CN109869142A - 一种井下数据传输装置以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种井下数据传输装置以及传输方法。装置包括：声波发送模块，其安装在井下，配置为获取待传输的有效数据，将所述有效数据转化为数据声波并发送；第一声波接收模块，其配置为采集包含所述数据声波的周边声波；第二声波接收模块，其配置为采集井下环境噪声声波；声波转换模块，其配置为基于所述环境噪声声波进行声波信号处理，消除所述周边声波中所述环境噪声声波对所述数据声波的干扰，获取所述数据声波对应的所述有效数据。根据本发明的方法以及装置，可以实现基于声波的井下数据传输并有效消除井下声波传输过程中环境噪声声波对数据声波的干扰，从而大大提高数据声波的传输效果。

Description

一种井下数据传输装置以及方法

技术领域

本发明涉及地质勘探开发领域，具体涉及一种井下数据传输装置以及方法。

背景技术

经过数十年的发展，石油勘探开发面临新的挑战，陆上油田开发已经进入开发后期，石油勘探开发已经转入薄油藏、边际油藏、断块油藏和剩余油藏等难动用储量的开发和海上石油的开发。石油开采所面临的地质条件更加复杂、自然环境更加恶劣，如何准确、高精度钻遇油层和顺利钻达目的地层是随钻测量技术必须要解决的技术难题。

为了提高对井眼轨迹和地层信息的测量，近钻头参数测量和地质导向钻井技术得到了迅速发展，近钻头参数测量技术把传感器安放在紧靠钻头的位置，大大缩短了测量零长(测量零长小于10m)，能够实时监测地层特征信息(例如伽马、电阻率)和地质工程参数(例如井斜、方位)，测量的参数具有方位性，利于及时调整井眼轨迹，降低打穿油层的风险，提高油层钻遇率。

