CN207218652U - 随钻测井中泵冲噪声基波频率的计算装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型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。
Description
技术领域
本实用新型涉及随钻测井技术,具体为随钻测井中泵冲噪声基波频率的计算装置。
背景技术
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。
发明内容
为了解决现有技术所存在的问题,本实用新型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。
本实用新型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,本实用新型具有如下有益效果: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为本实用新型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实用新型作进一步描述,但本实用新型的实施方式不限于此。
本实用新型在图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***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。
本实用新型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。本实用新型将泵冲传感器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。
如上所述,便可较好地实现本实用新型。
Claims (5)
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噪声基波频率。
2.根据权利要求1所述的随钻测井中泵冲噪声基波频率的计算装置,其特征在于,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。
3.根据权利要求1所述的随钻测井中泵冲噪声基波频率的计算装置,其特征在于,所述数据处理设备为计算机或处理器。
4.根据权利要求1所述的随钻测井中泵冲噪声基波频率的计算装置,其特征在于,所述数据处理设备对电信号进行低通滤波处理。
5.根据权利要求1所述的随钻测井中泵冲噪声基波频率的计算装置,其特征在于,所述泵冲传感器安装在泥浆泵的护罩上。
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