CN113204056B - 一种用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法 - Google Patents
一种用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113204056B CN113204056B CN202110491465.1A CN202110491465A CN113204056B CN 113204056 B CN113204056 B CN 113204056B CN 202110491465 A CN202110491465 A CN 202110491465A CN 113204056 B CN113204056 B CN 113204056B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coal seam
- target coal
- detection depth
- resistivity
- depth position
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 182
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 116
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 71
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 15
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 12
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 6
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 5
- 238000005316 response function Methods 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000006880 cross-coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000004047 hole gas Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000017105 transposition Effects 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/18—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
- G01V3/30—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with electromagnetic waves
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/38—Processing data, e.g. for analysis, for interpretation, for correction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/30—Assessment of water resources
Abstract
本发明公开了一种用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法，该方法使用随钻方位电磁波测井仪获取目标煤层与目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的感应电动势和相位差信号，通过感应电动势和相位差信号转换，利用于基于Broyden的改进型牛顿算法、二维成像处理，得到目标煤层与目标煤层顶/底板的剖面电阻率分布图；最后对得到的目标煤层与目标煤层顶/底板的剖面电阻率分布图进行电阻率边界分布差异处理，得到煤岩界面剖面分布位置。本发明方法实现了在煤层釆、掘工作的前期，对顺目标煤层的超前探测，以确定理想的钻进轨迹，从而可以有效提高钻进效率，节约企业的钻进作业成本，保障安全生产。
Description
技术领域
本发明属于煤与煤层气开采探测技术领域，具体涉及一种用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法。
背景技术
随着科技的不断进步，数值模拟方法在地球物理学中得到了广泛地应用，在此基础上，地球物理学家得到了许多经典的地物理模型的电磁场模拟方法。基于这些方法得到电磁场分布数据，结合地电模型结构，可以建立起电磁场数据与地层模型之间的对应关系，在煤矿开采作业中，传统的、利用幅度比和相位差信号计算视电阻率方法，随着目的层电阻率的增大，对界面距离判断的有效性增大。但对于煤矿井下钻采来说，常遇到占有比例较高的小构造分布情况认识不清、煤层薄厚变化和横向高低起伏及泥岩夹层情况难以预测的问题，给煤层勘探开发带来很大的困难，小构造薄弱带与巷道掘进中遇到的透水、瓦斯突出、冒顶等大多灾害息息相关，采用传统方法进行煤层电阻率和界面距离判断时，会受到高阻幅度比电阻率失真的制约，目前煤层小构造异常探测无法通过地面物探技术解决。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法，以解决现有技术中在高阻煤层环境下，利用随钻方位电磁波仪器无法满足电阻率测量精度要求、无法实现煤岩界面探测反演成像的问题。
