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1、10申请公布号CN103225502A43申请公布日20130731CN103225502ACN103225502A21申请号201310132248922申请日20130416E21B47/0820120171申请人中国石油天然气集团公司地址100007北京市东城区东直门北大街9号申请人中国石油集团测井有限公司72发明人余春昊朱涵斌74专利代理机构北京市德权律师事务所11302代理人刘丽君54发明名称一种测量井径的系统及其方法57摘要本发明公开了一种测量井径的系统及其方法，属于测井技术领域。该系统包括井径测量模块通过多臂井径设备对井壁进行测量，得到多个井径测量值；数据筛选模块用于对多个井径测。
2、量值进行数据筛选，得到多个筛选后的井径测量值；椭圆拟合模块用于计算得到椭圆长轴长度、椭圆短轴长度和椭圆的旋转角；井筒的椭变率模块用于得到最终的最大井径值和最终的最小井径值井筒的椭变率模块根据最终的最大井径值和最终的最小井径值，计算得到井筒的椭变率；地应力主方向模块计算得到地应力主方向值。本发明通过椭圆拟合方法，避免了由于个别测量点数值不正确引入的计算误差，这样，常规方法受数据质量影响较大且很难消除的技术问题也得以解决。51INTCL权利要求书2页说明书5页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图3页10申请公布号CN103225502ACN10322。
3、5502A1/2页21一种测量井径的系统，其特征在于，包括井径测量模块、数据筛选模块、椭圆拟合模块、井筒的椭变率模块和地应力主方向模块；其中，所述井径测量模块通过多臂井径设备对井壁进行测量，得到多个井径测量值；所述数据筛选模块用于对所述多个井径测量值进行数据筛选，得到多个筛选后的井径测量值；所述椭圆拟合模块用于根据所述多个筛选后的井径测量值，通过最小二乘椭圆拟合算法进行椭圆拟合处理，分别计算得到椭圆长轴长度、椭圆短轴长度和椭圆的旋转角；所述井筒的椭变率模块用于根据所述椭圆长轴长度和所述椭圆短轴长度，得到最终的最大井径值和最终的最小井径值所述井筒的椭变率模块根据所述最终的最大井径值和所述最终的最。
4、小井径值，计算得到井筒的椭变率；所述地应力主方向模块根据所述椭圆的旋转角，计算得到地应力主方向值。2根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述椭圆的方程如式（1）所示（XSINYCOSX0SINY0COS）/A2XCOSYSINX0COSY0SIN/B21（1）式中，X为井径测量值所对应的横坐标值，为井径测量值所对应的纵坐标值，X0和Y0分别为椭圆圆心坐标，A为椭圆长轴长度，B为椭圆短轴长度，为椭圆的旋转角。3根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述井筒的椭变率如式（2）所示B/A（2）式中A为最终的最大井径值、B为最终的最小井径值，为井筒的椭变率。4根据权利要求13任一所述的系统，其特征在。
5、于，所述地应力主方向值为所述椭圆的旋转角加90。5一种测量井径的方法，其特征在于，具体包括如下步骤步骤101通过多臂井径设备对井壁进行测量，得到多个井径测量值；步骤102对所述多个井径测量值进行数据筛选，得到多个筛选后的井径测量值；步骤103根据所述多个筛选后的井径测量值，通过最小二乘椭圆拟合算法进行椭圆拟合处理，分别计算得到椭圆长轴长度、椭圆短轴长度和椭圆的旋转角；步骤104根据所述椭圆长轴长度和所述椭圆短轴长度，得到最终的最大井径值和最终的最小井径值步骤105根据所述最终的最大井径值和所述最终的最小井径值，计算得到井筒的椭变率；步骤106根据所述椭圆的旋转角，计算得到地应力主方向值。6根据。
