CN110792429A - 同时利用正负压力脉冲对井下数据编码的方法及传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种同时利用正负压力脉冲对井下数据编码的方法，所述方法包括以下步骤：根据待传输数据的范围及所需精度，确定压力脉冲组合数量以及二进制位数；对二进制进行进制转换，将转换后的进制按数位对时间分段，每个数位对应一个分段，每个分段包含不同个数的时间槽；各个时间段包含的时间槽中同时产生正压力脉冲和负压力脉冲，将正、负压力脉冲数目以及脉冲对应的位置进行排列组合编码，并建立编码协议，完成井下数据编码。所述井下数据传输方法包括利用正负压力脉冲对井下数据编码的方法进行编码后再进行数据传输。本发明能够在传输相同的数据量所占用的时间帧成倍减少，能够在相同的时间段传输更多的数据量，能够有效的提高传输速率。

Description

同时利用正负压力脉冲对井下数据编码的方法及传输方法
技术领域
本发明涉及油气钻井技术领域，更具体讲，涉及一种同时利用正负压力脉冲对井下数据编码的方法及传输方法。
背景技术
MWD无线随钻测斜仪是定向钻井过程中的关键装备，能够为工程师提供实时、准确的井斜、方位、工具面等井眼轨迹参数，指导定向施工作业。目前使用的MWD无线随钻测斜仪主要有三种传输方法：连续波方法、正脉冲方法和负脉冲方法。
连续波方法是通过连续波发生器的转子在泥浆的作用下产生正弦或余弦压力波，测量到的数据通过井下探管进行编码，再有控制系统控制转子转动发生一定的角位移，这种角位移是正弦或余弦压力波在时间上出现相位移，地面通过检测这些相位移变化，再译为为相应的测量数据。该方法传输速率快，但国内技术不成熟，无法实现连续波方法传输。
正脉冲和负脉冲方法由于工作原理的限制，无法像连续波一样产生正弦或余弦曲线，只能产生离散的脉冲，传输速率远低于连续波方法。为此有必要结合正负脉冲的特点，提出一种新的信号传输方法，以解决上述正脉冲和负脉冲传输速率低，传输数据量小的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种传输速度快，传输数据量大的井下数据传输方法。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种同时利用正负压力脉冲对井下数据编码的方法，所述方法包括以下步骤：根据待传输数据的范围及所需精度，确定压力脉冲组合数量以及二进制位数；对二进制进行进制转换，将转换后的进制按数位对时间分段，每个数位对应一个分段，每个分段包含不同个数的时间槽；各个时间段包含的时间槽中至少一个时间槽产生正压力脉冲且至少另一个时间槽产生负压力脉冲，将正、负压力脉冲数目以及脉冲对应的位置进行排列组合编码，并建立编码协议，完成井下数据编码。
在本发明的同时利用正负压力脉冲对井下数据编码的方法的一个示例性实施例中，所述每个数位中的时间槽产生的压力脉冲均可以为正压力脉冲或均为负压力脉冲或同时产生正压力脉冲和负压力脉冲。
在本发明的同时利用正负压力脉冲对井下数据编码的方法的一个示例性实施例中，同一时间槽内出现的压力脉冲可以均为正压力脉冲或负压力脉冲。
在本发明的同时利用正负压力脉冲对井下数据编码的方法的一个示例性实施例中，所述对二进制进行进制转换包括将二进制转换为十进制。
本发明另一方面提供了一种井下数据传输方法，所述传输方法可以包括以下步骤：测量井下参数，并将井下参数经滤波处理后传给编码器；编码器按照以上所述的同时利用正负压力脉冲对井下数据编码的方法进行编码；编码完成后输出控制信号，并根据所述控制信号控制脉冲器动作以使脉冲器产生正压力脉冲和/或负压力脉冲；获取井下的压力脉冲信号；根据约定的编码协议进行解码，将压力脉冲信号解码为测量的井下参数。
在本发明的井下数据传输方法的一个示例性实施例中，所述井下参数可以包括井斜和方位。
