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随钻测量是一种能在钻机钻进的同时连续不断的获取和传输有关地质或钻头的信息到地面的技术,可供现场工程师优化钻井策略、调整钻井参数,对降低钻井成本、提高钻井效率有重大意义。连续泥浆脉冲通信是随钻测量领域常用的无线通信方式。目前,大量的井下信息与低效的通信速率之间的矛盾是泥浆脉冲传输方式最主要的难题。本文以提高泥浆脉冲通信的传输速率和可靠性为目的,在MATLAB仿真环境下,围绕该系统中的信号调制方式、泥浆信道噪声和传输特性、接收端噪声消除及解码方法展开研究。
首先,泥浆脉冲信号的调制属于一种机械调制,在脉冲器经典调制方法的基础上提出了适合连续波信号的8PSK调制方法,通过8PSK单脉冲序列分析,用傅里叶变换推导出连续压力波8PSK信号数学模型,并用MATLAB得到仿真波形。基于时域频域特征分析对比了QPSK信号和8PSK信号的有效性和可靠性。结果表明连续波8PSK调制相较于现有的2PSK乃至QPSK调制,在相同的载频和带宽下信息传输速率能成倍提高。
其次,对泥浆信道的噪声分析并建模,并对信道传输特性进行了数值分析。泥浆信道噪声成分复杂,重要的成分为强度较大的周期性泵噪声信号和非周期性的高斯噪声信号。同时用速度传输模型和信道衰减模型对信道特性进行数值仿真分析,结果表明信号频率和传输距离是影响信号衰减的重要因素。
最后,通过建立井口压力波模型,结合噪声和信道衰减特性,对井口连续压力波信号进行了仿真。用基于泥浆泵特性的时域平均法去除泵噪声,并利用改进的分层阈值的小波去噪法去除其余噪声;用零点解调法和相位解调法进行联合解调得出原始数据,验证了连续泥浆脉冲信号8PSK调制方案的可实施性。用实际井下工程值做综合仿真,设定仿真参数,改变噪声强度,直到解调出现误码,得出能正确解调的噪声边界,在信噪比较高的条件下该方案可靠有效。
总之,本系统适合应用在井下信息需求量大、环境噪声信噪比较高等条件下,在噪声强度不超过-10db时能成功识别井下信息,适合用在钻井初期的水平井及大位移井,在地质环境复杂、井下信息需求量大的条下,能对提高信号传输速率和适应多元化环境传输策略提供新思路。
首先,泥浆脉冲信号的调制属于一种机械调制,在脉冲器经典调制方法的基础上提出了适合连续波信号的8PSK调制方法,通过8PSK单脉冲序列分析,用傅里叶变换推导出连续压力波8PSK信号数学模型,并用MATLAB得到仿真波形。基于时域频域特征分析对比了QPSK信号和8PSK信号的有效性和可靠性。结果表明连续波8PSK调制相较于现有的2PSK乃至QPSK调制,在相同的载频和带宽下信息传输速率能成倍提高。
其次,对泥浆信道的噪声分析并建模,并对信道传输特性进行了数值分析。泥浆信道噪声成分复杂,重要的成分为强度较大的周期性泵噪声信号和非周期性的高斯噪声信号。同时用速度传输模型和信道衰减模型对信道特性进行数值仿真分析,结果表明信号频率和传输距离是影响信号衰减的重要因素。
最后,通过建立井口压力波模型,结合噪声和信道衰减特性,对井口连续压力波信号进行了仿真。用基于泥浆泵特性的时域平均法去除泵噪声,并利用改进的分层阈值的小波去噪法去除其余噪声;用零点解调法和相位解调法进行联合解调得出原始数据,验证了连续泥浆脉冲信号8PSK调制方案的可实施性。用实际井下工程值做综合仿真,设定仿真参数,改变噪声强度,直到解调出现误码,得出能正确解调的噪声边界,在信噪比较高的条件下该方案可靠有效。
总之,本系统适合应用在井下信息需求量大、环境噪声信噪比较高等条件下,在噪声强度不超过-10db时能成功识别井下信息,适合用在钻井初期的水平井及大位移井,在地质环境复杂、井下信息需求量大的条下,能对提高信号传输速率和适应多元化环境传输策略提供新思路。