用于采集分析井場(chǎng)噪聲的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種用于采集分析井場(chǎng)噪聲的裝置，屬于石油鉆井領(lǐng)域。該裝置包括：耦合器，用于耦合井架和地面電極之間的井場(chǎng)噪聲；前置放大器，用于接收來自耦合器的噪聲并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理；帶通濾波器，用于對(duì)來自前置放大器的噪聲信號(hào)進(jìn)行濾波處理；處理器，其連接并控制著前置放大器和帶通濾波器；與處理器相連的計(jì)算機(jī)，其中處理器接受來自前置放大器和帶通濾波器的噪聲信號(hào)，將其存儲(chǔ)后發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)收到的噪聲信號(hào)進(jìn)行分析。本發(fā)明還提出了相應(yīng)的采集和分析井場(chǎng)噪聲的方法。根據(jù)本發(fā)明的裝置及方法精確度高，非常適用于井場(chǎng)噪聲的分析，其彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)中的空白。
【專利說明】用于采集分析井場(chǎng)噪聲的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于采集分析井場(chǎng)噪聲的裝置，屬于石油鉆井領(lǐng)域。
[0002]本發(fā)明還涉及一種用于采集分析井場(chǎng)噪聲的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]電磁場(chǎng)存在于太空、大氣層、地球表面以及地下等環(huán)境中，人類生活和工業(yè)設(shè)備儀器通常是處于特定的電磁環(huán)境中。在石油勘探開發(fā)的過程中，井場(chǎng)中的電磁噪聲對(duì)人身、環(huán)境以及作業(yè)安全可能造成嚴(yán)重的危害。尤其地，噪聲干擾會(huì)損害各種測(cè)量?jī)x器及設(shè)備的控制精度和使用壽命，甚至影響鉆井工程的質(zhì)量。
[0004]在石油勘探開發(fā)的鉆井現(xiàn)場(chǎng)，由于存在大量的動(dòng)力管網(wǎng)、動(dòng)力設(shè)備以及電氣設(shè)備，在井場(chǎng)及其附近會(huì)產(chǎn)生大量井場(chǎng)電磁噪聲。由于井場(chǎng)設(shè)備儀器的分布比較分散、工作狀態(tài)不定，井場(chǎng)的動(dòng)力線管網(wǎng)、動(dòng)力設(shè)備等不斷開關(guān)和啟停，或者是由于電氣設(shè)備的接地和漏電等因素，在井場(chǎng)周圍會(huì)形成復(fù)雜的工業(yè)游散電流，造成較強(qiáng)的地電流干擾，使得電磁波隨鉆測(cè)量系統(tǒng)實(shí)測(cè)的井下信息的電磁信號(hào)的波形雜亂無(wú)章，毫無(wú)規(guī)律。
[0005]這種電磁噪聲干擾嚴(yán)重影響井場(chǎng)設(shè)備儀器工作的穩(wěn)定性和可靠性，特別是以電磁信號(hào)為載體的電磁波MWD系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用超低頻電磁波在地層中的傳輸技術(shù)，檢測(cè)地面電極與井架間的攜有井下信息的電磁信號(hào)，電極與井架間距離約100米左右。其基本工作原理是:采集攜有井下信息的微弱信號(hào)，然后通過前置放大器、低通濾波器等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)攜有井下測(cè)量信息的電磁信號(hào)解碼，獲取井下信息。然而這種接收方式非常易于受到井場(chǎng)中各種電氣設(shè)備，如鉆機(jī)、柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、泥漿泵、傳動(dòng)鏈條、振動(dòng)篩等所產(chǎn)生的噪聲影響，特別是通過耦合方式，直接將噪聲傳導(dǎo)和輻射至地面電極處，使得MWD系統(tǒng)地面接收機(jī)在井場(chǎng)復(fù)雜的噪聲環(huán)境下的信號(hào)接收幅度極度微弱，信噪比低，導(dǎo)致地面接收機(jī)信號(hào)處理性能嚴(yán)重退化，接收靈敏度大大降低。
[0006]可見，井場(chǎng)噪聲是影響MWD系統(tǒng)信號(hào)接收的解碼的重要因素。通常地面接收機(jī)觀測(cè)到的是微弱電磁波載波信號(hào)和井場(chǎng)環(huán)境噪聲的混合信號(hào)，由于混合信號(hào)中含有井場(chǎng)環(huán)境噪聲，因此從統(tǒng)計(jì)檢測(cè)的觀點(diǎn)來看，地面電磁信號(hào)的接收問題就是根據(jù)接收到的混合信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性，判決是否存在有用信號(hào)，并解碼出有用信息。由于電磁波隨鉆測(cè)量系統(tǒng)采用接收微弱電磁信號(hào)來接收井下信息，而在石油勘探開發(fā)井場(chǎng)儀器設(shè)備較多，所產(chǎn)生的密集的工業(yè)噪聲和人文噪聲對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響較為嚴(yán)重。因此，研究井場(chǎng)噪聲的種類、聲級(jí)、噪聲的統(tǒng)計(jì)特性和統(tǒng)計(jì)規(guī)律對(duì)于噪聲識(shí)別處理、改善數(shù)據(jù)質(zhì)量，甚至于對(duì)于整個(gè)石油勘探開發(fā)行業(yè)具有重大意義。
