泥漿壓力脈沖信號的檢測方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種泥漿壓力脈沖信號的檢測方法及系統(tǒng)，所述的方法包括以下步驟：S1，接收從泥漿介質(zhì)中傳來的含有泥漿壓力脈沖編碼信息的信號；S2，對接收到的信號進行低通濾波；S3，對低通濾波后的信號進行平均算法處理；S4，對平均算法處理后的信號進行契比雪夫低通濾波；S5，對契比雪夫低通濾波后的信號進行放大處理；S6，對放大處理后的數(shù)據(jù)進行減基值處理；S7，根據(jù)編碼協(xié)議從接收到的信號中解調(diào)出井下測量數(shù)據(jù)。本發(fā)明尤其是通過進行信號的放大處理后，可以將與有效脈沖形狀寬度一致的脈沖的比例放到最大，從這個角度來講，也就是拉開了有效脈沖與其它形態(tài)的干擾脈沖的幅度，從而有利于檢波解碼，提高了解碼的準確率。
【專利說明】泥漿壓力脈沖信號的檢測方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地質(zhì)資源勘探和開發(fā)鉆井中的隨鉆測量技術(shù)，尤其涉及一種泥漿壓力脈沖信號的檢測方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，在地質(zhì)資源勘探和開發(fā)鉆井領(lǐng)域廣泛使用的隨鉆測斜儀(MWD)和隨鉆測井儀(LWD)等隨鉆測量儀器，它的特點是采用無線系統(tǒng)進行測量，取代了傳統(tǒng)有線測量系統(tǒng)的長電纜，使用方便，實現(xiàn)了井下測量數(shù)據(jù)的實時測量，提高了地質(zhì)勘探及鉆井的效率。
[0003]MWD和LWD這類儀器多是采用泥漿(鉆井液)為介質(zhì)將井下測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛?。井下測量數(shù)據(jù)先根據(jù)設(shè)定的編碼規(guī)則調(diào)至成一定序列的壓力脈沖信號，通過泥漿脈沖器改變泥漿壓力在泥漿流體中產(chǎn)生一系列的壓力脈沖，在地面的泥漿管路上安裝一個立管壓力傳感器測量泥漿的壓力變化，然后再通過硬件和軟件完成信號檢測識別，通過一定的運算算法和解碼規(guī)則將井下測量數(shù)據(jù)信息解調(diào)出來。
[0004]由于壓力信號在泥漿傳輸中會衰減，同時還會受到泥漿泵以及回波等多種因素的影響，會在泥漿脈沖信號中疊加很多干擾，尤其在噪聲干擾惡劣的情況下，根本無法檢測出有效信號，嚴重影響井場的正常工作，限制了此類隨鉆測量儀器的使用，因此將淹沒在強背景噪聲信號中的微弱信號檢測出來，是泥漿信道系統(tǒng)中識別編碼序列傳輸數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)。
[0005]申請?zhí)枮?00410005525.0的專利申請公開了 “一種接收和檢測泥漿壓力脈沖信號的方法及裝置”，其采用不同的方法來解決噪聲和干擾問題，但是通過該方法處理后的泥漿壓力脈沖信號仍然存在嚴重的解碼誤差問題，因而急需對其進行改進。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，提供一種泥漿壓力脈沖信號的檢測方法及系統(tǒng)，它可以有效解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，尤其是除噪、去干擾處理后的泥漿壓力脈沖信號仍然存在的解碼誤差嚴重的問題。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:一種泥漿壓力脈沖信號的檢測方法，包括以下步驟:
[0008]SI，接收從泥漿介質(zhì)中傳來的含有泥漿壓力脈沖編碼信息的信號；
[0009]S2，對接收到的信號進行低通濾波；
[0010]S3，對低通濾波后的信號進行平均算法處理；
[0011]S4，對平均算法處理后的信號進行契比雪夫低通濾波；
[0012]S5，對契比雪夫低通濾波后的信號進行放大處理；
[0013]S6，對放大處理后的數(shù)據(jù)進行減基值處理；
