周期性钻柱声波信道的信号传输及检测方法研究
发布时间：2021-01-25 09:51
随着社会经济的高速发展,石油天然气等化石能源逐渐成为各行业不可或缺的重要资源。为了满足日益增长的能源需求、解决复杂油气勘探难题,自动化与智能化测井技术逐渐成为研究重点。作为智能测井的核心技术,随钻测井（Logging While Drilling,LWD）可以在钻进过程中对井下地层岩石特性进行测量并上传测井数据,地面系统根据地层评估结果实时指导钻井,实现地质导向。井下数据实时高效传输是随钻测井的一个技术难点,其研究对发展随钻测井技术具有重要意义。目前,随钻测井数据传输速率很低,只能传输少量钻头工况信息,大量测井数据存储在井下电路中。当钻井作业完成提取出井下仪器后,才能获得测井数据,无法满足随钻测井实时传输需求。随钻数据声波传输利用声波为载波,钻杆和接箍周期性相连的钻柱为信道,可以实时传输井下测井数据,具有传输速率高、适用性强、开发成本低、操作简单等优点。然而,钻柱信道的多径时延、井下钻头和地面环境的强噪声干扰等严重影响了声波传输和检测,限制了随钻声波传输技术研究与开发。基于此,本文主要解决了声波在钻柱信道中传输和检测等问题,以期实现声波信号在钻柱信道中的高效传输。本文的主要工作和创新如...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
缩略词对照表
主要符号对照表
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景与意义
1.2 国内外研究现状及趋势
1.2.1 泥浆脉冲传输技术
1.2.2 电磁波传输技术
1.2.3 智能钻杆传输技术
1.2.4 光纤传输技术
1.2.5 声波传输技术
1.2.6 随钻数据传输技术对比
1.3 本文的主要工作及结构安排
第二章 周期性钻柱信道中声波传输特性研究
2.1 引言
2.2 无限固体介质中弹性波的波动特性
2.2.1 弹性波的波动原理
2.2.2 弹性波的波动类型
2.3 钻杆中声波的传输特性
2.3.1 钻杆中纵波的波动特性
2.3.2 钻杆中扭转波的波动特性
2.3.3 钻杆中弯曲波的波动特性
2.3.4 钻杆中声波传输的衰减特性
2.4 钻柱信道中声波纵波的传输特性
2.4.1 钻柱信道的频散特性
2.4.2 基于有限差分法的钻柱信道模型
2.4.3 基于传输矩阵法的钻柱信道模型
2.4.4 基于等效声透射法的钻柱信道模型
2.4.5 钻柱信道模型对比
2.5 钻柱结构和阻尼边界对声波传输性能影响
2.5.1 钻杆级联数对声波传输性能的影响
2.5.2 钻杆长度对声波传输性能的影响
2.5.3 接箍横截面积对声波传输性能的影响
2.5.4 非统一尺寸的结构单元对声波传输性能的影响
2.5.5 钻井液粘滞耦合对声波传输性能的影响
2.6 声波传输测试平台设计
2.6.1 系统需求分析
2.6.2 测试模型建立
2.6.3 发射电路设计
2.6.4 接收电路设计
2.7 本章小结
第三章 钻柱信道中噪声抑制与信号检测方法研究
3.1 引言
3.2 随钻声波无线传输信道特性研究
3.2.1 无线信道的基本理论
3.2.2 随钻数据声波传输系统模型
3.2.3 声波上下行传输信道容量分析
3.3 随钻声波传输中噪声干扰特性与模型
3.3.1 井下环境噪声特性分析
3.3.2 井下钻头噪声特性分析
3.3.3 井上环境噪声特性分析
3.3.4 噪声干扰模型
3.4 隔声体设计
3.4.1 隔声体原理
3.4.2 隔声体性能
3.5 上行传输中双接收传感器阵列
3.5.1 分集增益技术
3.5.2 双接收传感器阵列设计
3.6 本章小结
第四章 基于NC-OFDM的随钻数据声波传输系统研究
