[发明专利]一种利用空气锤轴向振动信号识别井壁状况的系统及方法

权利要求书

1.一种利用空气锤轴向振动信号识别井壁状况的系统，其特征在于，包括：

轴向振动信号传感元件：所述轴向振动信号传感元件安装在钻柱上并紧贴钻柱，其轴向方向与钻柱轴向一致，用于采集钻柱的轴向振动信号；

轴向振动信号采集器，所述轴向振动信号采集器设置在地面，通讯连接于所述轴向振动信号传感元件，用于接收来自轴向振动信号传感元件的轴向振动信号的模拟信号，并将其转换为数据信号然后远程实时传输至录井系统；

录井系统：所述录井系统包括无线通讯模块和控制计算模块，所述控制计算模块通过无线通讯模块和所述轴向振动信号采集器无线通讯连接；

所述控制计算模块中预先存储有空气锤在不同典型岩层内正常钻进时的钻柱轴向振动样本库，所述正常钻进时的钻柱轴向振动样本库用于存储空气锤在典型岩层内正常钻进时的钻柱轴向振动曲线，用作正常钻进时钻柱轴向振动的比对样本；所述正常钻进时的钻柱轴向振动样本库中每个样本均由P个单位时间内的钻柱振动曲线构成；所述控制计算模块中还预先存储有空气锤在不同典型岩层内钻进过程中井壁有异常工况时的钻柱轴向振动样本库，井壁有异常工况时的钻柱轴向振动样本库用于存储空气锤在井壁有异常工况时的钻柱轴向振动曲线，作为井壁有异常工况时钻柱轴向振动的比对样本；所述井壁有异常工况时的钻柱轴向振动样本库中，每个样本均由P个单位时间内钻柱振动曲线构成；

所述控制计算模块用于在开始钻进后，对收到的轴向振动信号作如下处理：

以当前单位时间t_s作为起点，记录从单位时间t_s到单位时间t_s+p之间P个单位时间内的钻柱轴向振动数值并生成钻柱轴向振动曲线，分别与正常钻进时的钻柱轴向振动样本库中的样本以及井壁有异常工况时的钻柱轴向振动样本库中的样本进行比对；若与正常钻进时的钻柱轴向振动样本库中的样本比对成功，则可视为井壁状况良好，可正常钻进，且根据比对成功的样本推测钻进所处的岩层；若与井壁有异常工况时的钻柱轴向振动样本库中的样本比对成功，则可视为井壁发生该样本对应的异常状况，应采取对应的处理措施。

2.根据权利要求1所述的利用空气锤轴向振动信号识别井壁状况的系统，其特征在于，所述典型岩层包括砂岩、泥岩、砾岩。

3.根据权利要求1所述的利用空气锤轴向振动信号识别井壁状况的系统，其特征在于，所述异常工况包括井壁出现掉块、井塌、出水的工况。

4.根据权利要求1所述的利用空气锤轴向振动信号识别井壁状况的系统，其特征在于，空气锤在各种不同典型岩层中的正常钻进时的钻柱轴向振动样本库的样本和井壁有异常工况时的钻柱轴向振动样本库的样本通过实验室实验或现场试验获取。

5.根据权利要求1所述的利用空气锤轴向振动信号识别井壁状况的系统，其特征在于，样本比对过程中，采用动态时间规整算法将需要比对的钻柱轴向振动曲线y逐个与样本s_nm求取匹配距离k_in，筛选出最小匹配距离，则对应的样本为比对成功的样本，可视为井壁目前处于该样本所对应的工况和岩层。

6.一种利用空气锤轴向振动信号识别井壁状况的方法，其特征在于，使用权利要求1-5任意一项所述的利用空气锤轴向振动信号识别井壁状况的系统完成如下步骤：

S1.在钻柱上安装轴向振动信号传感元件，所述轴向振动信号传感元件紧贴钻柱，其轴向方向与钻柱轴向一致，从而充分感应所述钻柱的轴向振动；所述轴向振动信号传感元件能够将采集得到的模拟信号实时传输至地面的轴向振动信号采集器，所述轴向振动信号采集器能够将采集得到的模拟信号转换为数字信号并远程实时传输至录井系统；

建立空气锤在不同典型岩层内正常钻进时的钻柱轴向振动样本库，所述正常钻进时的钻柱轴向振动样本库用于存储空气锤在典型岩层内正常钻进时的钻柱轴向振动曲线，用作正常钻进时钻柱轴向振动的比对样本；所述正常钻进时的钻柱轴向振动样本库中每个样本均由P个单位时间内的钻柱振动曲线构成；

建立空气锤在不同典型岩层内钻进过程中，井壁有异常工况时的钻柱轴向振动样本库，井壁有异常工况时的钻柱轴向振动样本库用于存储空气锤在井壁有异常工况时的钻柱轴向振动曲线，作为井壁有异常工况时钻柱轴向振动的比对样本；所述井壁有异常工况时的钻柱轴向振动样本库中，每个样本均由P个单位时间内的钻柱振动曲线构成；

S2.开始钻进后，在录井系统中，以当前单位时间t_s作为起点，记录从单位时间t_s到单位t_s+p之间P个单位时间内的钻柱轴向振动数值并生成钻柱轴向振动曲线，分别与正常钻进时的钻柱轴向振动样本库中的样本以及井壁有异常工况时的钻柱轴向振动样本库中的样本进行比对；若与正常钻进时的钻柱轴向振动样本库中的样本比对成功，则可视为井壁状况良好，可正常钻进，且根据比对成功的样本推测钻进所处的岩层；若与井壁有异常工况时的钻柱轴向振动样本库中的样本比对成功，则可视为井壁发生该样本对应的异常状况，应采取对应的处理措施。