CN111379550B - 一种用于监测井下动态参数的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于监测井下动态参数的系统，包括：井下动态参数采集装置，其设置在井下随钻测量短节与钻头之间，用于获取钻具实时钻进过程的井下动态数据，根据井下动态数据进行井下振动分析计算，将该计算结果和井下动态数据进行整合，得到随钻监测动态信息并进行输出，其中，井下振动分析计算包括钻具粘滑严重度计算和钻具涡轮严重度计算；地面数据分析装置，其用于实时获取随钻监测动态信息，结合当前地面钻井参数，诊断随钻监测动态信息，分析钻具钻进风险，用以实时调整和优化钻井导向控制参数。本发明可避免钻具有害振动，提高机械钻速，延长钻头寿命，减少钻具失效，实现对井下提速工具和辅助工具的效率和效益评价，提高钻井效率。

Description

一种用于监测井下动态参数的系统

技术领域

本发明涉及油气井工程井下随钻测量领域，具体地说，是涉及一种用于监测井下动态参数的系统。

背景技术

国内在井下动态参数监测方面的研究始于1980年代，虽然也取得了一些成果，但目前基本停留在理论研究和室内实验，还没有实用的钻井井下动态参数随钻监测工具。主要是受高温、强振动、数据量大、机械空间小等因素限制，井下动态信号的连续采集、存储一直是随钻仪器设计中的难点，实时状态下的高速数据采集、存储、数据解算对监测系统提出了更高的技术要求。郭学曾等在1998年研制了一套地面钻柱轴向振动信号测量系统，可根据轴向振动信号进行钻头工况判断和岩性预测。管志川等在2000年研制出一种钻柱动态测量接头样机，提供扭矩，弯矩，三轴加速度、温度等9种信号。随着深井超深井越来越多，井下动态参数监测技术逐渐引起国内石油企业的重视：中石油钻井院在2012年前后开展了井下振动测量仪的研究，中海油服也在2012年前后启动了井下振动实时测量存储系统的研制，中石化工程院于2012年启动了冲击器井下监测系统研究。尽管钻井井下动态参数监测技术已经引起了国内石油企业的重视，但是与国外相比，在井下动态参数监测工具的研制和应用方面还存在较大差距。

国外对钻井井下动态参数监测技术的研究始于1960年代，并且取得了丰硕的技术成果和经济效益，在世界各大油田中得到应用。针对钻井动态参数监测问题，贝克休斯公司研制了地面测量系统和近钻头测量系统两种测量工具。其中，地面测量系统安装在方钻杆接头上方，可测量轴向力和扭矩、轴向和扭转加速度和转速，地面测量系统对扭转和粘滑运动的分析效果显著，其缺点是无法准确判断井下横向振动。近钻头测量工具测量轴向加速度、横向弯矩、扭转角速度以及轴向力和扭矩，可以分析轴向振动、横向振动、扭转振动及粘滑运动等振动形式。哈里伯顿公司研制的钻柱动态参数测量工具DDS为存储式振动传感器，可同时记录加速度均值，峰值和瞬时值。通过测量横向、轴向、切向和径向加速度来判断横向振动、跳钻、粘滑运动及涡动等运动状态，根据该信息，可以通过钻头类型、BHA结构、井身结构和钻井参数的优化选择减弱钻柱有害振动，提高钻进效率。其优点是测量的瞬时加速度值采样频率高，可以进行频谱特性分析，有利于深入揭示井下钻柱振动的激励机制和固有特性。不足是缺少实时数据，井下振动情况反馈不及时。斯伦贝谢公司研制了多轴振动监测工具MVC，是一个安装在钻柱轴心上四轴振动信号测量工具，采用泥浆脉冲实时上传井下振动数据，可以及时监测井下钻柱振动状态，从而提高钻进效率。MVC的不足是无法提取井下振动信号的频率成分。APS公司研制的钻柱振动监控系统由监测和控制两部分组成，监测系统用于实时监测钻柱三轴振动，测量钻头钻压、扭矩和温度等参数，控制系统实际上是一个多轴振动减振器构成的减振系统。RES公司研制的环境严重程度监测工具ESM结构紧凑，以偏心方式安装于钻铤短节内，可以接在钻柱或底部钻具组合的任意位置，采用存储式记录方式，通过数据回放判断横向振动、跳钻、粘滑及涡动等运动状态。

综上所述，现有所述的动态参数监测工具存在以下问题：(1)国内现有工程参数测量系统测量的数据种类少、精度低、井下测量短节不耐高温，不能满足深井超深井使用。(2)现有工程参数测量系统不能实现监测数据的实时上传，需要起钻后进行数据分析，无法随钻实时指导钻井参数调整。(3)现有工程参数测量短节起钻后数据分析中，没有智能数据分析和诊断功能，缺少地面数据分析处理和井下风险提示功能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于监测井下动态参数的系统，包括：井下动态参数采集装置，其设置在井下随钻测量短节与钻头之间，用于获取钻具实时钻进过程的井下动态数据，根据所述井下动态数据进行井下振动分析计算，将该计算结果和所述井下动态数据进行整合，得到随钻监测动态信息并进行输出；地面数据分析装置，其用于实时获取所述随钻监测动态信息，结合当前地面钻井参数，诊断所述随钻监测动态信息，分析钻具钻进风险，用以实时调整和优化钻井导向控制参数。

优选地，所述井下动态参数采集装置，包括：形成有钻井液通道的短节本体；数据监测设备，其设置在所述短节本体侧壁内，进一步包含：钻铤受力测量模块，其用于实时获取钻具在钻进过程中的钻压数据、扭矩数据和弯矩数据；钻具振动冲击测量模块，其用于实时获取钻具在钻进过程中的三轴振动数据和三轴冲击数据；钻铤转速测量模块，其用于实时获取钻具在钻进过程中的钻铤转速数据；钻铤内外压测量模块，其用于实时获取钻具在钻进过程中的环空压力数据和管柱压力数据；主控模块，其用于实时收集所述钻压数据、所述扭矩数据、所述弯矩数据、所述三轴振动数据、所述三轴冲击数据、所述钻铤转速数据、所述环空压力数据和所述管柱压力数据，用以构成所述井下动态数据。

