CN116104465A - 去除钻井作业中加速度传感器所受干扰信号的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种去除钻井作业中加速度传感器所受干扰信号的方法,包括采用加速度传感器和磁场传感器共同进行数据测量;去除加速度传感器x轴和y轴方向所受干扰信号,包括获取第一滤波器;根据所述磁场传感器原始数据计算实时钻具转速;根据所述实时钻具转速从所述低通滤波器库中选择对应的滤波参数,并采用该滤波参数下第一滤波器对实时获取的加速度传感器x轴和y轴原始数据进行滤波;去除加速度传感器z轴方向所受干扰信号,包括获取第二滤波器;采用所述第二滤波器对加速度传感器Z轴原始数据进行滤波。本发明方法能够保证在钻具姿态动态连续测量过程中准确获取加速度传感器数据,为井下钻具姿态的动态连续测量的广泛应用提供支撑。
Description
技术领域
本发明属于钻井作业技术领域,涉及一种去除钻井作业中加速度传感器所受干扰信号的方法。
背景技术
钻井作业中,利用加速度传感器和磁场传感器组合能够实现井斜、方位和工具面等钻具姿态的测量。通常情况下,该测量均在接单根(长约10m)或立柱(长约30m)时的停泵状态下进行,即测量值是静态且位置是不连续的。为了提升钻井作业的地质和工程效果,钻具姿态的连续测量受到越来越多的关注,但在钻具旋转钻进时,加速度传感器受钻头振动和旋转离心力的影响,测量值严重失真,成为了制约井下钻具姿态连续测量的一个技术难点,
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此,本发明提供了一种去除钻井作业中加速度传感器所受干扰信号的方法。
本发明的技术解决方案:提供一种去除钻井作业中加速度传感器所受干扰信号的方法,该方法包括:
S1、采用加速度传感器和磁场传感器共同进行数据测量,并实时获取磁场传感器原始数据和加速度传感器x、y、z轴方向原始数据;
S2、在步骤S1的基础上,去除加速度传感器所受干扰信号,包括:
S20、去除加速度传感器x轴和y轴方向所受干扰信号,包括:
S201、获取第一滤波器,
所述第一滤波器包括与多个钻具转速对应的多组滤波器参数,形成低通滤波器库,其中,任意一组滤波器参数下的第一滤波器进行滤波时能够保留第一信号和去除第二信号,所述第一信号为有用信号,所述第二信号为干扰信号;
S202、根据所述磁场传感器原始数据计算实时钻具转速;
S203、根据所述实时钻具转速从所述低通滤波器库中选择对应的滤波参数,并采用该滤波参数下第一滤波器对实时获取的加速度传感器x轴和y轴原始数据进行滤波;
S20'、去除加速度传感器z轴方向所受干扰信号,包括:
S201'、获取第二滤波器,
所述第二滤波器为一固定低通滤波器,所述固定低通滤波器能够保留直流信号且能够去除第三信号;
S202'、采用所述第二滤波器对加速度传感器Z轴原始数据进行滤波。
进一步地,所述步骤S20还包括:
S204、获取步骤S203得到的信号的偏移量;
S205、采用所述偏移量对步骤S203得到的信号进行校正。
进一步地,通过下述方式获取步骤S203得到的信号的偏移量:
获取步骤S203得到的信号数据的所有峰值,所述峰值包括波峰和波谷;
计算所有波峰的平均值和所有波谷的平均值,两平均值的平均值为所述偏移量。
进一步地,通过下述方式采用所述偏移量对步骤S203得到的信号进行校正:
将步骤S203得到的信号数据减去所述偏移量。
进一步地,通过下述方式设计任意钻具转速对应的滤波器参数:
获取所述钻具转速的频率;
将所述钻具转速的频率设计为第一滤波器的截止频率;
根据所述截止频率设计所述滤波器参数。
进一步地,所述第一信号为小于等于RPM/60频率的信号,所述第二信号为大于等于n×RPM/60频率的信号,其中,RPM为与滤波器参数对应的钻具转速,n为钻头的刀翼数的最少数量。
进一步地,第三信号为大于等于RPM1/60频率的信号,其中,RPM1为实际钻井中的钻具转速应具有的最低值。
进一步地,所述加速度和磁场传感器的z轴均与仪器轴平行,所述加速度和磁场传感器的x、y轴均与仪器轴垂直,x、y、z轴满足右手定则。
