CN102562046A - 一种井壁图像获取仪器、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种井壁图像获取仪器、系统及方法。所述的井壁图像获取仪器包括：仪器本体；第一电阻率成像装置及第二电阻率成像装置，分别用于从井壁获取第一电阻率成像数据和第二电阻率成像数据后发送给遥测模块，其中：第一电阻率成像装置及第二电阻率成像装置分别包括：多个极板；每一所述极板通过一个支撑臂相连于所述仪器本体；每一所述极板上设置有多个电极；超声波电视仪器，设置于所述仪器本体上，将采集到的超声波图像数据发送给遥测模块；遥测模块，设置于所述仪器本体上，将接收到的所述第一电阻率成像数据、所述第二电阻率成像数据以及所述超声波图像数据输出。利用本发明提供的技术方案能够得到完整的井壁图像数据。

Description

一种井壁图像获取仪器、系统及方法

技术领域

本发明属于碳氢化合物的勘探技术领域，涉及通过电法测井和声波测井来观察地层构造的技术，具体的讲是一种井壁图像获取仪器、系统及方法。

背景技术

微电阻率(或微电导率)技术已经用于无套管测井中，可得到井壁的二维图像。超声成像技术已经用于套管井或无套管井中，可以测量地层岩石的声学参数，得到井壁的二维成像。

上述两种技术可以用来评价已钻井的地层的特点。这两种技术提供了薄层、裂缝和断层的识别等信息。这些信息有助于确定钻孔是否穿透了碳氢化合物(例如石油或天然气)蕴藏的地层，以及碳氢化合物是否具有商业开采价值。这两种技术又有些差别，如超声成像仪器可以应用在泥浆电阻率很高的井眼中(例如油基泥浆或其它非导电泥浆中)，进行全井眼成像，但是微电阻率成像技术在油基泥浆中的应用受到限制，虽然现在已经开发出了很多油基泥浆微电阻率成像装置，但是他们的分辨率已经下降很多，同时已经开发出的微电阻率成像装置在测井中不能全部覆盖井壁，得不到井壁的全部信息；而在一些泥浆比重很大的井眼中超声成像仪器得不到很好的地层特点信息。

无论使用微电阻率技术或者超声成像技术都只能得到如图1所示的井下图像，其中：51是井眼11的井壁内部。左边的边缘可以与右边的边缘相连接，构成一个圆形的完整的井壁。能够看出，地层信号53和一些其他感兴趣的特征55(这可能对决定蕴藏石油地层的位置有用)非常明显。图片51上有缝隙57。竖直的缝隙57表明数据有丢失，而且从常用成像仪器的极板所井壁图像不完整。缝隙57的宽度取决于井眼11的直径。对于大的井孔、相同尺寸的成像仪器，因为极板必须呈放射状向外伸展的更开才能与井壁接触，因此缝隙也越大。由图1可知，该井下图像并不完整，也就是说，并未显示出井壁的全部信息。

因此，业内亟需一种井壁图像获取技术，来克服分别利用微电阻率成像和声波成像获取井壁图像所存在的缺陷。

发明内容

本发明实施例提出一种井壁图像获取仪器、系统及方法，以解决现有技术对全井眼采集图像时无法井壁的全部信息的问题。

本发明的目的之一是：提供一种井壁图像获取仪器，该井壁图像获取仪器包括：

仪器本体；

第一电阻率成像装置及第二电阻率成像装置，分别用于从井壁获取第一电阻率成像数据和第二电阻率成像数据后发送给遥测模块，其中：第一电阻率成像装置及第二电阻率成像装置分别包括多个极板，每一所述极板通过一个支撑臂相连于所述仪器本体，每一所述极板上设置有多个电极；

超声波电视仪器，设置于所述仪器本体上，将采集到的超声波图像数据发送给遥测模块；

遥测模块，设置于所述仪器本体上，将接收到的所述第一电阻率成像数据、所述第二电阻率成像数据以及所述超声波图像数据输出。

本发明的另一目的是：提供一种井壁图像获取系统，所述的井壁图像获取系统包括：井壁图像获取仪器、地面控制端；

其中：所述的井壁图像获取仪器包括：仪器本体；第一电阻率成像装置及第二电阻率成像装置，分别用于从井壁获取第一电阻率成像数据和第二电阻率成像数据后发送给遥测模块，其中：第一电阻率成像装置及第二电阻率成像装置分别包括多个极板，每一所述极板通过一个支撑臂相连于所述仪器本体，每一所述极板上设置有多个电极；超声波电视仪器，设置于所述仪器本体上，将采集到的超声波图像数据发送给遥测模块；遥测模块，设置于所述仪器本体上，将接收到的所述第一电阻率成像数据、所述第二电阻率成像数据以及所述超声波图像数据输出至所述的地面控制端。