为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、使用随钻方位电磁波测井仪获取目标煤层任意探测深度位置上的感应电动势和目标煤层任意探测深度位置上的相位差信号；
步骤2、根据得到的目标煤层任意探测深度位置上的感应电动势确定目标煤层任意探测深度位置上的定向电动势；根据得到的目标煤层任意探测深度位置上的相位差信号确定目标煤层任意探测深度位置上的相位电阻率；对得到的目标煤层任意探测深度位置上的定向电动势和目标煤层任意探测深度位置上的相位电阻率进行交汇分析，得到目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率；
步骤3、以目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率和随钻方位电磁波测井仪与煤岩界面的距离作为未知量，以步骤2得到的目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率作为已知量，采用基于Broyden的改进型牛顿算法，得到目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率和随钻方位电磁波测井仪与煤岩界面的距离；
步骤4、对步骤2得到的目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率进行归一化处理，得到第一归一化数据集；对步骤3得到的目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率进行归一化处理，得到第二归一化数据集；然后对得到的第一归一化数据集进行二维图像处理，得到第一像素集Mp；对第二归一化数据集进行二维图像处理得到第二像素集Mq；对得到的像素集Mp和Mq中的像素点进行成像显示处理，获得目标煤层与目标煤层顶/底板的剖面电阻率分布图；
步骤5、对步骤4得到的目标煤层与目标煤层顶/底板的剖面电阻率分布图进行电阻率边界分布差异处理，得到煤岩界面剖面分布位置。
具体的，所述步骤2具体包括以下子步骤：
步骤2.1、按照如下公式，根据得到的目标煤层任意探测深度位置上的感应电动势确定目标煤层任意探测深度位置上的定向电动势：
其中，V’为目标煤层任意探测深度位置上的定向电动势，V为目标煤层任意探测深度位置上的感应电动势，I为随钻方位电磁波测井仪线圈的发射电流，N为随钻方位电磁波测井仪线圈的匝数，S为随钻方位电磁波测井仪线圈的面积，L为随钻方位电磁波测井仪收发线圈的距离，j为虚数单位，μ为磁导率，
为随钻方位电磁波测井仪线圈的发射频率，e为自然指数；
步骤2.2、对步骤1得到的目标煤层任意探测深度位置上的相位差信号进行滤波降噪处理，得到处理后的相位差信号；
步骤2.3、使用处理后的相位差信号，通过以下拟合方程确定目标煤层任意探测深度位置上的相位电阻率：
R0＝56.561(PS)-1.04；
其中，Ps为目标煤层任意探测深度位置上的相位差信号，R0为目标煤层任意探测深度位置上的相位电阻率；
步骤2.4、对步骤2.1得到的目标煤层任意探测深度位置上的定向电动势和步骤2.3得到的目标煤层任意探测深度位置上的相位电阻率进行交汇分析，得到目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率。
更进一步的，步骤4所述的第一归一化数据集通过以下公式确定：
其中，R0(i)min为目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率的最小值，R0(i)max为目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率的最大值，i为探测深度。
更进一步的，步骤4所述的第二归一化数据集通过以下公式确定：
其中，Rw(i)min目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率的最小值，Rw(i)max是标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率的最大值，i为探测深度。
更进一步的，所述的像素集Mp通过下式确定：
Mp＝GS(R1’，θ)
其中，GS为高斯图像函数，R1’为第一归一化数据集的二维编码数组，θ为电阻率方位角，且θ取值为0°～360°。
更进一步的，所述的像素集Mq通过下式确定：
Mq＝GS(R2’，θ)
其中，GS为高斯图像函数，R2’为第二归一化数据集的二维编码数组，θ为电阻率方位角，且θ取值为0°～360°。
所述步骤5具体包括以下子步骤：
步骤5.1、从步骤4得到的目标煤层与目标煤层顶/底板的剖面电阻率分布图中选出所有满足下式的像素点；
Y阈≤M-M2D'
其中，Y阈为剖面电阻率分布的设定临界值；M为目标煤层与目标煤层顶/底板的剖面电阻率分布图中任意像素点j的像素值，M2D’为目标煤层顶/底板的剖面电阻率分布图中j的相邻像素点的像素值；
步骤5.2、以步骤5.1选出的像素点的像素值构建像素值数组(M，M2D’)；
步骤5.3，对像素值点数组构成的曲线进行平滑处理，得到煤岩界面剖面分布位置曲线；
其中，所述Y阈的取值为M2D’平均值的3倍。
