CN117451857B - 页岩气储集空间检测方法及其相关设备 - Google Patents

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Abstract

本申请属于页岩气储集空间检测技术领域，公开了一种页岩气储集空间检测方法及其相关设备，利用相控阵超声探头进行探测，只需要设置一个探测孔，并使相控阵超声探头在沿该探测孔移动的同时进行横向扫描，即可得到目标页岩内部的页岩气储集空间在三维空间的分布信息，检测效率高；调用预先建立的参考二维模型和参考三维模型，并根据页岩气储集空间的分布情况对调用的模型进行颜色填充，以得到页岩气储集空间分布模型，一方面可以更加直观地显示检测结果，另一方面可以提高页岩气储集空间分布模型的生成效率，进一步提高检测效率；通过对采集矩阵的数据进行筛选和置零处理，可以减小上位机对数据进行后处理的数据处理量，进一步提高检测效率。

Description

页岩气储集空间检测方法及其相关设备
技术领域
本申请涉及页岩气储集空间检测技术领域，具体而言，涉及一种页岩气储集空间检测方法及其相关设备。
背景技术
页岩气是存储在页岩内部的一种能源，属于非常规性能源的一种。由于页岩气是存在于地下岩石层中间的天然气，其储集空间的三维形状具有较大的差异性，因此相比于传统的天然气能源开采具有一定的难度和复杂度。在现有的页岩气储集空间检测方法中，多是先对地面进行CT断层扫描，然后在确定大致方位之后，搭建对应的钻塔，再通过钻头进行垂直钻孔，当钻头遇到岩石时，会旋转90°再进行水平钻孔，将钻头取出后，再将检测装置深入到地下，去检测页岩的三维存储空间，进而大致确定页岩气储集空间的体积，但是这种确定方法的准确度却因页岩自身的差异性而有较大的误差，并且因页岩的形状差异性，页岩气的真实含量也会产生较大的误差。
另一方面，现有的页岩气储集空间检测方法存在两个方面的不足，其一是结果不够直观，对页岩内部中天然气存储的局部位置的表征也不够准确和明显；其二是由于采集的数据量较大，导致其检测的整体速度较慢。因此，如何实现对页岩气储集空间内部的检测的快速化和直观化就显得尤为重要。
发明内容
本申请的目的在于提供一种页岩气储集空间检测方法及其相关设备，能够提高页岩气储集空间检测的检测效率和检测结果的直观化程度。
第一方面，本申请提供了一种页岩气储集空间检测***，包括采集装置和上位机，所述采集装置包括相控阵超声探头；所述采集装置和上位机通信连接，所述上位机存储有页岩的多种典型结构的参考二维模型和参考三维模型；
所述采集装置用于控制所述相控阵超声探头在沿目标页岩表面延伸的探测孔中移动，并在移动过程中对所述目标页岩进行横向扫描，以获取多个扫描横截面的超声检测数据，所述超声检测数据包括反射信号幅值数据和对应的反射位置数据，根据各所述扫描横截面的所述反射信号幅值数据生成各所述扫描横截面的采集矩阵，对各所述采集矩阵的数据进行筛选和置零处理，把筛选和置零处理后的采集矩阵和对应的反射位置数据发送至所述上位机；
所述上位机用于根据接收到的采集矩阵和对应的所述反射位置数据，确定与各所述扫描横截面匹配的参考二维模型以及与所述目标页岩匹配的参考三维模型，分别记为目标二维模型和目标三维模型，根据所述采集矩阵的数值和对应的所述反射位置数据，对各所述扫描横截面对应的目标二维模型进行颜色填充，得到对应的二维彩图，把所述二维彩图堆叠填充至所述目标三维模型中，生成所述目标页岩的页岩气储集空间分布模型。
由于相控阵超声探头可以在一个位置对目标页岩的整个扫描横截面进行扫描检测，在对目标页岩的页岩气储集空间进行检测时，只需要设置一个探测孔，并使相控阵超声探头在沿该探测孔移动的同时进行横向扫描，即可得到目标页岩内部的页岩气储集空间在三维空间的分布信息，检测效率高；调用预先建立的参考二维模型和参考三维模型，并根据页岩气储集空间的分布情况对调用的模型进行颜色填充，以得到页岩气储集空间分布模型，一方面可以更加直观地显示检测结果，另一方面可以提高页岩气储集空间分布模型的生成效率，进一步提高检测效率；通过对采集矩阵的数据进行筛选和置零处理，可以减小上位机对数据进行后处理的数据处理量，进一步提高检测效率。
优选地，每个所述扫描横截面的超声检测数据包括多帧沿不同探测角度探测得到的一维的反射信号幅值数据以及每帧所述反射信号幅值数据中各幅值数据对应的反射位置数据；
所述采集装置在根据各所述扫描横截面的所述反射信号幅值数据生成各所述扫描横截面的采集矩阵的时候，执行：
以同一所述扫描横截面的所述反射信号幅值数据的帧数作为对应的所述采集矩阵的列数，并根据所述扫描横截面的所述反射信号幅值数据确定对应的所述采集矩阵的行数；
根据所述行数和所述列数生成所述采集矩阵并把所述采集矩阵初始化为零矩阵；
把各帧所述反射信号幅值数据依次填充至所述采集矩阵的各列数据中。
