一种提取井间测距信号的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术的实施方式提供了一种提取井间测距信号的方法及装置，该方法包括：去除原始信号中的直流分量；根据井间测距信号的频带确定上限数字频率和下限数字频率；在以下限数字频率和上限数字频率为边界的频域采样范围中，对去除直流分量后的原始信号进行离散傅里叶变换，得到频域信号；在得到的全部频域信号中搜索幅值最大的频域信号；计算幅值最大的频域信号对应的时域信号的频率和幅度；将该时域信号的频率和幅度确定为井间测距信号的频率和幅值。本发明专利技术具有计算速度快、频率分辨率高、计算结果精确度高等优点，为实时测量、精确计算井间距离提供有利条件，为丛式井等复杂结构井的钻井轨迹提供精确导向，能够有效防止邻井相碰事故发生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施方式涉及电磁随钻测量
，更具体地，本专利技术的实施方式涉及一种提取井间测距信号的方法及装置。
技术介绍
本部分旨在为权利要求书中陈述的本专利技术的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。丛式井以其经济高效、方便管理等诸多优势而被海洋、陆地油田所广泛采用。随着大型油田的开发，丛式井定向钻井技术得到了长足的发展和提高，井距越来越小，加上井身复杂结构，钻井过程中极易发生邻井井眼碰撞事故。井眼碰撞会带来严重的后果，轻则造成套管变形，重则钻穿套管，影响油井的正常生产，造成巨大的经济损失。因此，解决丛式井的井眼防碰问题，对保证丛式井钻井作业的安全具有极为重要的意义。丛式井正常钻进过程中，电磁随钻测量系统的磁场传感器会采集到一组交流信号，该交流信号的频率与正钻井周围的已钻井数量等因素相关，可作为计算丛式井邻井距离和方位的基础。在其他类型油井的随钻测井中，也能采集到类似的交流信号，可用于计算正钻井与已钻井的距离和方位，本文将这种能用于计算邻井距离和方位的交流信号称为井间测距信号。正常钻井过程中，电磁随钻测量系统的磁场传感器除了采集到井间测距信号外，同时还会采集到地磁场的直流信号和噪声干扰信号。由于井间测距信号是计算邻井距离和方位的关键，且非常微弱，可能为10-1nT数量级，因此在采集到的所有信号中快速、准确提取出井间测距信号是邻井测距的基础。申请号为CN201210165021.X的中国专利技术专利公开了一种基于传统的DFT(Discrete Fo urier Transform，离散傅里叶变换)的井间测距信号提取方案。该方案对电磁随钻测量系统采集到的信号进行传统DFT处理，得到DFT幅度谱；通过对DFT幅度谱搜索得到最大幅值和次大幅值，然后根据最大幅值及其对应的数字频率和次大幅值及其对应的数字频率重构频域信号的数字频率和幅值初值；最后利用牛顿迭代公式，逼近井间测距信号的频率和幅度。
技术实现思路
在研究本专利技术的过程中申请人发现，受转盘的旋转频率、正钻井周围的已钻井数量等限制，用于计算邻井距离和方位的井间测距信号的频率往往固定于一特定范围内。例如，在丛式井正常钻进过程中，井下有动力钻具驱动钻头钻井，动力钻具本身会有120r/min～180r/min的转速，而转盘转速一般都控制在25r/min～100r/min以内。钻柱旋转时，电磁随钻测量系统的磁场传感器采集到的井间测距信号是一组正弦信号，其信号周期与转盘的旋转周期相关。转盘的旋转周期大约是0.6s～2.4s，当正钻井周围没有已钻井时，井间测距信号的周期与转盘的旋转周期相同，也就是说，井间测距信号的频率大约为0.4Hz～1.7Hz；当正钻井周围有S口已钻井时，井间测距信号的频率会提高S倍。而实际的丛式井钻井中，同一口正钻井周围的10m内一般不会超过20口井，因此井间测距信号的频率最大一般不会超过34Hz。根据以上研究发现可知，实际的丛式井钻井中，电磁随钻测量系统所采集的井间测距信号是一种介于0.4Hz～34Hz的窄带正弦信号。