一种测定岩石可钻性的装置及方法与流程

本申请涉及石油钻探技术领域，特别涉及一种测定岩石可钻性的装置及方法。

背景技术：

水射流破岩技术，是通过从小口径孔中射出的高速水射流作用在岩石上，对岩石进行冲蚀，使岩石破碎。水射流破岩技术是目前石油钻探时常用的重要技术手段，在对岩石储层进行水射流作业之前，准确地测定储层岩石的可钻性，对有效实施水射流破岩钻探是十分关键的。

现有技术中至少存在如下问题：在水射流冲蚀过程中，现有技术无法对岩石可钻性的相关参数进行实时测定，只能利用水射流作用后的岩石可钻性的相关参数数据，分析岩石可钻性。由于缺少水射流冲蚀过程中的岩石可钻性的相关参数数据，导致岩石的可钻性测定结果的可靠性和准确度较低。

技术实现要素：

本申请实施例的目的是提供一种测定岩石可钻性的装置及方法，以实现水射流冲蚀过程中对岩石可钻性相关数据的实时测定，获得更加可靠的可钻性测定结果。

本申请实施例提供一种测定岩石可钻性的装置及方法是这样实现的：

一种测定岩石可钻性的装置，所述装置包括：

水射流冲蚀装置，用于产生预设强度的水射流，对待测岩石进行水射流冲蚀；

可钻性测定装置，用于实时监测所述水射流冲蚀的过程中产生的声发射信号，利用所述声发射信号的能量变化，确定所述待测岩石的可钻性。

优选实施例中，所述水射流冲蚀装置包括：

超高压柱塞泵，用于对水流进行增压产生高压流体；

高压管线，所述高压管线的第一管口与所述高压柱塞泵连接，用于传输所述高压流体；

喷嘴，所述喷嘴与所述高压管线的第二管口连接，用于喷射所述高压流体，形成预设强度的水射流，冲蚀待测岩石。

优选实施例中，所述可钻性测定装置包括：

声发射探头组，至少包括一个声发射探头，设置于所述待测岩石的表面，用于获取所述待测岩石破碎时产生的原始声发射信号；

声发射信号监测仪，与所述声发射探头组连接，用于从所述原始声发射信号中，提取因所述待测岩石破碎产生的频域声发射信号，得到次级声发射信号；

计算机，所述计算机与所述声发射信号监测仪连接，用于根据所述次级声发射信号确定待测岩石的可钻性。

优选实施例中，所述装置还包括：

水听器，设置在水流中，用于监测所述预设强度的水射流在所述水流中产生的原始水声信号；

水声监测仪，与所述水听器相连接，用于接收所述原始水声信号，对所述原始水声信号进行处理，得到次级水声信号，将所述次级水声信号发送至所述计算机。

优选实施例中，所述计算机还用于：

利用所述次级水声信号，对所述次级声发射信号进行修正。

优选实施例中，所述水射流冲蚀装置还包括：

供能元件，所述供能元件与所述超高压柱塞泵连接，用于为所述超高压柱塞泵提供能量；

电控装置，所述电控装置与所述喷嘴连接，用于调整所述喷嘴与所述待测岩石的距离；

所述电控装置还与所述超高压柱塞泵连接，用于控制所述超高压柱塞泵的泵压。

优选实施例中，所述可钻性测定装置还包括：

前置放大器，设置在所述声发射探头组和所述声发射信号监测仪之间，用于对所述原始声发射信号进行信号放大处理。

一种测定岩石可钻性的方法，所述方法包括：

利用预设强度的水射流，对待测岩石进行水射流冲蚀，使所述待测岩石破碎，产生原始声发射信号；

从所述原始声发射信号中提取因所述待测岩石破碎产生的频域声发射信号，得到次级声发射信号；

根据所述次级声发射信号，确定待测岩石的可钻性。

优选实施例中，所述从所述原始声发射信号中提取因所述待测岩石破碎产生的频域声发射信号的方式，包括：

通过时频转换，将所述原始声发射信号转换为频域声发射信号；

利用小波变换，从所述频域声发射信号中提取出因所述待测岩石破碎产生的频域声发射信号，得到次级声发射信号。

优选实施例中，所述方法还包括：

监测得到所述预设强度的水射流在水流中产生的原始水声信号；

对所述原始水声信号进行处理，得到次级水声信号；

利用所述次级水声信号对所述次级声发射信号进行修正；

根据修正后的次级声发射信号，确定待测岩石的可钻性。

