高速率泥浆脉冲调制解调器设计与实现
发布时间：2021-01-09 12:29
在石油勘探中,随钻测量是定向钻井中获取井下数据参数的重要技术手段,在石油工业中得到了广泛的应用。其主要优势在于传输速率高,抗干扰能力强,能够实时检测到地层变化以便工程师可以根据获取的信息实时调节钻井轨迹。但由于随钻测量技术在国内起步较晚,我国的技术和工艺都还不够成熟,如:信息的传输速率比较低,信号的降噪效果不够理想。为了解决我国在石油开采中的被动局面,提出本研究课题,高速率泥浆脉冲调制解调器设计与实现。文章主要从调制方式与解调方式的选择、泥浆脉冲信号噪声的消除、信号采样率变换与信号同步、信号的均衡与判决几个方面进行系统的搭建与实验验证。主要研究内容如下:1、调制与解调方式的选择方面,文章首先分析了泥浆脉冲信号的产生机理与信号传输特性,并从提高抗噪性能和尽量避开泥浆泵噪的角度出发,选取了BPSK调制作为系统的调制方案。信号解调方面,根据泥浆脉冲信号的特点选取了解调性能优异的正交解调方式。2、泥浆脉冲信号噪声消除方面,文章首先分析了泥浆脉冲信号中噪声的组成成分,通过噪声特性,提出了单传感器消噪算法和双传感器消噪算法。单传感器消噪主要介绍了基于离散傅里叶变换的噪声抑制算法和基于泵冲同步的自适...
【文章来源】： 王亚兰 电子科技大学
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
随钻测量系统示意图
电子科技大学硕士学位论文22第三章泥浆脉冲信号噪声消除算法研究3.1引言在泥浆脉冲信号传输系统中，由于信号从井底到地面需要很长的传输距离，且所经过的泥浆信道也十分复杂，在传输信号的过程中难免会受到来自泥浆液中气泡量、泥浆泵和井底发动机的干扰，这些噪声会与泥浆脉冲信号混合在一起，使得有用信号难以识别出来[39]。因此，地面传感器采集到的泥浆脉冲信号中还混杂着大量的噪声，这些噪声幅度较大，频率多样，对信号的后续处理造成了重大影响，因此本章主要对噪声源和噪声组成进行分析，并通过分析结果提出有效的噪声消除方案。3.2噪声组成分析由于泥浆信道环境复杂，信号在传输的过程中难免会受到噪声的干扰。这些噪声的源头主要有泥浆泵、井底动力机、泥浆中的气泡、活动钻具以及空气室等[39]。图3-1为钻井过程中的噪声源以及频率分布范围[40]。图3-1钻井噪声频率分布图这些噪声按噪声频率分布情况可以划分成高频噪声、低频噪声、随机噪声以及泥浆泵噪声。其中高频噪声是频率较大的噪声，主要是由钻柱钻进时的抖动产生；低频噪声是幅度较大频率较低的噪声信号，是由钻井过程中泥浆液环境的变化和钻具的摆动引起；随机噪声的能量均匀的分布在频谱，与高斯噪声非常相似，可以
第三章泥浆脉冲信号噪声消除算法研究23通过简单的滤波即可消除；泥浆泵噪声是泥浆泵在工作时产生的周期性的压力波，此噪声一般与有效信号脉冲相关。由图3-1可以看出高频噪声、低频噪声、随机噪声可以通过常规的滤波器消除，其原因是这些噪声的主要能量都集中在有效脉冲频带外。但泥浆泵噪声主要分布在有效脉冲信号带内，且地面采集系统中的压力传感器被安装在靠近泥浆泵比较近的立管端，在采集到的信号中，泥浆泵噪声的幅度远远大于信号的幅度，有用信号基本淹没在噪声中[41]。所以在泥浆脉冲信号中，泥浆泵是主要的噪声。因此，如何有效地消除泥浆泵噪声并获得有用信号才是降噪的关键所在。泥浆泵正常工作时会产生两种噪声：一种是对泥浆脉冲信号干扰较小的泵冲程噪声；另一种是泥浆泵活塞周期性向钻铤中推注泥浆时产生的噪声信号，这种噪声干扰较强，为脉冲信号的主要干扰源。在现场作业时，泵的各次谐波频率可以表示为[42]：60nnfF(3-1)其中：n为谐波次数；f表示泥浆泵每分钟产生的泵冲数(strokes/min)。由公式(3-1)可知，泥浆泵噪声主要是由与泵冲信号同频率的基波与谐波信号组成。泵的第几次谐波为主频率取决于泵的工作方式和泵的缸数，泵的工作方式主要分为单作用和双作用。在本系统中泥浆泵为三缸单作用泵，所以第3、6、9次谐波为泥浆泵噪声的主频率[41]。如图3-2所示为实际钻井过程中的一段静默信号，采样率为1000Hz。静默信号表示此信号不包含有用信号，而仅包含钻井过程中的泵噪以及其它各种噪声。图3-2系统噪声信号时频谱图从图3-2可以看出，泥浆泵噪声的基频大约在3.4Hz左右，系统噪声在泵噪的倍频处存在泵噪谐波，二次谐波频率在6.8Hz左右，三次谐波频率在10.2左右，