进一步地,所述第一滤波器和第二滤波器均包括巴特沃斯滤波器。
进一步地,所述磁场传感器包括磁通门或磁阻传感器。
上述技术方案采用加速度传感器和磁场传感器共同进行数据测量,其中利用不受井下振动和钻具旋转离心力影响的磁场传感器获取钻具转速,并与设计的第一滤波器相配合,由此实现了加速度传感器x轴和y轴方向所受振动干扰信号的去除;同时设计第二滤波器对加速度传感器z轴原始数据进行滤波,由此实现了加速度传感器z轴方向所受干扰信号的去除。本发明方法能够保证在钻具姿态动态连续测量过程中准确获取加速度传感器数据,为井下钻具姿态的动态连续测量的广泛应用提供支撑。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解,其构成了说明书的一部分,用于例示本发明的实施例,并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明具体实施例提供的去除钻井作业中加速度传感器所受干扰信号的方法的流程示意图;
图2示出了根据本发明具体实施例提供的传感器组合示意图;
图3示出了根据本发明具体实施例提供的加速度传感器x、y方向振动干扰信号去除后的信号形态;
a、x、y方向振动干扰信号去除后的信号形态;b、离心力引起的偏移量。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时,应当明白,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的一个实施例中,如图1所示,提供一种去除钻井作业中加速度传感器所受干扰信号的方法,该方法包括:
S1、采用加速度传感器和磁场传感器共同进行数据测量,并实时获取磁场传感器原始数据和加速度传感器x、y、z轴方向原始数据;
S2、在步骤S1的基础上,去除加速度传感器所受干扰信号,包括:
S20、去除加速度传感器x轴和y轴方向所受干扰信号,包括:
S201、获取第一滤波器,
所述第一滤波器包括与多个钻具转速对应的多组滤波器参数,形成低通滤波器库,其中,任意一组滤波器参数下的第一滤波器进行滤波时能够保留第一信号和去除第二信号,所述第一信号为有用信号,所述第二信号为干扰信号;
S202、根据所述磁场传感器原始数据计算实时钻具转速;
S203、根据所述实时钻具转速从所述低通滤波器库中选择对应的滤波参数,并采用该滤波参数下第一滤波器对实时获取的加速度传感器x轴和y轴原始数据进行滤波;
S20'、去除加速度传感器z轴方向所受干扰信号,包括:
S201'、获取第二滤波器,
所述第二滤波器为一固定低通滤波器,所述固定低通滤波器能够保留直流信号且能够去除第三信号;
S202'、采用所述第二滤波器对加速度传感器Z轴原始数据进行滤波。
本实施例中,所述加速度和磁场传感器的z轴均与仪器轴平行,所述加速度和磁场传感器的x、y轴均与仪器轴垂直,x、y、z轴满足右手定则。
如图2所示,其中Ax、Ay和Az表示加速度传感器测量的x、y、z三个分量值,Bx、By和Bz表示磁场传感器测量的x、y、z三个分量值。其中加速度和磁场传感器的安装方向及种类不做限制。
本实施例中,所述第一滤波器和第二滤波器可均包括巴特沃斯滤波器,但并不限于此。
本实施例中,所述磁场传感器可包括磁通门或磁阻传感器,但并不限于此。
可见,本实施例采用加速度传感器和磁场传感器共同进行数据测量,其中利用不受井下振动和钻具旋转离心力影响的磁场传感器获取钻具转速,并与设计的第一滤波器相配合,由此实现了加速度传感器x轴和y轴方向所受振动干扰信号的去除;同时设计第二滤波器对加速度传感器z轴原始数据进行滤波,由此实现了加速度传感器z轴方向所受干扰信号的去除。本发明方法能够保证在钻具姿态动态连续测量过程中准确获取加速度传感器数据,为井下钻具姿态的动态连续测量的广泛应用提供支撑。
在上述实施例中,为了进一步保证最终得到的数据的准确性,所述步骤S20还包括:
S204、获取步骤S203得到的信号的偏移量;
S205、采用所述偏移量对步骤S203得到的信号进行校正。
也即,除受井下振动影响之外,加速度传感测量还会受到钻具旋转离心力的影响,本实施例方法可对离心力引起的偏移量进行校正,进而保证数据测量的准确性。
