CN110905489B - 具有多个遥测子系统的集成井下系统 - Google Patents

Abstract

井下系统具有多个遥测系统和控制系统，该控制系统被配置成从一个或更多个传感器获得信息并且在所述多个遥测系统中的一个或更多个遥测系统上传输信息。可以改变控制器的配置，以改变哪些信息在给定遥测系统上进行传输以及如何在给定遥测系统上传输该信息。

Description

具有多个遥测子系统的集成井下系统

本申请为于2015年10月23日提交、申请号为201480023439.4、发明名称为“具有多个遥测子系统的集成井下系统”的中国专利申请的分案申请。所述母案申请的国际申请日为2014年2月25日，国际申请号为PCT/CA2014/050133。

相关申请的交叉引用

本申请要求来自在2013年2月25日提交的标题为井下遥测的美国申请No.61/768936以及在2013年2月25日提交的标题为井下电磁和泥浆脉冲遥测装置的美国申请No.61/769033的优先权，这二者出于所有目的好像完全阐述于本文中一样通过引用合并于本文。

技术领域

本申请涉及地下钻探，具体涉及井下组件与地面装备之间的井下数据获取和遥测。实施方式适用于开采烃类的钻井。

背景技术

从地下区域开采烃类通常涉及钻制井筒。

井筒是使用对钻柱进行驱动的定位于地面的钻探设备而形成的，钻柱从地面设备最终延伸至感兴趣的地层或地下区域。钻柱可以在地面下方延伸数千英尺或数千米。钻柱的末端包括用于钻制井筒(或使井筒延伸)的钻头。通常呈钻井“泥浆”形式的钻井流体通常被泵送通过钻柱。钻井流体对钻头进行冷却和润滑并且还将钻屑运回至地面。钻井流体还可以用于帮助控制井底压力以阻止烃类从地层涌入井筒以及潜在地在地面处喷出。

井底组件(BHA)是对钻柱的末端处的设备提供的名称。除了钻头以外，BHA还可以包括如下元件如：用于控制钻探方向的装置(例如，可控井下泥浆电机或旋转可控系统)；用于测量周围地质层的性质的传感器(例如，用于在测井中使用的传感器)；用于在钻探进行时测量井下状况的传感器；用于将遥测数据传送至地面的一个或更多个系统；稳定装置；加重钻铤、脉冲器等。BHA通常通过一系列的金属管(钻杆)而前进至井筒中。

现代钻探系统可能在BHA中或在其他井下位置处包括各种机械/电子系统中的任意机械/电子系统。这样的电子系统可以被封装为井下探头的一部分。井下探头可以包括在井下操作的任何有源的机械系统、电子系统和/或机电系统。探头可以提供包括但不限于下述各种功能中的任何功能：数据采集；测量周围地质层的性质(例如，测井)；控制井下装备；监测井下装备的状态；定向钻探应用；随钻测量(MWD)应用、和/或随钻测井(LWD)应用；以及测量井下流体的性质等。探头可以包括用于执行下述操作的一个或更多个系统：向地面传送遥测数据；通过传感器(例如，用于在测井中使用的传感器)来采集数据，该传感器可以包括振动传感器、磁力计、倾斜计、加速度计、核粒子检测器、电磁检测器、声检测器以及其他传感器中的一个或更多个；获取图像；测量流体流量；确定方向；发射通过其他装置来检测的信号、粒子或场；与其他井下装备对接；对井下流体进行采样等等。井下探头通常悬挂在靠近钻头的钻柱的孔中。

井下探头可以通过遥测向地面传送各种信息。遥测信息对高效钻探操作会是非常宝贵的。例如，钻机操作人员可以使用遥测信息来做出有关对钻头进行控制以及使钻头转向的决定，以基于包括法定边界、现有井的位置、地层特性、烃类大小和位置等众多因素来优化钻探速度和轨迹。

在定向钻探操作中，钻头被转向以使井筒遵循曲线轨迹。在一些情况下，钻头通过位于BHA中的泥浆电机进行旋转。在钻头上方的钻柱部分中可以具有弯曲部，该弯曲部可以被定方位成在期望方向上推动钻头或者使钻头钻期望方向上偏斜。

为了控制钻探以使得井筒遵循期望轨迹，如果不必具有关于钻头的当前方位的信息则是有价值的。操作人员可以基于在钻探过程期间从井下传感器收集并且通过遥测发送至地面的信息而在必要时做出与设计路径的有意偏离。该信息可以实时或近实时进行传输并且发挥作用。从井下位置获得并且发送可靠数据的能力允许相对更经济并且更高效的钻探操作。

存在几种已知的遥测技术。这些遥测技术包括：通过在钻孔中的流体中生成振动(例如，声学遥测或泥浆脉冲(MP)遥测)来发送信息以及通过至少部分地经由大地传播的电磁信号来发送信息(EM遥测)。其他示例性遥测技术使用硬接线的钻杆、光纤线缆或钻铤声学遥测来将数据载送至地面。

MP遥测涉及：在钻柱中的循环钻探泥浆中产生压力波。在MP遥测中，可以通过在泥浆柱中产生一系列压力波来发送信息。这可以通过在钻探流体穿过井下探头时按照定时编码顺序来改变钻探流体的流动区域和/或路径，从而在钻探流体中产生压力差。压力差或脉冲可以是负脉冲和/或正脉冲或连续波。脉冲行进至地面，在地面可以通过在地面配管中的换能器来检测该脉冲。然后可以对所检测到的脉冲进行解码以重新构造从井下探头发送的数据。可以使用一种或更多种信号处理技术来将期望的泥浆泵送噪声、钻噪声或向下传播噪声与向上(MWD)信号分开。能够通过当前MP遥测实现的最佳数据发送速率是约40位/秒。然而，能够实现的数据速率随深度增大而下降。对于来自较深位置的MP数据速率而言在1至2位/秒的量级上是不常见的。

针对EM遥测的通常布置使用钻柱的多个部分作为天线。通过在钻柱中包括绝缘接头或连接器(“间隙短节(Gap Sub)”)，钻柱可以被分成两个导电区段。间隙短节通常放置在井底组件的顶部处以使得在BHA上方的钻柱中的金属钻杆用作一个天线元件，而在BHA中的金属区段用作另一个天线元件。然后电磁遥测信号能够通过在两个天线元件之间应用电信号来进行传送。信号通常包括以对信息进行编码以用于发送至地面的方式来应用的甚低频AC信号(与低频信号相比，高频信号通常被更强地衰减)。电磁信号可以例如通过测量延伸进入地下的钻柱或金属套管与一个或更多个接地电极之间的电势差而在地面处被检测到。

EM遥测相对于MP遥测的优点一般包括：更快的数据速率，由于不移动井下部分而提高的可靠性，对丢失循环原料(LCM)使用的高阻抗，以及适合用于空气钻探/欠平衡钻探。EM系统可以在没有连续流体柱的情况下发送数据；因此，当没有泥浆流动时EM系统是有用的。这在钻探操作人员添加新钻杆区段时是有利的，这是由于在钻井操作人员添加新杆的同时EM信号可以发送信息(例如定向信息)。EM遥测的缺点包括：较低的深度能力，与一些地层(例如，高盐地层和高电阻差异地层)的不兼容性。同样地，当EM发送在穿过大地地层长距离上大大地衰减时，该EM发送会需要相对大量的功率以用于信号能够在地面处检测到。可用来生成EM信号的电功率可以由具有有限容量的电池或另外的电源来提供。

钻机操作者有时在钻柱中提供多个独立操作遥测系统，每个遥测系统与传感器系统耦接，以使得每个遥测系统向表面接收器传送由与该遥测系统耦接的传感器系统采集的读数。这需要BHA中的大量重复部分和另外的电池，从而导致BHA长度增加、代价增大并且(在需要将传感器定位成更远离长形BHA中的钻头的情况下)传感器读数相关性降低。而且，针对性能、可靠性和功率高效使用而言，这样的已知多个遥测系统没有被优化。

面对井下遥测系统的设计者的一个挑战是实现可接受的高数据速率。尤其在试图从井筒中较深位置进行遥测时，数据速率会如此低以至于会花费长时间(例如几分钟)来发送即使相对小量数据。这妨碍在钻头操作上保持实时控制的目标，并且这产生会减慢钻探进程的瓶颈。提供实现遥测数据发送的更高速率的方式将对工业具有大益处。

面对产业的另一是改进遥测装备的可靠性。该问题被加剧，这是因为井下环境通常恶劣—通过高压、潜在侵蚀性钻探泥浆的高流动速率、高温和/或极端振动来表征。这些状况加应力于装备尤其是电子装备。提供容错/抗错遥测系统对工业具有大益处。

面对产业的另一挑战是延长井下装备的运行时间。许多井下电子系统是电池供电的。电池趋向于比井下发电机更可靠。然而，电池具有有限容量。出自井筒以置换电池的跳闸装备耗时并且贵。允许电池供电的井下电子系统在置换电池之间长时间运行的方法和装置将具有大价值。