4.1 引言
4.2 NC-OFDM系统模型
4.2.1 NC-OFDM调制解调原理
4.2.2 NC-OFDM抗多径性能分析
4.2.3 基于NC-OFDM的随钻数据声波传输模型
4.3 NC-OFDM系统发射端设计
4.3.1 星座映射原理
4.3.2 PAPR抑制技术
4.3.3 导频设计
4.4 NC-OFDM系统接收端设计
4.4.1 定时同步研究
4.4.2 信道估计
4.4.3 接收端信号检测
4.5 基于预编码NC-OFDM的传输系统设计
4.5.1 哈尔小波变换
4.5.2 预编码矩阵设计
4.5.3 接收端信号检测
4.6 结果验证与分析
4.6.1 仿真结果分析
4.6.2 测试结果分析
4.7 本章小结
第五章 基于V-OFDM的随钻数据声波传输系统研究
5.1 引言
5.2 V-OFDM系统模型
5.2.1 V-OFDM调制解调原理
5.2.2 V-OFDM与OFDM关系
5.2.3 V-OFDM复杂度与性能
5.2.4 基于V-OFDM的随钻数据声波传输模型
5.3 V-OFDM系统接收端设计
5.3.1 定时同步研究
5.3.2 信道估计
5.3.3 接收端信号检测
5.4 一种V-OFDM增强型技术
5.4.1 最优旋转技术
5.4.2 接收端信号检测
5.5 结果验证与分析
5.5.1 仿真结果分析
5.5.2 测试结果分析
5.6 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁波随钻测量系统（EMWD）现状分析[J]. 陈兴祥,刘虎,冉富强. 中国石油和化工标准与质量. 2017(19)
[2]新一代快速平台综合电缆测井PEX适应性分析[J]. 林有志,曹志锋,张浩,李梅,蒋勇,王先虎. 测井技术. 2017(04)
[3]Drilog随钻测井系统在渤海油田的应用[J]. 岳明亮. 海洋石油. 2017(02)
[4]随钻数据声波NC-OFDM传输及噪声抑制的研究[J]. 马东,师奕兵,张伟,柳国振. 仪器仪表学报. 2017(01)
[5]新型贴井壁式阵列方位侧向测井数值模拟与响应特性[J]. 高建申,孙建孟,于其蛟,崔利凯,姜艳娇. 地球物理学报. 2016(03)
[6]PeriScope随钻测井技术在海上高含水油藏挖潜中的应用[J]. 成艳,白玉洪. 海洋石油. 2015(02)
[7]中国海油两项钻井技术打破国外垄断[J]. 宗舒. 国外测井技术. 2015(03)
[8]钻井噪声的现场实测与治理对策分析[J]. 张维仕,黄鼎,刘洪强,栗亚宁,徐冬华,刘斌彦. 石油与天然气化工. 2015(02)
[9]声波钻杆信道及信息传输仿真研究[J]. 尚海燕,周静,燕并男. 测井技术. 2015(02)
[10]钻井井下声波遥测网络[J]. 春辉. 石油钻采工艺. 2014(06)
博士论文
[1]随钻方位密度成像测井基础研究[D]. 张丽.中国石油大学（华东） 2013
[2]新一代无线通信系统中的预编码技术研究[D]. 程鹏.上海交通大学 2012
[3]阵列声波测井仪研制及测井数据处理方法研究[D]. 张伟.电子科技大学 2010
[4]相位感应测井的反演方法研究[D]. 邓小波.电子科技大学 2005
[5]时变色散信道中OFDM系统的信道估计与均衡方法的研究[D]. 邵怀宗.电子科技大学 2003
硕士论文
[1]复合钻头破岩机理及设计研究[D]. 高翔.西南石油大学 2017
[2]V-OFDM检测算法和系统性能的研究[D]. 吕珺.南京大学 2016
[3]降低OFDM信号非线性失真方法的研究[D]. 何向东.电子科技大学 2016
[4]环境噪声对钻柱内声波传输的干扰分析[D]. 杜彬彬.中国石油大学(华东) 2014
