声波检测射孔技术.docx

基于声波的射孔检测技术
一、概述
油井射孔是石油开采的一项关键技术，其可实现井筒和预测全部产油层之间的联通。随着石油资源的地位越来越重要，对射孔的质量要求也越来越高，这就使射孔的检测以变得至关重要。在各种测井方法中，用磁通法测井所占比例较大。在磁通法测井时，目前世界各个主要测井公司都有磁测井仪器，但绝大多数均用来检测套管的腐蚀程度、破裂情况、明显的大穿孔等。另外该测井设备易被损坏，尤其在套管变形较大的地方可能将仪器卡在井内。井壁超声成像测井仪能检测射孔孔眼，但测速较慢，小于100m/h，仪器复杂，成本高，需要专门的回放处理系统，而且使用时受泥浆密度和天然气存在的限制。
本文在吸收了一部分上述方法的同时在已有的经验和技术条件下，提出了对声波数据进行一系列处理后，从而来判断射孔情况的声波射孔检测技术。
二、设计方案
在一般的射孔过程中所形成的波形是随机的，但是单个爆炸完整射孔时形成的大体波形图和所处的频率段却可以是已知的。如果能够采集并输出射孔器发射的地震波波形大体曲线如图如图1所示和频率与振幅关系图如图2所示 ，由采集到的波形图和已知的波形图进行匹配，即可得出射孔的情况，这就是声波检测射孔技术的基本原理。

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T1 T2 T

图1 尾声监测仪采集的地震波形曲线

图2 不同药量频时分析曲线
由于该设计比较注重单个声波比较，所以可以在射孔枪尾附加一个尾声信号弹，在射孔器安全引爆后，引燃尾声信号弹的延时药柱，延时20-30秒后，尾声信号弹爆炸。通过声音监听、井口显示并观察射孔时的波形曲线变化和振动频率曲线的变化情况，综合判断射孔器是否射孔。
爆炸波在传播过程中会发生反射、透射、与绕射、衍射、波形转换、波导 、层间波等复杂现象，使声波传播方向与途径发生变化。传播过程中波的有关参数和时频特征常与传播介质的物理性质、结构特征及地形面貌等因素密切相关。另外在地面有时因为传输距离太远我们可能听不到声波的，这使得我们在地面很难检测到较好的声波图。因此我们可以把声波
检测器安置在井下，这样就可以在一定程度上减少传输介质对声波的影响。
在声波检测过程中，由于声波的数据量大，受传输速率限制，很难实现实时的数据传输，除了少量处理结果被实时传送到地面外，大量数据保存在井下的存储器中，稍后数据传回地面，立马由地面声波处理系统对声波处理，并由声波的匹配得出射孔情况。另外由于信源具有较小的不确定性，同是对频率和振幅等特性的检测精度要求较高。所以井下采集到的大量数据要经过压缩之后才快速上传到地面。
1、硬件设计
经过一系列分析，得出系统硬件示意图及控制布局图：
井下采集系统 井上数据处理系统

声波处理系统
检波器

结果显示器

A/D转换
存储器
信号调理

键盘

数据存储器
波形数据库

图3 声波检测射孔布局图
在图3中存储器主要是存储检测到的声波经压缩后的数据；波形数据库里含有完整射孔后的波形图数据和首发炮弹射孔的波形数据，用以在与后面检测到的波进行波形匹配来判断射孔情况。
2、软件设计
为了实现整个井下电路的总体控制和得到可靠的结果，合理的软件设计能够保证系统有条不紊地工作。此外，还需根据信号特点，设计合理的算法，完成相关数据处理。
采集与处理系统的软件总体流程图如下图4所示：

开始

初始化系统

主循环，等待命令

A/D是否采集
N

数据压缩，存储。发送给地面声波处理系统
Y

地面接收数据并与数据库的数据进行匹配

显示结果，并保存数据

图4 主程序流程图
数据采集过程其操作都是在井下完成，采集过程完全靠程序控制进行，其采集数据经压缩后再上传给地面处理系统，采集流程图如下图5所示：
开始

采集参数设置

启动采集

采集结束

N
Y

循环采集
数据压缩，存储
获取采集数据

Y

N
完成本次采集，等待上传命令

图5 数据采集流程图
三、设计的关键地方
（1）检波器检测精度的选择
该设计在波形匹配时精确到了单个波形的处理，所以检测时要能够得到较好的波形。检波器的选择尤为重要，好的检测精度能够为波形的匹配带来方便，同时也能够增加检测结果的可靠性。因此我们选择检波器时，要选择精度高、可靠性强、传输速率快、体积小的检波器。
（2）标准波形的选择
标准波形的选择会直接影响到最后检测结果的好坏，本次设计采用的方法是：在波形数据库里存储完全射孔时的波形和频率分布图，检测时检测到首波后立马传回地面，让首波和波形数据库的波形进行匹配，看是否是完全射孔时的波形，若是则以此首波为标准波来衡量后面的波形，若不是，则以波形数据库的波形为标准来衡量后面的波形。波形匹配时两波可存在一定差别，因为完整射孔时产生的爆炸波形并不完全一样，而是在一定范围内波动。另外，在爆炸时的波形图有一定的变化，但是频率图基本是不变的，因此在波形匹配时，先进行频率图匹配后再对波形图匹配，这样的匹配会更加的合理。