一种用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法在目标井段中含水体或地质异常体位置确定方面的应用。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明利用了基于相位差信号和定向电动势的交汇分析视电阻率转化，并利用了目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率、得到目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率和随钻方位电磁波测井仪与煤岩界面的距离得到目标煤层与目标煤层顶/底板的剖面电阻率分布图，通过对剖面电阻率分布图进行处理得到煤岩界面剖面分布位置，从而在煤层釆、掘工作的前期，实现顺目标煤层的超前探测，以确定理想的钻进轨迹，从而可以有效提高钻进效率，节约企业的钻进作业成本，保障安全生产。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图；
图2为实施例1中随钻方位电磁波测井仪在地层模型内的钻进轨迹曲线；
图3为实施例1的相位差与相位电阻率的曲线线性插值图；
图4为实施例1得到的目标煤层任意探测深度位置上的定向电动势和相位电阻率的交汇分析曲线；
图5为实施例1的方位180°方向上定向电动势信号曲线图；
图6为实施例1的煤岩界面视电阻率剖面边界分布差异处理图；
图7为实施例1的不同方位定向电动势信号成像处理图；
图8为实施例2的方位180°方向上视电阻率测量计算曲线；
图9为实施例2得到的二维成像处理钻孔剖面电阻率分布图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。以便本领域的技术人员更好的理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
以下对本申请所涉及的术语加以解释：
基于Broyden的改进型牛顿算法：为避免阻尼牛顿算法计算繁重，即在每一步迭代中都必须计算海森阵的逆矩阵，产生了拟牛顿算法，其中最著名的就是基于Broyden的改进牛顿算法，它引入了一个满足拟牛顿条件方程的一阶矩阵，通过修正矩阵不断修正递推公式，大大简化计算过程，在本方案中，基于Broyden的改进型牛顿算法引入了一个满足拟牛顿条件方程的一阶矩阵，线性方程组系数矩阵的特征值分布特性得到改善，结合一阶有限差分技术，无需显式形成雅可比矩阵，避免每次迭代都计算海森矩阵的逆，新矩阵始终是正定的，因此，基于Broyden的改进型牛顿算法始终是朝着最优化的方向在搜索，以简化计算过程、提高收敛速度。
相位电阻率：由随钻方位电磁波测井仪的相位差信号计算得到的地层视电阻率。
视电阻率：用来反映岩石或地层导电性变化的参数，通过计算得到，不一定是某一种岩石或地层的真实电阻率。
实施例1：
在本实施例中，首先建立一个两层的地层模型进行模拟实验，两层地层模型的上层是电阻率为1000Ω·m的煤层，下层是电阻率为1Ω·m的底板泥岩地层。然后，将随钻方位电磁波测井仪设置在钻机的钻铤上实施随钻测量。随钻方位电磁波测井仪在煤层中向下穿行至靠近底板后，调整轨迹向上钻进，远离底板。本实施例中，随钻方位电磁波测井仪在地层模型中的钻进轨迹如图2所示，随钻方位电磁波测井仪在随钻测量的过程中，在不同的深度位置上可以测得不同方位的数据。
本实施例公开了一种煤岩界面剖面分布位置的反演方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、使用随钻方位电磁波测井仪获取目标煤层任意探测深度位置上的感应电动势和目标煤层任意探测深度位置上的相位差信号；
步骤2、根据得到的目标煤层任意探测深度位置上的感应电动势确定目标煤层任意探测深度位置上的定向电动势；根据得到的目标煤层任意探测深度位置上的相位差信号确定目标煤层任意探测深度位置上的相位电阻率；对得到的目标煤层任意探测深度位置上的定向电动势和目标煤层任意探测深度位置上的相位电阻率进行交汇分析，得到目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率；
步骤2.1、按照如下公式，根据得到的目标煤层任意探测深度位置上的感应电动势确定目标煤层任意探测深度位置上的定向电动势：
其中，V’为目标煤层任意探测深度位置上的定向电动势，V为目标煤层任意探测深度位置上的感应电动势，I为随钻方位电磁波测井仪线圈的发射电流，N为随钻方位电磁波测井仪线圈的匝数，S为随钻方位电磁波测井仪线圈的面积，L为随钻方位电磁波测井仪收发线圈的距离，j为虚数单位，μ为磁导率，
为随钻方位电磁波测井仪线圈的发射频率，K为波数，e为自然指数；
在计算视电阻率时，随钻方位电磁波测井仪可直接接收目标煤层任意探测深度位置上的感应电动势的实部信号或虚部信号，随钻方位电磁波测井仪得到的是交叉耦合分量信号。
如图5所示，从测量得到的定向信号的响应特征可以发现，当随钻方位电磁波测井仪在目标煤层中钻进时，测得的定向电动势为零，而随着随钻方位电磁波测井仪接近煤岩界面，测得的定向电动势的信号逐渐增大，符号为负，在目标煤层底板附近，随钻方位电磁波测井仪调整水平，随后向上钻进，此时测得的定向电动势信号会随着随钻方位电磁波测井仪远离界面逐渐变为零。
步骤2.2、对步骤1得到的目标煤层任意探测深度位置上的相位差信号进行滤波降噪处理，得到处理后的相位差信号；
步骤2.3、使用处理后的相位差信号，通过以下拟合方程确定目标煤层任意探测深度位置上的相位电阻率：
R0＝56.561(PS)-1.04；
