基于 STFT的钻柱振动信号分析与应用

金朝娣,能昌信,王振翀,董 路,陈亚宇

(1.中国矿业大学 (北京)机电与信息工程学院,北京 100083;2.中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所,北京 100012)

基于 STFT的钻柱振动信号分析与应用

金朝娣1,能昌信2,王振翀1,董 路2,陈亚宇1

(1.中国矿业大学 (北京)机电与信息工程学院,北京 100083;2.中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所,北京 100012)

钻头在旋转钻井过程中,钻头与井底岩面之间的相互作用引起钻柱强烈的振动,钻进不同硬度介质层产生的钻柱振动信号不同。采用短时傅里叶 (STFT)时频分析方法在牙钻条件下对 3种介质模型中的钻柱振动信号进行时频分析,提取不同介质层信号时频特征差异,并利用统计分析结合相应高频带的能量累积值实时地预测钻头钻进情况并获取地层信息。实验结果表明 STFT能有效区分不同介质层,具有很强的实时性和准确率,在现场钻探实验中有一定的应用价值。

STFT;振动信号;实时预测

钻探技术在石油天然气勘探、煤田地质勘探等发挥着重要的作用,并已在其他各个领域得到广泛的应用。钻井作业中常用的钻头是牙轮钻头,通过牙齿对井底岩石的冲击作用和钻头旋转切削作用,完成破碎岩石[1]。钻头与岩石的相互作用会引起钻柱的轴向、横向和扭转振动[2]。通过对钻柱振动的研究以获得特征信息,能识别所钻地层岩性、钻头工作状态、钻具故障等,对减少钻井事故,提高钻井效率具有重要意义[3-4]。通过分析钻柱振动的频谱特征并总结 2kHz以上的高频段主要反映钻头与地层相互作用的信息,从而为地层分层提供依据[5]。……