关于随钻核磁共振测井中钻铤振动受力与影响分析
油气深井随钻扩眼钻柱扭转振动分析
文章编号:1000-2634(2008)06-0081-04油气深井随钻扩眼钻柱扭转振动分析*石晓兵,陈平,熊继有( 油气藏地质及开发工程 国家重点实验室 西南石油大学,四川成都610500)摘 要:针对深井、超深井、高压油气井等钻井作业中安全高效的扩眼问题,研究随钻扩眼钻具组合在井下的实际受力情况,对随钻扩眼钻进钻柱扭转振动进行了三维有限元模拟,提出了研究扩眼器的质量偏心、钻机顶部支撑等因素对扭转振动作用的力学分析模型,并讨论了随钻扩眼钻具组合的扭转振动频率和动力学强度等力学问题。
通过分析提出了在实际施工作业中减少扭转振动带来危害的技术措施,为油气深井高效随钻扩眼的钻井参数的优化和安全钻进提供了理论基础和参考依据。
关键词:油气深井;钻井;随钻扩眼;扭转振动中图分类号:TE245 文献标识码:A DO I:10 3863/j i ssn 1000-2634 2008 06 019引 言随着石油工业的发展,油气勘探面临越来越复杂的地质问题,钻井难度越来越大,特别在深井和超深井中,钻井作业的复杂性、高压油气井的钻井作业等都使安全高效的扩眼作业技术需求不断增长,扩大井眼直径使其超过钻头尺寸可以解决复杂问题,例如盐层蠕变缩径、钻屑沉积、井壁形成虚泥饼。
在深井钻井中要求下多层套管,为了扩大井眼尺寸、降低钻井成本,增加了对更可靠的井下扩眼器的应用需求[1-2]。
随钻扩眼(R W D)是解决复杂深井阻卡、非常规井身结构应用和提高固井质量的有效手段。
目前这项技术掌握在国外技术服务公司手中,只做技术服务,工具研制和钻具组合设计原理没有公开报道过。
近年来国内开始了这类工具的研制与现场试验[3]。
加快国内随钻扩眼技术的发展与应用,进行随钻扩眼钻具组合设计及其受力分析研究,从而为油气深井高效随钻扩眼的钻井参数的优化和安全钻进提供理论基础和参考依据,以适应复杂深井超深井钻井的发展,具有重要的现实意义。
1 随钻扩眼钻柱扭转振动有限元分析钻头的周期性运动导致扭矩成周期性变化,引起周期性的扭转振动。
水平井随钻测井影响因素分析和校正
水平井随钻测井影响因素分析和校正冯湘子;李达【摘要】With China's horizontal well drilling, logging, production application technology development, the horizontal well there has been a great increase in number. But in some ways, there exist some problems in the well-bore , mud invasion, anisotropy of formation and surrounding rock strata, angle between well axle and formation, the instrument itself is how to influence factors as well logging with drilling expansion of research and analysis. Research shows that rock and anisotropy are measured with drilling the biggest influence on these two factors, aiming at establishing correction procedures, logging curves of distortion process, according to rock-electr relation curves of validation processing after correction more reliable.