系統(tǒng)還包括:用于控制所述井下隨鉆震動測量系統(tǒng)中其他單元的協(xié)調(diào)工作的主控單元；
[0021]所述主控單元分別與所述第二三通道差分振動信號衰減單元、所述第二三通道低通濾波單元、所述第二震動數(shù)據(jù)測量采集單元、所述信號處理單元和所述第二存儲單元相連。
[0022]可選的，在本實用新型一實施例中，所述第一存儲單元為SD卡震動數(shù)據(jù)存儲單
J Li ο
[0023]可選的，在本實用新型一實施例中，所述第二存儲單元為FLASH震動數(shù)據(jù)存儲單
J Li ο
[0024]上述技術(shù)方案具有如下有益效果:本實用新型的隨鉆震動測量裝置能夠提高隨鉆鉆井振動信號的分析細(xì)度和準(zhǔn)確度，減少無效信號對測量井斜和工具面的干擾，為隨鉆鉆井的振動數(shù)據(jù)的研究提供可靠保證。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1為本實用新型提出的一種隨鉆震動測量裝置結(jié)構(gòu)框圖；
[0027]圖2為本實用新型提出的一種隨鉆震動測量裝置中井上隨鉆震動測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0028]圖3為本實用新型提出的一種隨鉆震動測量裝置中井下隨鉆震動測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0029]圖4為本實用新型實施例中井下隨鉆震動測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖5為傅里葉變換不意圖；
[0031]圖6為小波變換示意圖；
[0032]圖7為實施例中算法結(jié)構(gòu)框圖；
[0033]圖8為實施例中港西井的井下隨鉆震動實際波形圖；
[0034]圖9為實施例中港西井的井下隨鉆震動測量系統(tǒng)獲取的去除高頻干擾的有效信號波形圖；
[0035]圖10為實施例中港西井的井下隨鉆震動測量系統(tǒng)提取出的高頻信號波形圖?！揪唧w實施方式】
[0036]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0037]如圖1所示，為本實用新型提出的一種隨鉆震動測量裝置結(jié)構(gòu)框圖。隨鉆震動測量裝置I包括第一三軸加速度計傳感器101、第二三軸加速度計傳感器102、井上隨鉆震動測量系統(tǒng)103和井下隨鉆震動測量系統(tǒng)104 ；
[0038]所述第一三軸加速度計傳感器101與井上隨鉆震動測量系統(tǒng)103相連接，所述第二三軸加速度計傳感器102與井下隨鉆震動測量系統(tǒng)104相連接；其中，所述第一 /第二三軸加速度計傳感器中的X軸對應(yīng)鉆鋌的橫截面方向，Y軸與X軸正交方向，Z軸與X、Y軸正交對應(yīng)著鉆鋌的軸向方向，X軸和Y軸分別測量鉆鋌截面的兩個方向上的加速度，Z軸測量軸向的加速度。
[0039]如圖2所示，為本實用新型提出的一種隨鉆震動測量裝置中井上隨鉆震動測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。所述井上隨鉆震動測量系統(tǒng)103包括第一三通道差分振動信號衰減單元1031、第一三通道低通濾波單元1032、第一震動數(shù)據(jù)測量采集單元1033和第一存儲單元1034 ；
[0040]所述第一三通道差分振動信號衰減單元1031與所述第一三通道低通濾波單元1032 一端相連，所述第一三通道低通濾波單元1032另一端與所述第一震動數(shù)據(jù)測量采集單元1033 —端相連，所述震動數(shù)據(jù)測量采集單元1033另一端與所述第一存儲單元1034相連；
[0041]所述第一三通道差分振動信號衰減單元1031，用于分別對所述第一三軸加速度計傳感器101獲取到的X軸、Y軸、Z軸的信號進行衰減處理；
[0042]所述第一三通道低通濾波單元1032，用于分別對所述第一三通道差分振動信號衰減單元輸出的三個衰減值進行濾波處理；
[0043]所述第一震動數(shù)據(jù)測量采集單元1033，用于對濾波處理后的震動信號進行測量采集;
[0044]所述第一存儲單元1034，用于對所述震動數(shù)據(jù)測量采集單元1033獲取的信息進行存儲。
[0045]如圖3所示，為本實用新型提出的一種隨鉆震動測量裝置中井下隨鉆震動測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。所述井下隨鉆震動測量系統(tǒng)104包括第二三通道差分振動信號衰減單元1041、第二三通道低通濾波單元1042、第二震動數(shù)據(jù)測量采集單元1043、信號處理單元1044和第二存儲單元1045 ；
