CN110611508A

CN110611508A - 一种用于石油钻井的基于组合码的编码和解码方法

Info

Publication number: CN110611508A
Application number: CN201910824639.4A
Authority: CN
Inventors: 薛秋来; 刘鹏; 李传伟; 杨亮; 陈大祺; 芦文生; 梁耀; 罗维; 张铎; 赵民; 周正志; 金秋
Original assignee: China Petroleum Group Oilfield Technical Service Co Ltd; China National Petroleum Corp; China Petroleum Logging Co Ltd
Current assignee: China Petroleum Group Oilfield Technical Service Co Ltd; China National Petroleum Corp; China Petroleum Logging Co Ltd
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2039-09-02
Also published as: CN110611508B

Abstract

本发明涉及一种用于石油钻井用的基于组合码的编码和解码方法，通过对数据进行预处理，基于石油钻井时传输的噪音和干扰的特点，设计了一种简单可行的编码和解码方法用于石油钻井数据的传输，该编解码的方法有效减少循环的迭代次数，编码和解码计算量小、执行速度快，适合用于传输井下数据。

Description

一种用于石油钻井的基于组合码的编码和解码方法

技术领域

本发明涉及石油钻井行业中随钻测量、随钻测井和旋转导向系统使用的数据传输领域，特别是涉及基于组合码实现泥浆脉冲传输井下测量数据。

背景技术

信号的传输和编解码技术是石油钻井井下测量设备研发的关键技术之一。石油钻井井下测量系统在实际应用时，按传输载体来分数据的传输方式主要有：泥浆脉冲传输、电磁波传输和声波传输。电磁波传输适用范围受地层电阻率的限制，而且电磁波容易受干扰。声波传输是以钻杆或地层为传输介质，数据传输速率较高，但信号易衰减，只能近距离传输。因此，主流设备一般采用泥浆脉冲传输井下数据。

设备在传输井下数据时，按照编码规则控制脉冲器动作，将传输的数据变为钻柱内泥浆压力波动信号。地面通过安装压力传感器对立管压力进行采集，再经过采集箱将立管压力信号变为数字信号，然后再进行初级滤波，然后将滤波后的数据发送到地面解码软件。地面解码软件通过傅里叶变换或小波滤波等方法进一步降低信号中的噪声，然后按照一定的解码方法将立管压力信号中携带的编码信息解算出来。脉冲信号编码技术对信号的传输质量和传输效率有很重要的影响，常用的信号编码方式有曼彻斯特码、Miller码、Bip-Phase、Timebase2、组合编码、正则码、等重码等多种方式。组合码传输数据方式通过大量现场应用证明，是一种高效、易检测的泥浆脉冲信号编码方法。目前，组合码数据传输只有明确的基本规则定义，为解决提高信息的传输速率提升解码效率，本申请提出了一种基于石油钻井的编码和解码方法。

发明内容

一种用于石油钻井的基于组合码的数值编码方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101，将井下待传输的数据除以分辨率，然后四舍五入进行取整，根据预先定义的数据传输位数和推荐组合码格式表获取当前数据对应的时间槽总数N和脉冲数量M；

S102，脉冲数量M决定了循环嵌套的层数，最大循环嵌套层数为5层；

S103，第1层循环对应脉冲1的时间槽位置，其起始时间槽位置为1，结束时间槽位置为N-2-(M-1)*3；

S104，第K层循环(K≤M)对应脉冲K的时间槽位置，其起始时间槽位置为SLOT_k-1+3，结束时间槽位置为N-2-(M-K)*3；N，K，M为正整数；

S105，在第M-1层循环中获取前M-1个时间槽位置确定后所允许的最大有效编码数量；

S106，根据最大有效编码数据量计算出当前最大允许的编码数值；

S107，判断待编码数据是否超过当前最大允许的编码数值，如果待编码数值大于最大允许的编码数值，则继续执行第M-1层的循环，否则进入M层嵌套循环，从起始位置开始，找到符合规则的编码，判断每个有效编码的对应值与待编码数据是否相等，如果相等则当前循环位置对应的组合编码{SLOT₁，SLOT₂，…，SLOT_k，SLOT_M}为编码结果，结束当前数据的组合编码；