%随着我国水平井钻井、测井、生产、应用等技术的发展,水平井数量有了很大的增加.但在某些方面存在一些问题.就井眼、泥浆侵入、地层各项异性、围岩影响、井眼与地层的相对夹角、仪器本身等影响因素是如何影响随钻测井的展开研究分析.研究表明围岩和地层各向异性对随钻实测值影响最大.针对这两个影响因素建立校正程序,对失真的测井曲线进行处理,根据岩电关系验证处理校正后的曲线更加真实可靠.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(011)024【总页数】5页(P5921-5925)【关键词】随钻测井;影响因素;校正;围岩影响;地层各项异性【作者】冯湘子;李达【作者单位】东北石油大学地球科学学院,大庆163318;东北石油大学地球科学学院,大庆163318【正文语种】中文【中图分类】TE249表1 直井与水平井测井影响因素对比表直井测井水平井随钻测井影响因素如何影响影响因素如何影响1井眼影响对探测深度较浅的曲线影响较大井眼影响井眼使相差电阻率增加;衰减电阻率减小2泥浆侵入的影响渗透层产生高侵和低侵泥浆侵入的影响影响较小3地层各项异性曲线失真变形4围岩影响高阻临层屏蔽作用围岩影响薄层中的实测电阻率值降低;厚层中围岩影响较小5仪器的影响仪器的误差影响仪器的影响不同探测深度产生影响6井斜和相对倾角曲线出现提前或者延迟随着我国水平井钻井技术、测井技术、生产、应用等各方面的发展，我国水平井数量大幅度增加。
核磁共振成像测井技术的影响因素研究
2010 年第24 卷第1 期PETROLEUM INSTRUMENTS 47 方法研究核磁共振成像测井技术的影响因素研究王建国( 胜利石油管理局测井公司山东东营)摘要:文章主要介绍了核磁共振成像测井技术在应用过程中的影响因素,研究了核磁共振成像测井技术的影响因素如泥浆电阻率、噪声干扰、顺磁物质、增益、磁体探头、温度、测井速度等。
该项研究可以为测井技术人员分析孔隙度、渗透率、饱和度和储层流体性质等参数提供帮助,从而更好地推进该项技术的应用。
关键词:核磁共振测井;影响因素; T 2分布;驰豫中图法分类号: P 631. 8 + 17 文献标识码: B 文章编号: 1004 9134( 2010) 01 0047 030 引言传输系数会减小, 射频线圈中射频脉冲的电压会下降。
井眼泥浆电阻率越小, 对天线发射的射频脉冲的核磁共振测井( 以下简称NMR 测井) 是通过调节衰减越严重, 负载效应会变得很严重, 测量模式将受到仪器工作频率, 来探测地层流体中的氢核在外加磁场限制。
井眼泥浆电阻率的下限为0. 02 m, 但当小于中所表现出来的核磁共振特性。
主要是探测氢核的横0. 1 m 时, 应使用泥浆排除器, 增加品质因素, 提高向驰豫过程, 由T 2分布揭示岩石空隙流体性质及其流动特性, 提供地层的孔、渗、饱等参数。
目前, NMR 测井的应用仍处于迅速发展阶段, 国际上的三大测井公司均把它列为新世纪最有潜力的测井方法, 它必将对未来测井技术的走向占主导地位。
但是, 该技术还存在着一些理论和实用上的问题和困难, 仪器本身也存在一些设计上的缺陷, 对NMR 测井还缺乏纵深研究, 还没有对其影响因素全面认识和解决。
这就要求我们加大对NMR 技术的研究力度, 使其真正能够解决我国油田勘探开发中的地质和油藏工程难题[ 1]。
在测井施工时, 外界环境因素的影响会使回波数量、总回波数量、回波间隔等发生变化, 因此, 应充分考虑外界环境因素的影响, 才能确保核磁共振测量数据的准确性。
核磁共振在石油测井中的应用分析
0 引言随着改革开放的逐步推进,使得当前我国的经济发展十分的迅速,而与此相关的就是对能源的需求也在逐渐的上升,正是在这种时代背景下,我国的石油行业得到极为迅速的发展。
石油测井作为石油开采过程中一项十分重要的项目,其开采的质量对后期的石油开采有着十分重要的影响。