其中，Ps为目标煤层任意探测深度位置上的相位差信号，R0为目标煤层任意探测深度位置上的相位电阻率；
步骤2.4、对步骤2.1得到的目标煤层任意探测深度位置上的定向电动势和步骤2.3得到的目标煤层任意探测深度位置上的相位电阻率进行交汇分析，得到目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率。
在本实施例中，如图3所示的相位差与相位电阻率的曲线线性插值图，首先建立二维坐标系，令横轴代表为相位电阻率，范围0～1000Ω·m，取对数坐标；纵轴代表为定向电动势V’，范围0～10000nV，取对数坐标。
在进行正演模拟时，在随钻方位电磁波测井仪与煤岩界面的距离已知的情况下，可获得不同相位差信号对应的电阻率值，因此可以建立随钻方位电磁波测井仪与煤岩界面D与相位电阻率的一一对应关系。
当电阻率取值为2Ω·m、5Ω·m、10Ω·m、20Ω·m、50Ω·m、100Ω·m、200Ω·m、500Ω·m、1000Ω·m时对应的定向电动势点，并将界面到仪器距离D相同时点连线做多项式拟合，可得到与定向电动势一一对应的目的层视电阻率曲线，即获得测量信号对应的目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率R0。
步骤3、以目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率和随钻方位电磁波测井仪与煤岩界面的距离作为未知量，以步骤2得到的目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率作为已知量，采用基于Broyden的改进型牛顿算法，得到目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率和随钻方位电磁波测井仪与煤岩界面的距离；
具体包括：
(1)以目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率和随钻方位电磁波测井仪与煤岩界面的距离作为未知量，以步骤2得到的目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率作为已知量，构建目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率的实际测量响应函数f和模拟测量响应函数F：
y＝f(RW,R0,D)
y0＝F(RW',R0,D')
其中，f为目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的实际测量响应函数；F为目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的模拟测量响应函数；y为目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的实际测量响应值；y0为目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的模拟测量响应值；Rw为目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率，RW'为模拟测量目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率，单位为Ω·m；D为实际测量随钻方位电磁波测井仪与煤岩界面的距离，D'为模拟测量随钻方位电磁波测井仪与煤岩界面的距离，单位为m；
(2)建立寻优的目标函数如下：
Φ＝[F-f(n)-Bd(n)]+[F-f(n)-Bd(n)]
d为寻优方向，B为改进型牛顿算法的一阶矩阵，满足拟牛顿条件方程矩阵Bk+1＝Bk+Uk，式中，U为实际测量响应函的特征矩阵，k为迭代次数，n为迭代次数，+表示转置；
通过模拟测量函数与实际测量函数的无限次迭代逼近搜索目标函数极小值，得到未知参数，即目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率和随钻方位电磁波测井仪与煤岩界面的距离的值，在搜索过程中，每次迭代都需要重新计算寻优步长和寻优方向，具体如下：
s(n+1)＝s(n)+Bd(n)
式中，s为向量第n阶逼近。
从初始预测值s(0)开始，反复迭代，直到所给出的Φ小于预设值，得到目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率和随钻方位电磁波测井仪与煤岩界面的距离。
由于目标函数中给出了寻优方向d，寻优步长则根据具体条件决定，所以在迭代到给出的Φ小于预设值时停止，就可得到反演结果。
步骤4、对步骤2得到的目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率进行归一化处理，得到第一归一化数据集；对步骤3得到的目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率进行归一化处理，得到第二归一化数据集；然后对得到的第一归一化数据集进行二维图像处理，得到第一像素集Mp；对第二归一化数据集进行二维图像处理得到第二像素集Mq；对得到的像素集Mp和Mq中的像素点进行成像显示处理，获得目标煤层与目标煤层顶/底板的剖面电阻率分布图；
更进一步的，第一归一化数据集通过以下公式确定：
