套管厚度测量方法、装置、电子设备及计算机存储介质与流程

1.本发明涉及油气勘探开发中的井筒完整性评价技术领域，具体涉及一种套管厚度测量方法、装置、电子设备及计算机存储介质。


背景技术：

2.在油气田开发生成过程中，一般在钻孔井眼中配置套管来保护井眼免受地层压力的影响，防止井孔坍塌，对井壁起到支持作用。另外它也是油气输送的通道，保证了整个油气田生产的正常运行。通常在地应力的作用下，套管受到压、拉、扭等复杂应力影响，导致了套管变形；另外由于井内外流体中的化学作用的影响，也会对套管进行腐蚀。一旦套管本身由于某种原因而损坏，可能导致整口井的减产，甚至报废。因此评价和监测套管的腐蚀是保持套管完整性的重要工具，套管的厚度测量结果对套管完整性和油井废弃提供重要依据。
3.如图1所示，为超声脉冲反射法测井示意图，从内到外依次为井孔、套管、水泥环及地层，超声脉冲反射回波测井仪的探头即扫描头位于井孔中心。当超声脉冲反射回波测井仪工作时，发射换能器发射探头激励一个超声波脉冲信号，超声波脉冲信号在流体中传播然后入射到套管内壁。其中大部分声波能量反射回来被发射换能器接收，即为套管内壁的反射波信号。剩余的声波能量进入套管，声波信号在套管/水泥环界面进行多次的反射，并被发射换能器接收，这个信号为套管共振波信号。利用套管共振波频率及声波在套管中的纵波传播速度可以评价套管厚度。
4.如图2所示，为正常的超声脉冲反射回波信号，由图2可见，对于没有噪声或窄带发射换能器发射的超声脉冲反射回波信号，t1-t2时间区间内的信号为套管内壁的反射波信号，而t2-t3时间区间内的信号为套管共振波信号。其中，图3为超声脉冲反射回波及共振波频谱曲线，对图2中的全波信号及套管共振波信号做频谱分析，可见，这个频率范围内，只有一种套管共振波信号，套管的共振波频率与全波频谱的凹陷对应的频率吻合。全波中的频率凹陷代表超声波的有一部分能量进入的套管，导致能量损失。由于共振波信号模式单一，可以通过共振频率和纵波速度计算套管厚度。
5.而对于图4所示的超声脉冲反射回波，由于实际测量中噪声信号的影响，或发射换能器的频带较宽，可以测量的套管范围更广。但是这种情况下，套管的共振波模式可能会不单一，不但有基频共振波还有倍频共振波信号，因此全波频谱中可以观察到多个凹陷，这种回波信号的套管共振波频谱就会有多个峰值，很难找到真正的基频套管共振波，因此通过上述方法就很难计算套管的厚度。


技术实现要素：

6.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的套管厚度测量方法、装置、电子设备及计算机存储介质。
7.根据本发明的一个方面，提供了一种套管厚度测量方法，包括：获取井眼预设深度区间内预设深度点预设方位处套管的超声脉冲回波数据；
根据所述超声脉冲回波数据确定频率搜索区间和群延迟曲线；在所述频率搜索区间内对所述群延迟曲线进行频率扫描确定所述套管的共振频率；根据所述共振频率确定所述套管的厚度。
8.根据本发明的另一个方面，提供了一种套管厚度测量装置，包括：超声数据获取模块，用于获取井眼预设深度区间内预设深度点预设方位处套管的超声脉冲回波数据；频率区间和群延迟曲线确定模块，用于根据所述超声脉冲回波数据确定频率搜索区间和群延迟曲线；频率扫描模块，用于在所述频率搜索区间内对所述群延迟曲线进行频率扫描确定所述套管的共振频率；厚度确定模块，用于根据所述共振频率确定所述套管的厚度。
9.根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行本发明所述的套管厚度测量方法对应的操作。
10.根据本发明的另一方面，提供了一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使处理器执行本发明所述的套管厚度测量方法对应的操作。
11.根据本发明公开的套管厚度测量方法、电子设备及计算机存储介质，通过获取井眼预设深度区间内预设深度点预设方位处套管的超声脉冲回波数据，根据所述超声脉冲回波数据确定频率搜索区间和群延迟曲线，在所述频率搜索区间内对所述群延迟曲线进行频率扫描确定所述套管的共振频率，根据所述共振频率确定所述套管的厚度，这样可以消除噪声频率点和倍频点，获取真正的套管共振频率，从而提高套管的厚度计算准确度。