但是，由于井下环境恶劣，井下的采集装置采集到的有效数据无法很好的传输到井上。

发明内容

本发明提供了一种井下数据传输装置，所述装置包括：

声波发送模块，其安装在井下，配置为获取待传输的有效数据，将所述有效数据转化为数据声波并发送；

第一声波接收模块，其配置为采集包含所述数据声波的周边声波；

第二声波接收模块，其配置为采集井下环境噪声声波；

声波转换模块，其配置为基于所述环境噪声声波进行声波信号处理，消除所述周边声波中所述环境噪声声波对所述数据声波的干扰，获取所述数据声波对应的所述有效数据。

在一实施例中，相较于所述第二声波接收模块，所述第一声波接收模块的安装位置更接近所述声波发送模块。

在一实施例中，所述装置还包括：

第一隔声体模块，其安装在所述第一声波接收模块与所述第二声波接收模块之间，配置为阻隔所述数据声波。

在一实施例中：

所述声波发送模块安装在螺杆钻具的下端，其配置为获取随钻数据；

所述第一声波接收模块以及第二声波接收模块安装在所述螺杆钻具的上端。

在一实施例中，所述装置还包括：

第二隔声体模块，其安装在所述声波发送模块与钻头之间，配置为阻隔钻头噪声声波。

本发明还提出了一种井下数据传输方法，所述方法包括：

在井下将待传输的有效数据转换成对应的数据声波并发送；

接收包含所述数据声波的周边声波；

采集井下环境噪声声波；

基于所述环境噪声声波进行声波信号处理，消除所述周边声波中所述环境噪声声波对所述数据声波的干扰，获取所述数据声波对应的所述有效数据。

在一实施例中，相较于采集所述井下环境噪声声波的装置，将接收所述周边声波的装置安装在更接近所述数据声波的发送装置的位置。

在一实施例中，所述方法还包括：

在接收所述周边声波的装置与采集所述井下环境噪声声波的装置之间安装用于阻隔所述数据声波的隔声体模块。

在一实施例中，所述方法还包括：

将所述数据声波的发送装置安装在螺杆钻具的下端，获取随钻数据；

将接收所述周边声波的装置与采集所述井下环境噪声声波的装置安装在所述螺杆钻具的上端。

在一实施例中，所述方法还包括：

在所述数据声波的发送装置与钻头之间安装用于阻隔钻头噪声声波的隔声体模块。

根据本发明的方法以及装置，可以实现基于声波的井下数据传输并有效消除井下声波传输过程中环境噪声声波对数据声波的干扰，从而大大提高数据声波的传输效果。

本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一实施例的方法流程图；

图2以及图3是根据本发明不同实施例的装置结构简图；

图4是根据本发明一实施例的数据流示意图；

图5是根据本发明一实施例的装置安装结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

为了提高对井眼轨迹和地层信息的测量，近钻头参数测量和地质导向钻井技术得到了迅速发展，近钻头参数测量技术把传感器安放在紧靠钻头的位置，大大缩短了测量零长(测量零长小于10m)，能够实时监测地层特征信息(例如伽马、电阻率)和地质工程参数(例如井斜、方位)，测量的参数具有方位性，利于及时调整井眼轨迹，降低打穿油层的风险，提高油层钻遇率。

但是，由于井下环境恶劣，井下的采集装置采集到的有效数据无法很好的传输到井上。针对上述问题，本发明提出了一种井下数据传输方法。

在本发明的方法中，首先对井下的数据传输环境进行分析。一般的，数据传输主要是有线传输以及无线传输两种。在井下环境中，由于活动部件的存在，很多应用环境中很难使用有线传输。例如，在螺杆钻具的上下两端间，由于中间动力钻具以及螺杆是活动部件，安装数据传输线的难度很大。

针对无线传输，可以在井下环境实现无线传输的方式主要包括泥浆脉冲传输、电磁波传输和声波传输三种方式。泥浆脉冲传输方式传输速率慢，其机构体积庞大并且包含有活动部件，无法在近钻头环境下使用。电磁波传输方式在井下传输应用较广，能获得较高的传输速率，其缺点是受地层电阻率的影响很大，当地层电阻率过低或过高时其传输速度和传输效果将受到影响。声波传输不依赖于钻井液和地层特性，能够在欠平衡井、充气钻井中使用，而且由于声波发射和接收装置简单，使其可以用于近钻头信息的短距离传输，并可获得较高的数据传输速率。

基于上述分析，在本发明的方法中，采用声波作为载体进行数据传输。但是，在井下环境中，声波传输最大的难点是如何消除井筒环境噪声的干扰，例如钻头振动产生的噪声以及钻井液冲刷井壁产生的噪声，这些噪声会把声波传输所用到的载波信号淹没掉，从而不利于声波数据的提取，影响声波传输效果。

因此，进一步的，在本发明的方法中，采用双重声波采集的模式。在数据发送端将待发送的有效数据转换为数据声波发送。在数据接收端，一方面，接收包含有效数据声波的周边声波；一方面，采集会对有效数据声波产生干扰的井下环境噪声声波(具体的，周边声波即是有效数据声波和井下环境噪声声波的集合体)。最后基于环境噪声声波对周边声波进行声波信号处理，消除周边声波中环境噪声声波对数据声波的干扰，获取数据声波对应的所述有效数据。

根据本发明的方法，可以实现基于声波的井下数据传输并有效消除井下声波传输过程中环境噪声声波对数据声波的干扰，从而大大提高数据声波的传输效果。

接下来基于流程图详细描述本发明实施例的实施过程。附图的流程图中示出的步骤可以在包含诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。虽然在流程图中示出了各步骤的逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

具体的，在一实施例中，方法包括：

S110，在井下将待传输的有效数据转换成对应的数据声波并发送；

S121，接收包含数据声波的周边声波；

S122，采集井下环境噪声声波；

S130，基于环境噪声声波进行声波信号处理，消除周边声波中环境噪声声波对数据声波的干扰，获取数据声波对应的有效数据。

进一步的，基于本发明的方法，本发明提出了一种井下数据传输装置。如图2所示，在一实施例中，装置包括：

声波发送模块210，其安装在井下，配置为获取待传输的有效数据，将有效数据转化为数据声波并发送；

声波接收模块220，其配置为采集包含数据声波的周边声波；

声波接收模块230，其配置为采集井下环境噪声声波；

声波转换模块240，其配置为基于环境噪声声波进行声波信号处理，消除周边声波中环境噪声声波对数据声波的干扰，获取数据声波对应的有效数据。

进一步的，为了避免在采集井下环境噪声声波的过程中采集到数据声波，在一实施例中，相较于采集井下环境噪声声波的装置，将接收周边声波的装置安装在更接近数据声波的发送装置的位置。

具体的，在一实施例中，相较于声波接收模块230，声波接收模块220的安装位置更接近声波发送模块210。

并且，进一步的，在一实施例中，令接收周边声波的装置与采集井下环境噪声声波的装置间隔特定距离，以避免采集井下环境噪声声波的装置接收到数据声波。

进一步的，在一实施例中，在接收周边声波的装置与采集井下环境噪声声波的装置之间安装用于阻隔数据声波的隔声体模块。

具体的，如图3所示，装置还包括：

隔声体模块350，其安装在声波接收模块320与声波接收模块330之间，配置为阻隔声波发送模块310发送的数据声波。

具体的，在井下环境中，数据传输需求一般是由井下沿井筒方向向井上传输。而井下环境噪声是在井筒中的各个方向传输的。也就是说，数据声波的声源(声波发送模块)位于井筒下方，数据声波沿钻杆由下向上传播；井下环境噪声声波的声源可以视为整个井筒。基于上述分析，在一实施例中，装置沿井筒自下而上依次安置为声波发送模块、接收周边声波的声波接收模块、隔声体模块以及采集井下环境噪声声波的声波接收模块。隔声体模块位于数据声波的传输方向上，数据声波被发送后首先通过钻杆传输到接收周边声波的声波接收模块，然后被隔声体模块阻隔。而井下环境噪声声波则不会被隔声体模块阻隔。

具体的，在一实施例中，声波转换模块进行声波数据处理过程中联合使用了声波接收模块320和声波接收模块330的数据；声波接收模块320不仅接收到了声波发射模块310发送的声信号St(数据声波)，还接收到了井筒环境噪声源300产生的噪声Sa(井下环境噪声声波)，因此声波接收模块320接收到的数据Sr(周边声波)是St和Sa的叠加，当Sa大于St时，直接从Sr中提取St变得很困难。但是，由于声波接收模块330采集到了Sa，因此，即使当Sa大于St，声波转换模块340也可以结合声波接收模块330采集到的Sa，利用相关算法，从Sr中提取出St。并之后进行数据解码，还原出St对应的有效数据。

并且，声波接收模块320与声波接收模块330之间安装有阻隔St的隔声体模块350，可以确保声波接收模块330不会采集到St，确保Sa的有效性，从而确保声波转换模块340从Sr中提取出St的准确度。

进一步的，由于声波接收模块320与声波接收模块330之间安装有阻隔St的隔声体模块350来阻隔St，因此声波接收模块320与声波接收模块330可以相互靠近安装。这样就能确保声波接收模块320与声波接收模块330接收到的Sa的一致性，从而确保声波转换模块340从Sr中提取出St的准确度。

进一步的，在一实施例中，利用本发明的方法实现随钻数据的短传。具体的，在一实施例中，方法还包括：

将数据声波的发送装置安装在螺杆钻具的下端，获取随钻数据；

将接收周边声波的装置与采集井下环境噪声声波的装置安装在螺杆钻具的上端。

具体的，在一实施例中，如图4所示，声波发射模块104接收来自近钻头传感器的数据，并对该数据进行编码和频移(FSK)调制，通过功率放大电路驱动声波发射换能器工作，产生调制后的声信号。该声信号沿着螺杆钻具101传播，并到达声波接收模块105a。

声波接收模块105a通过声波接收换能器把由螺杆钻具101传输过来的声信号以及井筒中井下环境噪声转换为电信号，并进行滤波、信号放大。声波接收模块105b通过声波接收换能器把接收到的各种井下环境噪声转换为电信号，并进行滤波和信号放大处理。声波转换模块107结合声波接收模块105b的井下环境噪声的电信号对声波接收模块105a的电信号进行过滤处理以及数据解码，最后还原出近钻头数据。

进一步的，在实际应用环境中，钻头噪声也会通过钻杆由下向上传播，而用于阻隔数据声波沿钻杆传播的隔声体也会阻隔钻头噪声的传播，这就导致接收周边声波的声波接收模块接收到的是钻头噪声声波+井下环境噪声声波+数据声波，而采集井下环境噪声声波的声波接收模块接收到的是井下环境噪声声波。最终使得声波转换模块在进行数据声波提取时无法很好的避免钻头噪声声波的干扰。针对上述情况，在一实施例中，在数据声波的发送装置与钻头之间安装用于阻隔钻头噪声声波的隔声体模块，阻隔钻头噪声沿钻杆传播到接收周边声波的声波接收模块。

具体的，如图5所示，在一实施例中，一个钻具上包含有钻铤100、螺杆钻具101、钻头102。根据本发明一实施例的数据传输装置安装在钻具上。钻铤100的下短节包含有声波发射模块104、隔声体模块106a和近钻头传感器103，其中隔声体模块106a位于声波发射模块104和近钻头传感器103之间；钻铤100的上短节包含有声波接收模块105a、声波接收模块105b和隔声体模块106b，其中隔声体模块106b位于声波接收模块105a和声波接收模块105b之间。钻铤100的上、下短节之间连接着螺杆钻具101。

进一步的，在一实施例中，装置的声波转换模块集成在声波接收模块105a或声波接收模块105b中。在另一实施例中，装置的声波转换模块独立，其安装在钻铤100的上短节上。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。本发明所述的方法还可有其他多种实施例。在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种井下数据传输装置，其特征在于，所述装置包括：

声波发送模块，其安装在井下，配置为获取待传输的有效数据，将所述有效数据转化为数据声波并发送；

第一声波接收模块，其配置为采集包含所述数据声波的周边声波；

第二声波接收模块，其配置为采集井下环境噪声声波；

声波转换模块，其配置为基于所述环境噪声声波进行声波信号处理，消除所述周边声波中所述环境噪声声波对所述数据声波的干扰，获取所述数据声波对应的所述有效数据。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，相较于所述第二声波接收模块，所述第一声波接收模块的安装位置更接近所述声波发送模块。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第一隔声体模块，其安装在所述第一声波接收模块与所述第二声波接收模块之间，配置为阻隔所述数据声波。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的装置，其特征在于：

所述声波发送模块安装在螺杆钻具的下端，其配置为获取随钻数据；

所述第一声波接收模块以及第二声波接收模块安装在所述螺杆钻具的上端。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二隔声体模块，其安装在所述声波发送模块与钻头之间，配置为阻隔钻头噪声声波。

6.一种井下数据传输方法，其特征在于，所述方法包括：

在井下将待传输的有效数据转换成对应的数据声波并发送；

接收包含所述数据声波的周边声波；

采集井下环境噪声声波；

基于所述环境噪声声波进行声波信号处理，消除所述周边声波中所述环境噪声声波对所述数据声波的干扰，获取所述数据声波对应的所述有效数据。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，相较于采集所述井下环境噪声声波的装置，将接收所述周边声波的装置安装在更接近所述数据声波的发送装置的位置。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在接收所述周边声波的装置与采集所述井下环境噪声声波的装置之间安装用于阻隔所述数据声波的隔声体模块。

9.根据权利要求6～8中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述数据声波的发送装置安装在螺杆钻具的下端，获取随钻数据；

将接收所述周边声波的装置与采集所述井下环境噪声声波的装置安装在所述螺杆钻具的上端。

10.根据权利要求6～9中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述数据声波的发送装置与钻头之间安装用于阻隔钻头噪声声波的隔声体模块。