[0014]S7，根據(jù)編碼協(xié)議從接收到的信號中解調(diào)出井下測量數(shù)據(jù)。
[0015]優(yōu)選的，步驟SI中，采用時間槽定位編碼方法將井下測量數(shù)據(jù)編碼調(diào)制成含有泥漿壓力脈沖編碼信息的信號；從而可以使得在設(shè)定好的時間內(nèi)只有一個脈沖為有效脈沖，可以有效去除干擾脈沖的影響。
[0016]更優(yōu)選的，采用時間槽定位編碼時，同步頭為4個等間隔的脈沖，同步頭后加入狀態(tài)碼來確定后面的解碼序列，從而可以在提高解碼效率的同時保證準確同步。
[0017]優(yōu)選的，步驟S2中，對接收到的信號進行四階硬件低通濾波。
[0018]本發(fā)明的步驟S3中，所述的對低通濾波后的信號進行平均算法處理包括:連續(xù)采集32個信號，去掉最大值和最小值后作平均處理。
[0019]優(yōu)選的，步驟S4中所述的進行契比雪夫低通濾波包括:選用ChebyshevII型濾波器(阻帶等紋波)，設(shè)計八種不同截止頻率(0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4Hz)的濾波器進行濾波，可以根據(jù)數(shù)據(jù)中噪聲的不同情況選擇使用，將接收到的信號與設(shè)計的濾波器進行卷積處理，將高于設(shè)定截止頻率的噪聲濾掉，從而可以達到最有效的除噪效果。經(jīng)大量試驗驗證后，本發(fā)明將契比雪夫低通濾波器的截止頻率設(shè)計為0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4Hz，從而使得該契比雪夫低通濾波器的濾波效果更為明顯。
[0020]更優(yōu)選的，步驟S4中，進行契比雪夫低通濾波時，通帶邊頻為2Hz，通帶最大衰減小于0.1dB,阻帶邊頻為3Hz，阻帶最小衰減大于60dB，從而可以更有效的濾掉高頻噪聲。
[0021]優(yōu)選的，步驟S5中所述的對契比雪夫低通濾波后的信號進行放大處理包括:設(shè)計與有效泥漿壓力脈沖形狀相近的波形模板；將契比雪夫低通濾波后的信號與波形模板進行運算處理，使得與波形模板相似的壓力脈沖放大。放大處理的原理是設(shè)計與有效脈沖形狀最相似的波形模板，這個模板與濾波后的波形進行點乘(即運算處理)，點乘后會把不同形狀的脈沖都進行放大，但是與波形模板最相近的脈沖的放大幅度最大，這樣就達到了放大有效脈沖提高脈沖識別率的效果。
[0022]本發(fā)明的步驟S6中，采用三階龍格-庫塔算法對放大處理后的數(shù)據(jù)進行減基值處理，從而可以把脈沖波形的基值拉到O附近，有利于采用一個門限值判定同步頭的有效脈沖，同時只有基值一致，才能在解碼時采用按槽查找最大能量的方法找出有效脈沖(因為基值與泵壓對應(yīng)，泵壓有可能會波動，解碼查找同步頭時需要用到門限，只有將基值調(diào)整到0，才可以使用門限查找同步頭)，另外，采用該算法對誤差進行抑制，精度較高。
[0023]實現(xiàn)前述方法的泥漿壓力脈沖信號的檢測系統(tǒng)，包括:立管壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集處理器和計算機，數(shù)據(jù)采集處理器分別與立管壓力傳感器和計算機連接；所述的立管壓力傳感器，用于測量立管處的泥漿壓力，將立管壓力的變化轉(zhuǎn)換為電信號；數(shù)據(jù)采集處理器，用于接收來自立管壓力傳感器的信號，并對該信號進行低通濾波和信號平均算法處理；計算機，用于接收數(shù)據(jù)采集處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)，并對該數(shù)據(jù)依次進行契比雪夫低通濾波處理、放大處理和減基值處理；再根據(jù)時間槽定位編碼方法的編碼協(xié)議將井下測量數(shù)據(jù)解調(diào)出來。