优选地，所述采集装置在对各所述采集矩阵的数据进行筛选和置零处理的时候，执行：
对同一所述采集矩阵中的各数值进行升序排序；
根据排序结果，选取所述采集矩阵中预设排名的数值作为所述采集矩阵的筛选阈值；
把所述采集矩阵中小于所述筛选阈值的数值置零。
通过该方式可以在减小数据量的同时保留有效的特征数据，从而有利于减小数据传输带宽要求和实现页岩气储集空间分布模型的快速建立的同时，保证检测结果具有足够的准确性。
优选地，所述采集装置在把筛选和置零处理后的采集矩阵和对应的反射位置数据发送至所述上位机的时候，执行：
把筛选和置零处理后的采集矩阵和所述采集矩阵中各非零数值对应的反射位置数据发送至所述上位机。
从而可进一步减小数据量，降低数据传输的负担，有利于降低数据传输带宽要求。
优选地，所述上位机在根据接收到的采集矩阵和对应的所述反射位置数据，确定与各所述扫描横截面匹配的参考二维模型以及与所述目标页岩匹配的参考三维模型，分别记为目标二维模型和目标三维模型的时候，执行：
根据所述接收到的采集矩阵和对应的所述反射位置数据，获取各所述扫描横截面的边沿轮廓线；
根据各所述扫描横截面的所述边沿轮廓线，从所述上位机存储的参考二维模型中确定与各所述扫描横截面匹配的参考二维模型，记为目标二维模型；
根据各所述扫描横截面的边沿轮廓线，对各所述扫描横截面对应的目标二维模型进行缩放处理；
根据各所述扫描横截面对应的缩放处理后的目标二维模型，从所述上位机存储的参考三维模型中确定与所述目标页岩匹配的参考三维模型，记为目标三维模型；
根据各所述扫描横截面对应的缩放处理后的目标二维模型，对所述目标三维模型进行缩放处理。
优选地，所述上位机在根据所述采集矩阵的数值和对应的所述反射位置数据，对各所述扫描横截面对应的目标二维模型进行颜色填充，得到对应的二维彩图的时候，执行：
根据所述采集矩阵的非零数值确定各所述非零数值对应的颜色，记为填充色；
根据所述采集矩阵的非零数值对应的所述反射位置数据，把所述目标二维模型中对应位置点的颜色设置为对应的填充色。
第二方面，本申请提供了一种页岩气储集空间检测方法，应用于采集装置，所述采集装置包括相控阵超声探头并与上位机通信连接；
所述页岩气储集空间检测方法包括步骤：
A1.控制所述相控阵超声探头在沿目标页岩表面延伸的探测孔中移动，并在移动过程中对所述目标页岩进行横向扫描，以获取多个扫描横截面的超声检测数据；所述超声检测数据包括反射信号幅值数据和对应的反射位置数据；
A2.根据各所述扫描横截面的所述反射信号幅值数据生成各所述扫描横截面的采集矩阵；
A3.对各所述采集矩阵的数据进行筛选和置零处理；
A4.把筛选和置零处理后的采集矩阵和对应的反射位置数据发送至所述上位机，以使所述上位机根据所述采集矩阵和所述反射位置数据，基于预先建立的页岩的多种典型结构的参考二维模型和参考三维模型，生成所述目标页岩的页岩气储集空间分布模型。
第三方面，本申请提供了一种页岩气储集空间检测方法，应用于上位机，所述上位机与采集装置通信连接，所述采集装置包括相控阵超声探头；所述上位机存储有页岩的多种典型结构的参考二维模型和参考三维模型；
所述页岩气储集空间检测方法包括步骤：
B1.根据来自所述采集装置的采集矩阵和对应的反射位置数据，确定与各扫描横截面匹配的参考二维模型以及与目标页岩匹配的参考三维模型，分别记为目标二维模型和目标三维模型；所述采集矩阵和对应的反射位置数据由所述采集装置根据所述相控阵超声探头在沿目标页岩表面延伸的探测孔中移动的过程中对所述目标页岩进行横向扫描得到的扫描横截面的超声检测数据生成；
B2.根据所述采集矩阵的数值和对应的所述反射位置数据，对各所述扫描横截面对应的目标二维模型进行颜色填充，得到对应的二维彩图；
B3.把所述二维彩图堆叠填充至所述目标三维模型中，生成所述目标页岩的页岩气储集空间分布模型。
第四方面，本申请提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有所述处理器可执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，运行如前文所述的页岩气储集空间检测方法中的步骤。
第五方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时运行如前文所述的页岩气储集空间检测方法中的步骤。
有益效果：本申请提供的页岩气储集空间检测方法及其相关设备，由于相控阵超声探头可以在一个位置对目标页岩的整个扫描横截面进行扫描检测，在对目标页岩的页岩气储集空间进行检测时，只需要设置一个探测孔，并使相控阵超声探头在沿该探测孔移动的同时进行横向扫描，即可得到目标页岩内部的页岩气储集空间在三维空间的分布信息，检测效率高；调用预先建立的参考二维模型和参考三维模型，并根据页岩气储集空间的分布情况对调用的模型进行颜色填充，以得到页岩气储集空间分布模型，一方面可以更加直观地显示检测结果，另一方面可以提高页岩气储集空间分布模型的生成效率，进一步提高检测效率；通过对采集矩阵的数据进行筛选和置零处理，可以减小上位机对数据进行后处理的数据处理量，进一步提高检测效率。
