一种随钻岩性和油藏特性识别方法技术

一种随钻岩性和油藏特性识别方法，包括以下步骤：步骤①、建立数据分析软硬件设备，步骤②、安装振动信号测量设备，步骤③、振动传感器将振动声波信号传递给模拟滤波器，步骤④、模拟滤波器将信号中的无用频带滤除，将有用频带输送给高保真放大器；步骤⑤、高保真放大器将信号放大增强后传输给数字滤波器；步骤⑥、功率谱分析单元将信号的功率谱密度输送给小波变换单元；步骤⑦、小波变换单元对信号进行小波分解和重构，消除噪声，步骤⑧、傅立叶变换单元对恢复的真实信号以频谱图和能谱图展开，通过识别每一组谱线，确定各种岩性、油藏流体特征，本方法对振动声波信号进行检测和过滤，提取地层信息，通过消噪及频谱分析，获得岩性和油藏流体特性。

A method of lithology identification and reservoir identification while drilling

A drilling lithology and reservoir characteristics identification method, which comprises the following steps: firstly, establish a data analysis software and hardware equipment, the installation steps, the vibration signal measuring device, the vibration sensor, step vibration acoustic signals to analog filters, and the steps of analog filter to filter out the useless frequency band, will be useful delivery to the hi fi amplifier; step five, hi fi amplifier amplifies a signal transmitted to enhance digital filter; step 6, power spectrum analysis unit of the power spectral density of the signal transmission to the wavelet transform, the wavelet transform element; step unit of wavelet decomposition and reconstruction, to eliminate the noise signal, and the steps of Fu Liye transform unit restore the true signal to frequency spectrum and energy spectrum, through the identification of each set of lines, determine the lithology and reservoir Fluid characteristics, this method detects and filters vibration acoustic signals, extracts formation information, and obtains lithology and reservoir fluid characteristics through noise elimination and frequency spectrum analysis.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油钻井过程中随钻录井和测量技术,特别涉及钻具应力波 检测与分析技术。
技术介绍
常规地质录井中地质分层、卡准层位和进行岩屑描述，主要是根据钻时、 岩屑样品以及气测值来进行的。但对于地层中出现的薄层和夹层岩性，在非 加密取样间隔或取心情况下，我们往往不能将它准确描述出来，况且砂样中 的掉块及地质师的经验都会造成岩屑描述的失真，进而使岩屑描述的剖面符合率降低。随着PDC钻头的大量使用，钻井速度大幅提高，但由于PDC钻头 的工作原理与传统的牙轮钻头不同，给岩屑录井带来诸多问题，从岩屑颗粒 上鉴别岩性成为困难。目前，国外录井技术中有采用电磁波和光缆的方案， 但都不能很好地直接反映地层方面的有关信息。在旋转钻井中，由于钻头与地层的作用，振动是不可避免的，钻头的破 岩作用使岩石在破碎时产生声波发射现象。这实际上是岩石应变能以弹性波 方式快速释放，其中一部分能量通过钻具作为传播介质以微振动的方式传至 地面。在这种看似杂乱无章的振动声波信号中，包含着大量的岩性和油藏流 体特性，过去一直被人们忽略。钻具应力波的来源很广泛，诸如钻头的转动、岩石的破碎、钻具与地层 的接触，但我们所关心的是那些能够反应地层信息的应力波。使用PDC钻头 时，由于它无牙轮、齿小，反映到地面的振动特性相对牙轮钻头较弱，给分 析判断增加了难度。因此，钻具振动录井技术的关键是振动声波信号的采集 和分析。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种随钻岩性和油藏特性识别方 法，对振动声波信号进行检测和过滤，提取地层信息，通过消噪及频谱分析， 获得岩性和油藏流体特性。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，包括以下步骤步骤①、在地面建立数据分析软硬件设备，该数据分析软硬件设备由数 字滤波器、无线数据接收单元、人工神经网络和专家系统组成；数字滤波器由三级组成，第一级为功率谱分析单元，第二级为小波变换单元，第三级为傅立叶变换单元；步骤②、安装振动信号测量设备，该振动信号测量设备安装在油井口的 钻柱顶部或安装在井下测量装置中，该振动信号测量设备由振动传感器、模 拟滤波器、高保真放大器、数据采集单元和无线数据发送单元组成，振动传 感器用于接收钻头与地层岩石相互作用时产生的振动声波信号；步骤③、振动传感器将接收到的振动声波信号传递到模拟滤波器中，该 模拟滤波器是一个带通滤波器，其带通范围是1千赫兹一IO千赫兹；步骤④、该模拟滤波器将振动声波信号中低于1千赫兹的频段和高于10 千赫兹的频段滤除，将包含了地层信息的有用频带，即1千赫兹一IO千赫兹 输送给高保真放大器进行放大；步骤⑤、高保真放大器将振动声波信号放大增强后，由数据采集单元获 取并输送给无线数据发送单元，它将数据以无线方式传输给地面数据分析软 