振动粘滑测量短节方法及装置与流程

1.本技术涉及钻井安全技术领域，具体涉及一种振动粘滑测量短节方法及装置。


背景技术：

2.随着石油工业技术的发展以及社会对油气资源需求的增长，石油钻采逐渐向深部地层和深海海域发展。在深井钻井中，随着井深增加，井底围压使岩层硬度增大，塑性增强；同时深井钻井穿过多套压力地层，跨越地质年代较多，相应地质条件复杂。随着钻柱长度的增加，钻柱的等效扭转刚度降低，传递转矩不足，在钻柱、钻头与井壁、井底的摩擦作用下，钻柱系统极易产生粘滑振动。
3.粘滑振动过程中井下钻柱的扭矩通常波动较大，不仅会大幅度降低钻井效率，也会威胁到钻井安全，甚至可能达到钻杆接头丝扣的极限扭矩而导致钻具断裂，可见振动粘滑对钻头和钻柱有严重的破坏性。


技术实现要素：

4.为此，本技术提供一种振动粘滑测量短节方法及装置，以解决现有技术存在的粘滑振动造成的钻井效率低和存在安全隐患的问题。
5.为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
6.一种振动粘滑测量短节方法，包括：
7.连续获取磁阻传感器的多个位置坐标；
8.根据第一公式计算磁力工具面mtf；
9.所述第一公式为：mtf＝arctan(-my/mx)+mtf0，其中，m为磁阻传感器，mx、my分别为磁阻传感器的x、y坐标；当mx》0，my《0时，mtf0＝0；当mx》0，my》0时，mtf0＝2π；当mx《0时，mtf0＝π；
10.根据第二公式计算转速；
11.所述第二公式为：rpm＝δmtf
÷
2π
÷
50
×
60000，其中，δmtf为两次磁力工具面mtf的差值；
12.根据第三公式计算出粘滑并确定粘滑等级；
13.所述第三公式为：(最大转速-最小转速)/(2
×
平均转速)
×
100％；
14.通过三轴加速度传感器获取钻具位置坐标；
15.计算三轴振动，所述三轴振动包括横向振动；
16.所述横向振动为：
17.计算横向振动最大值、横向振动有效值、轴向振动最大值和轴向振动有效值并确定振动等级；
18.所述横向振动有效值为：
19.所述纵向振动有效值为：
20.根据所述粘滑等级和所述振动等级确定钻具工况。
21.进一步的，所述磁阻传感器的型号为hmc1052l。
22.进一步的，所述获取磁阻传感器的位置坐标时获取5个位置坐标。
23.进一步的，所述转速每隔50ms计算一次。
24.进一步的，所述三轴加速度传感器的型号为adxl357。
25.进一步的，所述三轴加速度传感器的测量范围为0～40g。
26.第二方面，一种振动粘滑测量短节装置，包括：
27.磁阻传感器位置获取模块，用于连续获取磁阻传感器的多个位置坐标；
28.磁力工具面计算模块，用于根据第一公式计算磁力工具面mtf；
29.所述第一公式为：mtf＝arctan(-my/mx)+mtf0，其中，m为磁阻传感器，mx、my分别为磁阻传感器的x、y坐标；当mx》0，my《0时，mtf0＝0；当mx》0，my》0时，mtf0＝2π；当mx《0时，mtf0＝π；
30.转速计算模块，用于根据第二公式计算转速；
31.所述第二公式为：rpm＝δmtf
÷
2π
÷
50
×
60000，其中，δmtf为两次磁力工具面mtf的差值；
32.粘滑计算模块，用于根据第三公式计算出粘滑并确定粘滑等级；
33.所述第三公式为：(最大转速-最小转速)/(2
×
平均转速)
×
100％；
34.钻具位置获取模块，用于通过三轴加速度传感器获取钻具位置坐标；
35.三轴振动计算模块，用于计算三轴振动，所述三轴振动包括横向振动；
36.所述横向振动为：
37.有效值计算模块，用于计算横向振动最大值、横向振动有效值、轴向振动最大值和轴向振动有效值并确定振动等级；
38.所述横向振动有效值为：
39.所述纵向振动有效值为：
40.钻具工况确定模块，用于根据所述粘滑等级和所述振动等级确定钻具工况。
41.第三方面，一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现振动粘滑测量短节方法的步骤。
42.第四方面，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现振动粘滑测量短节方法的步骤。
43.相比现有技术，本技术至少具有以下有益效果：
44.本技术提供了一种振动粘滑测量短节方法及装置，通过计算粘滑和振动来确定钻具工况，粘滑是通过连续获取磁阻传感器的多个位置坐标，根据位置坐标计算磁力工具面和转速，再根据转速计算出粘滑的；振动是通过采用三轴加速度传感器进行采样并计算出三轴振动和振动有效值来确定振动等级的。本技术提供的振动粘滑测量短节方法及装置，可以监控钻具的工况，进而提前采取措施，避免或者减少钻井损失。
附图说明
45.为了更直观地说明现有技术以及本技术，下面给出几个示例性的附图。应当理解，附图中所示的具体形状、构造，通常不应视为实现本技术时的限定条件；例如，本领域技术人员基于本技术揭示的技术构思和示例性的附图，有能力对某些单元(部件)的增/减/归属划分、具体形状、位置关系、连接方式、尺寸比例关系等容易作出常规的调整或进一步的优化。
46.图1为本技术实施例一提供的一种振动粘滑测量短节方法流程图。
具体实施方式
47.以下结合附图，通过具体实施例对本技术作进一步详述。
48.在本技术的描述中：除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本技术中的术语“第一”、“第二”、“第三”等旨在区别指代的对象，而不具有技术内涵方面的特别意义(例如，不应理解为对重要程度或次序等的强调)。“包括”、“包含”、“具有”等表述方式，同时还意味着“不限于”(某些单元、部件、材料、步骤等)。