S108,传输所获得数据的组合编码

进一步，所述找到符合规则的编码，具体为：在最后一层循环中对SLOT₁+SLOT₂+…，+SLOT_k+SLOT_M求和，如果和为偶数则当前编码{SLOT₁，SLOT₂，…，SLOT_k，SLOT_M}为有效编码。

进一步，其中所述最大编码允许的编码数值为通过推荐组合码格式表中获得的位数确定。

进一步，当N＝4,M＝21时，最大编码允许的编码数值为255。

本发明还提供，一种用于石油钻井的基于组合码的数值解码方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101，解码设备处理通过立管压力数据的采样处理后，结合预先定义的数据传输位数得到当前数据的时间槽总数N、脉冲数量M和组合编码{SLOT₁，SLOT₂，…，SLOT_k，SLOT_M}；

S102，脉冲数量的多少决定了循环嵌套的层数，最大循环嵌套层数为5层；

S103，第1层循环对应脉冲1的时间槽位置，其起始时间槽位置为SLOT₁，结束时间槽位置为N-2-(M-1)*3；

S104，第K层循环(K≤M)对应脉冲K的时间槽位置，其起始时间槽位置为SLOT_k-1+3，结束时间槽位置为N-2-(M-K)*3。

S105，在第K层循环中如果循环条件K<SLOT_k，则K+1层循环的结束时间槽位置为N-2-(M-K-1)*3，否则的话，则K+1层循环的结束时间槽位置为SLOT_k+1。

S106，在第M-1层循环中使用获取前M-1个时间槽位置确定后所允许的最大有效编码数量。

S107，计算得到的所有最大允许编码值求和即为当前组合编码对应的解码值；

S108,向处理设备发送所获得数据的解码值。

本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序由处理器执行权利要求1-5任一方法的步骤。

上述技术方案具有如下优点：

1、解决了组合码实现无线数据传输中的数据编码和解码问题。

2、设计方法能有效减少循环的迭代次数，编码和解码计算量小、执行速度快，能够适用于石油钻井的特殊环境。

附图说明

图1时间槽和脉冲关系的示意图；

图2组合码传输数据流程图

图3为数据信息编码流程图

图4为数据信息解码流程图

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本发明公开了一种石油钻井用泥浆脉冲编码和解码方法，包含基于组合码的码表生成方法、井下数据编码方法和地面信号解码方法等内容。

如图2所示，井下传输数据按照预先定义的分辨率将该数据转换为正整数，然后按照码表的规则将传输数据转换为组合码的形式，在每个编码对应的时间槽位置处发送命令驱动脉冲器动作，将编码信号转换为钻具内压力波动传输到地面；地面经过立管压力采样、模数转换、滤波降噪、重新采样、相关性修正、波峰检测、错误检查、位置解码、数据转换等一系列方法，得到井下传输的数据。数据的编码和解码是实现井下数据通过泥浆传输的两个重要环节。本发明解决了石油钻井用泥浆传输井下数据众多环节中的编码和解码问题，其设计的编码和解码方法简单可行，对实现用组合码传输井下数据具有重要意义。

组合码定义：在已确定的时间段T内划分N个时间槽，在N个时间槽中布置M个脉冲，来表示一定位数的数据。编码采用的两个基本参数是脉冲数M和时间槽个数N，简称M脉冲与N槽的组合码，记作M in N，其满足下面基本规则：

(1)时间槽SLOT定义为一个脉冲宽度PULSE的2/3倍，1PULSE＝1.5SLOT，参见图1；

(2)每个脉冲后面至少有1.5个空的时间槽(脉冲器不动作，无脉冲信号)，也就是两个脉冲之间至少间隔一个脉冲周期；

(3)每个数据的末尾2个时间槽必须为空，不能出现脉冲PULSE；

(4)校验方法为偶校验，数据编码对应脉冲位置之和为偶数；

(5)推荐使用组合码脉冲和时间槽数量定义见表1

如表1所示，表1是常见的预设的常用组合码格式表。

表1常用组合码格式表

码表的生成方法可以为：

基于组合码的码表生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101，查表获取码表的推荐脉冲数和时间槽数量；