6、权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤102中，所述筛选的方法包括如下步骤当所述多个井径测量值中任意一井径测量值大于设定的最大井径值的15倍或小于设定的最小井径值的05倍时，对所述井径测量值进行剔除。7根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤103中，所述椭圆的方程如式（1）所示（XSINYCOSX0SINY0COS）/A2XCOSYSINX0COSY0SIN/B21权利要求书CN103225502A2/2页3（1）式中，X为井径测量值所对应的横坐标值，为井径测量值所对应的纵坐标值，X0和Y0分别为椭圆圆心坐标，A为椭圆长轴长度，B为椭圆短轴长度，为椭圆的旋转角。8根据权利要求5。
7、所述的方法，其特征在于，在所述步骤104中，所述椭圆长轴长度为所述最终的最大井径值，所述椭圆短轴长度为所述最终的最小井径值。9根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤105中，所述井筒的椭变率如式（2）所示B/A（2）式中A为最终的最大井径值、B为最终的最小井径值，为井筒的椭变率。10根据权利要求59任一所述的方法，其特征在于，在所述步骤106中，所述地应力主方向值为所述椭圆的旋转角加90。权利要求书CN103225502A1/5页4一种测量井径的系统及其方法技术领域0001本发明属于测井技术领域，特别涉及一种测量井径的系统及其方法。背景技术0002地球物理测井技术中，井筒的井径参数是。
8、判断测井曲线质量、分析井眼受力情况、计算套管缺失量等的重要依据，为了得到准确的井径参数，目前工程上主要采用超声波扫描、多臂井径仪等方法。0003超声波扫描方法测量井径是通过360度旋转扫描，在旋转过程中，对井壁发射超声波并接收反射的回波信号，通过回波到达时间计算井径，每一圈扫描可以测量回波200多次以上。0004多臂井径仪是通过伸展多个测量臂与井壁直接接触，通过每个臂的张开度计算井径，测量臂的数量从10个到80个不等。0005由于超声波扫描或多臂井径仪测量的井径数量较多，在实际使用中通常要进一步简化为平均井径、最大井径、最小井径这三个参数，这样比较直观，也易于使用。目前最普遍的方法是对所有井径。
9、值进行算术平均，所得结果即是平均井径值；对所有井径值进行大小排序，最大和最小值分别对应最大井径和最小井径参数。虽然这种计算方法的特点是算法简单，易于软件编程实现，但其存在的问题是，当井壁或套管壁的平滑程度不好，或者测量装置在部分测量点处出现故障，造成部分测量结果不准确。由于算术平均方法中每个参与计算点的权重是相同的，这样就容易造成较大的计算误差，从而影响结果的准确性。发明内容0006本发明所要解决的技术问题是提供一种测量井径的系统及其方法，解决了现有技术井径值测量不准确的技术问题。0007为解决上述技术问题，本发明提供了一种测量井径的系统，包括井径测量模块、数据筛选模块、椭圆拟合模块、井筒的椭。
10、变率模块和地应力主方向模块；0008其中，所述井径测量模块通过多臂井径设备对井壁进行测量，得到多个井径测量值；0009所述数据筛选模块用于对所述多个井径测量值进行数据筛选，得到多个筛选后的井径测量值；0010所述椭圆拟合模块用于根据所述多个筛选后的井径测量值，通过最小二乘椭圆拟合算法进行椭圆拟合处理，分别计算得到椭圆长轴长度、椭圆短轴长度和椭圆的旋转角；0011所述井筒的椭变率模块用于根据所述椭圆长轴长度和所述椭圆短轴长度，得到最终的最大井径值和最终的最小井径值0012所述井筒的椭变率模块根据所述最终的最大井径值和所述最终的最小井径值，计算得到井筒的椭变率；0013所述地应力主方向模块根据所述。
11、椭圆的旋转角，计算得到地应力主方向值。说明书CN103225502A2/5页50014进一步地，所述椭圆的方程如式（1）所示0015（XSINYCOSX0SINY0COS）/A2XCOSYSINX0COSY0SIN/B21（1）0016式中，X为井径测量值所对应的横坐标值，为井径测量值所对应的纵坐标值，X0和Y0分别为椭圆圆心坐标，A为椭圆长轴长度，B为椭圆短轴长度，为椭圆的旋转角。0017进一步地，所述井筒的椭变率如式（2）所示0018B/A（2）0019式中A为最终的最大井径值、B为最终的最小井径值，为井筒的椭变率。0020进一步地，所述地应力主方向值为所述椭圆的旋转角加90。0021一种。