仍存在对改善现有遥测系统的缺点中的至少一些缺点的井下遥测系统和方法的需要。

发明内容

本发明具有多个方面。一个主要方面涉及一种便于使用多个遥测系统的用于井下系统的架构。该架构可以按照在将系统配置成向地面装备发送各种数据的过程中提供较大灵活性的方式来实现。在一些实施方式中，逻辑上独立的控制器与多个遥测子系统中的每个遥测子系统相关联。每个控制器可以被配置成独立地获得传感器信息(或其他遥测数据)并且通过相关联的遥测子系统来发送传感器信息。另一主要方面涉及井下系统可以被配置成发送数据的不同方式和可以由井下系统执行以用于配置井下系统和/或向地面装备发送数据的不同方法。这些主要方面之间存在协同作用，这是因为所描述的架构特别有利于以所描述的方式进行配置并且实践所描述的方法。然而，本发明的这些主要方面还能够单独应用。本发明的另一方面涉及用于接收井下遥测数据并且对该井下遥测数据进行解码的方法和装置。在一些实施方式中，该方法和装置集成多个遥测接收器。

在一些实施方式中，井下系统能够在多个配置之间灵活地重新配置而无需改变井下系统的物理结构。该重新配置可以例如通过执行软件指令和/或通过置换电气上可读的配置文件来完成。

一个方面提供一种遥测系统，该遥测系统包括多个遥测控制器，每个遥测控制器与对应的遥测子系统相关联。遥测控制器可以被配置成使用相关联的遥测子系统独立地获得并且发送参数值，比如传感器读数。

另一个方面提供一种遥测方法。一些这样的方法包括：基于如本文所述的一个或更多个因素来在不同遥测配置之间进行自动切换。一些这样的方法可以包括下述步骤中的一个或更多个：

·有条件地发送某种数据(例如，某个参数值)。

·在井下工具处检测钻探操作的状态，并且基于所检测的状态中遥测配置之间进行切换。

·通过两个或更多个不同的遥测子系统来发送相同数据的至少一些数据。

·基于配置设定来自动阻止一个或更多个遥测系统的操作。

另一个示例性方面提供一种井下系统，该井下系统包括：多个遥测子系统，以及包括多个遥测控制器的控制系统。该多个遥测控制器中的每个遥测控制器与多个遥测子系统中的至少一个遥测子系统相关联并且通信。井下系统包括数据总线。多个遥测控制器中的每个遥测控制器经由总线与多个遥测控制器中的每个其他遥测控制器通信。井下系统包括与多个遥测控制器通信的一个或更多个传感器。多个遥测控制器中的第一遥测控制器与多个遥测子系统中的第一遥测子系统相关联，并且多个遥测控制器中的第一遥测控制器能够操作成从一个或更多个传感器的第一集合获得第一传感器信息并且在第一遥测子系统上发送第一传感器信息。多个遥测控制器中的第二遥测控制器与多个遥测子系统中的第二遥测子系统相关联，并且多个遥测控制器中的第二遥测控制器能够独立于第一遥测控制器操作成从一个或更多个传感器的第二集合获得第二传感器信息并且在第二遥测子系统上发送第二传感器信息。

在一些实施方式中，第一遥测子系统是EM遥测子系统，并且第二遥测子系统是MP遥测子系统。在一些实施方式中，所有传感器能够经由数据总线被所有多个遥测控制器访问，以使得数据控制器中的任意数据控制器能够从传感器中的任意传感器获得读数。在一些实施方式中，传感器包括相同类型的多个传感器，以使得在一个传感器出故障的情况下一个或更多个备份传感器是可用的。

另一个示例性方面提供一种方法，该方法包括：从井下工具使用遥测协议来发送针对一个或更多个参数的值。该方法包括：在井下工具处存储所发送的参数值，以及获取针对一个或更多个参数的新值。该方法将新参数值与所存储的先前发送的参数值进行比较，并且在至少一些情况下，如果新参数值与所存储的先前发送的参数值之间的差小于阈值，则抑制发送该新参数值。

另一示例性方面提供一种用于从井下位置发送数据的方法，该方法包括：获得要发送至地面装备的数据单元，使用第一遥测子系统来发送数据单元的第一部分以及使用第二遥测子系统来发送数据单元的第二部分。一些这样的方法的的优点是延迟降低。

另一示例性方面提供一种用于井下遥测的方法，该方法包括：在井下系统处，通过读传感器来获得被表示为多个数字位的传感器值，以及将多个位分成第一位集合和第二位集合。该方法使用第一遥测系统来发送第一位集合以及使用第二遥测系统来发送第二位集合。在一些实施方式中，第一遥测系统和第二遥测系统具有不同类型(例如，MP遥测系统或声学遥测系统和EM遥测系统)。

另一示例性方面提供一种用于向地面装备发送井下测量数据的方法。该方法包括：(a)读取井下测量数据；(b)从下组中选择可用遥测发送模式：单纯泥浆脉冲(MP)遥测模式、单纯电磁(EM)遥测模式、MP和EM并发共享遥测模式、以及MP和EM并发确认遥测模式；(c)当选择单纯MP遥测模式时，将测量数据编码至第一MP遥测信号中并且向地面发送第一MP遥测信号；(d)当选择单纯EM模式时，将测量数据编码至第一EM遥测信号中并且向地面发送第一EM遥测信号；(e)当选择并发共享遥测模式时，将测量数据的第一选择编码至第二MP遥测信号中并且将测量数据的第二选择编码至第二EM遥测信号中，并且向地面发送第二MP遥测信号和第二EM遥测信号；以及(f)当选择并发确认遥测模式时，将相同的测量数据编码至第三MP遥测信号和第三EM遥测信号中；并且向地面发送第三MP遥测信号和EM遥测信号。

另一示例性方面提供一种井下遥测方法。该方法包括：(a)在井下位置处，读取测量数据，并且将测量数据的一些测量数据编码至电磁(EM)遥测信号中以及将测量数据的剩余测量数据编码至泥浆脉冲(MP)遥测信号中，然后(b)向地面发送EM遥测信号和MP遥测信号，其中，并发发送EM遥测信号的至少一部分和MP遥测信号的至少一部分。

另一示例性方面提供一种井下遥测方法。该方法包括：(a)在井下位置处，读取测量数据，并且将相同的测量数据编码至电磁(EM)遥测信号和泥浆脉冲(MP)遥测信号中，然后向地面发送EM遥测信号和MP遥测信号，其中，并发发送EM遥测信号的至少一部分和MP遥测信号的至少一部分；以及(b)在地面处，接收EM遥测信号和MP遥测信号，比较所接收的信号，并且确定该信号是否达到匹配阈值。

另一示例性方面提供一种钻探方法，该方法包括：在被断流时段分开的有功钻探(active drilling)时段期间通过钻柱的孔来泵送钻探流体的同时使钻柱前进，其中在断流时段期间停止钻探流体通过钻柱的流动。该方法涉及从井下系统向地面装备传送遥测数据，其中该井下系统包括EM遥测子系统和MP遥测子系统。该方法包括：建立用于使用MP遥测子系统来发送数据的改变的MP数据通信协议，该改变的MP数据通信协议在断流时段之后的有功钻探时段开始时是有效的；以及在断流时段期间，使用EM遥测子系统从井下系统向地面装备发送用于该改变的数据MP通信协议的报头信息。

另一示例性方面提供一种钻探方法，该方法包括：在被断流时段分开的有功钻探时段期间通过钻柱的孔来泵送钻探流体的同时使钻柱前进，其中在断流时段期间停止钻探流体通过钻柱的流动；以及从井下系统向地面装备传送遥测数据。该方法包括：建立数据通信协议，其中数据通信协议具有用于多个特定数据项的插槽；以及在井下系统处，基于将多个数据项中的特定数据项的当前值与针对多个数据项中的特定数据项的一个或更多个先前发送的值进行比较来确定是否要发送多个数据项中的特定数据项。

另一个示例性方面提供一种钻探方法，该方法包括：在被断流时段分开的有功钻探时段期间通过钻柱的孔来泵送钻探流体的同时使钻柱前进，其中在断流时段期间停止钻探流体通过钻柱的流动；以及使用EM遥测和MP遥测中的一个或二者来从井下系统向地面装备传送遥测数据。该方法包括：在井下系统处，检测断流时段中的一个断流时段的开始，汇编指定将通过EM和/或MP遥测来发送数据的报头，以及在断流时段的开始之后在预定时刻使用EM遥测来向地面装备发送报头。

另一示例性方面提供一种钻探方法，该方法包括：在被断流时段分开的有功钻探时段期间通过钻柱的孔来泵送钻探流体的同时使钻柱前进，其中在断流时段期间停止钻探流体通过钻柱的流动；以及使用EM遥测和MP遥测中的一个或二者来从井下系统向地面装备传送遥测数据。该方法包括：在井下系统处，通过EM遥测来发送遥测数据；监测EM遥测发送器的电输出电流；以及如果电输出电流达到或超过预定阈值，则自动切换至通过MP遥测来传输遥测数据。

另一示例性方面提供一种井下遥测工具，该井下遥测工具包括：用于获取井下测量数据的传感器；电磁(EM)遥测单元；泥浆脉冲(MP)遥测单元；至少一个控制模块，该至少一个控制模块与传感器、EM遥测单元和MP遥测单元通信，并且该至少一个控制模块包括处理器和存储器，该存储器上编码有程序代码，该程序代码能够被处理器执行以执行如本文所述的方法。

另一示例性方面提供一种用于处理井下遥测信号的地面装备。该地面装备包括：MP遥测信号检测器；EM遥测信号检测器；显示器；以及控制系统，该控制系统被配置成：经由MP遥测信号检测器来接收第一位集合；经由EM遥测信号检测器来接收第二位集合；组合第一位集合和第二位集合来产生数据单元；以及在显示器上显示数据单元。

