CN110195584B - 随钻测控双向无线通讯模拟测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种随钻测控双向无线通讯模拟测试装置，属于钻井通讯领域，其包括机箱，所述机箱内设置进气管，和并联连接所述进气管的主气路和辅助气路；连通所述进气管的气体注入装置；设置在所述进气管上的压力采集模块，用于测量所述进气管的压力；连接所述主气路和辅助气路的气路控制模块，用于控制主气路和辅助气路的气体压力；以及上位计算机，所述上位计算机连接所述压力采集模块和气路控制模块，所述上位计算机预设双向通讯模拟程序。

Description

随钻测控双向无线通讯模拟测试装置和方法

技术领域

本发明涉及一种随钻测控双向无线通讯模拟测试装置和方法，属于钻探通讯领域。

背景技术

目前，石油钻井能够到达地下几千米的深度，井眼直径一般小于1米，造成井眼细长，在这样的井眼中如果利用电缆等有线方式传输井下信息，技术难度大，成本高。因此，现有的石油钻井井下信息传输通常采用无线通讯方式。在随钻测控领域中，利用无线通讯装置实现地面与井下信息的双向、实时传递，指导钻井作业安全、高效进行。

在多种井下无线通讯方式中，利用泥浆脉冲双向传递地面与井下信息已经成为随钻测控领域一种通用的方法。主要过程包括两个方面：第一，井下向地面传输信息的上传通讯。井下由脉冲编码电路及脉冲发生器组成，地面由压力脉冲采集器及解码电路组成，能够实时向地面传输井下轨迹、地层参数等信息，已经成为随钻测量技术的重要组成部分。第二，地面向井下传输信息的下传通讯。地面由脉冲编码电路及压力脉冲发生装置组成，井下由脉冲采集器及解码电路组成，能够实时向井下传递地面指令，常用于新型的旋转导向钻井系统中。以上两个方面的装置可以单独使用，作为井下与地面的通讯桥梁，协助完成某种具体的钻井作业，也可以同时使用，构成井下与地面闭环控制系统，极大提高钻井自动化水平。

但是，在无线通讯装置的研制与应用中，由于钻井环境恶劣，现场干扰多，压力值较高等因素，造成装置设计参数不合理，编解码信号不可靠等问题，提高了装置研制的难度，增加了研发成本。为了降低无线通讯装置的研发成本，研究并验证无线通讯编解码算法，研究并验证装置的智能控制方法，从而进一步提高现场无线通讯装置的可靠性及安全性，可以采用模拟测试装置及方法。然而，目前还没有一套完整的随钻测控双向无线通讯模拟测试装置及方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种随钻测控双向无线通讯模拟测试装置，能够通过气体压力变化模拟随钻测控双向无线通讯信号。

本发明提出了一种随钻测控双向无线通讯模拟测试装置，包括：

机箱，所述机箱内设置进气管，和并联连接所述进气管的主气路和辅助气路；

连通所述进气管的气体注入装置；

设置在所述进气管上的压力采集模块，用于测量所述进气管的压力；

连接所述主气路和辅助气路的气路控制模块，用于控制主气路和辅助气路的气体压力；以及

上位计算机，所述上位计算机连接所述压力采集模块和气路控制模块，所述上位计算机预设双向通讯模拟程序。

本发明的进一步改进在于，所述主气路包括主气管，所述主气管的进气端连接所述进气管，所述主气管的出气端设置主节流阀。

本发明的进一步改进在于，所述辅助气路包括辅助气管，所述辅助气管的进气端连接所述进气管，所述辅助气管的出气端设置辅助节流阀。

本发明的进一步改进在于，所述气路控制模块包括设置在所述主气路的主路电磁阀，设置在所述辅助气路的辅路电磁阀，以及连接所述主路电磁阀和所述辅路电磁阀的电磁阀控制模块，所述电磁阀控制模块连接所述上位计算机。

本发明的进一步改进在于，所述压力采集模块包括连接所述进气管的气体压力传感器，以及连接所述气体压力传感器的压力数据采集模块；其中，所述压力数据采集模块通过所述气体压力传感器采集所述进气管的气压值，并将所述气压值传送至上位计算机。

本发明的进一步改进在于，所述气体注入装置包括低压气泵，所述低压气泵上设置溢流阀和压力表。

本发明的进一步改进在于，所述箱体上设置连通所述进气管的第一流量计，以及连通所述辅助气路的第二流量计。

根据本发明的另一个方面，提出了一种随钻测控双向无线通讯模拟测试方法，利用根据随钻测控双向无线通讯模拟测试装置实现，包括：

步骤一，检测设备是否正常；

步骤二，启动气体注入装置，将主气路内的气压调节到设定值并达到气压平衡，同时记录主气路的压力和流量变化；之后打开辅助气路，并将辅助气路内的气压调节到设定值并达到气压平衡，同时记录辅助气路的压力和流量变化；