【参考文献】：
期刊论文
[1]MFSK信号新型正交解调算法[J]. 钱者凤. 电子设计工程. 2018(21)
[2]随钻测井泥浆脉冲传输技术解析[J]. 吴沁轩. 国外测井技术. 2016(02)
[3]电磁随钻测量技术的发展探讨[J]. 廖少波. 石化技术. 2016(02)
[4]多步梯度下降的变步长NLMS算法[J]. 徐新龙,张建秋. 复旦学报(自然科学版). 2014(03)
[5]随钻测量数据传输方式的现状和发展趋势[J]. 刘海军. 西部探矿工程. 2014(04)
[6]井下传送新技术[J]. Matthew Billingham,Ahmed M.EI-Toukhy,Mohamed K.Hashem,Mohamed Hassaan,Maria Lorente Todor Sheiretov,Matthew Loth. 国外测井技术. 2012(05)
[7]随钻测量系统泥浆脉冲传输方式介绍[J]. 杨谦,王智明,张玉美. 湖南农机. 2010(05)
[8]高歌奋进 为油开道——中国石油钻井工程技术回顾、现状与展望[J]. 苏义脑,周煜辉,黄洪春. 石油科技论坛. 2009(05)
[9]采样率转换中Farrow滤波器实现结构研究[J]. 陈彩莲,于宏毅,沈彩耀,杨珂,罗柏文. 信息工程大学学报. 2009(03)
[10]m序列及其在通信中的应用[J]. 林智慧,陈绥阳,王元一. 现代电子技术. 2009(09)
博士论文
[1]MWD中泥浆脉冲信号辨识及地面适配技术研究[D]. 涂兵.北京工业大学 2013
[2]钻井液连续波发生器设计与信号传输特性实验研究[D]. 贾朋.中国石油大学 2010
硕士论文
[1]泥浆脉冲高速遥传系统调制解调算法研究[D]. 方宇.电子科技大学 2019
[2]高速泥浆脉冲信号噪声消除方法研究[D]. 黎艺泉.电子科技大学 2019
[3]随钻泥浆脉冲遥传系统信道与同步研究[D]. 许江明.浙江大学 2018
[4]泥浆MWD遥传信号泵冲干扰的消除方法研究[D]. 李晓林.电子科技大学 2017
[5]高速泥浆脉冲数据传输系统调制解调算法研究[D]. 胡俊伟.浙江大学 2016
[6]随钻泥浆脉冲信号去噪算法和解码研究[D]. 杨威.西南石油大学 2015
[7]随钻泥浆脉冲遥测系统中OOK信号的调制解调算法研究[D]. 徐波琴.浙江大学 2015
[8]往复式脉冲器转子水力特性研究[D]. 程烨.浙江大学 2014
本文编号：2966654
【文章来源】： 王亚兰 电子科技大学
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
随钻测量系统示意图
电子科技大学硕士学位论文22第三章泥浆脉冲信号噪声消除算法研究3.1引言在泥浆脉冲信号传输系统中，由于信号从井底到地面需要很长的传输距离，且所经过的泥浆信道也十分复杂，在传输信号的过程中难免会受到来自泥浆液中气泡量、泥浆泵和井底发动机的干扰，这些噪声会与泥浆脉冲信号混合在一起，使得有用信号难以识别出来[39]。因此，地面传感器采集到的泥浆脉冲信号中还混杂着大量的噪声，这些噪声幅度较大，频率多样，对信号的后续处理造成了重大影响，因此本章主要对噪声源和噪声组成进行分析，并通过分析结果提出有效的噪声消除方案。3.2噪声组成分析由于泥浆信道环境复杂，信号在传输的过程中难免会受到噪声的干扰。这些噪声的源头主要有泥浆泵、井底动力机、泥浆中的气泡、活动钻具以及空气室等[39]。图3-1为钻井过程中的噪声源以及频率分布范围[40]。图3-1钻井噪声频率分布图这些噪声按噪声频率分布情况可以划分成高频噪声、低频噪声、随机噪声以及泥浆泵噪声。其中高频噪声是频率较大的噪声，主要是由钻柱钻进时的抖动产生；低频噪声是幅度较大频率较低的噪声信号，是由钻井过程中泥浆液环境的变化和钻具的摆动引起；随机噪声的能量均匀的分布在频谱，与高斯噪声非常相似，可以