12.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
13.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1示出了根据本发明现有技术提供的超声脉冲反射法测井示意图；图2示出了根据本发明现有技术提供的正常的超声脉冲反射回波信号示意图；图3示出了根据本发明现有技术提供的超声脉冲反射回波信号及共振波频谱曲线示意图；图4示出了根据本发明现有技术提供的一种宽带超声脉冲反射回波信号示意图；图5示出了根据本发明实施例一提供的一种套管厚度测量方法的流程示意图；图6示出了根据本发明实施例一提供的一种套管厚度测量方法中的一种套管内壁
超声脉冲反射回波信号的频谱曲线示意图；图7示出了根据本发明实施例一提供的一种套管厚度测量方法中的一种套管内壁超声脉冲反射回波信号的全波频谱及群延迟曲线示意图；图8示出了根据本发明实施例二提供的一种套管厚度测量方法的流程示意图；图9示出了根据本发明实施例二提供的一种套管厚度测量方法中的预设深度区间的套管的厚度成像示意图；图10示出了根据本发明实施例三提供的一种套管厚度测量装置的结构示意图；图11示出了根据本发明实施例五提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
14.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
15.实施例一图5示出了根据本发明实施例一提供的一种套管厚度测量方法的流程示意图。本实施例的执行主体为本发明实施例提供的套管厚度测量装置，该装置可以软件或硬件实现，该装置可以集成在超声脉冲反射法测井仪中。如图5所示，该方法包括：步骤s11，获取井眼预设深度区间内预设深度点预设方位处套管的超声脉冲回波数据。
16.其中，预设深度区间为一个井眼位置测量区间，例如，井眼内500-2000米的测量区间，预设深度点为井眼内某一具体位置，例如井眼内600米的位置，在该位置采用测井仪扫描一周可以得到多个方位处套管的超声脉冲回波数据，获取其中任一方位处套管的超声脉冲回波数据作为预设方位处套管的超声脉冲回波数据，该超声脉冲回波数据具体为超声脉冲回波信号。
17.步骤s12，根据超声脉冲回波数据确定频率搜索区间和群延迟曲线。
18.具体的，对超声脉冲回波数据进行频谱分析，根据得到的频谱曲线确定频率搜索区间，该频率搜索区间包含波形最大幅度对应的采样频率，也包含套管的共振波信号对应的频率即共振频率。
19.对超声脉冲回波数据进行离散傅里叶变换，根据离散傅里叶变换结果确定群延迟曲线，该群延迟曲线表征超声脉冲回波信号通过井眼套管的各正弦分量的振幅包络的时延，并且是各频率分量的函数，也表征相位变化随着频率变化的快慢程度的量。
20.步骤s13，在频率搜索区间内对群延迟曲线进行频率扫描确定套管的共振频率。
21.其中，群延迟曲线中可能包含倍频和基频，通过在频率搜索区间内对群延迟曲线进行频率扫描，筛选出基频作为套管的共振频率。
22.步骤s14，根据共振频率确定套管的厚度。
23.具体的，确定了共振频率之后，进一步获取超声脉冲信号在套管中传播的纵波速度，根据共振频率和纵波速度确定套管的厚度。例如，采用以下公式计算得到套管的厚度casethk：
casethk= casev/(2a)其中，casev为纵波在套管中的传播速度，一般为5700m/s，为常数，a为共振频率。例如，在根据超声脉冲回波数据确定的频率搜索区间内对群延迟曲线进行频率扫描，确定群延迟曲线中最大幅度对应的频率f，当频率f小于预设频率时，则a为频率f，当频率f大于或等于预设频率且在f/2频率预设范围内存在幅度峰值，则a为幅度峰值对应的频率f’。
24.由此可见，本实施例通过获取井眼预设深度区间内预设深度点预设方位处套管的超声脉冲回波数据，根据超声脉冲回波数据确定频率搜索区间和群延迟曲线，在频率搜索区间内对群延迟曲线进行频率扫描确定套管的共振频率，根据共振频率确定套管的厚度，这样可以消除噪声频率点和倍频点，获取真正的套管共振频率，从而提高套管的厚度计算准确度。