[0046]所述第二三通道差分振動信號衰減單元1041與所述第二三通道低通濾波單元1042 一端相連，所述第二三通道低通濾波單元1042另一端與所述第二震動數(shù)據(jù)測量采集單元1043 —端相連，所述第二震動數(shù)據(jù)測量采集單元1043另一端與所述信號處理單元1044 一端相連，所述信號處理單元1044另一端與所述第二存儲單元1045相連；
[0047]所述第二三通道差分振動信號衰減單元1041，用于分別對所述第二三軸加速度計傳感器102獲取到的X軸、Y軸、Z軸的信號進行衰減處理；
[0048]所述第二三通道低通濾波單元1042，用于分別對所述第二三通道差分振動信號衰減單元1041輸出的三個衰減值進行濾波處理；
[0049]所述第二震動數(shù)據(jù)測量采集單元1043，用于對濾波處理后的震動信號進行測量采集;
[0050]所述信號處理單元1044，用于對采集到的震動信號進行信號處理；
[0051]所述第二存儲單元1045，用于對所述信號處理單元1044處理后的信號進行存儲。
[0052]可選的，在本實用新型一實施例中，所述井下隨鉆震動測量系統(tǒng)104還包括:用于控制所述井下隨鉆震動測量系統(tǒng)中其他單元的協(xié)調(diào)工作的主控單元；
[0053]所述主控單元分別與所述第二三通道差分振動信號衰減單元1041、所述第二三通道低通濾波單元1042、所述第二震動數(shù)據(jù)測量采集單元1043、所述信號處理單元1044和所述第二存儲單元1045相連。
[0054]可選的，在本實用新型一實施例中，所述第一存儲單元1034為SD卡震動數(shù)據(jù)存儲單元。
[0055]可選的，在本實用新型一實施例中，所述第二存儲單元1045為FLASH震動數(shù)據(jù)存儲單元。
[0056]實施例:
[0057]實施例中，隨鉆震動測量裝置包括井上和井下兩套震動數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)，基本原理是:對于井下來說，由于在鉆進過程中產(chǎn)生的振動信號被固定良好的三軸加速度計傳感器獲取，并經(jīng)過衰減處理，衰減后的信號經(jīng)采樣電路通過采樣，并通過DSP單元對該信號進行小波信號濾波和壓縮處理，無失真的將有用震動信號存儲到高溫FLASH存儲系統(tǒng)陣列中；對于井上來說，隨鉆震動測量系統(tǒng)也將采樣的振動信號存儲到SD卡中。
[0058]井上部分隨鉆震動測量系統(tǒng)其安裝于鉆桿表面，使用機械裝置鎖緊在鉆桿上，地面部分包括第一三通道差分振動信號衰減單元，第一三通道低通濾波單元，第一震動數(shù)據(jù)測量采集單元，SD卡數(shù)據(jù)存儲單元。井下部分隨鉆震動測量系統(tǒng)安裝于鉆鋌內(nèi)部，其包括第二三通道差分振動信號衰減單元，第二三通道低通濾波單元，第二震動數(shù)據(jù)測量采集單元，DSP小波變換信號處理單元，F(xiàn)LASH震動數(shù)據(jù)存儲單元。井上和井下同時測量時，可為建立信號沿鉆桿傳輸?shù)男诺罃?shù)學(xué)模型的建立提供原始的測量數(shù)據(jù)。
[0059]如圖4所示，為本實用新型實施例中井下隨鉆震動測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。對于井下來說，在近鉆頭的鉆鋌內(nèi)部安裝MEMS的三軸加速度計傳感器，該三軸加速度計傳感器中的X軸對應(yīng)鉆鋌的橫截面方向，Y軸與X軸正交方向，Z軸與X、Y軸正交對應(yīng)著鉆鋌的軸向方向，X軸和Y軸分別測量鉆鋌截面的兩個方向上的加速度，Z軸測量軸向的加速度。
[0060]按照功能劃分整個系統(tǒng)可以分為以下幾個單元:
[0061]供電單元，負(fù)責(zé)供應(yīng)測量和存儲所需要的電能消耗；
[0062]主控單元，用來控制井下隨鉆震動測量系統(tǒng)中其他單元的協(xié)調(diào)工作；
[0063]第二震動數(shù)據(jù)測量采集單元，用來采集第二三軸加速度計傳感器測量的震動信號;
[0064]FLASH振動數(shù)據(jù)存儲單元，用來存儲經(jīng)過采集的振動信號；
[0065]震動信號衰減單元，用來將強烈的震動信號引起的較高振幅信號衰減。
[0066]震動信號衰減單元中采用運算放大器構(gòu)成信號比例衰減電路，衰減比例按照三軸加速度計傳感器能產(chǎn)生的最大幅值電壓輸出信號進行衰減，衰減至AD數(shù)據(jù)采集單元參考電壓測量范圍，可以保證采集前的振動電壓信號能夠精確地控制在AD數(shù)據(jù)信號采集單元能夠采集的范圍內(nèi)。`
