[发明专利]用于采集分析井场噪声的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于采集分析井场噪声的装置，属于石油钻井领域。

本发明还涉及一种用于采集分析井场噪声的方法。

背景技术

电磁场存在于太空、大气层、地球表面以及地下等环境中，人类生活和工业设备仪器通常是处于特定的电磁环境中。在石油勘探开发的过程中，井场中的电磁噪声对人身、环境以及作业安全可能造成严重的危害。尤其地，噪声干扰会损害各种测量仪器及设备的控制精度和使用寿命，甚至影响钻井工程的质量。

在石油勘探开发的钻井现场，由于存在大量的动力管网、动力设备以及电气设备，在井场及其附近会产生大量井场电磁噪声。由于井场设备仪器的分布比较分散、工作状态不定，井场的动力线管网、动力设备等不断开关和启停，或者是由于电气设备的接地和漏电等因素，在井场周围会形成复杂的工业游散电流，造成较强的地电流干扰，使得电磁波随钻测量系统实测的井下信息的电磁信号的波形杂乱无章，毫无规律。

这种电磁噪声干扰严重影响井场设备仪器工作的稳定性和可靠性，特别是以电磁信号为载体的电磁波MWD系统。该系统利用超低频电磁波在地层中的传输技术，检测地面电极与井架间的携有井下信息的电磁信号，电极与井架间距离约100米左右。其基本工作原理是：采集携有井下信息的微弱信号，然后通过前置放大器、低通滤波器等对数据进行处理，最后采用数字信号处理技术对携有井下测量信息的电磁信号解码，获取井下信息。然而这种接收方式非常易于受到井场中各种电气设备，如钻机、柴油机、发电机、泥浆泵、传动链条、振动筛等所产生的噪声影响，特别是通过耦合方式，直接将噪声传导和辐射至地面电极处，使得MWD系统地面接收机在井场复杂的噪声环境下的信号接收幅度极度微弱，信噪比低，导致地面接收机信号处理性能严重退化，接收灵敏度大大降低。

可见，井场噪声是影响MWD系统信号接收的解码的重要因素。通常地面接收机观测到的是微弱电磁波载波信号和井场环境噪声的混合信号，由于混合信号中含有井场环境噪声，因此从统计检测的观点来看，地面电磁信号的接收问题就是根据接收到的混合信号的统计特性，判决是否存在有用信号，并解码出有用信息。由于电磁波随钻测量系统采用接收微弱电磁信号来接收井下信息，而在石油勘探开发井场仪器设备较多，所产生的密集的工业噪声和人文噪声对观测数据的影响较为严重。因此，研究井场噪声的种类、声级、噪声的统计特性和统计规律对于噪声识别处理、改善数据质量，甚至于对于整个石油勘探开发行业具有重大意义。

专利文献CN101858988A公开了一种大地电磁信号采集方法，使用频率远大于存储采样频率采集信号，抽取滤波及陷波以同时产生的频带存储数字信号，连续采集频带3数据，在频带3采集周期内采集频带1和频带2数据，在连续或间断采集频带1、2数据的基础上实时比较记录的大地电磁信号噪声和干扰强度，如果噪声超过频带数据对应的阈值，放弃相应记录，如果低于阈值则储记录。

专利文献CN201780162U公开了一种多通道噪声信号采集装置，包括两个以上的传声器、信号调理器、数据采集装置和数据采集终端；所述的传声器分别连接于所述的信号调理器，所述的信号调理器将所述的传声器接受的噪声信号预处理后，传给所述的数据采集装置，所述的数据采集装置对接受到的模拟信号转换成计算机器能读取的二进制信号，并传送给与其相连接的所述的数据采集终端。

专利文献CN201705342U公开了一种用于电磁波随钻测量的地面信号接收仪：在信号输入端和上位机信号输出端之间依次设置有可变增益的高输入阻抗放大器、滤波模块、可变增益的程控放大器、信号调理模块以及数字信号处理器模块；程控放大器将经过两级放大的信号输出至信号调理模块，信号调理模块生成并输出待解调信号；数字信号处理器模块将待解调信号进行数字信号解调后向上位机显示信号输出端输出并通过内置的I/O接口分别对高输入阻抗放大器和程控放大器进行增益调节。

专利文献CN101525998公开了一种电磁随钻测量系统中在地面接收井下发送上来的携带有测量数据信息的电磁信号，并将其传送给数据处理计算机的装置和方法。在井场上使用两幅天线分别接收井下发送的电磁信号和井场噪声信号；两路信号通过阻抗变换器耦合进入程控低噪声前置放大器进行放大，然后进入信号调理模块处理后再经模数转换后进入数字信号处理模块，最后经接口模块将数据传送到计算机终端。