而随着科技的逐步发达,为了使得石油测井项目能够更加顺利的进行,更加先进的技术也逐步的应用在该领域中,核磁共振就是其中的一项技术,这项技术的应用使得石油测井中的底层的信息能够得到更加直观的显示,石油测井效率也得到极大的提升。
因此本文主要讲核磁共振作为研究的主要问题进行实际应用方面的研究。
1 核磁共振简述核磁共振是磁矩不为零的原子核,在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂,共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。
核磁共振主要是由原子核自旋运动所引起的。
不同的原子核,自旋运动的情况也会不同,原子核在自旋运动中,自旋量子数大于零的时候,就会产生NMR 信号,在磁场周围,核磁矩受到力矩的作用,像在磁场周围有规律的进行运动,当磁场守卫磁力发生变化时,核磁矩就会发生共振吸收现象,产生磁共振。
为了在本文更加清晰的对核磁共振在石油测井中的应用分析,首先需要对核磁共振的概念进行一定的简述。
核磁共振就其实际的过程可以划分为物理过程,其主要原理就是原子核在受到外界的磁场的情况下发生一定的分裂,并且在外界的共振情况下吸收一定的能量的过程。
而由于不同的原子周围的环境有所不同,因此使得其自旋情况也有一定的差别。
原子核在自旋的同时,还受到外界的磁场的作用,并且围绕磁场的中心形成一定的力矩,因而产生较为有规律的运动。
当外界的磁场在人为的控制情况下发生一定的改变时,就会使得原子核与磁场发生一定的共振。
从石油测井方面考虑,当前对其应用十分的广泛。
然而根据相关的理论分析可知,实际的应用于理论之间存在一定的差距。
所以为了使得贺词共振在后期的使用的过程中更加顺利,就应该从其应用方面进行分析。
lwd随钻测井影响因素分析及校正
60LWD随钻测井就是在钻进过程中，实时测量所钻地层的评价参数。
由于其具有地层裸露时间短，钻井液侵入地层时间短，测量的信息更接近原始地层等优势，所以在油气层评价中具有独特的重要地位。
同时，LWD能够在实时测量地层参数后，将所测数据实时传输到地面，给地质导向工程师提供最新的地层信息，为现场决策提供技术支持完成地质导向钻井作业。
但是在随钻测井时会受到井眼环境、地层参数、测量仪器等因素的影响导致所测数据不准确，所以需要对其进行校正，使其得到的数据更接近真实值。
一、随钻电阻率测井影响因素分析1.井眼、泥浆的影响。
井眼的缩径与扩径都会对电阻率测井产生一定的影响，井径的大小反映了随钻测井仪器周围钻井液的厚度变化，所以井径变化的影响也就是钻井液电阻率的影响，因此两者放在一起讨论。
井眼不规则会引起测井曲线的突变现象，而钻井液电阻率变化产生的影响较大。
但是，电阻率测量原理的不同，会导致井径变化对其产生不同的影响。
相位差电阻率在井眼尺寸影响下会增大，而衰减电阻率在井眼尺寸影响下会减小。
同时，井眼尺寸对不同的探测范围的电阻率的影响也不相同，对于探测范围小的电阻率受井眼尺寸的影响大，而探测范围大的电阻率受井眼尺寸影响小。
2.井眼围岩厚度的影响。
随钻电阻率测井的探测范围较广，有的仪器可以探测1米，有的仪器可以探测更大。
如果所需目的层的厚度较薄时，所测得的电阻率会受到目的层上下地层的影响，使其测量值明显降低，特别是对比探测范围广的电阻率受此影响更大。
所以，对于同一地层的同一深度，随着目的层的厚度增加，围岩对其的影响减小，当目的层厚度达到一定值时，围岩对其的影响可以不计；反而随着目的层厚度的变薄，围岩厚度对其的影响增大。
如果目的层厚度较小，受到上下低阻围岩的影响，使仪器测得的电阻率偏低，特别是深探测范围的电阻率影响更大。
在相同条件下，衰减电阻率受围岩的影响较大，而相位差电阻率受围岩的影响较小。
3.相对夹角和地层各向异性的影响。
对钻具振动信号分析
