[发明专利]一种钻头失效预测方法及装置

说明书

本发明公开了一种钻头失效预测方法及装置，包括：通过井下振动测量工具，获得预测范围内的钻头处的振动信号，其中，振动信号包括振动加速度和钻头转速；对振动加速度进行降噪处理，获得处理后的加速度信号；根据处理后的加速度信号和钻头转速，计算获得井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度；对井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度分别进行归一化处理，获得瞬时振动强度指数；依据瞬时振动强度指数，计算获得累计振动强度指数，并依据累计振动强度指数对钻头失效风险进行预测。通过本发明实现了对井下瞬时振动强度的量化，并能够有效预测钻头在振动工作状态下的失效风险。

技术领域

本发明涉及石油钻井技术领域，特别是涉及一种钻头失效预测方法及装置。

背景技术

为了高效并准确的获取钻头及井下工具的工作状态，国内外研发了多种井下振动测量工具，这些工具的主要功能是对井下钻柱的三轴振动加速度和转速进行测量，利用采集到的数据评价井下振动强度。但是，现有的井下振动评价、分级方法多是各大油服公司根据自己研发的井下振动测量工具的特定而制定的，这就使得工具的采集频率差异较大，采用的评价方法不同，导致目前振动评价、分级标准混乱。另外，现有的井下振动评价，分级方法对钻头三轴振动、转速波动剧烈程度单独评价，缺少综合性的评价方法，而且对信号采用区间分级的方式，不能定量评价产生的振动对钻头造成的损伤，无法用来预测钻头失效风险。

发明内容

针对于上述问题，本发明提供一种钻头失效预测方法及装置，实现了对井下瞬时振动强度的量化，并能够有效预测钻头在振动工作状态下的失效风险。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种钻头失效预测方法，包括：

通过井下振动测量工具，获得预测范围内的钻头处的振动信号，其中，所述振动信号包括振动加速度和钻头转速；

对所述振动加速度进行降噪处理，获得处理后的加速度信号；

根据所述处理后的加速度信号和所述钻头转速，计算获得井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度；

对所述井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度分别进行归一化处理，获得瞬时振动强度指数；

依据所述瞬时振动强度指数，计算获得累计振动强度指数，并依据所述累计振动强度指数对钻头失效风险进行预测。

可选地，所述对振动加速度进行降噪处理，获得处理后的加速度信号，包括：

对振动信号进行盲源分离，确定降噪处理表达式；

基于所述降噪处理表达式，对所述振动加速度进行降噪处理，获得处理后的三轴振动加速度，其中，所述振动加速度包括钻头处的三轴振动加速度。

可选地，所述根据所述处理后的加速度信号和所述钻头转速，计算获得井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度，包括：

依据所述处理后的三轴振动加速度中的第一加速度和所述钻头转速，计算获得轴向振动强度，其中，所述第一加速度表征Y轴方向的加速度；

依据所述处理后的三轴振动加速度中的第二加速度、第三加速度和所述钻头转速，计算获得径向振动强度，其中，所述第二加速度表征X轴方向的加速度，所述第三加速度表征Z轴方向的加速度；

根据所述钻头转速和地面驱动转速，计算获得钻头相同单位时长内的粘滑振动强度，其中，所述钻头转速为钻头的井下实测转速。

可选地，所述对所述井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度分别进行归一化处理，获得瞬时振动强度指数，包括：

根据所述井下轴向振动强度、径向振动强度和粘滑振动强度，分别确定轴向振动安全的上下阈值、横向振动安全的上下阈值和粘滑振动安全的上下阈值；