王向鵬 馬蓓 張榮

(成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院,四川成都 610059)

石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集中調(diào)制噪聲的應(yīng)用研究

王向鵬 馬蓓 張榮

(成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院,四川成都 610059)

石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)質(zhì)量的好壞直接影響著石油工程的后期決策,石油測(cè)井儀器在使用過(guò)程中存在著一些困難,影響著石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的質(zhì)量。本文在分析石油測(cè)井儀器使用過(guò)程中的困難的基礎(chǔ)上,介紹了幾種增強(qiáng)石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)質(zhì)量的常用技術(shù),并詳細(xì)說(shuō)明了調(diào)制噪聲在石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集中的具體應(yīng)用方法,有效地提高石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的質(zhì)量,降低噪聲對(duì)其質(zhì)量的影響程度。

石油測(cè)井 數(shù)據(jù)采集 調(diào)制噪聲

1 引言

石油測(cè)井技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，但當(dāng)前石油測(cè)井儀器存在著兩大問(wèn)題：第一，石油測(cè)井儀器測(cè)量的數(shù)據(jù)存在系統(tǒng)的誤差，第二，噪聲混雜在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量會(huì)造成不良影響。此外，深井測(cè)井儀所處的工作環(huán)境相對(duì)較為惡劣，溫度非常高，且對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間的要求較高，深井測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的采集工作更為困難。因此，為提高石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的精度，應(yīng)從以上兩個(gè)方面著手。精確度較高的石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，對(duì)石油工程后期的工作有重要的意義，也啟示著石油工作者本期石油工程中可能存在的問(wèn)題及危險(xiǎn)，便于石油工作者能夠考慮石油工程的各方面情況，促進(jìn)后期石油工程進(jìn)度的順利開(kāi)展。

石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)后期石油工程影響巨大，因此在實(shí)際工作過(guò)程中，石油工程工作者也對(duì)加強(qiáng)石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)質(zhì)量采取了濾波技術(shù)、抗干擾處理方法、軟件技術(shù)及關(guān)注電源供電問(wèn)題等常用方法，本文基于常用技術(shù)，主要探討石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集中調(diào)制噪聲的應(yīng)用，以降低石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集過(guò)程中噪聲對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量造成的不良影響。通過(guò)利用噪聲調(diào)制技術(shù)，降低了噪聲對(duì)石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集的干擾，解決了當(dāng)前石油測(cè)井儀器存在的問(wèn)題，同時(shí)，利用石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集過(guò)程中難以避免的噪聲調(diào)制，大大降低石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集工作中的成本問(wèn)題。

增強(qiáng)石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集的質(zhì)量，提高石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集的精度，有利于加強(qiáng)對(duì)深井技術(shù)狀況的監(jiān)督，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題，以有充分的時(shí)間和技術(shù)來(lái)解決將要發(fā)生的問(wèn)題，同時(shí)，通過(guò)及時(shí)對(duì)石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行采集，可以有效地探測(cè)石油層的發(fā)掘潛力，對(duì)石油開(kāi)采的后期工作有一定的預(yù)測(cè)及指導(dǎo)作用。石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)中有效數(shù)據(jù)的比例的提高，一方面需要靠常用的增強(qiáng)石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集中的技術(shù)，另一方面，要反其道而行之，利用噪聲調(diào)制降低噪聲干擾，提高總信號(hào)頻率。

2 增強(qiáng)石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集質(zhì)量的常用技術(shù)

在提高石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)質(zhì)量的過(guò)程中，常用的方法包括濾波技術(shù)、抗干擾處理方法、軟件技術(shù)及關(guān)注電源供電問(wèn)題等。

濾波技術(shù)是指在測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)從井下儀途經(jīng)電纜之后，其數(shù)據(jù)質(zhì)量會(huì)有所降低，因此對(duì)針對(duì)不同的信號(hào)進(jìn)行不同的信號(hào)調(diào)理。其中必須進(jìn)行的便是數(shù)字濾波，主要有算術(shù)平均值法、超值濾波法、比較取舍法、滑動(dòng)算術(shù)平均法、競(jìng)賽評(píng)分法以及一階低通濾波法等方法，在選擇濾波技術(shù)選擇時(shí)，要根據(jù)其數(shù)據(jù)的誤差分布情況確定，確定其分布規(guī)律，選取與分布規(guī)律相適應(yīng)的濾波技術(shù)。

