专利名称：一种基于牵引器驱动电流分析的水平井套管局部腐蚀的检测方法
技术领域：
本发明涉及一种水平井套管局部腐蚀的检测方法。
背景技术：
水平井套管状态检测是生产测井的一项重要内容，在水平并套管状态检测 中，套管局部腐蚀的检测具有重要意义，这是由于套管的局部腐蚀会削弱套管 本体的机械强度、破坏套管内腔应力分布，当地下岩层发生错位或不可预知因 素对套管产生较大的外力时，存在局部腐蚀的套管极易发生扭曲、穿孔、严重 时将断裂直接导致原油渗漏乃至油井报废。准确掌握套管局部腐蚀的情况对提 高测井数据精度、及时发现安全隐患、预测事故的发生具有重要意义。
目前，国内外检测水平井套管局部腐蚀的方法主要是通过牵引器将多臂井 径成像测井仪或电磁探伤成像测井仪等专用测试仪器送入待测水平套管，根据
测试仪器返回井上的检测数据，利用专用测井软件Sondex MITpro for warrior
对检测数据分析并完成水平井套管状态评估，从而获得水平套管局部腐蚀信 息。这种方法虽然检测效果较好且技术成熟，但成本高昂且测试周期较长。由 于多臂井径成像测井仪、电磁探伤成像测井仪等多为进口设备，需专人操作且 价格昂贵，所以该检测方法不易在油田大范围推广。
发明内容
本发明的目的是解决目前水平井套管局部腐蚀的检测方法由于成本高、测 试周期长以及需要专业人员操作导致的不易于在油田大范围推广的问题，提供 了一种基于牵引器驱动电流分析的水平井套管局部腐蚀的检测方法。
本发明所述的一种基于牵引器驱动电流分析的水平井套管局部腐蚀的检
测方法，它的具体步骤如下
一、 采集牵引器的驱动电流，并将所述电流转换为12位数字信号，所述 牵引器位于水平井套管中作业；
二、 对获得的12位数字信号进行快速傅立叶变换，根据快速傅立叶变换 的结果选取选取小波分解的采样频率和分解尺度；
三、 对所述12位数字信号进行小波分解，使12位数字信号的不同频率分量相应地分布在不同的小波尺度中，再对小波分解得到的小波系数或单支小波 重构信号进行特征信息评估，所述特征信息评估的具体过程为
三一、 对小波系数或单支小波重构信号进行模极大值提取和奇异性检测 对各小波尺度内的小波系数或单支小波重构信号求取模的极大值，各小波尺度 内的模极大值点汇聚为奇异点，将模极大值用来进行信号去噪并利用阈值法筛 选出奇异度异常的小波系数或单支小波重构信号；
三二、 对奇异度异常的小波系数或单支小波重构信号进行Tsallis小波能量 熵运算，利用神经元网络根据输入的Tsallis小波能量熵运算的结果输出套管局 部腐蚀信息。
本发明的积极效果
(1) 本发明直接利用牵引器驱动电流信号，对其进行Tsallis小波能量熵 运算，完成对水平井套管局部腐蚀的检测，无须专业套损测井仪器，成本低、 测量周期短且效率高；
(2) 本发明利用Tsallis小波能量熵运算，其优点有
a、 Tsallis小波能量熵对小波混叠具有很好的抑制作用，避免了由于小波 变换过程中相邻尺度能量泄漏、混叠导致的特征信息丢失；
b、 Tsallis小波能量熵是Shannon小波能量熵延拓，当非广延参数《—1时， Tsallis小波能量熵等价于Shannon小波能量熵；
c、 由于复杂信号进行小波分解后得到的小波系数或单支小波重构信号具 有非广延特性，所以善于衡量非广延系统信息特征的Tsallis小波能量熵比 Shannon小波能量熵更适合用来表征复杂信号在时频域信息特征；
d、 与Shannon小波能量熵相比，随着信号复杂程度和小波分解层数的增 加，通过对非广延参数q的调节，Tsallis小波能量熵能够更灵活准确地信号的 复杂程度进行刻画；
e、 Tsallis小波能量熵的数学表达简洁，在对信号进行小波熵分析过程中， Tsallis小波能量熵运算量小于Shannon小波能量熵，有利于提高程序运算速度;
图1为牵引器在井上水平井套管模拟台上运行时采集到的驱动电流波形， B、 C和D段分别表示通过1号、2号和3号套管；图2为图1的A部分波形的放大视图3为驱动电流作三层小波分解后的各尺度单支小波重构信号的归一化 Tsallis小波能量熵曲线图。
