石油钻井中钻井液连续波信号处理方法研究

摘要

随钻测量系统中,钻井液正脉冲技术较为成熟,工程应用广泛,但数据传输速率较低,严重影响生产效率,而连续压力波传输速率快,抗干扰能力强,目前国内仍处于理论研究阶段。本课题在MATLAB仿真环境下,结合井场实测正脉冲数据,对连续压力波信号处理方法进行了研究,重点对井口剩余信号的去噪方法进行了研究,并提出了基于平稳小波和经验模态分解的联合去噪方案。本文主要的研究工作有:
　　首先,建立井口连续波信号的数学模型。了解石油钻井中随钻测量系统的相关背景知识,主要包括钻井液传输方式,正脉冲和连续压力波传输方式的特点及发展现状。通过分析井场实测数据,分析正脉冲的特点,找出其中的噪声成分,结合连续波信号的产生和传输过程,建立井口连续波信号的数学模型。
　　然后,设计井口连续波的整体处理方案。基于建立的井口连续波的数学模型,确定连续波的编码调制方式。在MATLAB环境下设置仿真参数,生成井口连续波信号。根据其中混有的不同的噪声成分,分别选用不同的方法进行相应的去噪处理。最后对重构信号解码,提取有用信息。
　　最后,重点研究衰减连续波中去除高斯白噪声的方法。利用经验模态分解对信号进行处理,分析端点效应问题并确定抑制端点效应的有效方法,并分析经验模态分解的去噪特点。在此基础上,提出了基于平稳小波和经验模态分解的联合去噪方案,设计联合方案的思想和实现过程。在实现过程中,需要确定平稳小波阈值去噪中的相关参数,包括选用的小波基、分解层数、小波阈值和阈值函数。然后将该联合方案与平稳小波去噪进行对比测试,验证联合方案的去噪优越性。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 钻井液传输系统的研究现状

1.2.2 正脉冲信号的研究现状

1.2.3 连续波系统的国内研究现状

1.2.4 小波和EMD的研究现状

1.3 论文的主要研究内容和结构安排

第2章 小波分析和经验模态分解理论基础

2.1 引言

2.2 小波变换

2.2.1 小波变换的连续和离散形式

2.2.2 小波分解与重构的快速算法

2.2.3 平稳小波变换

2.2.4 小波去噪方法

2.3 经验模态分解

2.3.1 瞬时频率

2.3.2 内模函数

2.3.3 迭代终止判据

2.3.4 端点效应

2.4 本章小结

第3章 井口连续波信号模型的建立

3.1 引言

3.2 实测正脉冲数据分析

3.2.1 噪声特性分析

3.2.2 正交小波去噪处理

3.2.3 提取正脉冲有用信息

3.2.4 正脉冲方式的局限性

3.3 井口连续波信号数学模型

3.3.1 连续波发生器的工作原理

3.3.2 连续波系统通信协议

3.3.3 连续波信号传输特性

3.3.4 钻井泵噪声数学模型

3.3.5 井口连续波信号数学模型

3.4 连续压力波调制方式

3.4.1 进制选择

3.4.2 典型调制方式

3.5 本章小结

第4章 井口连续波信号处理方案

4.1 引言

4.2 连续波调制方式的确定

4.2.1 两种调制信号的时频仿真

4.2.2 选定连续波调制方式

4.3 井口连续波信号的构造

4.3.1 连续波仿真参数设置

4.3.2 井口连续波仿真信号

4.4 井口连续波预处理及去噪

4.4.1 提取泥浆泵噪声

4.4.2 井口剩余信号时频分析

4.4.3 井口剩余信号去噪处理

4.5 提取连续波有用信息

4.5.1 重构信号的解码

4.5.2 传统小波去噪的局限性

4.6 本章小结

第5章 井口剩余信号的联合去噪方案

5.1 引言

5.2 经验模态分解去噪

5.2.1 确定端点效应的抑制方法

5.2.2 经验模态分解的去噪仿真

5.2.3 经验模态分解的局限性

5.3 联合去噪方案

5.3.1 联合去噪思想的提出

5.3.2 联合去噪的具体实现过程

5.3.3 小波基及分解层数的确定

5.3.4 阈值函数及阈值的选取

5.3.5 去噪效果仿真对比

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