利用本申请实施例提供的一种测定岩石可钻性的装置，可以利用声发射探头组和声发射监测仪实时监测水射流冲蚀过程中产生的声发射信号，根据水射流冲蚀产生的声发射信号，可以确定待测岩石的可钻性。由于本申请中全面地获取到了整个冲蚀过程产生的声发射信号，利用所述声发射信号作为确定待测岩石可钻性的数据基础，可以有效提高可钻性测定结果的可靠性和准确度。利用本申请实施例提供的一种测定岩石可钻性的方法，可以利用所述装置，对岩石的可钻性进行测定，有效提高了岩石可钻性测定结果的可靠性和准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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是本申请一个实施例提供的一种测定岩石可钻性的装置的模块结构示意图；

图2是本申请另一个实施例提供的一种测定岩石可钻性的装置的模块结构示意图；

图3是本申请一个实施例提供的一种测定岩石可钻性的方法的流程示意图；

图4是本申请一个实施例提供的声发射探头组的分布示意图；

图5是本申请一个实施例提供的声发射探头组的分布示意图的侧面展开图。

具体实施方式

本申请实施例提供一种测定岩石可钻性的装置及方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图1是本申请所述一种测定岩石可钻性的装置的一种实施例提供的模块结构示意图。虽然本申请提供了如下述实施例或附图所示的方法操作步骤或装置结构，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法或装置中可以包括更多或者更少的操作步骤或模块单元。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤或结构中，这些步骤的执行顺序或装置的模块结构不限于本申请实施例或附图所示的执行顺序或模块结构。所述的方法或模块结构的在实际中的装置或终端产品应用时，可以按照实施例或者附图所示的方法或模块结构进行顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境、甚至包括分布式处理的实施环境)。

具体的，如图1所示，本申请提供的一种测定岩石可钻性的装置的一种实施例可以包括：

水射流冲蚀装置101，可以用于产生预设压强的水射流，对待测岩石进行水射流冲蚀。

所述预设压强，可以根据待测岩石的实际情况确定，比如根据待测岩石的材质，选定可以使待测岩石破碎的压强。具体的，预设压强的具体范围，本申请不作限定，实施人员可以根据实际作业情况，自行选取合适的压强进行水射流冲蚀，通常的所述预设压强数值的选取，需要考虑可以使待测岩石破碎。

可钻性测定装置102，可以用于实时监测所述水射流冲蚀的过程中产生的声发射信号，根据所述声发射信号的能量变化，确定所述待测岩石的可钻性。

所述声发射信号的能量，会随着破岩时间或者破岩深度等参数的变化而变化，根据所述声发射的能量随所述参数的变化关系，就可以确定出所述待测岩石的可钻性。比如，本申请一个实施例中，确定所述待测岩石可钻性的方式可以包括：

对所述原始声发射信号进行时频分析，提取出因岩石破碎产生的次级声发射信号；

计算得到不同时刻声发射信号的功率谱密度；

对所述功率谱密度进行积分，可以得到不同时刻声发射信号的能量；

由于所述声发射信号的能量与岩石破碎的深度呈线性变化关系，可以根据声发射信号的能量与破岩深度的线性关系对应的线性斜率，确定出岩石的可钻性。

本申请另一个实施例中，还可以根据能量变化与破岩时间的变化关系，确定岩石的可钻性。

利用上述各实施例提供的一种测定岩石可钻性的装置，可以利用声发射探头组和声发射监测仪实时监测水射流冲蚀过程中产生的声发射信号，根据水射流冲蚀产生的声发射信号，可以确定待测岩石的可钻性。由于本申请中全面地获取到了整个冲蚀过程产生的声发射信号，利用所述声发射信号作为确定待测岩石可钻性的数据基础，可以有效提高可钻性测定结果的可靠性和准确度。