对钻具振动信号分析钻具振动信号是一种极其复杂多样的振动波，能实时体现井下的工况信息。
文章作者首先对钻具振动的现状进行阐述，紧接着介绍钻具振动的产生机理，并针对具体的钻具振动信号分析方法进行阐述，从而有利于优化钻井参数，加快钻井速度，降低钻头与钻柱的早期损坏概率，避免出现钻头与卡钻事故，减少钻井成本，以供同行参考。
标签：钻具；振动信号；机理钻具振动信号具有实时体现井下工况的作用，它涵盖了结构与机械的内在特征与运作情况。
所以说，实时检测并分析钻具振动信号，能够识别出钻具的工作状态及其可能出现的机械故障问题。
作者在下文中将重点阐述钻具振动及其产生机理，并提出并分析三种钻具振动信号分析方法。
1 钻具振动的现状目前，钻具振动虽已取得了一定的发展，且深受人们关注，但我国国内对于钻具振动信号的研究尚处在初始阶段，依旧有不少问题存在。
（1）尚未真正地掌握钻具振动的综合规律，无法充分运用钻具振动信号，不知如何深入探究钻井的优化，不能准确地进行岩性识别与工况分析。
（2）井下振动的测量点同钻头之间存在一定距离，这无疑会削弱振动信号，产生信噪比。
为此，我们要对井下的振动进行实时的检测，并深入研究钻头振动测量的准确度与数据传送的可靠性。
2 钻具振动的产生机理阐述2.1 钻具横向振动的成因及特点偏转是横向振动的一大反应。
实际上，钻具之所以会出现偏转，主要是由于地层特征、钻井参数、钻头构造以及井眼条件等因素的影响。
在同等条件下，牙轮钻头出现偏转的可能性要比PDC钻头低。
当钻具在转动时，若BHA钻具或者钻头的任意一处与井眼的中心线转动相互偏离，那么钻具或者钻头就会发生偏转。
一旦开始偏转，就会形成较大的离心力，让接触点部位形成摩擦力，从而确保偏转的正常进行。
然而，钻具偏转会使得钻具在高频率的交变应力下形成疲劳破坏。
在一般情况下，钻具偏转的轨迹会出现一定的变动，钻杆的扶正器或者接头并非一直紧靠井壁，而是持续敲击井壁，其瞬时旋转中心也在不断地变动，导致钻头切削齿向后或横向切削井底岩石，进而导致PDC钻头复合片掉下来，减少钻头的使用时间。
随钻测井——精选推荐
随钻测井一﹑随钻测井的引入在油气田勘探、开发过程中，钻井之后必须进行测井，以便了解地层的含油气情况。
一般来说,测井资料的获取总是在钻井完工之后，再用电缆将仪器放入井中进行测量.遇到的问题：1、某些情况下，如井的斜度超过65度的大斜度井甚至水平井，用电缆很难将仪器放下去2、井壁状况不好易发生坍塌或堵塞3、钻完之后再测井，地层的各种参数与刚钻开地层时有所差别.(由于钻井过程中要用钻井液循环，带出钻碎的岩屑，钻井液滤液总要侵入地层二﹑随钻测井的概念随钻测井(因为它不用电缆传输井下信息，所以也称为无电缆测井 )：是在钻开地层的同时,对所钻地层的地质和岩石物理参数进行测量和评价的一种测井技术.首先，随钻测井在钻井的同时完成测井作业，减少了井场钻机占用的时间，从钻井—测井一体化服务的整体上又节省了成本。
其次，随钻测井资料是在泥浆侵入地层之前或侵入很浅时测得的，更真实地反映了原状地层的地质特征，可提高地层评价的准确性.而且，某些大斜度井或特殊地质环境（如膨胀粘土或高压地层）钻井时，电缆测井困难或风险加大以致于不能作业时，随钻测井是唯一可用的测井技术。
另外，近二十年来海洋定向钻井大量增加。
采用随钻定向测井，可以知道钻头在井底的航向，指导司钻操作；可以预测预报井底地层压力异常，防止井喷；可以提高钻井效、钻井速度和精度，降低成本，达到钻井最优化（现代随钻测井技术大致可分为三代）•20世纪80年代后期以前属于第一代可提供基本的方位测量和地层评价测量在水平井和大斜度井用作“保险”测井数据,但其主要应用是在井眼附近进行地层和构造相关对比以及地层评价;随钻测井确保能采集到在确定产能和经济性、减少钻井风险时所需要的测井数据。
•20世纪90年代初至90年代中期属于第二代过地质导向精确地确定井眼轨迹 ;司钻能用实时方位测量 ,并结合井眼成像、地层倾角和密度数据发现目标位臵。
