一种泥浆液连续波信号的处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种泥浆液连续波信号的处理方法，属于石油随钻测量或随钻测井的
技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，随钻测井(LWD)技术不断发展，通过实时传输井下测量数据，不仅能够及 时指导钻井的钻进过程，还能够提高钻探效率、节约成本，对石油行业的发展至关重要。国 外随钻测井技术已经逐渐成熟，技术角度来说，可以完全代替电缆测井技术。可是国际随钻 市场份额和技术被斯伦贝谢、贝克休斯等几大公司绝对垄断。国内购买技术服务，投资巨 大。
[0003] 井下信号传输技术是随钻测井中的关键技术之一。目前，泥浆压力波信号传输系 统是被验证的最为成熟可靠的随钻测井无线传输方式。井下测井仪器测量各种参数记录数 据，经过信号发生器的调制，通过改变钻柱内的钻井液压力来向地面传输数据，信号在钻柱 内以压力波的形式传播;地面的压力传感器记录钻柱内的钻井液压力来采集井下随钻测量 数据。
[0004] 实践证明，钻井液压力波信号传输方式是从井下无线传输数据最实用、最可靠的 方法，但存在的一极其突出的问题，微弱信号极易受到噪声干扰。井下测量设备采集的LWD/ MWD数据，经泥浆压力信号传输到地面时强度被极大削弱，这是由于泥浆信道的固有特性决 定的。钻柱内的泥浆信道复杂多变，会产生许多噪声干扰，噪声最主要的来源是地面接收器 附近泥浆栗的噪声，还包含泥浆马达噪声、钻头震动、钻柱屈曲等干扰。这些因素不可避免 的造成地面接收的信号发生失真，并且包含大量噪声，甚至信号完全淹没在噪声中，处理难 度大大增加；同时也降低了数据的质量和实时性，对指导钻井的顺利进行影响很大，尤其是 在一些超深井钻探过程中，钻探失误意味着巨大的经济损失。
[0005] 目前，对随钻测井信号的传输主要采用正/负脉冲方式(0.5_3bits)，相对与连续 波传输方式(大于12bits)来说，传输速率较低，通过改善传输方式可以提高信号传输强度， 增加钻井深度。对采集的复杂钻井信号的分析处理是至关重要的，有效的信号降噪和基线 矫正算法，可以提高信号的处理质量和识别率，提高信号传输效率。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的不足，本发明提供一种泥浆液连续波信号的处理方法。本发明提 供的信号处理算法，针对不同频率的连续波信号进行自适应处理，保证不同阶段测井的稳 定可靠。
[0007] 泥浆液连续波传输系统的噪声，主要是地面压力传感器附近泥浆栗运行时产生的 噪声。U.S. Pat.No. 5146433中详尽描述了泥浆栗噪声的产生和特性。泥浆栗通过活塞的往 复运动来产生泥浆液流，三个活塞产生120度的相位差，来保证泥浆液压力的平稳。同时产 生多个谐波噪声(约2Hz、4Hz、6Hz、8Hz、…），使噪声频谱变宽。
[0008] 噪声还包括泥浆马达、钻头震动、井下动力钻具失速、钻柱屈曲等引起的压力波 动，随机性较大，相对幅度较强，频率较低。噪声频谱表现为限带高斯白噪声。与信号低频载 波频率相近，会有一定的噪声进入信号的频带，造成信号的信噪比较低。图2是泥浆栗系统 的噪声频谱图。栗噪声是始终存在的，没有井下信号时信道输出端就会输出这种加性噪声， 是接收错误的主要因素之一。
[0009] 本发明的技术方案如下：
[0010] 一种泥浆液连续波信号的处理方法，包括步骤如下：
[0011] 1)建立钻井液压力波信号模型：
[0012] S(t)=Af(t) + Σ p(t)+pn(t)
[0013] 其中：λ是连续波信号的传输衰减函数;f(t)是初始井下编码的连续波信号;p(t) 是地面泥浆栗的周期性栗冲噪声;n(t)是低强度高斯白噪声；
[0014] 2)对连续波信号进行小波阈值降噪和基线矫正处理：
[0015]
[0016] 通过尺度a的膨胀和位置参数b的移动，利用小波的带通特性，将信号分解到各个 频带上去，同时保留各分量的时间信息；
[0017] 所述小波阈值降噪和基线矫正处理包括步骤如下：
[0018] (1)泥浆液连续波信号的小波分解;选择sym2小波并对含噪声信号S进行N层小波 分解，N满足条件N2 1og2fs的最小正整数，fs是泥浆连续波信号的采样频率；
[0019] (2)对小波分解各层细节进行阈值量化处理：
[0020] 对分解1-N层小波系数选用固定阈值原则祕γ = 进行处理，保留真实信号 中的相位改变等调制信息；
[0021] (3)重构泥浆连续波信号：
[0022] 根据小波分解的第Ν层近似部分小波系数和各层高频系数进行一维小波重构。 [0023]本发明的优势在于：
[0024] 本发明所述一种泥浆液连续波信号的处理方法的优点在于，傅里叶变换不适用于 信号与噪声频带相互重叠的领域，尤其是在低频基带信号传输时，而小波变换将信号分解 成一系列小波函数的叠加，在低频部分具有较高的频率分辨率，在高频部分具有较高的时 间分辨率。这种特性对信号有自适应性，可以反应信号的细节。
[0025] 随钻测量信号在传输过程中，易受到各种噪声的影响。地表泥浆栗噪声是主要来 源，栗噪声为多频，且基波频率与有用信号的基频很接近甚至混叠，频率和幅度输出基本稳 定，噪声频谱图见图2。钻柱内泥浆信道信噪比较小，噪声幅度可能会远大于有用信号强度， 以致淹没在噪声之中。其它包括泥浆马达、扭矩噪声螺杆噪声等，几乎占据除栗冲噪声外的 整个频段。本发明采用软件滤波的方法进行降噪处理，软件滤波可以突破硬件滤波的限 制，在滤波方式选择、参数设置、适用范围等方面具有天然的优势。
【附图说明】
[0026]图1为本发明所述方法中，所述传输频率与压力关系图；
[0027]图2为本发明中泥浆栗噪声信号的频谱图；
[0028]图3a_图3f为本发明调相方式高频连续压力波信号的波形仿真图：
[0029]图3a为调相方式原始信号波形；
[0030] 图3b为噪声模型；
[0031]图3c调相方式含噪声信号波形；
[0032]图3d调相方式含噪声信号频谱图；
[0033]图3e调相方式小波分析前后各层成分；
[0034]图3f调相方式小波分析重构信号波形；
[0035]图4a_图4f为本发明调频方式高频连续压力波信号的波形仿真图：
[0036]图4a为调频方式原始信号波形；
[0037] 图4b为噪声模型；
[0038]图4c调频方式含噪声信号波形；
[0039]图4d调频方式含噪声信号频谱图；
[0040]图4e调频方式小波分析前后各层成分；
[0041 ]图4f调频方式小波分析重构信号波形；
[0042]图5a_图5f为本发明低频基带信号方式的波形仿真图；
[0043]图5