李玉梅 鄧楊林 張濤 于麗維 劉明

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目“干熱巖儲(chǔ)層雙重介質(zhì)射孔簇內(nèi)復(fù)雜多裂縫起裂及擴(kuò)展機(jī)理研究” （52104001）；國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“底部鉆具高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)響應(yīng)機(jī)理及識(shí)別方法研究”（52274003）；北京市教育委員會(huì)科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目（KM202111232004）。

李玉梅，鄧楊林，張濤，等.鉆柱的黏滑與高頻扭轉(zhuǎn)耦合振動(dòng)測(cè)量與分析40-46

Li Yumei，Deng Yanglin，Zhang Tao，et al.Measurement and analysis of stick-slip and high-frequency torsional coupled oscillations of drill string40-46

鉆井系統(tǒng)的自激扭轉(zhuǎn)振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致鉆頭和地層之間的接觸力或切削力相對(duì)速度出現(xiàn)下降特征。為減輕這種機(jī)制的影響，通過(guò)對(duì)三軸振動(dòng)的時(shí)域、頻域分析，研究了鉆柱扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特征。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低頻的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)會(huì)引發(fā)黏滑振動(dòng)，黏滑振動(dòng)頻率為0.128 Hz，三軸振動(dòng)和轉(zhuǎn)速會(huì)出現(xiàn)周期性波動(dòng)。鉆柱發(fā)生高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)（HFTO）時(shí)，三軸加速度都出現(xiàn)了177.2 Hz的主頻率。時(shí)域分析發(fā)現(xiàn)，切向加速度遠(yuǎn)大于軸向和法向加速度峰值，均方根值也較高，表明切向振動(dòng)波動(dòng)較大、能量高，說(shuō)明此時(shí)井下正發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。黏滑與HFTO發(fā)生耦合時(shí)，法向加速度會(huì)出現(xiàn)2個(gè)主頻，即黏滑時(shí)的主頻和HFTO的主頻。高扭轉(zhuǎn)頻率會(huì)提高扭矩和機(jī)械轉(zhuǎn)速導(dǎo)致鉆具疲憊。研究結(jié)果對(duì)描述扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的特征，判斷鉆井過(guò)程是否發(fā)生黏滑、HFTO和及時(shí)采取消除黏滑振動(dòng)、緩解鉆具疲憊技術(shù)措施具有指導(dǎo)作用。

鉆柱；扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；黏滑；高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；頻率；振動(dòng)耦合

TE242

A

006

Measurement and Analysis of Stick-Slip and High-Frequency

Torsional Coupled Oscillations of Drill String

Li Yumei1，2? Deng Yanglin1，2? Zhang Tao1，2? Yu Liwei3? Liu Ming4

（1.Beijing Key Laboratory of High Dynamic Navigation Technology，Beijing Information Science & Technology University;2.MOE Key Laboratory of Modern Measurement & Control Technology，Beijing Information Science & Technology University;3.Research Institute of Engineering Technology，PetroChina Xinjiang Oilfield Company;4.TEDA SeaStar Shipping Engineering Co.，Ltd.）

The self-excited torsional oscillation of the drilling system can reduce the contact force between the bit and the formation or the relative velocity of the cutting force.To mitigate the impact of this mechanism，the torsional oscillation of the drill string was investigated through analysis of triaxial oscillation in time and frequency domains.It is found that low-frequency torsional oscillation （LFTO） causes stick-slip oscillation.The frequency of stick-slip oscillation is 0.128 Hz，and the triaxial oscillation and rotational speed fluctuate periodically.When the drill string is subjected to high-frequency torsional oscillation （HFTO），the main frequency of 177.2 Hz is present in all triaxial accelerations.Time-domain analysis reveals that the tangential acceleration is much higher than the peaks of axial and normal accelerations，and the root-mean-square （RMS） value is also higher，indicating that the tangential oscillation fluctuates greatly with high energy.This means that torsional oscillation is occurring downhole.When stick-slip and HFTO are coupled，two main frequencies of normal acceleration appear： the main frequency of stick-slip and the main frequency of HFTO.High torsional frequency can increase the torque and mechanical speed，leading to drilling tool fatigue.The study results provide guidance for describing the characteristics of torsional oscillation，judging whether stick-slip or HFTO occurs in drilling process，and taking proper measures to eliminate stick-slip oscillation and relieve drilling tool fatigue.

