CN112627809A - 超声成像测井装置和煤层裂缝预测方法 - Google Patents

超声成像测井装置和煤层裂缝预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超声成像测井装置和煤层裂缝预测方法，包括：声系单元、方位测量单元和采集传输单元，其中，声系单元，用于向目标测井的井壁发射固有频率的超声波脉冲信号，和接收由目标测井的井壁反射回来的超声反射信号；方位测量单元，用于测量目标测井的重力场信息和地磁场信息；采集传输单元，用于将超声反射信号、重力场信息和地磁场信息发送到目标终端，和接收来自目标终端的控制信号；目标终端为与超声成像测井装置相连接的终端设备。本发明缓解了现有技术中存在的纵向分辨率较低的技术问题。

Description

超声成像测井装置和煤层裂缝预测方法
技术领域
本发明涉及地球物理技术领域，尤其是涉及一种超声成像测井装置和煤层裂缝预测方法。
背景技术
煤层裂缝是在由于地质作用影响而产生的。裂缝不仅可以作为煤层气储集空间，而且还可以作为渗流通道，同时控制着煤层气藏的形成与分布。
目前常规裂缝预测方法有地震裂缝预测法和常规测井裂缝预测法，地震裂缝预测是通过地震属性的不连续性来识别裂缝，而常规测井裂缝预测是根据地层裂缝引起的测井异常响应进行预测，但是由于裂缝成因复杂、裂缝大小不等、裂缝形态多样、裂缝充填物多类以及岩性多变，导致了现有的煤层裂缝预测方法纵向分辨率较低的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤层裂缝预测的超声成像测井装置与预测方法，以缓解现有技术中存在的纵向分辨率较低的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种超声成像测井装置，包括：声系单元、方位测量单元和采集传输单元，其中，所述声系单元，用于向目标测井的井壁发射固有频率的超声波脉冲信号，和接收由所述目标测井的井壁反射回来的超声反射信号；所述方位测量单元，用于测量所述目标测井的重力场信息和地磁场信息；所述采集传输单元，用于将所述超声反射信号、所述重力场信息和所述地磁场信息发送到目标终端，和接收来自所述目标终端的控制信号；所述目标终端为与所述超声成像测井装置相连接的终端设备。
进一步地，所述声系单元，包括：换能器，聚焦反射器，脉冲电机和透声窗，其中，所述换能器，用于发射所述超声波脉冲信号，和接收所述超声反射信号；所述聚焦反射器，用于在所述目标测井的井壁处实现激发声波的反射；所述脉冲电机，用于带动所述聚焦反射器旋转；所述透声窗，用于减小声衰减。
进一步地，所述方位测量单元，包括：三分量重力加速度传感器和三分量磁阻传感器，其中，所述三分量重力加速度传感器，用于测量所述测井的三分量重力场；所述三分量磁阻传感器，用于测量所述测井的三分量地磁场。
进一步地，所述采集传输单元，包括：数据采集处理模块、数据传输模块和电源模块，其中，所述数据采集处理模块，用于获取所述超声反射信号、所述重力场信息和所述地磁场信息；所述数据传输模块，用于将所述超声反射信号、所述重力场信息和所述地磁场信息发送到所述目标终端；所述电源模块，用于为所述超声成像测井装置提供稳定的电源输出。
进一步地，所述电源模块为直流电源模块。
第二方面，本发明实施例还提供了一种煤层裂缝预测方法，应用于上述第一方面所述的超声成像测井装置，包括：利用所述超声成像测井装置，获取关于目标测井的原始成像测井数据；所述原始成像测井数据包括：超声反射信号、重力场信息和地磁场信息；基于所述原始成像测井数据，得到连续的超声成像测井旅行时和展开测井振幅图像；基于所述超声成像测井旅行时和所述展开测井振幅图像，预测所述目标测井所在的煤层的裂缝分布特征。
进一步地，基于所述原始成像测井数据，得到展开测井振幅图像，包括：对所述原始成像测井数据，以0°为磁北方向，沿井壁作360°展开操作，得到展开测井振幅图像。
