钻头钻进不同介质时的振动信号特征识别研究

发布时间：2018-10-09 16:10

【摘要】：钻井作业中,钻头破碎岩石产生振动,利用该振动特征可以实时反映钻进介质的种类。提出了一种钻头钻进不同介质时的振动信号特征识别方法,通过牙轮钻头破岩室内实验,采集到在不同钻压下钻头钻进砂岩、页岩、水泥环和套管时的声振信号,基于数字信号的时频处理,提取了信号时域和频域的50个特征值,应用PCA降维特征矩阵获取特征向量,建立不同钻进情况的钻头信号"指纹"特征,最后通过BP神经网络对"指纹"信息进行聚类后识别岩性和钻压。结果表明,该方法可以完成对钻头信号的特征识别,进而区分钻进地层和井眼材料(套管和水泥环),为井眼防碰作业中岩性在线识别提供技术支撑。
[Abstract]:In drilling operation, the rock broken by bit produces vibration, which can reflect the type of drilling medium in real time. In this paper, a method for identifying vibration signal characteristics of bit drilling in different media is presented. The acoustic vibration signals of bit drilling in sandstone, shale, cement ring and casing under different drilling pressures are collected through rock breaking experiment of cone bit. Based on the time-frequency processing of digital signal, 50 eigenvalues of signal in time domain and frequency domain are extracted, and the eigenvector is obtained by using PCA dimensionality reduction characteristic matrix, and the "fingerprint" feature of bit signal with different drilling conditions is established. Finally, BP neural network is used to identify lithology and drilling pressure after clustering the fingerprint information. The results show that the method can recognize the characteristics of bit signals, and then distinguish drilling formation from borehole materials (casing and cement ring), and provide technical support for on-line recognition of lithology in borehole collision prevention operations.
【作者单位】： 中国石油大学(华东)石油工程学院 中国电波传播研究所 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院
【基金】：国家“973”计划项目“深水钻完井工程风险预警及管控”(2015CB251200) “十二五”国家科技重大专项“加密井网防碰工程示范”(2011ZX05057-002-006) “海上油田丛式井网整体加密调整多平台钻井趋近井筒监测方法研究”(2011ZX05024-002-010)
【分类号】：TE24;TP183

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘刚;张家林;刘闯;刘华亮;于长广;;基于时域统计特征的井眼碰撞识别方法[J];中国石油大学学报(自然科学版);2016年02期

2 刘刚;刘闯;夏向阳;裴重潋;蔡鹏;赵少伟;;基于PCA-SVDD方法的钻头异常钻进识别[J];振动与冲击;2015年13期

3 刘刚;刘闯;夏向阳;徐加兴;裴重潋;;基于HHT方法的钻头振动信号识别[J];振动与冲击;2015年12期

4 饶志华;杨超;段泽辉;耿艳红;刘刚;刘华亮;;浅层多井防碰相对井间距预测模型的建立与现场验证[J];中国海上油气;2014年04期

5 程红伟;陶俊勇;陈循;蒋瑜;;偏斜非高斯随机振动信号幅值概率密度函数研究[J];振动与冲击;2014年12期

6 周璇;杨建成;;基于支持向量回归机的空调逐时负荷滚动预测算法[J];中南大学学报(自然科学版);2014年03期

7 贾亮;田宇翔;;基于局部多项式傅里叶变换的语音盲源分离[J];电声技术;2014年02期

8 李玮;李亚楠;陈世春;丛长江;霍明宇;杨斌;;井底牙轮钻头的钻速方程及现场应用[J];中国石油大学学报(自然科学版);2013年03期

9 霍兵勇;易伟建;;密集频率数字信号的判定和校正方法[J];振动与冲击;2013年02期

10 刘刚;陈超;蔡鹏;于长广;;井眼防碰监测技术在南海油田W9H的应用[J];科学技术与工程;2012年26期

【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘刚;李yN宸;张家林;刘闯;杨帆;穆文军;王锴;;多传感器下基于遗传算法的钻头与套管间距离研究[J];振动与冲击;2018年12期

