基于钻头运动诱发套管头振动信号检测的井眼防碰监测方法

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套管头振动信号特征应用于油井防碰监测的可行性分析

整体防碰设计方案、眼轨迹测量和防碰扫描计算、井
井眼轨迹控制人工监听、提高人员的防碰意识等，多数属于通过预测进行防碰，除人工监听方法外，有没实时监测的手段，经不能完全满足加密调整井的已
２套管头振动信号特征应用于油井
刘刚孔得臣孙金刘勃。杨全枝
（．中国石油大学（东）油工程学院；２中国石化集团上海海洋石油局钻井分公司；３长江大学）１华石
摘要提出了一种井间防碰监测的新方法，即利用在风险井套管头上安装的传感器监测由套管传输到地面的钻头振动信号，分析振动波在地层和风险井套管中的传播规律，而预测钻头是否趋进近风险井套管，评估钻头距风险井套管间的相对距离。分析结果表明：并在钻井钻头振动诱发的风险井套管头振动信号存在一个特征频率段，在钻井钻头破岩诱发的风险井套管头振动信号特征与在钻井钻头距风险井套管间的距离有明确的对应关系，因此利用风险井套管头振动信号预测在钻井钻头趋近的方法对加密调整井进行防碰监测，这在技术思路上是可行的。关键词套管头振动信号井间距离防碰监测可行性分析的计算误差和预测误差； ③人工监听的方法只能是一种辅助的手段，受监听人员的经验、且精力和周围环

一基于时域统计特征的井眼碰撞识别方法

一基于时域统计特征的井眼碰撞识别方法刘刚;张家林;刘闯;刘华亮;于长广【摘要】During well drilling, special time-domain features of drilling bit vibration signals will be produced when drilling at cement sheath and casing, which are different with that when drilling through rock formations.A new method for the recogni-tion of borehole collision was proposed by analyzing the vibration signals produced when the drill bit collided with the cement sheath and casing of nearby wells. Firstly, the dispersion and shape distribution characteristics of the vibration signals were extracted, then the principal component analysis( PCA) was conducted to obtain the principal features of the signals. Finally a support vector machine ( SVM) was trained with sampled signals to establish a model, which could be used to identify the borehole collision automatically by distinguishing the principal features of different vibration signals. This method has been effectively verified through real drilling data analysis from offshore cluster wells.%相同钻井条件下，钻头钻遇水泥环、套管的振动信号与钻进地层的振动信号的时域特征不同。

井眼防碰监测中的风险信号特征识别_刘刚

刘
刚等：井眼防碰监测中的风险信号特征识别
— 77 —
防碰工艺技术的不断完善提供实践与技术支撑。
1
1. 1
防碰监测系统
工作原理
钻进过程中，可以将钻头切削、破碎岩石的过程作为声发射源。声发射源产生的信号会在钻杆、套管和地层等传输介质中传播，可以通过一定的检［2 ］测手段在地面得到由此产生的声发射信号。钻头的破碎对象不同，声发射源产生的信号特征也不同，当钻头钻遇邻井水泥环或套管时，会产生不同于钻头破碎常规岩石的信号。防碰监测系统就是通过安装在套管头上的传感器来感知由邻井套管传递至地面的钻头破碎不同对象的信号，识别这些信号的特征，反衍破碎对象的变化，从而识别出钻头钻到邻井水泥环乃至套管的风险。防碰监测系统的工作原理如图 1 所示。在套管头上安装接收声发射源产生信号的传感器，经高速采集仪传输至计算机，通过专门的信号采集分析软件识别不同的信号特征。当钻头破碎的对象特征发生改变时，给出预警及报警信息。
2
现场监测及信号特征识别
在钻进过程中，钻头在井底破碎岩石产生的振动波会在钻柱、套管和地层中传播，一直传递至邻井套管头上但具有一定程度衰减并含有较多的干扰成分，通过安装在钻井套管（导管）表面和风险井套管头处的传感器来感受并采集钻头破岩的振动信号。随着破碎对象的改变，振动信号的特征会发生变化；随着定向井轨迹的变化和钻头距邻井距离的不同，其振动波传递至套管头处衰减也有不同
1. 2
系统构成及信号特征判断
防碰监测系统基本构成如图 2 所示，包括压电加速度传感器、同轴双屏蔽电缆、数据采集仪、计算机和分析识别软件等。传感器采用低噪、高灵敏类型，数据采集仪具有放大、滤波、积分和采样等功能，信号采集分析软件用于完成多通道数据采集、分析、特征识别及报警。钻头冲击、破碎地层实际上是确定性振动系统受到随机力的激励作用而产生的振动，可视为随机振动，通过一定的概率分析、时域分析和频域分析

