一種泥漿液連續波信號的處理方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種泥漿液連續波信號的處理方法，屬于石油隨鉆測量或隨鉆測井的
技術領域。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨鉆測井(LWD)技術不斷發展，通過實時傳輸井下測量數據，不僅能夠及 時指導鉆井的鉆進過程，還能夠提高鉆探效率、節約成本，對石油行業的發展至關重要。國 外隨鉆測井技術已經逐漸成熟，技術角度來說，可以完全代替電纜測井技術。可是國際隨鉆 市場份額和技術被斯倫貝謝、貝克休斯等幾大公司絕對壟斷。國內購買技術服務，投資巨 大。
[0003] 井下信號傳輸技術是隨鉆測井中的關鍵技術之一。目前，泥漿壓力波信號傳輸系 統是被驗證的最為成熟可靠的隨鉆測井無線傳輸方式。井下測井儀器測量各種參數記錄數 據，經過信號發生器的調制，通過改變鉆柱內的鉆井液壓力來向地面傳輸數據，信號在鉆柱 內以壓力波的形式傳播;地面的壓力傳感器記錄鉆柱內的鉆井液壓力來采集井下隨鉆測量 數據。
[0004] 實踐證明，鉆井液壓力波信號傳輸方式是從井下無線傳輸數據最實用、最可靠的 方法，但存在的一極其突出的問題，微弱信號極易受到噪聲干擾。井下測量設備采集的LWD/ MWD數據，經泥漿壓力信號傳輸到地面時強度被極大削弱，這是由于泥漿信道的固有特性決 定的。鉆柱內的泥漿信道復雜多變，會產生許多噪聲干擾，噪聲最主要的來源是地面接收器 附近泥漿栗的噪聲，還包含泥漿馬達噪聲、鉆頭震動、鉆柱屈曲等干擾。這些因素不可避免 的造成地面接收的信號發生失真，并且包含大量噪聲，甚至信號完全淹沒在噪聲中，處理難 度大大增加；同時也降低了數據的質量和實時性，對指導鉆井的順利進行影響很大，尤其是 在一些超深井鉆探過程中，鉆探失誤意味著巨大的經濟損失。
[0005] 目前，對隨鉆測井信號的傳輸主要采用正/負脈沖方式(0.5_3bits)，相對與連續 波傳輸方式(大于12bits)來說，傳輸速率較低，通過改善傳輸方式可以提高信號傳輸強度， 增加鉆井深度。對采集的復雜鉆井信號的分析處理是至關重要的，有效的信號降噪和基線 矯正算法，可以提高信號的處理質量和識別率，提高信號傳輸效率。

【發明內容】

[0006] 針對現有技術的不足，本發明提供一種泥漿液連續波信號的處理方法。本發明提 供的信號處理算法，針對不同頻率的連續波信號進行自適應處理，保證不同階段測井的穩 定可靠。
[0007] 泥漿液連續波傳輸系統的噪聲，主要是地面壓力傳感器附近泥漿栗運行時產生的 噪聲。U.S. Pat.No. 5146433中詳盡描述了泥漿栗噪聲的產生和特性。泥漿栗通過活塞的往 復運動來產生泥漿液流，三個活塞產生120度的相位差，來保證泥漿液壓力的平穩。同時產 生多個諧波噪聲(約2Hz、4Hz、6Hz、8Hz、…），使噪聲頻譜變寬。
[0008] 噪聲還包括泥漿馬達、鉆頭震動、井下動力鉆具失速、鉆柱屈曲等引起的壓力波 動，隨機性較大，相對幅度較強，頻率較低。噪聲頻譜表現為限帶高斯白噪聲。與信號低頻載 波頻率相近，會有一定的噪聲進入信號的頻帶，造成信號的信噪比較低。圖2是泥漿栗系統 的噪聲頻譜圖。栗噪聲是始終存在的，沒有井下信號時信道輸出端就會輸出這種加性噪聲， 是接收錯誤的主要因素之一。
[0009] 本發明的技術方案如下：
