CN111158058A - 一种基于地磁记忆的金属废弃井探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于地磁记忆的金属废弃井探测方法，利用了金属磁记忆方法来实现对地磁信号的采集，并通过后续的小波降噪，特征提取以及模糊识别模式的方法将所得的数字信号转换成直观的三维云图显示以及具体的位置及埋深。该种基于地磁记忆的金属废弃井探测方法，利用金属对地磁场的干扰特性以及金属磁记忆技术中对干扰磁场进行深度信号分析的研究思路，通过构建有限元分析模型及实验室模拟实验，系统全面的研究废弃井在地磁场中的影响规律及干扰因素；在此基础上开展基于小波变换的信号降噪处理和废弃井特征信号提取与模式识别，并开发数据处理流程，实现对废弃井采集数据的自动识别定位。
Description
技术领域
本发明属于废弃井检测领域技术领域，尤其涉及一种基于地磁记忆的金属废弃井探测方法。
背景技术
近几年来，地磁场在监测、预报环境、智能武器、战地信息对抗等方面显示出巨大的优越性，作为地球的天然资源，地磁场可为航天、航海等提供了免费坐标系,并且具有无辐射、能耗低、全天候和全地域等特点，因此近几年利用地磁场进行废弃井定位的技术也开始受到研究者和技术人员的关注。
目前，国内基于地磁场废弃井的探测主要应用地面高精度磁法、井下瞬变电磁法、三极直流电测深法以及金属磁记忆法进行综合勘查，在实验环境中能准确查明废弃油井位置、埋深等信息且效果明显，是较为理想且行之有效的物探方法。前三种方法的检测率虽然高，但尚处于试验研究阶段，设备比较复杂，对操作人员的技术和经验要求较高，存在着很多实际应用过程中的缺陷，尚没有被大规模的应用于废弃井的工程探测。而金属磁记忆方法虽克服了以上缺点，但依然存在较大缺陷：例如金属磁记忆方法针对目前所得到的数据，只能通过模糊判断来确定废弃井的位置，因此在数据处理效率方面较为低下，对操作人员要求较高。
发明内容
本发明提供了一种基于地磁记忆的金属废弃井探测方法，利用了金属磁记忆方法来实现对地磁信号的采集，并通过后续的小波降噪，特征提取以及模糊识别模式的方法将所得的数字信号转换成直观的三维云图显示以及具体的位置及埋深。具有识别精度高、对人员配置要求低、节约施工成本、提高工作效率等诸多优点，并具有很大的应用前景和市场价值。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种基于地磁记忆的金属废弃井探测方法，包括有如下步骤：
利用仿真构建形成基础模型，并结合实验数据构建形成模式库；
对金属磁记忆方法探测所得数据进行降噪处理；
将降噪处理后的金属磁记忆方法探测所得数据的信号特征与模式库进行比对；
将比对结果显示在GUI界面上，GUI界面显示内容中至少包括有三维显示图，废弃井坐标及埋深。
较为优选的，将金属磁记忆方法探测所得数据中油井套管对地磁场的影响范围以及极值大小与利用仿真构建形成基础模型中的对应值进行比对，并根据比对情况对基础模型中的参数进行修正。
较为优选的，应用路径搜寻技术，在基础模型中确定出金属磁记忆方法探测所得数据中信号特征最为明显的路径作为数据检索路径。
优选的，将金属磁记忆方法探测所得数据中位于数据检索路径上的数据提取作为高价值检索路径数据。
优选的，利用模板匹配技术及模糊识别技术，对高价值检索路径数据与模式库进行配对，并根据配对情况实现对废弃井位置的初步定位；初步定位的定位精度为＜±3m。
优选的，提取基础模型中XY向磁场分量；将基础模型中XY向磁场分量与废弃井位置的初步定位做函数关系拟合，并根据函数关系拟合情况实现对废弃井位置的精确定位；精确定位的定位精度为＜±1m。
优选的，对基础模型取上下间隔固定距离的磁场仿真数据做差，将所得的差值与埋深做函数关系拟合；并根据函数关系拟合情况实现对废弃井井深的定位。
进一步可选择的，还包括有如下步骤：
建立典型干扰物模式库；
通过模糊识别技术实现对典型干扰物的自动判别与筛选。
较为优选的，所述建立典型干扰物模式库的步骤具体包括有：
利用地磁场以及磁信号增强电感线圈分别对规格以及类型不同的8组标准管件进行磁化，并模拟地磁场的时间效应；