另一方面包括一种井下工具，该井下工具包括耐压壳体和用于不同遥测模式(例如EM和MP)的两个或更多个遥测驱动器，该两个或更多个遥测驱动器包括在耐压壳体内。

另一方面提供一种用于遥测信息的接收器，该接收器被配置成跟踪并且显示信息识别读数，该信息识别读数由于数据值被最新近更新而进行了改变。

另一方面提供一种遥测系统，该遥测系统包括：多个遥测子系统以及包括多个遥测控制器的控制系统。每个遥测控制器与多个遥测子系统中的至少一个遥测子系统相关联并且通信。多个遥测控制器中的每个遥测控制器经由总线与多个遥测控制器中的每个其他遥测控制器通信。一个或更多个传感器与多个遥测控制器通信。多个遥测控制器中的第一遥测控制器被配置成从一个或更多个传感器的第一集合获得第一传感器信息并且在多个遥测子系统中的第一遥测子系统上发送第一传感器信息。多个遥测控制器中的第二遥测控制器被配置成从一个或更多个传感器的第二集合获得第二传感器信息并且在多个遥测子系统中的第二遥测子系统上发送第二传感器信息。遥测控制器可以被配置成独立地控制相关联的遥测子系统是否能够操作成发送数据和/或独立地控制由相关联的遥测子系统发送哪种数据。

在示例性实施方式中，遥测子系统包括EM遥测子系统和MP遥测子系统。

另一方面提供一种配置遥测系统的方法。该方法包括：接收第一信息，以及响应于接收到第一信息来将第一遥测控制器配置成在第一遥测子系统上发送第一传感器信息。该方法还包括：接收第二信息，以及响应于接收到第二信息来将第一遥测控制器重新配置成在第一遥测子系统上发送第二传感器信息。可以通过下行链路信息来控制作业模式。

另一方面提供一种操作遥测系统的方法。该方法包括：在第一控制器处接收来自传感器第一集合的第一传感器信息，通过第一遥测子系统发送该第一传感器信息，在第二控制器处接收来自传感器第二集合的第二传感器信息，以及通过第二遥测子系统发送第二传感器信息。

另一方面提供一种遥测系统，该遥测系统包括：一个或更多个传感器；第一遥测子系统，该第一遥测子系统与一个或更多个传感器通信；第二遥测子系统，该第二遥测子系统与一个或更多个传感器通信；以及控制系统，该控制系统被配置成：从一个或更多个传感器的第一集合获得第一传感器信息，并且在第一遥测子系统上发送第一传感器信息；以及从一个或更多个传感器的第二集合获得第二传感器信息，并且在第二遥测子系统上发送第二传感器信息。

另一方面提供一种装置，该装置包括本文中描述或清楚推断的任何新的有用的创造性特征、特征组合、或者特征子组合。

另一方面提供一种方法，该方法包括本文中描述或清楚推断的任何新的有用的创造性步骤、动作、步骤和/或动作组合、或者步骤和/或动作子组合。

本发明的另外方面和示例性实施方式的特征在附图中被示出和/或在以下描述中被描述。

附图说明

附图示出了本发明的非限制性示例实施方式。

图1是示例性钻探操作的示意图。

图2是示例性遥测系统的逻辑图。

图2A是另一示例性遥测系统的逻辑图。

图3是根据图2的遥测系统的示例性实施方式的示意图。

图3A是示出包括功率控制子系统的遥测系统的示例性实施方式的框图。

图4是示例性EM信号生成器的示意图。

图5是示例性MP信号生成器的横截面图。

图6是示例性遥测配置系统的示意图。

图6A是替选遥测配置系统的示意图。

图7是用于更新根据图6的遥测配置系统的示例性方法的流程图。

图8是井下遥测装置的多个控制器以及该多个控制器可以响应于下行链路命令来实现的操作的框图。

图9至图12分别是示出可以被遥测装置执行而同时在下述模式下操作的方法的流程图：单纯MP遥测模式、单纯EM遥测模式、并发确认遥测模式、和并发共享遥测模式。

图11A和图12A是当遥测工具分别在并发确认遥测模式和并发共享遥测模式下进行操作时的作为时间的函数的下述数据的图：泥浆流量、钻柱旋转速度、EM遥测发送信号和MP遥测发送信号。

图13是示出示例性遥测系统的地面部件的示意性框图。

图14是被示例性遥测系统应用以确定被在并发确认模式下操作的遥测装置发送的所接收的EM遥测信号和MP遥测信号的置信度值的逻辑图。

具体实施方式

贯穿以下说明，对具体细节进行阐明以为本领域技术人员提供更透彻的理解。然而，公知的元件可能没有被示出或进行详细地描述以避免不必要地使本公开内容不清楚。本技术的示例的以下说明不趋于是详尽的或将系统限制成任何示例实施方式的确切形式。因此，要在说明性的意义上而不是在限制性的意义上来看待说明和附图。

示例性钻探情况

图1示意性地示出示例性钻探操作。钻机10驱动钻柱12，该钻柱12包括延伸至钻头14的钻杆的多个区段。示出的钻机10包括用于支承钻柱的井架10A、钻台10B和绞车10C。钻头14的直径大于钻头上方的钻柱的直径。环绕钻柱的环形区域15通常填充有钻探流体。钻探流体由泥浆泵15A泵送通过电绝缘间隙短节组件13、钻柱中的孔到达钻头，并且载送由钻探操作产生的钻屑通过环形区域15返回至地面。在钻井时，可以在井筒中制成套管16。该套管可以被混凝土围绕。在套管的顶端处支承有防喷器17。图1中示出的钻机仅为示例。本文中所描述的方法和装置不特定于任何特别类型的钻头。

间隙短节组件13包括电隔离(非导电)部分，从而在间隙短节组件13的顶部与底部之间产生称为间隙的电绝缘断开。间隙短节组件13可以形成BHA的一部分，并且位于BHA的顶部。在间隙短节组件13上方和下方的导电部分可以形成偶极天线的天线。偶极天线可以用于EM遥测。

此外，与图1的系统类似的系统可以包括用于在地面与井下位置之间传送信息的系统。从而，可以在地面与井下工具之间提供双向通信。本文中所描述的原理可以被应用于多个井下设备与地面之间的单向数据通信、或双向数据通信、甚或多向数据通信。

在示出的实施方式中，井下系统20与包括地面收发器26的地面装备进行数据通信。井下系统20可以使用两种或更多种遥测技术来向地面收发器26传送数据。在一些实施方式中，这些遥测技术是不同的遥测技术(应用不同的用于传送数据的物理原理的遥测技术)。例如，遥测技术可以从下组中进行选择：电磁遥测、泥浆脉冲遥测、钻柱声学遥测、泥浆声学遥测等。

井下系统20可以包括两个或更多个硬件部件，该两个或更多个硬件部件可以安装在两个或更多个单独位置处(例如，泥浆脉冲生成器安装于钻柱第一位置处，以及EM信号生成器安装于钻柱第二位置处)。

在还具有某一优点的示例性实施方式中，两个遥测技术包括电磁遥测和泥浆脉冲遥测。在泥浆脉冲遥测中，通过使用泥浆脉冲22来传送数据，该泥浆脉冲22在井下位置被生成，被脉冲换能器24接收，并且被传送至地面收发器26。脉冲换能器24可以例如包括压力传感器，该压力传感器检测钻柱12中的钻探流体的压力的变化。

电磁遥测包括在井下位置处生成电磁波。电磁波28传播至地面。图1示出等电势线28A和表示电磁波28的电流线28B。这些线本质上是示意性的，原因是大地通常是不一致的。可以通过表面收发器26来检测电磁波28。在示出的实施方式中，地面收发器26被连接以测量在一个或更多个接地电极30与钻柱12之间的电势差。

表面收发器26可以通过通信线缆27耦接至脉冲换能器24、电极30、和钻柱12(与钻柱12的连接可以例如通过防喷器)。

地面收发器26可以包括计算机32或者与计算机32通信。计算机32可以包括用于保存记录数据的数据存储装置。计算机32还可以包括显示器，通过该显示器可以向一个或更多个用户显示所接收的信息。

地面收发器26可以可选地配置成使用任何一种或更多种遥测技术来向井下系统20发送信息，针对该一种或更多种遥测技术使地面收发器26装配成进行发送。该便利可以使钻机10的用户能够向井下系统20例如控制信息，以及因此向井底组件发送该信息。在一些实施方式中，地面收发器26可以使用一种或更多种遥测技术来向井下系统20发送数据，针对该一种或更多种遥测技术使井下系统20装配成接收(而未必发送)数据。例如，在其中从地面驱动钻柱的钻机10中，可以通过变化钻探参数(比如，钻柱的旋转的速度和/或方向)来向井下系统20发送数据。地面收发器26还可以或者可以替选地使用一种或更多种遥测技术来向井下系统20发送数据，针对该一种或更多种遥测技术使井下系统20装配成既接收数据又发送数据。例如，具有电磁遥测能力的井下系统20可以被配置成使用电磁遥测来既接收数据又发送数据。

井下系统架构

根据本发明的一些实施方式的井下系统提供两个或更多个单独的遥测系统，该两个或更多个单独的遥测系统可以按照本文所描述的方式应用于从井下向地面装备发送数据。图2和图2A示出这样的井下系统的两个示例。

图2在逻辑上示出了示例性井下系统40。控制系统42与一个或更多个传感器系统44以及一个或更多个遥测系统46进行通信。传感器系统44可以包括多个传感器。该传感器可以是现有技术中已知或者后来开发的任何传感器，并且可以包括例如下述传感器中的一个或更多个：冲击传感器、RPM传感器、流量传感器、方向和倾角传感器、加速度计、磁力计、伽马记录传感器、压力传感器、电阻传感器、温度传感器、流体性质传感器和中子传感器等。