drilling string;torsional oscillation;stick-slip;HFTO;frequency;coupled oscillation

0? 引? 言

李玉梅，等：鉆柱的黏滑與高頻扭轉(zhuǎn)耦合振動(dòng)測(cè)量與分析

鉆柱的振動(dòng)可以分為3種類(lèi)型，即軸向、扭轉(zhuǎn)和橫向振動(dòng)［1］。通常情況下，這3種類(lèi)型的振動(dòng)會(huì)同時(shí)發(fā)生，并且它們之間相互作用并產(chǎn)生能量反饋，會(huì)進(jìn)一步增加鉆柱動(dòng)態(tài)行為的復(fù)雜性。

鉆井系統(tǒng)受到鉆頭-巖石或鉆柱地層相互作用力激發(fā)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的影響。這些扭轉(zhuǎn)振動(dòng)可以通過(guò)振型和頻率來(lái)區(qū)分。黏滑振蕩的特點(diǎn)是頻率較低（通常低于1 Hz），并影響整個(gè)鉆柱。相反，高頻扭轉(zhuǎn)振蕩（High-Frequency Torsional Oscillations，HFTO）是指高階自然模態(tài)（可達(dá)到400 Hz）的激勵(lì)。在HFTO的情況下，底部鉆具組合（BHA）暴露在高動(dòng)態(tài)載荷下。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)會(huì)降低鉆井效率和工具的可靠性［2］。陳添［3］研究了鉆柱振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理和信號(hào)特征，開(kāi)發(fā)了一套針對(duì)井下鉆柱振動(dòng)信號(hào)的地面采集、傳輸與監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)鉆柱振動(dòng)的時(shí)域、頻域特征研發(fā)了相應(yīng)的處理軟件。劉瑞文等［4］研究了鉆柱振動(dòng)信號(hào)的在線監(jiān)測(cè)及應(yīng)用，利用三軸加速度傳感器測(cè)量振動(dòng)信號(hào)，對(duì)信號(hào)的頻域進(jìn)行特征分析，通過(guò)分析正常振動(dòng)信號(hào)頻域下的均方根值，當(dāng)檢測(cè)到信號(hào)的均方根值與正常工作狀態(tài)下差別較大時(shí)，可以判斷鉆柱為異常工作狀態(tài)。黃升等［5］從信號(hào)處理的方向出發(fā)，通過(guò)對(duì)多組近鉆頭振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域、頻域以及時(shí)頻域分析，得到振動(dòng)信號(hào)的均值、方差、均方值，以及功率譜密度和短時(shí)傅里葉變換，與正常鉆進(jìn)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，找出黏滑工況的一般特征。然而，由于測(cè)量傳感器的帶寬限制，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有關(guān)于扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的研究工作主要集中在低頻的黏滑振動(dòng)上［6-10］。許多鉆具的失效故障也被歸因于黏滑振動(dòng)。L.A.LINES等［11］在井下測(cè)量中觀察到高振幅的HFTO。這些振動(dòng)與黏滑振動(dòng)的區(qū)別在于BHA的模態(tài)振型。HFTO是由于井底BHA扭轉(zhuǎn)不穩(wěn)定引起的高頻共振，其振動(dòng)頻率遠(yuǎn)高于黏滑振動(dòng)，在50～400 Hz之間，且會(huì)產(chǎn)生高角加速度沖擊。H.OUESLATI等［12］比較了底部BHA中電機(jī)下方和上方收集的振動(dòng)信號(hào)，發(fā)現(xiàn)在電機(jī)下方記錄的HFTO主頻為245 Hz，幅值為25g（g為重力加速度），而該主頻在電機(jī)上方的切向加速度中消失，這是由于電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子之間的解耦引起的，從而切斷了HFTO在鉆柱系統(tǒng)中的向上傳播。J.SUGIURA等［13］發(fā)現(xiàn)了多次100 Hz以上的高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)以及主頻變化，并認(rèn)為作用頻率的變化主要是因?yàn)殂@井參數(shù)以及巖層變化。D.HEINISCH等［14］利用鉆頭內(nèi)置高頻測(cè)量模塊驗(yàn)證黏滑-高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)相互作用的理論模型，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，描述了黏滑、HFTO等不同嚴(yán)重程度的現(xiàn)象以及這些影響的疊加。目前，地面測(cè)量系統(tǒng)還無(wú)法識(shí)別井下HFTO的發(fā)生，因?yàn)镠FTO不會(huì)沿著管柱向上傳播到地面，而是在重型鉆桿中被阻尼。此外，由于實(shí)時(shí)繪制的數(shù)據(jù)是低頻平均數(shù)據(jù)，所以常規(guī)診斷測(cè)井無(wú)法解釋HFTO的實(shí)時(shí)發(fā)生。