步骤三，上位计算机根据预设的程序控制气路控制模块改变主气路和辅助气路内的气压以模拟发送脉冲信号，所述压力采集模块测量进气管内的气压模拟接收脉冲信号。

本发明的进一步改进在于，在步骤一中检测设备是否正常的步骤包括，首先打开气体注入装置、主气路的出气端和辅助气路的出气端，并检验第一流量计、第二流量计以及上位计算机的压力数据是否为零。

本发明的进一步改进在于，根据模拟的不同工况的条件，改变主气路和辅助气路的压力并达到平衡，重复步骤三以模拟不同工况条件下进行模拟通讯测试。

本发明的进一步改进在于，所述气路控制模块通过所述主气路模拟上传通讯脉冲信号，并通过所述辅助气路模拟下传通讯脉冲信号。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

在本发明所述的随钻测控双向无线通讯模拟测试装置和方法中，通过该装置，可以进行随钻测控双向无线通讯的室内模拟实验。在实验过程中可以改进随钻测控无线通讯的设计，验证系统的准确性，也可以作为随钻测控无线通讯测试平台及通讯算法的开发平台。本发明装置体积小，成本低，安全可靠，便于维护，降低了随钻无线通讯试验难度。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方案的随钻测控双向无线通讯模拟测试装置结构示意图；

图2是根据本发明的一个实施方案的随钻测控双向无线通讯模拟测试方法中，模拟上传通讯波形示意图；

图3是根据本发明的一个实施方案的随钻测控双向无线通讯模拟测试方法中，模拟下传通讯波形示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

在附图中各附图标记的含义如下：1、机箱，2、压力采集模块，3、气路控制模块，4、上位计算机，5、气体注入装置，11、进气管，12、主气路，13、辅助气路，14、主气管，15、主节流阀，16、辅助气管，17、辅助节流阀，18、第一流量计，19、第二流量计，21、气体压力传感器，22、压力数据采集模块，31、主路电磁阀，32、辅路电磁阀。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例所述随钻测控双向无线通讯模拟测试装置和方法。根据本发明的随钻测控双向无线通讯模拟测试装置和方法尤其能够通过气体压力变化模拟随钻测控双向无线通讯信号。

如图1所示，本实施例所述的一种随钻测控双向无线通讯模拟测试装置，包括机箱1。所述机箱1内设置进气管11，所述进气管11设置在所述机箱1的入口。所述进气管11的一端设置在所述机箱1的外部，另一端设置在所述机箱1的内部。所述机箱1内还设有主气路12和辅助气路13，其中，所述主气路12和辅助气路13并联连接所述进气管11。本实施例所述装置还包括气体注入装置5，所述气体注入装置5设置在所述机箱1外，并连接所述进气管11。所述进气管11上设置压力采集模块2，用于测量所述进气管11内的气体压力。所述主气路12和所述辅助气路13上设置气体控制模块，用于控制主气路12和辅助气路13的气体压力。本实施例所述装置还包括上位计算机4，所述上位计算机4连接所述压力采集模块2和气路控制模块3。所述上位计算机4预设双向通讯模拟程序，能够控制所述气路控制模块3改变主气路12和辅助气路13的气体压力，并能够控制压力采集模块2测量进气管11内的气体压力。

在使用根据本实施例所述装置时，气体注入装置5在所述进气管11内不断充入气体，使进气管11、主气路12和辅助气路13内的气体压力达到平衡。上位计算机4通过预设的双向通讯模拟程序控制所述气路控制模块3改变主气路12和辅助气路13的气体压力，模拟通讯脉冲信号。所述上位计算机4通过压力采集模块2采集进气管11内的压力值，并传递给上位计算机4，从而模拟接收通讯脉冲信号。

在一个实施例中，所述主气路12包括主气管14，所述主气管14的进气端设置在所述箱体的内部，出气端设置在所述箱体的外部。所述主气管14的进气端连接所述进气管11，所述主气管14的出气端设置主节流阀15。在本实施例中，所述主节流阀15能够用于控制主气管14内的气压。所述气体注入装置5不断充入气体，而节流阀排出气体，使主气管14内气体压力达到动态平衡。这样，通过调节节流阀能够改变主气管14内的压力。这样能够根据不同的工况模拟不同环境下信号传输。