其中，R0(i)min为目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率的最小值，R0(i)max为目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率的最大值，i为探测深度。
更进一步的，所述的第二归一化数据集通过以下公式确定：
其中，Rw(i)min目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率的最小值，Rw(i)max是标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率的最大值，i为探测深度。
更进一步的，所述的像素集Mp通过下式确定：
Mp＝GS(R1’，θ)
其中，GS为高斯图像函数，R1’为第一归一化数据集的二维编码数组，θ为目标煤层顶/底板探测深度上的视电阻率方位角，且θ取值为0°～360°。
更进一步的，所述的像素集Mq通过下式确定：
Mq＝GS(R2’，θ)
其中，GS为高斯图像函数，R2’为第二归一化数据集的二维编码数组，θ为目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率方位角，且θ取值为0°～360°。
像素集Mp和Mp中的各像素点对应目标煤层与目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率，而像素的差异反应了视电阻率的差异，由于目标煤层的视电阻率和目标煤层顶/底板的视电阻率不同，所以在得到的图中的像素显示不同。
步骤5、对步骤4得到的目标煤层与目标煤层顶/底板的剖面电阻率分布图进行电阻率边界分布差异处理，得到煤岩界面剖面分布位置。
更进一步的，所述步骤5具体包括以下子步骤：
步骤5.1、从步骤4得到的目标煤层与目标煤层顶/底板的剖面电阻率分布图中选出所有满足下式的像素点；
Y阈≤M-M2D'
其中，Y阈为剖面电阻率分布的设定临界值；M为目标煤层与目标煤层顶/底板的剖面电阻率分布图中任意像素点j的像素值，M2D’为目标煤层顶/底板的剖面电阻率分布图中j的相邻像素点的像素值；
在本实施例中，M2D’选取坐标系中在任意像素点j所在点位正上方沿顺时针旋转180度得到的临近像素点的所有像素值。
步骤5.2、以步骤5.1选出的像素点的像素值构建像素值数组(M，M2D’)；
步骤5.3，对像素值点数组构成的曲线进行平滑处理，得到煤岩界面剖面分布位置曲线；
其中，所述Y阈的取值为M2D’平均值的3倍。通常煤岩电阻率值差在3倍以上，所以本方案中像素差的阈值取值范围为M2D’平均值的3倍。
对得到的目标煤层与目标煤层顶/底板的剖面电阻率分布图进行电阻率边界分布差异处理得到如图6所示的处理曲线，该处理曲线由满足阈值函数的像素点构成，每个像素点都含有位置信息，该位置便是煤岩界面的位置。
对不同方位的定向信号进行成像处理，如图7所示，图中色阶表示随钻方位电磁波测井仪测量得到的得到的目标煤层任意探测深度位置上的感应电动势所对应的目标煤层任意探测深度位置上的定向电动势的信号强度，单位为nV。通过成像处理可以确定煤岩界面的方位，成像图显示下方电阻率(180°)低于上方电阻率(0°和360°)，说明随钻方位电磁波测井仪接近下方的低阻层，即底板泥岩地层，有钻出煤层风险。
实施例2：
本实施例中对淮北煤矿的煤岩界面剖面分布位置进行了反演，具体步骤与实施例1相同。
本实施例中的淮北煤矿是我国典型的高瓦斯突出矿区，地质构造复杂，瓦斯灾害严重，曾发生过多起瓦斯突出和爆炸事故，因此，采煤前开展瓦斯预抽极为必要。通常井下常规采用底板岩巷穿层钻孔或煤巷顺层水平钻孔预抽瓦斯，由于煤层碎软低渗，单孔瓦斯抽采量低，抽采达标时间长，采掘接替矛盾十分突出。初期采用垂直压裂直井进行地面煤层气抽采，取得了一定的效果，但是该方式存在抽采时间长、单井控制面积小、外围工程量大等缺陷。
因此，对目标矿区前期的勘探井、煤层气开发井的资料进行了收集，选择了8年后的采煤区域施工顶板水平井。
然后，将随钻方位电磁波测井仪设置在钻铤上实施随钻测量，并根据采集到的信号按照本发明的方法确定煤岩界面剖面分布位置，实时调整钻进轨迹。
在本实施例中，随钻方位电磁波测井仪得到的方位180°方向的视电阻率的实时测量计算值如图8所示，图8中的曲线显示当钻具钻进到360m处时，钻孔下方(方位180°)探测到电阻率高的煤层，此时，需要调整钻头方向向上钻进。当前钻进到达480m处，钻孔下方为低电阻率岩层，因此调整钻头方向水平钻进，使轨迹保持在顶板岩层。
本实施例经过处理得到的煤岩界面剖面分布位置如图9所示，图中齿状白色曲线代表煤岩界面，该曲线上方为低电阻率的岩层，下方为高电阻率的煤层。
本发明还公开了一种用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法在目标井段中含水体或地质异常体位置确定方面的应用，由于目标井段中含水体或地质异常体的视电阻率与目标井段中目标煤层的视电阻率、目标煤层顶/底板的视电阻率不同，因此在实际应用中，本发明所公开的反演方法同样适用于目标井段中含水体或地质异常体位置的确定。
Claims (7)
1.一种用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、使用随钻方位电磁波测井仪获取目标煤层任意探测深度位置上的感应电动势和目标煤层任意探测深度位置上的相位差信号；
步骤2、根据得到的目标煤层任意探测深度位置上的感应电动势确定目标煤层任意探测深度位置上的定向电动势；根据得到的目标煤层任意探测深度位置上的相位差信号确定目标煤层任意探测深度位置上的相位电阻率；对得到的目标煤层任意探测深度位置上的定向电动势和目标煤层任意探测深度位置上的相位电阻率进行交汇分析，得到目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率；
