井下钻柱振动信号的测量及振动激励源研究

陈会娟

陈会娟. 井下钻柱振动信号的测量及振动激励源研究[J]. 石油钻探技术, 2021, 49(5): 57-63. doi: 10.11911/syztjs.2021011
引用本文: 陈会娟. 井下钻柱振动信号的测量及振动激励源研究[J]. 石油钻探技术, 2021, 49(5): 57-63. doi: 10.11911/syztjs.2021011
CHEN Huijuan. Measurement of the Downhole Drill String Vibration Signal and Analysis of the Vibration Excitation Sources[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2021, 49(5): 57-63. doi: 10.11911/syztjs.2021011
Citation: CHEN Huijuan. Measurement of the Downhole Drill String Vibration Signal and Analysis of the Vibration Excitation Sources[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2021, 49(5): 57-63. doi: 10.11911/syztjs.2021011

井下钻柱振动信号的测量及振动激励源研究

doi: 10.11911/syztjs.2021011
基金项目: 国家自然科学基金项目“超深井钻柱非线性动力学及动态安全性基础理论研究”(编号:U1663205)资助
详细信息
    作者简介:

    陈会娟(1987—),女,山东莘县人,2009年毕业于中国石油大学(华东)石油工程专业,2015年获中国石油大学(华东)油气田开发工程专业博士学位,高级工程师,主要从事石油工程、大数据分析及人工智能方面的研究。E-mail:iichj@126.com。

  • 中图分类号: TE928

Measurement of the Downhole Drill String Vibration Signal and Analysis of the Vibration Excitation Sources

  • 摘要: 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。
  • 图  1  ESM测量系统安装示意

    Figure  1.  Installation of ESM measuring system

    图  2  ESM安装位置示意

    Figure  2.  Installation position of ESM system

    图  3  井深5 720.70 m处的三轴瞬时加速度曲线

    Figure  3.  Instantaneous value of triaxial acceleration at a depth of 5 720.70 m

    图  4  井深5 720.70 m处的三轴加速度均值、峰值和均方根值曲线

    Figure  4.  Average, peak, and root mean square of triaxial acceleration at a depth of 5 720.70 m

    图  5  井深5 720.70 m处的三轴加速度频谱图

    Figure  5.  Spectrum of triaxial acceleration at a depth of 5 720.70 m

    图  6  井深5 720.70 m处的x轴加速度时频图

    Figure  6.  Time frequency of x-axis acceleration at a depth of 5 720.70 m

    图  7  井深5 720.70 m处的y轴加速度时频图

    Figure  7.  Time frequency of y-axis acceleration at a depth of 5 720.70 m

    图  8  井深5 720.70 m处的z轴加速度时频图

    Figure  8.  Time frequency of z-axis acceleration at a depth of 5 720.70 m

    图  9  井深5 899.30 m处的三轴瞬时加速度曲线

    Figure  9.  Instantaneous value of triaxial acceleration at a depth of 5 899.30 m

    图  10  井深5 899.30 m处的三轴加速度均值、峰值及均方根值曲线

    Figure  10.  Average, peak, and root mean square of triaxial acceleration at a depth of 5 899.30 m

    图  11  井深5 899.30 m处的三轴加速度频谱图

    Figure  11.  Spectrum of triaxial acceleration at a depth of 5 899.30 m

    图  14  井深5899.30 m处的z轴加速度时频图

    Figure  14.  Time frequency of z-axis acceleration at a depth of 5 899.30 m

    图  12  井深5899.30 m处的x轴加速度时频图

    Figure  12.  Time frequency of x-axis acceleration at a depth of 5 899.30 m

    图  13  井深5899.30 m处的y轴加速度时频图

    Figure  13.  Time frequency of y-axis acceleration at a depth of 5 899.30 m

    图  15  井深6 007.50 m处的三轴瞬时加速度曲线

    Figure  15.  Instantaneous value of triaxial acceleration at a depth of 6 007.50 m

    图  16  井深6007.50 m处的三轴加速度频谱图

    Figure  16.  Spectrum of triaxial acceleration at a depth of 6 007.50 m

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出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-13
  • 修回日期:  2021-02-23
  • 网络出版日期:  2021-03-19
  • 刊出日期:  2021-10-18

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