硬件设备中的无线数据接收单元，无线数据接收单元将收到的振动声波信号 送给数字滤波器的第一级功率谱分析单元中进行功率谱分析；步骤⑥、功率谱分析单元对高保真放大器输送来的振动声波信号进行功 率谱计算，得出其功率谱密度，即振动声波信号的能量随着频率的分布情况; 然后将振动声波信号的功率谱密度输送给小波变换单元；步骤⑦、小波变换单元对振动声波信号的功率谱密度进行小波分解，选 择小波并确定分解层次为N，则噪声部分通常包含在高频中，然后对小波分 解的高频系数进行门限阈值量化处理，最后根据小波分解的第N层低频系数 和经过量化后的1 N层高频系数进行小波重构，达到消除噪声的目的，即抑 制信号的噪声，在实际信号中恢复真实信号；然后将真实信号输送给傅立叶 变换单元；步骤⑧、傅立叶变换单元将经过小波消噪恢复的真实信号进行傅立叶变 换,即将时域的信号变换到频域中进行分析，以傅立叶变换频谱图和能谱图展 开，并将谱线细化成若干频段，通过识别每一组谱线，确定各种岩性特征、 油藏流体特征。本专利技术有以下积极有益效果本方法在地面安装数据分析软硬件设备，从钻柱顶部或井下的振动 信号测量设备取得振动声波信号(钻具应力波)，通过模拟滤波器过滤出反 应地层信息的微弱信号，再通过数字滤波器从其中分离出反应岩性特征和油 藏流体特征的数据信号，通过人工网络和智能专家系统,转化为人们可直观识 别的信息。本方法涉及的振动声波信号主要包括两类，第一类是基于机械结构(钻 头类型、钻具组合等)、钻井参数(钻压、转速、泵压等)相关的振动声波信 号，这些振动声波信号能量大，容易受到施加措施和环境等因素的波动，而 且频率低， 一般在1千赫兹以下，它们不能直接反应地层岩性和油藏特性， 在本专利技术中视其为无用信号。4第二类是基于岩性和油藏特性的高频率信号， 一般在i千赫兹到io千赫兹或更高频率范围。但这些信号能量低，传到地面时，已经被噪声信号淹没, 不易被分离出来，必须经过特殊的数字信号处理才能获得，才能反应岩性和 油藏流体特性，本方法对井下的振动声波信号进行实时采样，由于振动声波 信号在激励、传输和检测过程中，可能不同程度地受到随机噪声的污染，特 别在小信号采集和测量中，噪声干扰显得尤其严重。因此，如何消除实际信 号中的噪声，从混有噪声的信号中提取有用信息是本方法得以实现的关键之 一，由于傅里叶变换是一种全局变换，无法表述信号的时域局部性质，而这 种性质恰恰是非平稳随机信号最根本和最关键的性质。为此，本方法采用小波变换消除噪声，小波变换有如下性质小波变换是一个满足能量守恒方程的线性运算，它把一个信号分解成对 空间和尺度(即时间和频率)的独立贡献，同时又不失原信号所包含的信息；小波变换相当于一个具有放大、縮小和平移等功能的数学显微镜，通过 检查不同放大倍数下信号的变化来研究其动态特性；小波变换不一定要求是正交的，小波基不惟一。小波函数系的时宽-带宽 积很小，且在时间和频率轴上都很集中，即展开系数的能量很集中；小波变换巧妙地利用了非均匀的分辨率，较好地解决了时间和频率分辨 率的矛盾；在低频段用高的频率分辨率和低的时间分辨率(宽的分析窗口)， 而在高频段则用低的频率分辨率和高的时间分辨率(窄的分析窗口)，这与时 变信号的特征一致；小波变换将信号分解为在对数坐标中具有相同大小频带的集合，这种以 非线性的对数方式而不是以线性方式处理频率的方法对时变信号具有明显的 优越性；小波变换是稳定的，是一个信号的冗余表示。由于信号是连续变化的， 相邻分析窗的绝大部分是相互重叠的，相关性很强；小波变换同傅立叶变换一样，具有统一性和相似性，其正反变换具有完 美的对称性。小波变换具有基于巻积和QMF的塔形快速算法。本专利技术还使用了人工神经网络和专家系统，在线提供工实时的地层分析 和诊断方法。人工神经网络的特点和优越性，主要表现在三个方面第一，具有自学习功能。例如实现图像识别时，只要先把许多不同的图像样板和对应的应识别的结果输入人工神经网络，网络就会通过自学习功能， 慢慢学会识别类似的图像。第二，具有联想存储功能。用人工神经网络的反馈网络就可以实现这种联想。^第三，具有高速寻找优化解的能力。寻找一个复杂问题的优化解，往往 需要很大的计算量，利用一个针对某问题而设计的反馈型人工神经网络，发 挥计算机的高速运算能力，可能很快找到优化解。而且具有稳定性、收敛性, 由于振动声波信号是随钻过程中产生的，所以本专利技术的方法不但可以应用于牙轮钻头，也本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种随钻岩性和油藏特性识别方法，其特征是：该方法包括以下步骤：　步骤①、在地面建立数据分析软硬件设备，该数据分析软硬件设备由数字滤波器、无线数据接收单元、人工神经网络和专家系统组成；数字滤波器由三级组成，第一级为功率谱分析单元，第二级 为小波变换单元，第三级为傅立叶变换单元；　步骤②、安装振动信号测量设备，该振动信号测量设备安装在油井口的钻柱顶部或安装在井下测量装置中，该振动信号测量设备由振动传感器、模拟滤波器、高保真放大器、数据采集单元和无线数据发送单元组成，振动 传感器用于接收钻头与地层岩石相互作用时产生的振动声波信号；　步骤③、振动传感器将接收到的振动声波信号传递到模拟滤波器中，该模拟滤波器是一个带通滤波器，其带通范围是１千赫兹－１０千赫兹；　步骤④、模拟滤波器将振动声波信号中低于１千 赫兹的频段和高于１０千赫兹的频段滤除，将包含了地层信息的有用频带，即１千赫兹－１０千赫兹输送给高保真放大器进行放大；　步骤⑤、高保真放大器将振动声波信号放大增强后，由数据采集单元获取并输送给无线数据发送单元，它将数据以无线方式传输给地 面数据分析软硬件设备中的无线数据接收单元，无线数据接收单元将收到的振动声波信号送给数字滤波器的第一级功率谱分析单元中进行功率谱分析；　步骤⑥、功率谱分析单元对高保真放大器输送来的振动声波信号进行功率谱计算，得出其功率谱密度，即振动声波 信号的能量随着频率的分布情况；然后将振动声波信号的功率谱密度输送给小波变换单元；　步骤⑦、小波变换单元对振动声波信号的功率谱密度进行小波分解，选择小波并确定分解层次为Ｎ，则噪声部分通常包含在高频中，然后对小波分解的高频系数进行门限阈值 量化处理，最后根据小波分解的第Ｎ层低频系数和经过量化后的１～Ｎ层高频系数进行小波重构，达到消除噪声的目的，即抑制信号的噪声，在实际信号中恢复真实信号；然后将真实信号输送给傅立叶变换单元；　步骤⑧、傅立叶变换单元将经过小波消噪恢复的真实 信号进行傅立叶变换，即将时域的信号变换到频域中进行分析，以傅立叶变换频谱图和能谱图展开，并将谱线细化成若干频段，通过识别每一组谱线，确定各种岩性特征、油藏流体特征。...

