用于確定超聲波隨鉆井徑測(cè)井中一次反射回波的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及超聲波隨鉆井徑測(cè)井技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及了一種用于確定超聲波隨鉆 井徑測(cè)井中一次反射回波的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在鉆井過程中能夠?qū)崟r(shí)知道井徑變化是非常重要的，運(yùn)樣可W通過鉆頭實(shí)時(shí)有效 地修正鉆井。另外，在鉆井過程中及時(shí)了解井徑情況，對(duì)于提高鉆井安全也非常有意義。
[0003] 在鉆井過程中如果井徑的值低于標(biāo)準(zhǔn)尺寸或正常值，說明鉆頭有磨損需要即時(shí)更 換W免影響后續(xù)的鉆井質(zhì)量;如果井徑的值高于標(biāo)準(zhǔn)尺寸或正常值，說明有不合適的泥漿 流速或者不適當(dāng)?shù)哪酀{化學(xué)成分也可能是井內(nèi)壓力太低造成的。除此之外，采油時(shí)需要在 裸眼段安裝封隔器，老井檢修需要更換封隔器和通井，此時(shí)測(cè)量井徑，有利于施工可靠。
[0004] 多數(shù)井徑測(cè)井時(shí)的井徑儀器通常為常規(guī)的電纜井徑儀器，其成本較高、效率較低。 現(xiàn)有技術(shù)中提出了多種超聲波隨鉆井徑測(cè)井的方法，其能夠較佳地克服常規(guī)電纜井徑儀器 的弊端。但是，該項(xiàng)技術(shù)尚不成熟，對(duì)比一些現(xiàn)有的技術(shù)，例如，有些采用包絡(luò)線判別法判斷 井壁一次返射回波，該方法僅僅是理論上能夠較佳地實(shí)現(xiàn)，運(yùn)用到實(shí)際時(shí)并不理想。主要是 由于，實(shí)際測(cè)井返回波形由于受到井內(nèi)泥漿衰減和不規(guī)則井壁反射容易造成波形幅度大小 變化不均并可能會(huì)出現(xiàn)瞬間波形崎變等情況，運(yùn)些情況將導(dǎo)致對(duì)井壁一次返射回波的錯(cuò)判 和漏判。另外，測(cè)井系統(tǒng)發(fā)射的超聲波信號(hào)經(jīng)過井液到達(dá)井壁的過程中不可避免的受到泥 漿鉆屑、泥漿氣泡W及儀器偏屯、的影響，運(yùn)種影響將會(huì)使井徑測(cè)量結(jié)果精度大大降低，從而 使得測(cè)得的實(shí)時(shí)鉆井井徑值的可靠性降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得W解決：
[0006] 用于確定超聲波隨鉆井徑測(cè)井中一次反射回波的方法，其包括W下步驟，
[0007] 步驟一:選取基波，定義由超聲波換能器因起震而產(chǎn)生的信號(hào)反射回的波簇為延 時(shí)波，截取延時(shí)波及延時(shí)波之前的波為基波；
[000引步驟二:選取時(shí)窗波，定義由超聲波換能器的發(fā)射信號(hào)反射回的波簇為井壁回波 簇，截取一次完整的井壁回波簇為時(shí)窗波；
[0009] 步驟獲取形似波列，定義超聲波換能器接收到的完整反射回波列為完整波列， 將完整波列減去基波后采用時(shí)窗波進(jìn)行相似性檢測(cè)，計(jì)算完整波列中各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相似度值 O，選取與時(shí)窗波最相似的波列為形似波列；
[0010] 步驟四：獲取待篩選井壁返回波列，設(shè)定一相似度闊值，將形似波列中相似度值O 低于相似度闊值的波形剔除，經(jīng)剔除后的形似波列即為待篩選井壁返回波列；
[0011] 步驟五:獲取井壁返回波列，檢測(cè)待篩選井壁返回波列中任一波形之后是否存在 一個(gè)幅值較大波形，若存在，則舍棄該幅值較大波形之前的所有波形并將剩余波列作為井 壁返回波列，若不存在，則待篩選井壁返回波列即為井壁返回波列；
[0012] 步驟六:選取臨時(shí)一次反射回波，W井壁返回波列中的最后一個(gè)波形為臨時(shí)一次 反射回波，記該臨時(shí)一次反射回波的接收時(shí)間為TN，幅值為AN;
[0013] 步驟屯:雙重回波判定，將臨時(shí)一次反射回波的接收時(shí)間TN與井壁返回波列中所 有位于臨時(shí)一次反射回波之前的波形的接收時(shí)間Tl~TN-I進(jìn)行比較，若存在一個(gè)整數(shù)m，且 1 < m含（N-1)，使得TN= 2時(shí)1，則將m賦值給N并返回步驟六，直至不存在該整數(shù)m，此時(shí)所選取 臨時(shí)一次反射回波即為最終一次反射回波；