本发明的又一目的是：提供一种上述的井壁图像获取仪器的井壁图像获取方法，所述的方法包括：

从所述第一电阻率成像装置获取第一电阻率成像数据，并将所述第一电阻率成像数据发送给遥测模块；

从所述第二电阻率成像装置获取第二电阻率成像数据，并将所述第一电阻率成像数据发送给遥测模块；

将所述遥测模块接收到的所述第一电阻率成像数据、所述第二电阻率成像数据以及所述超声波图像数据输出。

本发明的有效果在于：本发明提供的技术方案，利用了井下电阻率成像技术与超声波电视成像技术所得到的电阻率成像数据和超声波成像数据，将这两部分数据输送至地面控制端，以用于地面控制端进行数据处理后得到完整的井壁图像数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为利用现有技术所得到的井壁图像示意图；

图2为井眼示意图；

图3为井壁图像获取仪器的结构示意图；

图4是图3中从III-III进行切割后的剖视图；

图5是极板的结构示意图；

图6是通信模块和微电阻率成像装置的电气方框图；

图7是利用本发明图像获取仪器所得到的井壁图像示意图；

图8是地面数据处理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2所示为一个井眼的示意图，以下将结合该井眼来介绍本发明实施例提供的井壁图像获取仪器。如图2所示，井眼11穿过地面13向下延伸到不同的地层。井眼11是无套管的。井壁图像获取仪器15通过缆绳17悬浮在钻井中。钻井周围地层的碳氢化合物的容积与是否能开采将被井壁图像获取仪器评估。

缆绳17不仅使井壁图像获取仪器15悬浮，同时也是电源和数据传输电缆。缆绳延伸到地面，在那里它绕在一个卷扬机19上，来将井壁图像获取仪器15提升或下降。缆绳17中间的导线与电源21相连，给井壁图像获取仪器15上各种部件的运行提供必须的电源。同时，电缆17与地面控制端相连接，该地面控制端包括：调制解调器23和处理器25。具体地：电缆17与地面的调制解调器23相连，与井壁图像获取仪器15之间进行通讯。地面处理器25与调制解调器23相连，它处理测量数据并生成井壁的图像。另外，处理器25向井下仪器发送命令来控制测量。

依照实施例，图3和图4中显示了本发明的井壁图像获取仪器15。该井壁图像获取仪器15包括：仪器本体37(其形体可以为如图中的柱体结构，也可以为其他结构)、设置在仪器本体37上的两个微电阻率或微电导率成像装置(譬如：图中的第一微电导率成像装置29U、第二微电导率成像装置29L)和一个可以旋转的超声波电视仪器10。第一微电导率成像装置29U、第二微电导率成像装置29L。第一电阻率成像装置29U被间隔设置在所述仪器本体37上，并且沿着所述仪器本体37的方向(图中所示的竖直方向)上彼此构成补偿。

也就是说，井壁图像获取仪器15包括一个位于仪器本体37上部的上电阻率成像装置29U和一个仪器本体37下部的位于下电阻率成像装置29L。电阻率成像装置29U和29L的结构可以完全相同或者微有差异，本发明并不以此为限。单独的电阻率成像装置很常见。例如：像这样的成像装置在美国专利号为4,468,623的专利中介绍的很详细，这篇公开的专利本文作为参考文献引用。但是，本文所描述的组合成像仪器是特殊的，其不同之处在于：下电阻率成像装置29L与上电阻率成像装置29U之间通过隔离器31连接，即：隔离器31从电性和机械两方面将下电阻率成像装置29L与上电阻率成像装置29U隔离开。

以下详细介绍电阻率成像装置的具体结构：每个电阻率成像装置(电阻率成像装置29U和电阻率成像装置29L)均具有一套极板33。每个极板33都与一个支撑臂35相连，即：支撑臂35的一端连接于仪器本体37，支撑臂35的另一端连接于极板33。而支撑臂35与仪器本体37之间为活动连接，该活动连接使得支撑臂35与仪器本体37之间的夹角为0-180度，这样，支撑臂35允许极板在安装位置(极板贴近仪器主体37)和伸展位置(极板33呈放射状向外展开与井眼11的井壁接触)之间切换。而支撑臂35用弹簧推动或马达驱动使极板33与井眼11的井壁接触。

