一種井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)壓縮方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)壓縮方法，該方法包括以下步驟：將原始井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分割為多組待壓縮數(shù)據(jù)，對(duì)每組待壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行基于提升矩陣的整數(shù)離散余弦變換，并獲取每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)；記錄所述每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)的第一參數(shù)、第二參數(shù)和第三參數(shù)；根據(jù)所述第一參數(shù)、第二參數(shù)和第三參數(shù)對(duì)每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)量化處理和編碼操作。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)壓縮。另外，通過本發(fā)明可減少數(shù)據(jù)傳輸量，還可完整保存原始聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)信息，從而提高測(cè)井效率。
【專利說明】一種井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)壓縮方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，尤其涉及一種井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)壓縮方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聲波成像測(cè)井屬于聲波成像測(cè)井技術(shù)，是現(xiàn)代測(cè)井技術(shù)的一種重要手段，該技術(shù)通過聲波成像測(cè)井儀測(cè)量井壁巖石或套管對(duì)超聲波和蘭姆波的反射情況來獲得井壁或套管壁的二維平面聲波直觀圖像，這種圖像反映的是井壁界面的聲學(xué)性質(zhì)，和光學(xué)成像的圖形并不完全一樣。在裂縫地層中，可從獲得的聲學(xué)圖像中了解裂縫地層中裂縫、孔洞的分布和位置。在套管中，可從獲得的聲學(xué)圖像中了解套管中射孔位置，套管損壞情況。
[0003]聲波成像測(cè)井儀由于成本和使用井場(chǎng)費(fèi)都非常高，因此聲波成像測(cè)井儀的運(yùn)行速度應(yīng)盡量快，從而縮短測(cè)井時(shí)間，并且要求其具有高的可靠度、準(zhǔn)確度，這樣才能高效可靠的完成井下作業(yè)。另外，聲波成像測(cè)井儀在進(jìn)行井下作業(yè)時(shí)所測(cè)得的聲波數(shù)據(jù)量大，而井下電纜傳輸速率卻有限，現(xiàn)有電纜的最高上傳速率也不能實(shí)時(shí)將產(chǎn)生的聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)上傳。
[0004]因此，必須對(duì)聲波成像測(cè)井儀測(cè)得的井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)壓縮，以減小數(shù)據(jù)量，從而提高測(cè)井效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實(shí)施例提出了一種有效的井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)壓縮方法，從而減少井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)量，以實(shí)現(xiàn)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。
[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)壓縮方法，包括以下步驟:
[0007]將原始井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分割為多組待壓縮數(shù)據(jù)，對(duì)每組待壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行基于提升矩陣的整數(shù)離散余弦變換，并獲取每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)；
[0008]記錄每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)的第一參數(shù)、第二參數(shù)和第三參數(shù)；所述第一參數(shù)為所述每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)未尾連續(xù)為O的個(gè)數(shù)，所述第二參數(shù)為所述每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)絕對(duì)值中最大值的二進(jìn)制位數(shù)，第三參數(shù)為所述每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)的符號(hào)值；
[0009]根據(jù)第一參數(shù)、第二參數(shù)和第三參數(shù)對(duì)每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)量化處理和編碼操作。
[0010]本發(fā)明實(shí)施例通過對(duì)待壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行基于提升矩陣的整數(shù)離散余弦變換，可實(shí)現(xiàn)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)壓縮。另外，由于實(shí)際測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)量大，聲波信號(hào)通常會(huì)多次連續(xù)出現(xiàn)幅度較小的數(shù)據(jù)，本發(fā)明充分利用這一點(diǎn)，減少了數(shù)據(jù)傳輸量，由于測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)非常珍貴，一般要求完整保存，采用本發(fā)明實(shí)施例可完整保存原始聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)信息，從而提高測(cè)井效率?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0011]圖1為聲波成像測(cè)井儀工作示意圖；