优选地，所述钻铤受力测量模块包括：钻铤受力信号采集单元，其设置于钻铤内壁径向方向，用于采集钻压信号、扭矩信号和弯矩信号；钻铤受力信号调理单元，其与所述钻铤受力信号采集单元连接，用于分别将所述钻压信号、所述扭矩信号和所述弯矩信号进行电压跟随处理、差分放大处理和模数转换处理，得到相应的钻压数字信号、扭矩数字信号和弯矩数字信号；钻铤受力数据计算单元，其与所述钻铤受力信号调理单元连接，用于利用预设的钻压计算系数、扭矩计算系数和弯矩计算系数，根据所述钻压数字信号、所述扭矩数字信号和所述弯矩数字信号，得到相应的所述钻压数据、所述扭矩数据和所述弯矩数据。

优选地，所述钻具振动冲击测量模块包括：钻具振动信号采集单元，其具备三轴振动传感器，用于实时采集所述三轴振动信号；钻具冲击信号采集单元，其具备三轴冲击传感器，用于实时采集所述三轴冲击信号；钻具振动冲击调理单元，其与所述钻具振动信号采集单元和所述钻具冲击信号采集单元连接，用于分别将获取到的所述三轴振动信号和所述三轴冲击信号进行电压缓冲处理和模数转换处理，得到相应的三轴振动数字信号和三轴冲击数字信号；钻具振动冲击计算单元，其与所述钻具振动冲击调理单元连接，用于利用预设的振动传感标定系数和冲击传感标定系数，将所述三轴振动数字信号和所述三轴冲击数字信号，分别转换为相应的所述三轴振动数据和所述三轴冲击数据。

优选地，所述钻铤内外压测量模块采用具有多个采集通道的压力计，其中，所述压力计的输入端通过设置在钻铤壁的内外压力导压孔分别与钻铤内测压点和钻铤外测压点连接，用于实时采集所述钻铤内测压点和所述钻铤外测压点处的压力，并将其分别作为所述管柱压力数据和所述环空压力数据。

优选地，所述钻铤转速数据通过具有第一结构的转速采集设备得到，所述具有第一结构的转速采集设备包括：第一类转速采集单元，其具备两轴磁通门传感器，所述第一类转速采集单元利用所述两轴磁通门传感器分别采集表征地磁场在径向方向上磁场强度的第一分量信号和第二分量信号；第一类转速调理单元，其与所述第一类转速采集单元连接，用于分别将所述第一分量信号和所述第二分量信号进行模数转换处理，得到相应的第一分量数字信号和第二分量数字信号；第一类转速计算单元，其与所述第一类转速调理单元连接，用于根据所述第一分量数字信号和所述第二分量数字信号，得到当前磁工具面角数据，进一步利用上一计算周期内的磁工具面角数据，计算当前磁性工具面角的变化量，得到相应的所述钻铤转速数据。

优选地，所述钻铤转速数据通过具有第二结构的转速采集设备得到，所述具有第二结构的转速采集设备包括：第二类转速采集单元，其具备单轴磁阻传感器，所述第二类转速采集单元利用所述单轴磁阻传感器实时采集地磁场在径向方向上磁场强度的转速采集信号；第二类转速调理单元，其与所述第二类转速采集单元连接，用于将所述转速采集信号进行增益放大处理和过零比较处理，得到相应的转速采集比较信号；第二类转速计算单元，其与所述第二类转速调理单元连接，用于获取所述转速采集比较信号，并通过检测并统计该信号的上升沿所占时间，进一步得到所述钻铤转速数据。

优选地，所述钻铤受力信号采集单元包括：钻压传感器、扭矩传感器和弯矩传感器，其中，所述钻压传感器、和/或所述扭矩传感器、和/或所述弯矩传感器沿钻具转轴间隔90度均匀分布。

优选地，进一步，所述钻压传感器沿所述钻具转轴间隔90度设置；所述扭矩传感器沿所述钻具转轴间隔180度设置；所述弯矩传感器沿所述钻具转轴间隔90度设置。

优选地，所述钻压传感器、所述扭矩传感器和所述弯矩传感器采用全桥电阻应变片。

优选地，所述井下振动分析计算包括钻具粘滑严重度计算，进一步，所述主控模块，其用于根据当前计算出的所述钻铤转速数据，利用预设的粘滑严重度计算式，实时更新当前粘滑严重度信息，并利用预设的粘滑度评价分类标准，对所述当前粘滑严重度信息进行等级评价，得到相应的粘滑严重度评价信息。

优选地，所述主控模块集成于微处理器中，所述微处理器选自MS320F28335-HT系列处理器。

优选地，所述随钻监测动态信息通过所述井下随钻测量短节内的数据通讯装置从所述井下动态参数采集装置传输至所述地面数据分析装置。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明通过井下动态参数采集短节装置，进行井下动态参数实时振动分析，将工况数据及分析结果作为随钻监测动态信息实时上传至地面数据分析装置，进一步通过地面数据分析装置，结合地面钻井参数进行钻进风险分析及提示。本发明适用于深井、超深井钻井中的钻柱动力学规律非常复杂的情况，利用此短节装置能够及时、有效指导钻井导向工程师调整地面钻进参数，避免钻头和钻柱的有害振动，提高机械钻速、延长钻头寿命、减少钻具失效，实现对井下提速工具和其他辅助工具进行效率和效益评价，提高钻井效率。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本申请实施例的用于监测井下动态参数的系统的总体结构示意图。

图2为本申请实施例的用于监测井下动态参数的系统中井下动态参数采集装置100的结构示意图。

图3为本申请实施例的井下动态参数采集装置100中钻铤受力信号采集单元111的传感器分布位置示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

由于现有的随钻测量领域中的动态参数监测工具存在以下问题：(1)国内现有工程参数测量系统测量的数据种类少、精度低、井下测量短节不耐高温，不能满足深井超深井使用。(2)现有工程参数测量系统不能实现监测数据的实时上传，需要起钻后进行数据分析，无法随钻实时指导钻井参数调整。(3)现有工程参数测量短节起钻后数据分析中，没有智能数据分析和诊断功能，缺少地面数据分析处理和井下风险提示功能。