图2是本申请另一个实施例提供的一种测定岩石可钻性的装置的模块结构示意图。

本申请另一个实施例中，如图2所示，所述水射流冲蚀装置101可以包括：超高压柱塞泵1，可以用于对水流进行增压产生高压流体。

高压管线2，高压管线2的第一管口与超高压柱塞泵1相连接，可以用于传输超高压柱塞泵1产生的高压流体。

喷嘴3，喷嘴3与高压管线2的第二管口相连接，可以用于喷射所述高压流体，形成预设强度的水射流，冲蚀待测岩石。

本申请又一个实施例中，如图2所示，所述可钻性测定装置102可以包括：

声发射探头组4，声发射探头组4设置于所述待测岩石的表面，可以用于获取所述待测岩石破碎时产生的原始声发射信号。

声发射信号监测仪6，声发射信号监测仪6与所述声发射探头组4连接，可以用于从所述原始声发射信号中，提取因所述待测岩石破碎产生的频域声发射信号，得到次级声发射信号。

本申请一个实施例中，所述声发射信号监测仪6，可以对接收到的原始声发射信号进行时频转换，得到频域声发射信号，而后利用小波变换，从所述频域声发射信号中提取出因所述待测岩石破碎产生的频域声发射信号，得到次级声发射信号。

计算机7，计算机7与所述声发射信号监测仪6连接，可以用于根据所述次级声发射信号确定待测岩石的可钻性。

一般地，根据所述次级声发射信号确定待测岩石的可钻性，通常是根据次级声发射信号的能量与破岩深度或者破岩时间的变化关系，确定出岩石的可钻性。

比如，所述次级声发射信号的能量与破岩深度呈线性关系，利用这种线性关系，本申请一个实施例中，根据所述线性关系的线性斜率，确定待测岩石的可钻性。所述线性斜率的绝对值越大，说明待测岩石的可钻性越低。

在本申请另一个实施例中，还可以根据所述次级声发射信号的能量变化，计算出破岩时的能量利用率以及破岩所需时间，根据所述能量利用率或者破岩所需时间，确定出所述待测岩石的可钻性。

一般的，所述探头组4可以至少包括一个声发射探头，具体包括的声发射探头的个数可以根据待测岩石的形状、尺寸以及材质来确定。在水射流破岩的实施场景中，为了获取待测岩石各个部分的声发射信号，所述声发射探头组通常要包括多个声发射探头，具体的，图4是本申请一个实施例中声发射探头组的分布示意图。

在图4中，所述圆柱形待测岩石的底面直径为100毫米，高为100毫米。所述声发射探头组可以包括：

四个第一声发射探头，在待测岩石侧面高度值为80毫米处的同一圆周上分布，每个第一声发射探头之间的距离相等。

四个第二声发射探头，在待测岩石侧面高度值为60毫米处的同一圆周上分布，每个第二声发射探头之间的距离相等。

两个第三声发射探头，在待测岩石侧面高度值为20毫米处的同一圆周上分布，两个第三声发射探头之间的直线距离为100毫米。

图5是本实施例中声发射探头组分布示意图的侧面展开图，图5中，纵坐标表示的是待测岩石侧面上的高度，横坐标表示的是水平方向上的角度。

本实施例中，由于水射流作用下岩石破碎范围局限在水射流冲击点周围，声发射信号源相对集中，因此选择在水射流冲击点周围加密声发射探头，设置四个所述第一声发射探头和四个所述第二声发射探头，在远离水射流冲击点处布置两个所述第三声发射探头用于与冲击点周围的原始声发射信号形成对比。

本实施例中，所述声发射探头的分布方式及分布位置的选择，是为了能够接受到更强的岩石破碎的声发射信号。具体的声发射探头的分布方式及分布位置的选择，本申请不作限定，实施人员可以以声发射探头应该尽量靠近岩石破碎处为标准，自行确定声发射探头的分布方式。

利用上述各实施例提供的一种测定岩石可钻性的装置，可以利用声发射探头组和声发射监测仪实时监测水射流冲蚀过程中产生的声发射信号，根据水射流冲蚀产生的声发射信号，可以确定待测岩石的可钻性。由于本申请中全面地获取到了整个冲蚀过程产生的声发射信号，利用所述声发射信号作为确定待测岩石可钻性的数据基础，可以有效提高可钻性测定结果的可靠性和准确度。

如图2所示，本申请一个实施例中，所述装置还可以包括：

水听器9，水听器9设置在水流中，可以用于监测所述预设强度的水射流在所述水流中产生的原始水声信号；

所述水听器可以是一种水声监测仪器，可以监听到水射流引起的水下声信号，并可以将水下声信号转换为电信号。

水声监测仪8，水声监测仪8与所述水听器9相连接，可以用于接收所述原始水声信号，对所述原始水声信号进行处理，得到次级水声信号，将所述次级水声信号发送至所述计算机7；

