(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111668069.8 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 中国石油天然气集团有限公司 地址 100007 北京市东城区东 直门北大街9 号 申请人 中国石油集团工程 技术研究院有限 公司 (72)发明人 陈畅畅　纪国栋　黄洪春　武强　 张佳伟　刘力　毕文欣　周翠平　 李冰　张宏源　 (74)专利代理 机构 北京思格 颂知识产权代理有 限公司 1 1635 专利代理师 潘珺 (51)Int.Cl. E21B 47/00(2012.01)E21B 10/46(2006.01) E21B 47/013(2012.01) E21B 47/06(2012.01) E21B 47/26(2012.01) G06F 30/20(2020.01) G06Q 50/02(2012.01) (54)发明名称 钻头井下工况实时识别系统、 方法及相关设 备 (57)摘要 本发明公开了一种钻头井下工况实时识别 系统、 方法及相关设备。 该系统包括： 井下振动测 量短节、 测量短节数据采集器、 数据传输装置、 MWD随钻测井仪和计算 设备； 井下振动测量短节、 数据采集器、 数据传输装置和计算设备依次连 接； 随钻测井仪用于采集录井参数数据， 并将录 井参数数据传输至计算设备； 振动测量短节用于 测量钻头井下的三轴振动参数； 测量短节数据采 集器， 用于采集振动测量短节采集的三轴振动参 数， 并传输至计算设备； 计算设备， 通过随钻测井 仪采集的录井参数和钻头井下的三轴振动参数， 确定钻头实时工况信息。 本发明可 实现钻头工况 的实时、 准确的识别， 避免钻头过度磨损、 泥包等 井下复杂钻头 工况。 权利要求书3页 说明书9页 附图3页 CN 114526054 A 2022.05.24 CN 114526054 A 1.一种钻头井下工况实时识别系统， 其特征在于， 包括： 井下振动测量短节、 井下振动 测量短节数据采集器、 数据传输装置、 MWD随钻测井仪和计算设备； 其中： 井下振动测量短节、 所述井下振动测量短节数据采集器、 数据传输装置和计算设备依 次连接； 所述MWD随钻测井仪， 用于采集井下录井参数数据， 并将所述录井参数数据传输至地面 上的所述计算设备； 所述振动测量短节， 用于测量钻头井下的三轴振动参数； 所述井下振动测量短节数据采集器， 用于采集所述振动测量短节采集的三轴振动参 数， 并通过 所述数据传输装置传输 至所述计算设备； 所述计算设备， 通过所述MWD随钻测井仪采集的所述录井参数数据， 以及所述井下振动 测量短节数据采集器采集的所述钻头井下的三轴振动参数， 确定出钻头实时工况信息 。 2.如权利要求1所述的系统， 其特 征在于， 还 包括： 客户端设备， 用于与所述计算设备 连接， 显示钻头实时工况状态。 3.如权利要求1所述的系统， 其特征在于， 所述测量短节数据采集器， 包括： 至少三个三 轴加速度传感器和为所述 三轴加速度传感器供电和传输信号用的电路； 其中： 至少两个三轴加速度传感器沿纵向布置于井下振动测量短节的内侧壁上， 至少一个三 轴加速度传感器沿横向布置 于振动测量短节的内壁底部 。 4.如权利要求3所述的系统， 其特征在于， 所述三轴加速度传感器的工作范围为 ± 200g， 精度为80mg。 5.如权利要求3所述的系统， 其特 征在于， 数据传输装置为MWD脉冲传输 仪。 6.如权利要求1 ‑5任一项所述的系统， 其特 征在于， 还 包括： 数据接驳装置； 所述数据接驳装置分别与 所述数据传输装置和所述计算设备连接， 用于对所述数据传 输装置传输的三轴振动参数和MWD随钻测井仪采集的录井参数数据分别进行处理， 并将处 理后的数据传输给 所述计算设备。 7.如权利要求6所述的系统， 其特征在于， 所述数据接驳装置， 用于对所述录井参数数 据剔除非正常钻进过程数据； 以及用于对三轴振动参数按照轴向振动参数、 切向振动参数 和径向振动参数分别处理， 并按照预设的时间间隔， 周期性地将处理后的数据发送给所述 计算设备。 8.如权利要求1所述的系统， 其特征在于， 所述计算设备， 具体用于周期性获取井下振 动测量短节数据采集器采集的三轴振动参数， 以及井下MWD随钻测井仪采集的录井参数； 并 根据录井参数， 确定出切削深度值、 破岩比能、 摩擦系数， 计算切削深度值、 破岩比能、 摩擦 系数当前测量周期与上一测 量周期的变化比例； 以及计算所述三轴振动参数中， 轴向振动 参数、 切向振动参数和径向振动参数当前测量周期与上一测量周期的变化比例； 根据计算 出的切削深度值、 破岩比能、 摩擦系数当前测量周期与上一测量周期的变化比例， 以及所述 轴向振动参数、 切向振动参数和径向振动参数当前测 量周期与上一测量周期的变化比例， 确定钻头实时工况信息 。 9.一种识别钻头井下工况的方法， 其特 征在于， 适用于计算设备， 包括： 周期性地获取井下振动测量短节数据采集器采集的三轴振动参数， 以及井下MWD随钻 测井仪采集的录井参数；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114526054 A 2根据录井参数， 确定出切削深度值、 破岩比能、 摩擦系数， 计算切削深度值、 破岩比能、 摩擦系数当前测量周期与上一测量周期的变化比例； 以及计算所述三轴振动参数中， 轴向 振动参数、 切向振动参数和径向振动参数当前测量周期与上一测量周期的变化比例； 根据计算出的切削深度值、 破岩比能、 摩擦系数当前测量周期与上一测量周期的变化 比例， 以及所述轴向振动参数、 切向振动参数和径向振动参数当前测量周期与上一测量周 期的变化比例， 确定钻头实时工况信息 。 10.如权利要求9所述的方法， 其特征在于， 根据录井参数， 确定出切削深度值、 破岩比 能、 摩擦系 数， 计算切削深度值、 破岩比能、 摩擦系 数当前测量周期与上一测量周期的变化 比例， 包括： 计算每个测量周期内的切削深度DOC: 公式一中： DOC表示钻头切削深度； ROP为机 械钻速； n 为转速； 计算当前测量周期的切削深度与上一测量周期内的切削深度的差值ΔDOC； 计算 作为当前测量周期与上一测量周期的变化比例； 计算每个测量周期内的破岩比能MSE： 公式二中： MSE为机械比能； WOB为钻压； T为扭矩； ROP为机 械钻速； dB为钻头直径； 计算当前测量周期的切削深度与上一测量周期内的破岩比能的差值ΔMSE； 计算 作为当前测量周期与上一测量周期的变化比例； 计算每个测量周期内的钻头摩擦系数 μ： 公式三中： WOB为钻压； T为扭矩； dB为钻头直径； 计算当前测量周期的切削深度与上一测量周期内的破岩比能的差值Δ μ； 计算 作为 当前测量周期与上一测量周期的变化比例。 11.如权利要求10所述的方法， 其特 征在于， 当满足： 轴向振动加速度、 切向振动加速度和径向 振动加速度呈现均减小的趋势， 且 则判 断所述钻头处于预设的严重磨损状态。 12.如权利要求10所述的方法， 其特 征在于， 当满足： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114526054 A 3