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钻具振动信号的研究与应用

作　者: 梁宏伟
导　师: 刘瑞文；李春山
学　校: 中国石油大学
专　业: 油气井工程
关键词: 钻具振动测量分析研究应用
分类号: TE921
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

钻具振动信号是一种十分丰富、非常复杂的振动波,它包含了钻具自身的振动、钻头与地层相互作用所激发的振动、钻柱与井壁相互碰撞引起的振动。它能够实时地反映出井下的工况信息。研究钻具振动信号测量和处理方法,能够实时识别井下工况,进行钻井参数优化,有利于预防钻柱和钻头的早期损坏,防止卡钻及钻头事故的发生,对提高钻井速度,降低钻井成本有着十分重要的意义。本论文首先讨论了钻具振动的产生机理,分析了振动波在钻杆中的传递规律。同时,在综合对比了国外各种钻具振动信号的测量方法基础上,研制了一套低压、低功耗、抗噪声的无线钻具振动测量装置,实现了钻具纵向和扭转振动信号的地面实时测量。探讨了钻具振动信号的处理方法,其中包括:信号的特征值、频谱分析、小波变换等分析方法,给出钻具振动信号分析应用的技术路线,开发了钻具振动信号处理软件。经过室内和现场试验表明,所研制的钻具振动测量装置能够实现实时的数据采集,有效数据传输距离为250m;开发的钻具振动信号处理软件能够实时的采集和分析处理振动数据,对于实时工况分析和岩性识别具有重要的意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章前言  8-17
  1.1 论文的研究目的与意义  8-9
  1.2 钻具振动国内外研究现状  9-16
    1.2.1 国外研究状况  9-15
    1.2.2 国内研究状况  15
    1.2.3 目前存在的主要问题  15-16
  1.3 论文的研究内容  16-17
第二章钻具振动的产生机理与传递规律  17-21
  2.1 钻具振动的产生机理  17-18
  2.2 振动波在钻杆中传递的一般规律  18-21
    2.2.1 钻杆中纵向振动波的传递  18-20
    2.2.2 钻杆中扭转振动波的传递  20-21
第三章钻具振动采集装置的研制  21-42
  3.1 振动测量方法的研究  21-22
  3.2 测量装置的整体规划  22-23
  3.3 主要模块选型与设计  23-42
    3.3.1 电源模块  23-24
    3.3.2 振动传感器  24-28
    3.3.3 滤波装置  28-35
    3.3.4 无线数传模块  35-42
第四章钻具振动信号分析方法研究  42-64
  4.1 钻具振动信号的特征值  42-47
    4.1.1 均方值  42-44
    4.1.2 自相关函数  44-45
    4.1.3 功率谱密度函数  45
    4.1.4 互相关函数  45-47
    4.1.5 互功率谱密度函数  47
  4.2 频谱分析方法  47-52
    4.2.1 傅里叶变换与算法设计  48-50
    4.2.2 Burg 递推算法的设计  50-51
    4.2.3 应用实例  51-52
  4.3 小波变换的分析方法  52-62
    4.3.1 小波变换定义  52-58
    4.3.2 小波算法  58-60
    4.3.3 应用实例  60-62
  4.4 钻具振动信号的应用  62-64
第五章钻具振动信号处理软件的开发  64-76
  5.1 软件的整体设计  64-68
  5.2 开发平台的选择  68-69
  5.3 主要模块设计  69-70
  5.4 关键技术  70-76
第六章室内实验与现场试验  76-89
  6.1 室内实验  76-80
    6.1.1 实验目的  76
    6.1.2 设备的安装  76-78
    6.1.3 实验步骤  78-79
    6.1.4 实验结果分析  79-80
  6.2 现场试验  80-89
    6.2.1 试验目的  80
    6.2.2 试验环境描述  80-81
    6.2.3 试验步骤  81-87
    6.2.4 试验结果分析  87-89
结论  89-90
参考文献  90-95
致谢  95

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