25.在一个可选实施例中，步骤s12具体包括：步骤s121，根据超声脉冲回波数据确定波形最大幅度对应的采样时间。
26.步骤s122，根据采样时间和超声脉冲反射回波测井仪发射的超声脉冲信号的持续时间确定超声脉冲信号的起始时间和结束时间。
27.步骤s123，根据起始时间和结束时间之间的时间段内的超声脉冲回波信号的频谱曲线确定频率搜索区间。
28.首先确定波形最大幅度对应的采样时间记为t_max=max(x(i))，已知测井仪发射脉冲信号的持续时间为durtime，则可以确定接收到的超声脉冲回波信号的起始时刻为ts=t_max-durtime/2，套管内壁超声脉冲信号的结束时间为te=ts+durtime。则对时间区间为ts-te的超声脉冲回波信号做频谱分析，得到其频谱曲线，例如如图6所示，为时间区间ts-te的超声脉冲回波信号超声脉冲回波数据对应的频谱曲线图，找到该波形最大幅度二分之一处即0.5带宽对应的频率范围记为f1、f2，从而确定f1-f2为频率搜索区间。
29.在一个可选实施例中，步骤s12具体包括：步骤s124，对超声脉冲回波数据进行离散傅里叶变换。
30.步骤s125，根据离散傅里叶变换后的虚部数据和实部数据确定群延迟曲线。
31.采用离散傅里叶变换对超声脉冲回波数据做信号处理，计算其群延迟曲线。具体的公式为：其中，rk、ik分别代表离散傅里叶变换后的实部和虚部。
32.在一个可选实施例中，步骤s13具体包括：步骤s131，在频率搜索区间内对群延迟曲线进行频率扫描，确定群延迟曲线中最大幅度对应的频率f。
33.步骤s132，当频率f小于预设频率时，则频率f为套管的共振频率；或当频率f大于或等于预设频率且在f/2频率预设范围内存在幅度峰值，则幅度峰值对应的频率为套管的共振频率。
34.其中，预设频率可以根据套管的标准厚度和超声脉冲反射回波测井仪发射的超声脉冲信号在套管中传播的纵波速度确定。具体的，获取套管的标准厚度，该套管的标准厚度是已知参数，记为caseth，超声脉冲信号在套管中传播的纵波速度为casev，一般为5700m/
s，可以得到套管的标准共振波频率为fcase= casev/(2caseth)，可以根据该标准共振波频率确定预设频率，例如预设频率为1.5fcase。
35.如图7所示，在上述确定的f1-f2频率搜索区间对群延迟曲线进行频率扫描，查找群延迟幅度谱中最大的峰值即幅度最大值对应的频率f，并判断该频率f是否小于1.5fcase，如果小于1.5fcase，则该峰值对应的频率不可能是倍频，只能是基频，那么套管的厚度为casethk= casev/(2f)。如果大于等于1.5fcase，则在（f/2）频率周围（例如，[-20k，20k]）是否也存在一个峰值（比两侧都大，如果在窗口边上则不算是峰），如果存在，则该峰值对应的频率f’为基频，那么套管的厚度为casethk=casev/(2f’)。如果不存在，则表明f没有倍频，f就是基频，返回套管厚度的计算结果casethk= casev/(2f)。
[0036]
实施例二图8示出了根据本发明实施例二提供的一种套管厚度测量方法的流程示意图。本实施例基于整个预设深度区间所有预设深度点的超声脉冲回波数据对本发明进行描述。如图8所示，该方法包括：步骤s21，获取井眼预设深度区间内的超声脉冲回波数据；其中，超声脉冲回波数据包含所有预设深度点的n道超声脉冲回波信号。
[0037]
具体的，采用超声脉冲反射法测井仪在套管井进行旋转扫描测量，每个深度点采集的超声脉冲回波信号波形道数为n，每道超声脉冲回波信号波形的采集点数为lwf，采集到的超声脉冲回波信号波形记为x(1)，x(2)，x(3)
…
x(n)。实际采集多少道超声脉冲回波信号波形，可以根据周向分辨率需求进行设置。例如，本例每个深度点测井仪转扫描一周可以测量60道超声脉冲回波信号。
[0038]
步骤s22，选取一道超声脉冲回波信号，对超声脉冲回波信号进行预处理，得到频率搜索区间。
[0039]
