随钻泥浆脉冲遥测系统同步算法研究

摘要

泥浆脉冲数据传输方式是目前随钻系统中最成熟、应用最广泛的无线数据传输技术。该技术利用电机控制定转子开合切割泥浆液产生压力波信号，自井底向地面传播。井上的数据采集系统采集该信号，并将采样数据传送至实时解调系统，利用数字信号处理方法完成实时解码。
　　时间同步(timing synchronization)和位同步(symbol synchronization)是解调中的两个重要步骤。前者用于获取信号的准确到达时间。后者又称码元同步，是为了在接收端得到每个码元的正确的起止时刻。
　　本文旨在研究泥浆脉冲数据通信系统中的时间同步和位同步的方法。
　　时间同步分为线性扫频同步和m序列同步两个步骤，分别利用线性调频（linear frequency modulation，LFM）信号和m序列的自相关特性，获得峰值位置，从而确定信号的起始位置。在时间同步的过程中，信号的调制方式、压力波的畸变、泥浆信道的衰减特性以及传感器的安装位置均可能影响时间同步的结果。本文针对不同的问题，提出了解决的方案。
　　位同步是高速泥浆脉冲数据解调中的必要步骤，用于解决符号周期偏移导致的一系列解调问题。随着数据传输速率的提高，位同步的重要性日渐凸显。本文研究了波形畸变，电机控制精度等问题对位同步过程的影响，分别使用Gardner位同步算法和早迟门位同步算法对实井数据进行了分析，并对分析结果进行了比较。
　　本文的研究依托于浙江大学与中海油田技术服务股份有限公司的合作项目《随钻数据传输调制解调算法及流体数值分析应用研究》。实验数据来自2016年10月的新疆实井实验。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 随钻数据传输

1．1．2 随钻泥浆脉冲数据传输

1．1．3 随钻数据传输同步

1．2 国内外研究现状

1．3 研究目的和意义

1．4 主要研究内容

2 随钻测量遥测系统模型研究

2．1 系统模型

2．2 解调流程

2．3 压力波信号的产生

2．4 压力波信号传输特性

2．4．1 信道衰减模型

2．4．2 实井下信号衰减与信道的频率选择性

2．5 信号的调制方式

2．6 噪声分析

2．6．1 噪声类型分析

2．6．2 噪声消除方法

2．6．3 实井噪声分析

2．7 本章小结

3 时间同步研究

3．1 时间同步算法研究

3．1．1 LFM传输特性

3．1．2 m序列传输特性

3．2 时间同步方案

3．3 时间同步难点分析

3．3．1 信号调制方式的影响

3．3．2 波形畸变影响

3．3．3 传感器通道选择影响

3．3．4 信道衰减影响

3．4 时间同步优化

3．4．1 LFM同步带通滤波方案

3．4．2 m序列同步方案优化

3．5 本章小结

4 位同步研究

4．1 位同步算法研究

4．1．1 位同步算法概述

4．1．2 Gardner算法

4．1．3 早迟门位同步算法

4．2 位同步难点分析

4．2．1 信号调制方式的影响

4．2．2 波形畸变影响

4．2．3 传感器通道选择影响

4．2．4 信道衰减影响

4．2．5 符号转换波形变化影响

4．2．6 井下高温与电机控制等其它因素影响

4．3 位同步优化

4．3．1 OOK底压消除方案

4．4 本章小结

5 实验与结果分析

5．1 实井实验

5．1．1 时间同步

5．1．2 位同步

5．2 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简介