附图说明
图1为本申请实施例提供的页岩气储集空间检测***的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的一种页岩气储集空间检测方法的流程图。
图3为本申请实施例提供的另一种页岩气储集空间检测方法的流程图。
图4为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
图5为示意性的目标页岩的正视图。
图6为示意性的扫描横截面图。
标号说明：1、采集装置；101、相控阵超声探头；2、上位机；301、处理器；302、存储器；303、通信总线；90、目标页岩；91、探测孔；92、竖孔。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参照图1，图1是本申请一些实施例中的一种页岩气储集空间检测***，包括采集装置1和上位机2，采集装置1包括相控阵超声探头101；采集装置1和上位机2通信连接，上位机2存储有页岩的多种典型结构的参考二维模型和参考三维模型；
采集装置1用于控制相控阵超声探头101在沿目标页岩90表面延伸的探测孔91中移动，并在移动过程中对目标页岩90进行横向扫描，以获取多个扫描横截面的超声检测数据，超声检测数据包括反射信号幅值数据和对应的反射位置数据，根据各扫描横截面的反射信号幅值数据生成各扫描横截面的采集矩阵，对各采集矩阵的数据进行筛选和置零处理，把筛选和置零处理后的采集矩阵和对应的反射位置数据发送至上位机2；
上位机2用于根据接收到的采集矩阵和对应的反射位置数据，确定与各扫描横截面匹配的参考二维模型（分别为每个扫描横截面确定出对应的参考二维模型）以及与目标页岩匹配的参考三维模型，分别记为目标二维模型和目标三维模型，根据采集矩阵的数值和对应的反射位置数据，对各扫描横截面对应的目标二维模型进行颜色填充，得到对应的二维彩图，把二维彩图堆叠填充至目标三维模型中，生成目标页岩的页岩气储集空间分布模型。
由于相控阵超声探头101可以在一个位置对目标页岩90的整个扫描横截面进行扫描检测，在对目标页岩90的页岩气储集空间进行检测时，只需要设置一个探测孔91，并使相控阵超声探头101在沿该探测孔91移动的同时进行横向扫描，即可得到目标页岩90内部的页岩气储集空间在三维空间的分布信息（例如图5、图6中的a为页岩气储集空间），检测效率高；调用预先建立的参考二维模型和参考三维模型，并根据页岩气储集空间的分布情况对调用的模型进行颜色填充，以得到页岩气储集空间分布模型，一方面可以更加直观地显示检测结果，另一方面可以提高页岩气储集空间分布模型的生成效率，进一步提高检测效率；通过对采集矩阵的数据进行筛选和置零处理，可以减小上位机2对数据进行后处理的数据处理量，进一步提高检测效率。
优选地，每个扫描横截面的超声检测数据包括多帧沿不同探测角度探测得到的一维的反射信号幅值数据以及每帧反射信号幅值数据中各幅值数据对应的反射位置数据。
其中，相控阵超声探头101包括多个呈阵列排布的压电振动晶元，通过控制各压电振动晶元的振动相位差，可以实现相控阵超声探头101发射的超声波波束方向的调整（此为现有技术），从而实现探测角度的调整，相控阵超声探头101在同一位置处可以通过调整超声波波束方向实现对目标页岩90的整个扫描横截面的扫描检测。其中，相控阵超声探头101朝一个方向发射超声波波束后，当超声波波束遇到两种不同介质的交界面时（例如目标页岩90内部的页岩气储集空间的边界、目标页岩90自身的边界），部分超声波会被反射形成反射信号，反射信号的幅值与超声波波束遇到的不同介质的交界面的大小正相关，反射信号会被相控阵超声探头101接收，把相控阵超声探头101在同一探测角度接收到的反射信号的幅值按接收时间排列得到一帧带时间信息的反射信号幅值数据。在对同一个扫描横截面进行扫描检测时，会得到多帧反射信号幅值数据。
例如图6中，中心线b表示超声波波束的中心线，每条中心线b代表在一个探测角度进行探测，相邻的中心线b之间的角度为摆动角度，该摆动角度越小，则在同一扫描横截面处获得的反射信号幅值数据的帧数越多，表示扫描越精细，探测结果越准确，但数据处理量越大，具体可以根据实际需要调整该摆动角度。
在同一个探测角度，超声波波束的发射时间和反射信号的接收时间会被记录，且该探测角度也被记录，从而可根据以下公式计算各个反射信号的反射点位置，得到反射位置数据：
q=（r，θ）；
r=（t1-t0）*v/2；