抗干擾處理技術(shù)是指根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中干擾產(chǎn)生的原因，對(duì)不同的來(lái)源及原因進(jìn)行抗干擾處理的方法。首先，在電路的設(shè)置方面，要注意遵循信號(hào)的傳播方向，考慮指令的實(shí)施流程，避免石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)在電路方面的無(wú)效反饋。其次，發(fā)熱元件的設(shè)置應(yīng)選擇散熱條件較好的位置，避免局部區(qū)域過(guò)熱所產(chǎn)生的問(wèn)題，進(jìn)而影響數(shù)據(jù)的質(zhì)量。最后，對(duì)于高頻元件的位置設(shè)置，應(yīng)偏重于中間位置，兼顧該元件與其它元件的工作交流。

軟件技術(shù)是指在單片機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理器的程序運(yùn)行中，要時(shí)刻警惕程序混亂，甚至死機(jī)情況的發(fā)生。對(duì)于一些軟件陷阱，要設(shè)置系統(tǒng)的自動(dòng)防衛(wèi)功能，能及時(shí)對(duì)程序錯(cuò)誤的情況進(jìn)行有效的處理。此外，在增強(qiáng)石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)質(zhì)量的措施中，要注重軟件技術(shù)中的“看門(mén)狗”技術(shù)，又名程序監(jiān)視技術(shù)，對(duì)石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集的全過(guò)程進(jìn)行高密度的監(jiān)視，警惕測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集工作中的任何一點(diǎn)漏洞，對(duì)錯(cuò)誤程序能夠做到通過(guò)設(shè)置程序使數(shù)據(jù)采集工作回到正軌。

這些有效數(shù)據(jù)對(duì)于監(jiān)測(cè)井深技術(shù)情況、注產(chǎn)剖面動(dòng)態(tài)發(fā)揮著重要的作用，此外，也為油層的開(kāi)采潛力及石油的分布情況提供有效的信息。

3 調(diào)制噪聲在石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集中的應(yīng)用

光線傳感技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，油氣井領(lǐng)域也不能除外。但是對(duì)于其在油田進(jìn)行大范圍的推廣尚未得到有效的實(shí)行，主要原因在于光信號(hào)在傳輸過(guò)程中的損耗問(wèn)題。對(duì)于調(diào)制噪聲的方法，我們則反其道而行之。在現(xiàn)代光纖傳感系統(tǒng)中，信號(hào)不得不被調(diào)制，才得以在光纖中進(jìn)行傳輸，在此過(guò)程中，信號(hào)也調(diào)制了光纖中存在的噪聲，從而形成調(diào)制噪聲。

在石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集過(guò)程中，通過(guò)隨機(jī)信號(hào)模型的建立，噪聲與信號(hào)以乘法的形式呈現(xiàn)，提高信噪比，進(jìn)而提升信號(hào)的功率，最終使石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集過(guò)程中的誤差降低，石油測(cè)井所采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量大大提高。通過(guò)光強(qiáng)朗之萬(wàn)方程計(jì)算出較為準(zhǔn)確的信噪比，研究?jī)缮肼暤幕ハ嚓P(guān)聯(lián)的光纖線性模型，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不僅信噪會(huì)隨著泵噪聲出現(xiàn)共振現(xiàn)象，總信息的功率也會(huì)隨著泵噪聲出現(xiàn)共振現(xiàn)象。首先，討論輸出信號(hào)功率與信號(hào)頻率泵噪聲自關(guān)聯(lián)時(shí)間的線性關(guān)系。根據(jù)線性模型，可以畫(huà)出相應(yīng)的圖像，由圖像清晰的看出總輸出信號(hào)功率在某一時(shí)點(diǎn)達(dá)到一個(gè)峰值，也就是在此時(shí)其出現(xiàn)了隨機(jī)共振現(xiàn)象，信號(hào)頻率的不斷加大，使得整條曲線變得日益平滑，峰點(diǎn)的數(shù)值不斷的降低，隨機(jī)共振現(xiàn)象也較為不明顯。然而，衰減系數(shù)的變化對(duì)于峰點(diǎn)的數(shù)值沒(méi)有影響，只是使得整個(gè)圖像產(chǎn)生左右移動(dòng)的變化。其次，我們對(duì)輸出信號(hào)功率與單位噪聲譜的平均功率之比和信號(hào)頻率泵噪聲自關(guān)聯(lián)時(shí)間進(jìn)行了相關(guān)線性關(guān)系的討論。根據(jù)圖像中出現(xiàn)的峰值現(xiàn)象，可以判定在其變化過(guò)程中出現(xiàn)了隨機(jī)共振的現(xiàn)象。信號(hào)頻率越低，其峰值也越低，其峰值位置也不斷的向右側(cè)移動(dòng)，而衰減系數(shù)的變化這一次不僅影響了峰值的位置變化，也影響了峰值的數(shù)值大小變化。

