瞬变电磁套管损伤三维成像方法与流程

[0001]
本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种瞬变电磁套管损伤三维成像方法。


背景技术：

[0002]
随着生产井油、气开发工作的逐渐深入，我国大部分油田已经进入勘探开发的中后期，基于瞬变电磁理论的生产井测井技术可以获得生产井套管损伤情况，对油田的持续发展具有重要意义。
[0003]
瞬变电磁法探测运用非接触式测量的方法，其适用于复杂井筒环境测井。但是由于其是将管壁的减薄、缩径、腐蚀以及漏孔损伤通过感应电动势的大小显示出来，不能全面的像井径仪一样直观的反映套管内径的变化情况，因此，目前只在二维中描述，不能够精确的解释损伤结果。由于该技术不能准确、直观、立体地展现套管损伤的空间位置，因此需在解释方法上进行深入的研究，建立高效的tem解释反演方法。为此我们发明了一种新的瞬变电磁套管损伤三维成像方法，解决了以上技术问题。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是提供一种可以将套管损伤进行三维立体化显示，使不同类型损伤按照程度不同以不同的颜色显示出来的瞬变电磁套管损伤三维成像方法。
[0005]
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：瞬变电磁套管损伤三维成像方法，该瞬变电磁套管损伤三维成像方法包括：步骤1、将套管损伤数据进行区域划分，使其数据分布在规定的区域中去；步骤2、将深度数据进行伸缩算法校正，使其与实际深度基本对应；步骤3、将深度数据进行线性插值，使其点与点之间保持等间隔；步骤4、分别在四个不同方位的探头所测数据中各挑选四根曲线，并将数据保存在固定命名的位置；步骤5、将所测曲线的内壁和外壁信息进行分离；步骤6、将所选取曲线的内外壁信息按其探头的方位，放置到空间对应的相位中去；步骤7、在立体空间中对曲线数据进行埃尔米特插值；步骤8、对数据进行三维网格剖分，同时根据数据的大小进行铺色，使其数据大小通过颜色的变化反映出来。
[0006]
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
[0007]
该瞬变电磁套管损伤三维成像方法还包括，在步骤1之前，读取电磁探伤数据，并将各部分数据放置到对应的名称下。
[0008]
该瞬变电磁套管损伤三维成像方法还包括，在步骤2之前，设置阈值，去除瞬变电磁套管损伤数据中的坏点数据。
[0009]
在步骤2中，利用自适应深度误差校正算法对深度点进行校正，使所测得的深度点与实际深度基本对应，其处理过程为将原始所测接箍深度与已知套管记录表进行比对，自动将深度数据校正到误差允许的范围内。
[0010]
在步骤3中，插值过程为已知坐标(x0,y0)与(x1,y1),要得到[x0,x1]区间内某一位
置x在直线上的值，插值公式为式(1)所示：
[0011][0012]
在步骤4中，电磁探伤仪器采用组合式偏心探头，位于0度、90度、180度和270度方向的四个偏心探头a、b、c和d，分别在四个不同方位所测数据中各挑选四根曲线，并将数据保存在固定命名的位置。
[0013]
该瞬变电磁套管损伤三维成像方法还包括，在步骤6之前，将数据进行归一化处理，将其映射到0-1之间，使数据比较均匀，并且数据变化可以更好的区分，归一化处理公式为：
[0014][0015]
式(2)中，x
i*
为归一化后的数据，x
i
为插值后的数组元素，x
max
和x
min
分别为插值后数组的最大值和最小值，i＝1,2,3,...为数据的点数。
[0016]
在步骤7中，选择三次埃尔米特插值，插值多项式为：
[0017][0018]
其中，
[0019][0020]
式(3)中，(x0，y0)，(x1，y1)为已知两点的坐标；j(x)，j(x)为次数不超过2n+1的多项式且满足j(x
i
)＝δ
ij
，
′
j(x
i
)＝0；βj(x
i
)＝0，β
′
j(x
i
)＝δ
ij
。
[0021]
在步骤8中，将电磁探伤数据生成面网格点矩阵并进行三维图形绘制，铺色时由电磁探伤仪探测到的感应电动势数据大小决定，其色度数组为：
[0022][0023]
式(4)中，x，y为空间曲面上点的x、y坐标的值，c为这一曲面对应的颜色数组。
