Способ построения изображения ствола скважины

1 Настоящее изобретение относится к способу обнаружения существенных явлений, пересекающих ствол скважины на основе изображения стенки ствола скважины. В описании и формуле изобретения термин ствол скважины обозначает ствол скважины, пробуренный в подземной формации, а примерами таких изображаемых явлений могут быть разломы и плоскости напластования, которые являются границей между слоями формации. Как правило, эти явления будут плоскостными в масштабе ствола скважины. Изображение стенки ствола скважины содержит двухмерную совокупность чисел, причм каждое число является значением соответствующего параметра ствола скважины в некоторой точке на стенке скважины. На изображении координаты точки задаются величиной кругового направления и глубиной по стволу скважины. Наклонное плоскостное явление, пересекающее цилиндрическую стенку ствола скважины, представляется на изображении в виде синусоидальной линии. Данное изображение используют для седиментологической и структурной геологической интерпретации формации вокруг ствола скважины. В этом изображении соответствующие явления нужно отличать от пересечений,показываемых в изображении. Обычно это делается вручную, но в промышленности для этого разработаны несколько автоматизированных методов. Эти методы, как правило, основаны на использовании различных вариантов наклонометрических алгоритмов, которые определяют взаимные корреляции кнопочных сигналов измерителя угла наклона для определения ориентации слоев формации, пересекающих стенку ствола скважины. Наклонометрические алгоритмы наиболее предпочтительны для определения непрерывных или медленно изменяющихся наклонов пласта, но они не приспособлены обнаруживать пересекающие плоскостные явления или одиночные явления малой толщины, ориентация которых значительно отклоняется от ориентации напластования. По этой причине наклонометрические алгоритмы не целесообразны для обнаружения разломов по изображению ствола скважины. Поэтому перспективным направлением исследований в данной области является разработка автоматизированных методов обнаружения разлома по изображению ствола скважины. Такое изображение можно получить путм применения акустического средства, такого как Ультразвуковой Построитель изображения ствола скважины, изготавливаемый компанией Schlumberger, или Каротажный прибор построения изображения ствола скважины по окружности, изготавливаемый компанией Baker. Эти приборы получают изображение стенки ствола скважины с помощью излучения фокусированного луча высокочастотной акустической волны на стенку ствола скважины, 004350 2 после чего делают ряд измерений сигнала, отражаемого обратно от стенки ствола скважины. Это изображение также можно получить с использованием прибора для измерения удельного микросопротивления для построения изображения Fullbore Micro Imager или Formation MicroScanner, изготавливаемые компанией Schlumberger. Прибор удельного микросопротивления содержит несколько площадок с отдельными электродами. Эти площадки во время работы контактируют со стенкой ствола скважины. Изображение можно также получить с помощью других соответствующих приборов. Описание патента США 5960371 раскрывает способ обнаружения существенных плоскостных явлений, пересекающих ствол скважины, на основе изображения стенки ствола скважины. При этом указанное изображение содержит двухмерную совокупность чисел, и каждое число является величиной соответствующего параметра ствола скважины в точке,определяемой круговым направлениеми глубиной z, и согласно этому способу(а) определяют для каждой точки i изображение наклона i синусоид путм вычисления направления градиента края,(б) выбирают соотношение параметров(zi=d-R tan Ф cos (i-), которое отображает пересечение плоскостного явления со стенкой ствола скважины, где пересечение характеризуется тремя параметрами (Ф, , d),(в) создают дискретное трхмерное пространство параметров, состоящее из чисел, как функцию трх параметров (Ф, , d), где каждое число является мерой опоры для сквозь проходящей синусоиды, проходящей через (i, zi) с наклоном i, характеризуемым параметром, который относится к этому числу,(г) выбирают в параметровом пространстве множество наибольших чисел, при этом параметры, относящиеся к каждому из этих наибольших чисел, отображают пересечения существенных плоскостных явлений со стенкой ствола скважины, и(д) представляют пересечения, относящиеся к множеству наибольших чисел, в виде перечня данных, представляющих значительные плоскостные события. Пересечение, которое относится к значениям каждого параметра, относящегося к существенным плоскостным явлениям, можно представить для получения обработанного изображения. Этапы (в) и (г) известного способа выполняют с помощью т.