[发明专利]一种用于钻柱声传输技术的井下噪声与回波被动抑制方法

说明书

技术领域

本发明属于钻井过程中的井下数据传输的技术领域，具体涉及一种用于钻柱声传输技术的井下噪声与回波被动抑制方法，用于有效地抑制随钻测井中钻柱信道内上行的来自钻柱底部的井下噪声和回波干扰对声传输信号接收性能的影响。

背景技术

作为代替传统的电缆测井的一种新方法，随钻测井中的井下信息传输技术已成为国际上的研究热点。目前广泛商用的泥浆脉冲技术存在传输速率很低的缺点，一般仅为10bit/s，其信噪比更易受钻井液和现场噪声的严重影响。因此，作为一种可选择的井下高速数据传输方式，声波传输技术近年来在国内外得到了广泛的关注。

声波传输技术是利用声波经过钻柱信道来传输信号，井下数据的测试过程是将测试仪器和声波无线传输发射系统随钻柱或抽油泵下入，测试仪器将各种井下参数转化为数字信息，然后编码、暂存，将代表井下参数的二进制码脉冲送至控制电路，发射声波振动信号，沿钻柱或油管传输到地面，被安装在井口的声波接收换能器接收，经放大后送入存储介质记录，进行数据处理和解释。声波传输方式具有前期投入少，传输速率相对较高的优点。而且，由于声波在钢材料中的传输速率高达5000m/s，石油钻井中井下连续的钢质钻柱更为声波的井下信息高速传输提供了条件。但在实际生产过程中，钻柱结构中的不同测井仪器而引起的声阻抗不均匀也严重影响声传输性能。同时，钻井过程也会产生大量的噪声，它能使模拟信号失真，使数字信号发生错误，导致钻柱传输信道的性能变差，并最终影响声传输信号的接收效果。钻井过程中产生的噪声主要包括地面噪声和井下噪声，其中，井下噪声是钻头通过底部钻具直接耦合到钻柱上，并对上行的发射信号质量影响较大，严重影响声波数据传输性能。这些噪声会随着钻井参数的变化而变化，且噪声的高低将影响信噪比，并导致信道的传输能力变化。工程研究发现，采用同样功率的发射信号，当噪声较严重时，信噪比将不到1dB，其他情况则大于4dB。因此，为提高信道的传输能力，必须提高信噪比。

在随钻声波传输技术的研究方面，1972年Thomas G.Banres和Bill R.Kirkwood提出了通阻带交替梳状滤波器结构特性（参见：Barnes,T.G，and Kirkwood,B.R.Passbands for acoustic transmission in an idealized drill string[J].Journal of the Acoustic Society of America,1972,51：1006-1008.）。从1985年开始，Drumheller和Poletto在声遥测理论方面取得进展，分析了纵波沿理想钻杆的频带特性、通带内的细微频谱结构、钻杆外形尺寸以及管内外等效简化损耗对传输的影响，建立了描述声传输通道的理论模型（参见：Douglas S.Drumheller.Attenuation of sound waves in drill strings[J].Journal of the Acoustic Society of America,1993,94(4)：2387-2396.）。哈里伯顿（Halliburton）公司于1995年推出了补偿长源距随钻声波测井仪（参见：王华，陶果，张绪健.随钻声波测井研究进展[J].测井技术，2009，33(3)：197-203.）。