所述计算机7还可以用于：利用所述次级水声信号，对所述次级声发射信号进行修正。

由于原始声发射信号中包含水射流产生的水声信号，导致次级声发射信号中也存在水声信号，利用本实施例中提供的实施方式，可以消除次级声发射信号中的水声信号，得到的修正后的次级声发射信号只包含因所述待测岩石破碎产生的声发射信号，可以有效提高测定结果的准确度。

本申请又一个实施例中，如图2所示，所述水射流冲蚀装置还可以包括：

供能元件10，所述供能元件10与所述超高压柱塞泵1连接，可以用于为所述超高压柱塞泵1提供能量；

电控装置11，所述电控装置11与所述喷嘴3连接，可以用于调整所述喷嘴3与所述待测岩石的距离；

所述电控装置11还与所述超高压柱塞泵1连接，可以用于控制所述超高压柱塞泵1的泵压。

利用本实施例提供的水射流冲蚀装置，可以控制喷嘴与待测岩石的距离和超高压柱塞泵的泵压，从而可以调整预设强度的水射流的冲蚀强度，从而可以获取更全面的数据，提高测定结果的可靠性和准确度。

本申请另一个实施例中，所述可钻性测定装置还可以包括：

前置放大器5，前置放大器5设置在所述声发射探头组和所述声发射信号监测仪之间，可以用于对所述原始声发射信号进行信号放大处理。

通过加载前置放大器，可以对原始声发射信号进行信号放大，便于后续的信号处理，可以提高测定结果的准确度。

基于上述各实施例提供的一种测定岩石可钻性的装置，本申请提供一种测定岩石可钻性的方法。图3是本申请一个实施例中提供的测定岩石可钻性的方法的方法流程示意图。具体的，如图3所示，所述方法可以包括：

S1：利用预设强度的水射流，对待测岩石进行水射流冲蚀，使所述待测岩石破碎，产生原始声发射信号。

S2：从所述原始声发射信号中提取因所述待测岩石破碎产生的频域声发射信号，得到次级声发射信号。

本申请一个实施例中，从所述原始声发射信号中提取因所述待测岩石破碎产生的频域声发射信号的方式，可以包括：

通过时频转换，将所述原始声发射信号转换为频域声发射信号。

利用小波变换，从所述频域声发射信号中提取出因所述待测岩石破碎产生的频域声发射信号，得到次级声发射信号。

S3：根据所述次级声发射信号，确定待测岩石的可钻性。

所述次级声发射信号的声发射能量与破岩深度呈线性关系，线性斜率可以用于表征待测岩石的可钻性。斜率的绝对值越大，表示待测岩石的可钻性越低。

本申请另一个实施例中，还可以根据所述次级声发射信号的能量变化算出破岩时的能量利用率以及破岩所需时间。

通过对比不同待测岩石的破岩形态和所述次级声发射信号的能量变化算出破岩时的能量利用率以及破岩所需时间，可以更全面地测定储层岩石的可钻性。

本申请又一个实施例中，所述方法还可以包括：

监测得到所述预设强度的水射流在水流中产生的原始水声信号；

对所述原始水声信号进行处理，得到次级水声信号；

利用所述次级水声信号对所述次级声发射信号进行修正；

根据修正后的次级声发射信号，确定待测岩石的可钻性。

利用本实施例提供的实施方式，可以消除次级声发射信号中的水声部分的影响，从而得到更精确的次级声发射信号，可以有效提高测定结果的准确度。

利用上述实施例提供的测定岩石可钻性的方法，可以利用所述装置，对岩石的可钻性进行测定，有效提高了岩石可钻性测定结果的可靠性和准确度。

尽管本申请内容中提到不同的测定岩石可钻性的处理方式，从产生原始声发射信号、提取因所述待测岩石破碎产生的频域声发射信号到确定待测岩石的可钻性各种时序方式、数据获取/处理/输出方式等的描述，但是，本申请并不局限于必须是行业标准或实施例所描述的情况等，某些行业标准或者使用自定义方式或实施例描述的实施基础上略加修改后的实施方案也可以实现上述实施例相同、等同或相近、或变形后可预料的实施效果。应用这些修改或变形后的数据获取、处理、输出、判断方式等的实施例，仍然可以属于本申请的可选实施方案范围之内。

虽然本申请提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。

上述实施例阐明的装置或模块等，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本申请可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。