[5]钻井信息传输通道特性仿真[D]. 张会先.西安石油大学 2013
[6]随钻电测井中的宽带信号传输方法及宽带测井方法研究[D]. 朱柯斌.电子科技大学 2013
[7]基于MWD声波遥传系统传输模型的研究[D]. 张蕾.西安石油大学 2012
[8]同位素测井技术在大庆采油八厂的应用[D]. 程斌.成都理工大学 2011
[9]基于认知无线电的预编码OFDM系统研究[D]. 翟卫松.郑州大学 2010
[10]无线通信系统中的多维星座映射调制方法研究[D]. 尹元勇.电子科技大学 2009
本文编号：2999019
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
缩略词对照表
主要符号对照表
第一章 绪论
1.1 研究工作的背景与意义
1.2 国内外研究现状及趋势
1.2.1 泥浆脉冲传输技术
1.2.2 电磁波传输技术
1.2.3 智能钻杆传输技术
1.2.4 光纤传输技术
1.2.5 声波传输技术
1.2.6 随钻数据传输技术对比
1.3 本文的主要工作及结构安排
第二章 周期性钻柱信道中声波传输特性研究
2.1 引言
2.2 无限固体介质中弹性波的波动特性
2.2.1 弹性波的波动原理
2.2.2 弹性波的波动类型
2.3 钻杆中声波的传输特性
2.3.1 钻杆中纵波的波动特性
2.3.2 钻杆中扭转波的波动特性
2.3.3 钻杆中弯曲波的波动特性
2.3.4 钻杆中声波传输的衰减特性
2.4 钻柱信道中声波纵波的传输特性
2.4.1 钻柱信道的频散特性
2.4.2 基于有限差分法的钻柱信道模型
2.4.3 基于传输矩阵法的钻柱信道模型
2.4.4 基于等效声透射法的钻柱信道模型
2.4.5 钻柱信道模型对比
2.5 钻柱结构和阻尼边界对声波传输性能影响
2.5.1 钻杆级联数对声波传输性能的影响
2.5.2 钻杆长度对声波传输性能的影响
2.5.3 接箍横截面积对声波传输性能的影响
2.5.4 非统一尺寸的结构单元对声波传输性能的影响
2.5.5 钻井液粘滞耦合对声波传输性能的影响
2.6 声波传输测试平台设计
2.6.1 系统需求分析
2.6.2 测试模型建立
2.6.3 发射电路设计
2.6.4 接收电路设计
2.7 本章小结
第三章 钻柱信道中噪声抑制与信号检测方法研究
3.1 引言
3.2 随钻声波无线传输信道特性研究
3.2.1 无线信道的基本理论
3.2.2 随钻数据声波传输系统模型
3.2.3 声波上下行传输信道容量分析
3.3 随钻声波传输中噪声干扰特性与模型
3.3.1 井下环境噪声特性分析
3.3.2 井下钻头噪声特性分析
3.3.3 井上环境噪声特性分析
3.3.4 噪声干扰模型
3.4 隔声体设计
3.4.1 隔声体原理
3.4.2 隔声体性能
3.5 上行传输中双接收传感器阵列
3.5.1 分集增益技术
3.5.2 双接收传感器阵列设计
3.6 本章小结
第四章 基于NC-OFDM的随钻数据声波传输系统研究
4.1 引言
4.2 NC-OFDM系统模型
4.2.1 NC-OFDM调制解调原理
4.2.2 NC-OFDM抗多径性能分析
4.2.3 基于NC-OFDM的随钻数据声波传输模型
4.3 NC-OFDM系统发射端设计
4.3.1 星座映射原理
4.3.2 PAPR抑制技术
4.3.3 导频设计
4.4 NC-OFDM系统接收端设计
4.4.1 定时同步研究
4.4.2 信道估计
4.4.3 接收端信号检测
4.5 基于预编码NC-OFDM的传输系统设计
4.5.1 哈尔小波变换
4.5.2 预编码矩阵设计
4.5.3 接收端信号检测
4.6 结果验证与分析
4.6.1 仿真结果分析
4.6.2 测试结果分析
4.7 本章小结