这些进展导致了多种类型的井尤其是大斜度井、超长井和水平井的钻井取得很高的成功率。
钻铤对随钻电磁波测井信号的影响分析
钻铤对随钻电磁波测井信号的影响分析作者：岳喜洲来源：《科技视界》2016年第16期【摘要】本文采用数值模拟方法仿真随钻电磁波测井仪器的钻铤对测量信号的影响，仿真结果表明，随地层电阻率增加，随钻电磁波测井接收天线的相位差和幅度比均会减小，钻铤的存在会引起接收天线相位差、幅度比和幅值变化，接收信号强度（幅度）减弱，相位差变大，幅度比变小，且源距越小变化越明显。
【关键词】随钻电磁波；钻铤；信号强度；幅度比；相位差【Abstract】IN this paper， we apply finite element method to simulate the response from drill collar With the increase in formation resistivity， both the phase difference and the attenuation of received signal will become smaller. The existence of the drill collar will affect the value of phase difference， attenuation， and amplitude. Specifically， the intensity of the received signal will be stronger， the phase difference will be larger， and the attenuation will be smaller when drill collar exists. The smaller distance between the transmitter and the receiver is， the more variation will be.【Key words】LWD electromagnetic wave； Drill collar； Ferrite； Signal strength； Phase difference； Attenuation0 引言随钻电磁波电阻率测井是随钻测井技术的核心组成部分之一，在地质导向和实时地层评价中具有重要应用价值[1]。
核磁共振测井技术原理及应用分析
核磁共振测井技术原理及应用分析发布时间：2021-10-14T03:00:31.448Z 来源：《科学与技术》2021年16期作者：闫栋栋[导读] 随着科学技术的飞速发展，越来越多的新技术被运用到石油测井种，而核磁共振作为一种新兴手段，在石油测井中也起着重要的作用闫栋栋河北石油职业技术大学河北省承德市 067060摘要：随着科学技术的飞速发展，越来越多的新技术被运用到石油测井种，而核磁共振作为一种新兴手段，在石油测井中也起着重要的作用。
本文以核磁共振原理为落脚点，通过理论与实践的有机结合，探讨核磁共振技术如何合理地应用在石油测井中。
关键词：核磁共振；测井技术；石油测井引言：核磁共振测井技术相较于传统测井技术，不仅能够提供渗透率参数，还可以提供油气水饱和度、原油的黏度等。
本文首先概述核磁共振测井的发展现状，再简要介绍核磁共振测井技术的测量原理，最后进行核磁共振测井的应用分析。
一、核磁共振测井发展概况核磁共振测井技术作为一种新兴技术，是当代测井技术的重大突破之一。
现如今，我国陆地上石油勘探难度与日俱增。
尤其是中国地势经过数千年的演变后，地势情况愈加复杂，这也对勘探技术有了更高的要求。
就目前来看，我国东部地区仍存在许多未探明可采资源量，这些资源多分布在斜坡带、潜山、重力流砂体、滩海以及古生界等有潜力的新领域，已经为勘探工作带来诸多不便；而西部地区未探明油气资源高达55%，虽然有着巨大的潜力，但埋藏深、环境恶劣，勘探难度无疑是难上加难。
