基于时间偏移单通道数据噪声消除的方法与流程

本发明涉及钻探,具体为基于时间偏移单通道数据噪声消除的方法。

背景技术：

1、随钻测井技术是油气田勘探开发的关键技术之一，井下数据传输是制约随钻测井技术发展的瓶颈，泥浆脉冲遥传信号和深度信号均参杂着大量的环境干扰，开发能够有效滤除这些环境干扰，还原原始信号的处理算法是整个处理单元最大的挑战，具有相当的复杂性。

技术实现思路

1、本技术方案所要解决的技术问题为：为了提高mwd传输速率，需要去除残余泵噪声，以提高信号的信噪比。现场一般采用双传感器来去除泵噪声，进而准确探测mwd信号。

2、为实现以上目的，本发明创造采用的技术方案：基于时间偏移单通道数据噪声消除的方法，包括井底钻具组合、随钻测量仪器、钻杆、方钻杆、方钻杆软管、压力传感器、立管、泥浆泵、脉冲阻尼器和地面系统，泥浆泵为双联泵或者三联泵，泥浆泵上装有脉冲阻尼器，脉冲阻尼器中填充一半容积的氮气，立管上安装有压力传感器，压力传感器同时测量输入的不同的mwd信号与泥浆泵噪声，泥浆泵噪声脉冲信号为n1,n2,n3,之间的时间间隔为τ，所述不同的mwd信号s1,s2,s3,，mwd信号有固定的时间长度，也就是码元时间，噪声消除方法为：偏移-叠加-消减的方法消除信号中的泵噪声，具体步骤如下：

3、1)将第一道信号mwd信号s1分别偏移τ与2τ时间，形成第二道新的信号s2；

4、2)将第一道信号s1与第三道信号s3相加放大泵噪声信号而削弱mwd信号，形成泥浆泵噪声的信号noise；

5、3)将第二道信号s2减去形成的泵噪声信号noise就可以去除s2中的噪声信号。

6、本技术方案的有益效果为：用于减弱泥浆泵活塞引起的压力波动而形成的冲击。随钻测量仪器通过对钻杆中的泥浆流进行阻塞可以产生变化的声波信号，将声波信号进行编码即可将井下测量的数据实时发送到地面上。声波信号传输到地面上后由安装在立管上的压力传感器进行测量。

7、本技术方案所要解决的技术问题为：目前有很多种mwd数据遥传方法，比如阻断/打开泥浆流通路的低频正脉冲/负脉冲方法，或者最新的通过旋转阀产生高频连续波信号的数据遥传技术。特别地，高频连续波的信噪比一般都比较差，解码之前必须去除噪声。

8、为实现以上目的，本发明创造采用的技术方案：基于时间偏移单通道数据噪声消除的方法，第一道波形s1为bpsk编码信号与现场提取的泥浆泵噪声的叠加，第二道波形s2为s1偏移τ时间的结果，所述第三道波形s3则为s1偏移了2τ时间，所述第四道波形为s1与s3的叠加，也就是s1与s3相加后除以2，由于泵噪声周期与码元时间的不同，第四道波形加强了噪声而削弱了信号，因此可以作为噪声估计信号noise1。所述s2信号减去噪声估计信号noise1可以得到消除泵噪声后的信号signal1。

9、所述压力传感器探测到的信号为sig，则上面求取噪声noise1和信号signal1的过程可以总结为：

10、s1＝sg；

11、s2＝shift(sg,τ)；

12、s3＝shift(sg,2τ)；

13、noise1＝(s1+s3)/2；

14、signal1＝s2-noise1；

15、其中shift为可以对信号进行时间偏移的函数。

16、本技术方案的有益效果为：通过单传感器去除噪声，则mwd信号的探测将更容易。码元时间却与泵噪声周期相差很大，因此相加后会放大泵噪声信号而削弱mwd信号，从而形成近乎完全是泥浆泵噪声的信号noise。用第二道信号s2减去形成的泵噪声信号就可以去除s2中的噪声信号。

17、为实现以上目的，本发明创造改进后采用的技术方案：bpsk编码信号的载波频率为10hz，所述bpsk信号发送的二进制码为[00111101101101010011110110110101]，bpsk信号与泥浆泵噪声相加即可模拟安装在立管上的压力传感器探测到的信号sig。

