[发明专利]用于测量近钻头随钻岩性的方法及监测随钻岩性的系统

说明书

本发明公开了一种用于测量近钻头随钻岩性的方法及监测随钻岩性的系统，包括：获取钻头实时到达破岩位置处产生的沿钻头前进方向的破岩振击力对应的音频时域信号；按照预设的采样频率，将音频时域信号进行频谱转换处理，得到含有地层岩性信息的音频信号频谱数据；根据音频信号频谱数据，得到用于描述当前随钻破岩位置处岩石性质的主成分频率数据和/或声压幅度变化数据，进一步将其整合成随钻破岩特征信息；将随钻破岩特征信息进行输出，以被地面设备接收并预测钻头前方地质信息。本发明能够实时准确反映钻头附近岩性，优化随钻测量数据，有利于井下复杂事故的预防。

技术领域

本发明涉及油气井工程井下随钻测量领域，具体地说，是涉及一种用于获取近钻头随钻岩性的方法、装置及监测近钻头随钻岩性的系统。

背景技术

钻井过程中不仅需要实时监测近钻头工程参数，如井斜、方位、温度、压力、扭矩等，而且还需要实时测量近钻头地层参数(伽马、电阻率、声波等)，这些参数的获取对于高效钻井和安全钻井具有十分重要的意义。在地质导向钻井过程中，一般通过伽马计数来识别地层岩性，定位出钻头当前所在地层位置，从而指导钻头钻进方向，使得钻头在产层里穿过，提高了大斜度井特别是水平井钻井成功率。然而，通过伽马计数识别地层岩性的深度很有限，只能区分出井眼表层地层的岩性，而对于钻头前方和井眼周围几米远和十几米远的地层岩性划分则受到限制。如果钻井速度过快，钻头钻破高压地层、溶洞或者断层，必然会引起井喷、井漏和钻具磨损等重大钻井事故，给油气开发带来巨大损失。

随钻声波测井技术的发展使得利用音频信息来获取地层特性成为了一种常规测井手段，其技术特点是通过测量井眼表层地层的声速和幅度等信息来划分地层岩性，计算地层的杨氏模量和泊松比，从而间接获取地层压力状况。但在实际应用过程中的现实情况是，钻井工程中只是把声波速度和幅度信息利用起来了，而对声波的固有频率参数很少提及，任何一种介质或地层，抛开频率谈声波的传播速度和幅度衰减是毫无意义的。因此，利用非基于频率信号的声波传播速度和幅度衰减的参数来预测和评价随钻过程中钻头前方的岩石类型是不准确的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通过采集到的破岩过程中产生的破岩振击力对应的音频信号的方式，测量并识别当前破碎岩石的岩性及类型，进一步通过随钻测量仪器中螺杆上方的具有电磁波无线传输功能的MWN短节内将预测结果传输至地面设备中，从而对井下地层岩性的固有频率进行实时的监测，用以对当前岩性进行判断并对钻头前方的地质特性进行预测。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于测量近钻头随钻岩性的方法，包括：步骤一，获取钻头实时到达破岩位置处产生的沿钻头前进方向的破岩振击力对应的音频时域信号；步骤二，按照预设的采样频率，将所述音频时域信号进行频谱转换处理，得到相应的含有地层岩性信息的音频信号频谱数据；步骤三，根据所述音频信号频谱数据，得到用于描述当前随钻破岩位置处岩石性质的主成分频率数据和/或声压幅度变化数据，进一步将其整合成随钻破岩特征信息；步骤四，将所述随钻破岩特征信息进行输出，以被地面装置接收，用来对钻头前方地质信息进行预测。

优选地，所述步骤三包括：根据所述主成分频率数据，利用预设的主成分频率与岩样类型映射模型，得到表征当前随钻破岩位置处岩石性质的第一地层弹性模量，进一步识别出对应的岩石类型，其中，所述随钻破岩特征信息还包括所述第一地层弹性模量和所述第一地层弹性模量对应的岩石类型信息。

优选地，所述步骤三包括：根据所述声压幅度变化数据，利用预设的声幅分贝与岩样类型映射模型，得到表征当前随钻破岩位置处岩石性质的第二地层弹性模量，进一步识别出对应的岩石类型，其中，所述随钻破岩特征信息还包括所述第二地层弹性模量和所述第二地层弹性模量对应的岩石类型信息。

优选地，所述步骤三进一步包括：根据预设的主成分频率的阶数，从所述音频信号频谱数据中提取出与主成分频率阶数匹配的最大频谱分量，得到包括多个主频率数据的所述主成分频率数据。