用于确定超声波随钻井径测井中一次反射回波的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及超声波随钻井径测井技术领域，尤其设及了一种用于确定超声波随钻 井径测井中一次反射回波的方法。
【背景技术】
[0002] 在钻井过程中能够实时知道井径变化是非常重要的，运样可W通过钻头实时有效 地修正钻井。另外，在钻井过程中及时了解井径情况，对于提高钻井安全也非常有意义。
[0003] 在钻井过程中如果井径的值低于标准尺寸或正常值，说明钻头有磨损需要即时更 换W免影响后续的钻井质量;如果井径的值高于标准尺寸或正常值，说明有不合适的泥浆 流速或者不适当的泥浆化学成分也可能是井内压力太低造成的。除此之外，采油时需要在 裸眼段安装封隔器，老井检修需要更换封隔器和通井，此时测量井径，有利于施工可靠。
[0004] 多数井径测井时的井径仪器通常为常规的电缆井径仪器，其成本较高、效率较低。 现有技术中提出了多种超声波随钻井径测井的方法，其能够较佳地克服常规电缆井径仪器 的弊端。但是，该项技术尚不成熟，对比一些现有的技术，例如，有些采用包络线判别法判断 井壁一次返射回波，该方法仅仅是理论上能够较佳地实现，运用到实际时并不理想。主要是 由于，实际测井返回波形由于受到井内泥浆衰减和不规则井壁反射容易造成波形幅度大小 变化不均并可能会出现瞬间波形崎变等情况，运些情况将导致对井壁一次返射回波的错判 和漏判。另外，测井系统发射的超声波信号经过井液到达井壁的过程中不可避免的受到泥 浆钻屑、泥浆气泡W及仪器偏屯、的影响，运种影响将会使井径测量结果精度大大降低，从而 使得测得的实时钻井井径值的可靠性降低。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得W解决：
[0006] 用于确定超声波随钻井径测井中一次反射回波的方法，其包括W下步骤，
[0007] 步骤一:选取基波，定义由超声波换能器因起震而产生的信号反射回的波簇为延 时波，截取延时波及延时波之前的波为基波；
[000引步骤二:选取时窗波，定义由超声波换能器的发射信号反射回的波簇为井壁回波 簇，截取一次完整的井壁回波簇为时窗波；
[0009] 步骤获取形似波列，定义超声波换能器接收到的完整反射回波列为完整波列， 将完整波列减去基波后采用时窗波进行相似性检测，计算完整波列中各点对应的相似度值 O，选取与时窗波最相似的波列为形似波列；
[0010] 步骤四：获取待筛选井壁返回波列，设定一相似度阔值，将形似波列中相似度值O 低于相似度阔值的波形剔除，经剔除后的形似波列即为待筛选井壁返回波列；
[0011] 步骤五:获取井壁返回波列，检测待筛选井壁返回波列中任一波形之后是否存在 一个幅值较大波形，若存在，则舍弃该幅值较大波形之前的所有波形并将剩余波列作为井 壁返回波列，若不存在，则待筛选井壁返回波列即为井壁返回波列；
[0012] 步骤六:选取临时一次反射回波，W井壁返回波列中的最后一个波形为临时一次 反射回波，记该临时一次反射回波的接收时间为TN，幅值为AN;
[0013] 步骤屯:双重回波判定，将临时一次反射回波的接收时间TN与井壁返回波列中所 有位于临时一次反射回波之前的波形的接收时间Tl~TN-I进行比较，若存在一个整数m，且 1 < m含（N-1)，使得TN= 2时1，则将m赋值给N并返回步骤六，直至不存在该整数m，此时所选取 临时一次反射回波即为最终一次反射回波；
[0014] 步骤八，输出数据，输出最终一次反射回波的接收时间TN和幅值为AN。
[0015] 通过本发明的方法，能够较为精准有效地检测出由超声波换能器的发射信号反射 回的一次反射回波，从而能够较为精确地计算出超声波换能器所处地层位置的井径值，并 在井况不好时能较好地保证测井数据的准确性。
[0016] 作为优选，步骤二中，时窗波的长度为超声波换能器发射信号的2~4个周期。
[0017] 本发明的方法中，时窗波的长度能够为超声波换能器发射信号的2~4个周期，从 而能够较佳地保证进行相似性检测时的精确性，并能够较佳地降低进行相似性检测时的运 算量。
[001引作为优选，步骤S中，相似性检测的算法如下，
[0020] 上式中，O为相似度值，Xi为时窗波的长度在区间[l，n]内的幅度值序列，yi为完整 波列的长度在区间[1，n]内的幅度值序列。
[0021] 本发明的方法中，相似性检测的算法能够结合皮尔逊相关系数的波形匹配算法和 欧式距离算法，从而能够较佳地识别匹配点。
[0022] 作为优选，步骤= (S130)中，完整波列在超声波换能器发射信号发射后进行采集。
[0023] 作为优选，超声波换能器发射信号发射后，延时IOus对完整波列进行采集。
[0024] 本发明的方法中，完整波列能够延时进行采集，从而能够较佳地去除因超声波换 能器起震而造成的干扰。
【附图说明】
[0025] 图1为实施例1中所提供方法的步骤示意图；
[0026] 图2为超声波换能器的发射信号在钻井中的传播示意图；
[0027] 图3为超声波井径测井仪位于井眼中央时的完整波列示意图；
[0028] 图4为超声波井径测井仪贴近井眼内壁时的完整波列示意图；
