石油钻探是一项复杂的工程,钻探地层的复杂性、隐蔽性使钻井过程存在着大量的模糊性、随机性和不确定性问题。由于对客观情况的认识不清或者主观意识的错误决策,往往会产生许多复杂情况甚至造成严重的事故。因此,利用钻井过程中的各种信息及时发现钻井异常情况,预防钻井事故的发生,对安全钻井具有重大意义。本文详细研究了故障检测与诊断的方法,并引出适合钻井实际情况的灰色关联分析法和时序模型法;分析了动态信号的特征参量,提出了动态信号的数学描述方法;从信号的角度对钻井过程中的各种参数变化情况进行分析,总结出发生钻具异常时所有相关动态信号的变化特征;在调研分析国内外相关研究的基础上,分析了钻具振动产生的原因及钻具早期损坏的机理,研制了利用纵向加速度计和角加速度计在地面测量钻具振动的装置,探讨了利用钻具振动信号和综合录井参数实时识别钻具工作状态的方法,并开发了相应的诊断软件。试验表明,在钻具振动测量系统和现有综合录井系统的基础上,利用故障检测与诊断的相关理论开发出的钻井故障在线识别系统,具有较高的在线故障检测与识别能力,可以辅助钻井工程技术人员进行故障的检测与识别。利用钻具振动信号和综合录井参数进行故障检测与诊断也有其局限性,井下动力钻具的扭矩和振动信号地面传感器无法检测。