由該理論研究可知，當(dāng)噪聲與信號(hào)以乘法的形式引入原理之中，對(duì)其進(jìn)行研究時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)信噪比與泵噪聲及量子噪聲的強(qiáng)度變化沒(méi)有很大的聯(lián)系，反而與泵噪聲自相關(guān)聯(lián)時(shí)間的存在密切的聯(lián)系，同時(shí)，總信號(hào)功率也與泵噪聲自相關(guān)聯(lián)時(shí)間有密切的聯(lián)系。由此出現(xiàn)的協(xié)作效應(yīng)，使得總信號(hào)頻率得以加強(qiáng)，對(duì)石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的采集工作有極大的促進(jìn)作用，降低了石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集工作過(guò)程中的誤差，降低了石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集工作的難度，大大提高了石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的精度與質(zhì)量。

總而言之，在石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集工作中，充分利用噪聲調(diào)制的功能，可以大大降低信噪比，與此同時(shí)，總信號(hào)功率也會(huì)隨之變大，對(duì)于石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)中，有效數(shù)據(jù)的采集有重要的意義，大大加強(qiáng)石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集工作的效益。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)當(dāng)前石油測(cè)井儀器在石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集工作中出現(xiàn)的存在系統(tǒng)誤差及噪聲干擾等問(wèn)題，在石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集該過(guò)程中，常常會(huì)在石油測(cè)井的每一環(huán)節(jié)采取降低誤差、減少噪聲對(duì)數(shù)據(jù)采集工作的影響。為提高石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集的質(zhì)量，通過(guò)濾波技術(shù)，尤其是數(shù)字濾波技術(shù)，抗干擾處理技術(shù)，關(guān)注電路及其接口問(wèn)題，保證電源電壓的穩(wěn)定，軟件技術(shù)以及當(dāng)前新出現(xiàn)的ASIC和DSP技術(shù)，提升石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的采集質(zhì)量，增加有效數(shù)據(jù)的比例，減少噪聲及誤差對(duì)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)生的干擾。這些有效數(shù)據(jù)對(duì)于監(jiān)測(cè)井深技術(shù)情況、注產(chǎn)剖面動(dòng)態(tài)發(fā)揮著重要的作用，此外，也為油層的開(kāi)采潛力及石油的分布情況提供有效的信息。對(duì)于調(diào)制噪聲在石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集中的應(yīng)用的研究，可以發(fā)現(xiàn)信噪比與泵噪聲、量子噪聲的強(qiáng)度變化、泵噪聲自相關(guān)聯(lián)時(shí)間及總信號(hào)功率之間的關(guān)系，通過(guò)將數(shù)據(jù)演繹推理過(guò)程以圖像形式顯示，可以清晰地看出其出現(xiàn)隨機(jī)共振的情況，并由此得出結(jié)論——在石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集工作中，充分利用噪聲調(diào)制的功能，可以大大降低信噪比，提高總信號(hào)的頻率，這一結(jié)論對(duì)于采集有效的石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)有重要的意義，一方面，降低了噪聲對(duì)石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集的干擾，解決了當(dāng)前石油測(cè)井儀器存在的問(wèn)題，另一方面，利用石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集過(guò)程中難以避免的噪聲調(diào)制，大大降低石油測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集工作中的成本問(wèn)題。

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