[发明专利]一种基于时域的气侵检测信号处理方法

说明书

本发明公开了一种基于时域的气侵检测信号处理方法，先采用高采样率对气侵检测信号进行A/D转换采集，然后进行累加平均抽取、低通滤波，其中，低通滤波用滤波器依据发射信号的频率范围估算来进行参数设置，这样提高了信号的信杂比，对噪声也有很好地滤除，为后面的流速估算、含气量估算提供了良好的条件；最后，通过寻找峰值个数来计算泥浆的流速，再通过平均峰值与钻井液流速，计算出钻井液的含气量。与现有技术的气侵检测信号处理方法相比，处理方法简单，并能够准确地钻井液的流速和含气量。

技术领域

本发明属于气侵检测技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于时域的气侵检测信号处理方法。

背景技术

1、气侵检测方法

气侵检测方法按照传感器安装位置可分为井口检测、海水段检测和随钻检测。井口检测主要包含泥浆池液面增量检测法和泥浆进出口流量差法；海水段检测有压差检测法和声波检测法；随钻检测是将传感器安装于钻柱，通过检测钻井液性能变化判断是否产生气侵。

超声波多普勒检测方法是基于多普勒效应获取信号进行处理的声波检测方法，其基本原理为：当管道内随钻井液运动的反射物与超声波传感器之间存在相对运动时，接收到的反射信号会产生多普勒频偏，当传感器与钻井液中的反射物相互靠近时，接收到的反射信号会产生正频偏；当传感器与钻井液中的反射物相互远离时，接收到的反射信号会产生负频偏。那么反射信号的频偏值就反映了钻井液的流速信息。

此外，接收到的反射信号的强度取决于反射面的大小和反射体的个数。当超声波在钻井液中传播时，遇到了钻井液和气泡交界面时，超声波就会反射回来，被接收传感器接收。那么反射信号的幅值反映了钻井液中的含气量信息。

2、气侵检测信号的获取及其特点

气侵检测信号是由超声波接收传感器接收到的回波信号经过硬件电路处理后输出的待处理信号，气侵检测信号产生框图如图1所示。

首先激励信号产生电路产生激励信号驱动超声波发射传感器向管道中发射超声波信号，超声波信号在钻井液中传播时遇到反射体将信号反射回来，由超声波接收传感器接收信号，但是接收到的回波信号不仅包含了钻井液中气泡的反射信号，还有超声波沿管壁传播接收到的信号和各种干扰信号。

由于管道中的气泡的大小和分布都是随机的，所以接收到的反射信号幅度和相位也具有随机性，反射信号的频偏受到管道流体流速的影响。

若发射信号为u₀＝U₀sinω₀t，那么超声波接收传感器接收到的回波信号表示如下：

由单个气泡反射回的信号其幅值U_i和相位的大小具有随机性，产生的频偏Δω_i受到气泡位置和运动速度的影响，超声波接收传感器接收到的气泡的反射信号是每个气泡反射的信号的叠加，叠加得到的频率和幅值分别包含了流速和气泡含量信息。

在实际应用中，超声波发射、接收传感器安装位置固定，沿管壁传播接收到的信号也基本不变，噪声信号N(t)包含了各种干扰信号。

硬件电路对回波信号u_r进行检波放大后，得到信号u_out表示如下

u_out信号是由多个不同频率Δω_i、不同幅值U_i和相位的信号的叠加，以及包含了环境中的噪声信号N(t)，其波形如图2所示。u_out信号即需要进行处理的气侵检测信号即待处理信号

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于时域的气侵检测信号处理方法，以准确地获得钻井液的流速和含气量。