[发明专利]一种基于本征模态滤波的储层固有频率原位非接触式检测方法

说明书

本发明公开了一种基于模态滤波的储层固有频率非接触式检测方法，包括应力波在非常规储层中的传递及能量损耗模型、基于希尔伯特‑黄变换的振动信号频谱分析方法、依据最大相关系数及本征模态理论的滤波算法。该方法能够实现储层固有频率的原位测量，在更好地保证数据时效性与准确性的同时，达到了储层固有频率改变即测定的效果。

技术领域

本发明涉及一种软测量技术，特别涉及一种基于模态滤波的储层固有频率非接触式检测方法，属于地层物性参数测量技术领域。

背景技术

在复杂多变的国际环境下，我国迫切需要寻求油气产量新的增长点。因此加大非常规页岩油/气的勘探及开发技术研究是突破我国油气日益短缺现状的一个关键点。将共振的概念引入到油田开发中，共振破岩及储层改善技术应运而生。在目标储层共振状态下，较小的加载力即可使受体达到屈服极限，从而促进裂缝发育、提高储层渗透率和最大程度上降低对环境的影响。

在共振技术应用领域，如何准确获得岩石固有频率并根据岩石固有频率的变化调整外加激励频率是共振破岩技术的关键。然而对于岩石固有频率的测定，目前国内外大都依靠实验室开展样本测试，技术手段多采用“锤击法”与扫频法。“锤击法”因其经济、直观和高效等优点，多用于岩心试样、桥梁与机械结构振动特性分析，通过对接收到的振动信号开展频谱分析，获得结构固有频率。扫频法指通过采集不同振动频率条件下试件振动能量的变化，根据扫描频谱清楚地判断其固有频率，可直观体现出共振特性。

使用岩石样品在实验室测定其固有频率具有一定局限性，而且室内测量样本部分参数相较实地有所改变，故所测数据误差较原位测量更大。主要影响通过固有频率宏观参数方程可直接体现，参数方程如下：

由上式可以得出固有频率主要与试样刚度及质量相关的结论。但对于岩石试样而言，影响其刚度的因素众多，如：密度、泊松比、杨氏模量等力学参数；内部孔隙以及孔隙内流体等结构参数；地下温度、压力等环境参数。因此，室内试验测定非常规储层固有频率相较实际条件具有一定偏差，由共振特性可知，较小误差便可使其效果降低数倍，因此需要创新一种可原位测量固有频率的方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于模态滤波的储层固有频率非接触式检测方法。依据波动力学、岩石力学及振动力学构建储层能量传播模型，通过脉冲激励引起储层岩体振动，基于希尔伯特-黄变换开展振动信号分析，结合最大相关系数法及模态滤波理论测定储层固有频率。该方法可与井下频谱共振改造装置相耦合，直接开展原地测量，避免样本采集后参数改变造成的误差，同时实现改变即测定的效果。实现了非常规储层固有频率原位非接触式测量。

本发明采用的技术方案是：

在已有的瞬态信号分析及固有频率测定研究基础上运用理论分析、模型构建与机器学习算法相结合的方法，以时频特性、应力波在非常规储层中的传递及能量损耗模型、岩体响应状态模型的数值解作为参照输入，利用希尔伯特-黄变换的高噪音背景下振动信号频谱分析及特征提取方法，依据最大相关系数法及本征模态理论滤波算法，最终得到非常规储层固有频率。按如下步骤实现：

(1)对目标储层施加外部激励，加载应力波通过介质水、金属套管、水泥环及射孔作用于目标储层，引起岩体振动。

(2)通过完井数据，结合应力波在非常规储层中的传递路径及能量传播模型，获得理想状态下储层岩体振动能量数值解，并作为振动能量特征用于频谱信号滤波特征参照；

(3)结合地质数据，依据理想状态下岩体固有频率参数方程，得到数值解并作为特征参照用于降噪滤波过程：

式中，K_ni、δ_max、σ_n与m分别为初始法向刚度、最大闭合量、法向应力与质量。