随钻测井中泵冲噪声基波频率的计算装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供随钻测井中泵冲噪声基波频率的计算装置，其装置包括压力传感器、泵冲传感器、数据处理设备、脉冲发生器及探管，泵冲传感器设置在钻井设施的泥浆泵上，压力传感器设置在井口的泥浆管道上，脉冲发生器及探管均位于钻井设施的钻柱中；探管检测钻井过程中的测量信号并对其进行编码，脉冲发生器将编码后的测量信号转换为压力脉冲信号，压力脉冲信号沿着钻井设施的泥浆管道传输到压力传感器，压力传感器将压力脉冲信号采集成电信号后输入到数据处理设备，数据处理设备对电信号进行处理并计算出泵冲噪声基波频率。本实用新型专利技术计算出泵冲噪声基波频率，便于后续研究泵冲噪声的特性以及消除泵冲噪声信号的干扰，避免信号失真。

【技术实现步骤摘要】
随钻测井中泵冲噪声基波频率的计算装置
本技术涉及随钻测井技术，具体为随钻测井中泵冲噪声基波频率的计算装置。
技术介绍
无线随钻测井是目前国际上应用最广泛的一种测井方式，其能够在钻井的同时，实时获取地质参数、井眼轨迹参数等一系列参数，并绘制成各种类型的测井曲线，为下一步工作做准备。图1示意了常规钻井设施中的运作过程，如下：利用一个或多个泥浆泵12将泥浆10从泥浆池11中抽出，所用的泥浆泵通常是活塞往复泵。泥浆10通过泥浆管线13到达钻柱14，经钻柱14到达钻头15后，通过钻杆和裸眼井壁29之间的环空16回到地表31。回到地表31后，泥浆通过管线17回到泥浆池11，在泥浆池中完成岩石钻屑或其他碎屑的沉淀，至此完成一次循环，重新开始下一个循环。一个井底压力脉冲设备18被整合于钻柱中以传输钻井过程中由测量仪器19获得的数据信号。井底压力脉冲设备18是一个阀门或可变径孔，可以通过调整泥浆流速来产生压力脉冲。井下设备对数据信号编码，通过编码的数据信号控制压力脉冲设备阀门或可变孔径通孔大小，从而在泥浆液中产生携带测量数据的压力脉冲。箭头21、22和23阐释了井下信号设备18在常规井眼条件下产生的脉冲信号的传播途径。泥浆泵12在泥浆管线13中同样会产生压力脉冲，这在图中由箭头24、25、26和26A标识出，其中26A同样标识泥浆在环空16中的流动。为了实现井底压力脉冲的正确解释，应该通过某种方法计算泵冲噪声的频率特性，进而根据泵冲噪声的频率特性消除泵冲噪声信号的干扰。
技术实现思路
为了解决现有技术所存在的问题，本技术提供随钻测井中泵冲噪声基波频率的计算装置，便于后续研究泵冲噪声的特性以及消除泵冲噪声信号的干扰，避免信号失真。本技术随钻测井中泵冲噪声基波频率的计算装置，包括压力传感器、泵冲传感器、数据处理设备、脉冲发生器及探管，泵冲传感器设置在钻井设施的泥浆泵上，压力传感器设置在井口的泥浆管道上，脉冲发生器及探管均位于钻井设施的钻柱中，数据处理设备分别与泵冲传感器、压力传感器连接，探管与脉冲发生器连接；探管检测钻井过程中的测量信号，并对测量信号进行编码，脉冲发生器将编码后的测量信号转换为压力脉冲信号，压力脉冲信号沿着钻井设施的泥浆管道传输到压力传感器，压力传感器将压力脉冲信号采集成电信号后输入到数据处理设备，数据处理设备对电信号进行处理并计算出泵冲噪声基波频率。优选地，所述数据处理设备包括采集卡和解码模块，采集卡对输入的电信号进行A/D转换，然后输出至解码模块，由解码模块对数据进行解码。优选地，所述数据处理设备对电信号进行低通滤波处理。与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：根据泵冲噪声产生原理、所采用的泥浆泵缸数、活塞冲程频率(活塞冲程次数/每分钟)之间的关系，计算泵冲噪声基波频率，便于后续研究泵冲噪声的特性以及消除泵冲噪声信号的干扰，避免了信号失真。附图说明图1为常规钻井设施中的运作过程示意图；图2为本技术计算装置的结构框图；图3为原始信号时域图；图4为原始信号频域图；图5为泵冲信号时域图。具体实施方式下面将结合实施例及附图对本技术作进一步描述，但本技术的实施方式不限于此。本技术在图1中设置泵冲噪声基波频率的计算装置30；如图2，计算装置30包括压力传感器32、泵冲传感器34、数据处理设备36、脉冲发生器及探管，泵冲传感器34设置在钻井设施的泥浆泵12上，压力传感器设置在井口的泥浆管线上，脉冲发生器及探管均位于钻井设施的钻柱中。探管检测钻井过程中的测量信号，并对测量信号进行编码，脉冲发生器将编码后的测量信号转换为压力脉冲信号，压力脉冲信号沿着泥浆管道传输到压力传感器，压力传感器将压力脉冲信号采集成电信号后，输入到数据处理设备；数据处理设备可以采用计算机或处理器，包括采集卡和解码模块，采集卡对输入的电信号进行A/D转换，然后输出至解码模块，由解码模块对数据进行解码。数据处理设备对电信号进行低通滤波等处理，并计算出泵冲噪声基波频率。