常规的测井方法已经无法满足也难以适应我国对油气使用增长的需求，进一步提高勘探技术，加速新技术的开发、研究、应用刻不容缓。
而核磁共振测井作为一种新兴方法，它的出现有效地攻克了这一难题，这也将成为未来油气勘探中重要的有效手段之一。
相较于传统测井方法的分辨率较低、直观性较差、解释油气层出现多解性，核磁共振测井最明显优势在于深探测、高分辨率和高精度。
二、核磁共振测井技术原理核磁共振测井的基本原理为“井内磁体——井外磁场测量”，这与传统测井方法是截然不同的。
核磁共振在石油测井中的应用分析
310正因为我国的地势和地形结构非常复杂多样，所以石油钻井的难度也会不断地增加。
专业人员只有采用合适的科学技术才能够保证石油测井的质量。
常见的核磁共振技术会给我国石油测井的发展产生巨大的影响。
常规的核磁共振方法要比其他方式显得更加丰富和全面。
目前的核磁共振方法也能够在短时间内测试地层的渗透率，并有效地反映出石油内部的粘稠度和压力曲线。
1 核磁共振概述常规的核磁共振方法指的是在外部磁场的作用下进行分裂，再运用专业的技术来吸收辐射的物理过程。
如果内部原子核的内容有所不同，自旋的状况也会有所不同。
多数原子核在自我旋转的过程中会受到周围磁场的影响，并在之后有效地进行运动[1]。
但是如果内部磁力已经发生了改变，自然就会产生核磁共振。
目前的核磁共振技术在测井的过程中已被广泛应用。
但是内部的一些理论和实际内容相互偏离。
因此，在实际运用的过程中，专业人员只有有效地运用相关的方法才能够提升运用核磁共振的效果。
在实际发展的过程中，只有全面测试石油内井才能够让技术发挥更大的效果。
从发展的过程看，磁场会受到核磁力矩的影响。
周边的磁场周围会存在一定规则性的运动。
如果磁场守力磁力会发生改变，核磁力矩也会存在共振吸收的情况。
从实际发展过程中，核磁共振技术确实能够在石油测井应用的过程中被广泛运用，并发挥重大的作用。
2 核磁共振在石油测井中的应用策略2.1 科学地识别石油测井内部的流体专业人员一定要采用合适的手段来进行测井实验，才能够发挥更大的作用。
常规测井的工作是为了让更多开采的人员可以了解地下石油开采的情况，并为后期的开采提供一定的指导。
之后也就能够让开采的过程变得非常安全。
在实际进行石油测井的过程中，石油内部的井眼直径和流体的体积有着一定的关系。
如果石油井眼直径越大，其流体的体积也就越大。
如果此时能够在测试的过程中全面地应用核磁共振技术，自然就能够在第一时间降低实际的影响。
如果地上的控制人员能够识别上升的功能，更能使得测井的数据变得更加精准。
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关于随钻核磁共振测井中钻铤振动受力与影响分析
作者：张嘉伟宋公仆
来源：《科技视界》2014年第03期
【摘要】随钻核磁共振测井是一种有效的石油探测新技术，可用于定量确定自由流体、束缚水、渗透率以及孔径分布等重要参数且不受岩石骨架矿物成分的影响。
随钻核磁测井仪器被安装在钻铤中，随钻具组合在地下的钻进过程中受到各种随机、非随机力的作用，对其各种受力情况分析，有利于理解其各种运动形式形成机理，从而明确钻铤的各种运动监测原理与方法，为最终测量核磁共振信号提供质量判断依据。
【关键词】随钻核磁共振；牵连加速度；钻铤；振动位移；力偶矩
0 引言
随钻核磁共振测井技术与电缆核磁仪器相比，其将传感器挂接在钻具中，在钻井过程中进行核磁共振测量，由于测量是在钻井液侵入发生之前进行的，所以能够获得原状地层的信息，引导钻头在产层中钻进，优化储层内的井眼轨迹，增加井眼与流体的接触面积来大幅度增加产能和采收率，进一步扩大了核磁共振测井的作业范围。