定向井防碰地面监测系统设计及现场试验

摘
要：随着陆地和海上油气勘探开发程度的不断提高，丛式井和加密井正变得越来越普遍，而受老井网加密调
整使井间距离更密、老井测斜数据不完整或不准确、井眼轨迹控制产生误差等因素的影响，井过程中易发生井眼碰钻撞，对钻井和油田的正常生产构成了潜在威胁。根据振动波的传播机理，出了一种定向井防碰地面监测方法，提设计了一套定向井防碰地面监测系统。该系统在渤海某海上油田区块钻井现场进行了试验：借助定向井设计、随钻测量
资料，用Ｃｍｐｓ软件分析了在钻井与邻井的中心距，对危险井段进行了监测；据采集到的钻头振动信号特利ｏａｓ并根
征，分析了钻头对危险井筒的趋近。现场应用结果表明：头钻水泥塞过程中，钻在钻井套管头处振动信号强度很大，
ｄｎ２６５，ｉａ；．ＣＮ００ＣＲｅｅｒｈＩｓｉｕｅ，Ｂｅｊｎ１０２，ｉａｏｇ，６５５Ｃ矗ｎ２ｓａｃｎｔｔｔｉｉｇ，００７（ｎ）
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｗｉｈｅｐｎｎｆｅｐｏａｉｎａｄｄｖｌｐｎｆｏｓｏｅａｄｏｆｈｒｉｉｌｓｃｕｔｒｔｔｅｄｅｅｉｇｏｘｌｒｔｏｎｅｅｏｍｅｔｎｈｒｎｆｓｏｅｏｌｅｄ，ｌｓｅｈｏｆ
ＬｕＧａｇ，ｕｉＨｅＢｏｈｎｚＴｉｎＪ。ＧｅｇＺｈｎｉｉｎａＳｎＪｎ，ａｓｅｇ，ａｉ，ｎａｌ

井眼防碰实时监测技术在渤海某井组的应用

井眼防碰实时监测技术在渤海某井组的应用刘刚;夏向阳;刘闯;蔡鹏;杨超【摘要】渤海油田某井组是海上丛式井组中井数最多、密集程度最高的井组之一.为了防止井眼碰撞、窜槽,针对井间距小、井网密集、井斜大、周围老井井眼轨迹参数不准、井眼净化难度大等问题,此井组采用了表层防碰实时监测技术.结果表明:在三口井的危险井段实施了防碰实时监测,在隔水管打偏的A-14井预警一次,经过WMD测斜数据和COMPASS扫描计算出的中心距与传感器采集的振动信号特征存在明显的对应关系,验证了预警的准确性,并说明该方法可有效降低井眼碰撞风险.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)021【总页数】4页(P123-126)【关键词】丛式井;定向;防碰监测;振动【作者】刘刚;夏向阳;刘闯;蔡鹏;杨超【作者单位】中国石油大学(华东)石油工程学院,青岛266580;中国石油大学(华东)石油工程学院,青岛266580;中国石油大学(华东)石油工程学院,青岛266580;中海油能源发展安全环保分公司,天津300456;中海油能源发展安全环保分公司,天津300456【正文语种】中文【中图分类】TE243随着石油勘探开发进入深海，海上钻井技术面临越来越多的挑战，海上钻井作业受到海上平台的限制，作业空间狭小，通常采用丛式井作为主要井型。

丛式井加密技术推广后，由于井间距不断减小，丛式井碰撞问题日益凸显，井眼碰撞，轻者停产修井，造成经济损失，重者会造成原油泄漏，污染环境，甚至威胁到石油工人的生命安全。