在本发明的井下数据传输方法的一个示例性实施例中，所述测量井下参数可以包括由泥浆随钻测量或测井的测量探管测量井下参数。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明在进行编码时同时使用正压力脉冲和负压力脉冲，在相同时间段内可以表达的数据信息量将成倍增加，能够增加指定时间间隔内所对应的二进制数的个数，传输相同的数据量所占用的时间帧成倍减少，能够在相同的时间段传输更多的数据量，能够有效的提高传输速率。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了使用正压力脉冲与同时使用正压力脉冲和负压力脉冲进行编码时的脉冲与时间槽关系图；
图2示出了本发明一个示例性实施例的井下数据传输方法流程图。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的同时利用正负压力脉冲对井下数据编码的方法及传输方法。
图1示出了使用正压力脉冲与同时使用正压力脉冲和负压力脉冲进行编码时的脉冲与时间槽关系图，其中，图1(a)为仅采用正压力脉冲进行编码的脉冲与时间槽关系图，图1(b)同时采用正压力脉冲和负压力脉冲进行编码的脉冲与时间槽关系图。图2示出了本发明一个示例性实施例的泥浆数据传输方法流程图。
具体来讲，本发明对传统的优化组合码法进行了改变，在编码过程中同时使用了正压力脉冲和负压力脉冲，通过指定时间间隔内脉冲发生位置和脉冲数目进行排列组合进行编码，能够增加指定时间间隔内所对应的二进制个数，与传统的优化组合码法相比，本发明能够在相同的时间段传输更多的数据量，能够有效的提高井下数据的传输速率。
本发明的一方面提供了一种同时利用正负压力脉冲对井下数据编码的方法。在本发明的同时利用正负压力脉冲对井下数据编码的方法的一个示例性实施例中，所述方法可以包括以下步骤：
S01，根据测量数据的范围和需要的精度，确定压力脉冲组合数量和二进制的位数。
S02，对二进制进行进制转换，将转换后的进制按数位对时间分段，每个分段包括不同个数的时间槽。例如，可以将二进制转换为十进制，将十进制按照数位对时间(时间槽)进行分段。例如对于三位数的十进制，可以将百位分为一个时间段、十位分为一个时间段以及个位分为一个时间段。每一个时间段包含多个时间槽。
S03，各个时间段包含的时间槽中产生正压力脉冲和负压力脉冲，将正、负压力脉冲数目以及脉冲对应的位置进行排列组合编码，并建立编码协议，完成井下数据编码。
以上，例如，压力脉冲包含正压力脉冲和负压力脉冲。将一段确定的时间间隔分为N个小时间等分，按事先约定好的编码协议(表格)，对应一个不同的二进制数，由程序控制脉冲发生器在指定时间间隔的不同位置产生X个正脉冲、Y个负脉冲，其中，X和Y为自然数。当地面接收信号时，再把对应在指定时间间隔里的正脉冲、负脉冲的个数和位置译为二进制数据，从而恢复出实际井下数据。
在本实施例中，将二进制转化为十进制，一般十进制有几个数位就将时间分为几段。每一段包含的时间槽的个数与十进制数大小、脉冲的种类数以及脉冲的个数有关。进一步的，可以选用能够表达该数位的最短的时间槽个数。
在本实施例中，所述正负、压力脉冲不能出现在同一个时间槽内。所述每个分段包含的压力脉冲可以为同为正脉冲或同为负脉冲，或同时包含正脉冲和负脉冲。例如，在一个分段中可以包含2个时间槽。2个时间槽可以同时为正压力脉冲，可以同时为负压力脉冲，也可以是包含1个正压力脉冲和1个负压力脉冲。
为了进一步说明本发明同时使用正压力脉冲和负压力脉冲进行编码的原理，结合以下详细说明：如图1所示为脉冲信号进行编码的示意图，其中图1(a)为采用正压力脉冲编码示意图，图1(b)为同时采用正压力、负压力脉冲编码示意图。假定选取相同的时间段，将选取的时间段平均分为8个等份，每个等份为一个时间槽，总共8个时间槽。在该段时间内产生2个脉冲。
在传统单一正压力脉冲的编码方式下，当第一个正压力脉冲位于第一个时间槽时，第二个正压力脉冲出现的位置可能在后面7个时间槽内，可以对应7个二进制码数据；当第一个正压力脉冲位于第二个时间槽时，第二个正压力脉冲出现的位置可能在后面6个时间槽内，可以对应6个二进制码数据；当第一个正压力脉冲位于第三个时间槽时，第二个正压力脉冲出现的位置可能在后面5个时间槽内，可以对应5个二进制码数据；依次类推，当第一个正压力脉冲位于第七个时间槽时，第二个正压力脉冲只能出现在第八个时间槽内，对应1个二进制码数据，因此，在单一正脉冲的编码情况下总的二进制数据个数为m＝7+6+5+4+3+2+1＝28个，其中，图1(a)表示的是当第一个正压力脉冲位于第二个时间槽，第二个正压力脉冲位于第六个时间槽的情况。