此外，申请人还发现，传统的DFT方法是将信号从时域变换到频域，是在整个数字频率域0～1上进行等间隔均匀采样，但这种方法对于微弱窄带信号而言，会采集到很多无用的频率点；并且，在数据量较小的条件下，采样间隔较大，也很难实现高的频率分辨率，进而无法精确锁定有用信号频率，导致信号幅度检测的误差较大。例如申请号为CN201210165021.X的中国专利技术专利所公开的井间测距信号提取方案，就是基于传统的DFT，该方案存在计算结果精确度低、计算量较大等缺点。为了克服在电磁随钻测量中利用传统DFT方法提取井间测距信号的频率和幅度时存在的精确度低、计算量大等问题，本专利技术提供一种提取井间测距信号的方法及装置。在本专利技术实施方式的第一方面中，提供了一种提取井间测距信号的方法，包括：获取电磁随钻测量系统采集的原始信号，去除所述原始信号中的直流分量；根据转盘的旋转频率的变化范围，以及正钻井周围一预设范围内的已钻井的最多数量，确定井间测距信号的频带；根据所述井间测距信号的频带，以及预设的时域采样频率，确定上限数字频率和下限数字频率；在以所述下限数字频率和所述上限数字频率为边界的频域采样范围中，对去除直流分量后的原始信号进行离散傅里叶变换，将所述去除直流分量后的原始信号从时域转换至频域，得到频域信号；在得到的全部频域信号中搜索幅值最大的频域信号；利用所述预设的时域采样频率，计算所述幅值最大的频域信号对应的时域信号的频率和幅度；将该时域信号的频率和幅度确定为井间测距信号的频率和幅值。在本专利技术实施方式的第二方面中，提供了一种提取井间测距信号的装置，包括：获取模块，用于获取电磁随钻测量系统采集的原始信号；去直流模块，用于去除所述原始信号中的直流分量；频带确定模块，用于根据转盘的旋转频率的变化范围，以及正钻井周围一预设范围内的已钻井的最多数量，确定井间测距信号的频带；边界频率确定模块，用于根据所述井间测距信号的频带，以及预设的时域采样频率，确定上限数字频率和下限数字频率；第一变换模块，用于在以所述下限数字频率和所述上限数字频率为边界的频域采样范围中，对去除直流分量后的原始信号进行离散傅里叶变换，将所述去除直流分量后的原始信号从时域转换至频域，得到频域信号；搜索模块，用于在得到的全部频域信号中搜索幅值最大的频域信号；第二变换模块，用于利用所述预设的时域采样频率，计算所述幅值最大的频域信号对应的时域信号的频率和幅度；结果确定模块，用于将该时域信号的频率和幅度确定为井间测距信号的频率和幅值。借助于上述技术方案，本专利技术基于井间测距信号的窄带特点，提出以井间测距信号的频带作为频域采样范围的离散傅里叶变换，即具有频率聚焦特性的离散傅里叶变换(FFDFT)方法，从电磁随钻测量系统采集的原始信号中提取出井间测距信号。本专利技术可快速、准确地在强干扰大噪声背景下提取出井间测距信号，具有计算速度快、频率分辨率高、计算结果精确度高等优点，为实时测量、精确计算井间距离提供有利条件，为丛式井等复杂结构井的钻井轨迹提供精确导向，能够有效防止邻井相碰事故发生。附图说明通过参考附图阅读下文的详细描述，本专利技术示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本专利技术的若干实施方式，其中：图1为本专利技术提供的提取井间测距信号的方法的流程示意图；图2为实施例三中分别利用传统的DFT方法和FFDFT方法对计算机产生的纯净正弦信号X的处理结果；图3为实施例三中分别利用传统的DFT方法和FFDFT方法对计算机产生的纯净正弦信号Y的处理结果；图4为实施例三中分别利用传统的DFT方法和FFDFT方法对计算机产生的纯净正弦信号Z的处理结果；图5为实施例三中分别利用传统的DFT方法和FFDFT方法对计算机产生的含白噪声的正弦信号X’的处理结果；图6为实施例三中分别利用传统的DFT方法和FFDFT方法对计算机产生的含白噪声的正弦信号Y’的处理结果；图7为实施例三中分别利用传统的DFT方法和FFDFT方法对计算机产生的含白噪声的正弦信号Z’的处理结果；图8为本专利技术提供的提取井间测距信号的装置的结构框图；在附图中，相同或对应的标号表示相同或对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提取井间测距信号的方法，其特征在于，包括：获取电磁随钻测量系统采集的原始信号，去除所述