具体实施例方式
具体实施方式
一本具体实施方式
的一种基于牵引器驱动电流分析的水平 井套管局部腐蚀的检测方法，它的具体过程为-
一、 采集牵引器的驱动电流，并将所述电流转换为12位数字信号，所述 牵引器位于水平井套管中作业；
二、 对获得的12位数字信号进行快速傅立叶变换，根据快速傅立叶变换 的结果选取选取小波分解的采样频率和分解尺度；
三、 对所述12位数字信号进行小波分解，使12位数字信号的不同频率分 量相应地分布在不同的小波尺度中，再对小波分解得到的小波系数或单支小波 重构信号进行特征信息评估，所述特征信息评估的具体过程为
三一、 对小波系数或单支小波重构信号进行模极大值提取和奇异性检测 对各小波尺度内的小波系数或单支小波重构信号求取模的极大值，各小波尺度 内的模极大值点汇聚为奇异点，将模极大值用来进行信号去噪并利用阈值法筛 选出奇异度异常的小波系数或单支小波重构信号；
三二、 对奇异度异常的小波系数或单支小波重构信号进行Tsallis小波能量 熵运算，利用神经元网络根据输入的Tsallis小波能量熵运算的结果输出套管局 部腐蚀信息。
其中步骤三中的步骤三一所述的将模极大值用来进行信号去噪，是指将模 极大值用来除去非极值点。
具体实施方式
二本具体实施方式
是对具体实施方式
一所述的基于牵引器 驱动电流分析的水平井套管局部腐蚀的检测方法的进一步说明，步骤三中的步
骤三二所述的对奇异度异常的小波系数或单支小波重构信号进行Tsallis小波
能量熵运算的具体过程如下
多分辨分析的离散小波系数或单支小波重构信号矩阵为 Z) = {J(","1,2,..,A^，其中，^y为第A:个离散小波系数或单支小波重构信号， t为离散小波系数或单支小波重构信号矩阵中元素位置变量，iV为数据长度；在小波系数或单支小波重构信号上定义一个滑动型的数据窗，窗宽为weW， 滑动因子为5eiV,该数据窗表示为
上式中，m-l,2,…,M。， M。=(iV-w)/^iV，其中w为滑动数据窗滑动次数， AT。为小波熵矩阵列长度，AA为原始数据长度；
￡(附)=S五》 ( /)为信号xW在以(附+ W2)时刻为中心、窗宽为w e iV的时间窗 内的M个小波系数组或M个单支小波重构信号的能量和，其中 Z 为(m + w/2)时刻滑动时间窗酽(w，w^)内的第y'尺度小波系数
或单支小波重构信号的能量和；M为参与进行小波能量熵运算的小波系数组 或单支小波重构信号的数量；
令凡(力=^(/)/五(—且2凡W"，则(附+ w/2)时刻的Tsallis小波能量
卢
熵WEE为
《一1V 一i 乂
其中，《为非广延参数。
根据需要，可对全部或部分尺度依照上式对『iH—进行计算，并描绘 W^(附)曲线图(w/2 + m5，『^(附))，其中附-l，2，…，A^。
小波能量熵够从宏观上对复杂时变信号在各时频空间的能量分布进行量 化，并以熵值变化的形式对信号频率组成复杂度进行描述。与Shannon小波能 量熵相比，随着信号复杂程度和小波分解层数的增加，通过对非广延参数q 的调节，Tsallis小波能量熵能够更灵活准确地对信号的复杂程度进行刻画。
具体实施方式
三:本具体实施方式
是对具体实施方式
一或二所述的基于牵 引器驱动电流分析的水平井套管局部腐蚀的检测方法的进一步说明，步骤三中 的步骤三二所述的利用神经元网络根据输入的Tsallis小波能量熵运算的结果 输出套管局部腐蚀信息的具体过程为-
根据Tsallis小波能量熵运算的结果中出现的阶跃上跳幅值的相对大小判断套管局部腐蚀程度的相对大小，根据阶跃上跳出现的时刻和牵引器爬行速度 判断套管局部腐蚀的位置，然后输出上述判断的结果。
具体实施方式
四本具体实施方式
是对具体实施方式
三所述的基于牵引器 驱动电流分析的水平井套管局部腐蚀的检测方法的进一步说明，所述的根据阶 跃上跳出现的时刻和牵引器爬行速度判断套管局部腐蚀的位置的具体方法为