因此，为了解决现有随钻测量参数采集系统需要在起钻后才能进行工况数据分析的缺陷，本发明提出了一种用于监测井下动态参数的系统，该系统能够实时采集钻压数据、扭矩数据、弯矩数据、管柱压力数据、环空压力数据、三轴振动数据、三轴冲击数据、钻铤转速数据、装置位置温度数据和井斜测量数据等工况数据，受井下随钻测量短节内的MWD实时传输系统的通道带宽限制，常见的数据传输速率是0.2～1比特/秒，上述数据无法全部实时上传，必须对这些信息进行井下振动分析处理，得到实时的钻具粘滑严重度、钻具涡轮严重度等状态数据，并将该状态数据结合当前工况数据的特征数据上传至地面数据分析装置，实时为井下钻进过程进行风险评估和提示，用以实时指导随钻导向控制。

实施例一

图1为本申请实施例的用于监测井下动态参数的系统的总体结构示意图。如图1所示，该系统包括井下动态参数采集装置100和地面数据分析模块200。其中，井下动态参数采集装置100设置在井下随钻测量短节与钻头之间。井下动态参数采集装置100用于获取钻具实时钻进过程的井下动态数据(也称“井下工况数据”)，根据井下动态数据进行井下振动分析计算，将该计算结果和与实时采集到的井下动态数据进行整合，得到随钻监测动态信息，进一步将随钻监测动态数据进行特征提取处理后，对该数据进行输出。进一步，井下振动分析计算包括钻具粘滑严重度计算、钻具涡轮严重度计算和卡钻预警数据，井下动态数据包括钻压数据、扭矩数据、弯矩数据、管柱压力数据、环空压力数据、三轴振动数据、三轴冲击数据、钻铤转速数据、装置位置温度数据和井斜测量数据等信息。

地面数据分析装置200设置在地面部分，与上述井下动态参数采集装置100连接，并进行实时的通讯及数据交互。地面数据分析装置200用于实时接收并获取从井下动态参数采集装置100发送的随钻监测动态信息，结合当前地面钻井参数，诊断随钻监测动态信息，分析钻具钻进风险，用以实时调整和优化钻井导向控制参数。其中，钻具钻进风险包括：托压严重程度、卡钻风险、岩屑床堆积风险和井径缩小风险等分析。

井下动态参数采集装置100中的构建有利于实时分析基于井下当前工况下的各种工作状态，准确判断井下钻具粘滑严重程度、钻具涡动严重程度、卡钻预警数据等状态，能够在地面进行托压严重程度评估、岩屑床堆积风险提示、井径缩小风险提示等功能。通过上述工况分析数据和风险提示数据，有利于指导地面实时调整钻井参数，实时优化钻井参数，提高钻井效率，避免钻头和钻柱的有害振动，提高机械钻速、延长钻头寿命、减少钻具失效。

图2为本申请实施例的用于监测井下动态参数的系统中井下动态参数采集装置100的结构示意图。下面结合图1和图2对井下动态参数采集装置100进行详细的说明。参考图1，井下动态参数采集装置100包括：短节本体101和数据监测设备102。短节本体101内形成有钻井液通道。短节本体101为井下动态参数采集装置100的机械部分，主要由内层腔体芯轴1011、中间层骨架1012、和外层保护套筒1013三层组成，配套水眼分流器及数据读取配置接口2，构成完整的井下动态参数采集装置100的机械部分。数据监测设备102为井下动态参数采集装置100的采集、电路和数据处理部分，主要由电池组1021、主控板1022、应变信号调理板1023和三轴振动及冲击信号调理板1024等电路及采集设备硬件部分组成。其中，电池组1021、主控板1022、应变信号调理板1023和三轴振动及冲击信号调理板1024安装于电路骨架(未图示)上。需要说明的是，井下动态参数采集装置100包括机械部分和耐高温电路及采集设备硬件部分，没有运动部件，可以满足井下高温(例如：井下温度在175℃以内)的高温深井、超深井等的井下动态参数的实时监测需求。

进一步的，如图1所示，数据监测设备102按照功能分类，具体包括：钻铤受力测量模块110、钻具振动冲击测量模块120、钻铤转速测量模块130、钻铤内外压测量模块140、井斜测量模块150、温度测量模块160和主控模块170。其中，数据监测设备102中的各模块110～170相应的分别集成于上述主控板1022、应变信号调理板1023和三轴振动及冲击信号调理板1024中，电池组1021为上述电路板1022～1024提供工作电源。其中，电池组1021包括蓄电池组(未图示)和RTC电池组(未图示)等。

具体地，钻铤受力测量模块110用于实时获取钻具在钻进过程中的钻压数据、扭矩数据和弯矩数据。钻具振动冲击测量模块120用于实时获取钻具在钻进过程中的三轴振动数据和三轴冲击数据。钻铤转速测量模块130用于实时获取钻具在钻进过程中的钻铤转速数据。钻铤内外压测量模块140用于实时获取钻具在钻进过程中的环空压力数据和管柱压力数据。井斜测量模块150用于实时获取钻具在钻进过程中的井斜测量数据。温度测量模块160用于实时获取钻具在钻进过程中的当前位置处的温度数据。主控模块170用于实时收集钻压数据、扭矩数据、弯矩数据、三轴振动数据、三轴冲击数据、钻铤转速数据、环空压力数据、管柱压力数据、井斜测量数据和(当前位置)温度数据，用以构成上述井下动态数据，也就是当前的井下工况数据。进一步，主控模块170利用对当前井下动态数据进行针对钻具的振动分析，评价钻具粘滑严重程度、钻具涡动严重程度、卡钻预警数据等状态，将该状态评价信息与当前井下动态数据进行整合，得到相应的随钻监测动态信息，在经过压缩处理后，一方面将上述随钻监测动态信息存储于井下存储模块(未图示)，同时将当前的随钻监测动态数据经特征提取处理后，实时发送至地面数据分析装置200中。其中，井下存储模块(未图示)集成于上述主控板1022中。

需要说明的是，由于受井下数据传输通道带宽限制，实时采集的动态数据需要经过压缩、特征提取后实时上传。另外，在本发明实施例中，井下存储模块选用HDA公司的耐175℃高温的NAND型FLASH闪存，容量为8GB。

实施例二

下面对上述数据监测设备102中的各模块的结构及功能进行说明。如图1所示，钻铤受力测量模块110包括钻铤受力信号采集单元111、钻铤受力信号调理单元112和钻铤受力数据计算单元113。