在一个实施例中，所述辅助气路13包括辅助气管16，所述辅助气管16的进气端设置在所述箱体的内部，出气端设置在所述箱体的外部。所述辅助气管16的进气端连接所述进气管11，所述辅助气管16的出气端设置辅助节流阀17。所述辅助节流阀17用于控制辅助气管16内的气体压力，其作用与所述主节流阀15相同。

在一个优选实施例中，所述气路控制模块3包括设置在所述主气路12的主路电磁阀31，设置在所述辅助气路13的辅路电磁阀32，以及连接所述主路电磁阀31和所述辅路电磁阀32的电磁阀控制模块。所述电磁阀控制模块连接所述上位计算机4。在使用根据本实施例所述装置时，气路控制模块3的电磁阀控制模块接收到上位计算机4的控制指令，从而控制主电磁阀来改变主气路12的气压，控制辅助电磁阀来改变辅助气路13的气压，形成如图2、图3所示的波形来模拟上传通讯信号和下传通讯信号。

在一个实施例中，所述压力采集模块2包括气体压力传感器21。所述气体压力传感器21连接所述进气管11。所述压力采集模块2还包括连接上位计算机4的压力数据采集模块22。其中，所述气体压力传感器21的采集端连接所述进气管11，所述输出端连接所述压力数据采集模块22。所述压力数据采集模块22通过所述气体压力传感器21采集所述进气管11的气压值，并将所述气压值传送至上位计算机4。从而，模拟接收信号。

在一个实施例中，所述气体注入装置5包括低压气泵，所述低压气泵上设置溢流阀和压力表。低压气泵的进气端连接大气，其出气端连接所述进气管11。溢流阀起到定压溢流的作用，压力表能够直观的看到气管内的压力值，从而在实验时保证气管的安全。

在一个实施例中，所述箱体上设置连通所述进气管11的第一流量计18，以及连通所述辅助气路13的第二流量计19。所述第一流量计18用于测量进气管11以及主气路12的气体流量，第二流量计19用于测量辅助气路13的流量。在一个优选的实施例中，所述辅助气路13包括两段辅助气管16，所述第二流量计19固定在箱体上。前一段辅助气管16两端分别连接进气管11和第二流量计19，后一段辅助气管16连接第二流量计19和辅助节流阀17。通过第一流量计18和第二流量计19能够测试本实施例所述装置是否存在问题。

根据本实施例的另一个方面，提出一种随钻测控双向无线通讯模拟测试方法，本实施例所述方法通过如图1所示的随钻测控双向无线通讯模拟测试装置实现。所述方法包括：

步骤一，检测设备是否正常。

步骤二，启动气体注入装置5，将主气路12内的气压调节到设定值并达到气压平衡，同时记录主气路12的压力和流量变化。之后打开辅助气路13，并将辅助气路13内的气压调节到设定值并达到气压平衡，同时记录辅助气路13的压力和流量变化。

步骤三，上位计算机4根据预设的程序控制气路控制模块3改变主气路12和辅助气路13内的气压以模拟发送脉冲信号，所述压力采集模块2测量进气管11内的气压模拟接收脉冲信号。

通过根据本实施例所述方法，通过控制气压变化模拟无线通讯测试。

在一个优选实施例中，在步骤一中检测设备是否正常的步骤包括，首先打开气体注入装置5、主气路12的出气端和辅助气路13的出气端，并检验第一流量计18、第二流量计19以及上位计算机4的压力数据是否为零。如果压力数据不为零则检查主气路12、辅助气路13等是否存在堵塞等问题，以保证试验结果的准确性。

在一个实施例中，根据模拟的不同工况的条件，改变主气路12和辅助气路13的压力并达到平衡，重复步骤三以模拟不同工况条件下进行模拟通讯测试。在本实施例中，通过调节主节流阀15和辅助节流阀17能够改变主气路12和辅助气路13的气压，从而模拟不同工况的条件。这样，本实施例所述方法能够适用于模拟不同环境下通讯方式。

在一个优选实施例中，所述气路控制模块3通过所述主气路12模拟上传通讯脉冲信号，并通过所述辅助气路13模拟下传通讯脉冲信号。

以下通过一个实验说明本实施例所述的随钻测控双向无线通讯模拟测试方法。

步骤一，测试准备，检测设备是否正常。其中，首先连接低压气泵，连接主气路12排出装置，打开主节流阀15。然后连接辅气路排出装置，打开辅节流阀，测试装置上电，观察第一流量计18、第二流量计19以及上位计算机4压力数据是否为零。

