[發明專利]一種用于鉆柱聲傳輸技術的單向回波噪聲抑制方法

無效

• 申請號: 201110294240.3
• 申請日: 2011-09-27
• 公開（公告）號: CN102354501A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 李成;劉釗;樊尚春;井中武
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G10L21/02
• 分類號: G10L21/02;E21B47/14
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 李新華;賈玉忠

技術領域

本發明屬于鉆井過程中的井下數據傳輸技術領域，具體涉及一種用于鉆柱聲傳輸技術的單向回波噪聲抑制方法，用于有效地抑制隨鉆測井中鉆柱信道內下行地面噪聲和反射回波對上行有用信號提取的影響。

背景技術

作為代替傳統的電纜測井的一種新方法，隨鉆測井中的井下信息傳輸技術已成為國際上的研究熱點。目前廣泛商用的泥漿脈沖技術存在傳輸速率很低的缺點，一般僅為10bit/s，其信噪比更易受鉆井液和現場噪聲的嚴重影響。因此，作為一種可選擇的井下高速數據傳輸方式，聲波傳輸技術近年來在國內外得到了廣泛的關注。

聲波傳輸技術是利用聲波經過鉆柱信道來傳輸信號，井下數據的測試過程是將測試儀器和聲波無線傳輸發射系統隨鉆柱或抽油泵下入，測試儀器將各種井下參數轉化為數字信息，然后編碼、暫存，將代表井下參數的二進制碼脈沖送至控制電路，發射聲波振動信號，沿鉆柱或油管傳輸到地面，被安裝在井口的聲波接收換能器接收，經放大后送入存儲介質記錄，進行數據處理和解釋。聲波傳輸方式具有前期投入少，傳輸速率相對較高的優點。而且，由于聲波在鋼材料中的傳輸速率高達5000m/s，石油鉆井中井下連續的鋼質鉆柱更為聲波的井下信息高速傳輸提供了條件。但在實際生產過程中，鉆柱結構中的不同測井儀器而引起的聲阻抗不均勻也嚴重影響聲傳輸性能。同時，鉆井過程也會產生大量的噪聲，它能使模擬信號失真，使數字信號發生錯誤，導致鉆柱傳輸信道的性能變差，并最終影響聲傳輸信號的接收效果。鉆井過程中產生的噪聲主要包括地面噪聲和井下噪聲，這些噪聲會隨著鉆井參數的變化而變化，且噪聲的高低將影響信噪比，并導致信道的傳輸能力變化。工程研究發現，采用同樣功率的發射信號，當噪聲較嚴重時，信噪比將不到1dB，其他情況則大于4dB。因此，為提高信道的傳輸能力，必須提高信噪比。考慮到鉆柱信道大部分由鉆桿與管箍周期性組合而成，具有梳狀濾波器結構特性，以及鉆桿與管箍連接處會產生回波現象，研究鉆柱聲波傳輸中的噪聲及回波抑制具有重要意義和應用價值。

在隨鉆聲波傳輸技術的研究方面，1972年Thomas?G.Banres和Bill?R.Kirkwood提出了通阻帶交替梳狀濾波器結構特性(參見：Barnes，T.G，and?Kirkwood，B.R.Passbands?for?acoustictransmission?in?an?idealized?drill?string[J].Journal?of?the?Acoustic?Society?of?America，1972，51：1006～1008.)。從1985年開始，Drumheller和Poletto在聲遙測理論方面取得進展，分析了縱波沿理想鉆桿的頻帶特性、通帶內的細微頻譜結構、鉆桿外形尺寸以及管內外等效簡化損耗對傳輸的影響，建立了描述聲傳輸通道的理論模型(參見：Douglas?S.Drumheller.Attenuation?ofsound?waves?in?drill?strings[J].Journal?of?the?Acoustic?Society?of?America，1993，94(4)：2387～2396.)。哈里伯頓(Halliburton)公司于1995年推出了補償長源距隨鉆聲波測井儀(參見：王華，陶果，張緒健.隨鉆聲波測井研究進展[J].測井技術，2009，33(3)：197-203.)。自2001年以來，BakerHughes、DBI、IntelliServ等公司陸續申請了鉆柱聲波遙測系統的專利。例如，BakerHughes公司提出了FSK、PSK、MSK的調制方法(參見：Green?Robert.Method?andapparatus?for?improved?communication?in?a?wellbore?utilizing?acoustic?signals[P].US6450258，2002)，DBI提出了正交頻分復用的調制方法(參見：Hill?Lawrence.W.Downhole?telemetry?andcontrol?system[P].US7019665，2006)。