其中，q为以极坐标表示的反射点位置，r为反射点与相控阵超声探头101的距离，θ为探测角度，t1为反射信号的接收时间，t0为超声波波束的发射时间，v为超声波的传播速度（为已知值）。
实际上，以极坐标表示的反射点位置还可转换为超声探头坐标系下的坐标，转换公式如下：
x=r*sinθ；
y=r*cosθ；
其中，x为反射点位置在超声探头坐标系下的横坐标，y为反射点位置在超声探头坐标系下的纵坐标，探测角度θ为超声波波束的中心线与相控阵超声探头101的中轴线（该中轴线垂直于相控阵超声探头101的阵面且穿过该阵面的中心）之间的夹角。
其中，参考图5，在进行探测时，需要从地面朝下进行钻孔，得到延伸至目标页岩90上表面的竖孔92，然后钻头转向沿目标页岩90上表面钻出探测孔91（此为现有技术），待取出钻头后，把相控阵超声探头101送入探测孔91并沿探测孔91移动，在移动的时候通过调整探测角度实现对多个扫描横截面的扫描检测；其中，相控阵超声探头101可以步进式移动，每移动一步则进行一次扫描检测；由于扫描检测的速度较快，相控阵超声探头101也可以匀速移动，并在移动过程中进行扫描检测，扫描检测过程中相控阵超声探头101的移动距离较小，可以认为扫描检测过程是对同一个扫描横截面进行的扫描检测，每次扫描检测后可以间隔预设时间（可根据实际需要设置）再执行下一次扫描检测。其中，被扫描检测的扫描横截面越密集，则最终得到的页岩气储集空间分布模型越精确，但数据处理量越大，可根据实际需要设置扫描横截面的数量。例如图5中，每条线c表示一个扫描横截面的位置。
具体地，采集装置1在根据各扫描横截面的反射信号幅值数据生成各扫描横截面的采集矩阵的时候，执行：
以同一扫描横截面的反射信号幅值数据的帧数作为对应的采集矩阵的列数，并根据扫描横截面的反射信号幅值数据确定对应的采集矩阵的行数；
根据行数和列数生成采集矩阵并把采集矩阵初始化为零矩阵；
把各帧反射信号幅值数据依次填充至采集矩阵的各列数据中。
例如，假设一个扫描横截面在进行扫描检测时进行了n个探测角度的探测，则得到n帧反射信号幅值数据，从而该扫描横截面对应的采集矩阵的列数为n。
当超声波波束到达目标页岩90的下表面时，会形成幅值较大的反射信号，以下把该反射信号称为终止信号，可以把反射信号幅值数据中位于该终止信号之后的所有数据进行删除处理，然后以删除处理后的各反射信号幅值数据的幅值数据数量的最大值作为对应的采集矩阵的行数。其中，可以把反射信号幅值数据中最后一个大于第一预设阈值（可根据实际需要设置）的幅值数据对应的反射信号作为终止信号，从而进行删除处理时，删除最后一个大于第一预设阈值的幅值数据之后的数据。
例如，假设一个扫描横截面对应有n帧反射信号幅值数据，在进行删除处理后，各帧反射信号幅值数据的幅值数据数量分别为m1、m2……mn，若其中的最大值为m2，则该扫描横截面对应的采集矩阵的行数为m2。
在把各帧反射信号幅值数据依次填充至采集矩阵的各列数据中的时候，可以按各帧反射信号幅值数据的获取次序，把各帧反射信号幅值数据从左到右依次填充至采集矩阵的各列数据中。把一帧反射信号幅值数据进行填充时，从上到下地把该帧反射信号幅值数据的幅值数据替换采集矩阵中对应列数据中0值。例如，把第i帧反射信号幅值数据填充至采集矩阵的第i列数据中，第i帧反射信号幅值数据包括j个幅值数据，从而把第i帧反射信号幅值数据的第1个幅值数据替换采集矩阵的（1，i）号数据的0值，把第i帧反射信号幅值数据的第2个幅值数据替换采集矩阵的（2，i）号数据的0值，把第i帧反射信号幅值数据的第3个幅值数据替换采集矩阵的（3，i）号数据的0值，以此类推，直至把第i帧反射信号幅值数据的第j个幅值数据替换采集矩阵的（j，i）号数据的0值。
优选地，采集装置1在对各采集矩阵的数据进行筛选和置零处理的时候，执行：
对同一采集矩阵中的各数值进行升序排序；
根据排序结果，选取采集矩阵中预设排名的数值（假设预设排名为T，预设排名的数值是指采集矩阵中排名为T的数值）作为采集矩阵的筛选阈值；
把采集矩阵中小于筛选阈值的数值置零。
实际上，目标页岩90中会存在大量的微小缝隙或微小空隙，这些微小缝隙或微小空隙并非有效的页岩气储集空间，但会对超声波波束进行反射形成相对微弱的反射信号，这些反射信号会被相控阵超声探头101接收到，从而使各帧反射信号幅值数据中存在大量较小的幅值数据，这些幅值数据对页岩气储集空间的探测不具有有益作用，反而会大大增加数据处理量。通过上述方式可以在减小数据量的同时保留有效的特征数据，从而有利于减小数据传输带宽要求和实现页岩气储集空间分布模型的快速建立（上位机2在进行后续处理时，只需要根据采集矩阵中的非零值进行计算处理即可）的同时，保证检测结果具有足够的准确性。
其中，预设排名可以为N*M/4， M为采集矩阵的行数，N为采集矩阵的列数；但不限于此，具体可以根据实际需要设置。
进一步地，采集装置1在把筛选和置零处理后的采集矩阵和对应的反射位置数据发送至上位机2的时候，执行：