因此，丛式井防碰一直是各大石油公司亟待解决的热点问题［1］。

现有常规防碰技术主要包括钻前防碰设计和钻井过程中各种井眼轨迹控制技术。

钻前防碰设计是丛式井防碰设计的基础，如果邻井井眼数据缺失或不全会给钻前设计带来很大困难，并且增加施工过程中井眼碰撞的风险。

井眼轨迹控制通常是建立在随钻测量仪测量数据准确的基础上，但是常用的钢制钻具组合在地下会被地磁场磁化产生局部磁场，磁力测量工具在该局部磁场和正常地磁场的合磁场下工作，其方位角输出值不能反映实际轨迹的真实值［2］。

钻头振动波井眼防碰监测系统及其现场试验

的油气井生产及钻井施工，目前已经在中国渤海、南海等区块进行了先导性试验，为井眼防碰技术发展提供了一条新的技术思路。
关键词井眼防碰套管监测钻头振动振动信号
加速度传感器
检测
Ｄ０１：１０．３７８７／ｉ．ｉｓｓｎ．１０００—０９７６．２０１３．０６．０１２
Ａｄｒｉｌｌｂｉｔｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｔｉ—ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ
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２现场试验及结果分析
２．１试验情况简介本次现场试验在ＷＺｌｌ—１Ｎ油田、南海四号平台（井号以Ａ开头）进行，试验开始时ＷＺｌｌ－ＩＮ油田已经完成开发井１３口，经过油藏地质研究计划再新钻３口开发井：Ａ１４Ｈ、Ａ１５、Ａ１６，本次试验主要监测Ａ１６井，利用Ｃｏｍｐａｓｓ进行防碰扫描选定Ａ１６井对应的监测井为Ａ１、Ａ１３、Ａ７Ｈ井。通过采集软件ＣｏｌｌｉｓｉｏｎＭｏｎｉｔｏｒ采集相应的数据，系统设置的采样频率为

_基于HHT方法的钻头振动信号识别

（中国石油大学（华东）石油工程学院，山东青岛 266580 ）
要：钻头振动波方法进行丛式井防碰监测时，提出将 HHT 方法应用于钻头振动信号处理，应用峭度准则及互
相关系数准则对钻头振动信号降噪，通过时频分析准确识别出海上复杂条件下的钻头振动信号。首先应用 EMD （ Empirical Mode Decomposition）分解可以将复杂环境下的钻头振动信号分解为固有模态分量，采用峭度准则、互相关系数准则筛选信号进行降噪处理获得主要冲击成分并重组信号，然后通过 Hilbert 变换得到边际谱和瞬时频率，判断不同通道的信号来源，提取主要公共频段作为钻头振动信号。根据滤波后信号的能量建立钻头趋近风险邻井的防碰模型，通过海上丛式井防碰的现场数据验证了该方法的有效性。关键词：丛式井防碰；振动信号；希尔伯特黄变换；降噪；边际谱；时频分析中图分类号： TE242 文献标志码： A DOI： 10． 13465 / j． cnki． jvs． 2015． 12． 036
振第 34 卷第 12 期
动
与
冲
击 Vol． 34 No． 12 2015
JOUＲNAL OF VIBＲATION AND SHOCK

基于 HHT 方法的钻头振动信号识别
刘
摘
刚，刘
闯，夏向阳，徐加兴，裴重潋
+∞
∫
－∞
x i （ τ） dτ信号
构造 x i （ t）解析形式如下： z i （ t） = x i （ t） + iy i （ t） = A i （ t） e iθt 式中： A i （ t） = x i （ t）槡
2

定向井防碰地面监测系统设计及现场实验

定向井防碰地面监测系统设计及现场实验随着陆地和海上油气勘探开发程度的不断提高，丛式井和加密井正变得越来越普遍，而受老井网加密调整使井间距离更密、老井测斜数据不完整或不准确、井眼轨迹控制产生误差等因素的影响，钻井过程中易发生井眼碰撞，对钻井和油田的正常生产构成了潜在威胁。

根据振动波的传播机理，提出了一种定向井防碰地面监测方法，设计了一套定向井防碰地面监测系统。

该系统在渤海某海上油田区块钻井现场进行了试验：借助定向井设计、随钻测量资料，利用Compass软件分析了在钻井与邻井的中心距，并对危险井段进行了监测；根据采集到的钻头振动信号特征，分析了钻头对危险井筒的趋近。