S102，脉冲数个数决定了循环嵌套的层数；

S105，在最后一层循环中对所有脉冲时间槽位置求和Sum＝(SLOT₁+SLOT₂+…+SLOT_k+SLOT_M)，然后进行奇偶判断，如果Sum为偶数，则当前对应的组合编码{SLOT₁，SLOT₂，…，SLOT_k，SLOT_M}为有效编码。

S106，将所有的有效编码按顺序记录下来，第1个编码对应的数值为0，第2个编码对应的数值为1，第3个编码对应的数值为2，依次类推，找到所有编码对应的数值。所有有效编码与对应数值形成的表格即为当前组合编码M in N的码表。

优选以传输8位数为例，查表得知编码格式为4in 21，具体编码表的生成实施步骤如下：：

首先根据推荐组合码格式表，数据位数为8时，编码格式为4in 21，则脉冲数量M＝4，时间槽数量N＝21，脉冲最大允许时间槽位置SLOTEnd＝21-2＝19，8位数码表生成流程见图2。

定义整形变量CurrentValue来记录编码的数值，初始化为-1；

由脉冲数量M＝4可知迭代循环嵌套为M-1＝3层；

第一层循环时间槽的起始位置为1，结束时间槽位置为N-2-(M-1)*3＝9。

第二层循环时间槽的起始位置为SLOT₁+3，结束时间槽位置为N-2-(M-2)*3＝N-2-6。

第三层循环时间槽的起始位置为SLOT₂+3，结束时间槽位置为N-2-(M-3)*3＝N-2-3。

第四层循环时间槽的起始位置为SLOT₃+3，结束时间槽位置为N-2-(M-4)*3＝N-2。

在最后一层循环中对SLOT₁+SLOT₂+SLOT₃+SLOT₄求和，如果和为偶数则当前编码{SLOT₁，SLOT₂，SLOT₃，SLOT₄}为有效编码，对应的编码数值为CurrentValue+1。

如果CurrentValue等于8位数所能确定的最大正整数2^8-1＝255，则编码全部完成，找到的所有编码和对应数值就是8位数的组合码码表。

最终生成的码表为：

实施例2:

所述具体的编码方法可以通过获取的井下待传输的数据等，除以分辨率然后四舍五入，直接通过查询函数在生产的编码表中进行直接查询获取得到。

实施例3：

传输设备获得相应需要传输的数据，并执行编码，所述井下待传输的数据等也可以通过直接采用编码获得，具体如下：

编码具体方法：S101，将井下待传输的数据除以分辨率，然后四舍五入进行取整，根据预先定义的数据传输位数和推荐组合码格式表获取当前数据对应的时间槽总数N和脉冲数量M；

S107，判断待编码数据是否超过当前最大允许的编码数值，如果待编码数值大于最大允许的编码数值，则继续执行第M-1层的循环，否则进入M层嵌套循环，从起始位置开始，找到符合规则的编码，判断每个有效编码的对应值与待编码数据是否相等，如果相等则当前循环位置对应的组合编码{SLOT₁，SLOT₂，…，SLOT_k，SLOT_M}为编码结果，结束当前数据的组合编码。

所述找到符合规则的编码，具体为：在最后一层循环中对SLOT₁+SLOT₂+…，+SLOT_k+SLOT_M求和，如果和为偶数则当前编码{SLOT₁，SLOT₂，…，SLOT_k，SLOT_M}为有效编码。

优先地，参见图3以8位数传输数据，以4in 21为例子，获取井下待传输的数据，除以分辨率，然后四舍五入进行取整。首先根据推荐组合码格式表，数据位数为8时，编码格式为4in 21，则脉冲数量M＝4，时间槽数量N＝21，脉冲最大允许时间槽位置SLOTEnd＝21-2＝19，8位数的数据编码流程见图3。