例如图4中的波形为测量的其中一道超声脉冲回波信号，获取波形的幅度最大的时间位置，例如t_max=36.8ms。测井仪发射超声脉冲信号的持续时间为durtime=15ms，信号的持续时间一般与换能器的频率有关。则接收到的超声脉冲回波信号的起始时刻为ts=t_max-durtime/2=29.3ms，套管内壁超声脉冲回波信号的结束时间为te=ts+durtime=44.3ms。对时间区间为ts-te的超声脉冲反射回波信号做频谱分析，得到其频谱曲线，如图6所示。找到该信号-6db带宽对应的频率范围f1=230khz、f2=516khz。
[0040]
步骤s23，对选取的该道超声脉冲回波信号进行群延迟计算，得到群延迟曲线。
[0041]
对超声脉冲回波信号进行离散傅里叶变换，得到一个新的复数序列为：得到一个新的复数序列为：rk、ik分别代表傅里叶变换后的实部和虚部，xk为预处理后的波形信号幅度，时间分别为n=0,1,
…
,n-1的波形幅度值，n为测井仪当前方位测量的信号的采样点数，k表示波数。
[0042]
相位是波数的函数，即为：群延迟曲线为相位变换随频率变换的快慢程度，即为：步骤s24，在频率搜索区间对群延迟曲线进行频率搜索，获取群延迟曲线的基频。
[0043]
首先获取标准套管的波共振频率。由于套管的标准厚度是已知参数，为caseth=12mm，超声脉冲反射回波测井仪发射的超声脉冲信号在套管中传播的纵波速度为casev，一般为5700m/s，因此套管的标准共振波频率为fcase= casev/(2caseth)=237.50khz。
[0044]
然后在上述计算的f1-f2（230khz-516khz）的频率区间对群延迟曲线进行频率扫描，查找群延迟幅度谱中最大的峰值对应的频率f=499khz，并判断该频率是否小于1.5fcase，由于f》1.5fcase，所以进入下一步；在（f/2）即为249.5khz频率周围[-20k，20k]是否也存在一个峰值（比两侧都大，如果在窗口边上则不算是峰），如果存在，则该峰值对应的频率f’=239khz为基频，那么实际的套管的厚度为casethk= casev/(2f’)=11.9mm。
[0045]
步骤s25，根据群延迟曲线的基频确定套管的厚度。
[0046]
步骤s26，确定预设深度区间内的超声脉冲回波数据是否处理完毕。
[0047]
若处理完毕，则执行步骤s27；若未处理完毕，则执行步骤s22。
[0048]
步骤s27，生成预设深度区间的套管的厚度的成像结果。
[0049]
如图9所示，为最终生成预设深度区间的套管的厚度的成像结果。
[0050]
实施例三图10示出了根据本发明实施三提供的一种套管厚度测量装置的结构示意图。如图10所示，该装置包括：超声数据获取模块31、频率区间和群延迟曲线确定模块32、频率扫描模块33和厚度确定模块34；其中，超声数据获取模块31用于获取井眼预设深度区间内预设深度点预设方位处套管的超声脉冲回波数据；频率区间和群延迟曲线确定模块32用于根据所述超声脉冲回波数据确定频率搜索区间和群延迟曲线；频率扫描模块33用于在所述频率搜索区间内对所述群延迟曲线进行频率扫描确定所述套管的共振频率；厚度确定模块34用于根据所述共振频率确定所述套管的厚度。
[0051]
进一步的，所述频率区间和群延迟曲线确定模块32具体用于：根据所述超声脉冲回波数据确定波形最大幅度对应的采样时间；根据所述采样时间和超声脉冲反射回波测井仪发射的超声脉冲信号的持续时间确定所述超声脉冲信号的起始时间和结束时间；根据所述起始时间和结束时间之间的时间段内的超声脉冲回波信号的频谱曲线确定频率搜索区间。
[0052]
进一步的，所述频率区间和群延迟曲线确定模块32具体用于：对所述超声脉冲回
波数据进行离散傅里叶变换；根据离散傅里叶变换后的虚部数据和实部数据确定群延迟曲线。
[0053]
进一步的，所述频率扫描模块33具体用于：在所述频率搜索区间内对所述群延迟曲线进行频率扫描，确定所述群延迟曲线中最大幅度对应的频率f；当所述频率f小于预设频率时，则所述频率f为所述套管的共振频率；或当所述频率f大于或等于预设频率且在f/2频率预设范围内存在幅度峰值，则所述幅度峰值对应的频率为所述套管的共振频率。
[0054]