[0012]圖2為聲波成像測(cè)井儀工作俯視圖；
[0013]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)壓縮方法流程圖；
[0014]圖4為圖3所示一種井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)壓縮方法具體實(shí)施流程圖；
[0015]圖5為圖3所示一種井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)壓縮方法另一具體實(shí)施流程圖；
[0016]圖6為8點(diǎn)DCT因式分解示意圖；
[0017]圖7為圖6出現(xiàn)的平面旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)及蝶形替代結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖8為數(shù)據(jù)編碼時(shí)順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識(shí)到，所述示例性實(shí)施例的下述詳細(xì)說明僅僅是說明性的，并且不是意在以任何方式加以限制。
[0020]圖1為聲波成像測(cè)井儀工作示意圖，圖2為聲波成像測(cè)井儀工作俯視圖。如圖1和圖2所示，聲波成像測(cè)井儀由第一換能器110、第二換能器120、第三換能器130和第四換能器140組成，其中第一換能器110和第二換能器120用于接收蘭姆波信號(hào)，第三換能器130用于發(fā)射和接收超聲波信號(hào)，第四換能器140用于發(fā)射蘭姆波信號(hào)。
[0021]聲波成像測(cè)井儀中的第三換能器130向套管發(fā)射一個(gè)發(fā)散頻率為400kHZ左右的聲波束，套管轉(zhuǎn)入厚度共振模式，在每個(gè)深度產(chǎn)生多個(gè)獨(dú)立超聲回波，同時(shí)被第三換能器130接收，這些獨(dú)立聲波形經(jīng)過分析處理，從中提取反射波到達(dá)時(shí)間及幅度信息，并生成井壁表面聲學(xué)圖像后可以獲得套管厚度、水泥聲阻抗及內(nèi)壁光滑數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)套管損壞評(píng)價(jià)。同時(shí)第四換能器140向套管發(fā)射250kHZ左右的調(diào)頻脈沖波束，并被第一換能器110和第二換能器120所接收，套管進(jìn)入蘭姆波共振模式，蘭姆波會(huì)在聲阻抗差異的界面發(fā)生反射，該共振模式將聲能傳入第一界面(套管/水泥)并部分反射，部分傳入第二界面(水泥/地層)，反射以蘭姆波的形式由套管回傳，從而將能量再度傳到套管內(nèi)液體中，通過分析回波波形可以得到進(jìn)孔形狀、套管在井孔中位置信息。
[0022]通過結(jié)合超聲波回波技術(shù)和蘭姆波成像技術(shù)，可以區(qū)分低密度固體和液體，從而分辨出泡沫水泥、輕質(zhì)水泥和被污染的水泥，由于聲波成像測(cè)井儀可以掃描整個(gè)套管周圍，因此可以發(fā)現(xiàn)水泥中的任何串槽，從而確定固井作業(yè)是否達(dá)到有效的水泥封隔。
[0023]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)壓縮方法流程圖。如圖3所示，該方法包括步驟301-303:
[0024]在步驟301，將原始井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分割為多組待壓縮數(shù)據(jù)，對(duì)每組待壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行基于提升矩陣的整數(shù)離散余弦變換，并獲取每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)。
[0025]具體地，聲波成像測(cè)井儀將換能器接收的井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分割為多組待壓縮數(shù)據(jù)，并對(duì)每組待壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行基于提升矩陣的整數(shù)離散余弦變換(DCT變換)，并獲取每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)。較大限度減少數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，將能量集中在低頻部分，并保證DCT變換本身是可逆的，實(shí)現(xiàn)變換無損。
[0026]優(yōu)選地，聲波成像測(cè)井儀將聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分割為長(zhǎng)度為N的多組待壓縮數(shù)據(jù)，其中N為2的整數(shù)倍，優(yōu)選為8。對(duì)每組長(zhǎng)度為N的待壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行基于提升矩陣的整數(shù)DCT變換。
[0027]在一個(gè)實(shí)施例中，假設(shè)原始井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的總長(zhǎng)度為3000，被分割為375組待壓縮數(shù)據(jù)，每組待壓縮數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8。在實(shí)際操作中測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)長(zhǎng)度不為2的整數(shù)倍的，可以補(bǔ)零后再做分組。如圖4所示，讀入一組長(zhǎng)度為8的待壓縮數(shù)據(jù)，進(jìn)行一維基于提升矩陣的整數(shù)DCT映射，8點(diǎn)DCT因式分解如圖6所示，每個(gè)蝶形和平面旋轉(zhuǎn)都可以被提升矩陣替代，值得注意的是，通常的提升矩陣定義是主對(duì)角線上元素為1，實(shí)際應(yīng)用中-1可以替代I，仍然可以實(shí)現(xiàn)DCT整數(shù)變換，具體如圖7所示，平面旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)I用提升矩陣替代過程如下:
【權(quán)利要求】