现场应用结果表明：钻头钻水泥塞过程中，在钻井套管头处振动信号强度很大，该系统可通过识别钻头振动信号判断钻头靠近或钻遇了邻井水泥环和套管；在邻井套管头采集到的钻头振动信号的振幅，随在钻井和邻井的中心距的增加呈一定的衰减关系，可根据该关系和分离系数判断井眼碰撞的风险。

标签：定向井；防碰；监测；丛式井；调整井；振动波；现场试验1 前言目前，国内海洋石油资源的勘探开发已进入了一个新阶段，随着老井网加密调整技术需求的不断提高，使得海上加密钻井技术得以广泛应用，井眼碰撞风险也急剧增加。

为保证海洋石油资源的安全、环保开发，确保钻井施工的顺利进行，课题组在国家重大专项“海上油田丛式井网整体加密及综合调整技术”和“多枝导流适度出砂及海上油田丛式井网整体加密钻采技术示范”的支持下，提出一种基于检测钻头运动诱发的振动信号识别井眼趋近生产井套管的方法，并在多口防碰风险很高的钻井施工中应用，保证了生产井的井筒安全，取得满意的效果。

2 定向井防碰地面监测系统设计2.1 设计思路与工作原理2.1.1 设计思路岩石压裂过程中的钻头会在井底产生振动波，振动波不仅会在钻柱中向上传播，还会通过地层和套管向钻井及临近井口传播。

通过安装在钻井和邻井套管头位置传感器的风险，并购浪潮钻头破碎岩石的振动（振动与钻井工具的研究有一定的相似之处），然后分析振动信号处理，当钻头振动信号振幅超过防碰报警阈值时，发出报警信息软件系统，监控系统来预测钻头和邻井套管碰撞风险函数。

基于MWD磁干扰的钻井防碰监测技术

1
磁性测量仪器的工作原理
但由于大地坐标系的重力场是垂直于地表指向地心的，地磁场方向一般情况下是指向地磁北极的，
各个地区地磁倾角的不同，所以磁场方向与该点在地球上的位置有关。根据此原理，以地磁场方向和大地重力方向以及它们的垂直方向（右手法则）为基准建立大地坐标系，如图 1 所示。轴 OD 与 OG 是重合的，代表重力方向；轴 ON 是地磁场指向北极的方向在地平面上的表示； OF 代表地磁场的方向； OF 和 ON 间的夹角 θ 称地磁倾角。此图可以确定某物体在空间的摆放姿态。磁性测量仪器即采用了此方法，下面对磁通门和加速度计作为测量元件的测量仪器的原理进行介绍。磁通门的读数是磁场强度的相对值，记为相对磁场强度 B t （无因次）。其定义为以磁通门点处的磁场强度去除当地的大地磁场强度。在钻井过程中，必须找出仪器坐标系与大地坐标系的关系，才能确定磁性测量仪器所在位置。仪器坐标系如图 2 所示，以仪器的轴线方向代表 Z 轴，在仪器的横截面上，以仪器的基准方向代表 X 轴，根据右手法则，可以确立仪器坐标系的 Y 轴。
基于 MWD 磁干扰的钻井防碰监测技术
摘要：钻井防碰问题已经成为制约调整井、丛式井等各种特殊类型钻井作业顺利进行的关键因素。提出了一 48Ｒ探管进行地面实验，应用海蓝 YST得出了套管磁干种根据邻井套管磁干扰进行防碰监测和预警的技术，扰强度与仪器和套管距离的关系公式，若应用现场防碰数据对该公式进行修正，将对指导现场钻井防碰作业具有重要意义。关键词：钻井；防碰；磁干扰；磁参数
测得的数据在磁性测量仪器里有三轴彼此互相相交的三个磁通门和加速度计组合，在钻井工程中， Gy 、 Gz 和 Bx 、 By 、 Bz ，即分别为 G x 、 Gt = ［ Gx Bx Bt = ［ G t －重力总量，式中，无因次； G x B z －地磁三轴分量，无因次。 Gt 、 B t 的计算公式见式（ 3 ）（ 4）。 Gt = Bt = （ Gx 槡（ B2 x 槡