进一步地，预测所述目标测井所在的煤层的裂缝分布特征，包括：基于所述展开测井振幅图像，计算所述目标测井的岩层倾角；其中，所述岩层倾角θ＝arctg(H/D)；H为所述展开测井振幅图像中的曲线的高度差值，D为所述目标测井的深度点实测井径。
进一步地，所述方法还包括：基于所述目标测井的重力场信息，得到所述目标测井的倾斜参数；基于所述目标测井的地磁场信息，得到所述目标测井的方位参数。
第三方面，本发明实施例还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行第二方面所述方法。
本发明实施例提供了一种超声成像测井装置和煤层裂缝预测方法，通过以声系单元、方位测量单元和采集传输单元组成的超声成像测井装置，采集超声波图像，实现对测井内壁超声波图像的测量，可以使得煤层裂缝预测过程具有高纵向分辨率，可以对裂缝性储层进行有效评价，缓解了现有技术中存在的纵向分辨率较低的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种超声成像测井装置的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种声系单元的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种方位测量单元的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种采集传输单元的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种煤层裂缝预测方法的流程图；
图6为本发明实施例提供的一种超声成像测井实现过程示意图；
图7为本发明实施例提供的一种裂缝在超声成像测井上的显示示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
实施例一：
针对煤层裂缝预测与识别的技术需要，基于地球物理测井采集数据量大、对薄层识别能力强、能反映储层微观非均质性等特点，本发明实施例提出一种超声成像测井装置和煤层裂缝预测方法，通过获取沿井壁360°超声反射波旅行时间和首波振幅，分析井壁地质特征，来识别煤层裂缝，并确定裂缝产状。
图1是根据本发明实施例提供的一种超声成像测井装置的示意图。如图1所示，该装置包括：声系单元10、方位测量单元20和采集传输单元30。
具体的，声系单元10，用于向目标测井的井壁发射固有频率的超声波脉冲信号，和接收由目标测井的井壁反射回来的超声反射信号。
方位测量单元20，用于测量目标测井的重力场信息和地磁场信息。
采集传输单元30，用于将超声反射信号、重力场信息和地磁场信息发送到目标终端，和接收来自目标终端的控制信号；目标终端为与超声成像测井装置相连接的终端设备。
本发明实施例提供了一种超声成像测井装置，通过以声系单元、方位测量单元和采集传输单元组成的超声成像测井装置，采集超声波图像，实现对测井内壁超声波图像的测量，可以使得后续煤层裂缝预测过程具有高纵向分辨率，可以对裂缝性储层进行有效评价，缓解了现有技术中存在的纵向分辨率较低的技术问题。
具体的，图2是根据本发明实施例提供的一种声系单元的示意图，如图2所示，声系单元10包括：换能器11，聚焦反射器12，脉冲电机13和透声窗14。
换能器11，用于发射超声波脉冲信号，和接收超声反射信号。
聚焦反射器12，用于在目标测井的井壁处实现激发声波的反射。
脉冲电机13，用于带动聚焦反射器旋转。
透声窗14的作用是允许超声波透过，并用于减小声衰减。
具体的，本发明实施例提供的一种声系单元，通过脉冲电机13带动聚焦反射器12做周期性旋转，可以使得声系单元向目标测井的井壁旋转发射360°的超声波脉冲信号。
图3是根据本发明实施例提供的一种方位测量单元的示意图。具体的，如图3所示，方位测量单元20包括：三分量重力加速度传感器21和三分量磁阻传感器22。