本文將從信號(hào)處理的角度出發(fā)，分析近鉆頭振動(dòng)數(shù)據(jù)的時(shí)域和頻域特征，對(duì)比分析正常鉆進(jìn)、黏滑、HFTO以及黏滑與HFTO耦合時(shí)數(shù)據(jù)的時(shí)域和頻域特征，得到它們的一般時(shí)域、頻域特征向量，為后期鉆井中判別黏滑、HFTO工況提供理論支撐，為探索鉆柱黏滑控制方法、提高鉆井效率提供依據(jù)。

1? 振動(dòng)信號(hào)的分析處理方法

1.1? 時(shí)域分析方法

均值（Mean）：在時(shí)域中，信號(hào)的均值是指信號(hào)在一段時(shí)間內(nèi)的平均值。對(duì)于一段長(zhǎng)度為N的離散信號(hào)x（n），其均值x—計(jì)算公式為：

x—=1N∑Nn=1x（n）（1）

均值反映了信號(hào)在該時(shí)間段內(nèi)的平均水平。

均方根（Root Mean Square， RMS）：均方根是信號(hào)幅值平方的平均值的平方根。它是信號(hào)的有效幅值，用于表示信號(hào)的能量大小。對(duì)于一段長(zhǎng)度為N的離散信號(hào)x（n），其均方根值計(jì)算公式為：

xRMS=1N∑Nn=1x2（n）（2）

均方根反映了信號(hào)在該時(shí)間段內(nèi)的有效振幅。

方差（Variance）：方差是信號(hào)值與其均值之差的平方的平均值。對(duì)于一段長(zhǎng)度為N的離散信號(hào)x（n），其方差δ可以通過(guò)以下公式計(jì)算：

δ=1N∑Nn=1x2（n）（3）

方差衡量信號(hào)值的離散程度，即信號(hào)的波動(dòng)性。

1.2? 頻域分析方法

短時(shí)傅里葉變換（Short-Time Fourier Transorm，STFT）：STFT是一種將信號(hào)在時(shí)間和頻率上進(jìn)行分析的方法。它通過(guò)將信號(hào)分割成多個(gè)短時(shí)窗口，在每個(gè)窗口內(nèi)進(jìn)行傅里葉變換，從而得到該時(shí)間段內(nèi)的頻譜信息。通過(guò)調(diào)整窗口長(zhǎng)度和重疊率，可以在時(shí)頻域上獲得不同分辨率的時(shí)頻圖。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