基于振动波原理的钻井防碰监测及预警技术

重大。
衰减吸收是影响球面波传播的另外一个主要因素。由于岩石对波有吸收作用，通过求解黏滞介质波
动方程的方法，可得到如下公式：
Ａ＝Ａｏ（３）
式中， ——初始振幅；Ａ ——传播距离为ｒ时的
振幅；（）＿ ——吸收系数。厂由式（）可见，振动波在岩石中传播时，能量随３
－
…
．，
－
ｉ一
～
图１防碰监测及预警系统原理示意图
由于信号在套管中的传播速度比地层（筒附井
近），衰减小，因此，首先到达传感器的振动波传快
部分井浅层就需朝Ｂ平台方向钻进，这使得防碰风险进
一
播通道是套管。
的一大隐形杀手。防碰问题已经成为制约调整、加密
式中，ｅ ——单位面积的能量； ——波前面；ＳＥ——
总能量； ——扩散半径。ｒ
因为能量ｅ与振幅的平方成正比，故由式（）１
可得：Ａ１ ∞４兀ｒ
（）、２
钻井作业顺利进行的关键因素。
加密钻采，进行海上油田的综合调整开发。由于受原
Ｅ
２
Ｓ４
（）１
丁【
井眼测斜数据精度的影响，部分调整井将面临井眼误差椭圆相交的作业条件。调整井钻井过程中，如何监测和控制井眼轨迹，如何有效穿过或避开业已存在的井眼，是钻井技术中的难点，也是威胁老井井筒安全
——ｒ