[0014] 步驟八，輸出數(shù)據(jù)，輸出最終一次反射回波的接收時(shí)間TN和幅值為AN。
[0015] 通過本發(fā)明的方法，能夠較為精準(zhǔn)有效地檢測(cè)出由超聲波換能器的發(fā)射信號(hào)反射 回的一次反射回波，從而能夠較為精確地計(jì)算出超聲波換能器所處地層位置的井徑值，并 在井況不好時(shí)能較好地保證測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0016] 作為優(yōu)選，步驟二中，時(shí)窗波的長(zhǎng)度為超聲波換能器發(fā)射信號(hào)的2~4個(gè)周期。
[0017] 本發(fā)明的方法中，時(shí)窗波的長(zhǎng)度能夠?yàn)槌暡〒Q能器發(fā)射信號(hào)的2~4個(gè)周期，從 而能夠較佳地保證進(jìn)行相似性檢測(cè)時(shí)的精確性，并能夠較佳地降低進(jìn)行相似性檢測(cè)時(shí)的運(yùn) 算量。
[001引作為優(yōu)選，步驟S中，相似性檢測(cè)的算法如下，
[0020] 上式中，O為相似度值，Xi為時(shí)窗波的長(zhǎng)度在區(qū)間[l，n]內(nèi)的幅度值序列，yi為完整 波列的長(zhǎng)度在區(qū)間[1，n]內(nèi)的幅度值序列。
[0021] 本發(fā)明的方法中，相似性檢測(cè)的算法能夠結(jié)合皮爾遜相關(guān)系數(shù)的波形匹配算法和 歐式距離算法，從而能夠較佳地識(shí)別匹配點(diǎn)。
[0022] 作為優(yōu)選，步驟= (S130)中，完整波列在超聲波換能器發(fā)射信號(hào)發(fā)射后進(jìn)行采集。
[0023] 作為優(yōu)選，超聲波換能器發(fā)射信號(hào)發(fā)射后，延時(shí)IOus對(duì)完整波列進(jìn)行采集。
[0024] 本發(fā)明的方法中，完整波列能夠延時(shí)進(jìn)行采集，從而能夠較佳地去除因超聲波換 能器起震而造成的干擾。
【附圖說明】
[0025] 圖1為實(shí)施例1中所提供方法的步驟示意圖；
[0026] 圖2為超聲波換能器的發(fā)射信號(hào)在鉆井中的傳播示意圖；
[0027] 圖3為超聲波井徑測(cè)井儀位于井眼中央時(shí)的完整波列示意圖；
[0028] 圖4為超聲波井徑測(cè)井儀貼近井眼內(nèi)壁時(shí)的完整波列示意圖；
[0029] 圖5為圖3中的波形減去基波后的波形示意圖；
[0030] 圖6為對(duì)圖4中的波形進(jìn)行處理后與完整波列中各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相似度值序列圖；
[0031] 圖7為對(duì)圖4中的波形應(yīng)用皮爾遜互相關(guān)算法時(shí)滑動(dòng)時(shí)窗匹配系數(shù)序列圖；
[0032] 圖8為對(duì)圖4中的波形應(yīng)用歐式距離算法時(shí)滑動(dòng)時(shí)窗匹配系數(shù)序列圖；
[0033] 圖9為實(shí)施例1中待篩選井壁返回波列的波形包絡(luò)線圖；
[0034] 圖10為基于圖2中的雙重回波示意圖；
[0035] 圖11為超聲波井徑測(cè)井儀偏屯、情況下橫截面示意圖；
[0036] 圖12是超聲波井徑測(cè)井儀井下偏屯、情況下井徑原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[003引實(shí)施例1
[0039] 如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種用于確定超聲波隨鉆井徑測(cè)井中一次反射回波 的方法，其包括W下步驟，
[0040] 步驟一 SllO:選取基波，定義由超聲波換能器因起震而產(chǎn)生的信號(hào)反射回的波簇 為延時(shí)波，截取延時(shí)波及延時(shí)波之前的波為基波；
[0041] 步驟二S120:選取時(shí)窗波，定義由超聲波換能器的發(fā)射信號(hào)反射回的波簇為井壁 回波簇，截取一次完整的井壁回波簇為時(shí)窗波；