S（t，ω）=∫∞-∞f（τ）ω（τ-t）e-iωτdτ（4）

式中：f（τ）為非平穩(wěn)信號(hào)；ω（τ-t）為窗口函數(shù)；S（t，ω）為信號(hào)在時(shí)間t和頻率ω上的投影。

2? 井下測(cè)量原理

試驗(yàn)鉆具組合為：鉆桿×S135Ⅰ+加重鉆桿+轉(zhuǎn)換接頭×NC561×520+螺旋鉆鋌×168.3 mm（6 5/8 in） REG+無(wú)磁鉆鋌×168.3 mm（6 5/8 in）? REG+轉(zhuǎn)換接頭×631×NC560+MWD短節(jié)×168.3 mm（6 5/8 in）? REG+無(wú)磁鉆鋌×168.3 mm（6 5/8 in）? REG+穩(wěn)定器×直棱+轉(zhuǎn)換接頭×NC611×630+螺旋鉆鋌×193.4 mm（7 5/8 in）? REG+螺桿×5LZ244×7.0-ⅧSF+近鉆頭測(cè)量工具。圖1為鉆具及測(cè)量工具組合示意圖。

將三軸陀螺儀傳感器偏心安裝在測(cè)量工具上測(cè)量轉(zhuǎn)速，底部鉆具組合圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)。將三軸加速度計(jì)偏心安裝在測(cè)量短節(jié)內(nèi)，進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量。

其中X、Y表示為沿鉆柱方向的切向、徑向加速度，Z表示軸向加速度。根據(jù)加速度計(jì)的安裝方式，加速度傳感器的測(cè)量值表達(dá)式為：

X=ax+rω

Y=ay+rω2

Z=az（5）

式中：ax、ay為井下近鉆頭處鉆柱的橫向加速度分量，m/s2；az為井下近鉆頭處鉆柱的軸向加速度，m/s2；r為偏心距，mm；ω為角速度，rad/s。

分析所測(cè)的振動(dòng)的均值、時(shí)域特征以及頻域特征等可以定性判斷底部鉆具的振動(dòng)形式以及鉆頭的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，判別依據(jù)如表1所示［15-16］。

3? 測(cè)量結(jié)果分析

3.1? 時(shí)域分析結(jié)果

圖2a是躍滿某井段發(fā)生黏滑時(shí)實(shí)測(cè)三軸加速度數(shù)據(jù)。所示黏滑周期約為9 s的轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)速上升時(shí)，出現(xiàn)典型的旋轉(zhuǎn)模式，位置①這個(gè)過(guò)程為滑脫階段，持續(xù)時(shí)間約為6 s。且達(dá)到一定速度時(shí)，波動(dòng)表現(xiàn)出較低的幅度，并在低轉(zhuǎn)速的滑移循環(huán)結(jié)束時(shí)再次增加。位置②這個(gè)過(guò)程為黏滯階段，持續(xù)時(shí)間約為3 s，同時(shí)發(fā)現(xiàn)三軸加速度帶有同步的周期波動(dòng)。通過(guò)對(duì)黏滑工況時(shí)域分析，得到圖2b，圖2b為黏滑振動(dòng)時(shí)三軸加速度均值、均方根值和方差曲線。從圖2b可以看出：法向加速度均值大于切向和軸向加速度均值，這也是黏滑振動(dòng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)之一；切向加速度的均方根值、方差在大幅變化，表明此時(shí)切向振動(dòng)正在大幅波動(dòng)，信號(hào)能量波動(dòng)大。

圖3a為躍滿某井段發(fā)生高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)100 s的三軸加速度曲線圖。由圖3a可知，切向加速度的變化范圍在-40g～+40g，遠(yuǎn)大于軸向和法向振動(dòng)的峰值，這是由于高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)切向振動(dòng)的激勵(lì)作用。在這里切向加速度表現(xiàn)為平頂波，是由于三軸振動(dòng)傳感器的量程限制；真實(shí)情況下，切向加速度幅值會(huì)大于40g。