分别对标准管件、典型干扰物做磁场测试并比对，获取典型干扰物的磁场异常实验数据；
将获取所得典型干扰物的磁场异常实验数据汇总建立形成典型干扰物模式库。
本发明提供一种基于地磁记忆的金属废弃井探测方法，该种探测方法利用金属对地磁场的干扰特性以及金属磁记忆技术中对干扰磁场进行深度信号分析的研究思路，通过构建有限元分析模型及实验室模拟实验，系统全面的研究废弃井在地磁场中的影响规律及干扰因素；在此基础上开展基于小波变换的信号降噪处理和废弃井特征信号提取与模式识别，并开发数据处理流程，实现对废弃井采集数据的自动识别定位。
附图说明
图1为降噪处理后金属磁记忆方法探测所得数据中X磁分量强度曲线；
图2为降噪处理后金属磁记忆方法探测所得数据中Y磁分量强度曲线；
图3为降噪处理后金属磁记忆方法探测所得数据中Z磁分量强度曲线；
图4为路径分布散点图中定位所得的废弃井具体位置；
图5为定位废弃井埋深所用拟合公式曲线图；
图6为测试区域总磁场强度分布三维曲面显示图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于地磁记忆的金属废弃井探测方法，利用了金属磁记忆方法来实现对地磁信号的采集，并通过后续的小波降噪，特征提取以及模糊识别模式的方法将所得的数字信号转换成直观的三维云图显示以及具体的位置及埋深。具有识别精度高、对人员配置要求低、节约施工成本、提高工作效率等诸多优点，并具有很大的应用前景和市场价值。
其中，该种探测方法包括有如下步骤：
利用仿真构建形成基础模型，并结合实验数据构建形成模式库；
对金属磁记忆方法探测所得数据进行降噪处理；
将降噪处理后的金属磁记忆方法探测所得数据的信号特征与模式库进行比对；
将比对结果显示在GUI界面上，GUI界面显示内容中至少包括有三维显示图，废弃井坐标及埋深。
而为实现对典型干扰物的自动判别与筛选，该探测方法还包括有如下步骤：
建立典型干扰物模式库；
通过模糊识别技术实现对典型干扰物的自动判别与筛选。
其中，建立典型干扰物模式库的步骤可具体描述为：
较为优选的，所述建立典型干扰物模式库的步骤具体包括有：
利用地磁场以及磁信号增强电感线圈分别对规格以及类型不同的8组标准管件进行磁化，并模拟地磁场的时间效应；
分别对标准管件、典型干扰物做磁场测试并比对，获取典型干扰物的磁场异常实验数据；
将获取所得典型干扰物的磁场异常实验数据汇总建立形成典型干扰物模式库。
此外，较为优选的，将金属磁记忆方法探测所得数据中油井套管对地磁场的影响范围以及极值大小与利用仿真构建形成基础模型中的对应值进行比对，并根据比对情况对基础模型中的参数进行修正。
值得注意的是，在完成对基础模型中参数的修正后，进一步利用路径搜寻技术、模板匹配技术以及模糊识别技术，实现对废弃井位置以及深度的定位。
较为优选的，首先应用路径搜寻技术，在基础模型中确定出金属磁记忆方法探测所得数据中信号特征最为明显的路径作为数据检索路径。
而后，将金属磁记忆方法探测所得数据中位于数据检索路径上的数据提取作为高价值检索路径数据。
再然后，利用模板匹配技术及模糊识别技术，对高价值检索路径数据与模式库进行配对，并根据配对情况实现对废弃井位置的初步定位；初步定位的定位精度为＜±3m。
再然后，提取基础模型中XY向磁场分量；将基础模型中XY向磁场分量与废弃井位置的初步定位做函数关系拟合，并根据函数关系拟合情况实现对废弃井位置的精确定位；精确定位的定位精度为＜±1m。
最后，对基础模型取上下间隔固定距离的磁场仿真数据做差，将所得的差值与埋深做函数关系拟合；并根据函数关系拟合情况实现对废弃井井深的定位。
进一步结合测井磁场数据对本发明提供探测方法进行描述说明。首先，筛选金属磁记忆方法探测所得数据，提取得到包含经纬度信息、XYZ磁分量强度以及总磁场强度的行和列，并进而完成对废弃井位置的初步定位；具体的，将降噪处理后的XYZ磁分量强度曲线绘制在坐标轴区，如图1、图2、图3所示。其中，X和Z磁分量中的两条曲线分别对应的是上、下传感器探头采集的数据曲线，通过峰值提取，找到Z磁分量曲线峰值最大的测试点位置（即Z磁分量曲线中标注出的点），磁分量强度的单位为纳特（nT）。而后，以纬度为横坐标、经度为纵坐标绘制路径分布图，如图4所示；通过散点图来显示，将Z磁分量曲线峰值最大的测试点反演推出其对应的经纬度信息，即为废弃井的经纬度位置。其中，路径分布图中标注点表示废弃井的具体位置。
