一種利用回音抵消技術(shù)消除隨鉆測井中的泵沖噪聲的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用回音抵消技術(shù)消除隨鉆測井中的泵沖噪聲的方法，包括以下步驟：1)運用FIR低通濾波器對環(huán)境噪聲進(jìn)行濾波，其中，所述FIR低通濾波器設(shè)置參數(shù)包括濾波器類型，采樣頻率，阻帶和通帶頻率，紋波系數(shù)；2)運用自適應(yīng)濾波器對泵沖噪聲進(jìn)行消除，其中，利用泵沖傳感器采集的信號作為所述自適應(yīng)濾波器的輸入，而把泥漿泵產(chǎn)生的噪聲看作由泵沖信號經(jīng)泥漿信道失真后形成的回波，利用反饋值不斷調(diào)整濾波器系數(shù)，產(chǎn)生與泵沖噪聲相似的輸出，通過與原始信號的反向相加，進(jìn)而消除泵沖噪聲對信號的影響。本發(fā)明對輸入含有泵沖噪聲的信號，利用回音抵消技術(shù)消除泵沖噪聲，使隨鉆測井得到的測量信號的質(zhì)量得到改善。
【專利說明】一種利用回音抵消技術(shù)消除隨鉆測井中的泵沖噪聲的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及消除隨鉆測井中泵沖噪聲的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種利用回音抵消技術(shù)消除隨鉆測井中的泵沖噪聲的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]無線隨鉆測井系統(tǒng)是目前國際上鉆井中普遍采用的一種測井方式。它可以在鉆井作業(yè)的同時，實時測取地質(zhì)參數(shù)、井眼軌跡參數(shù)，并繪制各種類型的測井曲線，為下一步施工提供依據(jù)。
[0003]如圖1所示，闡釋了常規(guī)鉆井設(shè)施中的運作過程，如下:
[0004]泥漿10從泥漿池11中由一個或多個泥漿泵12抽出，所用泥漿泵通常是活塞往復(fù)泵。泥漿10通過泥漿管線13，到達(dá)鉆柱14，通過鉆頭15，經(jīng)鉆桿和裸眼井壁29之間的環(huán)空16回到地表，完成一個循環(huán)?；氐降乇?1后，泥漿通過管線17回到泥漿罐11并在其中完成巖石鉆屑或其碎屑的沉淀，然后重新進(jìn)行循環(huán)。
[0005]一個井底壓力脈沖信號設(shè)備被整合于鉆柱中以傳輸由測量儀器19得到的鉆井操作中的數(shù)據(jù)信號。信號設(shè)備18是閥門或可變徑孔，它可以通過調(diào)節(jié)泥漿流速來產(chǎn)生壓力脈沖。井下設(shè)備按需要的編碼方式對數(shù)據(jù)信號編碼，然后控制井底的壓力脈沖信號設(shè)備，從而在泥漿液中產(chǎn)生攜帶測量數(shù)據(jù)的壓力脈沖。箭頭21，22和23闡釋了井下信號設(shè)備18在常規(guī)井眼條件下產(chǎn)生的脈沖信號的傳播途徑。泥漿泵12在泥漿管線13中同樣會產(chǎn)生壓力脈沖，這在圖中由箭頭24、25、26和26A標(biāo)識出，其中26A同樣標(biāo)識泥漿在環(huán)空16中的流動。
[0006]為了實現(xiàn)井底壓力脈沖的正確解析，必須通過某種方法除去或有效地消除泥漿泵產(chǎn)生的壓力脈沖。子系統(tǒng)30包括壓力傳感器32、泵沖傳感器34以及計算機或處理器36等，提供了解決這一問題的方法，而本發(fā)明應(yīng)用回音抵消技術(shù)消除泥漿泵產(chǎn)生的壓力脈沖。
[0007]如圖2所示，闡釋了鉆井信號的產(chǎn)生、傳輸、以及接收過程，如下:
[0008]無線隨鉆測井系統(tǒng)通過探管采集所需的測量信號，再對這些測量信號按照編碼規(guī)則進(jìn)行編碼，之后驅(qū)動脈沖信號設(shè)備產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號；泥漿信道在將這些含有測井信息的壓力脈沖信號傳輸?shù)骄?，井口的壓力傳感器把壓力信號轉(zhuǎn)換電信號，并傳給采集板，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后，傳給上位機進(jìn)行解碼以及后續(xù)的計算。