49.本技术中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，通常是为了便于对照附图直观理解，而并非对实际产品中位置关系的绝对限定。在未脱离本技术揭示的技术构思的情况下，这些相对位置关系的改变，当亦视为本技术表述的范畴。
50.实施例一：
51.请参阅图1，本实施例提供了一种振动粘滑测量短节方法，包括：
52.s1：转速及粘滑计算
53.具体的，粘滑是通过测量钻具的转速的变化来计算粘滑，转速测量采用磁阻的传感器，计算工具面的变化来反映转速的变化。
54.s101：连续获取磁阻传感器的多个位置坐标；
55.根据式(1)计算磁力工具面mtf；
56.mtf＝arctan(-my/mx)+mtf0(1)
57.其中，m为磁阻传感器，mx、my分别为磁阻传感器的x、y坐标；当mx》0，my《0时，mtf0＝0；当mx》0，my》0时，mtf0＝2π；当mx《0时，mtf0＝π；
58.具体的，转速测量采用磁阻传感器hmc1052l，磁阻传感器采样之前进行一次复位置位，并连续采样5次，进行平滑滤波后计算工具面mtf。
59.s102：根据式(2)计算转速，转速可以每隔50ms计算一次，并每隔10s统计一次最大转速、最小转速和平均转速；
60.rpm＝δmtf
÷
2π
÷
50
×
60000(2)
61.其中，δmtf为两次磁力工具面mtf的差值；
62.s103：根据粘滑计算公式计算出粘滑并确定粘滑等级；
63.粘滑计算公式为：(最大转速-最小转速)/(2
×
平均转速)
×
100％；
64.粘滑等级划分参见表一：
65.表一：
66.粘滑等级粘滑％0＜20％
120％～40％240％～60％360％～80％480％～100％5100％～120％6＞120％
67.s2：振动测量
68.s201：通过三轴加速度传感器获取钻具位置坐标；
69.具体的，三轴加速度传感器采用型号为adxl357，测量范围为0～40g的三轴加速度传感器；本技术中，振动传感器的电路板是独立设计，直接固定在钻具本体上的，所以不需要进行减振处理。
70.s202：计算三轴振动，三轴振动包括横向振动和轴向振动，其中，轴向振动az直接测量即可；
71.横向振动为：其中，ax2和ay2是x轴和y轴的加速度值的平方；
72.s203：计算横向振动最大值、横向振动有效值、轴向振动最大值和轴向振动有效值并确定振动等级；
73.横向振动有效值为：
74.纵向(轴向)振动有效值为：
75.振动等级划分参见表二：
76.表二：
[0077][0078]
s3：根据粘滑等级和振动等级确定钻具工况。
[0079]
具体的，本技术将粘滑等级和振动等级通过mwd(随钻测量系统)上传到地面，可随时监控井下状态，粘滑等级和振动等级越高钻具振动越大，事故发生的可能性越大。
[0080]
本技术提供的振动粘滑测量短节方法，可以监控钻具的工况，进而提前采取措施，从而避免或者减少钻井损失。
[0081]
实施例二：
[0082]
第二方面，一种振动粘滑测量短节装置，包括：
[0083]
磁阻传感器位置获取模块，用于连续获取磁阻传感器的多个位置坐标；
[0084]
磁力工具面计算模块，用于根据第一公式计算磁力工具面mtf；
[0085]
所述第一公式为：mtf＝arctan(-my/mx)+mtf0，其中，m为磁阻传感器，mx、my分别为磁阻传感器的x、y坐标；当mx》0，my《0时，mtf0＝0；当mx》0，my》0时，mtf0＝2π；当mx《0时，mtf0＝π；
[0086]
转速计算模块，用于根据第二公式计算转速；
[0087]
所述第二公式为：rpm＝δmtf
÷
2π
÷
50
×
60000，其中，δmtf为两次磁力工具面mtf的差值；
[0088]
粘滑计算模块，用于根据第三公式计算出粘滑并确定粘滑等级；
[0089]
所述第三公式为：(最大转速-最小转速)/(2
×
平均转速)
×
100％；
[0090]
钻具位置获取模块，用于通过三轴加速度传感器获取钻具位置坐标；
[0091]
三轴振动计算模块，用于计算三轴振动，所述三轴振动包括横向振动；
[0092]
所述横向振动为：
[0093]
有效值计算模块，用于计算横向振动最大值、横向振动有效值、轴向振动最大值和轴向振动有效值并确定振动等级；
[0094]
所述横向振动有效值为：
[0095]
所述纵向振动有效值为：
[0096]
钻具工况确定模块，用于根据所述粘滑等级和所述振动等级确定钻具工况。
[0097]
关于振动粘滑测量短节装置的具体限定可以参见上文中对于振动粘滑测量短节方法的限定，在此不再赘述。
[0098]
实施例三：
[0099]
本实施例提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现振动粘滑测量短节方法的步骤。
[0100]
实施例四：
[0101]
本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现振动粘滑测量短节方法的步骤。
[0102]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合(只要这些技术特征的组合不存在矛盾)，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。
[0103]
上文中通过一般性说明及具体实施例对本技术作了较为具体和详细的描述。应当理解，基于本技术的技术构思，还可以对这些具体实施例作出若干常规的调整或进一步的创新；但只要未脱离本技术的技术构思，这些常规的调整或进一步的创新得到的技术方案也同样落入本技术的权利要求保护范围。

