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摘 要：本文根据实时震动曲线图分析钻柱振动产生的原因，阐述其對井下仪器造成的一些危害以及影响因素，最后得出减少井下震动所采取的措施，以便能保护井下钻具，特别是MWD仪器和螺杆，延长仪器的使用寿命。
关键词：钻柱振动 钻具 加速度计 MWD
一、井下钻具振动的定义及危害
1.井下钻具振动的定义
井下钻具震动是指井下钻具在受到外界震击以后，发生的周期性、围绕中心位置来回的弹性运动，进行能量释放的过程。
井下钻具的破坏方式主要有两种：
1.1受到瞬间的强烈震击，碰撞对钻具造成破坏。
1.2受到外界能量输入以后，钻具自身发生的频繁的周期性的振动，使钻柱发生弹性破坏。
2.井下钻具振动的危害[2]
破坏钻柱及钻头。
造成井下事故（如粘卡）
浪费大量非生产时间，增加生产成本。
降低进尺，浪费不必要的能量在钻具振动上。
二、井下钻具振动的检测
Sperry-Sun是通过DDS（钻柱动力传感器）来测量井下钻具振动的。而DDS是由三 个互成直角的加速计（X，Y，Z）组成。X指钻柱中心在侧向上沿X轴上的加速度（axc）和钻柱径向上沿X轴方向上的离心加速度（rω2）的叠加，Y指在侧向上钻柱中心沿与X轴垂直的Y轴上的加速度（ayc）和与离心力相垂直的加速度（rω）的叠加，r指钻柱的半径，ω指钻柱的转速（RPM）。Z指钻柱沿轴向方向的加速度（azc）[1]。
1.模拟/加速计板
模拟/加速计板是一个被组合了加速计的模拟电路板。模拟电路板用来监控，过滤和放大变频信号。这种信号通过以下三种方式来体现：峰值，平均值和脉冲。
2.数字面板
数字面板包含一个摩托罗拉8字节HC11处理器，512 KB RAM， 32 KB EEPROM（电子可擦只读内存）和一个温度传感器。所有的数据（峰值，均值，脉冲和温度）计数范围为0-255。
三、钻柱振动的分类和影响因素
1.振动机理及分类[1]：
钻头和钻柱振动可分为三种类型：
轴向：钻柱沿轴方向上的移动。
扭转：钻柱侧向扭转引起的移动。
横向：钻柱水平横向上的移动。
主要有以下六种常见的振动类型。
1.1钻头的跳动
1.2粘/滑-扭矩引起的移动
1.3钻头旋转-横向上的移动。
1.4钻具组合旋转- 横向上的移动。
1.5侧向上的震动。
1.6耦合模式的振动-涉及了所有三种振动的运动。
2.振动的影响因素
2.1钻进参数
优化钻进参数（主要指钻压和转速），使之处于振动安全范围内。
离心力的大小和转速的平方成正比，转速越高，产生在钻头和钻柱上的非平衡力就越大，越多的能量产生侧向上的震动。
2.2井眼井斜
钻进直井时容易产生侧向上的振动。在定向井中，钻柱重力有减少侧向位移的趋势。更大的摩擦扭矩，扭转振动（粘/滑）在斜井中容易产生。
2.3井底钻具组合：
不稳定的钻具组合更能诱发钻铤和钻头的旋转，使用满眼扶正器保护MWD仪器免于破坏性的振动损坏；使用螺旋钻铤代替普通钻铤以减少摩阻；定期探伤钻具，尤其接箍处。
2.4钻头：防旋转PDC钻头比普通PDC更稳定。
2.5岩性：振动总是随着地层硬度的增加而增加。
2.6井眼尺寸： 扩大的井眼（大肚子）增加钻头和钻柱的不稳定性，增加侧向震动，钻头、钻柱旋转的可能性。
四、振动的诊断流程和缓解措施
1.振动诊断流程
1.1下载参数，设置初始值
1.2监测实时DDS数据
1.3检查振动情况：如振动值低，则回到步骤2；如振动值高或中，继续步骤4
1.4检查进尺、钻压，和扭矩，汇报司钻（振动值高采取步骤5，振动值中采取步骤6）
1.5诊断情况，采取措施
1.6仔细监测，判断状态，如果持续一个小时以上，采取措施。
1.7步骤5、步骤6进行完毕后回归到步骤2，继续监测。
五、结论与认识
1.Sperry-Sun通过三个互成直角的加速度计（X、Y和Z）来测量井下钻柱振动，再由模拟电路输出加速度峰值、平均值和脉冲。
2.井下钻柱振动主要包括轴向、侧向和扭转振动三种类型。影响因素主要有：钻进参数（钻压和转速）、井眼井斜、钻具组合、钻头、岩性、井眼大小。
3.DDS可以实时监测井下钻柱振动，分析解释不同曲线，采取不同的措施来缓解和避免钻柱振动。
参考文献
[1] Sperry-Sun， a Halliburton Company. Drillstring Dynamics Sensor （DDS） Sensor Manual，1999.
