钻井液随钻数据传输系统的泵冲干扰信号消除方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及随钻测量领域，特别涉及一种钻井液随钻数据传输系统的栗冲干扰信 号消除方法。
【背景技术】
[0002] 随钻测量（MWDMeasurementWhileDrilling)是一种能在钻头钻井过程中测量、 采集钻头附近测井数据，并将采集数据实时传输到地面系统的技术。测井数据通常包括地 层特性信息和各种钻井工程参数。作为目前用于钻井随钻测量中最成熟的信息传输技术之 一，钻井液压力信号传输方式的基本工作原理是将井下测得的信息转换成控制信息，并将 控制信息作用于井下的钻井液压力信号发生器，使传输信道中的钻井液压力发生变化，从 而产生钻井液压力脉动，压力脉动通过传输信道中的钻井液传递到地面，经地面处理系统 处理而转换成所需的井下测量信息。
[0003] 钻井液MWD系统的总体结构如图1所示；其中，泥浆栗驱动钻井液循环，井下发送 端将数据以钻井液压力脉冲形式发送到地面，地面通过压力传感器将钻井液的压力变化转 换为电信号送入地面接收单元，地面接收单元负责解码出井下发送的数据。
[0004] 地面接收端常用的信号处理流程如图2所示；其中，钻井液随钻数据传输系统的 各种干扰和噪声中，泥浆栗产生的栗冲干扰信号脉冲幅度较强，当其频率成分与井下发送 的泥浆波信号混叠时会对有用信号形成较强的干扰，并且难以去除。地面接收端一般在预 处理阶段消除栗冲干扰信号，处理后数据解码输出可以准确地解析到井下发上来的数据。
[0005] 现有的钻井液随钻数据传输系统在消除栗冲干扰信号的工作上做了许多的尝试， 例如利用限波器滤除带内栗冲干扰信号频率分量、利用泥浆栗活塞位置传感器及自适应算 法合成栗冲干扰信号、利用自适应梳状滤波器消除栗冲干扰信号、以及采用非线性滤波方 法消除栗冲干扰信号等。但是这些方法去除栗冲干扰信号的效果均不理想，效果较差。
[0006] 因此，需要一种有效消除栗冲干扰信号的钻井液随钻数据传输系统的栗冲干扰信 号消除方法。
【发明内容】
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供一种钻井液随钻数据传输系统的栗冲干扰信号 消除方法。
[0008] 本发明的技术方案为：获取栗冲干扰信号基频，并根据所述栗冲干扰信号基频，采 用自适应傅立叶级数的合成方式合成栗冲干扰信号；
[0009] 将所述栗冲干扰信号基频与接收的井下数据信号同步，并从与所述栗冲干扰信号 基频同步后的接收的井下数据信号中，消除所述采用自适应傅立叶级数合成的栗冲干扰信 号。
[0010] 根据一种具体的实施方式，所述栗冲干扰信号基频与接收的井下数据信号同步的 方法为，
[0011] 根据所述栗冲干扰信号基频频率对应的栗冲干扰信号的周期，对所述接收的井下 数据信号进行内插，使与所述栗冲干扰信号基频同步后的接收的井下数据信号的采样频率 为所述栗冲干扰信号基频频率的整数倍。
[0012] 根据一种具体的实施方式，所述栗冲干扰信号基频与接收的井下数据信号同步的 方法为，
[0013] 根据所述接收的井下数据信号的采样频率和所述栗冲干扰信号基频频率，计算出 变尺寸同步窗的窗口，使所述变尺寸同步窗的窗口内包含整数个栗冲干扰周期。
[0014] 根据一种具体的实施方式，根据所述栗冲干扰信号基频，采用自适应傅立叶级数 合成的方式合成的栗冲干扰信号为，
[0015]
[0016] 其中，/3(?)为合成的栗冲干扰信号，觀灸)和I決)为自适应傅里叶级数的系数，n 和k取值均为0,1，…，N-1，其中N为正整数，并且满足N个连续采样点包含整数个栗冲干 扰信号的周期。
[0017] 根据一种具体的实施方式，根据消除所述采用自适应傅立叶级数合成的栗冲干扰 信号后的接收的井下数据信号，采用最小均方误差算法或递归最小二乘算法计算出所述自 适应傅里叶级数的系数。