如图3所示,可通过下述方式获取步骤S203得到的信号的偏移量:
获取步骤S203得到的信号数据的所有峰值,所述峰值包括波峰和波谷;
计算所有波峰的平均值和所有波谷的平均值,两平均值的平均值为所述偏移量。
本实施例中,利用图3所示x、y方向振动干扰信号去除后的信号数据,采用寻找波峰和波谷的算法,得到所有峰值,其中,具体寻峰算法种类很多,不做限制,之后将波峰的平均值和波谷的平均值再取平均,得到图3中所示信号的偏移量。
本实施例中,可通过下述方式采用所述偏移量对步骤S203得到的信号进行校正:
将步骤S203得到的信号数据减去所述偏移量。
在上述实施例中,为了获取滤波参数,通过下述方式设计任意钻具转速对应的滤波器参数:
获取所述钻具转速的频率;
将所述钻具转速的频率设计为第一滤波器的截止频率;
根据所述截止频率设计所述滤波器参数。
举例来说,
在上述实施例中,为了保证更好地去除干扰,所述第一信号为小于等于RPM/60频率的信号,所述第二信号为大于等于n×RPM/60频率的信号,其中,RPM为与滤波器参数对应的钻具转速,n为钻头的刀翼数的最少数量。
举例来说,具体某组滤波参数设计时,将对应转速频率设定为低通滤波器的截止频率,根据这个截止频率设计滤波器参数,这样,针对不同的转速,可以设计多组相对应的滤波器参数,在实际应用中,根据实际测量的转速对应找到该转速对应的滤波参数,然后利用该滤波参数进行滤波,实现振动干扰信号的去除。
具体来说,加速度传感器随钻具旋转时,测量的x、y方向的有用信号与转速同频,z方向的有用信号为恒定值。井下振动信号频率与转速呈倍数关系,具体倍数为钻头的刀翼数,一般情况下,钻头的刀翼数大于等于3,即振动信号的频率至少为转速的三倍,该信号为干扰信号。则x、y方向有用信号频率为RPM/60(Hz),干扰信号频率大于等于3×RPM/60(Hz),该转速下设计的滤波器要求能保留低于或等于RPM/60(Hz)频率的信号,去除高于3×RPM/60(Hz)频率的信号。利用此原则,针对不同的转速,可以设计多组对应的滤波器参数,组成滤波器库。
在上述实施例中,为了保证更好地去除干扰,第三信号为高于RPM1/60频率的信号,其中,RPM1为实际钻井中的钻具转速应具有的最低值。
举例来说,由于z轴方向的有用信号为直流信号,因此可设计一个固定低通滤波器即可,考虑到实际钻井中的转速一般高于30RPM,则设计的滤波器要求能保留直流信号,去除大于等于30/60=0.5(Hz)的振动干扰信号。
可见,井下钻具姿态的动态连续测量,有助于实现更精准实时的井轨迹计算和与钻具姿态相关的连续地质参数测量(如方位伽马和方位电阻率测量等),进而提升钻井作业效果,但此时加速度传感器的测量值受钻头振动和旋转离心力的影响而严重失真,很难实现准确测量。为解决该问题,本发明实施例给出了一种去除钻井作业中加速度传感器所受干扰信号的方法,采用本发明实施例方法能够将加速度传感器x、y、z轴三个分量值所受的振动干扰和离心力干扰准确去除(由原始数据得到有用数据),本发明实施例方法保证了在钻具姿态动态连续测量过程中准确获取加速度传感器数据,为井下钻具姿态的动态连续测量的广泛应用提供支撑。
如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用,和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
应该强调,术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在,但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