定义整形变量CurrentValue来记录编码的数值，初始化为-1；

定义整形变量EvenDecodeCounts来记录编码允许的最大数值，初始化为-1；

定义整理变量EncodeValue来记录待编码数值，判断该数值是否大于零且小于等于最大允许编码值2^8-1＝255，如果满足则进行组合码编码，否则进行错误提示。

由脉冲数量M＝4可知迭代循环嵌套为M-1＝3层；

在第三层循环中计算{SLOT₁，SLOT₂，SLOT₃，*}编码形式的最大允许值EvenDecodeCounts。

如果待编码数值大于EvenDecodeCounts，则把EvenDecodeCounts赋值给CurrentValue，继续进行M-1循环，否则进入第M层循环，从起始位置开始，找到符合规则的编码，CurrentValue自加1，判断CurrentValue是否与EncodeValue相等，相等则当前位置对应的组合编码{SLOT₁，SLOT₂，SLOT₃，SLOT₄}为编码结果，跳出所有循环，编码完成。

上述编码方法也可以采用硬件和、或软件方式执行。具体的实现方式可以为：

上述实现方式的步骤，也可以为在计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述步骤。

实施例4：

获取到井下传输的编码后的数据，接收装置中的解码模块，可以对数据进行解码，具体的解码的步骤为：

S101，通过立管压力数据的采样、模数转换、滤波、波峰检测等一系列处理，结合预先定义的数据传输位数得到当前数据的时间槽总数N、脉冲数量M和组合编码{SLOT₁，SLOT₂，…，SLOT_k，SLOT_M}；

S106，在第M-1层循环中使用GeEvenEnCodeCounts函数或其他查表等方式获取前M-1个时间槽位置确定后所允许的最大有效编码数量。

S107，所有最大允许编码值求和即为当前组合编码对应的解码值。

其中GeEvenEnCodeCounts函数可以为：

优选的方式，参见图4如下以数据位数为8为例：

首先根据推荐组合码格式表，数据位数为8时，编码格式为4in 21，则脉冲数量M＝4，时间槽数量N＝21，脉冲最大允许时间槽位置SLOTEnd＝21-2＝19，4in 21组合码解码流程见图4。

定义整形变量CurrentValue来记录编码的数值，初始化为-1；

定义字符数变量StrDecode来记录组合编码，初始化为“”；即StrDecode＝“”；//待解码数据

定义字符串数组变量SLOTS来记录组合编码每个位置上的编码值。

由脉冲数量M＝4可知迭代循环嵌套为M-1＝3层；

第一层循环时间槽的起始位置为1，结束时间槽位置为SLOTS[0]。

第K层循环时间槽的起始位置为SLOT_k-1+3，结束时间槽位置为SLOTS[K-1]。若第K层循环的当前时间槽位置小于SLOTS[K-1]，K+1层循环结束时间槽位置为N-2-(M-(K+1))*3；否则的话，第K+1层循环结束时间槽位置为SLOTS[K]。

在第M-1层循环中计算{SLOT₁，SLOT₂，SLOT₃，*}编码形式的最大编码值，所有最大编码值的和即为当前组合码对应的数值。

具体的实现方式可以为：

上述解码实现方式的步骤，也可以为在计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述步骤。

以上所述仅是本发明的一种实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和方法之内，所做的任何修改、等同替换、改进等(例如本发明简单修改同样适用于校验规则为奇校验或者不校验等的编码方法)，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出其它若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于石油钻井的基于组合码的编码方法，其特征在于，包括以下步骤：

S108,传输所获得的数据组合编码。

2.如权利要求1所述的方法，所述找到符合规则的编码具体为：在最后一层循环中对SLOT₁+SLOT₂+…，+SLOT_k+SLOT_M求和，如果和为偶数则当前编码{SLOT₁，SLOT₂，…，SLOT_k，SLOT_M}为有效编码。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述最大编码允许的编码数值为通过推荐组合码格式表中获得的位数确定。

4.如权利要求3所述的方法，当N＝4,M＝21时，最大编码允许的编码数值为255。

5.一种用于石油钻井的基于组合码的解码方法，其特征在于，包括以下步骤：

S108,向处理设备发送所获得数据的解码值。

6.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序由处理器执行权利要求1-5任一方法的步骤。