н. Преобразования Хуга(Hough). Усовершенствование Преобразования Хуга за счт использования направления градиента края известно из статьи Generalizing the 3 Согласно известному способу, информацию, получаемую по значению направления градиента края, используют для дальнейшего ограничения числа множеств параметров, для которых нужно оценить опору. Ограничением известного способа является то, что детектор края может обнаруживать только наиболее выраженную местную ориентацию, и это недостаточно в случае комбинированных разломов и напластований или в случае пересекающихся разломов. В основу настоящего изобретения положена задача обеспечить усовершенствованный способ, который позволил бы отличать разломы от напластования и который имел бы при обнаружении разломов улучшенное отношение сигнал-шум. Поставленная задача решена за счет того,что в рамках настоящего изобретения предложен способ обнаружения значительных явлений, пересекающих ствол скважины, по изображению стенки ствола скважины, содержащему двухмерную совокупность чисел, причм каждое число является значением соответствующего параметра ствола скважины в точке, определяемой круговым направлением и глубиной,включающий в себя, в соответствии с данным изобретением, этапы, на которых:(а) преобразуют изображение в трхмерное пространство ориентации, состоящее из набора двухмерных изображений, причм каждое двухмерное изображение получают за счет применения фильтра с определенной ориентацией,обнаруживающего край или обнаруживающего линию, для данного изображения ствола скважины,(б) выбирают соотношение параметров,которое отображает пересечение явления со стенкой ствола скважины, при этом пересечение характеризуется параметрами в количестве n,(в) создают n-мерное пространство параметров, состоящее из чисел, как функцию n параметров, при этом каждое число является мерой опоры в пространстве ориентации для пересечения, характеризуемой параметрами, относящимися к данному числу,(г) выбирают в пространстве параметров множество наибольших чисел; при этом параметры, относящиеся к каждому из этих наибольших чисел, отображают имеющие значительную опору пересечения со стенкой ствола скважины, и(д) представляют пересечения, относящиеся к множеству наибольших чисел, в виде перечня данных, отображающих существенные явления. Для получения обработанного изображения можно отобразить пересечение, относящееся к значениям для каждого параметра, характеризующего существенные явления. Далее описание изобретения ведется более подробно в качестве примера, со ссылкой на 4 прилагаемые функции чертежей, на которых фиг. 1 изображает схематическое первоначальное изображение, полученное прибором акустического построения изображения ствола скважины; фиг. 2 - схематическое изображение пространства ориентации, в котором траектории опоры синусоид по фиг. 1 указаны сплошными линиями; фиг. 3 - схематическое изображение пространства параметров; и фиг. 4 - схематическое комплексное изображение стенки ствола скважины. На фиг. 1 представлено схематическое изображение части первоначального изображения стенки ствола скважины, полученного с помощью акустического прибора. Горизонтальная координата является круговым направлением , и вертикальная координата является глубиной z вдоль ствола скважины. На фиг. 1 изображены три синусоиды, которые обозначены позициями 3, 5 и 6. Три синусоиды 3, 5 и 6 представляют собой пересечения, которые изображают плоскостные явления, пересекающие стенку ствола скважины. Пунктирная линия 7 представляет искусственно заданную синусоиду, которая не присутствовала в первоначальном изображении. Графическое представление на фиг. 1 получено из двухмерной совокупности чисел, при этом каждое число является значением соответствующего параметра ствола скважины. В случае акустического прибора соответствующим параметром ствола скважины является амплитуда акустического импульса, который отражн от стенки ствола скважины, и в случае прибора удельного микросопротивления - удельное сопротивление формации. В описании и формуле изобретения термин изображение обозначает совокупность чисел и графическое представление этой