把筛选和置零处理后的采集矩阵和采集矩阵中各非零数值对应的反射位置数据发送至上位机2。
即把原来为非零数值且被置零的数值对应的反射位置数据舍弃，从而可进一步减小数据量，降低数据传输的负担，有利于降低数据传输带宽要求。
实际上，为了便于上位机2确定采集矩阵中的数值与反射位置数据的对应关系，可以利用位置矩阵来记录反射位置数据，其中，由于反射位置数据为二维坐标数据（极坐标数据或超声探头坐标系的坐标），位置矩阵包括第一位置矩阵和第二位置矩阵，第一位置矩阵和第二位置矩阵的行数和列数与采集矩阵的行数和列数相同且均初始化为零矩阵，第一位置矩阵用于记录反射位置数据的第一个坐标值，且该第一个坐标值在第一位置矩阵中的记录位置与相应的幅值数据在采集矩阵中的记录位置相同；第二位置矩阵用于记录反射位置数据的第二个坐标值，且该第二个坐标值在第二位置矩阵中的记录位置与相应的幅值数据在采集矩阵中的记录位置相同。采集装置1在把反射位置数据发送至上位机2时，发送至第一位置矩阵和第二位置矩阵。从而，上位机2可以根据幅值数据在采集矩阵中的记录位置，从第一位置矩阵和第二位置矩阵中相应的位置提取数值组成该幅值数据对应的反射位置数据。
其中，参考二维模型和参考三维模型是预先根据页岩的多种典型结构的形状尺寸建立的模型。这些模型被存储在上位机2的参考模型数据库中。
在一些实施方式中，上位机2在根据接收到的采集矩阵和对应的反射位置数据，确定与各扫描横截面匹配的参考二维模型以及与目标页岩90匹配的参考三维模型，分别记为目标二维模型和目标三维模型的时候，执行：
根据接收到的采集矩阵和对应的反射位置数据，获取各扫描横截面的边沿轮廓线；
根据各扫描横截面的边沿轮廓线，从上位机存储的参考二维模型中确定与各扫描横截面匹配的参考二维模型，记为目标二维模型；
根据各扫描横截面的边沿轮廓线，对各扫描横截面对应的目标二维模型进行缩放处理；
根据各扫描横截面对应的缩放处理后的目标二维模型，从上位机2存储的参考三维模型中确定与目标页岩匹配的参考三维模型，记为目标三维模型；
根据各扫描横截面对应的缩放处理后的目标二维模型，对目标三维模型进行缩放处理。
其中，采集矩阵每一列最后一个非零数值对应的反射位置数据均是相应的扫描横截面的轮廓线上的点的位置数据，提取采集矩阵各列数据中的最后一个非零数值对应的反射位置数据进行曲线拟合即可得到相应的扫描横截面的边沿轮廓线。
其中，根据扫描横截面的边沿轮廓线计算该扫描横截面与各参考二维模型的相似度，提取相似度最大值对应的参考二维模型作为该扫描横截面的目标二维模型。
其中，在对目标二维模型进行缩放处理时，可以把目标二维模型等比例缩放至自身面积与相应的扫描横截面的边沿轮廓线所包围区域的面积相等；或者，分别生成目标二维模型的最小外接矩形和相应的扫描横截面的边沿轮廓线的最小外接矩形，然后使目标二维模型随自身的最小外接矩形一同进行等比例缩放，直至目标二维模型自身的最小外接矩形的对角线长度与相应扫描横截面的边沿轮廓线的最小外接矩形的对角线长度相等。通过对目标二维模型进行缩放处理，使目标二维模型与相应的扫描横截面更加匹配。
其中，相控阵超声探头101的位置（为世界坐标系下的位置）可计算得到（例如根据相控阵超声探头101的移动速度或移动步长，以及探测孔91的延伸轨迹计算），也可以通过设置在相控阵超声探头101上的定位装置（如惯性定位装置）测得。可获取相控阵超声探头101在扫描检测各扫描横截面时的位置（世界坐标位置），根据相控阵超声探头101在扫描检测各扫描横截面时的位置之间的相对位置关系对各缩放处理后的目标二维模型进行排列，然后从各缩放处理后的目标二维模型的边沿轮廓线上提取多个轮廓点，用以拟合目标页岩90的外表曲面，根据拟合得到的外表曲面，计算目标页岩90的外表曲面与各参考三维模型的相似度（此为现有技术，不对其进行详述），以该相似度最大值对应的参考三维模型作为目标三维模型。
其中，在对目标三维模型进行缩放处理时，可以把目标三维模型等比例缩放至自身体积与外表曲面所包围区域的体积相等；或者，分别生成目标三维模型的最小包围盒和外表曲面的最小包围盒，然后使目标三维模型随自身的最小包围盒一同进行等比例缩放，直至目标三维模型自身的最小包围盒的最长对角线长度与外表曲面的最小包围盒的最长对角线长度相等。通过对目标三维模型进行缩放处理，使目标三维模型与目标页岩90更加匹配。
在一些实施方式中，上位机2在根据采集矩阵的数值和对应的反射位置数据，对各扫描横截面对应的目标二维模型进行颜色填充，得到对应的二维彩图的时候，执行：
根据采集矩阵的非零数值确定各非零数值对应的颜色，记为填充色；
根据采集矩阵的非零数值对应的反射位置数据，把目标二维模型中对应位置点的颜色设置为对应的填充色。
