一种利用回音抵消技术消除随钻测井中的泵冲噪声的方法

摘要

本发明公开了一种利用回音抵消技术消除随钻测井中的泵冲噪声的方法，包括以下步骤：1)运用FIR低通滤波器对环境噪声进行滤波，其中，所述FIR低通滤波器设置参数包括滤波器类型，采样频率，阻带和通带频率，纹波系数；2)运用自适应滤波器对泵冲噪声进行消除，其中，利用泵冲传感器采集的信号作为所述自适应滤波器的输入，而把泥浆泵产生的噪声看作由泵冲信号经泥浆信道失真后形成的回波，利用反馈值不断调整滤波器系数，产生与泵冲噪声相似的输出，通过与原始信号的反向相加，进而消除泵冲噪声对信号的影响。本发明对输入含有泵冲噪声的信号，利用回音抵消技术消除泵冲噪声，使随钻测井得到的测量信号的质量得到改善。

说明书

技术领域

本发明涉及消除随钻测井中泵冲噪声的技术领域，尤其是指一种利用回音 抵消技术消除随钻测井中的泵冲噪声的方法。

背景技术

无线随钻测井系统是目前国际上钻井中普遍采用的一种测井方式。它可以 在钻井作业的同时，实时测取地质参数、井眼轨迹参数，并绘制各种类型的测 井曲线，为下一步施工提供依据。

如图1所示，阐释了常规钻井设施中的运作过程，如下：

泥浆10从泥浆池11中由一个或多个泥浆泵12抽出，所用泥浆泵通常是活 塞往复泵。泥浆10通过泥浆管线13，到达钻柱14，通过钻头15，经钻杆和裸 眼井壁29之间的环空16回到地表，完成一个循环。回到地表31后，泥浆通过 管线17回到泥浆罐11并在其中完成岩石钻屑或其碎屑的沉淀，然后重新进行 循环。

一个井底压力脉冲信号设备被整合于钻柱中以传输由测量仪器19得到的钻 井操作中的数据信号。信号设备18是阀门或可变径孔，它可以通过调节泥浆流 速来产生压力脉冲。井下设备按需要的编码方式对数据信号编码，然后控制井 底的压力脉冲信号设备，从而在泥浆液中产生携带测量数据的压力脉冲。箭头 21，22和23阐释了井下信号设备18在常规井眼条件下产生的脉冲信号的传播 途径。泥浆泵12在泥浆管线13中同样会产生压力脉冲，这在图中由箭头24、 25、26和26A标识出，其中26A同样标识泥浆在环空16中的流动。

为了实现井底压力脉冲的正确解析，必须通过某种方法除去或有效地消除 泥浆泵产生的压力脉冲。子系统30包括压力传感器32、泵冲传感器34以及计 算机或处理器36等，提供了解决这一问题的方法，而本发明应用回音抵消技术 消除泥浆泵产生的压力脉冲。

如图2所示，阐释了钻井信号的产生、传输、以及接收过程，如下：

无线随钻测井系统通过探管采集所需的测量信号，再对这些测量信号按照 编码规则进行编码，之后驱动脉冲信号设备产生相应的脉冲信号；泥浆信道在 将这些含有测井信息的压力脉冲信号传输到井口，井口的压力传感器把压力信 号转换电信号，并传给采集板，进行数模转换后，传给上位机进行解码以及后 续的计算。

通过泥浆信道传输的信号不仅包括传来的有用的测井信号，还包括泥浆泵 压缩泥浆引起的压力脉冲(即泵冲噪声)，以及其他各种机械引起的压力波动和 随机噪声等，这些噪声统称为环境噪声。钻井信号受到环境噪声的干扰，增加 误码率，影响数据解码的准确性。一般而言，由于泵冲噪声和信号的频率接近， 两者糅合在一起，用线性滤波的方法很难实现泵冲噪声的消除，而应用回音抵 消技术，以泵冲信号作为输入，通过自适应滤波器的作用，产生一个和泵冲信 号相似的输出信号，从原始信号中减去自适应滤波器的输出，从而达到消除信 号中的泵冲噪声的目的，降低误码率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供一种高效、可靠的利 用回音抵消技术消除随钻测井中的泵冲噪声的方法，能够明显改善信号质量， 便于后续的解码处理。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种利用回音抵消技术消 除随钻测井中的泵冲噪声的方法，包括以下步骤：