进一步地，如图5所示，每个极板33均具有一系列按钮电极39。在本实施例中，按钮电极39排列成两行(当仪器处于竖直位置时)。每个极板具有一定数量的按钮电极39，某一行中的按钮电极与另一行中的按钮电极互相补偿或交错。本发明并不限于此两行按钮电极39的布局，本领域的技术人员能够根据需求，将按钮电极39排列成多行。在电阻率成像装置29U和29L的测量运行中，电流持续通过按钮电极39流入井壁的地层中。一个典型的运行频率是10kHz。每个电阻率成像装置的极板33和支撑臂35都是独立的，并且在纵向上对另一个电阻率成像装置的极板33和支撑臂35构成补偿。

在本实施例中，优选的是，每个电阻率成像装置29U和29L均具有6个极板，每隔60°一个。极板中的三个处于仪器上较高位置，两两间成120°间隔，另外三个极板处于仪器上较低位置，两两间成120°间隔。极板允许竖直晃动，当安装后，覆盖了圆周上近120°的距离。在本发明中，极板33和按钮电极39的数量能够改变或不同。

电阻率成像装置29L通过隔离器31与电阻率成像装置29U相连。隔离器31完全从电气上隔绝了电阻率成像装置29U的发射(极板部分)对电阻率成像装置29L的影响。井壁图像获取仪器15能够包括其他仪器41(见图6)，例如：中子和伽马射线测量仪器。另外，井壁图像获取仪器包括一个遥测模块39，这个模块在井壁图像获取仪器的顶端附近。遥测模块39与缆绳17中的导线电气相连。另外，仪器29L、29U和遥测模块39通过内部仪器总线43(见图6)相连。电阻率成像装置及第二电阻率成像装置，分别用于从井壁获取第一电阻率成像数据和第二电阻率成像数据后发送给遥测模块。此外，超声波电视仪器，将采集到的超声波图像数据发送给遥测模块；遥测模块，将接收到的所述第一电阻率成像数据、所述第二电阻率成像数据以及所述超声波图像数据输出至地面控制端。

图7是利用本发明图像获取仪器所得到的井壁图像示意图。相对于图1中根据现有技术所得到的井壁图像示意图，本发明的技术方案消除或减少了图片中的缝隙57。

电阻率成像装置29U的极板33呈圆形补偿了电阻率成像装置29L的极板，对钻井11的井壁形成了完全覆盖。对本实施例，每个电阻率成像装置29L和29U都有6个间隔60°的极板，上电阻率成像装置29U的极板补偿了下电阻率成像装置29L极板30°。下电阻率成像装置29L的极板呈圆形与上电阻率成像装置29U的极板间的缝隙对齐，缺陷被弥补了。对常规尺寸的钻井，保证了井壁的完全覆盖，因此，图片59(见图7)中消除了所有缝隙。图片51、59是一个钻井的完整圆形成像。

本发明增强了微电阻率成像装置的高精度。通过为常规尺寸钻井提供无缝隙和完全的图像，能够得到井眼的更多信息。对于大尺寸的钻井，缝隙实际上得到了减少。

上下电阻率成像装置在组装成井壁图像获取仪器是互相间用隔离器31连接。隔离器31能被调节或机械活动以便某一仪器的极板能呈圆形补偿另一仪器。井壁图像获取仪器可能会增加其他仪器，缆绳17将与井壁图像获取仪器的上端相连。

在测量操作中，进行电阻率测量，井壁图像获取仪器可能会在井中旋转。当井壁图像获取仪器被上提向地面时，它可能会依其纵向转轴旋转。这种旋转是缆绳向上拉仪器的一个结果，这种缆绳允许沿着其长度方向进行大量的旋转或缠绕。例如：一个极板在1000英尺深时可能朝向北方(在一个竖直的井中)，当井壁图像获取仪器移动到980英尺时，那个极板可能被旋转到面向东方(旋转了90°)。

井中的仪器旋转和堆叠有很多原因。例如：井孔不同心、井的一边被钻头磨光(极板会顺着井中磨光的轨迹)或缆绳可能被缠绕或没有缠绕等。在某些环境下，组合仪器在特定井中的缠绕或旋转的数量和旋转的方向能被预测。这些预测基于钻井的前期纪录或测试。

