CN101294491B - 一种井下信息自适应传输方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种井下信息自适应传输方法和系统，所述方法包括：采集井下的测量数据，生成几何参数信息、地层特性参数信息和工程参数信息；根据井下工具的工作模式分别为所述的几何参数信息、地层特性参数信息以及工程参数信息设定传输优先权重和特别优先级别；根据各参数信息的测量数据的变化量的大小，计算各类参数信息的普通传输优先级别；用所述的各类参数的传输优先权重调整所述的普通传输优先级别；根据特别优先级别、普通传输优先级别的顺序对所述的几何参数信息、地层特性参数信息以及工程参数信息进行组帧传输。本发明可以自适应判别某一时刻的关键参数，以此来实现关键信息的优先传输，使井下关键信息能够及时地传输到地面上来，从而间接提高信息传输效率。

Description

一种井下信息自适应传输方法和系统

技术领域

本发明涉及石油、天然气钻井作业随钻测量或随钻测井中的测量信息的传输技术，尤其涉及一种井下信息自适应传输方法和系统。

背景技术

在油气钻井作业中，常常需要把井底的测量信息传输到地面，由于现有的传输通道及途径的制约，信息传输速率很低，井下大量数据信息难以及时传送到地面。现有的传输信息遴选技术主要根据定向和旋转钻进模式进行不同信息的选择，来实现不同钻进模式下关键参数的优先传送。比如，在定向钻进模式下，定向工具面的参数非常重要，就需要多传“定向工具面”参数；旋转钻进模式下，地层信息以及工程信息非常重要，就需要多传“地层或工程信息”参数。这虽然从一定程度上缓解了井下信息传输不及时的矛盾，但是工程上更关心井下信息的变化情况。井下测量参数突然的、大幅度的变化往往意味着地层变化或者井下状况的改变，这对工程施工决策具有更重要的意义。仅仅靠区分钻进模式来选择所传输的信息无法对井下信息的变化情况做出及时反映，因此也无法将这些信息变化情况及时传送到地面上来的。此外，重复传送数值基本不怎么变化的参数不但没多少意义，反而浪费时间。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种井下信息优选的方法和系统，自适应判别某一时刻的关键参数，以此来实现关键信息的优先传输，使井下关键信息能够及时地传输到地面上来，从而间接提高信息传输效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种井下信息自适应传输方法，所述方法包括下列步骤：采集井下的测量数据，生成几何参数信息、地层特性参数信息和工程参数信息；根据井下工具的工作模式分别为所述的几何参数信息、地层特性参数信息以及工程参数信息设定传输优先权重和特别优先级别；根据各参数变化量的大小，计算各类信息的普通传输优先级别；用所述的工具的工作模式确定的各类参数的传输优先权重调整所述的普通传输优先级别，根据{特别优先级别→普通传输优先级别}对所述的几何参数信息、地层特性参数信息以及工程参数信息进行组帧传输。

一种井下信息自适应传输系统，所述系统包括：井下数据采集单元，用于采集井下的测量数据，生成几何参数信息、地层特性参数信息和工程参数信息；传输优先级别计算单元，用于根据各参数变化量的大小，计算各类信息的普通传输优先级别，并用所述的工具的工作模式确定的各类参数的传输优先权重调整所述的普通传输优先级别；由井下工具的工作模式分别为所述的几何参数信息、地层特性参数信息以及工程参数信息设定特别优先级别；井下信息传输单元，根据所述的传输级别对所述的几何参数信息、地层特性参数信息以及工程参数信息进行组帧传输。

本发明的有益效果在于：

1、将变化显著的参数优先传输，能够将井下信息的变化及时传输到地面，以供工程人员及时决策和判断。

2、结合工作模式与参数变化情况确定要传输的信息帧比单纯以工作模式确定信息帧能够使数据通讯具有更好的适应性和更高效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明实施例的方法流程图；