步骤3、以目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率和随钻方位电磁波测井仪与煤岩界面的距离作为未知量，以步骤2得到的目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率作为已知量，采用基于Broyden的改进型牛顿算法，得到目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率和随钻方位电磁波测井仪与煤岩界面的距离；
步骤4、对步骤2得到的目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率进行归一化处理，得到第一归一化数据集；对步骤3得到的目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率进行归一化处理，得到第二归一化数据集；然后对得到的第一归一化数据集进行二维图像处理，得到第一像素集Mp；对第二归一化数据集进行二维图像处理得到第二像素集Mq；对得到的像素集Mp和Mq中的像素点进行成像显示处理，获得目标煤层与目标煤层顶/底板的剖面电阻率分布图；
步骤5、对步骤4得到的目标煤层与目标煤层顶/底板的剖面电阻率分布图进行电阻率边界分布差异处理，得到煤岩界面剖面分布位置；
所述步骤2具体包括以下步骤：
步骤2.1、按照如下公式，根据得到的目标煤层任意探测深度位置上的感应电动势确定目标煤层任意探测深度位置上的定向电动势：
其中，V’为目标煤层任意探测深度位置上的定向电动势，V为目标煤层任意探测深度位置上的感应电动势，I为随钻方位电磁波测井仪线圈的发射电流，N为随钻方位电磁波测井仪线圈的匝数，S为随钻方位电磁波测井仪线圈的面积，L为随钻方位电磁波测井仪收发线圈的距离，j为虚数单位，μ为磁导率，ϖ为随钻方位电磁波测井仪线圈的发射频率，K为波数，e为自然指数；
步骤2.2、对步骤1得到的目标煤层任意探测深度位置上的相位差信号进行滤波降噪处理，得到处理后的相位差信号；
步骤2.3、使用处理后的相位差信号，通过以下拟合方程确定目标煤层任意探测深度位置上的相位电阻率：
R 0 = 56.561(PS)-1.04；
其中，Ps为目标煤层任意探测深度位置上的相位差信号，R0为目标煤层任意探测深度位置上的相位电阻率；
步骤2.4、对步骤2.1得到的目标煤层任意探测深度位置上的定向电动势和步骤2.3得到的目标煤层任意探测深度位置上的相位电阻率进行交汇分析，得到目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率。
2.如权利要求1所述的用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法，其特征在于，步骤4所述的第一归一化数据集通过以下公式确定：
其中，
为目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率的最小值，/>
为目标煤层任意探测深度位置上的视电阻率的最大值，i为探测深度。
3.如权利要求1所述的用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法，其特征在于，步骤4所述的第二归一化数据集通过以下公式确定：
其中，
目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率的最小值，/>
是标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率的最大值，i为探测深度。
4.如权利要求1所述的用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法，其特征在于，所述的像素集Mp通过下式确定：
Mp=GS（R1’，θ）
其中，GS为高斯图像函数，R 1 ’为第一归一化数据集的二维编码数组，θ为目标煤层顶/底板探测深度上的视电阻率方位角，且θ取值为0°~360°。
5.如权利要求1所述的用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法，其特征在于，所述的像素集Mq通过下式确定：
Mq=GS（R2’，θ）
其中，GS为高斯图像函数，R 2 ’为第二归一化数据集的二维编码数组，θ为目标煤层顶/底板任意探测深度位置上的视电阻率方位角，且θ取值为0°~360°。
6.如权利要求1所述的用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法，其特征在于，所述步骤5具体包括以下子步骤：
步骤5.1、从步骤4得到的目标煤层与目标煤层顶/底板的剖面电阻率分布图中选出所有满足下式的像素点；
其中，Y阈为剖面电阻率分布的设定临界值；M为目标煤层与目标煤层顶/底板的剖
面电阻率分布图中任意像素点j的像素值，M 2D’为目标煤层顶/底板的剖面电阻率分布图中j的相邻像素点的像素值；
步骤5.2、以步骤5.1选出的像素点的像素值构建像素值数组（M，M2D’）；
步骤5.3，对像素值点数组构成的曲线进行平滑处理，得到煤岩界面剖面分布位置曲线；
其中，所述Y阈的取值为M 2D’平均值的3倍。