[0018] 根据一种具体的实施方式，所述栗冲干扰信号基频与所述接收的井下数据信号同 步时，对所述接收的井下数据信号进行分块处理。
[0019] 根据一种具体的实施方式，对所述接收的井下数据信号进行分块处理时，使每个 数据块包含整数个栗冲干扰周期。
[0020] 根据一种具体的实施方式，获取所述栗冲干扰信号基频的方法为，
[0021] 通过栗冲计数器测量栗冲干扰信号的周期或者对所述接收的井下数据信号分析 并估计出所述栗冲干扰信号基频。
[0022] 本发明的有益效果在于：本发明通过获取栗冲干扰基频，并基于栗冲干扰基频，采 用自适应傅立叶级数合成的方式合成栗冲干扰信号和对接收的井下数据信号同步采样，在 此基础上从经同步采样后的接收的井下数据信号中消除合成后的所述栗冲干扰信号。本发 明可有效去除栗冲干扰信号，使得钻井液随钻数据传输系统中的地面接收端可准确接收井 下有用信号。
【附图说明】
[0023] 图1是钻井液MWD系统的总体结构图；
[0024] 图2是地面接收端常用的信号处理流程图；
[0025] 图3是钻井液噪声信号的时域波形图；
[0026] 图4是钻井液噪声信号的统计分布图；
[0027] 图5是钻井液噪声信号的自相关函数图；
[0028] 图6是钻井液噪声信号的功率谱图；
[0029] 图7是本发明同步自适应栗冲干扰对消方法的基本原理图；
[0030] 图8是本发明数字采样率同步结构示意图；
[0031] 图9是本发明变尺寸同步窗的结构示意图；
[0032]图10是地面采集信号波形图；
[0033] 图11是本发明栗冲干扰消除后的信号波形图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图进行详细说明。
[0035] 在钻井液MWD系统中钻井液信道的环境十分恶劣，并且由于现场测量条件的影 响，安装在立管上的用于检测钻井液压力脉动的压力传感器的输出信号不仅包含井下传来 的有用信号，而且含有由于泥浆栗压缩钻井液而引起的大幅度周期性压力波动和其他各种 机械作用所引起的压力波动以及随机噪声。其中，对井下传来的有用信号的干扰表现为与 栗冲特性相关的周期性脉冲，噪声表现为宽带白噪声且幅度远大于有用信号幅度。造成井 口处信号完全淹没在各种噪声中。根据实际测量，采集到如图3所示的钻井液信道噪声信 号的时域波形，如图4所示的时域噪声的统计分布，根据对图3和4分析可以得到，钻井液 噪声信号在时域的统计分布呈正态分布。如图5所示的钻井液噪声信号的自相关函数，如 图6所示的钻井液噪声信号的功率谱，根据对自相关函数和功率谱的分析可以得到，钻井 液噪声信号有很强的周期性分量，并且该周期性分量是由于泥浆栗的栗冲造成的周期性干 扰。
[0036] 针对泥浆栗产生的栗冲干扰信号的幅度较强，且具有明显的周期特性。本发明提 出了一种钻井液随钻数据传输系统的栗冲干扰信号消除方法。结合图7所示的本发明同步 自适应栗冲干扰对消方法的基本原理图；其中，
[0037]接收的井下数据信号为sin(n)，基频测量及估计模块可通过对接收的井下数据信 号&>)分析，估计出接收的井下数据信号&>)中的栗冲干扰信号的基频频率；或者通 过栗冲计数器测量栗冲干扰周期，并计算出接收的井下数据信号sin(n)中的栗冲干扰信号 的基频频率。
[0038] 获取栗冲干扰信号基频后，将栗冲干扰信号基频分别发送至同步模块和傅里叶级 数合成模块。其中，傅里叶级数合成模块根据栗冲干扰信号基频，采用自适应傅立叶级数的 合成方式合成栗冲干扰信号。
[0039]同步模块将栗冲干扰信号基频与接收的井下数据信号同步，并从与栗冲干扰信号 基频同步后的接收的井下数据信号中，消除采用自适应傅立叶级数合成的栗冲干扰信号。