[发明专利]基于低频弹性波响应特征的井筒气侵早期主动监测方法

权利要求书

1.基于低频弹性波响应特征的井筒气侵早期主动监测系统，包括无线通信的井下无线信号发射器与地面控制中心，以及与井下无线信号发射器连接的井下监测短节，其特征在于，所述井下监测短节包括：

弹性波脉冲发射盘，包括环形的弹性波发射盘基底，所述弹性波发射盘基底设有沿环形周向均匀分布的四个居中扶正翼片，每个居中扶正翼片的中央设有一个低频压电感应片Ⅰ，低频压电感应片Ⅰ连接至低频脉冲发生器，并受其激励产生低频弹性波脉冲；

弹性波信号接收盘，结构与弹性波脉冲发射盘相同，其设置有低频压电感应片Ⅱ，它们与所述低频压电感应片Ⅰ的位置一一对齐，将弹性波响应信号转化为电信号；

数字信号采集卡，采集低频脉冲发生器产生的矩形电脉冲信号以及弹性波信号接收盘的转化电信号；以及

数字信号处理器，对数字信号采集卡采集的信号进行气侵判断，并将判断结果发送至井下无线信号发射器。

2.根据权利要求1所述的井筒气侵早期主动监测系统，其特征在于，所述井下监测短节还包括稳压电源，其给低频脉冲发生器、数字信号采集卡和数字信号处理器供电。

3.根据权利要求2所述的井筒气侵早期主动监测系统，其特征在于，所述井下监测短节为中空结构，其还包括位于弹性波信号接收盘与弹性波脉冲发射盘之间的中空主体，所述中空主体的外侧设有凹槽，以及与该凹槽螺钉连接的盖板，所述低频脉冲发生器、数字信号采集卡、数字信号处理器以及稳压电源嵌设于凹槽内。

4.根据权利要求1所述的井筒气侵早期主动监测系统，其特征在于，低频脉冲发生器产生矩形电脉冲信号的频率为0.003～1Hz。

5.根据权利要求1所述的井筒气侵早期主动监测系统，其特征在于，低频压电感应片Ⅰ和低频压电感应片Ⅱ的工作主频为10～200Hz。

6.利用权利要求1～5中任一项所述系统的井筒气侵早期主动监测方法，其特征在于，具体步骤是：在钻井过程中，钻井液由环空流经井下监测短节，井下监测短节按照固定频率发射脉冲信号并将接收响应信号转化为电信号，提取电信号首波初至时间和峰值大小两个属性值进行编码，判断是否发生气侵，若确定发生气侵，则将气侵信息通过井下无线信号发射器发送至地面控制中心。

7.根据权利要求6所述的井筒气侵早期主动监测方法，其特征在于，对于单个脉冲信号的响应，当接收电信号首波初至时间在正常范围，表明没有地层气侵入，编码为0；当接收电信号首波初至时间在异常范围，则判断为发生气侵，编码为1。

8.根据权利要求6所述的井筒气侵早期主动监测方法，其特征在于，低频脉冲发生器以固定频率产生矩形电脉冲信号，形成动态的接收电信号，当动态接收电信号的首波初至时间都在正常范围内，相邻接收电信号的首波初至时间间隔基本一致，接收电信号的首波峰值基本相同，则判断为没有发生气侵，编码为0；当动态接收电信号的首波初至时间都在异常范围内，相邻接收电信号的首波初至时间间隔逐渐增大，接收电信号的首波峰值逐渐减小，则判断为发生气侵，编码为1。

9.根据权利要求8所述的井筒气侵早期主动监测方法，其特征在于，低频脉冲发生器以固定频率产生矩形电脉冲信号，形成动态的接收电信号，进而生成连续的0或1编码，如果连续n个编码都为1，则确定发生气侵，其中，n=3～50。

10.根据权利要求7或8所述的井筒气侵早期主动监测方法，其特征在于，考虑仪器测量误差和井下噪声干扰，降低误报率，选择时间刻度t₁的±δ%范围作为正常的接收电信号首波初至时间，其中，t₁为接收电信号的首波初至时间，其计算公式为，式中，L为弹性波脉冲发射盘和弹性波信号接收盘上相对应的低频压电感应片Ⅰ与低频压电感应片Ⅱ之间的距离，v_l为弹性波在钻井液中的传播速度；±δ%范围为±2%～±10%。