12、测量井径的方法，具体包括如下步骤0022步骤101通过多臂井径设备对井壁进行测量，得到多个井径测量值；0023步骤102对所述多个井径测量值进行数据筛选，得到多个筛选后的井径测量值；0024步骤103根据所述多个筛选后的井径测量值，通过最小二乘椭圆拟合算法进行椭圆拟合处理，分别计算得到椭圆长轴长度、椭圆短轴长度和椭圆的旋转角；0025步骤104根据所述椭圆长轴长度和所述椭圆短轴长度，得到最终的最大井径值和最终的最小井径值0026步骤105根据所述最终的最大井径值和所述最终的最小井径值，计算得到井筒的椭变率；0027步骤106根据所述椭圆的旋转角，计算得到地应力主方向值。0028进一步地，在所述。
13、步骤102中，所述筛选的方法包括如下步骤0029当所述多个井径测量值中任意一井径测量值大于设定的最大井径值的15倍或小于设定的最小井径值的05倍时，对所述井径测量值进行剔除。0030进一步地，在所述步骤103中，所述椭圆的方程如式（1）所示0031（XSINYCOSX0SINY0COS）/A2XCOSYSINX0COSY0SIN/B21（1）0032式中，X为井径测量值所对应的横坐标值，为井径测量值所对应的纵坐标值，X0和Y0分别为椭圆圆心坐标，A为椭圆长轴长度，B为椭圆短轴长度，为椭圆的旋转角。0033进一步地，在所述步骤104中，所述椭圆长轴长度为所述最终的最大井径值，所述椭圆短轴长度为所。
14、述最终的最小井径值。0034进一步地，在所述步骤105中，所述井筒的椭变率如式（2）所示0035B/A（2）0036式中A为最终的最大井径值、B为最终的最小井径值，为井筒的椭变率。0037进一步地，在所述步骤106中，所述地应力主方向值为所述椭圆的旋转角加90。0038本发明提供的测量井径的系统及其方法，通过椭圆拟合方法，避免了由于个别测量点数值不正确引入的计算误差，这样，常规方法受数据质量影响较大且很难消除的技术问题也得以解决。通过本方法计算得到的椭圆和实际井径测量值之间具有很好的相关度，更加符合实际情况。附图说明说明书CN103225502A3/5页60039图1为本发明实施例提供的测量井。
15、径的系统步骤图；0040图2为本发明实施例提供的多臂井径仪测量的40个井径测量值示意图；0041图3为本发明实施例提供的椭圆拟合方程参数示意图；0042图4为本发明实施例提供的井眼变形与地应力方向关系示意图；0043图5为本发明实施例提供的非理想数据点的椭圆拟合结果示意图；0044图6为本发明实施例提供的拟合后的40个井径测量值示意图。具体实施方式0045本发明实施例提供的一种测量井径的系统，包括井径测量模块、数据筛选模块、椭圆拟合模块、井筒的椭变率模块和地应力主方向模块；0046其中，井径测量模块通过多臂井径仪对井壁进行测量，得到多个井径测量值；0047数据筛选模块用于对多个井径测量值进行数。
16、据筛选，得到多个筛选后的井径测量值；0048椭圆拟合模块用于根据多个筛选后的井径测量值，通过最小二乘椭圆拟合算法进行椭圆拟合处理，分别计算得到椭圆长轴长度、椭圆短轴长度、椭圆的旋转角；0049其中，椭圆的方程如式（1）所示0050（XSINYCOSX0SINY0COS）/A2XCOSYSINX0COSY0SIN/B21（1）0051式中，X为井径测量值所对应的横坐标值，为井径测量值所对应的纵坐标值，X0和Y0分别为椭圆圆心坐标，A为椭圆长轴长度，B为椭圆短轴长度，为椭圆的旋转角；0052井筒的椭变率模块用于根据椭圆长轴长度和椭圆短轴长度，得到最终的最大井径值和最终的最小井径值。0053井筒的椭。
17、变率模块根据最终的最大井径值和最终的最小井径值，计算得到井筒的椭变率；0054其中，井筒的椭变率如式（2）所示0055B/A（2）0056式中A为最终的最大井径值、B为最终的最小井径值，为井筒的椭变率；0057地应力主方向模块根据椭圆的旋转角，计算得到地应力主方向值，其中，地应力主方向值为所述椭圆的旋转角加90。0058参加图1，一种测量井径的方法，具体包括如下步骤0059步骤101通过多臂井径仪对井壁进行测量，得到多个井径测量值，参见图2，以40臂井径测量仪器为例，该仪器在周向360范围内有40个以9为间隔排列的测量臂，在测井过程中，每个测量臂在被施加了一定力量的情况下分别张开与井壁接触，仪。
