CN112835104A - 一种非常规储层固有频率原位测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非常规储层固有频率原位测量系统，包括：金属壳体、振动监测模块、信号处理部分、数据传输部分、能量转换器。所述的信号处理部分包括信号预处理器与固有频率测定仪；所述数据传输部分包括通讯模块、信号转换器、数据线。该系统实现非常规储层固有频率原位测量，避免试样转移造成物性参数变化引起的误差问题，提高测量精度的同时达到实时监测的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种地质数据测量技术，特别涉及一种非常规储层固有频率原位测量系统，属于测井技术领域。
背景技术
页岩油气作为非常规油气资源的重要组成部分，已逐渐成为常规油气的重要替代选择，其高效规模化开发对于保障我国油气资源安全具有重要的战略意义。受限于页岩储层低渗、超低渗特性，其自然状态下不具备商业开发价值。因此，页岩储层改造技术研究成为实现非常规油气经济有效开发的关键点。
在开展页岩储层改善及油田开发技术研究进程中，有关学者从其它领域发现共振现象的特点——系统或单元以特定频率振动时振幅为振动频率范围内的最大值，其参数方程如下：
当目标处于共振状态时，外部激励转化至受体的能量最大，主要以动能的形式表现，此时受体的振动幅值较共振前急剧上升且达到最大值，故在共振状态时施加较小的加载力即可以达到受体的屈服极限，进而达到促进裂缝发育及岩石断裂的目的，有效提高生产效率。在油气开采领域，依据共振特性已开展共振辅助破岩和非常规储层频谱共振改善技术，该方法无需添加化学药剂，无废液反排，且效率较高，真正做到了低污染、零排放、高效率。
由于在共振技术应用过程中，准确测定目标储层固有频率是诱发储层共振的关键。目前固有频率的测定主要依靠“锤击法”与扫频法，适用于室内或室外易采集振动数据的环境。由于页岩储层埋藏较深，直接应用“锤击法”无法引起储层振动与响应信号采集。扫频法针对非常规储层岩心样本开展，相较于储层实际环境，样本围压、温度及湿度等均发生改变，其固有频率测定值存在误差,由于在共振较小邻域内振动幅值骤降，对共振改造效果影响巨大，故上述方法不适用于非常规储层固有频率的测量，因此需要创新一种非常规储层固有频率原位测量系统。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种非常规储层固有频率原位测量系统。该系统基于希尔伯特-黄变换与本征模态滤波理论的非常规储层固有频率测量算法，达到储层固有频率原位测量的目的，避免取样及运输过程中物性参数变化导致的误差，保障测量数据准确性与时效性的同时，实现固有频率动态监测。
本发明采用的技术方案是：
一种非常规储层固有频率原位测量系统，包括：金属壳体、振动监测模块、信号处理部分、数据传输部分、能量转换器。所述的信号处理部分包括信号预处理器与固有频率测定仪；所述数据传输部分包括通讯模块、信号转换器、数据线。
所述信号处理部分包括信号预处理器与固有频率测定仪；
所述数据传输部分包括通讯模块、信号转换器、数据线；
所述能量转换器将电能转化为动能与势能，并透过井壁套管、水泥环作用于非常规储层，诱发储层振动；
所述振动监测模块通过丝接方式固定在金属壳体内表面，振动监测模块利用数据线将采集到的振动数据传至信号预处理器；
所述信号预处理器基于希尔伯特-黄变换理论对振动信号开展频谱分析与特征提取，并利用通讯模块将数据传输至信号转换器；
所述信号转换器将井下电信号转换至数字信号，并通过数据线传至固有频率测定仪；
优选的，能量转换器选用合金材料，有效增加使用寿；
优选的，金属壳体选用钛钢合金，硬度较大，防止外部能量透过金属壳体传至振动监测模块时损耗过大；
优选的，通讯模块选用基于AMP架构的高抗干扰性集成芯片；
优选的，信号转换器具有较强数据处理性能，有效避免数据丢失；
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用将固有频率测量系统同共振激发仪相耦合，实现井下原位测量目标储层固有频率，有效避免实验室测量方式存在的样本物性参数变化问题，有效提高固有频率检测精度。
(2)固有频率受储层结构强度、目标储层质量及围压等物性参数影响，但相关物性参数随共振过程时刻发生改变。本发明可以采集复频激励下的储层动态响应能量，做到改变即测定，达到时刻监测储层固有频率这一目标。
(3)针对储层在固有频率邻域内振动幅值急剧下降这一特性，本发明可监测储层固有频率功能为频谱激发系统提供可靠参照，有效保障非常规储层共振改造作业效率。
附图说明
图1为一种非常规储层固有频率原位测量系统结构图；
图2为一种非常规储层固有频率原位测量系统工作原理图；