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［基金项目】国家科技重大专项子课题研究项目（２００８ＺＸ０５０２４－００４－００６，２００８ＺＸ０５０５７－００２一１１）
［作者简介】何保生（１９７２一），男，河南潢川县人，高级工程师，主要从事油气井钻完井、采油方面的科研工作；Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｅｂａｈ＠ｃｒｌｏｏｃ．嗍．∞
７４中国工程科学
万方数据
原理。钻头与２号井简套管发生碰撞（如图１所不）．由于Ｉ号井简中工作的钻头距２号井筒的距离小于距３号井筒的距离，振动通过地层波传播到２号，｛：筒的时间小于传播到３号非筒的时间．即１＇１２小于Ｔ１３。由于钻头‘ｊ２号井筒发生碰撞，圜此碰掩后的震动强度远运大于通过地层传播到３号井简套管上的震动强度，振动信号经过处理后特征量相关强度Ｈ１２亦远远大于Ｈ１３．因此．从波形分析上能够判断出是否已经与井筒发生了碰撞，如图２所
ｃｅｎｔｅｒ
ｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎＬｌａｎｄ１．４
表２和图７给出了Ｌ１１趋近Ｌ５时，振动信号的频域相对幅值随中心距变化。可以看出，随着在钻井钻头对风险邻井井筒的趋近，频域信号的相对幅值有明确的增大趋势。多口井的监测数据分析结果表明，井间中心距越小，风险邻井的频域幅值越大。
表２
吣锣
Ｅ）＝音≥．Ｒ．；（，）Ｐ＋
Ｊ’ｒ。０
（４）
式（４）中ｓ。。（＾）为自功率谱密度幽散Ｒ。。‘，＇为对应的自相关函数＝实现随机振动信号的功串谱密度崩敛估计的一种简单方法是先耐振动信号进行傅里叶变换，然后取变换结果蛹值的平方，井除以谚信号数据的长度作为功率谱密度匝数的一个估计．丧达式为：
Ｉ
基于钻头运动诱发套管头振动信号检测的井眼防碰监测方法
何保生１，刘
刚２，王平双１，文敏１
（１．中海油研究总院开发研究院，北京１０００２７；２．中国石油大学（华东）石油工程学院，山东青岛２６６５５５）
［摘要］
针对海上加密调整井的井眼防碰问题，设计了一种井筒防碰地面监测预警系统，并进行了现场应
用。系统利用加速度传感器监测通过套管传输到套管头上的钻头振动信号，利用数据采集、信号滤波放大和专门编制的监测软件记录分析传感器采集的振动信号，通过对信号的时域、频域分析，确定信号特征与井间相对距离的关系，识别钻头对风险井套管的趋近或碰撞。应用结果表明，该系统能有效感知通过地层、套管传输到套管头的钻头振动信号，并能识别出钻头对风险邻井的趋近，验证了系统在设计理论和方法上的可行性，为加密调整井的井眼防碰、保证钻井安全提供了一种有效的手段。［关键词】调整井；防碰；风险井；振动信号；时域分析；频域分析［中图分类号］ＴＥ２４２；ＴＥ５２【文献标识码］Ａ【文章编号］１００９—１７４２（２０１１）０５－００７４—０５
ｆ：号有明确的对应关系。由于存钻井钴头运动引起的振动信号，可以罐过地层和毒管传递到风险邻升，并引起风院邻井监测刊的振动信号幅值改变，
目５
Ｆｉｇ５
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【收稿日期】２０１０一０３—０５
污染、油气井生产受影响等严重后果，造成十分巨大的经济损失。为此，本文介绍了一种海洋丛式井组井眼防碰地面监测方法及装备，该方法可以实现在钻井过程中实时监测在钻井钻头对风险邻井套管的趋近趋势和产生碰撞的可能，在钻头碰到邻井套管之前进行预警或报警，对避免调整井钻井施工可能对邻井套管构成的伤害，保障钻井作业安全和调整井的顺利施工意义重大。
ｏｎ
ｄｅｔｅｃｔｉｎｇｃａｓｉｎｇ
ｈｅａｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄｂｙｄｒｉｌｌｍｏｖｅｍｅｎｔｓ
ＨｅＢａｏｓｈｅｎ９１，Ｌｉｕ
Ｇａｎ９２，ＷａｎｇＰｉｎｇｓｈｕａｎ９１，Ｗｅｎ
Ｍｉｎｌ
（１．ＣＮＯＯＣＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２７，Ｃｈｉｎａ；
ｇｅｔｔｉｎｇ
ｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｏｆｆｓｈｏｒｅ，ａｎｄｔｈｅｒｉｓｋｏｆｗｅｌｌｃｏｌｌｉ－
ｉｎｃｒｅａｓｅｓｇｒｅａｔｌｙ．Ｗｅｌｌａｎｔｉ．ｃｏｌｌｉｓｉｏｎｉｓｂｅｃｏｍｉｎｇｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ａｎａｎｔｉ—ｃｏｌｌｉｓｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓ。ｂａｓｅｄ
１前言
目前，海洋石油资源的勘探开发已进入了一个新阶段，许多需要在老井网布置下加密开采的油田，面临着越来越大的井眼碰撞风险。钻井防碰和井筒安全问题已成为今后一段时间国内外定向井、调整井安全作业的关键问题。特别是海上油田需要充分依托现有海上生产设施、海管和终端等资源时，在原控区域内打加密调整井，部分调整井将面临井眼误差椭圆相交的作业条件，防碰问题尤为突出。实际施工中，导致井眼相碰的原因很多，如早期钻井设计没有考虑到加密调整的需求，早期的测量精度低导致井眼扫描精度低，调整井设计预留空间较小，井下随钻测量信息反映滞后导致决策错误，轨迹控制手段产生偏差等等，这些都可能导致邻井套管面临作业钻头的碰撞的危险。而一旦未及时发现井眼碰撞，将会在很短的时间产生十分严重的后果，轻者造成套管柱的变形，重者钻穿套管，引发严重的井眼事故。若被碰撞井为生产井，则可能导致环境
