[发明专利]钻井液随钻信号的泵冲干扰消除方法及系统

说明书

本发明涉及信号处理领域，特别涉及一种钻井液随钻信号的泵冲干扰消除方法及系统。本发明提供里一种利用信号稀疏分离方法对随钻信号中的泵冲干扰进行分离，以获得目标脉冲信号的方法，本方法利用泵冲干扰具有周期性，而周期信号的离散余弦变换（DCT）得到的系数是稀疏的，即泵冲干扰在DCT域上是稀疏的；同时，目标脉冲信号在时域上具有稀疏性；而泵冲干声在时域上和脉冲信号在DCT域上均不具有稀疏性；因此，我们可以利用他们在各自不同变换域上的稀疏性，通过适当的分解方法，将泵冲干扰和脉冲信号分离出来，从而达到消除泵冲干扰的目的。

技术领域

本发明涉及信号处理领域，特别涉及一种基于信号稀疏分离的钻井液随钻信号的泵冲干扰消除方法及系统。

背景技术

随钻测量(MWD：Measurement While Drilling)是一种能在钻头钻井过程中测量、采集钻头附近测井数据，并将采集数据实时传输到地面系统的技术。测井数据通常包括地层特性信息和各种钻井工程参数。作为目前用于钻井随钻测量中最成熟的信息传输技术之一，钻井液压力信号传输方式的基本工作原理是将井下测得的信息转换成控制信息，并将控制信息作用于井下的钻井液压力信号发生器，使传输信道中的钻井液压力发生变化，从而产生钻井液压力脉动，压力脉动通过传输信道中的钻井液传递到地面，经地面处理系统处理而转换成所需的井下测量信息。钻井液MWD系统的总体结构如图1所示；泥浆泵驱动钻井液循环，井下发送端将数据以钻井液压力脉冲形式发送到地面，地面通过压力传感器将钻井液的压力变化转换为电信号送入地面接收单元，地面接收单元负责解码出井下传出的数据。

但是，由于钻井液信道环境十分恶劣，因此在井下采集的信号数据会受到现场测量条件的影响，如安装在立管上的用于检测泥浆压力波动的压力传感器的输出信号除有效信号外，还包含由于泥浆泵压缩泥浆而引起的大幅度周期性压力波动和其他各种机械作用所引起的压力波动以及随机噪声，其中干扰信号表现为与泵冲特性相关的周期性脉冲(简称泵冲干扰)，噪声表现为宽带白噪声；甚至，在一定情况下如图2所示，各种干扰信号的幅度远大于有用信号幅度，从而导致从井内传出的有效信号完全被淹没。因此，要想得到准确的井下数据，就需要分步骤的对井下传出信号进行各种干扰信号的消除，典型流程如图3所示。而泵冲干扰信号的消除无疑是其中重要的一项。

发明内容

本发明的目的在于针对井下采集的有效信号受到包括泵冲干扰在内的各种无用信号的干扰的问题，提供一种基于信号稀疏分离的钻井液随钻信号的泵冲干扰消除方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种钻井液随钻信号的泵冲干扰消除方法，其包括如下步骤：

将同时包含泵冲干扰信号以及所求脉冲信号的随钻信号以向量x表示，则向量x同时包含泵冲干扰信号向量J以及所求脉冲信号向量s；

将x代入公式求解α₁；其中，T₁和T₂分别表示变换域t₁和t₂对应的M×N维变换矩阵，M和N为大于0的整数，α₁和α₂分别为变换域t₁和t₂上的N×1维变换系数向量，变换域t₁和t₂为分别为脉冲信号s稀疏的第一变换域和泵冲干扰J稀疏的第二变换域，其中，第一变换域t₁为时域或小波变换域，第二变换域t₂可以为DCT域、DST域或FFT域；m为表征泵冲干扰中能量集中位置f_i领域的掩膜向量，其在[f_i-Δf,f_i+Δf],i＝1,2,......h内取值为1，其余位置取值为0，λ为正则化约束参数，用于在噪声存在的情况下，约束T₁α₁+T₂mα₂与x之间的均方误差最小，上标opt表示最优解；