三分量重力加速度传感器21，用于测量测井的三分量重力场。
三分量磁阻传感器22，用于测量测井的三分量地磁场。
图4是根据本发明实施例提供的一种采集传输单元的示意图。具体的，如图4所示，采集传输单元30包括：数据采集处理模块31、数据传输模块32和电源模块33。
数据采集处理模块31，用于获取超声反射信号、重力场信息和地磁场信息。具体的，数据采集处理模块31还用于逻辑信号控制、指令接收、数据处理和数据通讯。
数据传输模块32，用于将超声反射信号、重力场信息和地磁场信息发送到目标终端。具体的，数据传输模块32可以将井下采集的数据实时传输到地面的终端设备。
电源模块33，用于为超声成像测井装置提供稳定的电源输出，确保超声成像测井装置能够稳定工作。可选地，电源模块33为直流电源模块。
实施例二：
图5是根据本发明实施例提供的一种煤层裂缝预测方法的流程图，该方法应用于上述实施例一中的超声成像测井装置。如图5所示，该方法具体包括如下步骤：
步骤S502，利用超声成像测井装置，获取关于目标测井的原始成像测井数据；原始成像测井数据包括：超声反射信号、重力场信息和地磁场信息。
步骤S504，基于原始成像测井数据，得到连续的超声成像测井旅行时和展开测井振幅图像。其中，展开测井振幅图像为360°展开测井振幅图像。
步骤S506，基于超声成像测井旅行时和展开测井振幅图像，预测目标测井所在的煤层的裂缝分布特征。
具体的，根据超声成像测井旅行时和反射首波振幅进行煤层裂缝识别，分析裂缝倾角与倾向变化，揭示煤层裂缝分布特征。
本发明实施例提供了一种煤层裂缝预测方法，通过以声系单元、方位测量单元和采集传输单元组成的超声成像测井装置，采集超声波图像，实现对测井内壁超声波图像的测量，可以使得煤层裂缝预测过程具有高纵向分辨率，可以对裂缝性储层进行有效评价，缓解了现有技术中存在的纵向分辨率较低的技术问题。
可选地，本发明实施例提供的方法还包括：
基于目标测井的重力场信息，得到目标测井的倾斜参数；
基于目标测井的地磁场信息，得到目标测井的方位参数。
具体的，图6为本发明实施例提供的一种超声成像测井实现过程示意图，如图6所示，换能器发射具有固有频率的超声波脉冲，进入井中流体和煤层分界面产生反射，反射波以和发射波相同的路径返回至同一换能器，由换能器在发射超声脉冲的间隙时间进行接收，获得声波时差、声幅、倾角和方位角等参数，从而实现超声成像测井数据采集工作。
可选地，步骤S504还包括：对原始成像测井数据，以0°为磁北方向，沿井壁作360°展开操作，得到展开测井振幅图像。
超声成像测井装置沿井下连续移动时，就形成一幅以0°作为磁北方向，沿井壁作360°展开的图像采集。对于垂直井，针对沿井壁的360°超声波图像，可以确定各个深度位置的地层产状。在沿正北方向展开的超声波图像，裂缝与井眼相交面为一椭圆，在图像上为一条正弦波曲线。
可选地，预测目标测井所在的煤层的裂缝分布特征，包括：
基于展开测井振幅图像，计算目标测井的岩层倾角；
其中，岩层倾角θ＝arctg(H/D)；H为展开测井振幅图像中的曲线的高度差值(即展开测井振幅图像中的正弦曲线的极大值与极小值之间的距离)，D为目标测井的深度点实测井径。
当两种岩层声阻抗差越大，弯曲界面就越清楚，界面倾角越大，正弦曲线极大值与极小值之间的距离就越大。如果岩层倾角为0，则正弦曲线就变成一条水平直线。
根据整个钻孔测井图像横向上的明暗振幅差异，识别出煤层裂缝，根据与倾角大小有关的正弦形弯曲界面，解释并确定煤层裂缝产状。
图7为本发明实施例提供的一种裂缝在超声成像测井上的显示示意图。如图7所示，井壁出现裂缝时，井径变大或者被填充与地层岩性不同的介质，进而使得超声反射波走时变大、首波幅值降低，图7中天然裂缝清晰可见。
本发明实施例提供的一种煤层裂缝预测方法，可以达到如下技术效果：
(1)，以声系单元、方位测量单元和采集传输单元组成的超声成像测井装置，采集超声波图像，实现对钻井井眼内壁超声波图像的测量。