参考文献
［１］唐志军，刘天书．定向井预测井眼防碰扫描法［Ｊ］．石油钻探技术，１９９２，２０（４）：２７—３０．［２］殷祥超．振动理论与测试技术［Ｍ］．北京：中国矿业大学出版社。２００７：４—１６．［３］吴描．现代工程信号处理及应用［Ｍ］．北京：中国矿业大学出版社，１９９７：８８—１２１．
ｃｈａｎｇｉｎｇｂｙｗｅｌｌ
５。‘＾）２丽上ｘ。（女，ｘ‘（女，
。１
（５）
４现场试验数据分析
田５为１．１并趋近１４井的时域信弓特征从圈
５
式（５）中＾（＾）为随机振动信号的第ｉ个数据段的傅里叶变换；Ｙ．（＾）为Ｊ（＾）的共轭复数；Ｍ为平均次数由此ａｆ知，ｓ，。（几曲线和频率轴所包围的面秘就是信号的平均功率而ｓ。，（ｎ就表示了信号的功率按频率分市的规律１。ｎｒ以看出．风险邻井的时域信号与徉钻井的时域
ｏｎ
ｄｅｔｅｃｔｉｎｇｃａｓｉｎｇｈｅａｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄｂｙｄｒｉｌｌｉｎｇｍｏｖｅｍｅｎｔｓｈａｓｂｅｅｎｂｕｉｌｄａｎｄｒｉｇ－ｓｉｔｅｕｔｉｌｉｚｅｄ．
２防碰监测系统设计思路
目前，防碰检测技术主要有四种：ａ．电测与井眼轨迹扫描；ｂ．随钻测量技术与井眼轨迹扫描；ｃ．井下电磁测量；ｄ．井口监听…。前三种为预测技术，由于受实时性的影响，有时难以满足施工需求。第四种为监测技术，但受人员的经验及环境影响大，工作强度大、责任重。为改善解决防碰监测的难题，结合第四种方法的基本原理和思路，提出了防碰监测系统的技术思路。以三口丛式井为例，说明井眼防碰系统的设计
§Ｉ
井计简的趋近．时域信号的相对幅值有明确的增大趋势、多口井监删数据的舒析结果表明．随井问距越小，风险邻井时城信号的幅值增大。
舢ｒ“－栅ｈ㈣０１
ａｎｄｌ４
万方数据
续表中心距／ｍ
８．９３１３．３４２２．４３０４３．６
相对振幅
０．６８５８９９４０．５７１４６２５０．４５７０．４３６０．４２７８６７４６８０２１３４２
币。
目３＃目ｍ№《ｂ咐蚰ｄ∞ｉｌｉｓｉｏｎｍｏｘｔｉｔｏｒ
ｓｙｓｔｅｍ
３防碰监漫Ｉ信号分析处理程序设计原理
钻＊齿冲击、破碎地层过程实际上足确定性振动系统受到随机力的激励作用而产生的振动，可视为随机振动，因此采用时域分析、颇域舟析等进行信
号处理２＝
３ｌ时域分析时域特征值分析是对振动太小随时间变化的波形的分析。时域升析主要包括均值、均方值、方差分析等。均值是随机振动信号变化的中心趋势。对于防碰监测信号其表达式可写为：
固６
Ｆｉｇ．６
Ｕ趋近ＩＡ时的相对振幅随中心距变化
Ｒｅｌａｔｉｖｅａｍｐｌｉｔｕｄｅ
集、分析，评价在钻井钻头对风险邻井趋近的方法，研发完成了定向井防碰地面监测系统。实际应用结果表明：１）当钻头趋近风险井套管时，该井套管头振动信号的时域幅值会相应增大；振动信号的时域幅值与中心距有明确的对应关系；２）当钻头趋近风险井套管时，该井套管头振动信号的频域幅值会相应增大；振动信号的频域幅值与中心距有明确的对应关系；３）现场多口井的应用结果验证了井眼防碰地面监测系统在理路和方法上的可行性，为加密调整井的钻井防碰和危险井段的安全钻进提供了一种有效的监测手段。
２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｓｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ
Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ（Ｈｕａｄｏｎｇ），
Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２６６５５５，Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｎｏｗ
ｓｉｏｎｔｅｍ
ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ
ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｗｅｌｌｓ
ａｌｅ
Ⅳ
１
ｐ，＝吉∑ｚ（女）
测信号样本函数．
目２
Ｆｉｇ２
（１）
式（Ｉ）中．Ⅳ为采集到的总的数据个数；ｘ（ｋ）为监
ｍ镕＆Ⅳ＃《ｉ２目
ｂｖ
均方值以是信号振动的平均能量（功率）的
种表达。套管共振动信号均方值町表示为：
Ｗａｖｅ血Ⅱａｃｋｒｏｒｗ“如ｎ
ｖｌｂｍｔｉｏｎ
ｃｏ［１ｌｓｉｏｎ
躬＝丽１；．，（¨
基于ｕ｝：设想．笔者设计了监测系统和分析方法．该系统：１）应能够测量到各风险井套管央振动信号的基本特征，特别是振动信号强度的变化．应能够根据信号强度的强弱．判断钻头距风险井套管闯的距离；２）能够连续采集井识别钻头在特殊条件下（钻进、蹩跳）产生的特征点信号，并能够识别出该信号到达各套管的时间．３）系统的主要构成为：数据采集器、加建度传感器、计算机、分析软件等（见圈３）。３．２频域分析振动信号方差可表示为：