[2]陈红昌 刘玉榜 隋海东等. DDS振动传感器在随钻地质导向中的应用，2008.
关键词：钻柱振动 钻具 加速度计 MWD
一、井下钻具振动的定义及危害
1.井下钻具振动的定义
井下钻具震动是指井下钻具在受到外界震击以后，发生的周期性、围绕中心位置来回的弹性运动，进行能量释放的过程。
井下钻具的破坏方式主要有两种：
1.1受到瞬间的强烈震击，碰撞对钻具造成破坏。
1.2受到外界能量输入以后，钻具自身发生的频繁的周期性的振动，使钻柱发生弹性破坏。
2.井下钻具振动的危害[2]
破坏钻柱及钻头。
造成井下事故（如粘卡）
浪费大量非生产时间，增加生产成本。
降低进尺，浪费不必要的能量在钻具振动上。
二、井下钻具振动的检测
Sperry-Sun是通过DDS（钻柱动力传感器）来测量井下钻具振动的。而DDS是由三 个互成直角的加速计（X，Y，Z）组成。X指钻柱中心在侧向上沿X轴上的加速度（axc）和钻柱径向上沿X轴方向上的离心加速度（rω2）的叠加，Y指在侧向上钻柱中心沿与X轴垂直的Y轴上的加速度（ayc）和与离心力相垂直的加速度（rω）的叠加，r指钻柱的半径，ω指钻柱的转速（RPM）。Z指钻柱沿轴向方向的加速度（azc）[1]。
1.模拟/加速计板
模拟/加速计板是一个被组合了加速计的模拟电路板。模拟电路板用来监控，过滤和放大变频信号。这种信号通过以下三种方式来体现：峰值，平均值和脉冲。
2.数字面板
数字面板包含一个摩托罗拉8字节HC11处理器，512 KB RAM， 32 KB EEPROM（电子可擦只读内存）和一个温度传感器。所有的数据（峰值，均值，脉冲和温度）计数范围为0-255。
三、钻柱振动的分类和影响因素
1.振动机理及分类[1]：
钻头和钻柱振动可分为三种类型：
轴向：钻柱沿轴方向上的移动。
扭转：钻柱侧向扭转引起的移动。
横向：钻柱水平横向上的移动。
主要有以下六种常见的振动类型。
1.1钻头的跳动
1.2粘/滑-扭矩引起的移动
1.3钻头旋转-横向上的移动。
1.4钻具组合旋转- 横向上的移动。
1.5侧向上的震动。
1.6耦合模式的振动-涉及了所有三种振动的运动。
2.振动的影响因素
2.1钻进参数
优化钻进参数（主要指钻压和转速），使之处于振动安全范围内。
离心力的大小和转速的平方成正比，转速越高，产生在钻头和钻柱上的非平衡力就越大，越多的能量产生侧向上的震动。
2.2井眼井斜
钻进直井时容易产生侧向上的振动。在定向井中，钻柱重力有减少侧向位移的趋势。更大的摩擦扭矩，扭转振动（粘/滑）在斜井中容易产生。
2.3井底钻具组合：
不稳定的钻具组合更能诱发钻铤和钻头的旋转，使用满眼扶正器保护MWD仪器免于破坏性的振动损坏；使用螺旋钻铤代替普通钻铤以减少摩阻；定期探伤钻具，尤其接箍处。
2.4钻头：防旋转PDC钻头比普通PDC更稳定。
2.5岩性：振动总是随着地层硬度的增加而增加。
2.6井眼尺寸： 扩大的井眼（大肚子）增加钻头和钻柱的不稳定性，增加侧向震动，钻头、钻柱旋转的可能性。
四、振动的诊断流程和缓解措施
1.振动诊断流程
1.1下载参数，设置初始值
1.2监测实时DDS数据
1.3检查振动情况：如振动值低，则回到步骤2；如振动值高或中，继续步骤4
1.4检查进尺、钻压，和扭矩，汇报司钻（振动值高采取步骤5，振动值中采取步骤6）
1.5诊断情况，采取措施
1.6仔细监测，判断状态，如果持续一个小时以上，采取措施。
1.7步骤5、步骤6进行完毕后回归到步骤2，继续监测。
五、结论与认识
1.Sperry-Sun通过三个互成直角的加速度计（X、Y和Z）来测量井下钻柱振动，再由模拟电路输出加速度峰值、平均值和脉冲。
2.井下钻柱振动主要包括轴向、侧向和扭转振动三种类型。影响因素主要有：钻进参数（钻压和转速）、井眼井斜、钻具组合、钻头、岩性、井眼大小。
3.DDS可以实时监测井下钻柱振动，分析解释不同曲线，采取不同的措施来缓解和避免钻柱振动。
参考文献
[1] Sperry-Sun， a Halliburton Company. Drillstring Dynamics Sensor （DDS） Sensor Manual，1999.
[2]陈红昌 刘玉榜 隋海东等. DDS振动传感器在随钻地质导向中的应用，2008.