图2为本发明实施例的系统示意图；

图3为本发明一较佳实施例的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明的核心内容是：将井下测量参数根据其归属的物理对象分类，依据井下工具的工作模式和每类参数的变化显著与否确定每类参数的优先传输级别，根据各类参数的优先传输级别进行信息组帧传输，该信息帧内容可以保证优先级别高的参数先传输(优先权高)，多传输(传输频度高)，这样可以将井下信息的变化情况以最快的时间发送到地面上来，以便地面操作人员及时掌握井下工程或地质情况并及时做出决策。

其中，根据每类参数的变化显著与否确定每类参数的优先传输级别是利用每个参数两次传输的样值变化量来计算各类参数普通传输优先级别；并利用所述的由工作模式确定的各类参数优先传输权重来调整所计算的各类参数的普通传输优先级别；该传输级别包含了各类参数的传输优先权和传输频度。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

请参照图1，本发明的自适应传输井下信息的方法包括下列步骤：

步骤一：传输参数分类，即将反映同一类物理对象属性的参数归为一类。例如，将反映井眼轨迹形态的几何参数(井斜角和方位角)与工具的姿态参数(工具面角，旋转标志)归类为几何参数类；将反映地层特性的参数(伽玛、电阻率、中子密度等)归类为地层特性参数类；将井下扭矩、钻压、压力等纯粹工程作业参数归类为工程参数。该步骤可以通过采集井下的测量数据，生成几何参数信息、地层特性参数信息和工程参数信息来实现，例如，可以采集井下测量的井斜角数据、方位角数据和工具面角数据，生成几何参数信息；采集井下测量的地层伽玛射线数据、电阻率数据和中子密度数据，生成地层特性参数信息；采集井下测量的井下扭矩数据、钻压数据和压力数据，生成工程参数信息。

步骤二：根据井下工具的工作模式和每类参数中的各参数变化量确定每类参数信息的优先传输级别。根据本发明的一较佳实施例，在不同工作模式下，依据各类参数的重要性，可以用权重来调节依据参数数值变化所确定的参数优先级别。

首先，根据井下工具的工作模式确定参数特别优先级别，例如，当工具不旋转(或定向)时，由于几何参数的姿态参数非常重要，需要优先传输几组(可以预先设定传输的组数)几何参数。在工具处于这种模式时，几何参数所表现出的这种优先特性，我们称之为特别优先级。

其次，根据井下工具工作模式确定各类参数的优先权重；例如，当工具不旋转(或定向)时，几何参数的姿态参数比较重要，因此提高其优先权重最高，这样就形成了几何参数信息优先权重大于地层特性参数信息优先权重大于工程参数信息优先权重，或者几何参数信息优先权重大于工程参数信息优先权重大于地层特性参数信息优先权重的关系。当井下工具的工作模式为旋转钻进时，由于几何参数意义不大，因此定义几何参数信息优先权重最低，地层参数信息优先权重最高，这样就形成了地层特性参数信息优先权重大于工程参数信息优先权重大于几何参数信息优先权重的关系。

当判断的结果为井下工具的工作模式为定向工作模式时，则按照上述定向工作模式时设定的几何参数的特别优先级别，传输若干组几何参数，并选择该工作模式对应的各类参数的优先权重；当判断的结果为井下工具的工作模式为旋转工作模式时，则选择上述旋转工作模式对应的各类参数的优先权重。这里所述的优先权重用于调节下面所述的各类参数的传输优先级别。

然后，计算每类参数信息中的参数数值变化量，也即测量数据的变化量，当变化显著，超过某预定数值时，提升其所在分类的参数信息的传输优先级别，我们称之为普通传输优先级别，例如当电阻率变化较大时，优先传送地层特性参数信息，因此，需要预先设定每类参数信息中的地层数据的变化门限值，以供比较计算。