【技术特征摘要】
1.一种随钻岩性和油藏特性识别方法，其特征是该方法包括以下步骤步骤①、在地面建立数据分析软硬件设备，该数据分析软硬件设备由数字滤波器、无线数据接收单元、人工神经网络和专家系统组成；数字滤波器由三级组成，第一级为功率谱分析单元，第二级为小波变换单元，第三级为傅立叶变换单元；步骤②、安装振动信号测量设备，该振动信号测量设备安装在油井口的钻柱顶部或安装在井下测量装置中，该振动信号测量设备由振动传感器、模拟滤波器、高保真放大器、数据采集单元和无线数据发送单元组成，振动传感器用于接收钻头与地层岩石相互作用时产生的振动声波信号；步骤③、振动传感器将接收到的振动声波信号传递到模拟滤波器中，该模拟滤波器是一个带通滤波器，其带通范围是1千赫兹-10千赫兹；步骤④、模拟滤波器将振动声波信号中低于1千赫兹的频段和高于10千赫兹的频段滤除，将包含了地层信息的有用频带，即1千赫兹-10千赫兹输送给高保真放大器进行放大；步骤⑤、高保真放大器将振动声波信号放大增强后，由数据采集单元获取并输送给无线数据发送单元，它将数据以无线方式传输给地面数据分析软硬件设备中的无线数据接收单元，无线数据接收单元将收到的振动声波信号送给数字滤波器的第一级功...

【专利技术属性】
技术研发人员：高岩，
申请(专利权)人：高岩，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]