在所描绘的示例中，遥测系统46包括一个或更多个EM遥测系统46A和一个或更多个MP遥测系统46B。控制系统42接收来自传感器系统44的传感器数据，并且将所接收的数据的全部或一部分提供至遥测系统46中的一个或更多个遥测系统以用于发送。

控制系统和控制器

控制系统42可以包括被配置成独立地或共同地进行作业以使用遥测系统46来接收和/或发送数据的一个物理设备或多个设备。在一些实施方式(比如图2A和图3中描绘的示例性实施方式)中，每个遥测系统46与对应的控制器相关联。可以提供另外多个控制器，每个控制器与传感器系统44的一个或更多个传感器相关联。所有这些控制器可以共同构成控制系统42。

控制器(例如控制系统42或单独控制器42A和42B或任何其他控制器、本文中所描述的控制系统或控制模块)可以包括任何适合的设备或者设备的组合。在一些实施方式中，每个控制器包括一个或更多个可编程设备，比如选自下组的一个或更多个设备：CPU、数据处理器、嵌入式处理器、数字信号处理器、微处理器、或片上计算机等。处理器(多个处理器)可以包括例如能够从美国Arizona的Chandler的微芯片技术有限公司得到的嵌入式处理器，比如dsPIC33系列MPU(多核处理单元)。这些可编程设备通过软件和/或固件来配置成执行所需要的控制器功能，并且通过适当接口来与井下系统的其他部分对接。在一些实施方式中，可以以在相同处理器或处理器组上运行的软件来实现两个或更多个控制器。另外地或替选地使用可编程设备，控制器还可以包括逻辑电路，该逻辑电路可以被硬接线，可以设置在惯用IC芯片等上，和/或可以是可配置逻辑，比如现场可编程门阵列(FPGA)。

每个控制器可以包括一个或更多个对应数据存储装置。数据存储装置可以是独立的或在两个或更多个控制器之间共享的。数据存储装置可以包括用于存储数据和/或软件指令的任何适合设备。例如，数据存储装置可以包括存储芯片、存储卡、只读存储器(ROM)、非易失性存储器、随机存取存储器(RAM)、固态存储器、光学存储器、或磁存储器等。数据存储装置(多个数据存储装置)可以包括程序代码，该程序代码能够被可编程设备(多个可编程设备)执行，以将传感器测量值编码至遥测数据中并且向遥测单元(例如，EM遥测单元或MP遥测单元)发送控制信号来向地面发送遥测信号。

壳体

本文中所描述的井下系统的部件可以至少部分地包括在壳体(参见例如图3中的元件51)中。例如，井下系统的控制器元件可以包括在壳体51中。壳体可以被构造为耐压壳体，该耐压壳体被密封以防止流体在井下环境中的压力下进入到壳体中。

井下系统的传感器元件中的一些传感器元件或所有传感器元件可以可选地位于壳体51外部。被包括在壳体51中的元件可以实现在一个或更多个电路板上，可以通过适当的电气和逻辑布线来连接，和/或可以按照本领域内已知的任何其他适合方式来互连。电路板(多个电路板)可以是具有一个或更多个控制器的印刷电路板，该一个或更多个控制器焊接至该板(多个板)的表面。电路板(多个电路板)可以紧固在托架设备(未示出)上，该托架设备例如通过端帽结构(未示出)固定在壳体51内部。

在一个实施方式中，壳体51包括单个耐压壳体。在单个耐压壳体内提供包括用于两种或更多种方法的驱动器的紧凑遥测装置是有利的。一些实施方式以探头壳体51为特征，该探头壳体51与当前工业标准相比既短又宽。在当前优选实施方式中，探头壳体比当前工业标准遥测探头短的多，从而测量出长度小于6英尺(约2米)并且优选地不大于4英尺(约1.3米)。

在一些实施方式中，壳体51包括由两个金属部分构成的圆柱管，其中，这两个金属部分之间有电绝缘断开。来自在壳体51内部的生成器的EM信号可以连接至壳体的金属部分，该金属部分又可以与间隙短节的两侧进行电接触。在一些实施方式中，壳体51被定位成使得壳体51使用壳体51的延伸至间隙短节78的任一侧的部分来跨越间隙短节的间隙。

有益的是，配置装置50使得壳体51中的电绝缘断开被定位成远离装置50的敏感电子器件。例如，电绝缘断开可以被定位成靠近壳体51的一端。在其他的实施方式中，电绝缘断开可以在沿着壳体51的任何地方。所需要的是允许信号生成器的两个输出连接至间隙短节的相对侧。

本文中所描述的井下系统不限于容置在钻柱的孔内的探头中。例如，井下系统的全部或一部分可以容置在钻柱部件的壁内的袋状部。

图2A示出了另一示例性遥测系统40A，其中，控制系统42包括用于每个遥测系统46的专用控制器。图2A示出了用于EM遥测系统46A的控制器42A和用于MP遥测系统46B的控制器42B。如果提供另外的遥测系统，那么可以提供另外的控制器。图2A的布置具有如本文中所描述的具体优点。

图3示意性地示出根据示例性实施方式的井下系统50。井下系统50是通过井下系统40A示例的一般架构的较特定示例。

示例性遥测装置50包括多个控制器，该多个控制器共同构成控制系统42。所示出的实施方式包括状态传感器控制器52、接口传感器控制器60、EM控制器70、MP控制器80以及功率控制器90。装置50的部件容置在壳体51中。

状态传感器控制器52连接至监测与钻柱的当前状态相关的参数的传感器。在一些实施方式中，一个或更多个这样的传感器的输出被用来控制接通或断开装置50的一个或更多个系统，以在多个操作模式之间切换装置50或者另外地控制这样的系统的操作。在所描绘的实施方式中，这样的传感器包括：流量开关传感器54，流量开关传感器54检测BHA中钻探流体流量开关的状态；RPM陀螺仪传感器56，RPM陀螺仪传感器56检测BHA的旋转速度和陀螺仪信息；以及冲击传感器58，冲击传感器58可以三维检测被BHA遇到的冲击力。

状态传感器控制器52可以例如使用来自相关联传感器的读数来在不同钻探模式之间进行区分。例如，状态传感器控制器52可以被配置成在‘静默’井筒(没有钻探流体流动并且没有钻柱旋转)、‘滑动’操作(钻探流体正在流动但钻柱没有显著从地面旋转)、与全面钻探(钻探流体正在流动并且钻柱正从地面旋转)之间进行区分。在一些实施方式中，装置50的操作自动配置成以不同方式依赖于当前钻探模式(如例如通过状态传感器控制器52来检测)。

接口传感器控制器60通常与监测下述参数的传感器进行通信：该参数表示周围地层的特性和/或BHA相对于该地层的位置。这样的传感器可以包括例如方向和倾角传感器62、伽马传感器64、以及方向和倾角备份传感器66，其中，伽马传感器64通过测量伽马发射来测量周围地层的构成。可以提供任何适合类型的另外传感器。

在示出的实施方式中，装置50具有一组备份传感器67。接口传感器控制器60可以连接至备份传感器67和/或备份接口传感器控制器60A可以连接至备份传感器67。备份传感器67可以在主传感器故障的情况下复制装置50中的一些或所有传感器来提供冗余。来自备份传感器的读数可以如下所述以各种方式来使用。

示例性EM遥测硬件

EM控制器70与EM遥测子系统进行通信。在一些实施方式中，用于EM信号的生成器包括：电源，该电源具有第一输出和第二输出；以及H桥电路，该H桥电路连接至输出，以使得电源输出能够在任一极性下(例如，通过壳体51的电气上分开的导电部分)连接至间隙短节78的相对侧。电源可以例如包括有限电流DC电源，该有限电流DC电源将来自电池的功率应用于H桥电路。

例如，在H桥的第一配置下，一个电源输出电连接至间隙短节78的井上侧，并且另一电源输出连接至间隙短节78的井下侧。在第二H桥配置下，电源输出被反相，以使得第一电源输出电连接至间隙短节78的井下侧而第二电源输出电连接至间隙短节78的井上侧。第一电源输出和第二电源输出处于不同电势(例如，接地电压和相对于接地电压的设定电压或者相对于局部接地电压参考为正的设定电压和相对于局部接地电压参考为负的另一设定电压)。

通过以两倍期望频率在上述第一配置与第二配置之间切换H桥，可以在间隙短节78两端施加期望频率的交变信号。包括H桥电路的H桥驱动器76可以定位成处于或靠近壳体51中的电绝缘断开(break)。这便利了H桥驱动器76与间隙短节78的侧的相对直接连接。

图4示出了用于EM遥测发送器的可能布置的更详细视图。EM遥测单元75包括EM控制器70、信号生成器72、EM放大器74、电池96和H桥驱动器76。H桥驱动器使电压能够在任一方向上施加在负载两端，并且H桥驱动器包括四个开关，其中，可以使一对开关接通而使另一对开关断开以允许电压在一个方向上施加在两个输出之间(“正极性通路”)，以及可以使该另一对开关接通而同时使第一对开关断开以允许电压在相反方向上施加在两个输出之间(“相反极性通路”)。在H桥电路76中，开关S1、S2、S3和S4被布置成使得开关S1和S4电耦接至间隙短节78的一侧并且开关S2和S3电耦接至间隙短节78的另一侧。开关S1和S3可以被接通以建立正极性通路，以使得施加在间隙短节78两端的电压生成正EM波，并且开关S2和S4可以被接通以建立相反极性通路，以使得施加在间隙短节78两端的电压生成负EM波。