这里需要说明的是，由于井下工具在不同的工作模式下，用户所关心的参数不同，因此在不同工作模式下应传输的信息帧内容也会不同，本发明在兼顾这一因素的基础上，由井下工具工作模式确定各类参数信息的传输优先权重，利用该权重调节上面所述的普通传输优先级别。此外还为特定模式，例如定向工作模式设置了特定信息参数(例如几何参数)的特别优先级别，以使信息组帧能充分考虑到工作模式对信息内容的要求。事实上，由井下工具工作模式决定的传输参数改变主要在于工具面，因为定向钻进时，工具面角是关键参数，而旋转钻进时，工具面毫无价值；利用本发明的方法，即使在定向钻进时，当工具面数值变化较小时(通常工具面摆放好后，变化不大)，也会降低工具面优先级别，把有限带宽让位给其他参数传输。利用姿态参数(旋转标志)可以判断井下工具是否旋转，在旋转模式下，姿态参数(如工具面角)对用户无多少价值，一般不需要传输；而在非旋转状态下，导向标志为定向模式，姿态参数(如工具面角)是必须传输的参数。

所述普通传输优先级别包含了每类参数信息的传输优先权和传输频度等信息，例如，当所述普通传输优先级别为几何参数信息高于地层特性参数信息，地层特性参数信息高于工程参数信息时，则所述传输优先权为几何参数信息高于地层特性参数信息，地层特性参数信息高于工程参数信息；所述传输频度为几何参数信息大于地层特性参数信息，地层特性参数信息大于工程参数信息。反之，依然。

传输优先权高，意味着优先传输；传输频度高，意味着多传输。

步骤三：根据上述确定好的传输级别，按{参数特别优先级别→普通传输优先级别}进行信息组帧传输，即属于特别优先级别的信息优先传输，传输完毕后再按普通传输优先级别调整各类参数信息的传输优先权和传输频度，完成后续信息的传输。

在信息组帧时，每类参数信息的各传输参数组合为一个数据包，该数据包包含数据头和数据，根据本发明的实施例，其内容和格式是预先定义的。每个信息帧是由多个这样的数据包组合而成。信息接收端收到信息帧后按预先定义的包格式，进行信息解包。如果某类参数信息传输优先级别高，则信息帧中包含该类信息的数据包就多。

请参照图2，本发明的自适应传输井下信息的系统包括井下数据采集单元21、存储单元22、传输级别设定单元23、信息帧组合单元24、井下数据变化量设定单元25、优先传输级别计算单元26、井下信息传输单元27，其中：

井下数据采集单元21用于采集井下的测量数据，生成几何参数信息、地层特性参数信息和工程参数信息。包括：采集井下测量的井斜角数据、方位角数据和工具面角数据，生成几何参数信息；采集井下测量的地层伽玛射线数据、电阻率数据和中子密度数据，生成地层特性参数信息；采集井下测量的井下扭矩数据、钻压数据和压力数据，生成工程参数信息，并将上述几何参数信息、地层特性参数信息、工程参数信息储存到存储单元22。

传输级别设定单元23用于根据井下工具的工作模式分别为所述的几何参数信息、地层特性参数信息以及工程参数信息设定优先传输权重，以及根据井下工具的工作模式设定参数特别优先级别。根据本发明的一实施例，当井下工具的工作模式为定向工作模式时，则设定几何参数为特别优先级别传输参数，并设定所述各类参数的传输优先权重为几何参数信息高于地层特性参数信息，地层特性参数信息高于工程参数信息；或者，所述传输优先权重为几何参数信息高于工程参数信息，工程参数信息高于地层特性参数信息。当井下工具的工作模式为旋转工作模式时，则设定各类参数信息的所述优先传输权重为地层特性参数信息高于工程参数信息，工程参数信息高于几何参数信息。

信息帧组合单元24用于根据每类参数信息的普通传输优先级别及参数特别优先级别进行信息组帧。它包含各类信息的数据包设定单元。

井下数据变化量设定单元25用于为所述每类参数信息的每个测量数据设定一个变化门限值，用于当经计算得到当前接收到的测量数据数值相对于前一时刻采集到并传输的测量数据数值的变化量大于上述变化门限值时，根据该变化情况进一步确定各类参数信息的普通传输优先级别。

优先传输级别计算单元26用于根据井下数据变化门限值，计算每类参数信息的普通优先传输级别。

井下信息传输单元27用于传输由所述的信息帧组合单元24所组合的信息帧。

本发明的上述方法和系统可以通过各种可行的方式来实施，下面列举一个实际应用中的例子对本发明的方法和系统进行说明，请参照图3，其为根据本发明一较佳实施例的方法流程图，该方法采用了权重进行传输级别的计算。