钻井过程中的测量信号的产生、传输以及接收过程如下：无线随钻测井系统通过探管采集所需的测量信号，再对这些测量信号按照编码规则进行编码，之后脉冲发生器(脉冲器)产生相应的脉冲信号；泥浆管道再将这些含有测井信息的脉冲信号传输到井口，井口的压力传感器把压力信号转换为电信号，并传给采集卡，采集卡对电信号进行模数转换后，进行解码以及后续的计算。通过泥浆管道传输的信号不仅包括传来的有用的测井信号，还包括泥浆泵压缩泥浆引起的压力脉冲(即泵冲噪声)，以及其他各种机械设备引起的压力波动噪声和随机噪声等，这些噪声统称为环境噪声。钻井信号受到环境噪声的干扰，增加误码率，影响数据解码的准确性。一般而言，由于泵冲噪声和信号的频率接近，两者糅合在一起，在消除泵冲噪声时容易对信号造成干扰，引起信号失真。本技术根据泵冲噪声产生原理、所采用的泥浆泵缸数、活塞冲程频率(活塞冲程次数/每分钟)之间的关系，计算泵冲噪声基波频率；计算方法包括以下步骤：1、运用FIR低通滤波器对环境噪声进行滤波，其中，所述FIR低通滤波器设置参数包括滤波器类型、采样频率、阻带和通带频率、纹波系数；2、根据泵冲噪声的产生原理(泥浆泵压缩泥浆引起的压力脉冲)，以及泵冲噪声频率与所使用泥浆泵泵数、单缸活塞冲程频率(活塞冲程次数/每分钟)的关系计算泵冲噪声的基波频率，采用的公式如下：Fn＝SPM*n/60其中，Fn是泵冲噪声的基波频率，SPM是单缸活塞冲程频率(单缸活塞冲程次数/每分钟)，n是缸数，当使用双缸泵时，n＝2；当使用三缸泵时，n＝3。3、通过图1所示的泵冲传感器34测得单缸活塞冲程频率，数据处理设备根据步骤2所述公式进行求解，获得泵冲噪声的基波频率。泵冲传感器本质上是一个二线制接近开关式传感器，在传感器内部有一个电磁振荡器，当金属物体(活塞)远离时，振荡器起振，振荡器耗能较多，传感器内部施密特电路输出低电平；当金属物体(活塞)靠近时，振荡器振荡减弱甚至不起振，振荡器耗能少，传感器内部施密特电路输出高电平。本技术将泵冲传感器34安装在泥浆泵的护罩上，根据传感器输出电平的频率即可测得单缸活塞冲程频率。4、步骤2中单缸活塞冲程频率并非每通过泵冲传感器测得一个值，数据处理设备就更新一次，而是采用每测得若干个脉冲更新一次的方法，单缸活塞冲程频率的更新公式如下：其中，Favg表示计算得出的单缸活塞冲程频率，Fold.avg表示上一个计算得出的单缸活塞冲程频率，Fnew表示此次通过泵冲传感器测得的单缸活塞冲程频率，α表示每α个脉冲周期更新一次，α的取值范围为1～9。单缸活塞冲程频率通过加权平均的方式计算得出，α取值越大，更新越慢，旧的频率值所占的权重大，α取值越小，更新越快，旧的频率值占的权重越小。α的值通常取α＝9。采集到的原始信号如图3所示，将其进行傅里叶变换，所得频谱图如图4所示，由图4可见，在2.5～3Hz的频率范围内，存在两个幅值较大的脉冲，在0～1Hz频率范围内也存在两个幅值较大的脉冲，图5为30秒内采集到的泵冲信号，由图5可知所采用泥浆泵的冲程频率为59(SPM)，所采用的泥浆泵为三缸泵。根据上述步骤，计算可得泵冲噪声的频率约为3Hz，由此可确认原始信号频域图中所示的3Hz脉冲为真正的泵冲噪声。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
随钻测井中泵冲噪声基波频率的计算装置，其特征在于，包括压力传感器、泵冲传感器、数据处理设备、脉冲发生器及探管，泵冲传感器设置在钻井设施的泥浆泵上，压力传感器设置在井口的泥浆管道上，脉冲发生器及探管均位于钻井设施的钻柱中，数据处理设备分别与泵冲传感器、压力传感器连接，探管与脉冲发生器连接；探管检测钻井过程中的测量信号，并对测量信号进行编码，脉冲发生器将编码后的测量信号转换为压力脉冲信号，压力脉冲信号沿着钻井设施的泥浆管道传输到压力传感器，压力传感器将压力脉冲信号采集成电信号后输入到数据处理设备，数据处理设备对电信号进行处理并计算出泵冲噪声基波频率。

【技术特征摘要】
1.随钻测井中泵冲噪声基波频率的计算装置，其特征在于，包括压力传感器、泵冲传感器、数据处理设备、脉冲发生器及探管，泵冲传感器设置在钻井设施的泥浆泵上，压力传感器设置在井口的泥浆管道上，脉冲发生器及探管均位于钻井设施的钻柱中，数据处理设备分别与泵冲传感器、压力传感器连接，探管与脉冲发生器连接；探管检测钻井过程中的测量信号，并对测量信号进行编码，脉冲发生器将编码后的测量信号转换为压力脉冲信号，压力脉冲信号沿着钻井设施的泥浆管道传输到压力传感器，压力传感器将压力脉冲信号采集成电信号后输入到数据处理设备，数据处理设备对电信号进行处理并计算出泵冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：石岩峰，冯泽东，熊陵，石峻峰，何嘉林，
申请(专利权)人：中天启明石油技术有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44