步骤二，打开低压气泵，开始供气，调节主节流阀15，主气路12流量达到设定值。其中，低压气泵提供的气压小于1MPa。观察压力、流量变化，等待压力平衡后，通过上位计算机4打开辅气路电磁阀，调节辅节流阀，辅气路流量达到设定值，观察压力、流量变化，等待压力再次平衡。

步骤三，上位计算机4按预先编码的程序控制电磁阀的打开与闭合，模拟信息发送过程。上位计算机4采集压力脉冲信号，进行解码，模拟信息接收过程。如图2所示，上传通讯压力脉冲信号波形图具有类似的波形。如图3所示，下传通讯压力脉冲信号波形图具有类似的波形。

步骤四，不同工况模拟，重新调节主气路12节流阀和辅气路节流阀开度，调整流量及压力值达到新的平衡，在不同工况下模拟双向通讯过程，重复上述过程，直到试验完毕。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种随钻测控双向无线通讯模拟测试装置，其特征在于，包括：

机箱(1)，所述机箱(1)内设置进气管(11)，和并联连接所述进气管(11)的主气路(12)和辅助气路(13)；

连通所述进气管(11)的气体注入装置(5)；

设置在所述进气管(11)上的压力采集模块(2)，用于测量所述进气管(11)的压力；

连接所述主气路(12)和辅助气路(13)的气路控制模块(3)，用于控制主气路(12)和辅助气路(13)的气体压力；所述主气路(12)包括主气管(14)，所述主气管(14)的进气端连接所述进气管(11)，所述主气管(14)的出气端设置主节流阀(15)；所述辅助气路(13)包括辅助气管(16)，所述辅助气管(16)的进气端连接所述进气管(11)，所述辅助气管(16)的出气端设置辅助节流阀(17)以及

上位计算机(4)，所述上位计算机(4)连接所述压力采集模块(2)和气路控制模块(3)，所述上位计算机(4)预设双向通讯模拟程序。

2.根据权利要求1所述的随钻测控双向无线通讯模拟测试装置，其特征在于，所述气路控制模块(3)包括设置在所述主气路(12)的主路电磁阀(31)，设置在所述辅助气路(13)的辅路电磁阀(32)，以及连接所述主路电磁阀(31)和所述辅路电磁阀(32)的电磁阀控制模块，所述电磁阀控制模块连接所述上位计算机(4)。

3.根据权利要求2所述的随钻测控双向无线通讯模拟测试装置，其特征在于，所述压力采集模块(2)包括连接所述进气管(11)的气体压力传感器(21)，以及连接所述气体压力传感器(21)的压力数据采集模块(22)；其中，所述压力数据采集模块(22)通过所述气体压力传感器(21)采集所述进气管(11)的气压值，并将所述气压值传送至上位计算机(4)。

4.根据权利要求3所述的随钻测控双向无线通讯模拟测试装置，其特征在于，所述气体注入装置(5)包括低压气泵，所述低压气泵上设置溢流阀和压力表。

5.根据权利要求4所述的随钻测控双向无线通讯模拟测试装置，其特征在于，所述机箱(1)上设置连通所述进气管(11)的第一流量计(18)，以及连通所述辅助气路(13)的第二流量计(19)。

6.利用根据权利要求1至5中任一项所述的随钻测控双向无线通讯模拟测试装置的方法，其特征在于，包括：

步骤一，检测设备是否正常；

步骤二，启动气体注入装置(5)，将主气路(12)内的气压调节到设定值并达到气压平衡，同时记录主气路(12)的压力和流量变化；之后打开辅助气路(13)，并将辅助气路(13)内的气压调节到设定值并达到气压平衡，同时记录辅助气路(13)的压力和流量变化；

步骤三，上位计算机(4)根据预设的程序控制气路控制模块(3)改变主气路(12)和辅助气路(13)内的气压以模拟发送脉冲信号，所述压力采集模块(2)测量进气管(11)内的气压模拟接收脉冲信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤一中检测设备是否正常的步骤包括，首先打开气体注入装置(5)、主气路(12)的出气端和辅助气路(13)的出气端，并检验第一流量计(18)、第二流量计(19)以及上位计算机(4)的压力数据是否为零。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据模拟的不同工况的条件，改变主气路(12)和辅助气路(13)的压力并达到平衡，重复步骤三以模拟不同工况条件下进行模拟通讯测试。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述气路控制模块(3)通过所述主气路(12)模拟上传通讯脉冲信号，并通过所述辅助气路(13)模拟下传通讯脉冲信号。

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