首先，在本实施例中，将井下测量参数分为A类数据和B类数据，其中A类数据包括井斜角、方位角和工具面角；B类数据包括伽玛、电阻率、中子密度。

其次，确定每类数据的优先传输级别，包括：

为每类数据中的各个参数，首先定义一个门槛数值，即阈值ΔVt，该门槛数值可以参照该参数的精度或分辨率以及工程需要确定，可以是参数精度或分辨率的1倍或数倍；其次定义该参数的变化量，即相对于其上次传输的测量数值为ΔV，据此定义该参数优先传输级别P＝|ΔV/ΔVt|。

对于每类参数，将该类参数的各参数优先级数值P(gi)与各自权重w(gi)相乘并求和得该类参数传输优先级P(g)＝∑{P(gi)×w(gi)}(其中下标i表示第i个参数，下标g表示第g类参数，gi表示g类的第i个参数)，该数值越大，该类参数的优先传输级别越高。为了对各P(g)进行合理评估，可以对P(g)进行归一化处理，以消除不同类参数所包含参数个数及参数数值范围的差异对P(g)的影响。

在不同工作模式下，依据不同类参数的重要性也可以用不同权重来调节不同类参数的优先级别，即将该求和数值与工具在该模式下的优先传输权重相乘，得到参数的最终传输优先级别；例如，工具旋转时，B类数据优先权重为1，A类数据优先权重为0；工具不旋转时，A类数据优先权重为0.6，B类数据优先权重为0.4。数值越大，优先权越高。特别地，工具旋转时，若设定几何参数优先传输权重为0，则意味着，该模式下几何参数不被传输。

再次，根据计算的传输级别，进行组帧传输。

例如，确定了A类数据的优先级别PA＝0.5，B类数据的优先级别PB＝0.9，由于PB＞PA，则进行信息传输时，可按{B+A+B}组帧，即B类数据优先传输，并在一帧中传输2组，而A类数据只传输1组，并考虑到信息传输均衡，A类数据被插入到两组B类数据中间传输。若定向钻进(例如工具处于非旋转模式)，考虑到A类数据(几何数据)的特别优先权，可按{(A+A)+B+A+B}进行组帧，以确保最需要的参数在最需要的时刻被传送出去。这里(A+A)为特别优先级别确定的传输内容，B+A+B为普通优先级别确定的传输内容。

在本实施例中，可以按如下方法进行组帧传输：

工具不旋转时，例如定向钻进时，优先传输几组几何参数(例如A类数据)，以便将工具姿态信息及时发送到地面；将几何参数的这种优先特性定义为特别优先级别。

如图3所示，本发明该实施例的方法包括下列步骤：

301、读入分类信息配置g(如g＝1表示几何参数，g＝2表示地层参数，g＝3表示工程参数等)，包括各类参数权重w(gi)和变化门限(阈值)ΔVt(gi)，这里i＝1，2，…，k，对应参数编号，其中k为参数个数；初始化各类信息的优先级别P(g)，如P(1)＝0，P(2)＝0，P(3)＝0，高频度传输次数M(如M＝3)，低频度传输次数Z(如Z＝1)，定向模式时姿态信息参数特别优先传输次数N(如N＝3)等参数；初始化存储区S；初始化首次传输标志为是(＝1)；