具体地，钻铤受力信号采集单元111设置于钻铤内壁径向方向，用于分别采集钻压信号、扭矩信号和弯矩信号。其中，钻铤受力信号采集单元111包括：若干个钻压传感器1111、若干个扭矩传感器1112和若干个弯矩传感器1113。进一步，钻压传感器1111、和/或扭矩传感器1112、和/或弯矩传感器1113沿钻具转轴设置，并且间隔90度均匀分布。图3为本申请实施例的井下动态参数采集装置100中钻铤受力信号采集单元111的传感器分布位置示意图。如图2和图3所示，钻铤受力信号采集单元111内的各传感器1111～1113围绕钻铤轴心，间隔90度均匀分布。在本发明的一个实施例中，钻压传感器1111配置有四组、扭矩传感器1112配置有两组、并且弯矩传感器1113有四组。其中，每组钻压传感器1111沿钻具转轴设置，并且间隔90度分布；每组扭矩传感器1112沿钻具转轴设置，并且间隔180度分布；每组弯矩传感器1113沿钻具转轴设置，并且间隔90度分布。

进一步，在本发明的另一个实施例中，钻压传感器1111、扭矩传感器1112和弯矩传感器1113采用全桥式电阻应变片。其中，全桥式电阻应变片粘贴在短节本体101侧壁上。更具体地说，全桥式电阻应变片粘贴在钻铤内壁径向方向，间隔90°均匀分布，测量精度高，线性度好。通过实时采集和上传钻压、扭矩和弯矩数据，可以有效保护钻具，防止因钻压和扭矩过大而导致钻具断裂，影响钻井安全性，减少井下复杂事故发生，以及防止因钻压和扭矩过小而造成钻进进尺速度慢，影响钻井的效率。

优选地，在本发明实施例中，为了减少传感器的数量，可以将弯矩传感器1113和钻压传感器1111复用。也就是说，弯矩数据的计算可以基于通过钻压传感器1111采集到的钻压数据信号得到。

此外，钻铤受力测量模块110中的钻铤受力信号采集单元111还包括应变信号初步调理单元1114。应变信号初步调理单元1114与上述钻压传感器1111、扭矩传感器1112、以及弯矩传感器1113内的应变片连接，用于对应变信号进行幅度调理，使得该应变信号初步调理单元1114的输出信号(钻压信号、扭矩信号和弯矩信号)与钻具实际所受到的钻压、扭矩和弯矩成线性比例关系。在一个实施例中，应变信号初步调理单元1114采用全桥式惠斯通电桥电路结构对各应变片采集到的信号进行调理，使惠斯通电桥电路的输出信号与钻具实际所受到的钻压、扭矩和弯矩数据成正比例关系。而后，惠斯通电桥电路的输出信号送入下述钻铤受力信号调理单元112进行信号放大和幅度调整处理。

进一步，钻铤受力信号调理单元112与钻铤受力信号采集单元111连接。钻铤受力信号调理单元112用于分别将钻压信号、扭矩信号和弯矩信号进行低通滤波处理、电压跟随处理、差分放大处理和模数转换处理，得到相应的钻压数字信号、扭矩数字信号和弯矩数字信号。其中，电压跟随处理采用一级跟随放大电路，差分放大处理过程采用两级差分放大电路实现。由于上述钻铤受力信号采集单元111的输出信号(钻压信号、扭矩信号和弯矩信号)的幅度为毫伏级信号，需要经过钻铤受力信号调理单元112内的信号放大电路将毫伏级信号放大为伏级信号，而后传输至用于进行模数转换处理的模数转换电路内，以便于采集钻压数据、扭矩数据和弯矩数据。

钻铤受力数据计算单元113与钻铤受力信号调理单元112连接。钻铤受力数据计算单元113用于利用预设的钻压计算系数、扭矩计算系数和弯矩计算系数，根据实时获取到的上述钻压数字信号、扭矩数字信号和弯矩数字信号，得到相应的钻压数据、扭矩数据和弯矩数据。其中，根据钻铤受力信号采集单元111内的每组钻压传感器1111采集到的相应的钻压数字信号，将所有钻压数字信号进行求和运算，利用预设的钻压计算系数得到当前的钻压数据。根据钻铤受力信号采集单元111内的每组扭矩传感器1112采集到的相应的扭矩数字信号，将所有扭矩数字信号进行求和运算，利用预设的扭矩计算系数得到当前的扭矩数据。根据钻铤受力信号采集单元111内的每组弯矩传感器1113采集到的相应的弯矩数字信号，将位于同一直径方向上的弯矩传感器1113所采集到的弯矩数字信号进行求差运算，利用预设的弯矩计算系数得到当前的弯矩数据。进一步，由于弯矩传感器1113可以与钻压传感器1111复用，因此，也可以将位于同一直径方向上钻压传感器1111所采集到的钻压数字信号进行求差运算，利用预设的弯矩计算系数得到x、y方向上的弯矩数据。

参考图3，以钻铤受力信号采集单元111内的钻压传感器1111配置有四组用于实时采集钻压信号的应变片、扭矩传感器1112配置有两组用于实时采集扭矩信号的应变片、并且弯矩传感器1113配置有四组用于实时采集弯矩信号的应变片为例。对钻具受力测量模块110进行说明。全桥式电阻应变片有ABCD共4个引脚，其中，AC为桥臂供电电源端，BD为桥臂差分信号输出端。为便于进行数据采集，差分输出信号经过低通滤波电路、电压跟随电路和两级差分放大电路后，送入模数转换电路中。定义敏感于钻压的4组应变传感器的输出分别为Vw1、Vw2、Vw3和Vw4；定义敏感于扭矩的2组应变传感器的输出为VT1和VT2。

进一步，钻压数据与四组钻压传感器1111的输出信号的关系为：Weight＝f₁(Vw1+Vw2+Vw3+Vw4)。在该关系式中，Vw1、Vw2、Vw3、Vw4分别表示每组钻压传感器1111输出的钻压数字信号，f₁表示钻压计算系数，该系数根据传感器的量程、灵敏度和粘贴方式等因素得到，Weight表示当前的钻压数据。

扭矩数据与两组扭矩传感器1112的输出信号的关系为：Torque＝f₂(VT1+VT2)。在该关系式中，VT1、VT2分别表示每组扭矩传感器1112输出的扭矩数字信号，f₂表示扭矩计算系数，该系数根据传感器的量程、灵敏度和粘贴方式等因素得到，Torque表示当前的扭矩数据。