совокупности. Первым этапом способа обработки указанного первоначального изображения является преобразование первоначального изображения в трехмерное пространство ориентации, состоящее из набора двухмерных изображений. При этом каждое двухмерное изображение получают путем применения фильтра с определенной ориентацией, обнаруживающего край или линию для изображения. Математически этот этап можно описать следующим выражением где I(, z) - величина соответствующего параметра ствола скважины в точке (, z) первоначального изображения по фиг. 1.IOS (, z, ) - преобразование первоначального изображения в трхмерном пространстве ориентации, иI(, z)F(, z, ) обозначает свртку изображения и фильтра: где функция преобразования F(, z, ) фильтра может быть комплексной функцией. Фильтр F(, z, ) прилагают к первоначальному изображению I(, z) в каждой точке(, z) по фиг. 1. Для одиночной точки 10 на фиг. 1 ориентации фильтра показаны стрелками 12,13, 14, 15 и 16. Ориентациямифильтра являются 0, /4, /2, 3/4, , соответственно. Здесь имеется пять ориентаций фильтра, но на практике используют большее число ориентаций фильтра, например от 32 до 64. Изображение на фиг. 1 преобразуют в трхмерное пространство ориентации с координатными осями , z, , где каждая ориентация фильтра представлена плоскостью константыв пространстве ориентации. Пример пространства ориентации изображн на фиг. 2. Пересечения плоскостей 12, 13,14, 15 и 16 для ориентаций фильтра на фиг. 1 и плоскости z- указаны обозначениями 22, 23,24, 25 и 26. После приложения фильтра к синусоиде 3 по фиг. 1: кривую 3' получают на фиг. 2,и точки 30, 31, 32, 33 и 34 на кривой 3 соответствуют точкам 30', 31' 32', 33' и 34' на кривой 3'. Кривые в пространстве ориентации, которые соответствуют синусоидам 5 и 6, являются кривые 5' и 6'. Точки 51, 52, 53 и 54 на синусоиде 5 соответствуют точкам 51', 52', 53' и 54' в пространстве ориентации, и соответственно точки 61, 62 и 63 на синусоиде 6 соответствуют точкам 61', 62' и 63'. Нужно отметить, что фиг. 2 является графическим представлением трхмерной совокупности чисел, причм каждое число представляет собой выходной сигнал ориентированного фильтра. Преобразование изображения в трхмерное пространство ориентации является существенным этапом способа, согласно данному изобретению, поскольку теперь опора для ориентации по синусоиде, представляющей пересечение, учитывается при последующем выборе синусоид, которые имеют наибольшую опору во входном изображении. Следующий этап способа, согласно данному изобретению, заключается в выборе соотношения параметров, которое представляет пересечение явления со стенкой ствола скважины,при этом пересечение характеризуется параметрами в количестве n. Если явление является плоскостным, то соответствующее соотношение параметров, которое может представлять пересечение плоскостного явления с цилиндрической стенкой ствола скважины: z = d + A sin ( - ), где d, А итри параметра, которые определяют синусоиду. Три параметра d, А итеперь используют 6 для определения параметрового пространства, и это параметровое пространство изображено на фиг. 3. Точка в этом пространстве параметров соответствует определнной синусоиде. Предполагается, что искусственная синусоида, представленная пунктирной линией 7 на фиг. 1, характеризуется параметрами d0, A0 и 0,которые являются координатами точки 70 в параметровом пространстве, изображаемом на фиг. 3. Аналогично, синусоида, представленная линией 3 на фиг. 1, характеризуется параметрами d1, A1 и 1, которые являются координатами точки 80 в пространстве параметров, изображаемом на фиг. 3. Поэтому пунктирная линия 7' в пространстве ориентации по фиг. 2 является результатом приложения ориентированного фильтра к синусоиде 7. Суммирование чисел по кривой 7' на фиг. 2 дат общее число, которое является мерой опоры в пространстве ориентации для пересечения, характеризуемого параметрами или координатами, которые относятся к данному числу. Поэтому число, относимое к точке 70, будет меньше числа, относимого к точке 80 на фиг. 3, при этом координаты точки 80 являются параметрами синусоиды, которая совпадает с кривой 3 в первоначальном изображении. В результате кривая 7 получает меньшую опору, чем кривая 3. Таким образом, между искусственной кривой и пересечением, присутствовавшим в первоначальном изображении,проведено чткое различие. Числа можно отнести к точкам в пространстве параметров разными способами. Суммирование по линии