[發(fā)明專利]氣體鉆井井筒攜巖狀態(tài)及地層巖性快速識別系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110048652.2
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112727454A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李皋;馮胤翔;何龍;陳一健;夏文鶴;蔣祖軍
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00
• 代理公司: 成都金英專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

1.氣體鉆井井筒攜巖狀態(tài)及地層巖性快速識別系統(tǒng)，包括排砂管線(1)、排砂管線上游設(shè)置的巖屑投料器和巖屑音頻取樣器，其特征在于，所述巖屑投料器位于排砂管線上，投料器設(shè)有投料口(2)、投料倉(3)和開關(guān)閥；所述巖屑音頻取樣器包括外腔體(6)、內(nèi)腔體(9)、數(shù)據(jù)采集箱(13)和計算機(14)，所述排砂管線上部有開孔，開孔處焊接外腔體，所述外腔體(6)為圓柱形，位于排砂管線外，包括金屬螺塞(7)、隔音底座(8)，金屬螺塞通過螺紋將隔音底座固定在外腔體底部，所述隔音底座的剖面為T型結(jié)構(gòu)，上端位于外腔體內(nèi)，下端通過排砂管線開孔延伸至內(nèi)腔體(9)，內(nèi)腔體通過卡槽結(jié)構(gòu)固定于隔音底座下端，所述內(nèi)腔體位于排砂管線內(nèi)，包括壓力傳感器(10)、拾音器(11)和隔音棉(12)，拾音器和壓力傳感器通過隔音棉的擠壓作用固定并緊貼內(nèi)腔體的內(nèi)壁，拾音器和壓力傳感器均連接數(shù)據(jù)采集箱(13)，數(shù)據(jù)采集箱連接計算機(14)。

2.如權(quán)利要求1所述的氣體鉆井井筒攜巖狀態(tài)及地層巖性快速識別系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)腔體通過卡槽結(jié)構(gòu)固定于隔音底座下端，是指隔音底座下端有左右對稱的兩個凸塊，內(nèi)腔體內(nèi)部有左右對稱的兩個凹槽，通過凸塊卡緊在凹槽，將內(nèi)腔體固定在隔音底座上。

3.如權(quán)利要求1所述的氣體鉆井井筒攜巖狀態(tài)及地層巖性快速識別系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集箱和計算機位于地面，用于采集、接收和處理壓力傳感器和拾音器傳送的信號。

4.如權(quán)利要求1所述的氣體鉆井井筒攜巖狀態(tài)及地層巖性快速識別系統(tǒng)，其特征在于，所述隔音底座由聚四氟乙烯制成，有效減弱通過排砂管線傳播的噪聲信號。

5.如權(quán)利要求1所述的氣體鉆井井筒攜巖狀態(tài)及地層巖性快速識別系統(tǒng)，其特征在于，所述隔音棉由橡膠海綿制成，有效減弱通過空氣傳播的噪聲信號。

6.如權(quán)利要求1所述的氣體鉆井井筒攜巖狀態(tài)及地層巖性快速識別系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)腔體為金屬材質(zhì)，增大巖屑的碰撞幾率。

7.利用權(quán)利要求1、2、3、4、5或6所述的系統(tǒng)快速識別氣體鉆井井筒攜巖狀態(tài)及地層巖性的方法，依次包括以下步驟：

(1)停鉆并保持正常的注氣量，通過巖屑投料器向排砂管線內(nèi)投入巖屑，當(dāng)巖屑撞擊內(nèi)腔體時，壓力傳感器產(chǎn)生壓力信號，拾音器產(chǎn)生音頻信號，數(shù)據(jù)采集箱采集檢測到壓力信號時的音頻信號，并將此時采集到的音頻信號定義為撞擊音頻，數(shù)據(jù)采集箱把采集到的撞擊音頻經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出到計算機；

(2)將數(shù)量為t1、t2、…、tx的巖屑投入排砂管線中，記錄壓力傳感器記錄到的壓力信號次數(shù)i1、i2、…、ix，每次測試的糾正系數(shù)得到糾正系數(shù)為

(3)計算機對撞擊音頻中的非噪聲信號進(jìn)行起止點檢測，對起止點的有效信號段進(jìn)行提取，將提取后的音頻信號標(biāo)定為有效音頻；

(4)采集不同粒徑的巖屑樣本的有效音頻，提取有效音頻的MFCC參數(shù)，建立不同粒徑的巖屑樣本的模型樣本庫S；

(5)采集不同巖性的巖屑樣本的有效音頻，提取有效音頻的MFCC參數(shù)，建立不同巖性的巖屑樣本的模型樣本庫R；

(6)鉆進(jìn)過程中，對有效音頻進(jìn)行提取，判斷巖屑顆粒的粒徑及巖性；

(7)計算單位時間內(nèi)通過排砂管線的巖屑體積，判斷井筒攜巖狀態(tài)及地層巖性。

8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)過程如下：投入直徑為d₁、d₂、…、d_n的相同巖性的巖屑樣本，分別采集有效音頻信號，將采集到的有效音頻信號經(jīng)FFT變換得到時域信號的線性譜，通過Mel三角帶通濾波器組得到Mel頻率，計算對數(shù)能量譜，并將對數(shù)能量譜作離散余弦變換，得到的倒譜系數(shù)即為MFCC特征參數(shù)，將巖屑樣本的MFCC特征參數(shù)作為模型樣本s，不同粒徑的模型樣本建立模型樣本庫S。