图中：固有频率测定仪(1)、信号转换器(2)、数据线(3)、金属壳体(4)、通讯模块(5)、信号预处理器(6)、振动监测模块(7)、能量转换器(8)、非常规储层(9-1)、水泥环(9-2)、井壁套管(9-3)、射孔(9-4)。
具体实施方式
现就常规情况说明本发明的实施方式，相关领域学者及技术人员可通过本实施例所阐述内容理解本发明的优点及功效。所述实施例是本发明部分实施例，故他人在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都在本发明保护范围内。
如图2所示，本发明提供了一种非常规储层固有频率原位测量系统，包括外部激励发生结构能量转换器(8)，密封于金属壳体(4)内部的用于非常规储层(9-1)岩体响应信号采集的振动监测模块(7)、信号预处理器(6)、通讯模块(5)，并通过信号转换器(2)将信号数据输送至固有频率测定仪(1)，完成固有频率测定。
实施例1
系统井下部分工作过程：能量转换器(8)基于液电效应将电能转化为动能与势能，所产生冲击波透过井壁套管(9-3)、水泥环(9-2)作用于非常规储层(9-1)，诱发非常规储层(9-1)目标区域振动；非常规储层(9-1)在外部激励作用下内部结构及介质发生振动，振动能量透过水泥环(9-2)、井壁套管(9-3)及井内介质到达金属壳体(4)；振动监测模块(7)通过丝接方式固定在金属壳体(4)内表面，储层振动及能量转换器(8)释放能量扰动振动监测模块(7)，振动监测模块(7)利用数据线(3)将采集到的数据送至信号预处理器(6)；信号预处理器(6)基于希尔伯特-黄变换理论将振动监测模块(7)采集数据分解为若干边际谱，并利用通讯模块(5)将边际谱传输至信号转换器(2)；
系统井上部分工作过程：信号转换器(2)将接收到的井下电信号转换至数字信号，并通过数据线(3)传至固有频率测定仪(1)；固有频率测定仪(1)软核心为基于本征模态滤波理论的固有频率测定算法，以时频特性、振动能量及固有频率数值解为特征，筛选信号预处理器(6)上传的边际谱数据，滤除井壁套管(9-3)和水泥环(9-2)受迫振动响应能量作用于振动监测模块(7)时产生的扰动信号，获得目标储层固有频率；
本发明克服现有“锤击法”、扫频法等实验室测量固有频率技术不适用于非常规储层原位测量难题，在保障目标储层原始物性参数这一条件下在原地直接开展测量，并达到储层固有频率动态监测效果。
实施例2
本实施例结构与实施例1基本相同，不同之处在于，储层振动能量通过射孔(9-4)、透过井内介质直接作用于金属壳体(4)表面。
实施例3
本实施例结构与实施例1基本相同，不同之处在于，能量转换器(8)释放能量过程对振动传感器产生冲击，其造成的扰动信号被固有频率检测仪(1)特征分析过程识别，并认定为噪音信号而滤除，实现固有频率测定。
上述实施例仅为本发明的常规实施例，并非对本发明作形式上的限制。因此，未脱离本发明技术方案内容，但依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种非常规储层固有频率原位测量系统，其特征在于包括：金属壳体、振动监测模块、信号处理部分、数据传输部分、能量转换器。所述的信号处理部分包括信号预处理器与固有频率测定仪；所述数据传输部分包括通讯模块、信号转换器、数据线。
能量转换器所产生冲击波透过井壁套管诱发储层振动，储层振动响应能量透过井壁套管及金属壳体后到达振动监测模块，振动监测模块将采集到的数据传输至信号预处理器，信号预处理器将振动监测模块采集数据预处理，通讯模块通过数据线将信号预处理器发出的数字信号传输至地面信号转换器，信号转换器完成信号转化并通过数据线传至固有频率测定仪，固有频率测定仪依据滤波算法获得当前能量转换器输出功率下目标储层固有频率。
2.根据权利要求1所述的一种非常规储层固有频率原位测量系统，其特征在于：信号预处理器基于希尔伯特-黄变换理论开展振动信号频谱分析及特征提取工作，最终获得若干希尔伯特边际谱。
3.根据权利要求1所述的一种非常规储层固有频率原位测量系统，其特征在于：固有频率测定仪软核心为基于最大相关系数法模态滤波理论的非常规储层固有频率滤波算法，以时频特性、理想条件下非常规储层固有频率及振动能量数值解为参照特征。
4.根据权利要求1所述的一种非常规储层固有频率原位测量系统，其特征在于：非常规储层固有频率原位测量系统可与频谱共振发生装置耦合，实现储层固有频率原位测量，更好地保证数据的时效性与准确性。
5.根据权利要求1所述的一种非常规储层固有频率原位测量系统，其特征在于：振动信号检测具有连续性，故该系统可实现目标储层固有频率动态监测。
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