пространства ориентации является обобщнной формой преобразования Радона. Другая возможность - обобщнное преобразование Хуга. Следующим этапом способа, согласно данному изобретению, является выбор в пространстве параметров множества больших чисел, включающих в себя наибольшие числа, при этом параметры, относящиеся к каждому из этих наибольших чисел, представляют значительные пересечения. Это получают за счет сортировки чисел в нисходящем порядке и взятием первых m чисел, например - 10 или 100, при этом m зависит от числа, предоставленного пользователем. Можно представить пересечение, относящееся к значениям каждого параметра, который относится к существенным явлениям. Это представление является поэтому обработанным изображением. Для усовершенствования способа при его применении для обработки прерывающихся синусоид в первоначальном изображении, когда частичные синусоидные явления могут дать опору нескольким синусоидам: этап (г) обработки первоначального изображения способа,согласно данному изобретению, также предпочтительно содержит некоторые дополнительные 7 этапы. Первый этап заключается в выборе k пересечений, имеющих значительную опору, для формирования множества k пересечений-кандидатов, и в сортировке этого множества по опоре. Параметры,представляющие пересечение-кандидата с наибольшей опорой, запоминают в совокупности пересечений. Поэтому данные, относящиеся к пересечениюкандидату с наибольшей опорой, удаляют из пространства ориентации. После этого опору в пространстве ориентации для остальных пересеченийкандидатов повторно вычисляют для получения уменьшенного множества пересечений-кандидатов,которые сортируют по опоре. Параметры, представляющие пересечение-кандидата с наибольшей опорой, суммируют с совокупностью пересечений. Необходимо отметить, что если опора для пересечения значительно уменьшается после удаления опоры для пересечения-кандидата более высокого ранга, то можно сделать вывод о том, что последнее пересечение имело общую опору с пересечением-кандидатом более высокого ранга. Этапы удаления и повторного вычисления повторяют для всех пересеченийкандидатов, чтобы получить упорядоченное множество пересечений. Последний этап: выбирают из упорядоченного множества пересечений подмножество k-i пересечений, имеющих наибольшую опору; и представляютk-i пересечений как перечень данных, представляющих значительные плоскостные явления, где i может быть любым числом меньше k. Число k предпочтительно находится в пределах от 10 до 100. Пример этого способа приводится со ссылкой на фиг. 4, где схематически показано синтетическое изображение стенки ствола скважины. Сплошная линия 90 и показанные сплошной линией сегменты 91, 92 и 93 указывают, где имеется опора для пересечений, представляющих соответствующие плоскостные явления. Точечные линии 96, 97 и 98 представляют пересечения-кандидаты с наибольшей опорой. Упорядоченное множество пересечений будет иметь последовательность 96, 97 и 98. Выбор двух (i=l) пересечений из трх (k=3) позволит оставить пересечение 98. Если изображение содержит шум, то имеется опора для большого числа кривых, представляющих пересечения. Для уменьшения эффекта воздействия шума этап (г) способа, согласно данному изобретению, целесообразно также содержит этап повторной оценки явлений-кандидатов путм определения следующего обстоятельства: есть ли у них опора - края или линии первоначального изображения, содержащие достаточно узкий диапазон ориентации. Термины явления-кандидаты и пересечениякандидаты используются синонимично в описании и в формуле изобретения. Предпочтительный способ осуществления этого заключается в определении для каждой точки в пространстве ориентации, относящейся к пересечению-кандидату с хорошей опорой - опорного мно 004350 8 жества, содержащего те ориентации, для которых опора превышает пороговое значение, помноженное на опору фактической ориентации пересечениякандидата с хорошей опорой, и в удалении этого пересечения-кандидата из массива пересеченийкандидатов, если число элементов в опорном множестве является относительно большим по сравнению с числом ориентаций фильтра. Пороговое значение Т меньше 1, например - 0,8. Поэтому учитываются только те точки на траектории, для которых опорное множество является достаточно небольшой долей числа ориентаций фильтра. Фильтр F(, z, ,) предпочтительно является фильтром, преобразование Фурье которого является произведением трх множителей: где Gr - радиальная часть фильтра; Ga - угловая часть фильтра; и Q - квадратичный множитель. Множитель Q обеспечивает, что фильтр является квадратичным, т.