大型丛式井和加密调整井在我国海上油气资源的勘探开发中正得到广泛应用,使得浅层井眼轨迹愈发密集,增加了钻井作业时钻头碰撞邻井套管的风险,因此迫切需要对实钻过程进行有效的防碰监测预警。钻头在破碎钻进对象的过程中会诱发一系列振动,研究钻进不同对象时振动信号的特征提取方法,进而建立钻头趋近套管过程中钻进不同材料(地层岩石、水泥环、套管)的识别方法,对于钻头碰撞和刮擦邻井套管的实时预警具有重要意义。本文调研了国内外利用振动信号监测钻井工况的研究现状,总结了钻头破岩钻进过程中的动力学特性和钻头振动波的产生、传播机理。结合工程实际,构建了由岩石—水泥环—套管组成的模拟井筒模型,并以此为基础,利用XY-200Y型钻机开展了钻头趋近套管的室内钻进实验,通过正交匹配钻压、转速、钻进对象三类变量,采集到多种钻进工况的振动信号样本。将时域和频域分析、小波分析、Hilbert-Huang变换应用于振动信号的特征分析,从中优选出能够反映钻进工况的特征参数,构建得到各工况信号的特征向量,最终利用SVM实现了各钻进工况的识别分类。研究结果表明,基于广义阈值的小波变换对原振动信号进行降噪处理,能够基本滤除白噪声和共振噪声等干扰项。以EMD分解为基础,从时域和频域特征出发,利用信号前6阶IMF各自的偏差S_i、有效值D_i、峭度K_i为时域特征参数,以及其能量E_i、归一化能量G_i、特征频段、重心频率f_c和重心幅值a_c为频域特征参数,能够构建得到各钻进工况的特征向量。基于构建的特征向量,SVM对钻头趋近套过程中不同工况的识别结果能够满足工程要求,其中SVM对六种钻压转速的总体识别率达到96.1%,对同岩性的黄(色)砂岩和红(色)砂岩识别率分别为82.2%和86.7%,对较高硬度的灰岩和泥岩识别率均在95%左右,对侧面和正面趋近套管过程中的各工况识别率均超过90%,对特征差异显著的正面钻进套管工况的识别率达到了100%。相关研究结果能够为钻井过程中的防碰监测预警提供有效技术支持。