在发明的同时利用正压力脉冲和负压力脉冲的编码方式下。假定正压力脉冲的个数为1个以及负压力脉冲的个数为1个，则存在以下情况：
(ⅰ)若在该段时间内产生的2个脉冲同时为正压力脉冲，则当第一个正压力冲位于第一个时间槽时，第二个正压力脉冲出现的位置可能在后面7个时间槽内，可以对应7个二进制码数据；当第一个正压力脉冲位于第二个时间槽时，第二个正压力脉冲出现的位置可能在后面6个时间槽内，可以对应6个二进制码数据；当第一个正压力脉冲位于第三个时间槽时，第二个正压力脉冲出现的位置可能在后面5个时间槽内，可以对应5个二进制码数据；依次类推，第一个正压力脉冲位于第七个时间槽时，第二个正压力脉冲只能出现在第八个时间槽内，对应1个二进制码数据，因此，能够对应二进制数据个数为m＝7+6+5+4+3+2+1＝28个；
(ⅱ)若在该段时间内产生的2个脉冲同时为负压力脉冲，则与2个脉冲同时为正压力脉冲方式相同，能够对应二进制数据个数为m＝7+6+5+4+3+2+1＝28个；
(ⅲ)若在该段时间内产生的2个脉冲第一个为正压力脉冲，第二个为负压力脉冲，则当正压力脉冲位于第一个时间槽时，负压力脉冲出现的位置可能在后面7个时间槽内，可以对应7个二进制码数据；当正压力脉冲位于第二个时间槽时，负压力脉冲出现的位置可能在后面6个时间槽内，可以对应6个二进制码数据；当正压力脉冲位于第三个时间槽时，负压力脉冲出现的位置可能在后面5个时间槽内，可以对应5个二进制码数据；依次类推，正压力脉冲位于第七个时间槽时，负压力脉冲只能出现在第八个时间槽内，对应1个二进制码数据，因此，能够对应二进制数据个数为m＝7+6+5+4+3+2+1＝28个，其中，如图1(b)表示的是正压力脉冲位于第二个时间槽，负压力脉冲位于第六个时间槽的情况；
(ⅳ)若在该段时间内产生的2个脉冲第一个为负压力脉冲，第二个为正压力脉冲，则当负压力脉冲位于第一个时间槽时，正压力脉冲出现的位置可能在后面7个时间槽内，可以对应7个二进制码数据；当负压力脉冲位于第二个时间槽时，正压力脉冲出现的位置可能在后面6个时间槽内，可以对应6个二进制码数据；当负压力脉冲位于第三个时间槽时，正压力脉冲出现的位置可能在后面5个时间槽内，可以对应5个二进制码数据；依次类推，负压力脉冲位于第七个时间槽时，正压力脉冲只能出现在第八个时间槽内，对应1个二进制码数据，因此，能够对应二进制数据个数为m＝7+6+5+4+3+2+1＝28个；
以上，采用本发明的编码方法，将泥浆信号同时进行正负压力脉冲传播，可表达的二进制数据可以为28+28+28+28＝112个，在单位时间内可传输的数据量为没有进行等级划分的4倍。
本发明的另一方面提供了一种泥浆数据传输方法。在本发明的泥浆数据传输方法的一个示例性实施例中，如图2所示，所述传输方法可以包括以下步骤：
S100，由泥浆MWD或LWD的测量探管测量井下的井斜、方位等参数，测量的数据经过滤波处理传给编码器。
S200，利用以上所述的泥浆数据编码方法对数据进行编码。
S300，编码完成后输出控制信号，控制脉冲器动作，产生正压力脉冲和/或负压力脉冲。高
S400，地面压力传感器监测立管压力，获取井下传来的压力脉冲信号。
S500，地面处理器根据约定的数据对应表格，将压力脉冲信号解码还原为测量数据。根据表格就可查出那种脉冲波形组合对应的十进制数，再通过转换系数就可将数据还原。
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。
示例1
假定测量的数据为井斜数据。
井斜的测量范围为0～180°，要求的测量精度需要控制在0.5°以内。要达到上述测量范围和精度，需要的压力脉冲组合数量需要达到180/0.5＝360个，360与2的8次方(即512)最接近，最少要8位二进制码表示该井斜值。