е. является фильтром, в котором разность фаз между двумя выходными сигналами составляет/2. Радиальная часть фильтра определяется следующим уравнением: Радиальная часть фильтра выбирает несимметричную полосу частот вблизи с с шириной r. Угловая часть фильтра определяется следующим выражением: где N - число ориентации фильтра. Множитель Q обеспечивает, что фильтр является квадратичным, и определяется следующим выражением: В пространственной области: действительная часть фильтра F(, z, ,) чувствительна к чтным сигналам (линиям), и мнимая часть чувствительна к нечтным сигналам (краям). При необходимости пользователь может предпочесть, чтобы обнаружение разлома реагировало на линию или края только путм выбора действительной или мнимой части выходного сигнала фильтра, а не абсолютного значения. Если выходной сигнал ориентированного фильтра является комплексным числом, то числа в пространстве ориентации являются абсолютным значением этого комплексного числа IOS(F(, z, ,). Нужно отметить, что можно также применять другие фильтры обнаружения края или линии. Преимущество способа, согласно данному изобретению, состоит в возможности обнаружения нескольких ориентированных структур. Помимо этого, способ, согласно данному изобретению, менее чувствителен к шуму, чем способы, известные из уровня техники. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обнаружения существенных явлений,пересекающих ствол скважины, по изображению стенки ствола скважины, состоящему из двухмерной совокупности чисел, причем каждое из чисел является значением соответствующего параметра ствола скважины в точке, определяемой круговым направлением и глубиной, включающей этапы, согласно которым(а) преобразуют данное изображение в трхмерное пространство ориентации, состоящее из набора двухмерных изображений, причм каждое двухмерное изображение получают за счет применения фильтра с определенной ориентацией, обнаруживающего край или линию к данному изображению ствола скважины,(б) выбирают соотношение параметров, представляющее собой пересечение явления со стенкой ствола скважины, причем пересечение характеризуется параметрами в количестве n,(в) создают состоящее из чисел n-мерное пространство параметров как функцию n параметров,причем каждое число является мерой опоры в пространстве ориентации для пересечения, характеризуемого параметрами, относящимися к данному числу,(г) выбирают в пространстве параметров множество наибольших чисел, при этом параметры, относящиеся к каждому из этих наибольших чисел,представляют имеющие значительную опору пересечения со стенкой ствола скважины, и(г) дополнительно содержит этапы, согласно которым гl) выбирают k пересечений, имеющих значи 10 тельную опору, для формирования множества k пересечений-кандидатов и сортируют это множество в зависимости от опоры,г 2) запоминают параметры, которые отображают пересечение-кандидата, имеющего наибольшую опору, в массиве пересечений,г 3) удаляют данные, относящиеся к пересечению-кандидату, имеющему наибольшую опору, из пространства ориентации,г 4) повторно вычисляют опору в пространстве ориентации для остальных пересечений-кандидатов,чтобы получить уменьшенное множество пересечений-кандидатов, сортируют это уменьшенное множество в зависимости от опоры и суммируют параметры, которые представляют пересечениекандидата, имеющее наибольшую опору, с совокупностью пересечений,г 5) повторяют этапы г 3) и г 4) для всех пересечений-кандидатов для получения упорядоченного множества пересечений и г 6) выбирают из упорядоченного множества пересечений k-i, имеющих наибольшую опору, и представляют k-i пересечений в качестве перечня данных, представляющих существенные явления,причем в качестве i может быть выбрано любое число меньше k. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что этап (г) дополнительно содержит этап определения для каждой точки в пространстве ориентации, относящейся к пересечению-кандидату с хорошей опорой, опорного множества, содержащего ориентации,для которых опора превышает пороговое значение,помноженное на опору действительной ориентации пересечения-кандидата с хорошей опорой и этап удаления этого пересечения-кандидата из массива пересечений-кандидатов, если число элементов в опорном множестве является относительно большим по сравнению с числом ориентаций фильтра.