[0024]
该瞬变电磁套管损伤三维成像方法还包括，在步骤8之后，步骤9，对三维图形进行旋转，并从多角度进行观察。
[0025]
在步骤9中，将三维图形进行立体旋转，其旋转关系式为：
[0026]
x
*
＝x(cosθ
y cosθ
z-sinθ
x sinθ
y sinθ
z
)-y cosθ
x sinθ
z
+z(sinθ
y cosθ
z-sinθ
x cosθ
y sinθ
z
)
[0027]
y
*
＝x(cosθ
y sinθ
z-sinθ
x sinθ
y cosθ
z
)-y cosθ
x cosθ
z
+z(sinθ
y sinθ
z-sinθ
x cosθ
y cosθ
z
)
[0028]
z
*
＝x(-cosθ
x sinθ
y
)+y sinθ
x
+z cosθ
x cosθ
y
[0029]
ꢀꢀꢀ
(5)
[0030]
式(5)中，θx、θy、θz分别为绕x，y，z旋转的角度；x，y，z为原始点坐标的值，x*，y*，
z*为旋转后坐标的值。
[0031]
在步骤9中，观测三维立体图形反映出来的套管损伤，对其损伤进行反演，并通过步骤5-步骤9进行三维立体成像。
[0032]
本发明中的瞬变电磁套管损伤三维成像方法，使瞬变电磁法的解释向三维拓展，使其可直观清晰的显示管柱的损伤形态，图像立体感强，对提高管柱损伤检测解释结论的准确性具有重要意义。电磁法探测到的套管破损信息通过各处感应电动势大小进行反映出来，不能直接的反映出套管内外壁厚的变化，因此不能直接绘图显示在立体空间上。本发明中的瞬变电磁套管损伤三维成像方法，主要针对这一问题，对电磁探伤套管损伤数据进行处理后，实现套管损伤的三维立体显示，其能够较为直观的反映出套管损伤的真实形态与位置。
附图说明
[0033]
图1为本发明的一具体实施例中套管损伤原始数据的二维曲线图；
[0034]
图2为本发明的一具体实施例中套管原始内壁曲线三维图；
[0035]
图3为本发明的一具体实施例中套管内壁原始曲线铺色后的图形；
[0036]
图4为本发明的一具体实施例中套管内壁损伤图；
[0037]
图5为本发明的一具体实施例中套管外壁损伤图；
[0038]
图6为本发明的一具体实施例中曲线铺色后的图形。
具体实施方式
[0039]
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
[0040]
本发明通过对二维数据进行算法校正及空间规则排列，使其在三维直观的将其形态显示出来。
[0041]
1、读取电磁探伤仪所测得套管所有数据，将对应的数据放置到所对应的名称下；
[0042]
2、将所测得的套管损伤数据进行区域划分，使其数据分布在规定的区域中去；
[0043]
3、设置阈值，去除瞬变电磁套管损伤数据中的坏点数据。以避免所测的坏点数据对三维成像的整体效果产生影响；
[0044]
4、将深度数据进行伸缩算法校正，使其与实际深度基本对应；
[0045]
5、将深度数据进行线性插值，使其点与点之间保持等间隔；
[0046]
6、分别在四个不同方位的探头所测数据中各挑选四根曲线，并将数据保存在固定命名的位置；
[0047]
7、将所测曲线的内壁和外壁信息进行分离；
[0048]
8、将数据进行归一化处理，将其映射到0-1之间，可使数据比较均匀，并且数据变化可以更好的区分；
[0049]
9、将所选取曲线的内外壁信息按其探头的方位，放置到空间对应的相位中去；
[0050]
10、在立体空间中对曲线数据进行埃尔米特插值；
[0051]
11、对数据进行三维网格剖分。同时根据数据的大小进行铺色，使其数据大小通过颜色的变化反映出来；
[0052]
12、对三维图形进行旋转，并从多角度进行观察；
[0053]
观测三维立体图形反映出来的套管损伤，对其损伤进行反演，并通过以上步骤7-步骤12进行三维立体成像，其反映出的损伤信息更加清晰、明显。
[0054]
在应用本发明的一具体实施例中,包括了以下步骤:
[0055]
1、读取电磁探伤数据，并将各部分数据放置到对应的名称下；图1为本发明的一具体实施例中套管损伤原始数据的二维曲线图。
[0056]
2、将所测得的数据进行区域划分，使其数据分布在规定的区域中去；
[0057]
3、由于仪器等各方面因素的影响，测量过程中会出现错误数据，需根据实际情况设置阈值，去除与大多数数据偏差较大的数据点，从而避免所测坏点数据对三维成像的整体效果造成影响；