由于弯矩传感器1113可以与钻压传感器1111复用。因此，弯矩数据与钻压传感器1111的输出信号的关系为：Bendx＝f₃(Vw1-Vw3)；Bendy＝f₄(Vw2-Vw4)。在该关系式中，f₃、f₄分别表示弯矩计算系数，该系数根据传感器的量程、灵敏度和粘贴方式等因素得到，Bendx表示x方向的弯矩数据，Bendy表示y方向的弯矩数据。

其中，由于上述全桥式应变片的输出信号幅度为mV级信号，需要调理为V级信号才可进一步送到模数转换电路中，以便于进行数据计算。在本实施例中，上述两级差分放大电路分别采用AMP04运算放大器和CA3493差分放大器构成两级放大，使得两级放大电路的增益放大倍数为400倍。

需要说明的是，在一个实施例中，钻铤受力测量模块110内的钻铤受力数据计算单元113集成于上述主控模块170中，钻铤受力信号调理单元112集成于上述应变信号调理板1023中。

实施例三

下面基于实施例二的基础上进一步对上述数据监测设备102中的各模块的结构及功能进行说明。如图1所示，钻具振动冲击测量模块120包括钻具振动信号采集单元121、钻具冲击信号采集单元122、钻具振动冲击调理单元123、和钻具振动冲击计算单元124。

其中，钻具振动信号采集单元121安装于短节本体101的骨架上，用于实时采集井下钻具的三轴振动信号。这样，便于进行包括轴向振动和径向振动等级的监测和井下振动分析。在本发明实施例中，钻具振动信号采集单元121采用三轴振动传感器完成三轴振动信号的采集工作。钻具冲击信号采集单元122安装于短节本体101的骨架上，用于实时采集井下钻具的三轴冲击信号。这样，有利于实现对井下三轴冲击数据的实时监测。在本发明实施例中，钻具冲击信号采集单元122采用三轴冲击传感器完成三轴冲击信号的采集工作。

进一步，钻具振动冲击调理单元123与上述钻具振动信号采集单元121和钻具冲击信号采集单元122连接。钻具振动冲击调理单元123用于分别将获取到的当前三轴振动信号和三轴冲击信号进行电压缓冲处理和模数转换处理，得到相应的三轴振动数字信号和三轴冲击数字信号。具体地，钻具振动冲击调理单元123将获取到的当前三轴振动信号先经过电压跟随电路进行电压缓冲处理、再经过模数转换电路进行模数转换处理，得到相应的三轴振动数字信号。与此同时，钻具振动冲击调理单元123将获取到的当前三轴冲击信号先经过电压跟随电路进行电压缓冲处理、再经过模数转换电路进行模数转换处理，得到相应的三轴冲击数字信号。电压跟随电路的加入提高了钻具振动信号采集单元121和钻具冲击信号采集单元122所输出的信号的驱动能力，减少信号干扰，提高了信号的稳定性。

钻具振动冲击计算单元124与钻具振动冲击调理单元123连接。钻具振动冲击计算单元124用于利用预设的振动传感标定系数，将三轴振动数字信号转换为相应的三轴振动数据，并利用冲击传感标定系数，将三轴冲击数字信号转换为相应的三轴冲击数据。

例如：选择量程为±50g的三轴振动传感器，这一振动传感器的输出电压与振动加速度的对应关系(也就是上述振动传感标定系数)为：100mV/g，并将该系数预先设置在上述钻具振动冲击计算单元124，那么，当前三轴振动传感器的输出信号的范围为：±5000mV。进一步，选择量程为±200g的三轴冲击传感器，这一三轴冲击传感器的输出电压与振动加速度的对应关系(也就是上述冲击传感标定系数)为：25mV/g，并将该系数预先设置在上述钻具振动冲击计算单元124，那么，当前三轴冲击传感器的输出信号的范围为：±5000mV。其中，尽管三轴振动和冲击传感器输出信号的幅度均为V级，可以直接输出给模数转换电路，但是为了提高信号驱动能力，减少信号干扰，需在传感器输出端和模数转换之间增加上述电压跟随电路。在本例中，电压跟随电路采用OP27运算放大器，以提高信号稳定性。

需要说明的是，在一个实施例中，钻具振动冲击测量模块120内的钻具振动冲击计算单元124集成于上述主控模块170中，钻具振动冲击调理单元123集成于上述三轴振动及冲击信号调理板1024中。

然后，再次参考图1，对钻铤内外压测量模块140进行说明。钻铤内外压测量模块140采用具有多个采集通道的压力计141。所述压力计141的输入端通过设置在钻铤壁的内外压力导压孔分别与钻铤内测压点和钻铤外测压点连接，用于实时采集钻铤内测压点和钻铤外测压点处的压力，并将其分别作为管柱压力数据和环空压力数据。

其中，钻铤壁(未图示)设置有内外压力导压孔，导压孔设置有敏感于钻铤内压力、及钻铤外压力的测压点。具体地，压力计141的其中一个采集通道的输入端通过设置在钻铤壁的内外压力导压孔与钻铤内测压点连接，用于实时采集钻铤内测压点处的压力，也就是测量钻铤内部压力即管柱压力，并将该压力值作为上述管柱压力数据，进一步实时发送至主控模块170中。压力计141的另一个采集通道的输入端通过设置在钻铤壁的内外压力导压孔与钻铤外测压点连接，用于实时采集钻铤外测压点处的压力，也就是测量钻铤外部压力即环空压力，并将该压力值作为上述环空压力数据，进一步实时发送至主控模块170中。

在一个实施例中，压力计141采用数字式耐高温压力传感器，自带温度补偿和零偏校正能力，可在高温条件下提供精确的压力数据，通过多通道的数字接口总线与主控模块170连接，由主控模块170读取不同通道采集的实时的压力数据。

例如：钻铤内、外压力测量器件采用数字式压力计，具体是带有SPI接口的数字式压力计。当前数字式压力计精度高，采用内部温度补偿，直接输出压力数据，易用性强。在具体安装过程中，采用导压孔将钻铤内压力和钻铤外压力引入压力计敏感端。钻铤内压力导压孔位于内腔体芯轴1011内部，钻铤外压力导压孔位于短节本体101的骨架上，两处导压孔将钻铤内外压力引入到压力计敏感端，压力传递效果好。为了实现压力可靠传递使得压力传递效果更好，同时避免钻井液污染压力计端面，导引方式是注入密封脂，属于液体导压，引压孔内需提前灌注硅脂。