而后进一步完成对废弃井井深的定位，将基础模型取上下间隔固定距离的磁场仿真数据做差，并与废弃井埋深做函数关系拟合，如图5所示，计算后得到废弃井的埋深0.5米（在此，所代入的废弃井经纬度分别为经度118.543838°,纬度37.4561195°）。值得注意的是，在上述函数关系拟合过程中，具体使用的函数公式可记载为：Y=87444.93+158864.86*e(-x/0.215)。例如：将一口已知为0.4米埋深,磁场强度为118198nT的废弃井带入到拟合公式中，其计算所得埋深大概为0.35m，与真实值仅差12.5%。
最后，以纬度为X轴、经度为Y轴、总磁场强度为Z轴绘制测试区域的总磁场分布三维曲面，如图6所示。该三维图形可以直观的观察到测试区域的磁场强度分布，同时利用三维曲面可以实现三维旋转及数据游标选取。
本发明提供一种基于地磁记忆的金属废弃井探测方法，该种探测方法利用金属对地磁场的干扰特性以及金属磁记忆技术中对干扰磁场进行深度信号分析的研究思路，通过构建有限元分析模型及实验室模拟实验，系统全面的研究废弃井在地磁场中的影响规律及干扰因素；在此基础上开展基于小波变换的信号降噪处理和废弃井特征信号提取与模式识别，并开发数据处理流程，实现对废弃井采集数据的自动识别定位。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于地磁记忆的金属废弃井探测方法，其特征在于，包括有如下步骤：
利用仿真构建形成基础模型，并结合实验数据构建形成模式库；
对金属磁记忆方法探测所得数据进行降噪处理；
将降噪处理后的金属磁记忆方法探测所得数据的信号特征与模式库进行比对；
将比对结果显示在GUI界面上，GUI界面显示内容中至少包括有三维显示图，废弃井坐标及埋深。
2.根据权利要求1所述的一种基于地磁记忆的金属废弃井探测方法，其特征在于，将金属磁记忆方法探测所得数据中油井套管对地磁场的影响范围以及极值大小与利用仿真构建形成基础模型中的对应值进行比对，并根据比对情况对基础模型中的参数进行修正。
3.根据权利要求2所述的一种基于地磁记忆的金属废弃井探测方法，其特征在于，应用路径搜寻技术，在基础模型中确定出金属磁记忆方法探测所得数据中信号特征最为明显的路径作为数据检索路径。
4.根据权利要求3所述的一种基于地磁记忆的金属废弃井探测方法，其特征在于，将金属磁记忆方法探测所得数据中位于数据检索路径上的数据提取作为高价值检索路径数据。
5.根据权利要求4所述的一种基于地磁记忆的金属废弃井探测方法，其特征在于，利用模板匹配技术及模糊识别技术，对高价值检索路径数据与模式库进行配对，并根据配对情况实现对废弃井位置的初步定位；初步定位的定位精度为＜±3m。
6.根据权利要求5所述的一种基于地磁记忆的金属废弃井探测方法，其特征在于，提取基础模型中XY向磁场分量；将基础模型中XY向磁场分量与废弃井位置的初步定位做函数关系拟合，并根据函数关系拟合情况实现对废弃井位置的精确定位；精确定位的定位精度为＜±1m。
7.根据权利要求5所述的一种基于地磁记忆的金属废弃井探测方法，其特征在于，对基础模型取上下间隔固定距离的磁场仿真数据做差，将所得的差值与埋深做函数关系拟合；并根据函数关系拟合情况实现对废弃井井深的定位。
8.根据权利要求1所述的一种基于地磁记忆的金属废弃井探测方法，其特征在于，还包括有如下步骤：
建立典型干扰物模式库；
通过模糊识别技术实现对典型干扰物的自动判别与筛选。
9.根据权利要求8所述的一种基于地磁记忆的金属废弃井探测方法，其特征在于，所述建立典型干扰物模式库的步骤具体包括有：
利用地磁场以及磁信号增强电感线圈分别对规格以及类型不同的8组标准管件进行磁化，并模拟地磁场的时间效应；
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