圖3b為高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)三軸加速度均值、均方根值和方差曲線。從圖3b可發(fā)現(xiàn)：發(fā)生高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，三軸加速度的均值變化沒(méi)有周期規(guī)律，切向和法向的均值相差較大，說(shuō)明此時(shí)井下正發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；切向加速度的均方根值較大，表明切向振動(dòng)波動(dòng)較大，能量較高；3個(gè)方向中切向加速度變化最劇烈，而軸向加速度各項(xiàng)特征值都較低，較平穩(wěn)。

圖4為黏滑與高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)耦合。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，可以觀察到耦合振動(dòng)也包含2個(gè)階段：滑脫階段和黏滯階段。在滑脫階段，轉(zhuǎn)速和切向加速度會(huì)顯著增加，且轉(zhuǎn)速和切向加速度幅值比黏滑情況下要大。在這個(gè)階段，鉆頭正在切割地層，鉆頭和巖石之間的相互作用力是高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的激勵(lì)源。

因此，在滑脫階段，高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和黏滑振動(dòng)會(huì)發(fā)生耦合作用，共同產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào)。

然而，當(dāng)鉆具組合進(jìn)入黏滯階段時(shí)，由于摩擦力的作用，上述相互作用力會(huì)暫時(shí)消失，導(dǎo)致切向加速度迅速降低。在這個(gè)階段，轉(zhuǎn)速會(huì)暫時(shí)降至0，而黏滯階段的轉(zhuǎn)速會(huì)比地面轉(zhuǎn)速高數(shù)倍。這種轉(zhuǎn)速的劇烈波動(dòng)和切向加速度的變化是黏滑振動(dòng)的特征之一?？梢杂^察到滑脫階段和黏滯階段的轉(zhuǎn)速和切向加速度的變化，從而區(qū)分黏滑振動(dòng)和高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)?；撾A段表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速的增加和切向加速度的增大，同時(shí)存在高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的成分，這些高扭轉(zhuǎn)頻率會(huì)增大扭矩和轉(zhuǎn)速值，而在黏滯階段，轉(zhuǎn)速降至0并且存在轉(zhuǎn)速劇烈波動(dòng)，切向加速度明顯。這些特征可以幫助進(jìn)一步理解和診斷振動(dòng)信號(hào)中不同類(lèi)型振動(dòng)的耦合現(xiàn)象。

3.2? 頻域分析結(jié)果

圖5為黏滑振動(dòng)三軸加速度頻譜。從圖5可知，法向加速度0.128 Hz這一主頻率一直存在，符合黏滑低頻特征這一特點(diǎn)。在振動(dòng)信號(hào)的頻譜中，法向低頻成分的增強(qiáng)可以作為識(shí)別黏滑振動(dòng)的一個(gè)重要特征，表明此時(shí)鉆柱的主要振動(dòng)形式是黏滑振動(dòng)，需要司鉆調(diào)整鉆井參數(shù)來(lái)緩解黏滑振動(dòng)。

將圖3的三軸加速度進(jìn)行時(shí)頻域分析，結(jié)果如圖6所示。同黏滑振動(dòng)相比較發(fā)現(xiàn)：高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率沒(méi)有出現(xiàn)波浪狀的波動(dòng)，切向、法向振動(dòng)都出現(xiàn)了177.2 Hz的主頻率（見(jiàn)圖6b），說(shuō)明井下出現(xiàn)了嚴(yán)重的高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。考慮到高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有特性，無(wú)法完全消除振動(dòng)，因此目前減振策略有2種：一種是針對(duì)鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，通常需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速緩解高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；另一種是主要優(yōu)化底部鉆具組合、優(yōu)化工具設(shè)計(jì)和使用井下減振器。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)頻譜上同時(shí)存在多個(gè)頻率成分，如圖6c和圖7所示，這種耦合現(xiàn)象使得振動(dòng)信號(hào)的特征變得更加復(fù)雜。黏滑振動(dòng)通常由井下工具與井壁之間的摩擦引起，而高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)則由鉆具或鉆柱的非均勻性引起。當(dāng)發(fā)生黏滑時(shí)，由于摩擦力的影響，鉆柱的轉(zhuǎn)速會(huì)受到阻尼，并且會(huì)在滑移階段達(dá)到較高的轉(zhuǎn)速。這種轉(zhuǎn)速的劇烈波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)信號(hào)在低頻范圍內(nèi)產(chǎn)生明顯的0.128 Hz的主頻率成分。然而，在分析數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在黏滑階段也存在高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的成分，即法向、切向振動(dòng)169.2 Hz的主導(dǎo)頻率。這是因?yàn)樵趯?shí)際情況中，井下的復(fù)雜環(huán)境和鉆井參數(shù)的變化會(huì)導(dǎo)致不同類(lèi)型的振動(dòng)耦合在一起。因此，在振動(dòng)信號(hào)的頻譜中，同時(shí)存在高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和低頻的黏滑振動(dòng)成分，使得振動(dòng)特征更加復(fù)雜。要準(zhǔn)確識(shí)別和區(qū)分黏滑振動(dòng)和高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，需要綜合考慮地層性質(zhì)、鉆井參數(shù)以及振動(dòng)信號(hào)的頻譜特征等多個(gè)因素。