其中，采集矩阵的非零数值为反射信号的幅值数据，表征了反射结构的大小，通常反映了引起反射的页岩气储集空间的大小。可以预先为不同的幅值数据范围设置对应的颜色的色度或深浅，然后根据采集矩阵的非零数值所在的幅值数据范围确定对应非零数值的颜色的色度或深浅，记为填充色。例如，幅值数据越大则颜色越红，幅值数据越小则颜色越黄；或者，填充色均为红色，且幅值数据越大则红色颜色越深，幅值数据越小则红色颜色越浅，但不限于此。
其中，目标二维模型中除被设置为对应填充色的位置外的其它位置的颜色保持为第一预设颜色（可根据实际需要设置，例如为白色，但不限于此）。
进一步地，上位机2在把二维彩图堆叠填充至目标三维模型中，生成目标页岩的页岩气储集空间分布模型的时候，执行：
获取相控阵超声探头101在扫描检测各扫描横截面时的位置（世界坐标位置），根据相控阵超声探头101在扫描检测各扫描横截面时的位置之间的相对位置关系，在目标三维模型中对各二维彩图进行排列。
其中，当二维彩图排列足够紧密时（例如，当相邻二维彩图之间的间距小于预设的间距阈值，则认为排列足够紧密，该预设的间距阈值可根据实际需要设置），排列完成后即得到页岩气储集空间分布模型；当二维彩图排列不够紧密，则可以对目标三维模型中位于二维彩图之间的空间位置的颜色进行插值填充。其中，目标三维模型中未进行颜色填充的区域的颜色保持为第一预设颜色。
通过上述方式得到的页岩气储集空间分布模型，其内部的颜色分布可以直观地反映目标页岩90内页岩气储集空间的分布位置和大小。有利于检测人员更高效和更准确地判断目标页岩90的页岩气是否具有开采价值。
参考图2，本申请提供了一种页岩气储集空间检测方法，应用于采集装置1，采集装置1包括相控阵超声探头101并与上位机2通信连接；
该页岩气储集空间检测方法包括步骤：
A1.控制相控阵超声探头101在沿目标页岩90表面延伸的探测孔91中移动，并在移动过程中对目标页岩90进行横向扫描，以获取多个扫描横截面的超声检测数据；超声检测数据包括反射信号幅值数据和对应的反射位置数据；
A2.根据各扫描横截面的反射信号幅值数据生成各扫描横截面的采集矩阵；
A3.对各采集矩阵的数据进行筛选和置零处理；
A4.把筛选和置零处理后的采集矩阵和对应的反射位置数据发送至上位机2，以使上位机2根据采集矩阵和反射位置数据，基于预先建立的页岩的多种典型结构的参考二维模型和参考三维模型，生成目标页岩90的页岩气储集空间分布模型。
其中，步骤A1-步骤A4的具体过程，可参考前文的相关处理过程。
参考图3，本申请提供了本申请提供了一种页岩气储集空间检测方法，应用于上位机2，上位机2与采集装置1通信连接，采集装置1包括相控阵超声探头101；上位机2存储有页岩的多种典型结构的参考二维模型和参考三维模型；
该页岩气储集空间检测方法包括步骤：
B1.根据来自采集装置1的采集矩阵和对应的反射位置数据，确定与各扫描横截面匹配的参考二维模型以及与目标页岩90匹配的参考三维模型，分别记为目标二维模型和目标三维模型；采集矩阵和对应的反射位置数据由采集装置1根据相控阵超声探头101在沿目标页岩90表面延伸的探测孔91中移动过程中对目标页岩90进行横向扫描得到的扫描横截面的超声检测数据生成；
B2.根据采集矩阵的数值和对应的反射位置数据，对各扫描横截面对应的目标二维模型进行颜色填充，得到对应的二维彩图；
B3.把二维彩图堆叠填充至目标三维模型中，生成目标页岩90的页岩气储集空间分布模型。
其中，步骤B1-步骤B3的具体过程，可参考前文的相关处理过程。
请参照图4，图4为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图，本申请提供一种电子设备，包括：处理器301和存储器302，处理器301和存储器302通过通信总线303和/或其他形式的连接机构（未标出）互连并相互通讯，存储器302存储有处理器301可执行的计算机程序，当电子设备运行时，处理器301执行该计算机程序，以执行上述实施例的任一可选的实现方式中的页岩气储集空间检测方法，以实现以下功能：控制相控阵超声探头在沿目标页岩表面延伸的探测孔中移动，并在移动过程中对目标页岩90进行横向扫描，以获取多个扫描横截面的超声检测数据；超声检测数据包括反射信号幅值数据和对应的反射位置数据；根据各扫描横截面的反射信号幅值数据生成各扫描横截面的采集矩阵；对各采集矩阵的数据进行筛选和置零处理；把筛选和置零处理后的采集矩阵和对应的反射位置数据发送至上位机，以使上位机根据采集矩阵和反射位置数据，基于预先建立的页岩的多种典型结构的参考二维模型和参考三维模型，生成目标页岩的页岩气储集空间分布模型；或者实现以下功能：根据来自采集装置的采集矩阵和对应的反射位置数据，确定与各扫描横截面匹配的参考二维模型以及与目标页岩匹配的参考三维模型，分别记为目标二维模型和目标三维模型；采集矩阵和对应的反射位置数据由采集装置根据相控阵超声探头在沿目标页岩表面延伸的探测孔中移动的过程中对目标页岩进行横向扫描得到的扫描横截面的超声检测数据生成；根据采集矩阵的数值和对应的反射位置数据，对各扫描横截面对应的目标二维模型进行颜色填充，得到对应的二维彩图；把二维彩图堆叠填充至目标三维模型中，生成目标页岩的页岩气储集空间分布模型。
