用于隨鉆測量系統(tǒng)的接口箱的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于石油勘探開發(fā)領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于隨鉆測量系統(tǒng)(MWD)的接口箱；本用于隨鉆測量系統(tǒng)的接口箱，包括：抗混疊濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、低通濾波器；其特征在于：抗混疊濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、低通濾波器依次相連。本發(fā)明通過成熟的心電信號的處理技術(shù)來處理泥漿信號，包括多帶通濾波器、共模抑制和抑制基線漂移等手段；提供了一種簡潔、成熟可靠的信號處理方案，提高了可靠性和穩(wěn)定性，信噪比得到改善，成本比較低。
【專利說明】用于隨鉆測量系統(tǒng)的接口箱
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油勘探開發(fā)領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于隨鉆測量系統(tǒng)(MWD)的接口箱，隨鉆測量系統(tǒng)應(yīng)用于石油和煤層氣的開發(fā)，該接口箱能夠可靠接收泥漿脈沖信號。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油和煤層氣開采中，在各種環(huán)境因素的干擾下，地面接口箱從壓力傳感器接收到的有用信號中摻雜各種噪聲，噪聲主要是泥漿泵活塞運動產(chǎn)生的周期噪聲以及其他機械震動造成的干擾和隨機噪聲。噪聲帶寬很寬，和有用信號頻譜發(fā)生重疊。泵噪聲的幅度遠大于有用信號的幅度。如何準確有效的從背景噪聲中檢查出信號是泥漿隨鉆測量系統(tǒng)識別井斜信號的關(guān)鍵。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，心電信號的檢查技術(shù)日趨成熟，集成度高，算法完善，屬于一種成熟的技術(shù)。
[0003]隨鉆測量的地面接口箱是MWD測井的專用設(shè)備之一。用于接收和處理泥漿信號，并解碼出井斜數(shù)據(jù)，同時把接收到的數(shù)據(jù)上傳主機。受現(xiàn)場測量條件的影響，泥漿波動信號衰減比較大，并且在接收到的泥漿信號中，不僅包含井下傳來的有用信號，而且含有由于泥漿泵壓縮泥漿而引起的大幅度周期性壓力脈動噪聲，及其他噪聲。在井口處所采集到的信號中，有用信號完全淹沒在各種噪聲中，因此，接口箱必須能夠去除泥漿脈沖信號中的噪聲。處理信號的方法很多，造價比較高，效果不一定很好。比較心電信號和泥漿信號特性，二者從帶寬到頻譜特性都有很大的相似之處。
[0004]在井口處采集的信號中，有用信號完全淹沒在噪聲中，由于環(huán)境的多變，給去除噪聲帶來了很多困難。目前多用小波理論去噪，理論復(fù)雜，環(huán)境噪聲多變，處理比較困難。
[0005]本發(fā)明通過將心電檢查技術(shù)修改完善后應(yīng)用到測井領(lǐng)域，以解決測井方面的技術(shù)難點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種用于隨鉆測量系統(tǒng)的接口箱，借鑒心電監(jiān)測技術(shù)，把心電檢測用前置放大電路應(yīng)用到隨鉆測量系統(tǒng)中，解決泥漿脈沖信號的穩(wěn)定性問題，即:提高接收信號的可靠性和穩(wěn)定性，提高信噪比，減少誤碼率。
[0007]實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述方案:
[0008]用于隨鉆測量系統(tǒng)的接口箱，包括:抗混疊濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、低通濾波器；抗混疊濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、低通濾波器依次相連。
[0009]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:通過成熟的心電信號的處理技術(shù)來處理泥漿信號，包括多帶通濾波器、共模抑制和抑制基線漂移等手段；提供了一種簡潔、成熟可靠的信號處理方案，提高了可靠性和穩(wěn)定性，信噪比得到改善，成本比較低。
【專利附圖】

【附圖說明】[0010]圖1為采集到的原始泥漿信號，可以看到有很豐富的噪聲成分；
[0011]圖2為去除低頻和高頻后的信號波形，大部分噪聲被去除；
[0012]圖3為再次進行低通濾波后的信號，消除了信號譜重疊的噪聲成分；
[0013]圖4為原始信號的頻譜，包含豐富的噪聲譜，頻譜比較寬；
[0014]圖5為高通和低通濾波后信號的頻譜，頻譜明示變窄；
[0015]圖6為消除部分信號譜和噪聲譜重疊的部分，譜密度降低；
[0016]圖7為MWD系統(tǒng)的連接接示意圖；
[0017]圖8為系統(tǒng)工作原理框圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖8所示，用于隨鉆測量系統(tǒng)的接口箱，包括:抗混疊濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、低通濾波器；抗混疊濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、低通濾波器依次相連。