[0010] 一種泥漿液連續波信號的處理方法，包括步驟如下：
[0011] 1)建立鉆井液壓力波信號模型：
[0012] S(t)=Af(t) + Σ p(t)+pn(t)
[0013] 其中：λ是連續波信號的傳輸衰減函數;f(t)是初始井下編碼的連續波信號;p(t) 是地面泥漿栗的周期性栗沖噪聲;n(t)是低強度高斯白噪聲；
[0014] 2)對連續波信號進行小波閾值降噪和基線矯正處理：
[0015]
[0016] 通過尺度a的膨脹和位置參數b的移動，利用小波的帶通特性，將信號分解到各個 頻帶上去，同時保留各分量的時間信息；
[0017] 所述小波閾值降噪和基線矯正處理包括步驟如下：
[0018] (1)泥漿液連續波信號的小波分解;選擇sym2小波并對含噪聲信號S進行N層小波 分解，N滿足條件N2 1og2fs的最小正整數，fs是泥漿連續波信號的采樣頻率；
[0019] (2)對小波分解各層細節進行閾值量化處理：
[0020] 對分解1-N層小波系數選用固定閾值原則祕γ = 進行處理，保留真實信號 中的相位改變等調制信息；
[0021] (3)重構泥漿連續波信號：
[0022] 根據小波分解的第Ν層近似部分小波系數和各層高頻系數進行一維小波重構。 [0023]本發明的優勢在于：
[0024] 本發明所述一種泥漿液連續波信號的處理方法的優點在于，傅里葉變換不適用于 信號與噪聲頻帶相互重疊的領域，尤其是在低頻基帶信號傳輸時，而小波變換將信號分解 成一系列小波函數的疊加，在低頻部分具有較高的頻率分辨率，在高頻部分具有較高的時 間分辨率。這種特性對信號有自適應性，可以反應信號的細節。
[0025] 隨鉆測量信號在傳輸過程中，易受到各種噪聲的影響。地表泥漿栗噪聲是主要來 源，栗噪聲為多頻，且基波頻率與有用信號的基頻很接近甚至混疊，頻率和幅度輸出基本穩 定，噪聲頻譜圖見圖2。鉆柱內泥漿信道信噪比較小，噪聲幅度可能會遠大于有用信號強度， 以致淹沒在噪聲之中。其它包括泥漿馬達、扭矩噪聲螺桿噪聲等，幾乎占據除栗沖噪聲外的 整個頻段。本發明采用軟件濾波的方法進行降噪處理，軟件濾波可以突破硬件濾波的限 制，在濾波方式選擇、參數設置、適用范圍等方面具有天然的優勢。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明所述方法中，所述傳輸頻率與壓力關系圖；
[0027]圖2為本發明中泥漿栗噪聲信號的頻譜圖；
[0028]圖3a_圖3f為本發明調相方式高頻連續壓力波信號的波形仿真圖：
[0029]圖3a為調相方式原始信號波形；
[0030] 圖3b為噪聲模型；
[0031]圖3c調相方式含噪聲信號波形；
[0032]圖3d調相方式含噪聲信號頻譜圖；
[0033]圖3e調相方式小波分析前后各層成分；
[0034]圖3f調相方式小波分析重構信號波形；
[0035]圖4a_圖4f為本發明調頻方式高頻連續壓力波信號的波形仿真圖：
[0036]圖4a為調頻方式原始信號波形；
[0037] 圖4b為噪聲模型；
[0038]圖4c調頻方式含噪聲信號波形；
[0039]圖4d調頻方式含噪聲信號頻譜圖；
[0040]圖4e調頻方式小波分析前后各層成分；
[0041 ]圖4f調頻方式小波分析重構信號波形；
[0042]圖5a_圖5f為本發明低頻基帶信號方式的波形仿真圖；
[0043]圖5