本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，执行上述实施例的任一可选的实现方式中的页岩气储集空间检测方法，以实现以下功能：控制相控阵超声探头在沿目标页岩表面延伸的探测孔中移动，并在移动过程中对目标页岩90进行横向扫描，以获取多个扫描横截面的超声检测数据；超声检测数据包括反射信号幅值数据和对应的反射位置数据；根据各扫描横截面的反射信号幅值数据生成各扫描横截面的采集矩阵；对各采集矩阵的数据进行筛选和置零处理；把筛选和置零处理后的采集矩阵和对应的反射位置数据发送至上位机，以使上位机根据采集矩阵和反射位置数据，基于预先建立的页岩的多种典型结构的参考二维模型和参考三维模型，生成目标页岩的页岩气储集空间分布模型；或者实现以下功能：根据来自采集装置的采集矩阵和对应的反射位置数据，确定与各扫描横截面匹配的参考二维模型以及与目标页岩匹配的参考三维模型，分别记为目标二维模型和目标三维模型；采集矩阵和对应的反射位置数据由采集装置根据相控阵超声探头在沿目标页岩表面延伸的探测孔中移动的过程中对目标页岩进行横向扫描得到的扫描横截面的超声检测数据生成；根据采集矩阵的数值和对应的反射位置数据，对各扫描横截面对应的目标二维模型进行颜色填充，得到对应的二维彩图；把二维彩图堆叠填充至目标三维模型中，生成目标页岩的页岩气储集空间分布模型。
其中，计算机可读存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory, 简称SRAM），电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, 简称EEPROM），可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable Read Only Memory, 简称EPROM），可编程只读存储器（Programmable Red-Only Memory, 简称PROM），只读存储器（Read-Only Memory, 简称ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
综上所述，本申请所提供的页岩气储集空间检测方法及其相关设备，具有以下优点：
1、在对页岩内部的页岩气储集空间进行检测的过程中，通过相控阵超声探头进行超声检测和对采集信号数据集的进行筛选和置零处理，可以更快、更好地得知页岩内部的天然气的分布情况，并且对超声检测设备和无线传输设备在硬件方面的要求更低；
2、传统方法中对页岩气的储集空间的检测过程中，多是只对页岩气整体的分布位置进行检测（局部分布情况不检测或低准确率检测），并且只采集一维检测信号，且全部保留检测信号，然后进行数据后处理，与之相比，本方法能够以更少数据（高质量数据却没减少）、更快的速度实现二维或三维的成像检测，其检测结果的直观化程度也更高。
3、事先对常见类型的页岩进行二维和三维的建模，并将其保存到数据库中，在后续进行超声信号处理时，可直接根据检测数据来判别页岩类型，并对其二维三维模型进行匹配调用，极大地提升对页岩内部页岩气储集空间分布结构的二维三维建模效率。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，既可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种页岩气储集空间检测***，其特征在于，包括采集装置和上位机，所述采
集装置包括相控阵超声探头；所述采集装置和上位机通信连接，所述上位机存储
有页岩的多种典型结构的参考二维模型和参考三维模型；
所述采集装置用于控制所述相控阵超声探头在沿目标页岩表面延伸的探测孔中
移动，并在移动过程中对所述目标页岩进行横向扫描，以获取多个扫描横截面的
超声检测数据，所述超声检测数据包括反射信号幅值数据和对应的反射位置数据，
根据各所述扫描横截面的所述反射信号幅值数据生成各所述扫描横截面的采集
矩阵，对各所述采集矩阵的数据进行筛选和置零处理，把筛选和置零处理后的采
集矩阵和对应的反射位置数据发送至所述上位机；
所述上位机用于根据接收到的采集矩阵和对应的所述反射位置数据，确定与各所
述扫描横截面匹配的参考二维模型以及与所述目标页岩匹配的参考三维模型，分
别记为目标二维模型和目标三维模型，根据所述采集矩阵的数值和对应的所述反
射位置数据，对各所述扫描横截面对应的目标二维模型进行颜色填充，得到对应
的二维彩图，把所述二维彩图堆叠填充至所述目标三维模型中，生成所述目标页