因为井壁图像获取仪器可能会缠绕，上下电阻率成像装置极板的补偿应该不同，以便更好的测量特定的钻井。理想情况下，在任何给定的深度下都能得到补偿，井的成像或纪录是完整的。这样，上仪器纪录或成像井壁的第一部分，然后，下仪器纪录或成像井壁的第二部分。独立的第一第二部分是一个带(图4显示了第一部分的带被缝隙57分开)。如果井壁图像获取仪器没有旋转，那么第一和第二部分可能是直的，如果井壁图像获取仪器在井中发生了旋转，那么可能就是螺旋的。

在一个特定的深度，获得的第二部分正好是第一部分的缝隙处，这样就完全覆盖了井壁。上下电阻率成像装置间的补偿正是要通过选择来得到这种全覆盖。

在一些位置，井壁图像获取仪器中上仪器的极板和下仪器的极板间的补偿为0，对于这种0补偿，上仪器的极板呈圆形与下仪器的极板对齐。这种0补偿在某些特定场合下会很有用。例如井壁图像获取仪器的一个实施例中有2个仪器，每个电阻率成像装置都有6个间隔60°的极板，如果井壁图像获取仪器在一定范围之内旋转近30°，相当于两套极板间的距离，这时0补偿就被利用。比如，在一个特定深度，上电阻率成像装置的极板分别朝向0、60、120、180、240和300°(在一个竖直的井中)，下仪器的极板与它的朝向完全一致。当井壁图像获取仪器朝地面移动时，旋转了30°同时下仪器的极板到达前面的特定深度，这时，下电阻率成像装置的极板分别朝向30、90、150、210、270和330°。下电阻率成像装置的极板旋转对应到第一部分缝隙的位置。

如果井壁图像获取仪器旋转过多或过少，将会应用两套极板间的非0补偿。如果在一个特定井中井壁图像获取仪器的旋转度数未知，那么假设一个旋转度数，上下电阻率成像装置的极板间的补偿就能够选择。

特殊情况下，在小直径井中，通过上仪器的极板得到的第一部分井壁图像与下仪器的极板得到的第二部分井壁图像可能有一些重叠。当极板向外伸展的长时，比如在大直径井中，重叠部分将减少。在更大的井中，第一部分和第二部分间会有很小的缝隙，当极板向外伸展的过大时，井壁的完全覆盖将不在可能。

上下电阻率成像装置29U和29L的组成元件和遥测模块39如图6所示。每个成像电阻率成像装置29U和29L包含一个处理器61。处理器与内部总线43相连。每个处理器都与一个数据生成器63相连。每个数据生成器63轮流与极板33相连。极板包含一个活动电路65(包括一个电流源和多路按钮开关)。另外，每个极板的电路65都有一个模数(A/D)转换器相连。每个电阻率成像装置也包括一个电源(未画出)来从缆绳18接收电能。

电源为独立极板中的按钮电极提供电流。极板电路65中的模数转换器将流过独立按钮电极的电流变化转变为数字信号。数据产生器63和处理器61将数字信号转化并组织成为可用的格式。超声电视仪器10经过内部信号处理将模拟信号转换为数字信号并进行组织成为可用格式。处理器61将电阻率成像数据和超声成像数据进行综合整理变换为固定格式，并将数据送入总线43传送到地面。

旋转的超声成像仪器是一个带有电机的自发自收换能器的探头体，旋转电机可以带动换能器沿仪器轴线旋转每秒6周，每周换能器发射250个脉冲，接收250个测量数据。超声成像仪器的采集与电阻率成像装置共用一个电源，数据采集是同步的。

遥测模块39通过缆绳17将数据从电阻率成像装置29U、29L、超声仪器10和其它仪器41传送到地面。遥测模块39具有一个与总线43相连的处理器67。处理器67与调制解调器69相连，这个调制解调器通过缆绳17将数据传送到地面。另外，处理器67通过调制解调器69接收地面设备的命令，然后控制仪器29U、29L、10和41。

如图8所示，地面接收到井下仪器传上来的数据后进行记录，记录的数据在处理中首先经过地面数据格式解编(步骤81)，将井下按照固定格式编排的电阻率、超声成像等数据按照要求的格式进行重新编排，然后将电阻率成像装置29和超声电视成像仪器数据进行深度对齐(步骤82)，将他们在不同时间记录的相同深度的采样数据进行深度对齐，对齐后的数据进行电阻率和超声电视成像数据分离(步骤83)，将各自的数据打包分别处理，电阻率数据处理(步骤85，86)，首先对数据进行检测、归一化、加速度校正、灰度成像等过程完成对电阻率成像装置数据到图像的转换，同样的完成超声成像仪器等处理得到超声图像(步骤84、87)，电阻率和超声图像经过图像合成处理(步骤88)，得到一口井的电阻率和超声成像图像提供解释专家进行地质解释。