环空压力和管柱压力数据的随钻监测和实时上传，有利于地面实时调整钻井参数，是实现控压钻井的重要参数。进一步，有利于预防井下复杂情况和事故，指导安全快速钻完井作业，降低作业风险和钻井成本。

接着，井斜测量模块150采用井斜测量设备，与主控模块170连接，以使得主控模块170获得实时的井斜测量数据。其中，井斜测量数据至少包括井斜角度数据。

温度测量模块160采用耐高温的数字式温度计，将实时获得的表征当前井下动态参数采集装置100所处位置的井下(装置位置)温度数据传输至主控模块170中。

实施例四

下面基于实施例三的基础上进一步对上述数据监测设备102中的各模块的结构及功能进行说明。如图1所示，钻铤转速测量模块130可以通过第一结构或者第二结构的转速采集设备获取实时的上述钻铤转速数据。需要说明的是，本发明对钻铤转速测量模块130的结构不作具体限定，可以采用第一结构的形式，还可以采用第二结构的形式，本领域技术人员可根据实际需求对该模块130的结构进行选择。

首先，先对具有第一结构的转速采集设备131进行说明。如图1所示，该设备131包括第一类转速采集单元1311、第一类转速调理单元1312和第一类转速计算单元1313。

第一类转速采集单元1311采用两轴磁通门传感器安装在上述电路骨架上。第一类转速采集单元1311利用两轴磁通门传感器分别采集表征地磁场在径向方向上磁场强度的第一分量信号和第二分量信号。第一类转速调理单元1312与上述第一类转速采集单元1311连接，用于分别将上述第一分量信号和第二分量信号进行模数转换处理，得到相应的第一分量数字信号和第二分量数字信号。

第一类转速计算单元1313与第一类转速调理单元1312连接，用于根据实时获取到的第一分量数字信号和第二分量数字信号，得到当前磁工具面角数据，进一步利用上一计算周期内的磁工具面角数据，计算当前计算周期内的磁性工具面角的变化量，得到相应的针对当前时刻的钻铤转速数据。具体地，第一类转速计算单元1313首先利用表达式(41)得到当前磁工具面角，其中，表达式(41)如下所示：

MTF＝argctan(By，Bx) (41)

在式(41)中，MTF表示当前磁工具面角，Bx、By分别表示通过两轴磁通门传感器采集到的第一分量数字信号和第二分量数字信号。而后，第一类转速计算单元1313利用表达式(42)根据计算出的上述磁工具面角数据，得到当前磁性工具面角的变化量，即当前时刻的钻铤转速数据。其中，表达式(42)如下所示：

RPM＝(MTF_t2-MTF_t1)/(t2–t1) (42)

在式(42)中，RPM表示钻铤转速数据，t1、t2分别表示当前时刻时间点、以及上一计算周期的时间点，MTF_t1、MTF_t2分别表示上一计算周期内的磁工具面角数据、以及当前计算周期内的磁工具面角数据。

例如：一般地，井下钻具转速不超过300rpm，以300rpm为测量上限，在利用上述表达式(42)中，测量磁性工具面角的测点时间间隔为10ms，也就是每20个测点计算一次转速，因而能够满足0-300rpm范围的转速测量需求。

具有第一结构的转速采集设备131的调理方式、计算过程简单，但采集设备的成本较高。因此，为了降低采集设备的成本也可采用具有第二结构的转速采集设备132来得到实时的钻铤转速数据。

如图1所示，具有第二结构的转速采集设备132包括第二类转速采集单元1321、第二类转速调理单元1322和第二类转速计算单元1323。

其中，第二类转速采集单元1321采用单轴磁阻传感器安装在上述电路骨架上。第二类转速采集单元1321利用单轴磁阻传感器实时采集地磁场在径向方向上磁场强度的转速采集信号。第二类转速调理单元1322与上述第二类转速采集单元1321连接，用于将转速采集信号进行增益放大处理和过零比较处理，得到相应的转速采集比较信号。

需要说明的是，由于磁阻传感器的输出信号幅值为mV级信号，因此，需要通过增益放大电路和过零比较电路实现采集信号的调理。其中，增益放大电路将mV级磁阻传感器输出信号调整为V级信号。进一步，过零比较电路将信号幅度大于零的信号调整为固定高电平信号，将信号幅度小于零的信号调整为低电平信号，从而第二类转速计算单元1323只需实时测量过零比较器输出信号的上升沿的时间，便可直接获得钻铤转速数据。

进一步，第二类转速计算单元1323与上述第二类转速调理单元1322连接。第二类转速计算单元1323用于获取第二类转速调理单元1322输出的经过调理的转速采集比较信号，并通过检测并统计该信号的上升沿所占时间，得到当前钻铤转速数据。

例如：利用低成本单轴磁阻传感器测转速时，对于地球磁场，其磁场一般为0.5Gauss左右，对应磁阻传感器的输出信号幅度为±30mV，也就是随着钻铤旋转，磁阻传感器输出信号的范围不超过±30mV。第二类转速调理单元1322首先采用增益系数为100倍的固定增益放大电路将信号调整到±3V以内，然后，将该信号送入由过零比较电路构成的整形电路。在实际工作过程中，钻铤每旋转一周，过零比较电路发出相应的数字脉冲信号，第二类转速计算单元1323统计单位时间内脉冲上升沿的数量即可得到钻铤转速数据。

需要说明的是，当钻铤转速测量模块130采用具有第一结构的转速采集设备131时，其内部的第一类转速调理单元1312和第一类转速计算单元1313可集成于主控模块170中。当钻铤转速测量模块130采用具有第二结构的转速采集设备132时，其内部的第二类转速调理单元1322和第二类转速计算单元1323可集成于主控模块170中。

实施例五

基于实施例一～实施例四中的各个测量模块实时采集和获取到的相关数据后，主控模块170便实时将上述包括钻压数据、扭矩数据、弯矩数据、三轴振动数据、三轴冲击数据、钻铤转速数据、环空压力数据、管柱压力数据、井斜测量数据和井下温度数据进行收集，进行时间和/或装置位置标记，得到针对当前的井下动态数据，即井下工况数据。而后，主控模块170进一步对井下动态数据进行振动分析，评价钻具粘滑严重程度、钻具涡动严重程度、卡钻预警数据、局部狗腿严重度等状态，进一步将该状态分析评价结果与井下工况数据进行整合得到相应的随钻监测动态信息。而后，将当前随钻监测动态数据进行特征数据提取处理后再向上述地面数据分析装置200发送。具体地，在一个实施例中，根据上述三轴振动数据和上述三轴冲击数据，实时评价钻具涡动严重度。根据钻铤转速数据，实时评价钻具粘滑严重度。