[0029] 图5为图3中的波形减去基波后的波形示意图；
[0030] 图6为对图4中的波形进行处理后与完整波列中各点对应的相似度值序列图；
[0031] 图7为对图4中的波形应用皮尔逊互相关算法时滑动时窗匹配系数序列图；
[0032] 图8为对图4中的波形应用欧式距离算法时滑动时窗匹配系数序列图；
[0033] 图9为实施例1中待筛选井壁返回波列的波形包络线图；
[0034] 图10为基于图2中的双重回波示意图；
[0035] 图11为超声波井径测井仪偏屯、情况下横截面示意图；
[0036] 图12是超声波井径测井仪井下偏屯、情况下井径原理图。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
[003引实施例1
[0039] 如图1所示，本实施例提供了一种用于确定超声波随钻井径测井中一次反射回波 的方法，其包括W下步骤，
[0040] 步骤一 SllO:选取基波，定义由超声波换能器因起震而产生的信号反射回的波簇 为延时波，截取延时波及延时波之前的波为基波；
[0041] 步骤二S120:选取时窗波，定义由超声波换能器的发射信号反射回的波簇为井壁 回波簇，截取一次完整的井壁回波簇为时窗波；
[0042] 步骤=S130:获取形似波列，定义超声波换能器接收到的完整反射回波列为完整 波列，将完整波列减去基波后采用时窗波进行相似性检测，计算完整波列中各点对应的相 似度值O，选取与时窗波最相似的波列为形似波列；
[0043] 步骤四S140:获取待筛选井壁返回波列，设定一相似度阔值，将形似波列中相似度 值曰低于相似度阔值的波形剔除，经剔除后的形似波列即为待筛选井壁返回波列；
[0044] 步骤五S150:获取井壁返回波列，检测待筛选井壁返回波列中任一波形之后是否 存在一个幅值较大波形，若存在，则舍弃该幅值较大波形之前的所有波形并将剩余波列作 为井壁返回波列，若不存在，则待筛选井壁返回波列即为井壁返回波列；
[0045] 步骤六S160:选取临时一次反射回波，W井壁返回波列中的最后一个波形为临时 一次反射回波，记该临时一次反射回波的接收时间为TN，幅值为AN;
[0046] 步骤屯S170:双重回波判定，将临时一次反射回波的接收时间TN与井壁返回波列 中所有位于临时一次反射回波之前的波形的接收时间Tl~TN-I进行比较，若存在一个整数 m，且1如^ (N-I)，使得TN=2化，则将m赋值给N并返回步骤六，直至不存在该整数m，此时所 选取临时一次反射回波即为最终一次反射回波；
[0047] 步骤八S180,输出数据，输出最终一次反射回波的接收时间TN和幅值为AN。
[0048] 通过图1的逻辑步骤可W得到每个换能器从发射开始到接收到井壁回波的时间间 隔，进而可W算出换能器表面到井壁的间隔S，即：
[0049] Sl = (tl-t0)*v0/2;
[0化0] S2 = (t2-t0)*v0/2；
[0化1] S3 = (t3-t0)*v0/2;
[0化2] rl = Sl+r；
[0化3] r2 = S2+r；
[0化4] r3 = S3+r。
[0055] 上式中tl，t2和t3分别表示井壁回波到换能器开始发射时的时间，to表示延时波 接收到的时间，r表示仪器半径，rl，r2和r3分别表示仪器中屯、点到井壁的距离，如图11所 /J、- O
[0056] 由图11、图12所示，超声波井径测井仪在偏屯、情况下，W圆Ol代表井眼，圆02代表 井径仪偏屯、放置在圆Ol中，a'、b'、c'代表井径仪=个均布换能器与井径仪圆屯、的连结延长 线在井壁的交点。
[0化7]设：〇2曰' =rl，02b' =r2,02c' =r3。
[0化引由S角形余弦定理可知：
[0059] a' b' 2 = rl2甘22-2村1'村2' COS120。；
[0060] b' C' 2 = r22甘32-2村2'村3' COS120。；
[0061 ] a' C' 2 = rl2甘32-2村1'村3' COS120。。
[0062] S角形a'b'c'的半周长：
[0063] p = (a'b'+a'c'+b'c'）/2。
[0064] 即可根据海伦公式求得S角形面积：
[0066] S角形a ' b ' C '的外接圆Ol的半径为：
[0073] R是最终通过=个换能器测得的井径回波数据最终得到的井眼半径值，通过井眼 半径值可求得超声波井径测井仪的偏屯、距:E2 = R2-CU
[0074] 最终得到偏屯、角白：
[0076] 如图2所示，为超声波换能器的发射信号在钻井中的传播示意图。其中，标号1代表 超声波换能器，标号2代表超声波井径测井仪(其设于钻头内用于安装超声波换能器），标号 6代表井内泥浆层，标号7代表井眼内壁。超声波换能器1上设有陶瓷震荡碟片24,陶瓷震荡 碟片24上连接有导线25,陶瓷震荡碟片24外侧设有朝向井眼内壁7的罩体8,罩体8由延时材 料制成且构造成卿趴状。高频脉冲电压通过导线25施加在陶瓷震荡碟片24上，从而使得陶 瓷震荡碟片24处产生发射信号26。
[0077] 由于罩体8与井内泥浆层6交界处的声阻抗不同，从而发射信号26