18、本技术方案改进后的有益效果为：将bpsk信号与泥浆泵噪声相加即可模拟安装在立管上的压力传感器探测到的信号。

19、为实现以上目的，本发明创造改进后采用的技术方案：所述泥浆泵的周期τ，也就是两个相邻的泵脉冲之间的时间差为615ms，码元时间0.4秒，每个码元包含4个周期载波信号。

20、本技术方案改进所要解决的技术问题为：如果泥浆泵为双联泵，则泵噪声信号的形状会有所不同。由于双联泵的阀门不可能完全一致，且向前向后排出的流体体积也是不同的，因此泵噪声的不同脉冲之间可能会出现形状不一致，也就是泵噪声脉冲的形状会交替变换。

21、为实现以上目的，本发明创造改进后采用的技术方案：第一道信号mwd信号s1还可以偏移2τ时间，具体过程为：

22、s1＝sg；

23、s2＝shift(sg,2*τ)；

24、s3＝shift(sg,4*τ)；

25、noise2＝(s1+s3)/2；

26、signal2＝s2-noise2。

27、本技术方案改进后的有益效果为：双联泵的转速为60rpm(revolutions perminute)，则泥浆泵周期τ为500ms，此时偏移500ms进行去噪处理可能会得到较好的结果，当偏移1000ms进行处理时，则会得到最好的结果。

28、本技术方案改进所要解决的技术问题为：如果泥浆泵为三联泵，由于脉冲阻尼器反射导致的泵噪声削弱对不同泵是不同的，那么对于离阻尼器最近的泵，脉冲阻尼器反射产生的泵噪声削弱程度是最高的。

29、为实现以上目的，本发明创造改进后采用的技术方案：将未偏移的信号s1和分别偏移时间τ与2τ的两路信号s2与s3进行进行叠加平均求取噪声信号noise2，具体过程如下：

30、s1＝sg；

31、s2＝shift(sg,+τ)；

32、s3＝shift(sg,+2τ)；

33、noise3＝(s1+s2+s3)/3；

34、signal3＝s2-noise3。

35、本技术方案改进后的有益效果为：由于脉冲阻尼器发射导致的泵噪声削弱程度的不同，三个相邻噪声脉冲之间的形状是有所区别的，应当采用三倍的泥浆泵周期τ进行泵噪声消除处理。

36、本技术方案改进所要解决的技术问题为：去除泵噪声的信号signal4。

37、为实现以上目的，本发明创造改进后采用的技术方案：将减去噪声的信号再逆偏移到s2与s3的时刻，然后进行叠加平均，求得最终去除泵噪声的信号signal4，具体处理过程可以表示为：

38、s1＝sg；

39、s2＝shift(sg,+τ)；

40、s3＝shift(sg,+2τ)；

41、noise4＝(s1+s2+s3)/3；

42、sig1＝s1-noise4；

43、sig2＝shift((s2,-noise4),-τ)；

44、sig3＝shift((s3,-noise4),-2τ)；

45、signal4＝(sig1+sig2+sig3)/3。

46、本技术方案改进所要解决的技术问题为：减少噪声对数据的影响。。

47、为实现以上目的，本发明创造改进后采用的技术方案：对信号进行了三种不同时间的偏移，然后按照基于时间偏移单通道数据噪声消除的方法进行处理，具体处理过程为：

48、s1＝sig；

49、s2＝shift(sig,+τ)；

50、s3＝shift(sig,+2τ)；

51、s4＝shift(sig,+3τ)；

52、s5＝shift(sig,+4τ)；

53、noise5＝(s1+s2+s4+s5)/4；

54、signal5＝sig3-noise5。

55、本技术方案改进后的有益效果是通过偏移-叠加-消减的方法消除信号中的泵噪声，从而提高信号的质量和准确性。具体效果包括：

56、1.去除泵噪声：通过将不同的mwd信号进行偏移和叠加，可以削弱并分离出泵噪声信号，从而减少对信号的干扰。

57、2.提高信号质量：通过消除泵噪声，可以使得mwd信号更清晰、更稳定，提高数据的准确性和可靠性。

58、3.改善测量精度：去除泵噪声后，mwd信号的噪声水平降低，可以提高对地下钻探数据的测量精度和解释能力。

59、4.提升数据解读能力：清晰的mwd信号有助于准确解读地下地质信息，提供更好的钻井决策依据，降低钻井风险。

60、综上所述，该技术方案可以有效消除泵噪声，提高信号质量和测量精度，为地下钻探提供更可靠的数据支持，从而提高钻井效率和成功率。