本实施例仅以两个电阻率成像装置为例，进行介绍，但本发明并不以此为限，本领域的技术人员能够本实施例所揭示的技术方案，间隔设置3个或者任意多个电阻率成像装置。这些都应落在本发明的保护范围内。

本发明的有效果在于：发明提供的技术方案，利用了井下的电阻率成像技术与超声波电视成像技术所得到的电阻率成像数据和超声波成像数据，将这两部分数据输送至地面控制端，以用于地面控制端进行数据处理后得到完整的井壁图像数据。本发明消除了电阻率图像的间隙，对井眼的覆盖是全部或100％，同时可以得到全部井眼的声波成像。本发明使用了更多呈圆形布置的极板进行补偿，覆盖了全部的电阻率成像的缝隙。

以上实施例，只是本发明优选的具体实施方式，所属领域的技术人员在本发明的技术方案内进行的通常变化、更改或者替换都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种井壁图像获取仪器，其特征在于，所述的井壁图像获取仪器包括：

仪器本体；

第一电阻率成像装置及第二电阻率成像装置，分别用于从井壁获取第一电阻率成像数据和第二电阻率成像数据后发送给遥测模块，其中：第一电阻率成像装置及第二电阻率成像装置分别包括多个极板，每一所述极板通过一个支撑臂相连于所述仪器本体，每一所述极板上设置有多个电极；

超声波电视仪器，设置于所述仪器本体上，将采集到的超声波图像数据发送给遥测模块；

遥测模块，设置于所述仪器本体上，将接收到的所述第一电阻率成像数据、所述第二电阻率成像数据以及所述超声波图像数据输出。

2.如权利要求1所述的井壁图像获取仪器，其特征在于，所述第一电阻率成像装置及所述第二电阻率成像装置间隔设置在所述仪器本体上，并且沿着所述仪器本体的方向上彼此构成补偿。

3.如权利要求2所述的井壁图像获取仪器，其特征在于，所述第一电阻率成像装置及所述第二电阻率成像装置之间彼此电性隔离。

4.如权利要求1所述的井壁图像获取仪器，其特征在于，所述支撑臂与所述仪器本体之间为活动连接，所述支撑臂与所述仪器本体之间的夹角为0-180度。

5.如权利要求2所述的井壁图像获取仪器，其特征在于，所述遥测模块通过电缆将接收到的所述电阻率成像数据以及所述超声波图像数据输出至地面控制端。

6.一种井壁图像获取系统，其特征在于，所述的井壁图像获取系统包括：井壁图像获取仪器、地面控制端，其中：

所述的井壁图像获取仪器包括：

仪器本体；

第一电阻率成像装置及第二电阻率成像装置，分别用于从井壁获取第一电阻率成像数据和第二电阻率成像数据后发送给遥测模块，其中：第一电阻率成像装置及第二电阻率成像装置分别包括多个极板，每一所述极板通过一个支撑臂相连于所述仪器本体，每一所述极板上设置有多个电极；

超声波电视仪器，设置于所述仪器本体上，将采集到的超声波图像数据发送给遥测模块；

遥测模块，设置于所述仪器本体上，将接收到的所述第一电阻率成像数据、所述第二电阻率成像数据以及所述超声波图像数据输出至所述的地面控制端。

7.如权利要求6所述的井壁图像获取系统，其特征在于，所述第一电阻率成像装置及所述第二电阻率成像装置间隔设置在所述仪器本体上，并且在沿着所述仪器本体的方向上彼此构成补偿。

8.如权利要求7所述的井壁图像获取系统，其特征在于，所述第一电阻率成像装置及所述第二电阻率成像装置之间彼此电性隔离。

9.如权利要求6所述的井壁图像获取系统，其特征在于，所述支撑臂与所述仪器本体之间为活动连接，活动连接使得所述支撑臂与所述仪器本体之间的夹角为0-180度。

10.一种利用如权利要求1所述的井壁图像获取仪器的井壁图像获取方法，其特征在于，所述的方法包括：

从所述第一电阻率成像装置获取第一电阻率成像数据，并将所述第一电阻率成像数据发送给遥测模块；

从所述第二电阻率成像装置获取第二电阻率成像数据，并将所述第一电阻率成像数据发送给遥测模块；

将所述遥测模块接收到的所述第一电阻率成像数据、所述第二电阻率成像数据以及所述超声波图像数据输出。

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