井下鉆柱振動分析及DDS在現(xiàn)場的應(yīng)用

1、井下鉆柱振動分析及DDS在現(xiàn)場的應(yīng)用 井下鉆柱振動分析及DDS在現(xiàn)場的應(yīng)用 摘 要：本文根據(jù)實時震動曲線圖分析鉆柱振動產(chǎn)生的原因，闡述其對井下儀器造成的一些危害以及影響因素，最后得出減少井下震動所采取的措施，以便能保護井下鉆具，特別是MWD儀器和螺桿，延長儀器的使用壽命。 關(guān)鍵詞：鉆柱振動 鉆具 加速度計 MWD 一、井下鉆具振動的定義及危害 1.井下鉆具振動的定義 井下鉆具震動是指井下鉆具在受到外界震擊以后，發(fā)生的周期性、圍繞中心位置來回的彈性運動，進行能量釋放的過程。 井下鉆具的破壞方式主要有兩種： 1.1受到瞬間的強烈震擊，碰撞對鉆具造成破壞。 1.2受到外界能量輸入以后，鉆具自身發(fā)生的

2、頻繁的周期性的振動，使鉆柱發(fā)生彈性破壞。 2.井下鉆具振動的危害【2】 破壞鉆柱及鉆頭。 造成井下事故 浪費大量非生產(chǎn)時間，增加生產(chǎn)本錢。 降低進尺，浪費不必要的能量在鉆具振動上。 二、井下鉆具振動的檢測 Sperry-Sun是通過DDS來測量井下鉆具振動的。而DDS是由三 個互成直角的加速計組成。X指鉆柱中心在側(cè)向上沿X軸上的加速度和鉆柱徑向上沿X軸方向上的離心加速度的疊加，Y指在側(cè)向上鉆柱中心沿與X軸垂直的Y軸上的加速度和與離心力相垂直的加速度的疊加，r指鉆柱的半徑，指鉆柱的轉(zhuǎn)速。Z指鉆柱沿軸向方向的加速度【1】。 1.模擬/加速計板 模擬/加速計板是一個被組合了加速計的模擬電路板。模擬電

3、路板用來監(jiān)控，過濾和放大變頻信號。這種信號通過以下三種方式來表達：峰值，平均值和脈沖。 2.數(shù)字面板 數(shù)字面板包含一個摩托羅拉8字節(jié)HC11處理器，512 KB RAM， 32 KB EEPROM和一個溫度傳感器。所有的數(shù)據(jù)計數(shù)范圍為0-255。 三、鉆柱振動的分類和影響因素 1.振動機理及分類【1】： 鉆頭和鉆柱振動可分為三種類型： 軸向：鉆柱沿軸方向上的移動。 扭轉(zhuǎn)：鉆柱側(cè)向扭轉(zhuǎn)引起的移動。 橫向：鉆柱水平橫向上的移動。 主要有以下六種常見的振動類型。 1.1鉆頭的跳動 1.2粘/滑-扭矩引起的移動 1.3鉆頭旋轉(zhuǎn)-橫向上的移動。 1.4鉆具組合旋轉(zhuǎn)- 橫向上的移動。 1.5側(cè)向上的震動。

4、 1.6耦合模式的振動-涉及了所有三種振動的運動。 2.振動的影響因素 2.1鉆進參數(shù) 優(yōu)化鉆進參數(shù)，使之處于振動平安范圍內(nèi)。 離心力的大小和轉(zhuǎn)速的平方成正比，轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生在鉆頭和鉆柱上的非平衡力就越大，越多的能量產(chǎn)生側(cè)向上的震動。 2.2井眼井斜 鉆進直井時容易產(chǎn)生側(cè)向上的振動。在定向井中，鉆柱重力有減少側(cè)向位移的趨勢。更大的摩擦扭矩，扭轉(zhuǎn)振動在斜井中容易產(chǎn)生。 2.3井底鉆具組合： 不穩(wěn)定的鉆具組合更能誘發(fā)鉆鋌和鉆頭的旋轉(zhuǎn)，使用滿眼扶正器保護MWD儀器免于破壞性的振動損壞；使用螺旋鉆鋌代替普通鉆鋌以減少摩阻；定期探傷鉆具，尤其接箍處。 2.4鉆頭：防旋轉(zhuǎn)PDC鉆頭比普通PDC更穩(wěn)定。 2

5、.5巖性：振動總是隨著地層硬度的增加而增加。 2.6井眼尺寸： 擴大的井眼增加鉆頭和鉆柱的不穩(wěn)定性，增加側(cè)向震動，鉆頭、鉆柱旋轉(zhuǎn)的可能性。 四、振動的診斷流程和緩解措施 1.振動診斷流程 1.1下載參數(shù)，設(shè)置初始值 1.2監(jiān)測實時DDS數(shù)據(jù) 1.3檢查振動情況：如振動值低，那么回到步驟2；如振動值高或中，繼續(xù)步驟4 1.4檢查進尺、鉆壓，和扭矩，匯報司鉆 1.5診斷情況，采取措施 1.6仔細監(jiān)測，判斷狀態(tài)，如果持續(xù)一個小時以上，采取措施。 1.7步驟5、步驟6進行完畢后回歸到步驟2，繼續(xù)監(jiān)測。 五、結(jié)論與認識 1.Sperry-Sun通過三個互成直角的加速度計來測量井下鉆柱振動，再由模擬電路輸出加速度峰值、平均值和脈沖。 2.井下鉆柱振動主要包括軸向、側(cè)向和扭轉(zhuǎn)振動三種類型。影響因素主要有：鉆進參數(shù)、井眼井斜、鉆具組合、鉆頭、巖性、井眼大小。 3.DDS可以實時監(jiān)測井下鉆柱振動，分析解釋不同曲線，采取不同的措施來緩解和防止鉆柱振動。 參考文獻 【1】 Sperry-Sun， a Halliburton Company. Dril