[0019]抗混疊濾波器除了對無用信號的衰減和濾除，還可以為ADC轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的瞬態(tài)能量提供緩沖。
[0020]模數(shù)轉(zhuǎn)換器功能是同步采樣，其采樣頻位為24位，然后對采樣數(shù)進行三角積分(Δ Σ )，模數(shù)轉(zhuǎn)換器還包含了低噪音可編程增益放大器(PGA)(低輸入偏置電流、高共模抑制比)，大大減少了尺寸和功耗。
[0021]數(shù)字信號處理器，采用ARM結(jié)構(gòu)，內(nèi)含獨立乘法器，可對數(shù)字信號進行復(fù)雜的運算處理，同時還有通信和報警功能、靜態(tài)功耗低的特點。
[0022]D/A轉(zhuǎn)換器將解碼后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出，經(jīng)低通濾波器后轉(zhuǎn)變成模擬信號輸出，相當(dāng)于DDS信號，用于其他設(shè)備的接口。
[0023]主要包括功能:接收來自壓力傳感器的泥漿信號，并進行數(shù)據(jù)處理；解碼泥漿信號，得到地磁參數(shù)和重力加速度參數(shù)及其他信號并進行處理；將處理后的數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)一并傳到主機；報警和狀態(tài)控制功能，壓力傳感器接收來自泥漿的信號，經(jīng)前置放大器后，輸入到A/D，采集到的信號進行數(shù)據(jù)處理，包括多帶通濾波器、低通濾波、平滑處理后，存儲并發(fā)至主機。
[0024]泥漿信號的去噪過程是:1、對原始信號分別進行低通濾波(有限沖擊響應(yīng)濾波器)和采樣點平滑，相減后初步得到去除高頻和低頻噪聲的原始信號，2、對所得到的信號進行低通濾波。通過調(diào)整濾波器的截止頻率、階數(shù)將信號提取出來，但低頻噪聲和信號重疊的部分沒有被去除。3、對于信號頻譜及噪聲頻譜重疊的情況，采樣平頂消除法的非線性濾波方法進行處理。即先以采樣頻率對應(yīng)的點數(shù)為滾動窗對信號進行平滑處理，得到低頻噪聲；4、以所得到的信號為中心，設(shè)置一個通帶，用以截取原始信號。
[0025]對原始信號進行低通濾波?？梢杂行コ盘栔械募夥逶肼?。
[0026]同步字檢測技術(shù):通過對泥漿信號的同步脈沖串進行識別，避免不必要的計算和處理，進一步提高信號的可識別性。
[0027]通過安裝輔助傳感器作為參考，對檢測到的信號進行匹配濾波和自適應(yīng)濾波。
[0028]脈沖識別技術(shù):通過斬波穩(wěn)壓低噪聲比較器技術(shù)提高提高門限識別，通過軟件設(shè)置時間窗的辦法，提高可靠性。[0029]如圖7所示，接口箱的硬件由泥漿信號處理電路、解碼電路及通信電路組成，負責(zé)處理來自壓力傳感器的信號；接口箱外接220V電源，通過232協(xié)議和上位機通信。通過安全箱和井口探管壓力傳感器相連，并和司鉆度數(shù)器相連。裝置的主要功能為探管數(shù)據(jù)的采集，處理，然后傳輸?shù)街鳈C。結(jié)構(gòu)為阻燃、IP66防護等級、符合國家安全方面的相關(guān)標準。
【權(quán)利要求】
1.一種用于隨鉆測量系統(tǒng)的接口箱，包括:抗混疊濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、低通濾波器；其特征在于:抗混疊濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、低通濾波器依次相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于隨鉆測量系統(tǒng)的接口箱，其特征在于，抗混疊濾波器除了對無用信號的衰減和濾除，還可以為ADC轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的瞬態(tài)能量提供緩沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的用于隨鉆測量系統(tǒng)的接口箱，其特征在于，模數(shù)轉(zhuǎn)換器功能是同步采樣，其采樣頻位為24位，然后對采樣數(shù)進行三角積分(△ Σ )，模數(shù)轉(zhuǎn)換器還包含了低噪音可編程增益放大器(PGA)(低輸入偏置電流、高共模抑制比)，大大減少了尺寸和功耗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的用于隨鉆測量系統(tǒng)的接口箱，其特征在于，數(shù)字信號處理器，采用ARM結(jié)構(gòu)，內(nèi)含獨立乘法器，可對數(shù)字信號進行復(fù)雜的運算處理，同時還有通信和報警功能、靜態(tài)功耗低的特點。
5 .根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的用于隨鉆測量系統(tǒng)的接口箱，其特征在于，D/A轉(zhuǎn)換器將解碼后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出，經(jīng)低通濾波器后轉(zhuǎn)變成模擬信號輸出，相當(dāng)于DDS信號，用于其他設(shè)備的接口。
【文檔編號】E21B47/20GK103924965SQ201410160919
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】孫東奎, 陳麟 申請人:孫東奎