[发明专利]一种随钻测量泥浆压力波信号周期的动态优化设计方法

权利要求书

1.一种随钻测量泥浆压力波信号周期的动态优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据钻井工程施工参数，计算泥浆压力波信号的衰减随其周期的变化；

S2、通过压力传感器测量噪声并分析噪声频谱；

S3、基于信号衰减预测结果，计算衰减后信号与测量噪声的信噪比；

S4、根据解码正确率、所需数据传输速率，基于信噪比、噪声频谱，选择泥浆压力波信号周期；

所述钻井工程施工参数包括泥浆泵排量、泥浆密度、泥浆粘度、泥浆固相含量、泥浆固相材料粒径、井深、井身结构、钻具几何参数；

所述计算泥浆压力波信号的衰减随其周期变化的步骤如下：

(1)根据系统稳定评估方法，利用液固两相流纳维斯托克斯方程，采用小扰动线性化法，得到压力波在井筒内的传输系统稳定性计算的解析解，

η＝g(Q,ρ,μ,a_L,r,H,A,T,θ)

式中，

Q——泥浆泵排量，单位为m³/s；

ρ——泥浆密度，单位为kg/m³；

μ——泥浆粘度，单位为mPa·s；

α_L——泥浆固相含量，无量纲；

r——泥浆固相材料粒径，单位为m；

H——井深，单位为m；

A——钻柱水眼截流面积，单位为m²；

T——随钻测量泥浆压力波信号周期，单位为s；

θ——井斜角，单位为°；

η——信号衰减系数，单位为dB·m^-1；

(2)将钻井工程施工参数带入本解析解，计算压力波信号幅值在不同井深条件下随自身周期而衰减的程度，得到从井底上传至地面后的经过衰减后的无噪压力波信号幅值。

2.根据权利要求1所述的随钻测量泥浆压力波信号周期的动态优化设计方法，其特征在于，所述压力传感器安装在钻井泵与水龙带之间；所述噪声是开启泥浆泵并调至工作排量，压力传感器所测量的噪声。

3.根据权利要求1所述的随钻测量泥浆压力波信号周期的动态优化设计方法，其特征在于，所述解码正确率γ定义为一定信噪比SNR条件下正确识别信号波形数S1占所接收总信号波形S的比例，计算式为

所述所需数据传输速率为理论数据传输速率乘以解码正确率；

所述理论传输速率为编码方式和压力波信号周期共同决定；

所述泥浆压力波信号周期选定步骤如下：

(1)确定信号发生器产生完整信号的频率范围，记为集合F；

(2)噪声幅值峰值所对应频率，记为集合F1，排除F1作为工作频段，记为集合F2＝F-F1；

(3)根据所需数据传输速率的理论频率范围，记为集合F3，缩小选择工作频率范围F4＝F3∩F2；

(4)根据解码正确率限定的频率范围，记为集合F5，进一步缩小选择范围，记为集合F6＝F5∩F4；

(5)依据随钻测量系统软硬件的限制，进一步选定具体工作频率值；

(6)信号周期即频率的倒数。