[0009]通過泥漿信道傳輸?shù)男盘柌粌H包括傳來的有用的測井信號，還包括泥漿泵壓縮泥漿引起的壓力脈沖(即泵沖噪聲)，以及其他各種機械引起的壓力波動和隨機噪聲等，這些噪聲統(tǒng)稱為環(huán)境噪聲。鉆井信號受到環(huán)境噪聲的干擾，增加誤碼率，影響數(shù)據(jù)解碼的準(zhǔn)確性。一般而言，由于泵沖噪聲和信號的頻率接近，兩者糅合在一起，用線性濾波的方法很難實現(xiàn)泵沖噪聲的消除，而應(yīng)用回音抵消技術(shù)，以泵沖信號作為輸入，通過自適應(yīng)濾波器的作用，產(chǎn)生一個和泵沖信號相似的輸出信號，從原始信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出，從而達(dá)到消除信號中的泵沖噪聲的目的，降低誤碼率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點，提供一種高效、可靠的利用回音抵消技術(shù)消除隨鉆測井中的泵沖噪聲的方法，能夠明顯改善信號質(zhì)量，便于后續(xù)的解碼處理。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種利用回音抵消技術(shù)消除隨鉆測井中的泵沖噪聲的方法，包括以下步驟:
[0012]I)運用FIR低通濾波器對環(huán)境噪聲進(jìn)行濾波，其中，所述FIR低通濾波器設(shè)置參數(shù)包括濾波器類型，采樣頻率，阻帶和通帶頻率，紋波系數(shù)；
[0013]2)運用自適應(yīng)濾波器對泵沖噪聲進(jìn)行消除，其中，利用泵沖傳感器采集的信號作為所述自適應(yīng)濾波器的輸入，而把泥漿泵產(chǎn)生的噪聲看作由泵沖信號經(jīng)泥漿信道失真后形成的回波，利用反饋值不斷調(diào)整濾波器系數(shù)，產(chǎn)生與泵沖噪聲相似的輸出，通過與原始信號的反向相加，進(jìn)而消除泵沖噪聲對信號的影響。
[0014]所述自適應(yīng)濾波器采用的自適應(yīng)算法如下:
[0015]y (n) = wH (η) χ (η)；
[0016]e (η) = d (η) -y (η)；
[0017]w (η+1) = w (η) +2 X u X e (η) Xx (η)；
[0018]式中，w(η)為抽頭系數(shù)，χ (η)為泵沖信號，y(n)為輸出結(jié)果，d(n)為泥漿脈沖信號，e(n)為誤差，u為調(diào)整步長；若知道抽頭權(quán)向量的先驗知識，則用它來選擇w(n)的初始值，否則w (η) = O ；
[0019]其中，依據(jù)自適應(yīng)算法，將泥漿脈沖信號d(n)經(jīng)過所述FIR低通濾波器作為輸入信號，與泵沖信號x(n)經(jīng)過所述自適應(yīng)濾波器得到的輸出信號y(η)相減，得到誤差值e(n)，以此調(diào)整濾波器的系數(shù)，進(jìn)而不斷地調(diào)整濾波器的輸出值，不斷地減小輸入信號中的泵沖噪聲，不斷地更改濾波器的系數(shù)，經(jīng)過以上過程的重復(fù)，最終實現(xiàn)消除泵沖噪聲的目的。
[0020]所述環(huán)境噪聲包括扭矩噪聲、泵沖噪聲、鉆頭噪聲。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果:
[0022]1、由于泵沖噪聲和信號的頻率接近，兩者糅合在一起，用線性濾波的方法很難實現(xiàn)泵沖噪聲的消除，而應(yīng)用回音抵消技術(shù)，以泵沖信號作為輸入，通過自適應(yīng)濾波器的作用，產(chǎn)生一個和泵沖信號相似的輸出信號，從原始信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出，從而達(dá)到消除信號中的泵沖噪聲的目的，降低誤碼率。
[0023]2、本發(fā)明方法應(yīng)用在石油隨鉆測井系統(tǒng)中的泥漿脈沖信號的傳輸和編解碼上，用來減少因泵沖噪聲引起的誤碼率，改善接收信號質(zhì)量，在濾除泵沖噪聲的同時，不會將信號失真，進(jìn)一步提高了精度和效果，提高了整個系統(tǒng)的信道質(zhì)量，便于后續(xù)的解碼處理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為常規(guī)鉆井設(shè)施中的運作過程示意圖。
[0025]圖2為鉆井測量信號流程圖。
[0026]圖3為本發(fā)明所述FIR低通濾波器的參數(shù)設(shè)置界面。
[0027]圖4為本發(fā)明方法的回音消除算法說明圖。

【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0029]本實施例所述的利用回音抵消技術(shù)消除隨鉆測井中的泵沖噪聲的方法，其具體情況如下:
[0030]I)運用FIR低通濾波器對環(huán)境噪聲(包括扭矩噪聲、泵沖噪聲、鉆頭噪聲等)進(jìn)行濾波，其中，所述FIR低通濾波器設(shè)置參數(shù)包括濾波器類型，采樣頻率，阻帶和通帶頻率，紋波系數(shù)等，如圖3所示。