[0058]
4、利用自适应深度误差校正算法对深度点进行校正，使所测得的深度点与实际深度基本对应。其处理过程为将原始所测接箍深度与已知套管记录表进行比对，自动将深度数据校正到误差允许的范围内；
[0059]
5、为了便于对电磁探伤数据进行处理，可对所测的深度数据进行线性插值，使深度值点与点之间保持等间隔，在一定允许误差下，可以近似代替原来数据值，插值过程为已知坐标(x0,y0)与(x1,y1),要得到[x0,x1]区间内某一位置x在直线上的值，插值公式为式(1)所示：
[0060][0061]
6、电磁探伤仪器采用组合式偏心探头，位于0度、90度、180度和270度方向的四个偏心探头a、b、c和d，分别在四个不同方位所测数据中各挑选四根曲线，并将数据保存在固定命名的位置；
[0062]
7、由于所测数据包含套管内外壁的损伤信息，便于更好的观测不同区域的损伤，需将所测曲线的内外壁信息分别分离出来，使三维图形能更好的反映出管壁的损伤信息；
[0063]
8、将数据进行归一化处理，将其映射到0-1之间，可使数据比较均匀，并且数据变化可以更好的区分，归一化处理公式为：
[0064][0065]
式(2)中，x
i*
为归一化后的数据，x
i
为插值后的数组元素，x
max
和x
min
分别为插值后数组的最大值和最小值，i＝1,2,3,...为数据的点数。
[0066]
9、电磁探伤仪器采用组合式偏心探头，四个偏心探头a、b、c和d分别在0度、90度、180度和270度方向的探测范围都比较大，探测性能较好，四个探头能较好的探测其区域范围内的套管损伤反馈的感应电动势。因此我们根据相位将a、b、c和d四个探头的数据整合到其所在相位区域，然后在进行处理。这种操作能够较为真实还原套管的三维损伤信息。
[0067]
10、由于利用瞬变电磁探伤仪探测得到的数据量有限，而进行三维显示时需要足够的数据来成图，所以须对所测套管数据进行三维空间插值，为了保证曲面的足够美观和真实性，因此插值函数不仅在节点处与函数同值，而且它与函数有相同的一阶、二阶甚至高阶导数值，故选择三次埃尔米特插值(hermite插值)。插值多项式为：
[0068][0069]
其中，
[0070][0071]
式(3)中，(x0，y0)，(x1，y1)为已知两点的坐标。j(x)，j(x)为次数不超过2n+1的多项式且满足j(x
i
)＝δ
ij
，
′
j(x
i
)＝0；βj(x
i
)＝0，β
′
j(x
i
)＝δ
ij
。
[0072]
11、对电磁探伤数据进行三维网格剖分及铺色，使数据变化通过颜色的变化反映出来。将电磁探伤数据生成面网格点矩阵并进行三维图形绘制，铺色时由电磁探伤仪探测到的感应电动势数据大小决定，其色度数组为：
[0073][0074]
式(4)中，x，y为空间曲面上点的x、y坐标的值，c为这一曲面对应的颜色数组。图2-3为本发明的一具体实施例中套管损伤数据的内壁三维曲线图，图2为套管原始内壁曲线三维图，图3为套管内壁原始曲线铺色后的图形；
[0075]
12、为了便于更好的观察套管多方位的损伤信息，需将三维图形进行立体旋转，其旋转关系式为：
[0076]
x
*
＝x(cosθ
y cosθ
z-sinθ
x sinθ
y sinθ
z
)-y cosθ
x sinθ
z
+z(sinθ
y cosθ
z-sinθ
x cosθ
y sinθ
z
)
[0077]
y
*
＝x(cosθy sinθ
z-sinθx sinθ
y cosθ
z
)-y cosθ
x cosθ
z
+z(sinθ
y sinθ
z-sinθ
x cosθ
y cosθ
z
)
[0078]
z
*
＝x(-cosθ
x sinθ
y
)+y sinθ
x
+z cosθ
x cosθ
y
[0079]
ꢀꢀꢀ
(5)
[0080]
式(5)中，θx、θy、θz分别为绕x，y，z旋转的角度；x，y，z为原始点坐标的值，x*，y*，z*为旋转后坐标的值。
[0081]
13、观测三维立体图形反映出来的信息，对其有效信息进行反演，并通过以上步骤7-步骤12进行三维立体成像显示，可使其反映出的信息更加清晰、明显。图4-6是套管三维反演壁厚图形：图4为套管内壁损伤图，图5为套管外壁损伤图，图6为曲线铺色后的图形。