1.一種井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)壓縮方法，其特征在于，包括以下步驟: 將原始井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分割為多組待壓縮數(shù)據(jù)，對(duì)每組待壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行基于提升矩陣的整數(shù)離散余弦變換，并獲取每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)； 記錄所述每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)的第一參數(shù)、第二參數(shù)和第三參數(shù)；所述第一參數(shù)為所述每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)未尾連續(xù)為O的個(gè)數(shù)，所述第二參數(shù)為所述每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)絕對(duì)值中最大值的二進(jìn)制位數(shù)，第三參數(shù)為所述每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)的符號(hào)值； 根據(jù)所述第一參數(shù)、所述第二參數(shù)和所述第三參數(shù)對(duì)每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)量化處理和編碼操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將原始井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分割為多組待壓縮數(shù)據(jù)，對(duì)每組待壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行基于提升矩陣的離散余弦變換步驟包括: 將原始井下聲波成像測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分割為長(zhǎng)度為η的多組待壓縮數(shù)據(jù)，其中η為2的整數(shù)倍；當(dāng)η不為2的整數(shù)倍時(shí)，補(bǔ)零后再做分組； 對(duì)每組長(zhǎng)度為η的待壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行基于提升矩陣的整數(shù)離散余弦變換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述記錄所述每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)的第一參數(shù)、第二參數(shù)和第三參數(shù)步驟包括: 對(duì)所有組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)的絕對(duì)值按η個(gè)列向求得最大值，得到η個(gè)值對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制位數(shù)后存于M數(shù)組中，再對(duì)M數(shù)據(jù)的前i項(xiàng)求和(i=l，-η),得到η個(gè)值存于S數(shù)組中； 采用順序結(jié)構(gòu)記錄記錄每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)末尾連續(xù)為O的個(gè)數(shù)，記為第一參數(shù)，記錄每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)絕對(duì)值中最大值的二進(jìn)制位數(shù)，記為第二參數(shù)，如果最大值為O，第二參數(shù)等于O ;記錄所述每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)的正負(fù)符號(hào)值，記為第三參數(shù)，其中將負(fù)數(shù)記為1，正數(shù)記為O。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述第一參數(shù)、所述第二參數(shù)和所述第三參數(shù)對(duì)每組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)量化處理和編碼操作步驟包括: 在動(dòng)態(tài)量化處理時(shí)，如果一組待壓縮數(shù)據(jù)的變換域數(shù)據(jù)都為O，即第一參數(shù)nl等于O，此時(shí)只需記錄nl及第二參數(shù)ml，否則，記錄每組變換域的nl、ml及數(shù)據(jù)； 在進(jìn)行編碼時(shí)，每組以順序結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)nl、ml、sym及數(shù)據(jù)信息，nl等于η時(shí)，不需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息及符號(hào)信息，若η為2的正整數(shù)m次冪，編碼時(shí)nl用m位去表示，用m位表示nl則nl最大為η-l,此時(shí)判斷nl等于η依據(jù)ml的值，ml為O說明nl等于n, ml為其他值，說明nl等于η-1 ;如果采樣位數(shù)為16位，則ml的表示位數(shù)為4位；最后在所有組的編碼流前添加M數(shù)組信息，M數(shù)組中每個(gè)元素用四位二進(jìn)制編碼表示。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述η取8，在動(dòng)態(tài)量化處理時(shí)，如果滿足ml(n-nl) <S[8_nl],則用ml對(duì)應(yīng)二進(jìn)制位數(shù)去量化每組前8_nl變換域絕對(duì)值數(shù)據(jù),否則用S[8-nl]中的元素去對(duì)應(yīng)量化每組前8-nl變換域絕對(duì)值數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述η取8，允許有損的情況下，在動(dòng)態(tài)量化處理時(shí)，如果滿足ml (n-nl) < S [8-nl]情況下，同時(shí)滿足ml≥a且nl < 3,為了減少損失，a 一般取大于4的整數(shù)，量化方式更改為每組后半部的編碼位數(shù)可以少一位。
【文檔編號(hào)】H03M7/30GK103840839SQ201410106998
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】姚珺珺, 辛鵬來, 賀洪斌, 汪正波, 張錚 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所