令^表示牵弓I器经过套管入口的时刻，f表示Tsallis小波能量熵运算的结 果中阶跃上跳出现的时刻，v表示牵引器爬行速度，并用&表示牵引器所在套
管的入口位置，则套管局部腐蚀的位置为
在本具体实施方式
中，采用工程中常用的方法确定牵引器所在套管的入口
位置以及牵引器爬行速度。该方法主要利用磁定位仪(英文名称縮写为CCL)， 牵引器内部装有所述磁定位仪，当牵引器通过套管接箍时，磁定位仪内穿过感 应线圈的磁通将发生突变并以感应电动势波动的形式反映接箍的存在。记录磁 定位信号发生突变的次数，该数值即为牵引器所经过的接箍的个数，由此可判 断出牵引器所在套管的入口位置以及牵引器爬行速度，具体方法为
设牵引器经过的接箍的个数为"，每节套管的长度为常数/，则牵引器所 在套管的入口位置为
牵引器爬行可近似看为匀速运动，设牵引器经过第"个接箍的时刻为^ ， 则牵引器的爬行速度为
v = wx//f 。
具体实施方式
五本具体实施方式
是对具体实施方式
二所述的一种基于牵 引器驱动电流分析的水平井套管局部腐蚀的检测方法的进一步说明，所述的非 广延参数q的选取范围为 。
具体实施方式
六本具体实施方式
是对具体实施方式
一、二、三、四或五 所述的任意一种基于牵引器驱动电流分析的水平井套管局部腐蚀的检测方法 的进一步说明，步骤二所述的根据快速傅立叶变换的结果选取选取小波分解的 采样频率和分解尺度的具体方法为对12位数字信号进行快速傅立叶变换后得到信号各频率的主要集中分布 范围，令/^表示该范围内的上限频率，则小波分解的采样频率/的选择条件 为/〉2/ ^ ;根据小波分解后信号各主要频率应分布在不同分解尺度的原则， 确定小波分解尺度。
本具体实施方式
中，牵引器的驱动电流为400mA 500mA的近似直流模拟 信号。
图1为牵引器在井上水平井套管模拟台上运行时采集到的驱动电流波形， 图2为图1的A部分波形的放大视图，其中，采样时间130秒，采样频率100kHz。 对采集到的驱动器驱动电流信号进行小波采样，采样频率为1024Hz。
对驱动器驱动电流信号进行三层小波分解，对各尺度单支小波重构信号进 行的小波能量熵运算并绘制归一化小波能量熵图形，参见图3。由图3可以发 现，在时间段113.2s~113.7s、 114.3s 117s以及120.4s 122s，电流信号的小波 能量熵出现了明显的阶跃上跳。在本具体实施方式
中，牵引器爬行速度为 6m/min，结合阶跃上跳发生的时刻和相邻时间间隔可以算出，在距2号套管 入口 7.32m 7.37m处、7.43m 7.70m处以及8.04m 8.20m处分别有一处套管局 部腐蚀，经比对发现与实际套管局部腐蚀位置基本吻合，可以确定小波能量熵 的阶跃上跳是由电流信号中套管内壁腐蚀信息引起的。另外经分析可知，图3 中在时间段114.7s~115.4s小波能量熵出现的阶跃下降，是由于在套管局部腐 蚀内有一处相对腐蚀不严重的区域所造成的。
权利要求
1、一种基于牵引器驱动电流分析的水平井套管局部腐蚀的检测方法，其特征在于它的具体步骤如下一、采集牵引器的驱动电流，并将所述电流转换为12位数字信号，所述牵引器位于水平井套管中作业；二、对获得的12位数字信号进行快速傅立叶变换，根据快速傅立叶变换的结果选取选取小波分解的采样频率和分解尺度；三、对所述12位数字信号进行小波分解，使12位数字信号的不同频率分量相应地分布在不同的小波尺度中，再对小波分解得到的小波系数或单支小波重构信号进行特征信息评估，所述特征信息评估的具体过程为三一、对小波系数或单支小波重构信号进行模极大值提取和奇异性检测对各小波尺度内的小波系数或单支小波重构信号求取模的极大值，各小波尺度内的模极大值点汇聚为奇异点，将模极大值用来进行信号去噪并利用阈值法筛选出奇异度异常的小波系数或单支小波重构信号；三二、对奇异度异常的小波系数或单支小波重构信号进行Tsallis小波能量熵运算，利用神经元网络根据输入的Tsallis小波能量熵运算的结果输出套管局部腐蚀信息。