(2)，基于超声成像测井的煤层裂缝预测方法，可以根据超声波图像有效进行煤层裂缝识别，也适用于岩层裂缝的识别；煤层裂缝预测的超声成像测井方法，具有高纵向分辨率，可以对裂缝性储层进行有效评价。
本发明实施例还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，程序代码使处理器执行本发明实施例提供的方法。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种超声成像测井装置，其特征在于，包括：声系单元、方位测量单元和采集传输单元，其中，
所述声系单元，用于向目标测井的井壁发射固有频率的超声波脉冲信号，和接收由所述目标测井的井壁反射回来的超声反射信号；
所述方位测量单元，用于测量所述目标测井的重力场信息和地磁场信息；
所述采集传输单元，用于将所述超声反射信号、所述重力场信息和所述地磁场信息发送到目标终端，和接收来自所述目标终端的控制信号；所述目标终端为与所述超声成像测井装置相连接的终端设备。
2.根据权利要求1所述的超声成像测井装置，其特征在于，所述声系单元，包括：换能器，聚焦反射器，脉冲电机和透声窗，其中，
所述换能器，用于发射所述超声波脉冲信号，和接收所述超声反射信号；
所述聚焦反射器，用于在所述目标测井的井壁处实现激发声波的反射；
所述脉冲电机，用于带动所述聚焦反射器旋转；
所述透声窗，用于减小声衰减。
3.根据权利要求1所述的超声成像测井装置，其特征在于，所述方位测量单元，包括：三分量重力加速度传感器和三分量磁阻传感器，其中，
所述三分量重力加速度传感器，用于测量所述测井的三分量重力场；
所述三分量磁阻传感器，用于测量所述测井的三分量地磁场。
4.根据权利要求1所述的超声成像测井装置，其特征在于，所述采集传输单元，包括：数据采集处理模块、数据传输模块和电源模块，其中，
所述数据采集处理模块，用于获取所述超声反射信号、所述重力场信息和所述地磁场信息；
所述数据传输模块，用于将所述超声反射信号、所述重力场信息和所述地磁场信息发送到所述目标终端；
所述电源模块，用于为所述超声成像测井装置提供稳定的电源输出。
5.根据权利要求4所述的超声成像测井装置，其特征在于，所述电源模块为直流电源模块。
6.一种煤层裂缝预测方法，应用于权利要求1所述的超声成像测井装置，其特征在于，包括：
利用所述超声成像测井装置，获取关于目标测井的原始成像测井数据；所述原始成像测井数据包括：超声反射信号、重力场信息和地磁场信息；
基于所述原始成像测井数据，得到连续的超声成像测井旅行时和展开测井振幅图像；
基于所述超声成像测井旅行时和所述展开测井振幅图像，预测所述目标测井所在的煤层的裂缝分布特征。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述原始成像测井数据，得到展开测井振幅图像，包括：
对所述原始成像测井数据，以0°为磁北方向，沿井壁作360°展开操作，得到展开测井振幅图像。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，预测所述目标测井所在的煤层的裂缝分布特征，包括：
基于所述展开测井振幅图像，计算所述目标测井的岩层倾角；
其中，所述岩层倾角θ＝arctg(H/D)；H为所述展开测井振幅图像中的曲线的高度差值，D为所述目标测井的深度点实测井径。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述目标测井的重力场信息，得到所述目标测井的倾斜参数；
基于所述目标测井的地磁场信息，得到所述目标测井的方位参数。
10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行所述权利要求6-9任一项所述方法。
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