一種超聲測(cè)井儀系統(tǒng)的測(cè)井方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲測(cè)井儀系統(tǒng)的測(cè)井方法，所述超聲測(cè)井儀系統(tǒng)的井下儀呈圓筒狀，井下儀的底部均勻分布有m個(gè)夾角呈θ的超聲換能器，井下儀通過電纜垂直懸吊于井中，電纜經(jīng)深度儀與測(cè)井絞車相連接，測(cè)井絞車連接井上工作站，井上工作站連接有打印機(jī)；通過深度儀垂直下放井下儀，由井下儀測(cè)得井徑數(shù)據(jù)，由深度儀測(cè)得下放電纜的長(zhǎng)度，獲得井深數(shù)據(jù)，井徑數(shù)據(jù)、及井深數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄瞎ぷ髡?。所述測(cè)井方法由井上工作站采用二次貝塞爾曲線、或有理二次貝塞爾曲線擬合水平斷面的算法對(duì)所接收的井徑數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到能正確反映水平斷面實(shí)際形狀的井徑。
【專利說明】一種超聲測(cè)井儀系統(tǒng)的測(cè)井方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測(cè)井領(lǐng)域，尤其是一種超聲測(cè)井儀系統(tǒng)的測(cè)井方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鉆井法鑿井施工過程中，鉆進(jìn)過程中形成的實(shí)際井筒水平斷面在不同深度是不同的，井筒不是理想的圓柱形。為保證工程質(zhì)量，需及時(shí)、準(zhǔn)確地測(cè)量和分析井筒在不同深度處的截面形狀，這對(duì)于防止井筒偏斜、保證工程質(zhì)量都有重要意義。
[0003]井下儀在下放過程中不斷測(cè)量，測(cè)量的水平斷面足夠多時(shí)，在深度方向(縱向)上采用算法連接水平斷面生成井筒的立體圖形。因此，準(zhǔn)確的分析出水平斷面的形狀是分析井筒立體形狀的前提。
[0004]在同一水平斷面測(cè)量的坐標(biāo)點(diǎn)較少的情況下，希望擬合的截面封閉曲線能夠通過所有測(cè)得的坐標(biāo)點(diǎn)，同時(shí)能比較光順的擬合出水平斷面井壁的形狀。線性插值得到的水平斷面的形狀很粗糙，只有經(jīng)驗(yàn)豐富的測(cè)井工程師才能給出可靠準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)解釋和測(cè)井結(jié)論。最小二乘法可以擬合出有效圓，但嚴(yán)格來講水平斷面根本不可能是圓形，因此要按照?qǐng)A形來擬合，得到的測(cè)井水平面形狀與實(shí)際形狀對(duì)比會(huì)有較大偏差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于貝塞爾曲線的水平斷面曲線擬合方法，解決了以往的算法不能準(zhǔn)確擬合同一深度水平斷面曲線的問題。從仿真結(jié)果看，通過測(cè)量坐標(biāo)點(diǎn)擬合的曲線能正確反映水平斷面的實(shí)際形狀。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種超聲測(cè)井儀系統(tǒng)的測(cè)井方法，所述超聲測(cè)井儀系統(tǒng)包括井下儀、深度儀、測(cè)井絞車、電纜及井上工作站，所述井下儀呈圓筒狀，井下儀底部均勻分布有m個(gè)夾角呈Θ的超聲換能器，井下儀通過電纜垂直懸吊于井中，電纜經(jīng)深度儀與測(cè)井絞車相連接，測(cè)井絞車連接井上工作站，井上工作站連接有打印機(jī)；通過深度儀垂直下放井下儀，由井下儀測(cè)得井徑數(shù)據(jù)，由深度儀測(cè)得下放電纜的長(zhǎng)度，獲得井深數(shù)據(jù)，井徑數(shù)據(jù)、及井深數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄瞎ぷ髡荆?br> [0008]所述測(cè)井方法由井上工作站采用二次貝塞爾曲線擬合水平斷面的算法對(duì)所接收的井徑數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具體步驟如下:
[0009]對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以井下儀中心為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，將同一水平斷面上m個(gè)超聲換能器測(cè)得m個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的井徑數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)，記為坐標(biāo)點(diǎn)Di,其中m ≥ 5, i ∈[O, m-Ι]；
[0010]二次貝塞爾曲線參數(shù)方程為:C(t) = (l-t)2pi_1+2t (1-OP^t2Pw O ≤ t ≤ 1，
[0011]其中，Ph和Pi+1分別為二次貝塞爾曲線的起點(diǎn)和終點(diǎn)，P1-^PPw為所測(cè)得的坐標(biāo)點(diǎn)Di和Di+1，二次貝塞爾曲線參數(shù)方程變形為:C(t) = (l-t)V2t (1-OP^t2DwO≤t≤1，
[0012]Pi為控制點(diǎn)，移動(dòng)Pi可改變曲線Ci的形狀；
[0013]為任意三個(gè)相鄰坐標(biāo)點(diǎn)，坐標(biāo)點(diǎn)D1-Ji間選取一個(gè)控制點(diǎn)PhHP1-!確定一端曲線C^1 ;在相鄰坐標(biāo)點(diǎn)Dp Di+1間選取一個(gè)控制點(diǎn)Pi, Di, Di+1、Pi確定一段曲線Ci ;曲線Cp1和Ci在坐標(biāo)點(diǎn)Di處光滑拼接；
[0014]每?jī)蓚€(gè)相鄰的坐標(biāo)點(diǎn)確定一段二次貝塞爾曲線，有m個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)Di,共確定m段二次貝塞爾曲線，將m段曲線首尾拼接得出井壁水平斷面的形狀。
[0015]本發(fā)明超聲測(cè)井儀系統(tǒng)的測(cè)井方法，所述曲線Cp1和Ci在坐標(biāo)點(diǎn)Di處光滑拼接，曲線Cp1在Di點(diǎn)處切線方向與直線Pp1Di方向一致，曲線Ci在Di點(diǎn)處切線方向與直線DiPi方向一致，使PifDpPi三點(diǎn)共線，即兩段曲線在拼接點(diǎn)處切線方向相同，實(shí)現(xiàn)曲線C^1和Ci在坐標(biāo)點(diǎn)Di處光滑拼接。
[0016]本發(fā)明超聲測(cè)井儀系統(tǒng)的測(cè)井方法，所述Pm、Di, PiH點(diǎn)共線，采用下述方法確定:
[0017]第i個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)Di坐標(biāo)(Xi, Yi),過Di點(diǎn)切線Li的直線方程為:y = !^+Ci ；
[0018]Di點(diǎn)處的切線Li的方向由其相鄰的兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)Dp1和Di+1決定山與過Dp1和Di+1
點(diǎn)的直線L’ ,平行，由此得到系數(shù)h和常數(shù)Ci

【權(quán)利要求】
1.一種超聲測(cè)井儀系統(tǒng)的測(cè)井方法，其特征在于，所述超聲測(cè)井儀系統(tǒng)包括井下儀、深度儀、測(cè)井絞車、電纜及井上工作站，所述井下儀呈圓筒狀，井下儀底部均勻分布有m個(gè)夾角呈Θ的超聲換能器，井下儀通過電纜垂直懸吊于井中，電纜經(jīng)深度儀與測(cè)井絞車相連接，測(cè)井絞車連接井上工作站，井上工作站連接有打印機(jī)；通過深度儀垂直下放井下儀，由井下儀測(cè)得井徑數(shù)據(jù)，由深度儀測(cè)得下放電纜的長(zhǎng)度，獲得井深數(shù)據(jù)，井徑數(shù)據(jù)、及井深數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄瞎ぷ髡荆? 