一种实现随钻核磁共振测井数据处理的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种实现随钻核磁共振测井数据处理的方法和系统，包括：发送端装置对获得的回波串进行压缩，并将压缩后的数据发送给接收端装置；接收端装置对接收到的压缩后的数据进行解压缩，得到解压缩后的回波串；并对获得的解压缩后的回波串进行反演和解释，得到地层地质信息。相比于现有方法中快速反演算法，本发明方法中压缩和解压缩算法，由于对压缩后的数据没有非负约束的限制，使得其计算复杂度和实现成本明显降低，从而很好地满足了市场的需要。
【专利说明】一种实现随钻核磁共振测井数据处理的方法和系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及随钻核磁共振测井技术，尤指一种实现随钻核磁共振测井数据处理的 方法和系统。
【背景技术】
[0002] 随着石油和天然气勘探和生产的快速发展，对地球物理勘探、钻井和测井的相关 技术的研究已成为本领域的研究热点。为了精确、动态指导钻井，需要提高测井中获取的地 层地质相关信息的精度，目前测井作业中广泛采用核磁共振测井仪进行随钻测井。通常，核 磁共振测井仪在井下工作时一次采集的原始测井数据（本文中，简称原始数据）的数据量 为几千个字（本文中提到的字，长度是16比特），而用于原始数据传输的泥浆信道的带宽为 每秒20比特，因此单位时间内泥浆信道传输的数据量远小于需要传输的数据量，泥浆信道 无法实时传输原始数据，从而导致井上无法及时获取原始数据，并对原始数据进行解算得 到用于指导钻井的地层地质相关信息，这阻碍了随钻核磁共振测井技术的应用。
[0003] 现有的随钻核磁共振测井技术，对获得的回波串进行快速反演，得到快速反演后 的数据；发送并接收快速反演后的数据；对接收的快速反演后的数据进行解释，得到地层 地质相关信息。其中，回波串是对核磁共振测井仪采集的原始数据进行预处理得到的数据， 是由各回波的幅度值构成的向量。由于快速反演后的数据的数据量通常为十几个字，因此 泥浆信道可以实时传输快速反演后的数据，保证了实时解释出层地质相关信息。
[0004] 综上所述，快速反演算法是现有的随钻核磁共振测井技术中的关键算法，是在正 常反演算法（本文中称为反演算法）的基础上进行简化得到的，因此，反演算法的计算结果 精度比快速反演算法的计算结果精度要高一些。与快速反演算法类似，反演算法的输入为 对核磁共振测井仪采到集的原始数据进行预处理得到的回波串，对原始数据进行的预处理 包括相位交替脉冲序列（PAPS, Phase Alternating Pulse Sequence)对叠加、累加平均以 及旋转处理，这些处理的具体实现为本领域技术人员的惯用技术手段，此处不再赘述。
[0005]回波为氢原子核横向弛豫信号。具体来讲，核磁共振测井仪通过安装在探头 中的永久磁体，在井眼周围的地层中构造一个磁感应强度为B0的均匀磁场区域，按照 CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)脉冲序列发射拉莫尔频率ω = γ*Β0的交变电磁波， 在均匀磁场区域形成磁感应强度为Β1方向与Β0垂直的交变磁场，其中，CPMG为四位科学 家名字的第一字母缩写而成。在CPMG脉冲序列中的180度脉冲之间可以测量出流体中氢 原子核横向弛豫信号。其中，Υ为氢原子核的磁旋比。
[0006] 回波串中回波的幅度值M(ti)的表示如公式（1)所示，
[0007]
【权利要求】
1. 一种实现随钻核磁共振测井数据处理的方法，其特征在于，包括： 发送端装置对获得的回波串进行压缩，并将压缩后的数据发送给接收端装置； 接收端装置对接收到的压缩后的数据进行解压缩，得到解压缩后的回波串；并对获得 的解压缩后的回波串进行反演和解释，得到地层地质信息。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行压缩包括： 根据表示T2谱空间的矩阵和压缩后的数据的长度获取压缩矩阵； 利用得到的压缩矩阵对获得的回波串进行压缩。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述表示T2谱空间的矩阵为矩阵A，矩阵 A表示的线性空间为T2谱空间；所述获取压缩矩阵包括： 根据矩阵A及其转置计算矩阵B，其中，矩阵B的计算公式为B = AXAT ; 计算矩阵B的特征值矩阵Σ和特征向量矩阵V;矩阵B与其特征值矩阵Σ和 其特征向量矩阵V的关系为B = VX Σ ΧΑΓ1，其中，矩阵Σ为矩阵B的各特征值 λ1; λ2，…，λη，按从大到小的顺序组成的矩阵，其可以表示为