2 高建申;孙建孟;姜艳娇;于其蛟;刘彦萍;;油基钻井液环境下电成像测井响应分析及定量反演[J];中国石油大学学报(自然科学版);2018年03期

3 宋伟杰;关山;庞弘阳;;基于希尔伯特-黄变换和等距特征映射的刀具磨损状态监测[J];组合机床与自动化加工技术;2018年06期

4 刘刚;王航;穆文军;;基于独立成分分析的钻头振动信号识别方法[J];科学技术与工程;2018年16期

5 周璇;凡祖兵;刘国强;闫军威;;基于多元非线性回归法的商场空调负荷预测[J];暖通空调;2018年03期

6 张梦;吴红静;叶从进;;基于RFID的室内定位实验设计[J];轻工科技;2018年03期

7 顾洪成;梁明月;;钻头振动信号传播试验及应用研究[J];长江大学学报(自科版);2018年03期

8 刘刚;穆文军;张勇;王航;;磁座对压电式加速度传感器安装传递系数的影响[J];科学技术与工程;2018年04期

9 吴万荣;娄磊;梁向京;;冲击诱导损伤岩石的切削特性[J];中南大学学报(自然科学版);2017年10期

10 张家林;刘华亮;刘刚;刘闯;王航;;基于振动监测的浅层钻头位置预测模型[J];科学技术与工程;2017年29期

【二级参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 孟令雅;刘翠伟;刘超;李玉星;刘光晓;;基于特征量提取的输气管道微泄漏检测[J];中国石油大学学报(自然科学版);2014年06期

2 徐卓飞;刘凯;张海燕;王丹;张明龙;吴欣阳;;基于经验模式分解和主元分析的滚动轴承故障诊断方法研究[J];振动与冲击;2014年23期

3 饶志华;杨超;段泽辉;耿艳红;刘刚;刘华亮;;浅层多井防碰相对井间距预测模型的建立与现场验证[J];中国海上油气;2014年04期

4 孙浩;刘清友;;大斜度井电泵举升管柱扶正器间距的计算[J];石油学报;2013年06期

5 刘刚;刘华亮;何保生;耿站力;刘鹏涛;;丛式井钻头距邻井井筒距离的计算模型[J];石油机械;2013年10期

6 林海明;杜子芳;;主成分分析综合评价应该注意的问题[J];统计研究;2013年08期

7 刘刚;杨全枝;董照显;何保生;耿站立;;钻头振动波井眼防碰监测系统及其现场试验[J];天然气工业;2013年06期

8 何保生;刘华亮;刘刚;杨全枝;耿占力;;基于球面波传播理论的钻头趋近邻井防碰预测模型[J];石油钻探技术;2013年03期

9 管志川;张苏;王建云;史玉才;韦节宏;刘永旺;;油井套管对地磁场的影响实验[J];石油学报;2013年03期

10 刘刚;杨全枝;韩金良;何保生;耿站立;蔡鹏;;小波包变换在井眼防碰振动信号处理中的应用[J];海洋石油;2013年01期

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘刚;张家林;刘闯;杨帆;杜佳诚;;钻头钻进不同介质时的振动信号特征识别研究[J];振动与冲击;2017年08期

2 孙荣军;谷拴成;谢晓波;高科;张幼振;;仿生冲击挤密钻头的研究[J];煤田地质与勘探;2018年03期

3 张炳顺;PDC钻头在冀中油田的推广应用[J];石油钻采工艺;1995年03期

4 ;钻头专题(一)[J];石油钻采工艺;2002年01期

5 冯耀忠;新型取芯钻头[J];石油机械;2001年07期

6 徐正明;试论四川地区钻头包井[J];钻采工艺;1994年03期

7 贾月果;;新型取芯钻头的研制与应用[J];石化技术;2018年04期

8 武兴勇;邓平;排祖拉;王峥;杜洪韬;朱忠喜;;应用灰色聚类法进行钻头优选研究[J];当代化工;2017年04期

9 石艺;新型系列的PDC钻头[J];石油钻采工艺;2002年06期

10 孟昭芳,许晓滨;钻头市场失而复得之术[J];石油企业管理;2000年02期

相关会议论文 前10条

1 马德坤;;针对特殊需要设计专用钻头[A];2008年石油装备学术年会暨庆祝中国石油大学建校55周年学术研讨会论文集[C];2008年

2 黄奕芳;;地质勘探钻头失效机理研究[A];“决策论坛——决策科学化与民主化学术研讨会”论文集（上）[C];2017年

3 李祖奎;杲传良;;利用岩石可钻性合理选择钻头类型[A];岩石破碎理论与实践——全国第五届岩石破碎学术会论文选集[C];1992年

4 吴泽兵;;石油钻头并行工程中仿真软件的集成[A];2001系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2001年