岩的页岩气储集空间分布模型；
每个所述扫描横截面的超声检测数据包括多帧沿不同探测角度探测得到的一维
的反射信号幅值数据以及每帧所述反射信号幅值数据中各幅值数据对应的反射
位置数据；其中相控阵超声探头在同一探测角度接收到的反射信号的幅值按接收
时间排列得到一帧带时间信息的反射信号幅值数据；
所述采集装置在根据各所述扫描横截面的所述反射信号幅值数据生成各所述扫
描横截面的采集矩阵的时候，执行：
以同一所述扫描横截面的所述反射信号幅值数据的帧数作为对应的所述采集矩
阵的列数，并根据所述扫描横截面的所述反射信号幅值数据确定对应的所述采集
矩阵的行数；
根据所述行数和所述列数生成所述采集矩阵并把所述采集矩阵初始化为零矩阵；
把各帧所述反射信号幅值数据依次填充至所述采集矩阵的各列数据中；
所述采集装置在对各所述采集矩阵的数据进行筛选和置零处理的时候，执行：
对同一所述采集矩阵中的各数值进行升序排序；
根据排序结果，选取所述采集矩阵中预设排名的数值作为所述采集矩阵的筛选阈
值；
把所述采集矩阵中小于所述筛选阈值的数值置零；
所述上位机在根据接收到的采集矩阵和对应的所述反射位置数据，确定与各所述
扫描横截面匹配的参考二维模型以及与所述目标页岩匹配的参考三维模型，分别
记为目标二维模型和目标三维模型的时候，执行：
根据所述接收到的采集矩阵和对应的所述反射位置数据，获取各所述扫描横截面
的边沿轮廓线；其中，采集矩阵每一列最后一个非零数值对应的反射位置数据均
是相应的扫描横截面的轮廓线上的点的位置数据，提取采集矩阵各列数据中的最
后一个非零数值对应的反射位置数据进行曲线拟合即可得到相应的扫描横截面
的边沿轮廓线；
根据各所述扫描横截面的所述边沿轮廓线，从所述上位机存储的参考二维模型中
确定与各所述扫描横截面匹配的参考二维模型，记为目标二维模型；
根据各所述扫描横截面的边沿轮廓线，对各所述扫描横截面对应的目标二维模型
进行缩放处理；
根据各所述扫描横截面对应的缩放处理后的目标二维模型，从所述上位机存储的
参考三维模型中确定与所述目标页岩匹配的参考三维模型，记为目标三维模型；
根据各所述扫描横截面对应的缩放处理后的目标二维模型，对所述目标三维模型
进行缩放处理。
2.根据权利要求1 所述的页岩气储集空间检测***，其特征在于，所述采集装置
在把筛选和置零处理后的采集矩阵和对应的反射位置数据发送至所述上位机的
时候，执行：
把筛选和置零处理后的采集矩阵和所述采集矩阵中各非零数值对应的反射位置
数据发送至所述上位机。
3.根据权利要求1 所述的页岩气储集空间检测***，其特征在于，所述上位机在
根据所述采集矩阵的数值和对应的所述反射位置数据，对各所述扫描横截面对应
的目标二维模型进行颜色填充，得到对应的二维彩图的时候，执行：
根据所述采集矩阵的非零数值确定各所述非零数值对应的颜色，记为填充色；
根据所述采集矩阵的非零数值对应的所述反射位置数据，把所述目标二维模型中
对应位置点的颜色设置为对应的填充色。
4.一种页岩气储集空间检测方法，其特征在于，应用于权利要求1-3 中任一项所
述的页岩气储集空间检测***，所述页岩气储集空间检测方法包括步骤：
A1.控制所述相控阵超声探头在沿目标页岩表面延伸的探测孔中移动，并在移动
过程中对所述目标页岩进行横向扫描，以获取多个扫描横截面的超声检测数据；
所述超声检测数据包括反射信号幅值数据和对应的反射位置数据；
A2.根据各所述扫描横截面的所述反射信号幅值数据生成各所述扫描横截面的采
集矩阵；
A3.对各所述采集矩阵的数据进行筛选和置零处理；
A4.把筛选和置零处理后的采集矩阵和对应的反射位置数据发送至所述上位机；
B1.所述上位机根据来自所述采集装置的采集矩阵和对应的反射位置数据，确定
与各扫描横截面匹配的参考二维模型以及与目标页岩匹配的参考三维模型，分别
记为目标二维模型和目标三维模型；B2.根据所述采集矩阵的数值和对应的所述
反射位置数据，对各所述扫描横截面对应的目标二维模型进行颜色填充，得到对
应的二维彩图；
B3.把所述二维彩图堆叠填充至所述目标三维模型中，生成所述目标页岩的页岩
气储集空间分布模型。
5.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有所述处
理器可执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，运行如权利要求
4 所述的页岩气储集空间检测方法中的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机
程序被处理器执行时运行如权利要求4 所述的页岩气储集空间检测方法中的步
骤。
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