[0007]專利文獻(xiàn)CN101858988A公開了一種大地電磁信號(hào)采集方法，使用頻率遠(yuǎn)大于存儲(chǔ)采樣頻率采集信號(hào)，抽取濾波及陷波以同時(shí)產(chǎn)生的頻帶存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)，連續(xù)采集頻帶3數(shù)據(jù)，在頻帶3采集周期內(nèi)采集頻帶I和頻帶2數(shù)據(jù)，在連續(xù)或間斷采集頻帶1、2數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上實(shí)時(shí)比較記錄的大地電磁信號(hào)噪聲和干擾強(qiáng)度，如果噪聲超過頻帶數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的閾值，放棄相應(yīng)記錄，如果低于閾值則儲(chǔ)記錄。[0008]專利文獻(xiàn)CN201780162U公開了一種多通道噪聲信號(hào)采集裝置，包括兩個(gè)以上的傳聲器、信號(hào)調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)采集終端；所述的傳聲器分別連接于所述的信號(hào)調(diào)理器，所述的信號(hào)調(diào)理器將所述的傳聲器接受的噪聲信號(hào)預(yù)處理后，傳給所述的數(shù)據(jù)采集裝置，所述的數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)接受到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)器能讀取的二進(jìn)制信號(hào)，并傳送給與其相連接的所述的數(shù)據(jù)采集終端。
[0009]專利文獻(xiàn)CN201705342U公開了一種用于電磁波隨鉆測(cè)量的地面信號(hào)接收儀:在信號(hào)輸入端和上位機(jī)信號(hào)輸出端之間依次設(shè)置有可變?cè)鲆娴母咻斎胱杩狗糯笃?、濾波模塊、可變?cè)鲆娴某炭胤糯笃鳌⑿盘?hào)調(diào)理模塊以及數(shù)字信號(hào)處理器模塊；程控放大器將經(jīng)過兩級(jí)放大的信號(hào)輸出至信號(hào)調(diào)理模塊，信號(hào)調(diào)理模塊生成并輸出待解調(diào)信號(hào)；數(shù)字信號(hào)處理器模塊將待解調(diào)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)解調(diào)后向上位機(jī)顯示信號(hào)輸出端輸出并通過內(nèi)置的I/o接口分別對(duì)高輸入阻抗放大器和程控放大器進(jìn)行增益調(diào)節(jié)。
[0010]專利文獻(xiàn)CN101525998公開了一種電磁隨鉆測(cè)量系統(tǒng)中在地面接收井下發(fā)送上來的攜帶有測(cè)量數(shù)據(jù)信息的電磁信號(hào)，并將其傳送給數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)的裝置和方法。在井場(chǎng)上使用兩幅天線分別接收井下發(fā)送的電磁信號(hào)和井場(chǎng)噪聲信號(hào)；兩路信號(hào)通過阻抗變換器耦合進(jìn)入程控低噪聲前置放大器進(jìn)行放大，然后進(jìn)入信號(hào)調(diào)理模塊處理后再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入數(shù)字信號(hào)處理模塊，最后經(jīng)接口模塊將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)終端。
[0011]以上這些專利文獻(xiàn)都提及了井場(chǎng)噪聲干擾信號(hào)，力求解決井場(chǎng)電磁干擾環(huán)境下處理微弱電磁信號(hào)，并且主要是從如何提高信號(hào)強(qiáng)度，提高信噪比來實(shí)現(xiàn)隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的性能。現(xiàn)有技術(shù)中尚未有針對(duì)井場(chǎng)噪聲的采集和分析裝置，現(xiàn)有技術(shù)中的裝置不能對(duì)井場(chǎng)噪聲譜特性進(jìn)行完整的描述。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法對(duì)不同區(qū)塊、不同鉆進(jìn)狀態(tài)下的井場(chǎng)噪聲進(jìn)行完整詳細(xì)的采集、分析和描述的空白，本發(fā)明提出了一種尤其適用的用于采集分析井場(chǎng)噪聲的裝置及相應(yīng)的方法，用于分析和研究井場(chǎng)噪聲的特性。通過根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法可以全面、詳細(xì)地分析井場(chǎng)噪聲頻譜，從而為針對(duì)性設(shè)計(jì)隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的處理方法以及提高地面接收裝置的處理增益和靈敏度提供有力的支持。
[0013]在本發(fā)明中，所說的“井場(chǎng)”主要包括電動(dòng)鉆機(jī)、機(jī)械鉆機(jī)或頂驅(qū)中任意一種鉆機(jī)或以上任意幾種的組合；所說的“噪聲”主要包括影響電磁隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的電磁噪聲；所分析的也是井場(chǎng)電磁噪聲譜。
[0014]本發(fā)明提出了一種用于采集分析井場(chǎng)噪聲的裝置，包括:耦合器，用于耦合井架和地面電極之間的井場(chǎng)噪聲；前置放大器，用于接收來自耦合器的噪聲并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理；帶通濾波器，用于對(duì)來自前置放大器的噪聲信號(hào)進(jìn)行濾波處理；處理器，其連接并控制著前置放大器和帶通濾波器；與處理器相連的計(jì)算機(jī)，其中處理器接受來自前置放大器和帶通濾波器的噪聲信號(hào)，將其存儲(chǔ)后發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)收到的噪聲信號(hào)進(jìn)行分析。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，前置放大器為能夠調(diào)節(jié)增益的多級(jí)前置放大器。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，帶通濾波器為截止頻率能夠調(diào)節(jié)的帶通濾波器。