随钻核磁测井仪器被安装在钻铤中，随钻具组合在地下的钻进过程中受到各种随机、非随机力的作用，对其各种受力情况分析，有利于理解其各种运动形式形成机理，从而明确钻铤的各种运动监测原理与方法，为最终测量核磁共振信号提供质量判断依据[1]。
本文主要分析随钻核磁仪器在钻铤中的振动受力情况，并分析其对测井数据的质量影响。
1 钻铤振动原理及受力分析
1.1 钻铤工作结构简介
随钻核磁仪器在实际测试中会随钻杆钻进而振动，由于核磁探测敏感区厚度较薄，为了避免振动导致探测区域超出敏感区，侦测其钻铤的振动轨迹能对仪器测量数据进行必要的质量监控[2]。
图1所示为钻杆、钻铤与钻头的连接示意图，图1中钻铤（101）上端连接钻杆（100），下端连接钻头（107）。
仪器与探头安装在钻铤（101）中，地面旋转机构驱动钻杆以角速度ω旋转，从而带动钻铤的转动。
钻铤的转动带动钻头旋转，使与钻头接触的地层面因受到力的作用被粉碎，在地面的泥浆泵（121）作用下，碎屑随泥浆流被带回到地面。
图1中箭头所示为泥浆在泥浆泵作用下的运动路径，其中钻头上161—164所示的口为泥浆流出口[3]。
钻铤随钻井过程会做随机振动及冲击振动，其振动轨迹是一个复杂的过程。
1.2 钻铤受力分析
以钻铤为研究对象，钻铤的受力分为钻铤与钻杆之间的受力、钻铤挺身的受力及钻铤与钻头之间的受力三种情况[4]。
下面分别对这三种力进行分析说明。
首先考虑钻铤与钻杆之间的受力情况。
设钻铤的轴线与重力方向的夹角为α，则钻铤主要受力如图2（a）所示。
由于钻铤与钻杆之间呈刚性连接，钻铤受到钻杆传递来的扭矩如图2（b）中以M1表示，M1的方向由钻铤的旋转方向按右手螺旋法则确定，在图2（b）中所示的旋转方向上，M1沿轴心向上，在忽略钻杆的阻力情况下其大小可以由地面旋转机构的瞬时输出功率估算：M1=P/ω，其中P为地面旋转机构的瞬时输出功率，单位为瓦特，ω为钻铤的瞬时转速，单位为弧度每秒。
钻铤受到钻杆传来的压力，沿中心轴线指向钻头，用F2表示。
此外连接钻铤的钻杆在旋转的过程中，钻杆的随机横向摆动，使钻铤受到来自于钻杆的随机横向推力，以F1表示。
接着分析钻铤挺身的受力情况。
设钻铤质量为m，钻铤受重力的大小为mg，若钻铤轴心线与重力方向夹角为α，则其重力如图3（a）所示。
此外钻铤在随钻钻进的过程中，钻铤与井壁碰撞，在碰撞接触面有反作用力，在图3（a）中以F5表示。
最后对钻铤与钻头之间的受力情况进行分析。
钻铤与钻头之间呈刚性连接，在任意时刻钻铤将受到来自钻杆的各种力不变地传递到钻头上，其中压力F2以及自身重力在轴向上的分量mg*cosα传递到钻头后，使钻头紧贴地下岩石层，同时钻头受到地层的反作用力，同样反作用力会被传递到钻铤上，以支撑力
F4表示，则满足F4= -（F2+mg*cosα）。
扭矩被传递到钻头后，钻头在扭矩的作用下作旋转运动，将与之接触的地层撞击或研磨粉碎，此时钻头受到的阻力可以分为两种，一种是受到来自地层的摩擦力，沿钻头与地层的接触面的切线方向，形成的力偶矩以M2表示，另一种是由于钻头的不规则外形，使钻头旋转时，随机地与地层接触面发生碰撞，碰撞所引起的反作用力方向将与碰撞方向相反，将此反作用力在空间上分解为三个分量：沿轴向指向钻铤方向的力，以F4’表示；在与轴线平行的平面上指向轴心的力，以F3表示；在轴线平行的平面上指向切线方向的力，在钻头上形成力矩以M2’表示，如图3（b）所示。
根据刚体受力分析中力的平移定理，钻铤在随钻头钻进的过程中，受到的各种力和力偶矩可以进行相应平移，将之移动到钻铤的质心处，形成一个大小和方向与原来一致的力及一个力偶矩。
图4所示为钻铤质心所在横截面上的力与力偶矩示意图。
力F1移动到质心形成F1’与力偶矩m1，力F3移动到质心形成F3’与力偶矩m3，力F5移动到质心形成F5’与力偶矩m5。
其中力偶矩m1、m2、m5由下式（1）得出：
在合力F作用下钻铤获得横向加速度a=F/m，而在合力偶矩M的作用下，钻铤在以M为轴的方向上获得角加速度aω=M/JoM，其中JoM 为钻铤以过质心横截面上直径为轴的转动惯量。
