[发明专利]用于MWD井下连续波信号处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油、矿山、地质勘探等随钻测量或随钻测井中的一种基于连续波测量信号的解卷积处理方法。文中的发明与随钻测量系统相关，并与井下数据在随钻测量过程中的传播密切相关。。

背景技术

在MWD连续波信号处理过程中，通常认为“井下信号”是由安装于靠近井下仪器串MWD钻铤末端的脉冲发生器发出。在连续波信号发生器两侧产生对应的两个信号，我们称之为ΔP信号，他们分别向地面和井下传播。

在井下MWD钻铤中，钻井液流过MWD脉冲发生器，这一发生器可能是正脉冲、负脉冲或者是泥浆汽笛。安置在记录仪上的传感器检测代表井下信息的有用信号，例如：电阻率、伽马、方位角、倾斜角等等数据。这些数据都以二进制的方式进行编码，即0或者1。数据通过脉冲发生器的关闭和打开模拟数字的0、1，从而产生脉冲信号进行传输。相应的压力变化能够在远端(地面)接收，并解释为数字的0或者1。

对于上述的信号传播过程，传统的处理方法认为：1)连续波信号沿两端无限长的管道进行传输，在其中不存在声波阻抗的不连续性；2)连续波信号在向下传播到钻头处时，由于钻头表面存在水眼，所以可以将钻头表面视为开路端面，信号发生反射后可以近似认为其大小不变，符号相反。

不幸的是，上述的假设是不正确的。

首先分析1)：井下仪器串的末端是钻头，上面确实存在水眼，向下传输的信号波在这里受到冲击，发生反射向井上传输，与原有的信号波相互叠加。但是，钻头反射面的情况却绝不是简单认为其是开路端面就可以。根据钻具组合的不同，以及钻具向井下钻进过程遇到的岩层情况的不同，钻头表面声波阻抗特性有着截然的不同。当钻头水眼面积较大时，可以将其认为是声波开路反射面；但是当水眼面积较小，或者是钻头打在了硬质岩层上的时候，此时的钻头表面就绝不是声波的开路反射面了。

其次分析2)：在典型的钻具组合通道中，钻柱、钻铤、钻头等各个短节的内部截面积不同，所以对于声波信号，其特征阻抗也不相同。这些MWD钻铤、钻柱和钻头连接处的不连续性，造成叠加后的信号在MWD钻铤中形成回响。因此，传统的分析方法认为“沿着钻柱无限传输”并不能代表ΔP信号传输的真实情况。

基于上述分析，寻找一种能够在真实工程背景中，利用地面接收到的包含了井下反射、叠加和回响等噪声的连续波随钻测量信号，恢复出原始的井下随钻测量信息的信号处理方法成为解决问题的关键。因此，需要建立合适的信号处理方法，从地面检测到的连续波信号中去除其在传播过程中反射、叠加和回响的影响，有效恢复出ΔP信号。这一处理过程需要借助更多的与系统相关的附加信息，例如：钻铤和钻柱的截面积、钻铤长度、钻铤中脉冲发生器的位置、泥浆声速、钻头处信号波的反射情况等等。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的问题，提供MWD井下连续波信号处理的方法，该方法利用地面接收到的包含了井下反射、叠加和回响等噪声的连续波随钻测量信号，恢复出原始的井下随钻测量信息。

为实现上述发明目的，本申请所采用的技术方案是：用于MWD井下连续波信号处理方法，首先建立井下MWD系统结构模拟图，该系统由有限长度的钻铤和半无限长的钻柱构成，钻头位于处，泥浆脉冲发生器位于钻铤的长度为L_c，截面积为A_c，钻柱的截面积为A_p；然后依据钻头水眼面积与钻头截面积的比例关系分为两种情况进行处理，具体的是：(1)钻头为开路端点反射器，钻铤-钻柱波阻抗不匹配：1)在钻铤和钻柱的连接处，利用描述流量和压力变化的方程(1)对这一阻抗进行求解；2)通过对上述情况建立方程，并应用算法分析的前提“钻头为开路端点反射器，钻铤-钻柱波阻抗不匹配”的边界条件，并用P₃表示井下连续波信号，从P₃中抽取出ΔP，所用算法为：3)对公式(2)利用时延差分法进行求解，获得了编码的0、1信息；4)估计上行波P_pipe(t)的参数，注意到P_pipe(t)是指从MWD钻铤进入到钻柱的信号，其位置在所用算法为：同样沿着x＞＞0的方向的衰减可以通过下述算法获得：(4)其中：A因子是指数衰减因子，其值取决于钻井液的属性和信号频率。(2)假设钻头为闭路端点，且为固体反射面，钻铤-钻柱截面积不匹配整个信号处理过程与(1)节中描述的步骤相同，只是在第2)、3)、4)步中，将相应算法中的公式(2)替换为下述的公式(5)，公式(3)替换为公式(6)，公式(4)替换为公式(7)即可；(5)