[0042] 步驟=S130:獲取形似波列，定義超聲波換能器接收到的完整反射回波列為完整 波列，將完整波列減去基波后采用時(shí)窗波進(jìn)行相似性檢測(cè)，計(jì)算完整波列中各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相 似度值O，選取與時(shí)窗波最相似的波列為形似波列；
[0043] 步驟四S140:獲取待篩選井壁返回波列，設(shè)定一相似度闊值，將形似波列中相似度 值曰低于相似度闊值的波形剔除，經(jīng)剔除后的形似波列即為待篩選井壁返回波列；
[0044] 步驟五S150:獲取井壁返回波列，檢測(cè)待篩選井壁返回波列中任一波形之后是否 存在一個(gè)幅值較大波形，若存在，則舍棄該幅值較大波形之前的所有波形并將剩余波列作 為井壁返回波列，若不存在，則待篩選井壁返回波列即為井壁返回波列；
[0045] 步驟六S160:選取臨時(shí)一次反射回波，W井壁返回波列中的最后一個(gè)波形為臨時(shí) 一次反射回波，記該臨時(shí)一次反射回波的接收時(shí)間為TN，幅值為AN;
[0046] 步驟屯S170:雙重回波判定，將臨時(shí)一次反射回波的接收時(shí)間TN與井壁返回波列 中所有位于臨時(shí)一次反射回波之前的波形的接收時(shí)間Tl~TN-I進(jìn)行比較，若存在一個(gè)整數(shù) m，且1如^ (N-I)，使得TN=2化，則將m賦值給N并返回步驟六，直至不存在該整數(shù)m，此時(shí)所 選取臨時(shí)一次反射回波即為最終一次反射回波；
[0047] 步驟八S180,輸出數(shù)據(jù)，輸出最終一次反射回波的接收時(shí)間TN和幅值為AN。
[0048] 通過圖1的邏輯步驟可W得到每個(gè)換能器從發(fā)射開始到接收到井壁回波的時(shí)間間 隔，進(jìn)而可W算出換能器表面到井壁的間隔S，即：
[0049] Sl = (tl-t0)*v0/2;
[0化0] S2 = (t2-t0)*v0/2；
[0化1] S3 = (t3-t0)*v0/2;
[0化2] rl = Sl+r；
[0化3] r2 = S2+r；
[0化4] r3 = S3+r。
[0055] 上式中tl，t2和t3分別表示井壁回波到換能器開始發(fā)射時(shí)的時(shí)間，to表示延時(shí)波 接收到的時(shí)間，r表示儀器半徑，rl，r2和r3分別表示儀器中屯、點(diǎn)到井壁的距離，如圖11所 /J、- O
[0056] 由圖11、圖12所示，超聲波井徑測(cè)井儀在偏屯、情況下，W圓Ol代表井眼，圓02代表 井徑儀偏屯、放置在圓Ol中，a'、b'、c'代表井徑儀=個(gè)均布換能器與井徑儀圓屯、的連結(jié)延長(zhǎng) 線在井壁的交點(diǎn)。
[0化7]設(shè)：〇2曰' =rl，02b' =r2,02c' =r3。
[0化引由S角形余弦定理可知：
[0059] a' b' 2 = rl2甘22-2村1'村2' COS120。；
[0060] b' C' 2 = r22甘32-2村2'村3' COS120。；
[0061 ] a' C' 2 = rl2甘32-2村1'村3' COS120。。
[0062] S角形a'b'c'的半周長(zhǎng)：
[0063] p = (a'b'+a'c'+b'c'）/2。
[0064] 即可根據(jù)海倫公式求得S角形面積：
[0066] S角形a ' b ' C '的外接圓Ol的半徑為：
[0073] R是最終通過=個(gè)換能器測(cè)得的井徑回波數(shù)據(jù)最終得到的井眼半徑值，通過井眼 半徑值可求得超聲波井徑測(cè)井儀的偏屯、距:E2 = R2-CU
[0074] 最終得到偏屯、角白：
[0076] 如圖2所示，為超聲波換能器的發(fā)射信號(hào)在鉆井中的傳播示意圖。其中，標(biāo)號(hào)1代表 超聲波換能器，標(biāo)號(hào)2代表超聲波井徑測(cè)井儀(其設(shè)于鉆頭內(nèi)用于安裝超聲波換能器），標(biāo)號(hào) 6代表井內(nèi)泥漿層，標(biāo)號(hào)7代表井眼內(nèi)壁。超聲波換能器1上設(shè)有陶瓷震蕩碟片24,陶瓷震蕩 碟片24上連接有導(dǎo)線25,陶瓷震蕩碟片24外側(cè)設(shè)有朝向井眼內(nèi)壁7的罩體8,罩體8由延時(shí)材 料制成且構(gòu)造成卿趴狀。高頻脈沖電壓通過導(dǎo)線25施加在陶瓷震蕩碟片24上，從而使得陶 瓷震蕩碟片24處產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)26。
[0077] 由于罩體8與井內(nèi)泥漿層6交界處的聲阻抗不同，從而發(fā)射信號(hào)26