第五章 基于V-OFDM的随钻数据声波传输系统研究
5.1 引言
5.2 V-OFDM系统模型
5.2.1 V-OFDM调制解调原理
5.2.2 V-OFDM与OFDM关系
5.2.3 V-OFDM复杂度与性能
5.2.4 基于V-OFDM的随钻数据声波传输模型
5.3 V-OFDM系统接收端设计
5.3.1 定时同步研究
5.3.2 信道估计
5.3.3 接收端信号检测
5.4 一种V-OFDM增强型技术
5.4.1 最优旋转技术
5.4.2 接收端信号检测
5.5 结果验证与分析
5.5.1 仿真结果分析
5.5.2 测试结果分析
5.6 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁波随钻测量系统（EMWD）现状分析[J]. 陈兴祥,刘虎,冉富强. 中国石油和化工标准与质量. 2017(19)
[2]新一代快速平台综合电缆测井PEX适应性分析[J]. 林有志,曹志锋,张浩,李梅,蒋勇,王先虎. 测井技术. 2017(04)
[3]Drilog随钻测井系统在渤海油田的应用[J]. 岳明亮. 海洋石油. 2017(02)
[4]随钻数据声波NC-OFDM传输及噪声抑制的研究[J]. 马东,师奕兵,张伟,柳国振. 仪器仪表学报. 2017(01)
[5]新型贴井壁式阵列方位侧向测井数值模拟与响应特性[J]. 高建申,孙建孟,于其蛟,崔利凯,姜艳娇. 地球物理学报. 2016(03)
[6]PeriScope随钻测井技术在海上高含水油藏挖潜中的应用[J]. 成艳,白玉洪. 海洋石油. 2015(02)
[7]中国海油两项钻井技术打破国外垄断[J]. 宗舒. 国外测井技术. 2015(03)
[8]钻井噪声的现场实测与治理对策分析[J]. 张维仕,黄鼎,刘洪强,栗亚宁,徐冬华,刘斌彦. 石油与天然气化工. 2015(02)
[9]声波钻杆信道及信息传输仿真研究[J]. 尚海燕,周静,燕并男. 测井技术. 2015(02)
[10]钻井井下声波遥测网络[J]. 春辉. 石油钻采工艺. 2014(06)
博士论文
[1]随钻方位密度成像测井基础研究[D]. 张丽.中国石油大学（华东） 2013
[2]新一代无线通信系统中的预编码技术研究[D]. 程鹏.上海交通大学 2012
[3]阵列声波测井仪研制及测井数据处理方法研究[D]. 张伟.电子科技大学 2010
[4]相位感应测井的反演方法研究[D]. 邓小波.电子科技大学 2005
[5]时变色散信道中OFDM系统的信道估计与均衡方法的研究[D]. 邵怀宗.电子科技大学 2003
硕士论文
[1]复合钻头破岩机理及设计研究[D]. 高翔.西南石油大学 2017
[2]V-OFDM检测算法和系统性能的研究[D]. 吕珺.南京大学 2016
[3]降低OFDM信号非线性失真方法的研究[D]. 何向东.电子科技大学 2016
[4]环境噪声对钻柱内声波传输的干扰分析[D]. 杜彬彬.中国石油大学(华东) 2014
[5]钻井信息传输通道特性仿真[D]. 张会先.西安石油大学 2013
[6]随钻电测井中的宽带信号传输方法及宽带测井方法研究[D]. 朱柯斌.电子科技大学 2013
[7]基于MWD声波遥传系统传输模型的研究[D]. 张蕾.西安石油大学 2012
[8]同位素测井技术在大庆采油八厂的应用[D]. 程斌.成都理工大学 2011
[9]基于认知无线电的预编码OFDM系统研究[D]. 翟卫松.郑州大学 2010
[10]无线通信系统中的多维星座映射调制方法研究[D]. 尹元勇.电子科技大学 2009
本文编号：2999019
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