7.一种如权利要求1~6任意一项所述的用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法在目标井段中含水体或地质异常体位置确定方面的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110491465.1A CN113204056B (zh) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | 一种用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110491465.1A CN113204056B (zh) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | 一种用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113204056A CN113204056A (zh) | 2021-08-03 |
| CN113204056B true CN113204056B (zh) | 2023-06-13 |
Family
ID=77030126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110491465.1A Active CN113204056B (zh) | 2021-05-06 | 2021-05-06 | 一种用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113204056B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114627205B (zh) * | 2022-03-31 | 2023-04-07 | 昆明理工大学 | 一种煤层平行电磁波束探测的多尺度图像重建方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111102008A (zh) * | 2019-12-14 | 2020-05-05 | 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 | 一种承压水体上无煤柱开采的底板破坏深度的探查方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6476609B1 (en) * | 1999-01-28 | 2002-11-05 | Dresser Industries, Inc. | Electromagnetic wave resistivity tool having a tilted antenna for geosteering within a desired payzone |
| US6636045B2 (en) * | 2001-04-03 | 2003-10-21 | Baker Hughes Incorporated | Method of determining formation anisotropy in deviated wells using separation of induction mode |
| CN102606138B (zh) * | 2012-03-31 | 2015-03-25 | 中国电子科技集团公司第二十二研究所 | 随钻电磁波电阻率测井仪相位幅度介电常数校正方法 |
| CN102678106B (zh) * | 2012-05-02 | 2015-04-01 | 中国电子科技集团公司第二十二研究所 | 随钻电磁波电阻率测井仪器的数据处理方法 |
| CN106772644B (zh) * | 2016-12-14 | 2018-06-26 | 中国矿业大学 | 矿井瞬变电磁三分量探测方法 |
| CN108240213B (zh) * | 2016-12-24 | 2021-09-10 | 中石化石油工程技术服务有限公司 | 一种多探测深度的地质导向装置和地质导向方法 |
| CN107630697B (zh) * | 2017-09-26 | 2020-07-10 | 长江大学 | 基于随钻电磁波电阻率测井的地层电阻率联合反演方法 |
| CN108073765A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-05-25 | 中海石油(中国)有限公司湛江分公司 | 一种水平井常规随钻测井地层界面识别与边界距反演方法 |
-
2021
- 2021-05-06 CN CN202110491465.1A patent/CN113204056B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111102008A (zh) * | 2019-12-14 | 2020-05-05 | 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 | 一种承压水体上无煤柱开采的底板破坏深度的探查方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113204056A (zh) | 2021-08-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111781651B (zh) | 联合三种物探方法和两种地质方法的岩溶探测方法 | |