5 博坤;殷琨;刘建林;;石油钻井用反循环空气锤钻头数值模拟与试验研究[A];第十八届全国探矿工程（岩土钻掘工程）技术学术交流年会论文集[C];2015年

6 陈修平;邹德永;汤晶;王家骏;;基于计算颗粒追踪方法的PDC钻头水力性能研究[A];第十三届全国水动力学学术会议暨第二十六届全国水动力学研讨会论文集——E工业流体力学[C];2014年

7 张继锋;王力;步云鹏;张子锋;;一种新的钻头优选法——YH钻头优选法[A];“振兴吉林老工业基地——科技工作者的历史责任”吉林省第三届科学技术学术年会论文集（上册）[C];2004年

8 王鑫;徐建飞;郝荣明;王延文;;PDC钻头自动焊接技术的研究[A];山东石油学会钻井专业委员会论文集[C];2005年

9 席小宁;蔡宗熙;;井眼轨迹预测中有效钻力的计算[A];第14届全国结构工程学术会议论文集（第一册）[C];2005年

10 马德坤;;钻头仿真-设计技术的发展历程及其启示[A];2004年石油装备年会暨庆祝江汉机械研究所建所40周年学术研讨会论文集[C];2004年

相关重要报纸文章 前10条

1 本报记者 马琳 通讯员 孙海涛;个性化钻头“钻”出新天地[N];中国石化报;2012年

2 本报记者 谷学涛 通讯员 程阿师;动动鼠标 “智造”钻头[N];中国石油报;2016年

3 本报记者 李祖诗;靠钻头打开新视野[N];中国石化报;2008年

4 本报记者 魏枫 苏子开;“小”钻头转出“大”智慧[N];中国石油报;2013年

5 张敬智　刘登奎;钻头文化香飘四溢[N];中国石化报;2009年

6 刘亦;新型PDC钻头应用成功[N];中国矿业报;2006年

7 孙海涛;钻头叩开海外油商大门[N];中国石化报;2011年

8 特约记者 李晓斌;新型复合PDC钻头填补集团公司空白[N];中国石油报;2014年

9 本报记者 石建芬 通讯员 焦刚;“组合拳”助力钻头生产提速[N];中国石化报;2013年

10 于银花　孙世高;世界首只仿生石油钻头试验成功[N];中国石化报;2010年

相关博士学位论文 前5条

1 李志刚;井下近钻头测量与无线短传技术研究[D];中国石油大学;2010年

2 杨庆理;复杂地层PDC钻头个性化设计及应用研究[D];中国石油大学;2007年

3 李思琪;谐振激励下钻头的冲击破岩机理研究[D];东北石油大学;2016年

4 徐良;硬岩钻进用仿生耦合金刚石取心钻头研究[D];吉林大学;2009年

5 李早元;有助于改善层间封隔能力的聚合物多元水泥体系材料特性研究[D];西南石油大学;2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 张宁;近钻头数据无线电磁短传系统研究与设计[D];山东大学;2017年

2 张华;气体钻井钻头失效机理研究[D];西南石油大学;2011年

3 张云;随钻测量数据的近钻头传输系统研究[D];中国石油大学(华东);2016年

4 杨博凯;煤层自进式旋转钻头的设计与实验研究[D];重庆大学;2010年

5 孟祥雨;青海油田复杂深井钻头系列个性化设计研究[D];中国石油大学(华东);2016年

6 刘程;PDC钻头三维设计技术研究[D];中国石油大学;2008年

7 王力;南桐矿区瓦斯抽放孔快速钻进钻头的研究[D];西安科技大学;2008年

8 韩颖;切削式PDC钻头钻速方程建立及其应用[D];大庆石油学院;2007年

9 侯胜明;近钻头测量的超声波信号编码与MWD接口研究[D];中国石油大学;2008年

10 钱奕龙;PDC钻头水力学研究[D];西南石油学院;2002年

，

本文编号：2259952