8位二进制对应十进制数为512，也就是说用512个数来表示0-180°范围内的井斜，表示的精度为180/512＝0.35，即测量最小值可以达到0.35°。
将512分为百位、十位和个位三个部分，百位范围0-5，十位0-9，个位0-9。因此根据数位可以将时间槽划分为3段。这样只需要3个脉冲就能完全表示该测量数据。
约定第一段时间(百位)占用3个时间槽(分别表示为第1位置、第2位置和第3位置)。如果正压力脉冲出现在第1、2和3位置时，分别代表数值0，1，2。负压力脉冲出现在第1、2和3位置时，分别代表数值3，4，5。
第二段时间(十位)占用5个时间槽，正压力脉冲出现在第1、2、3、4和5位置时，分别代表数值0，1，2，3，4。负压力脉冲出现在第1、2、3、4、5位置时，分别代表数值5，6，7，8，9。
第三段时间(个位)占用5个时间槽，正压力脉冲出现在第1、2、3、4和5位置时，分别代表数值0，1，2，3，4。负压力脉冲出现在第1、2、3、4和5位置时，分别代表数值5，6，7，8，9。
如井下测到的数据为63.5°，现将该数转换到512长度上，将该数乘以转换系数得到512长度上的位置(即63.5×512/180＝180.62≈181)。将181分解为3个数字，即1(百位)、8(十位)和1(个位)。将每个数字一一对应上述约定，第一个时间段的第2个位置(时间槽)为正压力脉冲，第二个时间段的第4个位置(时间槽)为负压力脉冲，第三个时间段的第2个位置(时间槽)为正压力脉冲。可以根据上述规则设定表格，根据表格就可查出那种脉冲波形组合对应的十进制数，再通过转换系数就可将数据还原。
综上所述，本发明在进行编码时同时使用正压力脉冲和负压力脉冲，在相同时间段内可以表达的数据信息量将成倍增加，能够增加指定时间间隔内所对应的二进制数的个数，传输相同的数据量所占用的时间帧成倍减少，能够在相同的时间段传输更多的数据量，能够有效的提高传输速率。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (7)

1.一种同时利用正负压力脉冲对井下数据编码的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
根据待传输数据的范围及所需精度，确定压力脉冲组合数量以及二进制位数；
对二进制进行进制转换，将转换后的进制按数位对时间分段，每个数位对应一个分段，每个分段包含不同个数的时间槽；
各个时间段包含的时间槽中同时产生正压力脉冲和负压力脉冲，将正、负压力脉冲数目以及脉冲对应的位置进行排列组合编码，并建立编码协议，完成井下数据编码。
2.根据权利要求1所述的同时利用正负压力脉冲对井下数据编码的方法，其特征在于，所述每个数位中的时间槽产生的压力脉冲均为正压力脉冲或均为负压力脉冲或同时产生正压力脉冲和负压力脉冲。
3.根据权利要求1所述的同时利用正负压力脉冲对井下数据编码的方法，其特征在于，同一时间槽内出现的压力脉冲均为正压力脉冲或负压力脉冲。
4.根据权利要求1所述的同时利用正负压力脉冲对井下数据编码的方法，其特征在于，所述对二进制进行进制转换包括将二进制转换为十进制。
5.一种井下数据传输方法，其特征在于，所述传输方法包括以下步骤：
测量井下参数，并将井下参数经滤波处理后传给编码器；
编码器按照如权利要求1～4中任意一项所述的同时利用正负压力脉冲对井下数据编码的方法进行编码；
编码完成后输出控制信号，并根据所述控制信号控制脉冲器动作以使脉冲器产生正压力脉冲和/或负压力脉冲；
获取井下的压力脉冲信号；
根据约定的编码协议进行解码，将压力脉冲信号解码为测量的井下参数。
6.根据权利要求5所述的井下数据传输方法，其特征在于，所述井下参数包括井斜和方位。
7.根据权利要求5所述的井下数据传输方法，其特征在于，所述测量井下参数包括由泥浆随钻测量或测井的测量探管测量井下参数。
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