| CN111045114B (zh) | 一种玄武岩覆盖区砂岩型铀矿成矿有利砂体识别定位方法 | |
| CN108804728B (zh) | 水平井地层储层分级分析方法及计算机可读存储介质 | |
| AU2014395122B2 (en) | Improving well survey performance | |
| Gan et al. | Multi-geophysical approaches to detect karst channels underground—A case study in Mengzi of Yunnan Province, China | |
| CN113204056B (zh) | 一种用于确定煤岩界面剖面分布位置的反演方法 | |
| Gao et al. | Water detection within the working face of an underground coal mine using 3D electric resistivity tomography (ERT) | |
| Liang et al. | Tectonic stress estimation from ultrasonic borehole image logs in a coal bed methane well, northeastern Qinshui Basin, China | |
| US10152783B2 (en) | Method and system for two dimensional sediment particle shape characterization based on borehole image | |
| CN108952690B (zh) | 基于随钻方位电磁波测井资料的地层界面实时提取方法 | |
| CN111221048B (zh) | 基于跨孔电阻率ct多尺度反演的孤石边界识别与成像方法 | |
| Jiang et al. | Prediction technology of buried water-bearing structures in coal mines using transient electromagnetic method | |
| US10365394B2 (en) | Workflow to use borehole completion as antenna for geophysical applications | |
| Anomohanran | Investigation of Groundwater Potential in some selected towns in Delta North District of Nigeria | |
| Eppelbaum | Revealing of subterranean karst using modern analysis of potential and quasi-potential fields | |
| US11307322B2 (en) | Mixed inversion using a coarse layer model | |
| CN113189672B (zh) | 一种基于多属性反演的隧道超前地质预报方法 | |
| US11391859B2 (en) | Determining formation properties in a geological formation using an inversion process on a modified response matrix associated with a downhole tool | |
| Rabinovich et al. | Quantifying VOI in geosteering: a North Sea case study | |
| Li et al. | Elimination of seismic characteristics of solid-filled in ultra-deep fractured-vuggy reservoirs | |
| Dahlin et al. | Resistivity surveying for planning of Infrastructure | |
| US20240035366A1 (en) | Use of self-organizing-maps with logging-while-drilling data to delineate reservoirs in 2d and 3d well placement models | |
| Nie et al. | A weighting function-based method for resistivity inversion in subsurface investigations | |
| CN117514159A (zh) | 一种岩浆期后热液型萤石矿勘查方法 | |
| Al-Ameri et al. | Improved Formation Evaluation with Inversion Techniques using Logging While Drilling Azimuthal Deep Resistivity Sensor–A Case Study |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |