CN104200642A - 一种进行井下设备地面控制的系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种进行井下设备地面控制的系统及方法，属于信息与信号处理领域。系统由地面拖动装置、控制平台、井下设备组成；井下设备内部有加速度传感器、中央处理单元、控制信号输出单元；其中加速度传感器实时对井下设备的运动进行监测，中央处理单元对加速度传感器的信号进行处理和计算，并实时记录井下设备的运动状态，地面拖动装置通过控制平台改变井下设备的运动状态，使其完成特定的运动特性，则中央处理单元通过控制信号输出单元输出该运动特性下所对应的控制信号，井下设备则根据该控制信号执行相应的操作。能够可靠的将控制信号由地面向井下设备传输，系统结构简单，使用方便。

Description

一种进行井下设备地面控制的系统及方法

技术领域

本发明涉及信息与信号处理领域，特别涉及利用加速度传感器实现井下设备地面控制的系统及方法。

背景技术

随着油气田勘探开发的深入，如何实时、准确地获取井下的地质资料及井下液体的压力、温度等信息就显得愈加重要。而解决这一问题的关键在于如何可靠、准确的将信号传递至井下设备。目前，实现控制信号向井下传递的方式主要有两种：一种是有线传输，另一种是无线传输。采用电缆或光纤的有线传输方式的最大优点是传输可靠，单位时间内的传输数据量大，并且可以实现井下和地面设备的双向通信。但有线传输会存在干扰井下设备正常工作，使其使用上受到限制，同时铺设有线传输通道的成本较高，且在深井或超深井中使用有线传输十分困难。

无线传输方式主要有声波传输和电磁波传输两种。其中声波传输方式是利用声波经过地层或井下设备来传输信号，这种方式结构简单而且成本较低。缺点是传输过程中随着深度的增加而声波的衰减将急剧增加，为保证声波的传输需在一定距离内加装中继，从而增加了设备成本。另外一种电磁波传输的方式可以高速传递信号，对井下情况要求不高，且信号不易受到影响；但电磁波在岩石中衰减严重的缺点则限制了这类通信方式的使用。

为了解决上述通信方式中的各类问题，一般通过对传输信号进行编码处理，常用的方法包括：2DPSK、“3升3降”脉冲间隔编码等编码方法，可有效的改善上述通信方式中带宽利用率低、传输速率低等问题，但需要在传输系统中使用专用设备，无疑增加了通信系统的成本。

因此对于仅需要信号单向传输的环境下，上述通信方式都不适用，且通信成本较高。

加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备，具有集成度高、体积小、重量轻、成本低等优点，目前已广泛应用与各类电子产品中，提高了产品的附加值，是许多技术及科研领域的关键器件，具有广阔的应用前景。目前将加速度传感器应用于井下设备复杂控制信号的传输的应用仍属空白，所以本发明提出了一种进行井下设备地面控制的系统及方法。

发明内容

本发明提供了一种进行井下设备地面控制的系统及方法，通过对井下设备中安装加速度传感器、中央处理单元和控制信号输出单元，由地面控制平台对井下设备的运动特性进行控制，从而实现控制井下设备完成指定操作的方法，用以提高井下的设备在地面控制时的可靠性、通信的抗干扰能力，并且极大的降低了通信成本。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：系统由地面拖动装置、控制平台井下设备组成，其特征在于：井下设备内部有加速度传感器、中央处理单元、控制信号输出单元，中央处理单元分别与加速度传感器、控制信号输出单元相连接；其中加速度传感器实时对井下设备的运动进行监测，中央处理单元对加速度传感器的信号进行处理和计算，并实时记录井下设备的运动状态，当符合的运动特性出现时，通过控制信号输出单元输出该运动特性下所对应的控制信号，井下设备则根据该控制信号执行相应的操作。

该方法具体包含以下几个步骤：

a.井下设备下井前，根据需要设定好在特定运动特性下，控制信号输出单元输出的控制信号及井下设备在该控制信号下执行的操作；

b.将井下设备的向下移动设置为正向运动方向；

c.井下设备匀速向井下运动至需要执行操作的区域后，通过控制井下设备的移动、停止和运动时间来完成特定的运动特性；

d.加速度传感器通过检测井下设备的运动状态，并由中央处理单元对其运动特性进行分析，当符合之前设定的运动特性时，通过信号输出单元输出相应的控制信号；

e.井下设备根据控制信号执行相应的操作。

所述井下设备的运动特性由一种或两种以上运动方式和运动时间组合而成，运动方式包括；正向匀速移动、正向变速移动、反向匀速移动、反向变速移动和停止；运动时间包括短时间和长时间。

所述的正向变速移动和反向变速移动中的变速移动为加速移动或减速移动；

所述的井下设备的运动方式是由地面拖动装置和控制平台所决定，但至少应能够控制井下设备的移动和停止。

所述的长时间设定为井下设备运动或停止运动的时间大于60s；短时间设定为井下设备运动或停止运动的时间大于1s，小于60s。

所述控制信号与井下设备的运动特性一一对应，且井下设备所需执行的操作可根据控制信号的不同而不同；控制信号为数字信号或模拟信号。

所述的井下设备匀速向井下运动至需要执行操作的区域后，判断井下设备运动位置可采用定时计算或测量拖动装置下放井下设备的距离来实现。

由上述可知，本发明所提供的方法其有益效果如下：

a.通过对井下设备安装加速度传感器、中央处理单元和控制信号输出单元即可实现对井下设备的地面控制，所需设备简单，降低了通信成本；

b.通过运动特性来传递控制信号的方法可有效的避免有线或无线传输信号过程中的干扰和信号衰减的问题，提高了控制信号传递的可靠性；

c.可通过不同运动方式结合运动时间组成多种运动特性，从而使得井下设备在井下完成复杂的地面控制；

d.可对井下设备进行运动特性和设备相应操作的灵活设定，实现井下设备完成操作的控制方法的多种选择，因此具有更好的适应性和灵活性。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种进行井下设备地面控制的系统及方法的结构示意图。

图2是本发明一实施例提供的一种进行井下设备地面控制的系统及方法的井下装置的基本构成图。

图3是本发明一实施例提供的一种进行井下设备地面控制的系统及方法的运动特性检测及控制信号输出的流程图。

图4是本发明一实施例提供的一种进行井下设备地面控制的系统及方法的一种运动特性的加速度信号示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种进行井下设备地面控制的系统及方法由地面拖动装置（1）、控制平台（2）和井下设备（3）组成。

如图2所示，井下设备（3）内部有加速度传感器（4）、中央处理单元（5）、控制信号输出单元（6）；中央处理单元（5）可使用单片机或其他高性能处理芯片结合外围电路对加速度传感器（4）的输出信号进行滤波、ADC及运动特性分析，并通过控制信号输出单元（6）实现对井下设备（3）的控制信号传输，使其完成指定的操作。

为了更清楚表达本发明所述的系统和方法，列举本发明的一个实施例，参照图3所示，说明本实施例的流程：首先在井下设备（3）下井前，对其进行初始化设置（7），即根据需要设定好在特定运动特性下，控制信号输出单元输出的控制信号及井下设备在该控制信号下执行的操作；并将井下设备（3）的向下移动设置为正向运动方向；设置完成后加速度传感器（4）即开始工作；由控制平台（2）控制地面拖动装置（1）带动井下设备（3）匀速向井下运动至需要执行操作的区域后，根据之前的设定，控制井下设备（3）的移动和停止使得井下设备（3）在相应的时间内完成特定的运动，中央处理单元（5）则通过加速度传感器（4）检测井下设备（3）的运动的同时并记录下井下设备（3）运动方式和时间点，实时分析是否有特定的运动特性出现，若出现则通过控制信号输出单元（6）向井下设备（3）输出相应的控制信号，井下设备（3）根据该控制信号完成相应的特定操作。

为了更清楚的说明上述方法，参照图4所示，通过一种运动特性加速度信号示意图来表明本发明的中一种进行井下设备地面控制的系统及方法的控制过程：通过控制平台（2）控制地面拖动装置（1）带动井下设备（3）向井下匀速运动，当到达t₁时刻后，通过控制平台（2）控制井下设备（3）停止运动，间隔5s后控制井下设备（3）匀速运动，并在5s之后再次停止其运动，该运动过程由加速度传感器（4）检测到的信号表现为在t₁时刻出现一个正向短时电压脉冲，这时为井下设备（3）第一次停止运动，之后在t₁+5s时刻出现一个反向的电压脉冲，即井下设备（3）再次匀速运动，并在t₁+10s时刻再次出现一个正向短时电压脉冲，表明井下设备（3）第二次停止。该运动特性是由正向匀速移动、短时间停止、正向短时间匀速移动、短时间停止组成。

另外，为完成地面对井下设备（3）在井下的复杂控制，在上述实施例中可通过设定长时间停止作为特定运动特性的结束标志，如图4所示，t₂时刻的时间为t₁+70s，中央处理单元（5）可将该时刻作为上述运动特性的结束标志，并通过控制信号输出单元（6）输出相应的控制信号。地面人员可在t₂时刻之后继续控制井下设备（3）向井下运动并完成其他指定操作。

以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种进行井下设备地面控制的系统及方法，系统由地面拖动装置（1）、控制平台（2）、井下设备（3）组成，其特征在于：井下设备（3）内部有加速度传感器（4）、中央处理单元（5）、控制信号输出单元（6），中央处理单元（5）分别与加速度传感器（4）、控制信号输出单元（6）相连接；其中加速度传感器（4）实时对井下设备（3）的运动进行监测，中央处理单元（5）对加速度传感器（4）的信号进行处理和计算，并实时记录井下设备（3）的运动状态，当符合的运动特性出现时，通过控制信号输出单元（6）输出该运动特性下所对应的控制信号，井下设备（3）则根据该控制信号执行相应的操作；

    系统实现井下设备地面控制的方法具体包含以下几个步骤：

    a.井下设备（3）下井前，根据需要设定好在特定运动特性下，控制信号输出单元（6）输出的控制信号及井下设备（3）在该控制信号下执行的操作；

    b.将井下设备（3）的向下移动设置为正向运动方向；

    c.井下设备（3）匀速向井下运动至需要执行操作的区域后，通过控制井下设备（3）的移动、停止和运动时间来完成特定的运动特性；

    d.加速度传感器（4）通过检测井下设备（3）的运动状态，并由中央处理单元（5）对其运动特性进行分析，当符合之前设定的运动特性时，通过信号输出单元（6）输出相应的控制信号；

    e.井下设备（3）根据控制信号执行相应的操作。

2.根据权利1所述的一种进行井下设备地面控制的系统及方法，其特征在于：所述井下设备（3）的运动特性由一种或两种以上运动方式和运动时间组合而成，运动方式包括正向匀速移动、正向变速移动、反向匀速移动、反向变速移动和停止；运动时间包括短时间和长时间。

3.根据权利1和2所述的一种进行井下设备地面控制的系统及方法，其特征在于：所述控制信号与井下设备（3）的运动特性一一对应，且井下设备（3）所需执行的操作根据控制信号的不同而不同。