CN103867199A - 一种风化壳的识别装置 - Google Patents

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杨文飞
史鸿祥
雷军
杨靖
谢平
肖雅楼
王振飞
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Shanghai SK Petroleum Chemical Equipment Corp Ltd
Shanghai SK Petroleum Technology Co Ltd
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Shanghai SK Petroleum Chemical Equipment Corp Ltd
Shanghai SK Petroleum Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种风化壳的识别装置，包含：信号采集器，其安装在钻柱顶部，采集钻头破碎岩石所产生的振动声波；滤波器，其与信号采集器相连；无线发射器，其与滤波器相连，将滤波器过滤后的振动声波发射出去；无线接收器，其与无线发射器通过电磁波实现无线通讯；无线接收器与外部的计算机相连；计算机生成振动声波频谱。本发明有效将风化壳上下地层岩性振动声波频率特征提取出来。

Description

一种风化壳的识别装置
技术领域
本发明涉及石油探测领域，特别涉及一种风化壳的识别装置。
背景技术
1960年，法国Elf公司首次利用安装在钻柱顶部的短节，测量钻柱振动规律。该无线传输方式只能通过信号的模拟调频FM(frequency modulation)和调幅AM(amplitude modulation)方式完成，由于那个时代还没有数字通讯方式，信号很容易受到现场作业信号的干扰，产品缺乏可信度，不能有效解决实际问题而放弃了这项技术的开发。
1984年，美国Arco公司利用安装在钻柱顶部的短节，采集0-300Hz信号，研究钻柱振动规律。1986年，法国Elf公司利用安装在钻柱顶部的短节，采集0-500Hz信号，研究钻柱振动规律。于这些分析工具都是通过一个“测量短节”嵌入钻柱顶部系统中，使用上很不方便，而且信号的测量范围一般在300 Hz以内，主要是进行钻柱的动态行为测量和故障分析，像钻头泥包、粘卡等，限制了它们广泛应用。
以上研究主要对钻柱的工作状态做出分析，并未用于岩性的识别。
2000年，加拿大Datalog首次提出钻柱振动声波的概念，分析1000Hz以上的高频信号，用于研究岩性变化。2004年，加拿大Chinada International Inc.公司研制出测量钻柱振动声波的产品（VWD），并应用于现场，获取了大量资料，证明振动声波变化与岩性有直接关系。
发明内容
本发明的目的是提供一种风化壳的识别装置，该装置能有效将风化壳上下地层岩性振动声波频率特征提取出来。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种风化壳的识别装置，其特点是，包含：
信号采集器，其安装在钻柱顶部，采集钻头破碎岩石所产生的振动声波；
滤波器，其与信号采集器相连；
无线发射器，其与滤波器相连，将滤波器过滤后的振动声波发射出去；
无线接收器，其与无线发射器通过电磁波实现无线通讯，接收钻头破碎岩石所产生的振动声波；
所述的无线接收器与外部的计算机相连；
所述的计算机生成振动声波频谱，根据生成的振动声波频谱识别该地质分层是否为风化壳。
所述的信号采集器为声波传感器。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明利用安装在钻柱顶部的随钻测量工具，通过钻柱做为振动声波的传输载体，直接接收钻头破碎地层时产生的振动声波，给出实时的地质分层，岩性界面预判和油藏特征。
附图说明
图1为本发明一种风化壳的识别装置的模块图；
图2为本发明信号采集器的安装示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，一种风化壳的识别装置，包含：信号采集器1，其安装在钻柱顶部，采集钻头破碎岩石所产生的振动声波（参见图2）；滤波器2，其与信号采集器1相连；无线发射器3，其与滤波器2相连，将滤波器2过滤后的振动声波发射出去；无线接收器4，其与无线发射器3通过电磁波实现无线通讯；无线接收器4与外部的计算机5相连；计算机5生成振动声波频谱，根据生成的振动声波频谱识别该地质分层风化壳。所述的信号采集器1为声波传感器，该传感器型号为Chinada-xyz。
按照声波理论，声波在刚体中的传播距离主要取决两个因素，一个是声波的频率，另一个是声波的强度，见以下公式。式中：D-声波沿刚体的传输距离；f-声波信号的频率；I-声波的强度。Function() 代表函数，表明D是f和I的函数。
D= Function(1/f,I)--------------------(1)
按照公式(1)，声波频率越高，传输距离越近，但声波强度越大，传输距离越远，事实上，钻头在切削地层的钻进过程中必须具有巨大的机械能，这种能量产生巨大的声波能量，足以使声波沿钻柱传输到钻柱顶部，其中信号的高频部分也随之传输至地面。
物理声波原理中，两种不同硬度的物体相撞，产生的声波频率取决于硬度较低的物体，所以钻柱和钻头本身的刚性介质远大于所钻地层岩石的硬度，在确保钻进的同时，也保证了通过钻柱收集到的信号反映的是钻头所钻遇地层的岩石特性信号。
另外，刚体又是一个良好的声波传导体，使振动声波信号通过钻柱传输至地面成为可能，按刚体传输声波速度为7000m/s计算，安装在钻柱顶部的信号采集器1在毫秒级内实时感受到钻遇地层信号，可以认为采集的信号与钻遇地层同步。
使用时，钻头破碎岩石所产生的振动声波通过钻柱传输到地面上安装在钻柱顶部的信号采集器1，并对信号采集和滤波，最后无线传输到PC端实时分析成图，该频谱图中的声波频率范围为1000Hz-10000Hz（其中1000-3000Hz相对的叫做低频段，3000-6000Hz为中频段、6000Hz-10000Hz后面的为高频段），风化壳在中频段主峰峰值较低，高频段主峰缺失，能反应频谱整体能矩特征的颜色参数较深；风化壳下部灰岩正好与之相反，中频段主峰峰值较高，高频段主峰相对丰富，能反应频谱整体能矩特征的颜色参数较浅，当现场钻井至该段时，通过谱图的此种变化特征就能识别出该地层为风化壳。又或者生成的频谱图中，在9500Hz的频段上，上砂岩段缺失高频段9500Hz的主频，其下泥岩段开始出现9500Hz的主频，该频谱图上下变化的部位则为风化壳。
综上所述，本发明一种风化壳的识别装置，该装置能有效将风化壳上下地层岩性振动声波频率特征提取出来。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (2)

1.一种风化壳的识别装置，其特征在于，包含：
信号采集器（1），其安装在钻柱顶部，采集钻头破碎岩石所产生的振动声波；
滤波器（2），其与信号采集器（1）相连；
无线发射器（3），其与滤波器（2）相连，将滤波器（2）过滤后的振动声波发射出去；
无线接收器（4），其与无线发射器（3）通过电磁波实现无线通讯，接收钻头破碎岩石所产生的振动声波；
所述的无线接收器（4）与外部的计算机（5）相连；
所述的计算机（5）生成振动声波频谱，根据生成的振动声波频谱识别该地质分层是否为风化壳。
2.如权利要求1所述的风化壳的识别装置，其特征在于，所述的信号采集器（1）为声波传感器。
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