需要说明的是，在一个实施例中，特征数据提取处理包括：按照预设的数据发送时间间隔获取通过数据采集时间间隔得到的随钻监测动态信息，从而得到相应的特征监测动态信息。其中，数据发送时间间隔大于数据采集时间间隔。这样，井下动态参数采集装置100无需将实时采集到的井下动态数据和振动分析结果全部进行上传，只需从每个随钻监测动态信息中按照数据发送时间间隔提取相应时刻得到的随钻监测动态信息，并将其作为特征监测动态信息。另外，本发明特征数据提取处理还包括提取关键值、突变值等数据，本发明实施例对特征数据提取处理不作具体限定，本领域技术人员可根据实际需求情况进行选择。

在本发明的一个实施例中，主控模块170根据实时计算出的钻铤转速数据，利用预设的粘滑严重度计算式(式51)，实时更新当前粘滑严重度信息，并利用预设的粘滑度评价分类标准，对当前粘滑严重度信息进行等级评价，得到相应的粘滑严重度评价信息。其中，粘滑严重度评价信息包括严重度很低、严重度低、严重度中和严重度高。

具体地，以粘滑严重度分析计算为例，一般地，利用表达式(51)表示上述粘滑严重度计算式。其中，表达式(51)如下所示：

SS％＝(Max(RPM)-Min(RPM))/mean(RPM)*100％ (51)

其中，SS％表示粘滑严重度信息，Max(RPM)表示已获取到的历史的钻铤转速数据中的最大值，Min(RPM)表示已获取到的历史的钻铤转速数据中的最小值，mean(RPM)表示已获取到的历史的钻铤转速数据的均值。在实时获得当前的钻铤转速数据时，主控模块170实时判断当前的钻铤转速数据是否为最大值或最小值，并且，实时计算在当前整个钻进作业中获取到的所有钻铤转速数据的平均值，从而更新当前的粘滑严重度信息。

在本例中，粘滑严重度分为很低、低、中和高四类。粘滑严重度信息的分类标准为：当0％<SS％<50％时，粘滑严重度很低；当50％<SS％<100％时，粘滑严重度低；当100％<SS％<150％时，粘滑严重度低；当SS％>150％，粘滑严重度高。因此，在主控模块170实时得到更新的粘滑严重度评价信息后，按照上述预设的粘滑度评价分类标准，对该信息进行等级评价，得到相应的粘滑严重度评价信息。其中，随钻监测动态信息包括粘滑严重度信息和粘滑严重度评价信息。

另外，主控模块170集成于上述主控板1022中。主控板1022采用耐高温微处理器。其中，在本发明实施例中，该微处理器选自MS320F28335系列处理器。具体地，为满足井下动态参数采集装置100整体耐高温175℃的电路需求，装置100内所有的电子元器件都必须耐温175℃以上，本实施例采用德州仪器公司MS320F28335-HT系列处理器为井下耐高温微处理器，其最高耐温210℃，浮点型32位MCU，为了降低功耗，工作频率设置为80MHz，引脚灵活，内置12位ADC，SPI接口、SCI接口和CAN等通信接口丰富，还可以方便地采集转速等数字脉冲信号。

进一步，上述井下动态参数采集装置100还包括数据传输发送模块180。该模块180与主控模块170进行通讯，用于实时接收需要上传至地面的随钻监测动态信息(此处的随钻监测动态信息还可以为当前经过特征提取处理的特征监测动态信息)，并将该信息进行输出，以被地面数据分析装置200接收。

井下动态参数采集装置100可以直接挂接在MWD系统上，可由MWD系统供电，也可以由28-36V电池组1021单独供电，利用数据传输发送模块180，实现井下随钻监测动态信息的实时上传，同时完成大量测量数据的实时存储。井下动态参数采集装置100配置在近钻头位置，直接分析钻头受力情况，为井下钻柱动力学研究提供了实验验证和修改完善的手段，有利于深入揭示井下钻柱振动的激励机制和固有特性。

所述用于监测井下动态参数的系统还可以包括随钻测量短节内的MWD装置中的数据传输接收模块(未图示)。进一步，井下随钻测量短节内的数据通讯装置(数据传输接收模块)，用于将实时获取到的随钻监测动态信息从井下动态参数采集装置100传输至地面数据分析装置200。

实施例六

地面数据分析装置200用于实时接收并获取从井下动态参数采集装置100发送的随钻监测动态信息，结合当前地面钻井参数，诊断随钻监测动态信息，分析钻具钻进风险，用以实时调整和优化钻井导向控制参数。其中，地面钻井参数包括：钻压、扭矩、转盘转速、泥浆排量等信息。钻具钻进风险包括：托压严重程度、卡钻风险、岩屑床堆积风险和井径缩小风险等分析。

本发明提供了一种耐高温的用于监测钻井井下动态参数的系统，为井下钻井提供一种井下动态参数采集装置(短节装置)，进行井下动态参数实时分析和实时诊断，将实时工况数据、及分析结果作为随钻监测动态信息，实时上传至地面数据分析装置，使得地面数据分析装置，结合地面钻井参数进行钻进风险分析及提示。针对当前深井、超深井钻井中，钻柱动力学规律非常复杂的情况下，利用此短节装置能够及时、有效指导钻井导向工程师调整地面钻进参数，避免钻头和钻柱的有害振动，提高机械钻速、延长钻头寿命、减少钻具失效，实现对井下提速工具和其他辅助工具进行效率和效益评价，提高钻井效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种用于监测井下动态参数的系统，包括：

井下动态参数采集装置，其设置在井下随钻测量短节与钻头之间，用于获取钻具实时钻进过程的井下动态数据，根据所述井下动态数据进行井下振动分析计算，将该计算结果与井下动态数据进行整合，得到随钻监测动态信息，而后将当前随钻监测动态信息进行压缩和特征提取后，传输至地面数据分析装置，所述井下振动分析计算包括评价钻具粘滑程度、钻具涡动严重程度、卡钻预警数据和局部狗腿度严重度，特征数据提取处理包括按照预设的数据发送时间间隔获取通过数据采集时间间隔得到的随钻监测动态信息，从而得到相应的特征监测动态信息，其中，所述数据发送时间间隔大于所述数据采集时间间隔；