由于F1、F3、F5随机出现，而重力的方向也随时间变化，因此横向加速度a和角加速度aω大小及方向都是随机变化，从而使钻铤作随机横向平动和倾斜。
钻铤在随钻头钻进的过程受到的各种力中，F4’、F2、F4以及重力在轴向上的分量mg*cosα作用在钻铤的轴线上，并通过钻铤的质心，将它们按照力的平移定理移动到质心，形成合力F，使钻铤获得沿轴向的加速度aa：
2 钻铤的随机运动对核磁测井的影响
随钻核磁测井仪器探头磁体、天线及电子部件安装于钻铤中，其结构及探测敏感区如图 7所示，由探头永磁体构造的敏感区域呈环绕轴心的椭圆柱状。
在探头绕轴心旋转时，此环形椭圆柱状敏感区域相对轴心不变，因此按照核磁测量理论可以对此区域施加电磁波激励，并由天线获取样品的核磁共振信号，达到测量的目的。
但是随钻核磁共振用于测井中，需要在一次CPMG脉冲测量周期内，对测量区的样品进行反复激励并接收每次激励后的回波幅度及相位等信号，从而获得被测样品区的地质特性。
在上述钻铤受力及其运动的分析中知道，钻铤在各种随机力的作用下会在一个CPMG脉冲周期内会发生横向及轴向位移，必然造成每次被激励的样品区都不完全相同，因此测量信号将受到额外干扰[5]。
由探头所构造的敏感区在测量过程中随钻井过程振动发生变化如图 8所示。
分析随钻核磁仪器横向振动位移对信号的影响研究表明，在一次CPMG脉冲周期内，钻铤横向位移发生快速变化时，测得的核磁共振信号回波串的幅值明显受到影响，迅速衰减。
而在横向位移变化缓慢时，测得的回波串信号影响较小。
因此在随钻核磁测井的数据处理中，需要结合CPMG脉冲测量时间内横向及轴向的位移，并以此为依据，设计滤波器，对信号进行处理才可能得到可信的结果[6]。
下图9为核磁测井信号受横向位移的影响测试图，图9中左边为探头横向时间位移曲线，右侧图为在此时间段内测得的回波信号幅值，从图9中可以清晰地看到仪器横向振动位移越大其对仪器测试信号的影响也越大。
3 随钻核磁振动位移回波质量控制方案
我们提出一种利用仪器钻铤位移作回波质量控制的方法。
在一个特定的频率上，仪器射频脉冲激发产生的共振敏感区域具有一定的厚度，假设探测敏感区域厚度用ΔS表示。
此厚度由射频脉冲的带宽和静磁场的梯度决定，如下式（6）为：
其中Ai测为测量到的回波峰值，Ki为补偿因子，它是一个与位移相关的函数。
对于位移△S 与补偿因子Ki 的关系可由如下方法确定：在已知某种样品标准的回波衰减曲线情况下，使仪器工作在振动环境中测量该样品的回波衰减曲线，同时测量仪器在不同采样时刻的振动位移。
利用在振动环境下测到的回波衰减曲线及位移和标准曲线对比，可以得到不同位移时回波峰值需要补偿的系数Ki ，从而确定出Ki 与振动位移的关系，作为一个参考补偿表，以查表方式得到各个振动位移下的补偿因子Ki。
4 结束语
随钻核磁共振测井是一门全新的测井技术，由于其随钻井振动不可避免地会导致探测敏感区偏离原始激化区域从而导致采集信号衰减明显，因为对其振动的受力分析及质量监控就显得尤为重要。
本文主要分析随钻核磁仪器在钻铤中的振动受力情况，并分析其对测井数据的质量影响，提出一种仪器钻铤位移作回波质量控制的方法。
【参考文献】
[1]张辛耘，王敬农，郭彦军.随钻测井技术进展和发展趋势[J].测井技术，2006，30（1）：10-15.
[2]卢文东，肖立志，季红鹏，刘东明.随钻核磁共振测井仪的关键技术简介[J].测井技术，2007（2）.
[3]肖立志.核磁共振成像测井与岩石核磁共振及其应用[M].北京：科学出版社，1998.
[4]华中科技大学核磁共振技术资料[Z].
[5]中海油服油田技术研究院核磁共振项目组技术资料[Z].2009，11.
[6]一种新的随钻核磁共振测井仪的设计与实现[J].贺希太，译.国外油田工程，2004，20（3）：22-26.
[责任编辑：杨玉洁]。