302、采集各分类信息参数数值；

303、根据工具姿态信息参数(导向标志0/1)判断工具工作模式是否定向(标志＝1)？若为定向，则执行步骤304；反之，如工具旋转，则执行步骤305；

304、采集并传输N次工具姿态信息参数(工具面)，如N＝3，则传输3次工具姿态信息参数(工具面)；

305、从存储区S内读取首次传输标志，判断是否首次传输？如是，执行步骤309；反之，执行步骤306；

306、从存储区S内读取上次传输样点数值，计算各参数相对于上次传输样点数值的变化量ΔV(gi)；

307、计算各参数传输优先级别P(gi)＝|ΔV(gi)/ΔVt(gi)|；

308、计算各类信息综合传输优先级别P(g)＝∑{P(gi)×w(gi)}，(i＝1，2，…，k；k为g类信息所包含的参数个数)；

309、按P(g)数值排序，数值大者优先传输；较大P(g)值(比如大于预设数值)对应信息类别的数据采集并传输M次，反之传输Z次，其中M＞Z。例如M＝3，Z＝1，则表示信息帧中优先传输参数传输3次，而非优先参数仅传输1次；另外考虑到参数的传输均衡性，信息帧中可将参数按传输次数比M/Z＝3/1进行均衡排列，比如优先传输信息A(M＝3)和非优先传输信息B(Z＝1)可按{A+A+B+A}，或{A+B+A+A}进行组帧传输；

310、用最后1次采集和传输的各分类信息参数数值更新存储区内上次传输样点数值并置首次传输标志为否(＝0)；例如传输信息帧为{A+A+B+A}，则用所传输的B类参数数值和最后1次传输的A类参数数值更新存储区内的相应上次传输样点数值；

311、是否结束运行？若结束标志被设置为结束状态，则执行步骤312；反之执行步骤302；

312、结束。

本发明的有益效果在于：

1、将变化显著的参数优先传输，能够将井下信息的变化及时传输到地面，以供工程人员及时决策和判断。

2、结合工作模式与参数变化情况及参数重要性确定要传输的信息帧比单纯以工作模式确定信息帧能够使数据通讯具有更好的适应性，和更高效率。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种井下信息自适应传输方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

采集井下的测量数据，生成几何参数信息、地层特性参数信息和工程参数信息；

根据井下工具的工作模式分别为所述的几何参数信息、地层特性参数信息以及工程参数信息设定传输优先权重和特别优先级别；

根据各参数信息的测量数据的变化量的大小，计算各类参数信息的普通传输优先级别；

用所述的各类参数的传输优先权重调整所述的普通传输优先级别；

根据特别优先级别、普通传输优先级别的顺序对所述的几何参数信息、地层特性参数信息以及工程参数信息进行组帧传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集井下的测量数据，生成几何参数信息、地层特性参数信息和工程参数信息的步骤包括：

采集井下测量的井斜角数据、方位角数据、工具面角数据和旋转标志，生成几何参数信息；

采集井下测量的地层伽玛射线数据、电阻率数据和中子密度数据，生成地层特性参数信息；

采集井下测量的井下扭矩数据、钻压数据和压力数据，生成工程参数信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：

判断井下工具的工作模式是否是定向工作模式；

如果是，则设定几何参数信息为特别优先传输级别。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：

当井下工具的工作模式为旋转钻进工作模式，所述优先传输权重为：地层特性参数信息高于工程参数信息，工程参数信息高于几何参数信息；

当井下工具的工作模式为定向钻进工作模式，所述优先传输权重为：几何参数信息高于地层特性参数信息，地层特性参数信息高于工程参数信息；或者，所述优先传输权重为几何参数信息高于工程参数信息，工程参数信息高于地层特性参数信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下列步骤：

判断所述每类参数信息中的测量数据的变化量是否大于变化门限值，如果是，则经计算得到各类参数信息的普通传输优先级别。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述普通传输优先级别包括传输优先权和传输频度。

7.一种井下信息自适应传输系统，其特征在于，所述系统包括：

井下数据采集单元，用于采集井下的测量数据，生成几何参数信息、地层特性参数信息和工程参数信息；

传输优先级别计算单元，用于根据各参数变化量的大小，计算各类信息的普通传输优先级别，并用井下工具的工作模式确定的各类参数的传输优先权重调整所述的普通传输优先级别；由井下工具的工作模式分别为所述的几何参数信息、地层特性参数信息以及工程参数信息设定特别优先级别；

井下信息传输单元，根据传输优先级对所述的几何参数信息、地层特性参数信息以及工程参数信息进行组帧传输。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

井下数据变化量设定单元，用于设定各参数信息的测量数据的变化门限值；

信息帧组合单元，用于根据所述的每类参数信息的传输优先级别进行信息组帧。

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