第三章泥浆脉冲信号噪声消除算法研究23通过简单的滤波即可消除；泥浆泵噪声是泥浆泵在工作时产生的周期性的压力波，此噪声一般与有效信号脉冲相关。由图3-1可以看出高频噪声、低频噪声、随机噪声可以通过常规的滤波器消除，其原因是这些噪声的主要能量都集中在有效脉冲频带外。但泥浆泵噪声主要分布在有效脉冲信号带内，且地面采集系统中的压力传感器被安装在靠近泥浆泵比较近的立管端，在采集到的信号中，泥浆泵噪声的幅度远远大于信号的幅度，有用信号基本淹没在噪声中[41]。所以在泥浆脉冲信号中，泥浆泵是主要的噪声。因此，如何有效地消除泥浆泵噪声并获得有用信号才是降噪的关键所在。泥浆泵正常工作时会产生两种噪声：一种是对泥浆脉冲信号干扰较小的泵冲程噪声；另一种是泥浆泵活塞周期性向钻铤中推注泥浆时产生的噪声信号，这种噪声干扰较强，为脉冲信号的主要干扰源。在现场作业时，泵的各次谐波频率可以表示为[42]：60nnfF(3-1)其中：n为谐波次数；f表示泥浆泵每分钟产生的泵冲数(strokes/min)。由公式(3-1)可知，泥浆泵噪声主要是由与泵冲信号同频率的基波与谐波信号组成。泵的第几次谐波为主频率取决于泵的工作方式和泵的缸数，泵的工作方式主要分为单作用和双作用。在本系统中泥浆泵为三缸单作用泵，所以第3、6、9次谐波为泥浆泵噪声的主频率[41]。如图3-2所示为实际钻井过程中的一段静默信号，采样率为1000Hz。静默信号表示此信号不包含有用信号，而仅包含钻井过程中的泵噪以及其它各种噪声。图3-2系统噪声信号时频谱图从图3-2可以看出，泥浆泵噪声的基频大约在3.4Hz左右，系统噪声在泵噪的倍频处存在泵噪谐波，二次谐波频率在6.8Hz左右，三次谐波频率在10.2左右，
【参考文献】：
期刊论文
[1]MFSK信号新型正交解调算法[J]. 钱者凤. 电子设计工程. 2018(21)
[2]随钻测井泥浆脉冲传输技术解析[J]. 吴沁轩. 国外测井技术. 2016(02)
[3]电磁随钻测量技术的发展探讨[J]. 廖少波. 石化技术. 2016(02)
[4]多步梯度下降的变步长NLMS算法[J]. 徐新龙,张建秋. 复旦学报(自然科学版). 2014(03)
[5]随钻测量数据传输方式的现状和发展趋势[J]. 刘海军. 西部探矿工程. 2014(04)
[6]井下传送新技术[J]. Matthew Billingham,Ahmed M.EI-Toukhy,Mohamed K.Hashem,Mohamed Hassaan,Maria Lorente Todor Sheiretov,Matthew Loth. 国外测井技术. 2012(05)
[7]随钻测量系统泥浆脉冲传输方式介绍[J]. 杨谦,王智明,张玉美. 湖南农机. 2010(05)
[8]高歌奋进 为油开道——中国石油钻井工程技术回顾、现状与展望[J]. 苏义脑,周煜辉,黄洪春. 石油科技论坛. 2009(05)
[9]采样率转换中Farrow滤波器实现结构研究[J]. 陈彩莲,于宏毅,沈彩耀,杨珂,罗柏文. 信息工程大学学报. 2009(03)
[10]m序列及其在通信中的应用[J]. 林智慧,陈绥阳,王元一. 现代电子技术. 2009(09)
博士论文
[1]MWD中泥浆脉冲信号辨识及地面适配技术研究[D]. 涂兵.北京工业大学 2013
[2]钻井液连续波发生器设计与信号传输特性实验研究[D]. 贾朋.中国石油大学 2010
硕士论文
[1]泥浆脉冲高速遥传系统调制解调算法研究[D]. 方宇.电子科技大学 2019
[2]高速泥浆脉冲信号噪声消除方法研究[D]. 黎艺泉.电子科技大学 2019
[3]随钻泥浆脉冲遥传系统信道与同步研究[D]. 许江明.浙江大学 2018
[4]泥浆MWD遥传信号泵冲干扰的消除方法研究[D]. 李晓林.电子科技大学 2017
[5]高速泥浆脉冲数据传输系统调制解调算法研究[D]. 胡俊伟.浙江大学 2016
[6]随钻泥浆脉冲信号去噪算法和解码研究[D]. 杨威.西南石油大学 2015
[7]随钻泥浆脉冲遥测系统中OOK信号的调制解调算法研究[D]. 徐波琴.浙江大学 2015
[8]往复式脉冲器转子水力特性研究[D]. 程烨.浙江大学 2014
本文编号：2966654
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2966654.html