EM信号生成器72被配置成：接收来自EM控制器70的遥测信号，并且将遥测信号转变成交变电流控制信号，然后该交变电流控制信号被发送至EM放大器74。放大器74被配置成：使用来自电池96的功率来放大从EM信号生成器72接收的控制信号，并且然后将放大后的控制信号发送至H桥驱动器76，该H桥驱动器76以由H桥电路中的开关的设定而确定的极性来将放大后的控制信号施加在间隙短节的间隙两端以生成EM遥测信号。

在示例性实施方式中，EM信号生成器72包括数模转换器(DAC)，该DAC被控制成输出对要被发送的数据进行编码的波形。该波形可以包括例如正弦波，并且可以在波形的相位和/或频率下来对数据进行编码。可以通过放大器74来放大波形。可以例如通过配置文件来设定放大器74的增益，以将发送的EM遥测信号的幅度调节至能够被地面收发器26接收的水平。可以根据由放大器74输出的波形的相位来控制H桥电路的极性。

图4中的装置仅仅是生成EM遥测信号的许多可能方式之一。生成EM遥测信号的其他方式可以与本文所述发明一起使用。

通过向EM信号生成器72提供对这样的信息进行编码的数字信号，EM控制器70可以向钻机10的用户传送能够被EM控制器70得到的任何信息。例如，EM控制器70可以传送由一个或更多个传感器测量并且由相关联的传感器控制器(比如，状态传感器控制器52或接口传感器控制器60)提供至EM控制器70的信息。

EM控制器70可以使用一个或更多个调制技术来将遥测数据编码至包括EM载波的遥测信号中。例如，EM控制器70可以使用幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)、正交相移键控(QPSK)或其组合(比如幅度和相位移动键控(APSK))。

示例性MP遥测硬件

通过向然后操作电机84的电机驱动器82提供信号，MP控制器80控制泥浆脉冲遥测子系统。然后电机84可以打开和/或关闭阀86，以增大或减小钻柱12的压力或者另外地以对数据进行编码的样式感生钻探流体中的声脉冲或振动。MP控制器80可以通过检测钻柱12中钻探流体的流量而接收来自地面的信息。例如，钻探操作者可以按照向装置50传达信息的样式控制钻探流体的流量。在一些实施方式中，这可以通过经由状态传感器控制器52向MP控制器80传送流量开关传感器54的传感器读数来实现。替选地或另外地，MP控制器80可以被配置成：直接或间接访问流量开关传感器54、压力传感器94或被配置成在不使用干预状态传感器控制器52的情况下检测从地面收发器26接收的消息或钻探操作者的动作。

MP控制器80可以使用一个或更多个调制技术来将遥测数据编码至包括泥浆脉冲的遥测信号中。例如，MP控制器80可以使用幅移键控(ASK)、时移键控(TSK)或其组合(比如幅度和时间移动键控(ATSK))。键控可以可选地是二进制键控，例如关于二进制相移键控(BPSK)或二进制幅移键控(BASK)或二进制频移键控(BFSK)。键控可以可选地例如使用4PSK或8PSK键控来发送每个均表示多个位的符号。

ASK涉及向脉冲幅度的唯一样式分配定义的符号集合中的每个符号。TSK涉及在时间段内向唯一定时位置或定时位置的组合分配定义的符号集合中的每个符号。

图5示出了MP遥测发送器的示例性布置。MP遥测单元85A可以被用在电机84和阀86的简单组合的适当位置处，如图3所示。MP遥测单元85A包括转子和定子组件150以及脉冲器组件152，该转子和定子组件150以及脉冲器组件152二者轴向位于钻铤155内部，其之间具有环形间隙以允许泥浆流过间隙。转子和定子组件150包括定子153和转子154。定子153相对于钻铤155固定，并且转子154固定至脉冲器组件152的驱动轴156。脉冲器组件152还相对于钻铤155固定，然而这没有在图5中示出。脉冲器组件152还包括电动机157，该电动机157由电池96(图5中未示出)进行供电并且耦接至驱动轴156以及相关联电路158，该相关联电路158反过来又与MP控制器80(图5中未示出)进行通信。电机电路158接收来自MP控制器80的编码遥测信号并且生成电机控制信号，该电机控制信号使电机157以受控样式(经由驱动轴156)相对于定子153来旋转转子154，以生成流过转子154的钻探流体中的压力脉冲。

图5中示出的装置仅仅是生成MP遥测信号的许多可能方式之一。可以在本文所述的系统中使用生成MP遥测信号的其他方式。

功率管理

功率控制器90与一个或更多个电源比如一个或更多个电池96进行电通信，并且一般管理将电功率提供至遥测装置50的全部或一部分。在一些实施方式中，功率控制器90可以选择性地向控制器和/或其相关联子系统中的任意一个或更多个提供功率，和/或在可能节省功率时减小或切断至控制器和/或子系统的某一个的功率。在一些实施方式中，功率控制器90可以使某一控制器切换成低功率模式。例如，功率控制器可以使一个或更多个其他控制器以降低的时钟速率进行操作以节省电功率。功率控制器90可以设置有用于短期或长期存储能量的电容器组92。

在一些实施方式中，功率控制器90能够操作成接通或断开整个井下系统(可能的例外是可以保持被供电以使井下系统在选定环境下恢复接通的功率控制器90)。控制器90还可以能够操作成选择性地启动或禁用各个遥测单元(例如，EM遥测单元和MP遥测单元)、传感器系统等。可以通过用于功率控制器90的配置文件来确定在任意给定时间对哪些遥测单元、传感器系统等进行供电。

在一些实施方式中，功率控制器90包括接收来自压力传感器94的输出，或者功率控制器90被连接以接收来自压力传感器94的输出。压力传感器94感测钻柱内的压力。此压力通常随井筒中的深度而变化。功率控制器90可以被配置成基于压力传感器94的输出来控制至某些子系统或控制器的功率。例如，功率控制器90可以被配置成在壳体51处于或靠近地面(例如，通过检测到来自压力传感器94的指示低压力的输出)时(例如，通过切断至EM遥测子系统的全部或一部分的功率)阻止EM遥测子系统的操作。此特征可以通过避免在壳体51处于或靠近地面的同时将壳体51的外部充电至显著电压来提高安全。

功率控制器90可以可选地响应于来自其他控制器的请求或者另外地向其他控制器提供压力传感器94的读数。在一些实施方式中，功率控制器90或者一个或更多个其他控制器可以被配置成响应于来自压力传感器94的读数的变化在多个不同操作模式之间切换系统50。例如，不同操作模式可以向地面发送不同数据和/或使用一个或更多个遥测子系统的不同布置来发送该数据。例如，针对一些深度，系统50可以使用EM遥测，针对其他深度，系统50可以使用EM遥测，在其他深度处，系统50可以并发使用EM遥测和MP遥测二者。

功率控制器90可以被连接以操作将装置50的其他部分与电池功率连接或断开的开关。例如，当装置50在不使用一个遥测系统的模式下操作时，功率管理控制器90可以断开将电功率供应至遥测子系统(包括其控制器)。在传感器没有被正在读取时的时段内，功率管理控制器90可以断开至传感器和/或传感器的接口(例如，接口传感器控制器60)的电功率。

在一些实施方式中，不需要单独的功率控制器。功率控制器90的功能可以与另一控制器的功能进行组合和/或可以分发在装置50中的其他控制器之间。例如，控制器可以用作针对EM遥测子系统75和传感器接口60的功率控制器以及用作针对MP遥测子系统的控制器。

图3A示出了其中功率控制系统95包括被连接以控制开关A1、A2、A3和A4的操作的功率控制器90的示例性实施方式。A1控制至RX单元和传感器接口60的功率。A2控制至EM系统75的功率。A3控制至流量传感器54的功率。A4控制至脉冲器单元80的功率。可以提供另外的开关(未示出)来控制将电功率连接至井下系统的其他电路。

控制系统42的各种控制器可以经由数据通信总线(比如CAN(控制器局域网络)总线98)来进行通信。在其他的实施方式中，控制器可以经由任何其他适合的协议、在物理或无线网络上或者在现在已知或以后开发的任意其他方式下进行通信。

根据本文所述的实施方式的任意实施方式的井下系统可以经由数据总线98或另外地与其他的传感器、系统、部件或设备等进行通信。例如，控制系统42可以还与近钻头工具进行通信或者替选地与近钻头工具进行通信，该近钻头工具可以向控制系统42提供靠近钻头14取得的测量值。可以在本文所公开的方式的任意方式下通过遥测系统40来发送这样的测量值。

在一些实施方式中，控制电路(比如控制系统42和数据总线98)和其他的设备(比如电容器组92)集成至一个或更多个短(例如，12英寸长)托板上，从而一起构成壳体51内部的控制系统。在一些实施方式中，遥测装置50的部件按照下述顺序进行布置：阀86、电机84、控制系统、伽马传感器64、方向和倾角传感器62、以及电池96。这样的实施方式可以在任一方位下进行使用(即，阀86位于井上或井下端)，但是将阀86定位在探头的井下端可以降低由钻探流体的流动对探头的密封产生的损害。