[0067]基于小波的震動信號處理方法是由數(shù)據(jù)信號數(shù)字處理單元利用小波變換能對振動信號進行詳細(xì)和全面的分析處理，可以實現(xiàn)濾波和數(shù)據(jù)壓縮等功能。無論是傅立葉變換還是小波變換，其實質(zhì)都是一樣的，即將信號在時間域和頻率域之間相互轉(zhuǎn)換，但是傳統(tǒng)隨鉆振動測量采用的是基于傅立葉變換的方式，傅立葉變換在頻率上不能有尺度的變化，而本發(fā)明實施例的基于小波的振動測量數(shù)據(jù)的分析方法就不一樣了，具有多尺度特性，可以
把頻率強度和位置(時刻)聯(lián)系起來。從傅里葉變換的公式
【權(quán)利要求】
1.一種隨鉆震動測量裝置，其特征在于，包括第一三軸加速度計傳感器、第二三軸加速度計傳感器、井上隨鉆震動測量系統(tǒng)和井下隨鉆震動測量系統(tǒng)； 所述第一三軸加速度計傳感器與井上隨鉆震動測量系統(tǒng)相連接，所述第二三軸加速度計傳感器與井下隨鉆震動測量系統(tǒng)相連接；其中，所述第一/第二三軸加速度計傳感器中的X軸對應(yīng)鉆鋌的橫截面方向，Y軸與X軸正交方向，Z軸與X、Y軸正交對應(yīng)著鉆鋌的軸向方向，X軸和Y軸分別測量鉆鋌截面的兩個方向上的加速度，Z軸測量軸向的加速度。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述井上隨鉆震動測量系統(tǒng)包括第一三通道差分振動信號衰減單元、第一三通道低通濾波單元、第一震動數(shù)據(jù)測量采集單元和第一存儲單元； 所述第一三通道差分振動信號衰減單元與所述第一三通道低通濾波單元一端相連，所述第一三通道低通濾波單元另一端與所述震動數(shù)據(jù)測量采集單元一端相連，所述震動數(shù)據(jù)測量采集單元另一端與所述第一存儲單元相連； 所述第一三通道差分振動信號衰減單元，用于分別對所述第一三軸加速度計傳感器獲取到的X軸、Y軸、Z軸的信號進行衰減處理； 所述第一三通道低通濾波單元，用于分別對所述第一三通道差分振動信號衰減單元輸出的三個衰減值進行濾波處理； 所述第一震動數(shù)據(jù)測量采集單元，用于對濾波處理后的震動信號進行測量采集； 所述第一存儲單元，用于對所述第一震動數(shù)據(jù)測量采集單元獲取的信息進行存儲。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述井下隨鉆震動測量系統(tǒng)包括第二三通道差分振動信號衰減單元、第二三通道低通濾波單元、第二震動數(shù)據(jù)測量采集單元、信號處理單元和第二存儲單元； 所述第二三通道差分振動信號衰減單元與所述第二三通道低通濾波單元一端相連，所述第二三通道低通濾波單元另一端與所述震動數(shù)據(jù)測量采集單元一端相連，所述震動數(shù)據(jù)測量采集單元另一端與所述信號處理單元一端相連，所述信號處理單元另一端與所述第二存儲單元相連； 所述第二三通道差分振動信號衰減單元，用于分別對所述第二三軸加速度計傳感器獲取到的X軸、Y軸、Z軸的信號進行衰減處理； 所述第二三通道低通濾波單元，用于分別對所述第二三通道差分振動信號衰減單元輸出的三個衰減值進行濾波處理； 所述第二震動數(shù)據(jù)測量采集單元，用于對濾波處理后的震動信號進行測量采集； 所述信號處理單元，用于對采集到的震動信號進行信號處理； 所述第二存儲單元，用于對所述信號處理單元處理后的信號進行存儲。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述井下隨鉆震動測量系統(tǒng)還包括:用于控制所述井下隨鉆震動測量系統(tǒng)中其他單元的協(xié)調(diào)工作的主控單元； 所述主控單元分別與所述第二三通道差分振動信號衰減單元、所述第二三通道低通濾波單元、所述第二震動數(shù)據(jù)測量采集單元、所述信號處理單元和所述第二存儲單元相連。
5.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述第一存儲單元為SD卡震動數(shù)據(jù)存儲單元。
6.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述第二存儲單元為FLASH震動數(shù)據(jù)存儲單J Li ο
【文檔編號】E21B47/00GK203626804SQ201320440751
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月23日
【發(fā)明者】賈衡天, 朱平陽, 艾維平, 鄧樂 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團鉆井工程技術(shù)研究院