本发明以上的方法可以由硬件实现,也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序,当该程序被逻辑部件所执行时,能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件,或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质,如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的,因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外,由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变,因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作,而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
Claims (10)
1.一种去除钻井作业中加速度传感器所受干扰信号的方法,其特征在于,所述方法包括:
S1、采用加速度传感器和磁场传感器共同进行数据测量,并实时获取磁场传感器原始数据和加速度传感器x、y、z轴方向原始数据;
S2、在步骤S1的基础上,去除加速度传感器所受干扰信号,包括:
S20、去除加速度传感器x轴和y轴方向所受干扰信号,包括:
S201、获取第一滤波器,
所述第一滤波器包括与多个钻具转速对应的多组滤波器参数,形成低通滤波器库,其中,任意一组滤波器参数下的第一滤波器进行滤波时能够保留第一信号和去除第二信号,所述第一信号为有用信号,所述第二信号为干扰信号;
S202、根据所述磁场传感器原始数据计算实时钻具转速;
S203、根据所述实时钻具转速从所述低通滤波器库中选择对应的滤波参数,并采用该滤波参数下第一滤波器对实时获取的加速度传感器x轴和y轴原始数据进行滤波;
S20'、去除加速度传感器z轴方向所受干扰信号,包括:
S201'、获取第二滤波器,
所述第二滤波器为一固定低通滤波器,所述固定低通滤波器能够保留直流信号且能够去除第三信号;
S202'、采用所述第二滤波器对加速度传感器Z轴原始数据进行滤波。
2.根据权利要求1所述的一种去除钻井作业中加速度传感器所受干扰信号的方法,其特征在于,所述步骤S20还包括:
S204、获取步骤S203得到的信号的偏移量;
S205、采用所述偏移量对步骤S203得到的信号进行校正。
3.根据权利要求2所述的一种去除钻井作业中加速度传感器所受干扰信号的方法,其特征在于,通过下述方式获取步骤S203得到的信号的偏移量:
获取步骤S203得到的信号数据的所有峰值,所述峰值包括波峰和波谷;
计算所有波峰的平均值和所有波谷的平均值,两平均值的平均值为所述偏移量。
4.根据权利要求3所述的一种去除钻井作业中加速度传感器所受干扰信号的方法,其特征在于,通过下述方式采用所述偏移量对步骤S203得到的信号进行校正:
将步骤S203得到的信号数据减去所述偏移量。
5.根据权利要求1所述的一种去除钻井作业中加速度传感器所受干扰信号的方法,其特征在于,通过下述方式设计任意钻具转速对应的滤波器参数:
获取所述钻具转速的频率;
将所述钻具转速的频率设计为第一滤波器的截止频率;
根据所述截止频率设计所述滤波器参数。
6.根据权利要求5所述的一种去除钻井作业中加速度传感器所受干扰信号的方法,其特征在于,所述第一信号为小于等于RPM/60频率的信号,所述第二信号为大于等于n×RPM/60频率的信号,其中,RPM为与滤波器参数对应的钻具转速,n为钻头的刀翼数的最少数量。
7.根据权利要求1所述的一种去除钻井作业中加速度传感器所受干扰信号的方法,其特征在于,第三信号为大于等于RPM1/60频率的信号,其中,RPM1为实际钻井中的钻具转速应具有的最低值。
8.根据权利要求1所述的一种去除钻井作业中加速度传感器所受干扰信号的方法,其特征在于,所述加速度和磁场传感器的z轴均与仪器轴平行,所述加速度和磁场传感器的x、y轴均与仪器轴垂直,x、y、z轴满足右手定则。
9.根据权利要求1所述的一种去除钻井作业中加速度传感器所受干扰信号的方法,其特征在于,所述第一滤波器和第二滤波器均包括巴特沃斯滤波器。
10.根据权利要求1所述的一种去除钻井作业中加速度传感器所受干扰信号的方法,其特征在于,所述磁场传感器包括磁通门或磁阻传感器。
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