2、 根据权利要求1所述的一种基于牵引器驱动电流分析的水平井套管局 部腐蚀的检测方法，其特征在于步骤三中的步骤三二所述的对奇异度异常的小 波系数或单支小波重构信号进行Tsallis小波能量熵运算的具体过程如下多分辨分析的离散小波系数或单支小波重构信号矩阵为 D-p(","l，2,…，W，其中，^^为第A个离散小波系数或单支小波重构信号，t为离散小波系数或单支小波重构信号矩阵中元素位置变量，iV为数据长度； 在小波系数或单支小波重构信号上定义一个滑动型的数据窗，窗宽为weiV， 滑动因子为^eW，该数据窗表示为上式中，w = l，2，...,M。， M。=(iV-w)〃eW,其中w为滑动数据窗滑动次数， A4为小波熵矩阵列长度，iV为原始数据长度；五(+fXC/)为信号,在以(針My2)时刻为中心、窗宽为weJV的时间窗内的M个小波系数组或M个单支小波重构信号的能量和，其中Z 为(m + w/2)时刻滑动时间窗『(w，w，。内的第y尺度小波系数或单支小波重构信号的能量和；M为参与进行小波能量熵运算的小波系数组 或单支小波重构信号的数量；令凡(/H^C/)/五(附)且2;/ay)-l ，则(針w/2)时刻的Tsallis小波能量熵WEE为《_1 、 户i、UW广其中，《为非广延参数。
3、 根据权利要求1或2所述的一种基于牵引器驱动电流分析的水平井套 管局部腐蚀的检测方法，其特征在于步骤三中的步骤三二所述的利用神经元网 络根据输入的Tsallis小波能量熵运算的结果输出套管局部腐蚀信息的具体过 程为根据Tsallis小波能量熵运算的结果中出现的阶跃上跳幅值的相对大小判 断套管局部腐蚀程度的相对大小，根据阶跃上跳出现的时刻和牵引器爬行速度 判断套管局部腐蚀的位置，然后输出上述判断的结果。
4、 根据权利要求3所述的一种基于牵引器驱动电流分析的水平井套管局 部腐蚀的检测方法，其特征在于所述的根据阶跃上跳出现的时刻和牵引器爬行 速度判断套管局部腐蚀的位置的具体方法为令^表示牵引器经过套管入口的时刻，f表示Tsallis小波能量熵运算的结 果中阶跃上跳出现的时刻，v表示牵引器爬行速度，并用&表示牵引器所在套管的入口位置，则套管局部腐蚀的位置为s = vx《-f0)+& 。
5、 根据权利要求2所述的一种基于牵引器驱动电流分析的水平井套管局 部腐蚀的检测方法，其特征在于所述的非广延参数q的选取范围为
。
6、 根据权利要求l、 2、 4或5所述的一种基于牵引器驱动电流分析的水 平井套管局部腐蚀的检测方法，其特征在于步骤二所述的根据快速傅立叶变换的结果选取选取小波分解的采样频率和分解尺度的具体方法为对12位数字信号进行快速傅立叶变换后得到信号各频率的主要集中分布 范围，令/^表示该范围内的上限频率，则小波分解的采样频率/的选择条件 为/>2/ ^ ;根据小波分解后信号各主要频率应分布在不同分解尺度的原则， 确定小波分解尺度。
全文摘要
一种基于牵引器驱动电流分析的水平井套管局部腐蚀的检测方法，它涉及一种水平井套管局部腐蚀的检测方法，它解决了目前水平井套管局部腐蚀的检测方法由于成本高、测试周期长以及需要专业人员操作导致的不易在油田大范围推广的问题。首先将牵引器驱动电流转换为12位数字信号，再将12位数字信号进行快速傅立叶变换并根据变换结果确定小波分解的采样频率和分解尺度，然后对12位数字信号作小波分解并对分解后的小波系数或单支小波重构信号依次进行模极大值提取和奇异性检测以及Tsallis小波能量熵运算，最后利用神经元网络输出套管局部腐蚀信息。本发明具有成本低、测量周期短且效率高的优点，适于在油田大范围推广。
文档编号G01N27/00GK101650327SQ20091007286
公开日2010年2月17日 申请日期2009年9月11日 优先权日2009年9月11日
发明者李浩昱, 白相林, 陈继开 申请人:哈尔滨工业大学