[0024]發(fā)明人經(jīng)過大量的測試研究發(fā)現(xiàn):由于低通濾波器濾除的只是高頻信號，但實際的泥漿壓力脈沖信號不僅存在泵引起的高頻干擾，同時還存在很多其他因素引起的低頻干擾，而這種低頻干擾如果不采取方法進行濾除就很容易被解碼系統(tǒng)誤認為是有效脈沖，從而引起解碼錯誤的問題。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過對泥漿壓力脈沖信號進行低通濾波、平均算法處理、契比雪夫低通濾波、放大處理及減基值處理，從而可以將泥漿泵的噪聲及鉆井作業(yè)過程中產(chǎn)生的其他隨機雜波噪聲過濾掉，將微弱的有效信號提取出來；尤其是本發(fā)明通過進行信號的放大處理后，可以將與有效脈沖形狀寬度一致的脈沖的比例放到最大，從這個角度來講，也就是拉開了有效脈沖與其它形態(tài)的干擾脈沖的幅度，從而有利于檢波解碼，提高了解碼的準確率；此外，本發(fā)明采用時間槽定位編碼方法將井下測量數(shù)據(jù)編碼調(diào)制成含有泥漿壓力脈沖編碼信息的信號，從而從編碼方式上進一步實現(xiàn)了去除噪聲的功能(因為時間槽的方法是定義在一段時間內(nèi)或者說特定的槽數(shù)中只有一個有效脈沖，這樣根據(jù)能量最大的方法，可以鎖定有效脈沖，而這段時間內(nèi)的其它干擾脈沖都會忽略不計；所述的能量最大的方法，即根據(jù)編碼協(xié)議，每個脈沖會占據(jù)兩個槽寬，這樣在算法上，通過每兩個槽寬對相關(guān)放大減基值處理后的數(shù)據(jù)進行積分運算，也就是把每兩個槽的所有數(shù)據(jù)點的值相加，結(jié)果值最大的就認為是有效脈沖)，也進一步提高了解碼的準確率。另外，試驗研究表明:三階硬件低通濾波器不能有效濾除高頻干擾，而四階硬件低通濾波器則能滿足系統(tǒng)濾波要求，因而本發(fā)明對接收到的信號進行四階硬件低通濾波，節(jié)約了資源。此外，本發(fā)明通過調(diào)整相關(guān)放大器的參數(shù)，包括寬度和形狀，其中，所述的寬度與脈沖寬度一致，形狀分為高帽和三角，可根據(jù)原始脈沖的形狀來確定，從而可以更有效的濾除各種隨機雜波噪聲。本發(fā)明還根據(jù)信號采樣頻率、數(shù)據(jù)采集處理器與解碼計算機數(shù)據(jù)通訊時的數(shù)據(jù)發(fā)送周期及測試實驗結(jié)果，連續(xù)采集32個信號，去掉最大值和最小值后作平均處理，從而可以在滿足系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，使得除噪、去干擾的效果更好。最后，本發(fā)明中采用時間槽定位編碼時，同步頭為4個等間隔的脈沖，同步頭后加入狀態(tài)碼來確定后面的解碼序列，從而可以在提高解碼效率的同時保證準確同步；如果同步頭為3個脈沖時則容易誤把干擾脈沖當作有效脈沖，引起同步錯誤；同步頭為5個脈沖時則增加了同步時間降低了解碼效率；而如果同步頭為4個脈沖時，則可以有效找到同步，既提高了解碼效率又保證了準確同步；另外，同步后下一個脈沖為狀態(tài)碼，通過狀態(tài)碼從而可以確定接下來的數(shù)據(jù)序列是哪些參數(shù)，然后就可以按照編碼協(xié)議通過能量最大的方法來找到有效脈沖，進行解碼。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的一種實施例的工作流程圖；
[0027]圖2是本發(fā)明的一種實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是原始數(shù)據(jù)波形經(jīng)過截止頻率為I的契比雪夫低通濾波器濾波后的波形效果示意圖；
[0029]圖4是原始數(shù)據(jù)波形經(jīng)過截止頻率為0.5或I的契比雪夫低通濾波器濾波后的波形效果不意圖；
[0030]圖5是軟件解碼時找到同步頭和狀態(tài)碼的示意圖；
[0031]圖6是軟件按時間槽解碼的效果圖；
[0032]圖7是進行放大處理前后的效果對比圖。
[0033]附圖標記:1-立管壓力傳感器，2-數(shù)據(jù)采集處理器，3-計算機。
[0034]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的說明。

【具體實施方式】
[0035]本發(fā)明的實施例:一種泥漿壓力脈沖信號的檢測方法，如圖1所示，包括以下步驟:
[0036]SI，采用時間槽定位編碼方法將井下測量數(shù)據(jù)編碼調(diào)制成含有泥漿壓力脈沖編碼信息的信號；接收從泥漿介質(zhì)中傳來的含有泥漿壓力脈沖編碼信息的信號；
[0037]S2，采用低通濾波器MAX292對接收到的信號進行四階硬件低通濾波；
[0038]S3，對低通濾波后的信號進行平均算法處理；所述的平均算法處理包括:連續(xù)采集32個信號，去掉最大值和最小值后作平均處理；
[0039]S4，對平均算法處理后的信號進行契比雪夫低通濾波；其中，通帶邊頻為2Hz，通帶最大衰減小于0.1dB,阻帶邊頻為3Hz，阻帶最小衰減大于60dB ;進行契比雪夫低通濾波時選用ChebyshevII型濾波器，設(shè)計八種不同截止頻率的濾波器進行濾波，將高于設(shè)定截止頻率的噪聲濾掉；所述的八種不同截止頻率可以為0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4Hz ；
[0040]S5，對契比雪夫低通濾波后的信號進行放大處理；所述的進行放大處理包括:設(shè)計與有效泥漿壓力脈沖形狀相近的波形模板；將契比雪夫低通濾波后的信號與波形模板進行運算處理，使得與波形模板相似的壓力脈沖放大；
[0041]S6，采用三階龍格-庫塔算法對放大處理后的數(shù)據(jù)進行減基值處理；
[0042]S7，根據(jù)編碼協(xié)議從接收到的信號中解調(diào)出井下測量數(shù)據(jù)，其中，同步頭為4個等間隔的脈沖，同步頭后加入狀態(tài)碼來確定后面的解碼序列；按時間槽解碼的效果圖如圖6所示；解碼時找到同步頭和狀態(tài)碼的示意圖如圖5所示。
[0043]實現(xiàn)上述方法的泥漿壓力脈沖信號的檢測系統(tǒng)，如圖2所示，包括:立管壓力傳感器1、數(shù)據(jù)采集處理器2和計算機3，數(shù)據(jù)采集處理器2分別與立管壓力傳感器I和計算機3連接；所述的立管壓力傳感器1，用于測量立管處的泥漿壓力，將立管壓力的變化轉(zhuǎn)換為電信號；數(shù)據(jù)采集處理器2，用于接收來自立管壓力傳感器I的信號，并對該信號進行低通濾波和信號平均算法處理；計算機3，用于接收數(shù)據(jù)采集處理器2發(fā)送的數(shù)據(jù)，并對該數(shù)據(jù)依次進行契比雪夫低通濾波處理、放大處理和減基值處理；再根據(jù)時間槽定位編碼方法的編碼協(xié)議將井下測量數(shù)據(jù)解調(diào)出來。
[0044]發(fā)明人對上述實施例中的契比雪夫低通濾波效果進行了試驗研究，如圖3所示(圖3是原始數(shù)據(jù)波形經(jīng)過截止頻率為I的契比雪夫低通濾波器濾波后的波形效果示意圖，其中，上面的是原始數(shù)據(jù)波形，下面的是截止頻率為I的契比雪夫低通濾波器濾波后的波形效果示意圖)，結(jié)果表明:采用截止頻率為I的契比雪夫低通濾波器濾波后，可以有效濾除高頻噪聲。尤其是如圖4所示(圖4是原始數(shù)據(jù)波形經(jīng)過截止頻率為0.5或I的契比雪夫低通濾波器濾波后的波形效果示意圖，其中，上面的為截止頻率為I的契比雪夫低通濾波器濾波后的波形效果示意圖，中間的為原始數(shù)據(jù)波形，下面的為截止頻率為0.5的契比雪夫低通濾波器濾波后的波形效果示意圖)，采用截止頻率為0.5Hz的契比雪夫低通濾波器進行濾波的效果更好；此外，發(fā)明人對放大處理的效果也進行了研究，如圖7所示(圖7是進行放大處理前后的效果對比圖，其中，上面的是經(jīng)過本發(fā)明的低通濾波、平均算法處理、契比雪夫低通濾波處理后的數(shù)據(jù)波形示意圖；下面的是經(jīng)過本發(fā)明的低通濾波、平均算法處理、契比雪夫低通濾波、放大處理后的數(shù)據(jù)波形示意圖)，由圖7可知:經(jīng)過本發(fā)明的放大處理后，可以將雜波的副值變小，將與有效脈沖形狀寬度一致的脈沖的比例放到最大，從而拉開了有效脈沖與其它形態(tài)的干擾脈沖的幅度，有利于檢波解碼，提高了解碼的準確率。
【權(quán)利要求】