所述測(cè)井方法由井上工作站采用二次貝塞爾曲線擬合水平斷面的算法對(duì)所接收的井徑數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具體步驟如下: 對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以井下儀中心為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，將同一水平斷面上m個(gè)超聲換能器測(cè)得m個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的井徑數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)，記為坐標(biāo)點(diǎn)D i ,其中m≥5, i e [O, m-Ι]； 二次貝塞爾曲線參數(shù)方程為:C (t) = (l-t)2Pi_1+2t (1-OP^t2Pw O≤t≤1， 其中，Pm和Pi+1分別為二次貝塞爾曲線的起點(diǎn)和終點(diǎn)，Pm和Pi+1為所測(cè)得的坐標(biāo)點(diǎn)Di和Di+1，二次貝塞爾曲線參數(shù)方程變形為:C(t) = (l-t)2Di+2t (1-OP^t2Dw O≤t≤1， Pi為控制點(diǎn)，移動(dòng)Pi可改變曲線Ci的形狀； DifDpDw為任意三個(gè)相鄰坐標(biāo)點(diǎn)，坐標(biāo)點(diǎn)DifDi間選取一個(gè)控制點(diǎn)Pm，Di^1, Di, Pi^1確定一端曲線C^1 ;在相鄰坐標(biāo)點(diǎn)D1、Di+1間選取一個(gè)控制點(diǎn)Pi,DpDwIi確定一段曲線Ci ；曲線Cp1和Ci在坐標(biāo)點(diǎn)Di處光滑拼接； 每?jī)蓚€(gè)相鄰的坐標(biāo)點(diǎn)確定一段二次貝塞爾曲線，有m個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)Di,共確定m段二次貝塞爾曲線，將m段曲線首尾拼接得出井壁水平斷面的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲測(cè)井儀系統(tǒng)的測(cè)井方法，其特征在于，所述曲線CV1和Ci在坐標(biāo)點(diǎn)Di處光滑拼接，曲線Cg在Di點(diǎn)處切線方向與直線Pp1Di方向一致，曲線Ci在01點(diǎn)處切線方向與直線DiPi方向一致，使PifDpPi三點(diǎn)共線，即兩段曲線在拼接點(diǎn)處切線方向相同，實(shí)現(xiàn)曲線Cg和Ci在坐標(biāo)點(diǎn)Di處光滑拼接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超聲測(cè)井儀系統(tǒng)的測(cè)井方法，其特征在于，所述Pi+D1、Pi三點(diǎn)共線，采用下述方法確定: 第i個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)Di坐標(biāo)(Xi, Yi),過Di點(diǎn)切線Li的直線方程為:y = !^+Ci ； Di點(diǎn)處的切線Li的方向由其相鄰的兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)Dp1和Di+1決定，Li與過Dp1和Di+1點(diǎn)的直線L’ ,平行，由此得到系數(shù)h和常數(shù)Ci:
C1 = Yrk1X1 ； 同理，第i+Ι個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)Di+1坐標(biāo)(xi+1，yi+1)，過點(diǎn)Di+1的切線Li+1的直線方程為I =ki+1x+ci+1 ； Li+1與過Di和Di+2點(diǎn)的直線L’ i+1平行，由此得到系數(shù)ki+1和常數(shù)ci+1:
ci+1=yi+i_ki+1xi+1 ； 通過相鄰坐標(biāo)點(diǎn)的兩切線的交點(diǎn)，得相鄰坐標(biāo)點(diǎn)之間控制點(diǎn)具體坐標(biāo)位置，即過Di的切線Li和過Di+1切線Li+1的交點(diǎn)Pi坐標(biāo)可表示為
)。