，其中， λ2>...彡λη，矩阵V为以矩阵Β的各特征值λ1; λ2，…，λη对应的特征向量为 列向量组成的ηΧη正交矩阵； 取矩阵ΑΓ1中的前k行构成矩阵AT1 (k)，得到压缩矩阵COMP = Γ1 (k)。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述进行压缩包括： 计算压缩矩阵COMP与回波串Μ的乘积，得到压缩后的数据Dcomp，其中， 压缩后的数据Dcomp = [D1，D2,…，Dk]T，包括k个数值，分别由D1、D2、《'Dk来表示， 其中，k为压缩后的数据的长度； 回波串M= [M(tl)，M(t2)，···，M(tn)]T，包括η个回波的幅度值，分别由时刻tl的回 波的幅度值M(tl)，时刻t2的回波的幅度值M(t2)、…、时刻tn的回波的幅度值M(tn)来 表示，其中η为回波串的长度。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述进行解压缩包括：计算解压缩矩阵 DC0MP与压缩后的数据Dcomp的乘积，得到解压缩后的回波串Μ' ；其中， 解压缩矩阵DCOMP = V (k)，其中，V (k)为V的前k行构成的矩阵； 解压缩后的回波串M' = [M'（tlM' α2)，···，Μ'（tn)]T，包括η个解压缩后的回波的 幅度值，分别由时刻Α的解压缩后的回波的幅度值M'（t)，时刻t2的解压缩后的回波的幅 度值M'（t 2)、…、时刻tn的解压缩后的回波的幅度值M'（tn)来表示，其中η为回波串的长 度。
6. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，预先设置回波信噪比与所述压缩后的数 据的长度的对应关系；所述获取压缩矩阵之前，该方法还包括： 计算回波信噪比；其中，回波信噪比为时刻〖3的回波的幅度值M(t3)与噪声信号的标准 偏差的比值； 根据回波信噪比和所述对应关系得到所述压缩后的数据的长度。
7. -种实现随钻核磁共振测井数据处理的系统，其特征在于，包括发送端装置和接收 端装置，其中，发送端转置包括压缩单元，接收端装置包括解压缩单元以及反演和解释单 元，其中， 压缩单元，用于对获得的回波串进行压缩，并将压缩后的数据发送给接收端装置； 解压缩单元，用于对来自发送端装置的压缩后的数据进行解压缩，得到解压缩后的回 波串； 反演和解释单元，用于对来自解压缩单元的解压缩后的回波串进行反演和解释，得到 地层地质?η息。
8. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述压缩单元包括压缩矩阵获取模块和 压缩模块，其中， 压缩矩阵获取模块，用于根据表示Τ2谱空间的矩阵和压缩后的数据的长度获取压缩 矩阵； 压缩模块，用于利用来自压缩矩阵获取模块的压缩矩阵对获得的回波串进行压缩。
9. 根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述表示Τ2谱空间的矩阵为矩阵Α，矩阵 Α表示的线性空间为Τ2谱空间；所述压缩矩阵获取模块包括可稀疏矩阵预计算子模块、可 稀疏矩阵计算子模块和压缩矩阵计算子模块，其中， 可稀疏矩阵预计算子模块，用于根据矩阵A及其转置计算矩阵B，其中，矩阵B的计算公 式为 B = AXAT ; 可稀疏矩阵计算子模块，用于计算矩阵B的特征值矩阵Σ和特征向量矩阵V;矩 阵B与其特征值矩阵Σ和其特征向量矩阵V的关系为B = VX Σ ΧΑΓ1，其中，矩阵Σ 为矩阵B的各特征值λ λ 2，…，λ n，按从大到小的顺序组成的矩阵，其可以表示为
，其中，> λ2 > > λη，矩阵V为以矩阵B的各特征值 λ1，λ2，···，λη对应的特征向量为列向量组成的ηΧη正交矩阵； 压缩矩阵计算子模块，用于取矩阵Τ1中的前k行构成矩阵AT1 (k)，得到压缩矩阵COMP =AT1 (k)。
10. 根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述压缩模块具体用于：计算压缩 矩阵COMP与回波串Μ的乘积，得到压缩后的数据Dcomp，其中， 压缩后的数据Dcomp = [D1，D2,…，Dk]T，包括k个数值，分别由D1、D2、...、Dk来表示， 其中，k为压缩后的数据的长度； 回波串M= [M(tl)，M(t2)，···,Μαη)]1，包括η个回波的幅度值，分别由时刻tl的回波 的幅度值M(tl)，时刻t2的回波的幅度值M(t2)、…、时刻tn的回波的幅度值M(tn)来表 示，其中η为回波串的长度。
11. 根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述解压缩单元具体用于：计算解压缩 矩阵DC0MP与压缩后的数据Dcomp的乘积，得到解压缩后的回波串Μ' ；其中， 解压缩矩阵DCOMP = V (k)，其中，V (k)为V的前k行构成的矩阵； 解压缩后的回波串M' = [M'（tlM' α2)，···，Μ'（tn)]T，包括η个解压缩后的回波的 幅度值，分别由时刻ti的解压缩后的回波的幅度值M'（t)，时刻t2的解压缩后的回波的幅 度值M'（t2)、…、时刻tn的解压缩后的回波的幅度值M'（tn)来表示，其中η为回波串的长 度。
12.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，预先设置回波信噪比与所述压缩后的数 据的长度的对应关系；所述压缩矩阵获取模块还用于： 计算回波信噪比；其中，回波信噪比为时刻〖3的回波的幅度值M(t3)与噪声信号的标准 偏差的比值； 根据回波信噪比和所述对应关系得到所述压缩后的数据的长度。
【文档编号】G01V3/32GK104090307SQ201410345525
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】张嘉伟, 宋公仆, 程晶晶, 孙豫斌 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油田服务股份有限公司