[0031]2)運用自適應(yīng)濾波器對泵沖噪聲進(jìn)行消除，其中，利用泵沖傳感器采集的信號作為所述自適應(yīng)濾波器的輸入，而把泥漿泵產(chǎn)生的噪聲看作由泵沖信號經(jīng)泥漿信道失真后形成的回波，利用反饋值不斷調(diào)整濾波器系數(shù)，產(chǎn)生與泵沖噪聲相似的輸出，通過與原始信號的反向相加，進(jìn)而消除泵沖噪聲對信號的影響。
[0032]在本實施例中，所述自適應(yīng)濾波器采用的自適應(yīng)算法如下:
[0033]y (n) = wH (η) χ (η)；
[0034]e (η) = d (η) -y (η)；
[0035]w (η+1) = w (η) +2 X u X e (η) Xx (η)；
[0036]式中，w (η)為抽頭系數(shù)，χ (η)為泵沖信號，y (η)為輸出結(jié)果，d(n)為泥衆(zhòng)脈沖信號，e(n)為誤差，u為調(diào)整步長；若知道抽頭權(quán)向量的先驗知識，則用它來選擇w(n)的初始值，否則w(η) = O。
[0037]如圖4所示，依據(jù)自適應(yīng)算法，將泥漿脈沖信號d(n)經(jīng)過所述FIR低通濾波器作為輸入信號，與泵沖信號χ (η)經(jīng)過所述自適應(yīng)濾波器得到的輸出信號y(n)相減，得到誤差值e(n)，以此調(diào)整濾波器的系數(shù)，進(jìn)而不斷地調(diào)整濾波器的輸出值，不斷地減小輸入信號中的泵沖噪聲，不斷地更改濾波器的系數(shù)，經(jīng)過以上過程的重復(fù)，最終實現(xiàn)消除泵沖噪聲的目的。
[0038]綜上所述，在采用以上方案后，本發(fā)明方法能有效消除泵沖噪聲，使隨鉆測井得到的測量信號的質(zhì)量得到改善，降低因泵沖噪聲引起的誤碼率。這相比現(xiàn)有技術(shù)，解決了線性濾波的方法很難實現(xiàn)泵沖噪聲的消除的問題，降低了誤碼率，改善了接收信號質(zhì)量，便于后續(xù)解碼處理，特別適用在石油隨鉆測井系統(tǒng)中的泥漿脈沖信號的傳輸和編解碼上，用來減少因泵沖噪聲引起的誤碼率，值得推廣。
[0039]以上所述之實施例子只為本發(fā)明之較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種利用回音抵消技術(shù)消除隨鉆測井中的泵沖噪聲的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)運用FIR低通濾波器對環(huán)境噪聲進(jìn)行濾波，其中，所述FIR低通濾波器設(shè)置參數(shù)包括濾波器類型，采樣頻率，阻帶和通帶頻率，紋波系數(shù)； 2)運用自適應(yīng)濾波器對泵沖噪聲進(jìn)行消除，其中，利用泵沖傳感器采集的信號作為所述自適應(yīng)濾波器的輸入，而把泥漿泵產(chǎn)生的噪聲看作由泵沖信號經(jīng)泥漿信道失真后形成的回波，利用反饋值不斷調(diào)整濾波器系數(shù)，產(chǎn)生與泵沖噪聲相似的輸出，通過與原始信號的反向相加，進(jìn)而消除泵沖噪聲對信號的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用回音抵消技術(shù)消除隨鉆測井中的泵沖噪聲的方法，其特征在于，所述自適應(yīng)濾波器采用的自適應(yīng)算法如下:
y (n) = wH (η) χ (η)；
e (η) = d (η) -y (η)；
w (η+1) = w (η) +2 X u X e (η) Xx (η)； 式中，w(η)為抽頭系數(shù)，χ (η)為泵沖信號，y(n)為輸出結(jié)果，d(n)為泥漿脈沖信號，e(n)為誤差，u為調(diào)整步長；若知道抽頭權(quán)向量的先驗知識，則用它來選擇w(n)的初始值，否則 w (η) = O ； 其中，依據(jù)自適應(yīng)算法，將泥漿脈沖信號d (η)經(jīng)過所述FIR低通濾波器作為輸入信號，與泵沖信號x(n)經(jīng)過所述自適應(yīng)濾波器得到的輸出信號y(n)相減，得到誤差值e(n)，以此調(diào)整濾波器的系數(shù)，進(jìn)而不斷地調(diào)整濾波器的輸出值，不斷地減小輸入信號中的泵沖噪聲，不斷地更改濾波器的系數(shù)，經(jīng)過以上過程的重復(fù)，最終實現(xiàn)消除泵沖噪聲的目的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用回音抵消技術(shù)消除隨鉆測井中的泵沖噪聲的方法，其特征在于:所述環(huán)境噪聲包括扭矩噪聲、泵沖噪聲、鉆頭噪聲。
【文檔編號】E21B47/18GK104265278SQ201410371226
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】王肄輝, 劉海, 熊陵 申請人:中天啟明石油技術(shù)有限公司