4.一種超聲測(cè)井儀系統(tǒng)的測(cè)井方法，其特征在于，所述超聲測(cè)井儀系統(tǒng)包括井下儀、深度儀、測(cè)井絞車、電纜及井上工作站，所述井下儀呈圓筒狀，井下儀底部均勻分布有m個(gè)夾角呈Θ的超聲換能器，井下儀通過電纜垂直懸吊于井中，電纜經(jīng)深度儀與測(cè)井絞車相連接，測(cè)井絞車連接井上工作站，井上工作站連接有打印機(jī)；通過深度儀垂直下放井下儀，由井下儀測(cè)得井徑數(shù)據(jù)，由深度儀測(cè)得下放電纜的長(zhǎng)度，獲得井深數(shù)據(jù)，井徑數(shù)據(jù)、及井深數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄瞎ぷ髡荆? 所述測(cè)井方法有井上工作站采用有理二次貝塞爾曲線擬合水平斷面算法對(duì)所接收的井徑數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具體步驟如下: 以井下儀中心為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，將同一水平斷面上m個(gè)超聲換能器測(cè)得m個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的井徑數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)，記為坐標(biāo)點(diǎn)Di,其中m≥5, i e [O, m-Ι]； 有理二次貝塞爾曲線參數(shù)方程矩陣形式如下:
其中，hg、hp hi+1為加權(quán)系數(shù)，Pp1和Pi+1分別為有理二次貝塞爾曲線的起點(diǎn)和終點(diǎn)，P1-!和Pi+1為所測(cè)得的坐標(biāo)點(diǎn)Dg和Di+1 ； Di^1 (X^1, Yi^1)、Di (Xi, Yi)、Di+1 (xi+1, yi+1)是超聲換能器測(cè)得的同一水平斷面相鄰三個(gè)方向的坐標(biāo)點(diǎn)，Pi (xP, yP)為Dp1和Di+1點(diǎn)處的切線交點(diǎn)； 取Iv1 = hi+1 = 1,記1^ = h,將上述有理二次貝塞爾曲線參數(shù)方程矩陣形式變形，點(diǎn)DifPi和Di+1可以確定的有理二次貝塞爾曲線的參數(shù)方程如下:
調(diào)整加權(quán)系數(shù)h的值，從而調(diào)整曲線形狀，使Dp1和Di+1確定的有理二次貝塞爾曲線通過坐標(biāo)點(diǎn)Di ； 將m個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)每三個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)為一組，得出每組曲線，最后拼接擬合出水平斷面曲線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種超聲測(cè)井儀系統(tǒng)的測(cè)井方法，其特征在于，所述Pi (xP, yP)為Dp1和Di+1點(diǎn)處的切線交點(diǎn)，點(diǎn)Pi (xP, yP)的確定方法如下: Dh處切線Lp1的方向由相鄰的兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)Dp2和Di確定，Lh與過Dp2和Di點(diǎn)的直線L’ 1-!平行,切線Lh的方程為:y = kHX+CH,其中L: ’ Ch =； Di+1處切線Li+1的方向由相鄰的兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)Di和Di+2確定，Li+1與過Di和Di+2點(diǎn)的直線L’ i+1 平行，方程為= ki+1x+ci+1,其中 I = }'^ ，Ch = yi+「ki+1xi+1 ；-S.+ 2 -S 過Dp1的切線Lg和過Di+1切線Li+1的交點(diǎn)Pi坐標(biāo)可表示為卜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種超聲測(cè)井儀系統(tǒng)的測(cè)井方法，其特征在于，所述加權(quán)系數(shù)h的值的確定采用如下方法:令h = h。，曲線C通過Di,參數(shù)t = tc, C(tc) = Di,將坐標(biāo)值帶入有理二次貝塞爾曲線的參數(shù)方程，可得第一方程組:
其中，h。和t。未知量，對(duì)第一方程組進(jìn)行變換得第二方程組:
聯(lián)立第二方程組中的兩方程得
將Λ回帶第二方程組求得加權(quán)值h。。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104074503SQ201410244865
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】曹茂永, 王毅, 金劍 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)