Development and Simulation Test of an Engineering Parameter Measurement System Built into Drill Bit

Suo Zhongwei; Zhu Zuyang; Zong Yanbo; Liu Yang

doi:10.12473/CPM.202505065

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Development and Simulation Test of an Engineering Parameter Measurement System Built into Drill Bit

DRILLING TECHNOLOGY AND EQUIPMENT | 更新时间：2026-10-15

- Development and Simulation Test of an Engineering Parameter Measurement System Built into Drill Bit
- China Petroleum Machinery Vol. 54, Issue 9, Pages: 47-53(2026)
- 作者机构：
  
  中石化石油工程技术研究院有限公司
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.12473/CPM.202505065
  CLC： TE921
- Received：22 May 2025，
  
  Revised：2026-03-15，
  
  Accepted：08 September 2025，
  
  Published：25 September 2026
- 稿件说明：
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索忠伟，朱祖扬，宗艳波，等.钻头内置工程参数测量系统研制及实钻模拟试验［J］.石油机械，2026，54（9）：47-53.

Suo Zhongwei，Zhu Zuyang，Zong Yanbo，et al.Development and simulation test of an engineering parameter measurement system built into drill bit［J］.China Petroleum Machinery，2026，54（9）：47-53.
索忠伟，朱祖扬，宗艳波，等.钻头内置工程参数测量系统研制及实钻模拟试验［J］.石油机械，2026，54（9）：47-53. DOI： 10.12473/CPM.202505065.

Suo Zhongwei，Zhu Zuyang，Zong Yanbo，et al.Development and simulation test of an engineering parameter measurement system built into drill bit［J］.China Petroleum Machinery，2026，54（9）：47-53. DOI： 10.12473/CPM.202505065.

摘要

针对传统测量系统安装位置远离钻头、测量数据滞后失真问题，开展钻头内置工程参数测量系统关键技术研究。构建钻头内置工程参数测量系统总体设计方案，针对钻头内部空间狭小、环境恶劣的特点，开展小型化低功耗电路模块设计。搭建模拟井下环境测试平台，在高温、强振动、高冲击等极端工况下对电路模块进行功能性与可靠性验证，迭代优化电路设计与固件程序，将测量模块集成至钻头内部，实现井下钻头处工程参数测量。通过实钻模拟试验验证系统性能。研究结果表明，采集模块成功记录到钻头处

、

三轴振动加速度数据，测量范围覆盖-160

～200

，有效捕捉到钻头破岩过程的冲击振动特征；同时准确测得钻头转速在20～70 r/min 范围内的动态变化，数据采样率与精度均满足设计要求，验证了系统设计方案的可行性与可靠性。实现了钻头位置处井下工程参数的直接、真实测量，突破了传统测量的数据滞后与失真难题。研究成果可为钻井参数优化、井下工况识别、安全与优质钻井提供可靠的井下实测数据支撑，对推动智能钻井技术发展具有重要的工程应用价值。

Abstract

To address lagged and distorted measurements of traditional systems installed far from drill bits， an engineering parameter measurement system built into drill bit was studied in respect of key technologies. For such system， an overall design scheme was developed， and a miniaturized low-power consumption circuit module was designed in view of the narrow internal space and harsh working environment of the drill bit. A test platform simulating the downhole environment was built to verify the functionality and reliability of the circuit module under extreme working conditions， such as high temperature， stro

ng vibration， and high impact. The circuit design and firmware program were iteratively optimized， and the measurement module was finally integrated into the drill bit to realize the measurement of engineering parameters downhole at the drill bit. The system performance was validated through drilling simulation test. The results show that the acquisition module successfully records the

-，

- and

-axis vibration acceleration data at the drill bit， with a measurement range from -160

to 200

， and effectively captures the impact vibration behaviors during rock breaking of the drill bit. Meanwhile， the dynamic variation of the drill bit rotational speed in the range of 20～70 r/min was accurately measured. The data sampling rate and accuracy meet the design requirements， verifying the feasibility and reliability of the system design scheme. The system delivers direct and true measurement of downhole engineering parameters at the drill bit， getting rid of the data lagging and distortion problems in traditional measurements. The research findings provide reliable downhole measurements for drilling parameter optimization， downhole condition identification， and safe and high-quality drilling operations， and are valuable for driving the development and application of intelligent drilling technology.

关键词

Keywords

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