可以理解的是，至少一些实施方式提供单组传感器和用于管理来自传感器的数据的系统，同时提供通过多个不同遥测链路中的任何一个或更多个遥测链路来发送任意数据的灵活性。在一些实施方式中，可以在两个或更多个遥测链路上并发发送数据(不论是相同数据还是不同数据)。在一些实施方式中，系统具有允许两个或更多个遥测系统(其可以使用彼此不同的物理原理来进行操作)中的每个遥测系统独立于另一遥测系统进行操作的配置。功率管理系统可以控制从公共电源或电源集合向遥测链路供应电力，从而与在每个遥测链路由单独源进行供电情况下将可能的功率管理相比，有利于更好的功率管理。

示例性数据发送方法和配置。

在示例性实施方式中，如本文所述的井下系统可以被配置成在多个不同模式中的任意模式下发送数据，该不同模式关于下述方面彼此不同：哪些遥测系统可用和/或哪些遥测系统用来发送数据，和/或者多余一个的遥测系统可用来发送数据的情况下，使用每个系统来发送哪种数据和/或对井下系统的哪些部分进行断电。

示例性遥测模式

不同的模式可以指定使用不同的遥测系统或遥测系统的组合来发送遥测数据。

单纯EM模式和单纯MP模式

例如，如本文所述的井下系统比如系统40或40A或50可以具有单纯EM模式(其中，仅EM遥测系统例如46A、75被用来发送数据)、单纯MP模式(其中，仅MP遥测系统46B、85被用来发送数据)或并发遥测模式(其中，EM遥测系统和MP遥测系统二者是有功的并且可用于发送数据，并且可以并发发送数据)。在一些实施方式中，EM遥测系统46A或75在系统40处于单纯MP模式时被断电，并且MP遥测系统46B或85在系统40处于单纯EM模式时被断电。

使用单纯EM模式在没有钻探流体流动(“断流”状况)的时刻期间会是特别有利的。在这些时刻，电干扰被最小化并且MP遥测是不实用的。EM遥测可以用在这些时段期间，例如以用于快速发送勘测数据。在停抽状况期间发送勘测数据避免在恢复流体流动之后等待要通过MP遥测发送的勘测数据的延迟。此外，在停抽状况期间，EM遥测通常最少受噪声影响，并且可以从较深的深度和/或使用比在钻探进行的同时发送相同数据而将需要的功率低的功率来实现。使用单纯MP模式在有功钻探正在发生的同时会是特别有利的。

并发遥测模式

当在并发遥测模式下发送数据时，遥测系统40可以被配置成在并发确认模式下或者在并发共享模式下进行发送，其中，在该并发确认模式下，通过EM遥测系统和MP遥测系统二者来发送相同的遥测数据或者密切相似但不同的遥测数据，在该并发共享模式下，通过EM遥测系统来发送遥测数据中的一些遥测数据以及通过MP遥测系统来发送遥测数据帧的剩余遥测数据。组合模式也是可能的(例如，可以通过EM遥测系统和MP遥测系统二者来发送某种数据，而仅通过EM遥测系统和MP遥测系统中的一个遥测系统来发送其他数据)。在其他实施方式中，除了EM遥测和MP遥测以外的遥测模式可以单独使用、或与MP遥测模式和/或EM遥测模式组合使用、和/或彼此组合使用。

并发确认模式

并发确认模式允许地面装备(例如，地面收发器26)或操作者比较下述相同数据：该相同数据已被遥测单元46A、46B或75、85发送，并且可以在地面被接收并且被相互比较。在并发确认模式下，EM遥测46A和MP遥测46B被配置成大致并发地发送相同数据。这两种信号的接受者(例如，在地面上的地面装备或操作者)然后可以对这两种信号进行解码，并且对通过遥测系统46中的每个遥测系统发送的数据进行比较。如果数据匹配，则接受者可以取其作为遥测系统46正在正确操作的指示。如果数据不匹配，那么接受者可以试图校正其解码方法或装置，或者可以推断遥测系统46中的一个或更多个遥测系统没有正确作业。这样，并发确认配置文件可以用作“系统测试”模式，或者可以在正发送关键数据时提供另外的冗余。将在以下参照图14来更详细地进行论述。

在并发确认模式下，遥测单元46A、46B或75、85可以被指定为主要发送器或主发送器。在一些实施方式中，MP遥测单元46B、85被设定为默认主要发送器。针对主要遥测单元的控制器可以控制至传感器(例如，传感器54、56、58、62、64、66、94)的测量请求，并且将所接收的测量数据反映给针对其他遥测单元的控制器。在一些实施方式中，流量和RPM传感器测量数据可以用来触发EM遥测数据和MP遥测数据的发送。

在一实施方式中，在并发确认模式下由不同的遥测单元发送的数据可以相似但不同。例如，在一个遥测单元上发送的数据可以包括在第一时间采样的参数值，并且在另一遥测单元上发送的数据可以包括在与第一时间不同的第二时间采样的相同参数值。在示例性实施方式中，第一时间和第二时间在彼此的几分之一秒内(例如，在100ms或50ms内)。

并发确认模式对于确定两个或更多个遥测系统中的哪个遥测系统在当前钻探状况下较佳会是有用的。每个系统可以以其自己的速度来发送相同数据。可以完全开发每个遥测系统的功能性。即使一个遥测系统未在当前钻探状况下良好作业，关键信息也将被发送到地面。

并发确认模式的另一应用是测试在确保将通过在另一遥测系统上发送相同数据来接收所需数据的同时是否可以有效地使用具体遥测系统。例如，当钻探探井时，可能不知道井下状况是否适合于EM遥测。在EM遥测系统和MP遥测系统中并发确认模式下操作的情况下，即使EM遥测证明在考虑该井下状况时是不实用的，也能够进行钻探。如果证明EM遥测正在良好地运行，那么EM遥测相对MP遥测的速度优势可以被应用以允许较快钻井。

在井下系统具有备份传感器(例如，备份传感器67)的实施方式中，在一些实施方式中，在并发确认模式下操作的井下系统被配置成使用一个遥测系统来发送来自主传感器的数据并且使用另一遥测子系统来发送来自备份传感器的对应数据。这允许验证传感器读数本身的可靠性。在替选模式下，一个遥测子系统可以发送来自主传感器和备份传感器的读数的平均值，并且另一遥测子系统可以发送来自主传感器和备份传感器中的一个或二者的读数。

在一些实施方式中，在并发确认模式下操作的井下系统被配置成：在两个间隔开的时间获得表示一个传感器的值的数据，并且使用第一遥测子系统来发送作为结果的值中的一个值以及使用第二遥测子系统来发送作为结果的值中的另一值。由于在密集间隔开的时间获得该值，所以可以使用该值的比较来评估数据发送的可靠性。在此模式下，与将使用并发确认模式来接收传感器输出的值相比，地面装备可以获得对传感器输出的值的较快采样，其中，在该并发确认模式下，相同传感器读数被发送两次，由两个不同遥测子系统中的每个遥测子系统发送一次。此技术可以被用于例如发送来自较高密度伽马记录的值。

并发确认模式的示例性应用

针对在并发确认模式下进行并且的参照图14的发送，地面收发器26和计算机32可以处理每个EM遥测信号和MP遥测信号并且将处理后的EM遥测信号和MP遥测信号解码至其各自的测量数据集合中。计算机32可以对每个解码数据集合执行错误校验位匹配协议，然后向每个数据集合分配置信度值。计算机32可以使用本领域已知的错误校验位匹配协议，比如1位奇偶校验或3位循环冗余校验(CRC)。更具体地，井下遥测装置50可以将CRC位添加至遥测信号(例如添加在遥测信号的末端)(“遥测数据位”)并且地面收发器26的解码器可以设置有匹配CRC位(错误校验位)，该匹配CRC位将与遥测信号中的CRC位进行比较以确定遥测信号中是否存在错误。

在一个实施方式中，每个数据集合可以被分配与下述置信度相对应的三个置信度值之一：

·高置信度-遥测数据位匹配错误校验位。

·中置信度-遥测数据位仅在选定阈值(例如幅度阈值)的修改之后匹配错误校验位。

·无置信度-遥测数据位不匹配错误校验位，即使在选定阈值的修改之后也如此。

然后，地面收发器26可以比较EM数据集合与MP数据集合，并且确定数据集合是否充分相似以达到预定匹配阈值；如果数据集合充分相似以达到预定匹配阈值，那么认为数据集合匹配。更具体地，当使用相同数目的位来编码数据集合二者时，解码数据集合将具有确切匹配。在一些实施方式中，相同或相似的数据值使用第一数目的位来编码成第一精度以用于基于第一遥测子系统或模式进行发送，并且使用第二数目的位来编码成第二精度以用于通过第二遥测子系统或模式进行发送。当数据集合使用不同数目的位来编码成表示相同测量数据时，达到匹配阈值，只要两个解码数据集合之间的误差在指定范围内(例如小于1位变化之间的差)即可。

当两个数据集合匹配并且二者具有至少中置信度值时，然后可以使用任一数据集合来恢复测量数据。当EM数据集合和MP数据集合不匹配时并且EM数据集合和MP数据集合二者被分配相同的高或中置信度值时，地面收发器26可以选择具有所检测到的最高信噪比的数据集合。当EM数据集合和MP数据集合不匹配并且EM数据集合和MP数据集合被分配不同的置信度值时，地面收发器26可以选择具有最高置信度值的数据集合。当EM数据集合和MP数据集合被分配无置信度值时，地面收发器26可以输出指示数据集合都不可用的“无数据”信号。