地面数据分析装置，其用于实时获取特征监测动态信息，结合当前地面钻井参数，诊断所述特征监测动态信息，分析钻具钻进风险，用以实时调整和优化钻井导向控制参数。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述井下动态参数采集装置，包括：

形成有钻井液通道的短节本体；

数据监测设备，其设置在所述短节本体侧壁内，所述数据监测设备包含：

钻铤受力测量模块，其用于实时获取钻具在钻进过程中的钻压数据、扭矩数据和弯矩数据；

钻具振动冲击测量模块，其用于实时获取钻具在钻进过程中的三轴振动数据和三轴冲击数据；

钻铤转速测量模块，其用于实时获取钻具在钻进过程中的钻铤转速数据；

钻铤内外压测量模块，其用于实时获取钻具在钻进过程中的环空压力数据和管柱压力数据；

主控模块，其用于实时收集所述钻压数据、所述扭矩数据、所述弯矩数据、所述三轴振动数据、所述三轴冲击数据、所述钻铤转速数据、所述环空压力数据和所述管柱压力数据，用以构成所述井下动态数据。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述钻铤受力测量模块包括：

钻铤受力信号采集单元，其设置于钻铤内壁径向方向，用于采集钻压信号、扭矩信号和弯矩信号；

钻铤受力信号调理单元，其与所述钻铤受力信号采集单元连接，用于将所述钻压信号进行电压跟随处理、差分放大处理和模数转换处理，得到相应的钻压数字信号，将所述扭矩信号进行电压跟随处理、差分放大处理和模数转换处理，得到相应的扭矩数字信号，以及将所述弯矩信号进行电压跟随处理、差分放大处理和模数转换处理，得到相应的弯矩数字信号；

钻铤受力数据计算单元，其与所述钻铤受力信号调理单元连接，用于利用预设的钻压计算系数、扭矩计算系数和弯矩计算系数，根据所述钻压数字信号、所述扭矩数字信号和所述弯矩数字信号，得到相应的所述钻压数据、所述扭矩数据和所述弯矩数据。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述钻具振动冲击测量模块包括：

钻具振动信号采集单元，其具备三轴振动传感器，用于实时采集三轴振动信号；

钻具冲击信号采集单元，其具备三轴冲击传感器，用于实时采集三轴冲击信号；

钻具振动冲击调理单元，其与所述钻具振动信号采集单元和所述钻具冲击信号采集单元连接，用于将获取到的所述三轴振动信号进行电压缓冲处理和模数转换处理，得到相应的三轴振动数字信号，并将获取到的所述三轴冲击信号进行电压缓冲处理和模数转换处理，得到相应的三轴冲击数字信号；

钻具振动冲击计算单元，其与所述钻具振动冲击调理单元连接，用于利用预设的振动传感标定系数和冲击传感标定系数，将所述三轴振动数字信号和所述三轴冲击数字信号，分别转换为相应的所述三轴振动数据和所述三轴冲击数据。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述钻铤内外压测量模块采用具有多个采集通道的压力计，其中，

所述压力计的输入端通过设置在钻铤壁的内外压力导压孔分别与钻铤内测压点和钻铤外测压点连接，用于实时采集所述钻铤内测压点和所述钻铤外测压点处的压力，并将采集到的钻铤内测压点的压力作为所述管柱压力数据，将采集到的钻铤外测压点的压力作为所述环空压力数据。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述钻铤转速数据通过具有第一结构的转速采集设备得到，所述具有第一结构的转速采集设备包括：

第一类转速采集单元，其具备两轴磁通门传感器，所述第一类转速采集单元利用所述两轴磁通门传感器分别采集表征地磁场在径向方向上磁场强度的第一分量信号和第二分量信号；

第一类转速调理单元，其与所述第一类转速采集单元连接，用于将所述第一分量信号进行模数转换处理，得到相应的第一分量数字信号，并将所述第二分量信号进行模数转换处理，得到相应的第二分量数字信号；

第一类转速计算单元，其与所述第一类转速调理单元连接，用于根据所述第一分量数字信号和所述第二分量数字信号，得到当前磁工具面角数据，进一步利用上一计算周期内的磁工具面角数据，计算当前磁性工具面角的变化量，得到相应的所述钻铤转速数据。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述钻铤转速数据通过具有第二结构的转速采集设备得到，所述具有第二结构的转速采集设备包括：

第二类转速采集单元，其具备单轴磁阻传感器，所述第二类转速采集单元利用所述单轴磁阻传感器实时采集地磁场在径向方向上磁场强度的转速采集信号；

第二类转速调理单元，其与所述第二类转速采集单元连接，用于将所述转速采集信号进行增益放大处理和过零比较处理，得到相应的转速采集比较信号；

第二类转速计算单元，其与所述第二类转速调理单元连接，用于获取所述转速采集比较信号，并通过检测并统计该信号的上升沿所占时间，进一步得到所述钻铤转速数据。

8.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述钻铤受力信号采集单元包括：钻压传感器、扭矩传感器和弯矩传感器，其中，

所述钻压传感器沿钻具转轴间隔90度设置；

所述扭矩传感器沿所述钻具转轴间隔180度设置；

所述弯矩传感器沿所述钻具转轴间隔90度设置。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述钻压传感器、所述扭矩传感器和所述弯矩传感器采用全桥电阻应变片。

10.根据权利要求2~9中任一项所述的系统，其特征在于，所述井下振动分析计算包括钻具粘滑严重度计算，

所述主控模块，其用于根据当前计算出的所述钻铤转速数据，利用预设的粘滑严重度计算式，实时更新当前粘滑严重度信息，并利用预设的粘滑度评价分类标准，对所述当前粘滑严重度信息进行等级评价，得到相应的粘滑严重度评价信息。

11.根据权利要求2~9中任一项所述的系统，其特征在于，所述主控模块集成于微处理器中，所述微处理器选自MS320F28335-HT系列处理器。

12.根据权利要求1~9中任一项所述的系统，其特征在于，所述随钻监测动态信息通过井下随钻测量短节内的数据通讯装置从所述井下动态参数采集装置传输至所述地面数据分析装置。