进一步的，所述装置还包括：预设频率确定模块35；其中，所述预设频率确定模块35用于根据所述套管的标准厚度和超声脉冲反射回波测井仪发射的超声脉冲信号在所述套管中传播的纵波速度确定所述预设频率。
[0055]
进一步的，所述厚度确定模块34具体用于：根据所述共振频率和超声脉冲信号在所述套管中传播的纵波速度确定所述套管的厚度。
[0056]
进一步的，所述厚度确定模块34具体用于：采用以下公式计算得到所述套管的厚度casethk：casethk= casev/(2a)其中，casev为纵波速度，a为共振频率。
[0057]
本实施例所述的套管厚度测量装置用于执行上述实施例一所述的套管厚度测量方法，其工作原理与技术效果类似，这里不再赘述。
[0058]
实施例四本发明实施例四提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有至少一可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的套管厚度测量方法。
[0059]
实施例五图11示出了根据本发明实施例五提供的一种电子设备的结构示意图。本发明具体实施例并不对电子设备的具体实现做限定。
[0060]
如图11所示，该电子设备可以包括：处理器502、通信接口504、存储器506、以及通信总线508。
[0061]
其中：处理器502、通信接口504、以及存储器506通过通信总线508完成相互间的通信。通信接口504，用于与其它设备比如客户端或其它服务器等的网元通信。处理器502，用于执行程序510，具体可以执行上述方法实施例中的相关步骤。
[0062]
具体地，程序510可以包括程序代码，该程序代码包括计算机操作指令。
[0063]
处理器502可能是中央处理器cpu，或者是特定集成电路asic，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。电子设备包括的一个或多个处理器，可以是同一类型的处理器，如一个或多个cpu；也可以是不同类型的处理器，如一个或多个cpu以及一个或多个asic。
[0064]
存储器506，用于存放程序510。存储器506可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器。
[0065]
程序510具体可以用于使得处理器502执行上述任意方法实施例中的套管厚度测量方法。
[0066]
在此提供的算法或显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。
各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明实施例也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
[0067]
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
[0068]
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
[0069]
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
[0070]
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
[0071]
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器（dsp）来实现根据本发明实施例的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序（例如，计算机程序和计算机程序产品）。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
[0072]
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项
来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。