随钻脉冲信号检测系统的关键技术研究

发布时间：2020-07-16 23:03

【摘要】：石油是人们生产生活的必需品,环绕着我们衣食住行的方方面面,如何高效地开采这种不可再生能源是众多研究人员共同努力的方向。目前无线随钻测井系统中应用最为广泛的井下通信方式是泥浆脉冲传输,由于现场测量条件的影响,随钻测量所获取的脉冲信号被大量的干扰噪声掩埋,因而准确高效地提取随钻脉冲信号成为迫切需要解决的问题。针对上述情况,本文中对泥浆脉冲信号特性分析及处理方法做了简单的介绍和分析;设计了随钻脉冲信号检测系统的整体方案,并对其硬件和软件进行了相应的设计;最后,在深入CMSE的滤波特性的基础上,提出了一种新的随钻脉冲信号处理分析算法。随钻脉冲信号系统的设计方面,提出了随钻脉冲信号采集系统的整体设计方案,其中硬件设计包括了防爆箱、主控电路、信号调理电路、电源模块、无线通信模块这几部分的设计,主要考虑了系统的可靠性、抗干扰性和安全性;软件设计主要针对GPRS无线通信模块,最终完成PCB实验板的设计,确保信号的完整采集。引入CMSE指标,并结合EMD方法,在低频信号的去噪方面具有较好的效果。采用EEMD算法结合CMSE指标对含噪单一信号进行低通滤波处理,得到了很好的去噪结果。对CMSE结合EEMD的方法进行了进一步探究和推广,将其应用于多种频率的正弦混合信号的分离上,分离分析结果表明,在误差允许的范围内,混合信号均能分离成多个单一的正弦信号。综合CEEMD算法的诸多优势,且通过对各停止准则的评估,提出了一种基于CEEMD与平波整形的随钻脉冲信号提取算法。采用基于固定“筛”数量停止准则的CEEMD对含噪随钻脉冲信号进行分解,以CMSE指标为理论判据,重构信号的低频IMF分量;提出平波预处理策略改进现行的脉冲整形算法,进而对重构后的信号进行整形处理。进行了仿真分析和实验研究,结果均表明,该算法可以准确提取原始脉冲信号,提高了系统的实时性,且更加符合工程实际使用要求。本课题所研究的随钻脉冲信号检测系统的关键技术,经过实验研究证实达到了设计要求;通过仿真信号和实验信号,重点验证了随钻脉冲信号处理算法的可行性。以上研究对随钻脉冲信号检测系统的开发以及对此类混合信号的分离提取而言,具有一定的参考价值。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE271
【图文】：

钻探石油时用的最多的通讯方式为泥浆脉冲传输，泥浆脉冲发生器随钻头油井中，并将井下的数据信息转换成泥浆脉冲波传输到地面，此后，井下数由立管压力传感器转换成电信号后经地面的随钻脉冲信号采集系统进行信号，然后将采集到的电信号传输到上位机，由上位机经过分析、计算、译码得映井下真实状况的工程数据用以指导勘探[42]。.1 脉冲信号的产生目前，在随钻测量的工程实践中，泥浆脉冲信号的传输方式包括了正脉冲脉冲、连续波等。下面分别对其进行详细的介绍。.1.1 正脉冲传输正脉冲泥浆发生器研发较早，且这种传输方法使用得最为广泛，性能最为和稳定，在 MWD 和 LWD 的应用中已较为成熟。目前，正脉冲传输方式已有了比较成熟的理论基础，因此，在国内外市场上，以正脉冲传输作为理论的的随钻测量系统实际应用的产品种类较为丰富[43]。

合肥工业大学学术硕士研究生学位论文断的进行往复运动，如此可产生一系列的正脉冲泥浆信号。正脉冲信号发生器具有诸多优势，比如产生的泥浆脉冲信号稳定，随钻结构简单，操作简单，维护容易等等；但是也存在一些缺陷，比如虽然传输稳定性，但是其传输效率不高，不太适合于传输数据量较大的场合.2 负脉冲传输负脉冲泥浆脉冲发生器由泄流阀门组成，包括钻铤上的泄流孔和泄流阀图 2.2 为泥浆负脉冲传输方式工作示意图，当泄流阀阀门打开时，即旁，一部分泥浆液从钻柱内流向环空，此时管柱内部的泥浆压力因泥浆液减小；当阀门关闭时，管柱内泥浆压力可慢慢恢复到原来状态。与泥浆生器类似，根据流体力学的知识可知，管内的泥浆压力会随着泄流阀门改变，从而在开闭的同时，随之产生了泥浆负脉冲信号[3]。

图 2. 3 连续波传输方式工作示意图Fig 2.3 The work diagram of continuous wave transmission脉冲传输方式，连续波传输具有传输速率高的优势，但其，因而对信号处理系统的要求比较高。当前，在国内关于于起步阶段，关于此信号的发生和传输相关的研究资料也井深度和难度的增加，需要测量的井下数据也随之增加，的数据量也随之大幅增加，对传输速率也提出了更高的要冲传输方式的研究具有广阔的应用前景。号数据编码方式到的井下数据进行编码主要是为了减少随钻脉冲信号传输体系统的有效性。现阶段，随着所需采集的井下数据量的脉冲信号传输速率要求的提升，石油开采难度越来越大，码技术的要求也随之增加，选择何种方式编码将会直接影钻脉冲信号的质量。目前国内采用最多的泥浆脉冲信号数

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本文编号：2758625