[0017]在一個(gè)實(shí)施例中，處理器能夠自動(dòng)調(diào)整放大器的放大倍數(shù)。
[0018]在一個(gè)實(shí)施例中，前置放大器采用分級(jí)放大，第一級(jí)放大1-100倍，第二級(jí)放大1-10000 倍。
[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，帶通濾波器能夠采集的信號(hào)的頻帶范圍分別為1-45HZ、45-lOOOHz、1-1OOOHz 和 l_5000Hz。
[0020]在一個(gè)實(shí)施例中，還包括獨(dú)立于處理器的存儲(chǔ)器，處理器將接收到的噪聲信號(hào)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。
[0021]在一個(gè)實(shí)施例中，該裝置一端連接井架，另一端連接地面電極。
[0022]本發(fā)明還提出了一種采集和分析井場(chǎng)噪聲的方法，包括:第一步:將裝置的一端接至井架，另一端接至地面電極；第二步:啟動(dòng)裝置，選擇放大器的放大倍數(shù)、帶通濾波器的截止頻率以及采樣頻率；控制器控制該裝置采集井場(chǎng)噪聲并將接收到的信號(hào)存儲(chǔ)至存儲(chǔ)器，而后傳輸至計(jì)算機(jī)；第三步:計(jì)算機(jī)對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行分析和處理。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，在第三步中，
[0024]采集的井場(chǎng)噪聲的統(tǒng)計(jì)均值μ為:
[0025]
【權(quán)利要求】
1.一種用于采集分析井場(chǎng)噪聲的裝置，包括: 耦合器，用于耦合井架和地面電極之間的井場(chǎng)噪聲； 前置放大器，用于接收來自所述耦合器的噪聲并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理； 帶通濾波器，用于對(duì)來自所述前置放大器的噪聲信號(hào)進(jìn)行濾波處理； 處理器，其連接并控制著所述前置放大器和所述帶通濾波器； 與所述處理器相連的計(jì)算機(jī)， 其中所述處理器接受來自所述前置放大器和所述帶通濾波器的噪聲信號(hào)，將其存儲(chǔ)后發(fā)送給所述計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)對(duì)收到的噪聲信號(hào)進(jìn)行分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述前置放大器為能夠調(diào)節(jié)增益的多級(jí)前置放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述帶通濾波器為截止頻率能夠調(diào)節(jié)的帶通濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述處理器能夠自動(dòng)調(diào)整所述放大器的放大倍數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述前置放大器采用分級(jí)放大，第一級(jí)放大1-100倍，第二級(jí)放 大1-10000倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述帶通濾波器能夠采集的信號(hào)的頻帶范圍分別為 l-45Hz、45-1000Hz、1-1OOOHz 和 l_5000Hz。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，還包括獨(dú)立于所述處理器的存儲(chǔ)器，所述處理器將接收到的噪聲信號(hào)存儲(chǔ)到所述存儲(chǔ)器中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述裝置一端連接井架，另一端連接地面電極。
9.通過根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的裝置采集和分析井場(chǎng)噪聲的方法，包括: 第一步:將所述裝置的一端接至井架，另一端接至地面電極； 第二步:啟動(dòng)所述裝置，選擇放大器的放大倍數(shù)、帶通濾波器的截止頻率以及采樣頻率；所述控制器控制所述裝置采集井場(chǎng)噪聲并將接收到的信號(hào)存儲(chǔ)至存儲(chǔ)器，而后傳輸至所述計(jì)算機(jī)； 第三步:所述計(jì)算機(jī)對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行分析和處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，在第三步中， 采集的井場(chǎng)噪聲的統(tǒng)計(jì)均值μ為:
丄 N η=1 井場(chǎng)噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差σ為: σ = ^!試(.]-")(2) 井場(chǎng)噪聲的統(tǒng)計(jì)峰度kurtosis:
【文檔編號(hào)】G01R29/26GK104007331SQ201310055902
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2013年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月21日
【發(fā)明者】劉科滿, 牛新明, 楊春國(guó), 高炳堂, 梁濤, 宋朝暉, 陳曉暉, 王立雙, 張進(jìn)雙 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油工程技術(shù)研究院