并发共享模式

并发共享模式操作如两个单独的遥测系统。在此模式下，EM和MP遥测单元46A和46B或75、85可以被配置成获得来自传感器(例如，传感器54、56、58、62、64、66、94中的一些或所有传感器)的某种测量数据，并且对此数据进行编码和发送。例如，EM控制器70可以被配置成读取伽马测量值、冲击测量值和振动测量值，并且将这些测量值编码至EM遥测信号中，并且MP控制器80可以被配置成读取工具面测量值并且将这些测量值编码至MP遥测信号中。

井下系统可以被配置成：使较关键的测量数据通过被预期在目前钻探状况期间较可靠或速度较快的遥测子系统来发送，并且使较不关键的测量数据通过其他遥测子系统来发送。不同遥测子系统的可靠性可以在正在进行或定期的基础上进行测量。哪个遥测子系统速度较快或较可靠可以随深度和其他钻探状况变化而变化。

以下相对于图14来描述可以被应用以用于评估遥测数据的相对可靠性并且基于该评估来选择遥测模式的示例性方法。在一些实施方式中，遥测子系统被配置成定期发送预定测试发送信号，并且通过对测试发送信号进行解码并且将解码测试发送信号与测试发送信号的已知内容进行比较来评价由遥测子系统携带的数据通道的可靠性。这样的测试发送信号可以另外地或替选地应用于监测发送式遥测系统随井筒中深度的衰减变化。这样的衰减信息可以被应用于在可能的情况下控制遥测信号的发送以补偿这样的衰减同时保存电功率。

作为其中可得到针对不同遥测模式的可靠性和及时性(延迟)的度量的另一示例，可以基于针对不同数据类型的不同因素来在遥测模式之间分派数据。例如，针对第一数据类别，会主要关注解码数据的高置信度。第一数据类别中的数据可以使用下述遥测模式来发送：针对该遥测模式，可靠性度量指示发送数据的最高置信度。针对第二数据类别，会主要关注及时性。这样的数据可以使用下述遥测模式来发送：针对该遥测模式，及时性度量指示最低延迟。

在一些实施方式中，存在第三数据类别，针对该第三数据类别，解码数据中的高置信度和时效性都是重要的。第三类别未必与第一类别和/或第二类别不同。在这样的情况下，第三类别中的数据可以使用下述两种遥测模式来发送：速度较快但较不可靠的模式以及速度较慢但较可靠的模式。在一些这样的实施方式中，当接收到通过速度较快但较不可靠的模式发送的数据时，地面装备对该数据进行解码并且使该解码数据可用。当通过速度较慢但较可靠的模式接收到相同数据时，具体地如果解码的第二次接收数据不同于较不可靠的第一次接收数据，则地面装备可以更新该数据。在该数据显示在显示器上的情况下，显示器可选地包括关于当前正被显示的数据的可靠性的水平的指示。在一些实施方式中，显示器包括关于较可靠数据是否和/或何时被预期为可用于显示的指示。

在一些实施方式中，将数据分派给不同遥测子系统包括将用于发送的数据集合分派给一个遥测子系统。可以根据其中首先是最重要数据的优先级来对这组数据进行排序。可以预设时间限度以用于完成对数据集合的发送。如果明显地到时间限度没有完成对数据集合的发送，那么可以将数据集合中的一些数据重新定向以用于在替选遥测子系统上进行发送。另外地或替选地，可以设定最小位速率以用于发送这组数据。如果所分派的遥测子系统没有达到最小位速率，那么可以将数据集合中的一些数据重新定向以用于在替选遥测系统上进行发送。

在并发共享遥测模式的一个实施方式中，一个遥测单元46A、46B或75、85将发送其遥测信号而不管其他的遥测单元46A、46B或75、85正在运行或已出故障。如本文所更详细地描述的，井下系统可以被配置成响应于接收到来自地面操作者的下行链路命令来切换遥测模式，该下行链路命令比如是用于在操作者检测到EM遥测单元75已出故障时从并发共享模式切换至单纯MP模式的命令。在另一实施方式中，已出故障或者没有适当运行的遥测单元被编程以通过数据总线98来发送信号。仍在运行的其他遥测单元75、85可以在接收到此信号时被配置成改变至下述操作模式：在该操作模式下，除了运行的遥测单元已被配置成获得的测量数据以外，该其他遥测单元75、85获得来自传感器(例如，传感器54、56、58、62、64、66、94)的本应该通过故障遥测单元75、85获得的测量数据。

在并发模式的另一示例中，EM和MP遥测单元46A、46B或75、85可以被配置成仅发送相同测量数据中的一部分(例如，工具面数据)。这在期望验证某种数据的精度时会是有用的。在一些实施方式中，各个EM遥测单元和MP遥测单元被配置成同时获得相同测量数据，即，以使其来自相关传感器的测量数据的读数同步。

在遥测模式的一个示例中，可以通过EM遥测单元46A或75来发送勘测数据(例如，通过一个或更多个传感器54、56、58、62、64、66、94获取的勘测数据)，其中，在钻柱空闲时间期间、在没有泥浆流动并且没有钻柱转动的时段期间通过EM遥测单元46A或75来将勘测数据编码至EM遥测信号中并且进行发送。在已发送勘测数据之后，EM遥测单元46A或75可以断电，并且可以通过MP遥测单元46B或85来发送其他的测量数据。

数据单元分割(例如字节分割)

另一类型的分发共享模式使用不同的遥测单元来发送各个数据元素的一部分。此方法可以帮助改善下述问题：当钻探深井时，所有遥测模式的数据速率可以变得非常低。例如，考虑下述情况：其中，遥测系统花5秒每位来从某一井下位置向地面发送某种数据，并且所述数据是12位。在此示例中，使用遥测系统来发送数据将花至少5×12＝60秒。该数据可以例如是单个传感器读数的值。

如果第二遥测系统可用，那么可以通过使用遥测系统中的每个遥测系统来发送位中的一些位来减小延迟(在正产生的传感器读数与在地面处可用的传感器读数之间的时间)。例如，如果第二遥测系统还可以按照5秒每位的速率从井下位置发送数据，那么每个遥测系统可以被配置成发送该数据的6位。在此方式下，发送数据而花费的时间可以被减少至5×6＝30秒。从而，在两个或更多个遥测通道之间分割单个数据元素可以产生大大减少的延迟，这又可以对钻探操作提供更近实时控制。此模式可以称为“并发共享字节分割”模式(尽管正被分割的数据单元未必是8位字节)。

在一些实施方式中，正被分割的数据单元是单个数目(例如将一个或更多个参数值进行编码的二进制数)。在一些实施方式中，正被分割的数据单元包括错误检测代码和/或错误校正代码。例如，一个或更多个校验位。例如，除了数据位以外，数据单元还可以包括奇偶位或多个CRC(循环冗余校验)位等。在示例性实施方式中，数据单元针对总共为10位而包括表示数据(比如工具面数据)的7个数据位和3个CRC位。在一些实施方式中，数据单元包括33个或更少的位。在一些实施方式中，数据单元包括7至15位。在一些实施方式中，需要整个数据单元或元素来有效地使用数据单元和/或针对错误而检验数据单元和/或校正数据单元中的错误。

在一些实施方式中，使用并发共享字节分割模式来发送工具面数据。在一些实施方式中，以随可用数据速率变化的方式来发送工具面数据。例如，当第一遥测子系统(例如，MP子系统)可以按照高速率发送工具面数据时，然后可以使用第一遥测子系统来发送高分辨率工具面数据。如果可用数据速率降到阈值以下，那么可以分割高分辨率工具面数据，可以使用第一遥测子系统来发送工具面数据的一些位，并且可以使用第二遥测子系统(例如，EM子系统)来发送工具面数据的其他位。如果数据速率又进一步降低，那么可以发送低分辨率工具面数据(再次在第一遥测子系统与第二遥测子系统之间分割位)。在一个示例性实施方式中，高分辨率工具面数据是11位，低分辨率工具面数据是7位。在任一情况下，还可以提供一些数据错误检测/校正位。

在一些实施方式中，与下述位速率成比例地在遥测子系统之间分派数据单元的位：遥测系统可以按照该位速率进行操作。例如，如果从某一位置EM遥测子系统能够操作成以5位每10秒的速率发送数据并且以10位每10秒的速率发送数据，那么为了使12字节数据单元的延迟最小化可以通过MP子系统来发送8字节并且通过EM遥测子系统来发送4字节。

为了使并发共享字节分割模式便利，井下系统中的控制器可以被配置成获得传感器读数并且将传感器读数的一些部分转发至两个或更多个遥测系统中的每个遥测系统以用于发送。作为另一示例，控制器可以被配置成将整个传感器读数转发至多个遥测系统中的每个遥测系统，并且每个遥测系统可以被配置成发送传感器读数的对应部分。作为另一示例，每个遥测系统可以被配置成获得传感器读数并且发送该传感器读数的对应部分。

众多方案可以应用于在遥测子系统之间分派数据单元的特定位。例如，可以使用轮询方案来分派位，以使得多个遥测子系统中的每个遥测子系统依次被分派一个位或两个或更多个位的集合。例如，在两个遥测子系统进行操作的情况下，遥测子系统中的第一遥测子系统可以针对数据单元中的每个奇位位置发送该位，并且遥测子系统中的第二遥测子系统可以针对数据单元的每个偶位位置发送该位。