在黏滑情況下，高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的振幅緩慢增加［17］。當(dāng)高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的振幅增加速度足夠慢時(shí)，黏滑的黏滯階段可能會(huì)中斷這種增加趨勢(shì)，并使振幅逐漸趨向于0。這種情況下，高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的振幅不會(huì)達(dá)到在沒(méi)有黏滑振動(dòng)時(shí)可能達(dá)到的峰值。這意味著黏滑振動(dòng)的黏滯階段有助于抑制高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的振幅。然而，在此次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)中，并未觀察到這種情況。這可能是由于具體的地層性質(zhì)、鉆井參數(shù)以及其他環(huán)境因素的影響。不同的地層和鉆井條件可能會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)行為的差異，因此在特定情況下，高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和黏滑振動(dòng)之間的相互作用可能表現(xiàn)出不同的特征。

4? 結(jié)? 論

（1）從時(shí)域特征可知，鉆柱發(fā)生黏滑時(shí)，三軸振動(dòng)、轉(zhuǎn)速會(huì)發(fā)生周期性的波動(dòng)。法向加速度均值大于切向和軸向加速度均值，這也是黏滑振動(dòng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)之一；鉆柱發(fā)生高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，切向加速度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于軸向、法向加速度峰值，表明切向加速度更能體現(xiàn)高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的特征。

（2）從頻域分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)生黏滑振動(dòng)時(shí)，其主頻集中在低頻區(qū)域，法向加速度的主頻率為0.128 Hz，而其他的加速度較弱頻率成分存在于滑脫階段；發(fā)生高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，三軸加速度都出現(xiàn)了177.2 Hz的主頻率。

（3）從時(shí)頻域分析發(fā)現(xiàn)，黏滑疊加在HFTO上，這些高扭轉(zhuǎn)頻率會(huì)增大扭矩和轉(zhuǎn)速值，從而產(chǎn)生角位移，導(dǎo)致BHA內(nèi)產(chǎn)生大量剪切應(yīng)變，會(huì)導(dǎo)致鉆具疲憊，增加鉆具斷裂的概率。

（4）通過(guò)測(cè)量三軸加速度并深入分析，能夠準(zhǔn)確反映井下鉆柱的實(shí)際振動(dòng)狀態(tài)。這可為后續(xù)鉆井中黏滑和高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)工況的識(shí)別提供理論支持，并為探索鉆柱黏滑、高頻扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制方法以及提高鉆井效率提供依據(jù)。

［1］

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第一李玉梅，女，副研究員，生于1981年，2016 年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué) （北京） 油氣井工程專(zhuān)業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事油氣井復(fù)雜工況預(yù)測(cè)及高效破巖仿真計(jì)算方法研究。地址：（100101）北京市朝陽(yáng)區(qū)。email：liyumei3680238@ 163.com。

通信作者：鄧楊林，email：942123850@qq.com。

2023-11-27

劉鋒