1.一種泥漿壓力脈沖信號的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: 31，接收從泥漿介質(zhì)中傳來的含有泥漿壓力脈沖編碼信息的信號； 32，對接收到的信號進行低通濾波； 33，對低通濾波后的信號進行平均算法處理； 34，對平均算法處理后的信號進行契比雪夫低通濾波； 35，對契比雪夫低通濾波后的信號進行放大處理； 36，對放大處理后的數(shù)據(jù)進行減基值處理； 37，根據(jù)編碼協(xié)議從接收到的信號中解調(diào)出井下測量數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥漿壓力脈沖信號的檢測方法，其特征在于，步驟31中，采用時間槽定位編碼方法將井下測量數(shù)據(jù)編碼調(diào)制成含有泥漿壓力脈沖編碼信息的信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的泥漿壓力脈沖信號的檢測方法，其特征在于，采用時間槽定位編碼時，同步頭為4個等間隔的脈沖，同步頭后加入狀態(tài)碼來確定后面的解碼序列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥漿壓力脈沖信號的檢測方法，其特征在于，步驟32中，對接收到的信號進行四階硬件低通濾波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥漿壓力脈沖信號的檢測方法，其特征在于，步驟33中所述的對低通濾波后的信號進行平均算法處理包括:連續(xù)采集32個信號，去掉最大值和最小值后作平均處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5任一所述的泥漿壓力脈沖信號的檢測方法，其特征在于，步驟84中所述的進行契比雪夫低通濾波包括:選用型濾波器，設(shè)計八種不同截止頻率的濾波器進行濾波，將高于設(shè)定截止頻率的噪聲濾掉；所述的八種不同截止頻率分別為 0.5、1、1’ 5、2、2’ 5、3、3’ 5、4只2。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的泥漿壓力脈沖信號的檢測方法，其特征在于，步驟54中，進行契比雪夫低通濾波時，通帶邊頻為2?，通帶最大衰減小于0.1(18，阻帶邊頻為3?，阻帶最小衰減大于60(18。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泥漿壓力脈沖信號的檢測方法，其特征在于，步驟35中所述的對契比雪夫低通濾波后的信號進行放大處理包括:設(shè)計與有效泥漿壓力脈沖形狀相近的波形模板；將契比雪夫低通濾波后的信號與波形模板進行運算處理，使得與波形模板相似的壓力脈沖放大。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的泥漿壓力脈沖信號的檢測方法，其特征在于，步驟36中，采用三階龍格-庫塔算法對放大處理后的數(shù)據(jù)進行減基值處理。
10.實現(xiàn)權(quán)利要求1?9所述方法的泥漿壓力脈沖信號的檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括:立管壓力傳感器(1)、數(shù)據(jù)采集處理器(2)和計算機(3),數(shù)據(jù)采集處理器(2)分別與立管壓力傳感器(1)和計算機(3)連接；所述的立管壓力傳感器(1),用于測量立管處的泥漿壓力，將立管壓力的變化轉(zhuǎn)換為電信號；數(shù)據(jù)采集處理器(2),用于接收來自立管壓力傳感器(1)的信號，并對該信號進行低通濾波和信號平均算法處理；計算機(3),用于接收數(shù)據(jù)采集處理器(2)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并對該數(shù)據(jù)依次進行契比雪夫低通濾波處理、放大處理和減基值處理；再根據(jù)時間槽定位編碼方法的編碼協(xié)議將井下測量數(shù)據(jù)解調(diào)出來。
【文檔編號】E21B47/12GK104343440SQ201410438105
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】林恩懷, 龔永萍, 孫琦, 劉瑞娟, 黃有奇 申請人:北京市普利門電子科技有限公司