原始信号中的直流分量；根据转盘的旋转频率的变化范围，以及正钻井周围一预设范围内的已钻井的最多数量，确定井间测距信号的频带；根据所述井间测距信号的频带，以及预设的时域采样频率，确定上限数字频率和下限数字频率；在以所述下限数字频率和所述上限数字频率为边界的频域采样范围中，对去除直流分量后的原始信号进行离散傅里叶变换，将所述去除直流分量后的原始信号从时域转换至频域，得到频域信号；在得到的全部频域信号中搜索幅值最大的频域信号；利用所述预设的时域采样频率，计算所述幅值最大的频域信号对应的时域信号的频率和幅度；将该时域信号的频率和幅度确定为井间测距信号的频率和幅值。

【技术特征摘要】
1.一种提取井间测距信号的方法，其特征在于，包括：获取电磁随钻测量系统采集的原始信号，去除所述原始信号中的直流分量；根据转盘的旋转频率的变化范围，以及正钻井周围一预设范围内的已钻井的最多数量，确定井间测距信号的频带；根据所述井间测距信号的频带，以及预设的时域采样频率，确定上限数字频率和下限数字频率；在以所述下限数字频率和所述上限数字频率为边界的频域采样范围中，对去除直流分量后的原始信号进行离散傅里叶变换，将所述去除直流分量后的原始信号从时域转换至频域，得到频域信号；在得到的全部频域信号中搜索幅值最大的频域信号；利用所述预设的时域采样频率，计算所述幅值最大的频域信号对应的时域信号的频率和幅度；将该时域信号的频率和幅度确定为井间测距信号的频率和幅值。2.根据权利要求1所述的提取井间测距信号的方法，其特征在于，所述的根据转盘的旋转频率的变化范围，以及正钻井周围一预设范围内的已钻井的最多数量，确定井间测距信号的频带，采用如下公式：fha＝fhz×Sfla＝flz其中，fha表示井间测距信号的最大频率；fla表示井间测距信号的最小频率；fhz表示转盘的最大旋转频率，flz表示转盘的最小旋转频率；S表示正钻井周围所述预设范围内的已钻井的最多数量。3.根据权利要求2所述的提取井间测距信号的方法，其特征在于，所述的根据所述井间测距信号的频带，以及预设的时域采样频率，确定上限数字频率和下限数字频率，采用如下公式： f h d = f h a f s ]]> f l d = f l a f s ]]>其中，fs表示预设的时域采样频率；fhd表示上限数字频率；fld表示下限数字频率。4.根据权利要求3所述的提取井间测距信号的方法，其特征在于，所述的在以所述下限数字频率和所述上限数字频率为边界的频域采样范围中，对去除直流分量后的原始信号进行离散傅里叶变换，将所述去除直流分量后的原始信号从时域转换至频域，得到频域信号，采用如下公式： X C ( f c k ) = Σ n = 0 N - 1 x ( n ) e - j 2 πf c k n ]]> f c k = f l d + f h d - f l d M k ]]>k＝0,1,...,M-1其中，XC(fck)表示频域信号；fck表示频域信号XC(fck)对应的数字频率；x(n)表示去除直流分量后的原始信号；n表示时域采样点的编号；k表示频域采样点的编号；N表示时域采样点总数；M表示频域采样点总数。5.根据权利要求4所述的提取井间测距信号的方法，其特征在于，所述的在得到的全部频域信号中搜索幅值最大的频域信号，包括：分别以频域信号的数字频率和幅值为坐标标注得到的全部频域信号，得到幅度谱；在所述幅度谱中搜索幅值最大的频域信号。6.根据权利要求5所述的提取井间测距信号的方法，其特征在于，利用所述预设的时域采样频率，计算所述幅值最大的频域信号对应的时域信号的频率和幅度，采用如下公式： f ^ a 0 = f c k - m a x × f s ]]> A ^ = 2 | X C ( f c k ) | m a x N ]]>其中，表示时域信号的频率；表示时域信号的幅值；|XC(fck)|max表示所述幅值最大的频域信号的幅值；fck-max表...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁华庆，窦新宇，耿敏，高德利，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11