技术特征：
1.一种振动粘滑测量短节方法，其特征在于，包括：连续获取磁阻传感器的多个位置坐标；根据第一公式计算磁力工具面mtf；所述第一公式为：mtf＝arctan(-my/mx)+mtf0，其中，m为磁阻传感器，mx、my分别为磁阻传感器的x、y坐标；当mx>0，my<0时，mtf0＝0；当mx>0，my>0时，mtf0＝2π；当mx<0时，mtf0＝π；根据第二公式计算转速；所述第二公式为：rpm＝δmtf
÷
2π
÷
50
×
60000，其中，δmtf为两次磁力工具面mtf的差值；根据第三公式计算出粘滑并确定粘滑等级；所述第三公式为：(最大转速-最小转速)/(2
×
平均转速)
×
100％；通过三轴加速度传感器获取钻具位置坐标；计算三轴振动，所述三轴振动包括横向振动；所述横向振动为：计算横向振动最大值、横向振动有效值、轴向振动最大值和轴向振动有效值并确定振动等级；所述横向振动有效值为：所述轴向振动有效值为：根据所述粘滑等级和所述振动等级确定钻具工况。2.根据权利要求1所述的振动粘滑测量短节方法，其特征在于，所述磁阻传感器的型号为hmc1052l。3.根据权利要求1所述的振动粘滑测量短节方法，其特征在于，所述获取磁阻传感器的位置坐标时获取5个位置坐标。4.根据权利要求1所述的振动粘滑测量短节方法，其特征在于，所述转速每隔50ms计算一次。5.根据权利要求1所述的振动粘滑测量短节方法，其特征在于，所述三轴加速度传感器的型号为adxl357。6.根据权利要求5所述的振动粘滑测量短节方法，其特征在于，所述三轴加速度传感器的测量范围为0～40g。7.一种振动粘滑测量短节装置，其特征在于，包括：磁阻传感器位置获取模块，用于连续获取磁阻传感器的多个位置坐标；磁力工具面计算模块，用于根据第一公式计算磁力工具面mtf；所述第一公式为：mtf＝arctan(-my/mx)+mtf0，其中，m为磁阻传感器，mx、my分别为磁阻传感器的x、y坐标；当mx>0，my<0时，mtf0＝0；当mx>0，my>0时，mtf0＝2π；当mx<0时，mtf0＝π；转速计算模块，用于根据第二公式计算转速；所述第二公式为：rpm＝δmtf
÷
2π
÷
50
×
60000，其中，δmtf为两次磁力工具面mtf的
差值；粘滑计算模块，用于根据第三公式计算出粘滑并确定粘滑等级；所述第三公式为：(最大转速-最小转速)/(2
×
平均转速)
×
100％；钻具位置获取模块，用于通过三轴加速度传感器获取钻具位置坐标；三轴振动计算模块，用于计算三轴振动，所述三轴振动包括横向振动；所述横向振动为：有效值计算模块，用于计算横向振动最大值、横向振动有效值、轴向振动最大值和轴向振动有效值并确定振动等级；所述横向振动有效值为：所述轴向振动有效值为：钻具工况确定模块，用于根据所述粘滑等级和所述振动等级确定钻具工况。8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

技术总结
本申请公开了一种振动粘滑测量短节方法及装置，通过计算粘滑和振动来确定钻具工况，粘滑是通过连续获取磁阻传感器的多个位置坐标，根据位置坐标计算磁力工具面和转速，再根据转速计算出粘滑的；振动是通过采用三轴加速度传感器进行采样并计算出三轴振动和振动有效值来确定振动等级的。本申请提供的振动粘滑测量短节方法及装置，可以监控钻具的工况，进而能提前采取措施，避免或者减少钻井损失。避免或者减少钻井损失。避免或者减少钻井损失。


技术研发人员：冯建宇 张勇 张文超 王羽 秦允海 刘一阳
受保护的技术使用者：商丘睿控仪器仪表有限公司
技术研发日：2022.09.26
技术公布日：2023/1/6