1)运用FIR低通滤波器对环境噪声进行滤波，其中，所述FIR低通滤波器 设置参数包括滤波器类型，采样频率，阻带和通带频率，纹波系数；

2)运用自适应滤波器对泵冲噪声进行消除，其中，利用泵冲传感器采集的 信号作为所述自适应滤波器的输入，而把泥浆泵产生的噪声看作由泵冲信号经 泥浆信道失真后形成的回波，利用反馈值不断调整滤波器系数，产生与泵冲噪 声相似的输出，通过与原始信号的反向相加，进而消除泵冲噪声对信号的影响。

所述自适应滤波器采用的自适应算法如下：

y(n)＝w^H(n)x(n)；

e(n)＝d(n)-y(n)；

w(n+1)＝w(n)+2×u×e(n)×x(n)；

式中，w(n)为抽头系数，x(n)为泵冲信号，y(n)为输出结果，d(n)为泥浆脉冲 信号，e(n)为误差，u为调整步长；若知道抽头权向量的先验知识，则用它来选 择w(n)的初始值，否则w(n)＝0；

其中，依据自适应算法，将泥浆脉冲信号d(n)经过所述FIR低通滤波器作 为输入信号，与泵冲信号x(n)经过所述自适应滤波器得到的输出信号y(n)相减， 得到误差值e(n)，以此调整滤波器的系数，进而不断地调整滤波器的输出值，不 断地减小输入信号中的泵冲噪声，不断地更改滤波器的系数，经过以上过程的 重复，最终实现消除泵冲噪声的目的。

所述环境噪声包括扭矩噪声、泵冲噪声、钻头噪声。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、由于泵冲噪声和信号的频率接近，两者糅合在一起，用线性滤波的方法 很难实现泵冲噪声的消除，而应用回音抵消技术，以泵冲信号作为输入，通过 自适应滤波器的作用，产生一个和泵冲信号相似的输出信号，从原始信号中减 去自适应滤波器的输出，从而达到消除信号中的泵冲噪声的目的，降低误码率。

2、本发明方法应用在石油随钻测井系统中的泥浆脉冲信号的传输和编解码 上，用来减少因泵冲噪声引起的误码率，改善接收信号质量，在滤除泵冲噪声 的同时，不会将信号失真，进一步提高了精度和效果，提高了整个系统的信道 质量，便于后续的解码处理。

附图说明

图1为常规钻井设施中的运作过程示意图。

图2为钻井测量信号流程图。

图3为本发明所述FIR低通滤波器的参数设置界面。

图4为本发明方法的回音消除算法说明图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本实施例所述的利用回音抵消技术消除随钻测井中的泵冲噪声的方法，其 具体情况如下：

1)运用FIR低通滤波器对环境噪声(包括扭矩噪声、泵冲噪声、钻头噪声 等)进行滤波，其中，所述FIR低通滤波器设置参数包括滤波器类型，采样频 率，阻带和通带频率，纹波系数等，如图3所示。

2)运用自适应滤波器对泵冲噪声进行消除，其中，利用泵冲传感器采集的 信号作为所述自适应滤波器的输入，而把泥浆泵产生的噪声看作由泵冲信号经 泥浆信道失真后形成的回波，利用反馈值不断调整滤波器系数，产生与泵冲噪 声相似的输出，通过与原始信号的反向相加，进而消除泵冲噪声对信号的影响。

在本实施例中，所述自适应滤波器采用的自适应算法如下：

y(n)＝w^H(n)x(n)；

e(n)＝d(n)-y(n)；

w(n+1)＝w(n)+2×u×e(n)×x(n)；

式中，w(n)为抽头系数，x(n)为泵冲信号，y(n)为输出结果，d(n)为泥浆脉冲 信号，e(n)为误差，u为调整步长；若知道抽头权向量的先验知识，则用它来选 择w(n)的初始值，否则w(n)＝0。

如图4所示，依据自适应算法，将泥浆脉冲信号d(n)经过所述FIR低通滤 波器作为输入信号，与泵冲信号x(n)经过所述自适应滤波器得到的输出信号y(n) 相减，得到误差值e(n)，以此调整滤波器的系数，进而不断地调整滤波器的输出 值，不断地减小输入信号中的泵冲噪声，不断地更改滤波器的系数，经过以上 过程的重复，最终实现消除泵冲噪声的目的。

综上所述，在采用以上方案后，本发明方法能有效消除泵冲噪声，使随钻 测井得到的测量信号的质量得到改善，降低因泵冲噪声引起的误码率。这相比 现有技术，解决了线性滤波的方法很难实现泵冲噪声的消除的问题，降低了误 码率，改善了接收信号质量，便于后续解码处理，特别适用在石油随钻测井系 统中的泥浆脉冲信号的传输和编解码上，用来减少因泵冲噪声引起的误码率， 值得推广。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实 施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范 围内。