18、器记录每个测量臂的张开程度，取14468米处井径数据如下，单位为MM，从而得到X1、X2、X40共40个井径测量值，依次分别X1、X2、X4078066780587735376750770927677476942774467771678038786477885679920805108034781327815398172581506804608081579928796477898278657789947780077938775037807977444779637807478144784687841178461784817813078226说明书CN103225502A4/5页70060步骤102。
19、对多个井径测量值进行数据筛选，得到多个筛选后的井径测量值；0061具体为当多个井径测量值中任意一井径测量值大于设定的最大井径值的15倍或小于设定的最小井径值的05倍时，对该井径测量值进行剔除，如果剔除后筛选后的井径测量值的数量小于6，则中止处理过程；0062由于测井环境的复杂性，存在一些异常情况，比如一部分测量臂没有能够完全张开与井壁接触；或者测量电路出现故障，部分测量臂的记录值不正确，这样就在井径记录值X1X40中就会存在一些异常点，为了提高井径计算精度，需要将明显异常的数据剔除。剔除的标准如下0063如果XIMAX15，或者XIMIN05，则剔除XI。其中MAX为已知的最大井径，MIN为已。
20、知最小井径，在本发明实施例中，MAX80103MM，MIN773705MM，在实际测井中，对于最大井径，套管井通常取当前深度段的套管内径值，对于裸眼井通常取当前深度段的钻头直径。0064参见图3，步骤103根据多个筛选后的井径测量值，通过最小二乘椭圆拟合算法进行椭圆拟合处理，分别计算得到椭圆长轴长度、椭圆短轴长度、椭圆的旋转角；0065其中，椭圆方程如式（1）所示0066（XSINYCOSX0SINY0COS）/A2XCOSYSINX0COSY0SIN/B21（1）0067式中，X0和Y0分别为椭圆圆心坐标，A为椭圆长轴长度，B为椭圆短轴长度，为椭圆的旋转角。将上述X1、X2、X40通过式（1。
21、）拟合处理，得到最接近所有井径测量值的椭圆方程参数，分别为A79962MM，B77541MM，31854，X01417MM，Y00403MM。0068步骤104根据椭圆长轴长度和椭圆短轴长度，得到最终的最大井径值和最终的最小井径值。其中，拟合椭圆的长轴A即为最终的最大井径MAX，短轴B即为最终的最小井径MIN。0069步骤105根据最终的最大井径值和最终的最小井径值，计算得到井筒的椭变率；0070其中，井筒的椭变率如式（2）所示0071B/A（2）0072式中A为最终的最大井径值、B为最终的最小井径值，为井筒的椭变率。0073其中，的变化范围为0,1,越接近于1，表明井眼变形越小，越接近0，表。
22、明井眼变形越大。0074参见图4，步骤106根据椭圆的旋转角，计算得到地应力主方向值；0075其中，地应力主方向值为椭圆的旋转角加90，由于地应力主方向与井眼椭圆短轴方向一致，因此利用拟合得到椭圆参数中的旋转角再加上90，就计算得到了地应力主方向。0076由于常规方法只能计算井径参数，无法进一步得到井眼变形情况参数，不利于测量结果的充分利用。本发明实施例提供的测量井径的系统及其方法，通过椭圆拟合方法，避免了由于个别测量点数值不正确引入的计算误差，这样，常规方法受数据质量影响较大且很难消除的技术问题也得以解决。参见图5，由于常规方法得到的井径数据受到了仪器偏心和套管部分腐蚀（对应部分的井径测量值。
23、偏大）的影响，并不能准确反映井径变化，经过椭圆拟合后，参加图6，图中外圈为拟合椭圆，内圆为40个井径测量点之间直接连线。从图6说明书CN103225502A5/5页8中可以看出。通过本方法计算得到的椭圆和实际井径测量值之间具有很好的相关度，更加符合实际情况。0077最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。说明书CN103225502A1/3页9图1说明书附图CN103225502A2/3页10图2图3图4说明书附图CN103225502A103/3页11图5图6说明书附图CN103225502A11。