钻柱井口振动信号采集装置研制

郝宪锋，戴永寿，孙伟峰，曲晓俊，赵洪山，唐 波

(1.中国石油大学 信息与控制工程学院，山东 青岛 266580;2.中石化胜利石油工程有限公司 钻井工艺研究院, 山东 东营 257000)

0 引 言

复杂低渗油气藏钻井过程中，钻头与地层的冲击、钻头的偏心钻进、钻柱与井壁之间的摩擦碰撞，都会产生强烈的振动。钻柱振动信号包含了大量的钻井工况信息，采集这些振动数据可以分析其特征并做出合理的故障诊断，对于减少井下钻井事故、优化钻井参数、提高钻进速度均具有非常重要的意义[1-2]。

目前，大多数研究工作仅利用钻柱振动信号进行岩性和地层识别，尚未见到成熟的钻柱振动信号采集系统。所设计采集系统对反映钻柱工况的低频段信息研究较少，对钻柱振动信号采集 装置的研究大多局限于实验室实验，还未见地面测量钻柱振动的专门产品。本文开展钻柱振动井口采集装置的研制，研究近钻头振动信号的提取方法，为井下钻具工况的识别和诊断提供基础数据[3-4]。

1 设计概述

1.1 设计指标

根据钻柱井口振动信号采集研究需求和试验测试，确定了采集装置的设计指标：振动测量范围±25g；灵敏度为每g100 mV；振动频率范围0.5～5 kHz；A/D转换分辨率12位；采样率≥20 kHz；数据无线传输距离>500 m；待机30 d，连续采集工作5 d。

1.2 系统组成

系统由上位机和下位机两部分组成，其结构框图如图1所示[5-6]。

图1 采集装置结构框图

(1)上位机包括软件和硬件部分。

① 上位机采集软件。为用户提供良好的人机界面，是控制端，通过其下发控制命令即可控制下位机，同时可将所接收振动信号、电池电量信息及时间信息在显示界面中展示，便于技术人员实时监控下位机的运行状态。