[发明专利]钻孔岩性参数实时探测仪

说明书

技术领域：本发明涉及地球物理及地质勘探领域，尤其涉及岩性探测仪器及技术的改进与创新。

背景技术：钻孔岩性是地球物理及地质勘探不可缺少的资料，被称为“地质的眼睛”。传统的钻孔岩性探测方法，是在钻孔测井完成或停止后，将钻具取出，再向钻孔中放入带电缆的探头，才能进行探测，此方法存在系统笨重、效率低下、适用范围窄等问题，如出现塌孔、井斜过大或海洋钻探等场合下，均不能进行探测；因此有人提出钻井实时岩性判别的方法，如藤子军(山东煤田地质局，′2000)提出利用钻井速度和压力等参数分析判别岩性，尽管这种思路已有进步，但由于钻井压力及相关系数难以确定，因此难以在实践中推广应用。

发明内容：针对现有技术，本发明所要解决的技术问题，是要提供一种能在钻进时、根据钻探过程中易测的机械振动参数对岩性进行实时分析判别的钻孔岩性参数实时探测仪。

为此，本发明的技术方案是：一种钻孔岩性参数实时探测仪，是由传感器与二次仪表所组成，其特征在于：所述的传感器是振动传感器，且振动传感器与钻杆的机械振动相耦合；所述的二次仪表是由高频采样器与计算机依次联结组成。

所述的振动传感器可以是光纤式、电磁式、压电式、电感式、电涡流式、电容式、压敏电阻式；而该振动传感器通过与钻杆或钻井平台以接触或非接触两种方式采集数据。

所述的高频采样器是由前置放大电路、滤波电路、主放大电路、A/D转换电路依次联结组成。

所述计算机的存储器中预装有各种波形分析、处理软件程序以及专家岩性解释系统，所述计算机通过接口电路与前述的A/D转换电路的输出端口相连接。

所述的波形分析、处理软件程序包括：快速傅立叶变换、快速离散小波变换、自功率谱分析、互功率谱分析、自相关分析、互相关分析、相干度分析、信噪比分析、FIR滤波器设计与实现、IIR滤波器设计与实现、低通滤波、带通滤波、带阻滤波、高通滤波、50Hz陷波、自适应滤波、自适应压噪、卡尔曼滤波、频谱数据库等软件程序。

由于采用了上述的结构改进，本发明具有如下显著优点：

采用振动传感器测定钻杆的振动，利用了金属钻杆对声波信号衰减小、可远距离传播的优良特性，使深部地层的机械振动信号能顺利地传输到地表，地层信号可靠、易测；

采用光纤式振动传感器，可以克服其他种类传感器工作频带窄、易受外界各种(包括电磁)干扰的缺点，能够适应所有类型地层的机械振动频率的测定，且测定、搜集所得数据的可靠性、稳定性大大提高；

利用成熟的波形分析数学理论、结合专家解释系统及计算机数字处理技术对机械振动波形、相关参数进行分析处理，能高效可靠地解读、判别探头所及的岩性及地质实况，提高了信号的分辨能力，实时判别准确率达到85％以上，多点结合即可反演复杂的径向层面；

采用振动传感器与钻杆或钻井平台以接触或非接触两种采集数据的方式来实现机械振动与传感器间的耦合，既不影响钻进速度，也不需要对钻具进行结构改造，简单易行，便于推广。

附图说明：以下结合附图对本发明作出说明：

图1为本发明实施例的总体结构示意图。

图2为本发明实施例的电路原理框图。

具体实施方式：如图1所示：一种钻孔岩性参数实时探测仪，是由传感器与二次仪表所组成，其特征在于：所述的传感器是光纤式振动传感器1，该振动传感器1的接振工作面与钻杆2-0的上端面2(或钻井平台的上端面3)紧固连接，以实现传感器1与钻杆2-0的机械振动相耦合；而钻杆2-0深钻入地表以下的岩土/岩石层6中。

所述的二次仪表是由高频采样器4与计算机5依次联结组成。

如图2所示：所述的高频采样器4是由前置放大电路4-1、滤波电路4-2、主放大电路4-3、A/D转换电路4-4依次联结组成。

所述计算机5的存储器中预装有各种波形分析、处理软件程序以及专家岩性解释系统，所述计算机5通过接口电路与前述的A/D转换电路4-4的输出端口相连接。

所述的波形分析、处理软件程序包括：快速傅立叶变换、快速离散小波变换、自功率谱分析、互功率谱分析、自相关分析、互相关分析、相干度分析、信噪比分析、FIR滤波器设计与实现、IIR滤波器设计与实现、低通滤波、带通滤波、带阻滤波、高通滤波、50Hz陷波、自适应滤波、自适应压噪、卡尔曼滤波、频谱数据库等软件程序。

现结合上述附图对本发明的工作原理进一步说明如下：

当钻头钻遇不同地层6时，因岩性的硬度、破碎度、含水程度等的不同，在钻杆2-0上所产生的机械振动频率、速度、振幅等参数亦会相应发生变化，该变化即会通过金属钻杆2-0传输到其最上端面2(或钻井平台的上端面3)，该机械振动参数又被光纤式振动传感器1所感测，既而传输给高频采样器4与计算机5，计算机5中预装的波形分析处理程序软件即对数字化的振动信号进行去粗取精、去伪存真的分析处理，并结合专家岩性解释系统软件，即可给出较准确的岩性判别。