作为替选，可以通过第一遥测子系统来发送数据单元的高阶位，并且可以通过第二遥测子系统来发送低阶位。在此情况下，可以可选地使用遥测子系统的数据发送的可靠性来确定使用哪个遥测子系统来发送数据单元的高阶位以及使用哪个遥测子系统来发送数据单元的低阶位。例如，在高阶位较不可能在子系统传感器读数之间进行改变的情况下可以使用较可靠(较低错误率)遥测子系统来发送低阶位。

在多个遥测子系统之间分派某些数据单元的位可以根据预定配置文件来完成(如下所述)。在其他的实施方式中，在遥测子系统之间分派某些数据单元的位可以在井下系统处使用下行链路命令进行设置或自动进行设置(该井下系统然后可以使用遥测系统中的一个或更多个遥测系统来将此位分派传送至地面装备)。地面装备被配置成接收、解码并且组合该位以恢复所发送的数据。

在一些实施方式中，遥测系统中的一个或更多个遥测系统被配置成发送每个均表示N位(其中，N小于要被发送的数据单元的大小)的符号，并且井下系统被配置成使用遥测系统来发送该数据单元的N位并且使用一个或更多个其他遥测系统来发送数据单元的剩余位。

通过能够在多个不同遥测模式下进行操作，如在本示例中所描述的井下系统提供以优选方式操作该系统的操作者灵活性。例如，操作者可以通过在并发共享模式下进行操作来增大遥测工具的发送带宽，这是因为EM遥测系统和MP遥测系统通过单独通道并发发送遥测数据。或者，操作者可以通过在并发确认模式下进行操作来提高发送的可靠性和精度，这是因为操作者具有选择具有较高置信度值的遥测通道的能力。或者，操作者可以通过在单纯MP遥测模式或单纯EM遥测模式下进行操作来保存功率。或者，操作者可以通过在‘字节分割’模式下进行操作来降低用于发送各个参数或其他信息块的延迟。

此外，操作者可以基于哪种模式最适合当前操作状况来选择单纯MP模式或单纯EM模式；例如，如果储藏地层需要EM遥测系统来以非常低的频率进行发送以使EM遥测信号到达地面，最终的低数据速率可以提示操作者使用单纯MP模式来进行发送。相反，在没有泥浆流动时(例如，在空气钻探时)，操作者可以选择单纯EM模式来发送遥测数据。根据本文所述的优选实施方式的井下系统的灵活性有利于将这样的井下系统配置成提升益处，比如：较快数据通信、较好能量效率、较可靠数据通信、和/或较灵活数据通信。

测试模式

一些实施方式针对不同遥测系统提供测试模式。在这样的测试模式下，遥测系统可以操作成发送用于在地面处接收并且分析的预定数据。

通过提供在其下可以通过遥测装置50来发送并且通过地面换能器26来接收遥测信号的各种不同遥测模式，遥测系统向操作者提供大操作灵活性。遥测装置50可以被指示在当前操作状况下以最高数据速率进行发送；例如，如果遥测装置50处于下述位置：在该位置处，EM遥测单元75必须以非常低频发送EM遥测信号以便于到达地面并且这产生比MP遥测单元85的数据速率低的数据速率，则地面操作者可以发送下行链路命令来指示遥测装置50使用MP遥测单元85来进行发送。此外，遥测装置50可以被指示当操作状况不允许在其他遥测模式下进行发送时而在一个遥测模式下进行发送；例如，遥测装置50可以被指示当没有泥浆流动时在单纯EM遥测模式下进行发送。此外，遥测装置50可以在有效地使遥测通道的数目加倍的并发共享模式下进行操作，从而增大遥测装置50的总数据发送带宽。此外，可以通过在并发确认模式下发送具有最高置信度值的遥测数据并且选择该遥测数据来提高遥测装置50的可靠性。此外，如果一个遥测子系统出故障或者在当前状况下不可使用，那么可以使用另一遥测系统来允许继续钻探。

地面装备同步

为了对从井下系统接收的发送信号进行解码，地面装备需要知道数据已被编码的方式。这可以按照各种方式来进行，例如：

·在一些实施方式中，预定要被井下系统编码的特定数据和数据被编码的方式。井下系统被配置成使用预定方案来发送数据，并且地面装备被配置成使用预定方案的知识来对数据进行解码。

·在一些实施方式中，根据不同预定方案由井下系统来发送不同组数据。地面装备可以被配置成对数据进行解码并且基于数据中的信息(例如，帧报头或ID代码等)来确定针对每组接收数据已使用哪种方案。

·可以在已部署井下系统之后来选择和/或设置编码方案。这可以例如在井下系统相对靠近地面并且这样可靠的相对高的带宽通信可用时来进行。在一些这样的实施方式中，遥测信息比如下述内容的一个或更多个方面可以在井下系统进行确定并且被发送至地面装备：数据选择和/或数据编码方法和/或遥测模式和/或数据排序。此发送可以使用预定协议来完成。例如，地面系统可以被配置成等待二进制状态消息，该二进制状态消息指示地面系统应当如何对所接收的遥测发送信号进行解码。该遥测信息可以后续被地面装备用来对被地面装备接收的遥测数据进行解码。

·在一些实施方式中，单个遥测子系统(例如，EM遥测子系统)可以用来发送针对所有或一组遥测子系统的遥测信息。在一些实施方式中，井下系统可以部分地基于遥测子系统的操作状态和可用性来确定遥测信息。

·在一些实施方式中，一个遥测子系统可以用来发送针对另一遥测子系统的遥测信息，并且反之亦然。例如，EM遥测子系统可以用来向地面装备发送用于对来自井下MP遥测子系统的遥测数据进行解码所需要的遥测信息，并且MP遥测子系统可以用来向地面装备发送用于对来自井下EM遥测子系统的遥测数据进行解码所需要的遥测信息。

·井下系统可以发送状态消息，该状态消息指示遥测模式的变化、正在发送哪种数据、如何使该数据格式化、是否正在发生字节共享、和/或用于在地面处对遥测数据进行解码所需要或有用的其他数据。

在示例性实施方式中，EM遥测系统被用来发送关于对由MP遥测系统发送的数据进行编码的信息。这可以显著减小开始通过MP遥测系统接收数据并且对该数据进行解码所需要的时间量。在存在多个可用EM遥测通道(例如，两个EM遥测系统在井下)的情况下，可选地，一个EM遥测通道可以专用于为其他遥测通道(例如，为MP遥测通道和/或另一EM遥测通道)提供遥测信息。可以例如根据预定格式来对控制信息进行编码并且发送。

任意实施方式中的遥测信息可以包括：例如，识别预定配置文件的索引、指示编码方案的数据、指示遥测模式的数据、和/或提供用于在地面装备处检测所接收到的遥测发送信号和/或对该遥测发送信号进行解码所需要或有用的信息。

模式切换

可以使井下系统(例如，40、40A、50)以各种方式在可用模式之间变动。这些方式包括：

·从地面装备接收下行链路命令；

·在部署井下系统之前接收用户输入

·响应于所检测到的钻探状态来自动改变模式；

·响应于通过井下系统的传感器采集的一个或更多个测量值来自动改变模式；

·响应于井下系统的状态(例如，功率可用性、部件故障、井下系统的一个或更多个子系统(例如，EM遥测系统、MP遥测系统等)的启用或禁用)来自动改变模式。井下系统的子系统的禁用可以例如由于损害、故障、自动化处理、用户指令、意图或非意图功率损耗、削弱遥测系统的有效性的状况、和/或任何其他原因；

·响应于影响一个或更多个遥测系统的状况(例如针对EM遥测系统的过电流汲取、针对MP系统的不充分流量)来自动改变模式；

·在预定时间自动改变模式；以及

·这些方式的组合。

在一些实施方式中，井下系统可以被配置成以某一方式或某些方式通过在地面加载一个或更多个配置文件来执行遥测。然后，工具可以按照用于整个井下部署的配置进行操作。在其他实施方式中，井下系统可以被配置成响应于来自地面的命令(是通过下行链路遥测系统还是通过钻柱和/或钻探流体系统的操作的预定样式来进行发送)和/或自动地响应于某些事件和/或状况来在两个或更多个不同模式之间进行切换。

在一些实施方式中，井下系统加载有以预定顺序指定操作模式序列中的每个操作模式的配置信息。在这样的实施方式中，非常短的命令可以足以控制井下系统切换至模式序列中的下一模式。

在一些实施方式中，通过下行链路EM遥测来提供下行链路命令。

在一些实施方式中，通过在对应配置文件之间进行切换来实现在不同模式之间的切换，其中，该对应配置文件指定如下更详细描述的不同模式的属性。

在遥测子系统被重新配置成以不同方式(例如改变编码方案、数据存在于遥测信号中的格式等)发送数据的情况下，地面装备还可以被重新配置成适当对所接收的遥测信号进行解码。考虑到与在显著深度处的井下系统进行通信的问题，可以存在下述情况：不知道下行链路命令是否已被井下系统接收到并且起作用。在一些实施方式中，当井下系统重新配置一个遥测子系统时，井下系统被配置成在确认改变的另一遥测系统上发送确认信息。该确认信息可以可选地包括指定或标识新模式的信息。例如，当EM系统被重新配置成低频和/或每位不同数目的循环和/或不同编码方案时，可以通过确认现在重新配置EM遥测子系统的MP遥测子系统来向地面装备发送信息。相似地，可以使用EM遥测子系统来发送确认已重新配置MP遥测子系统的确认信息。

模式切换的示例性应用示例1

在一个示例性实施方式中，井下系统40、40A、50(例如，通过适当软件)被配置成：初始使用选定遥测模式来开始操作，并且响应于来自地面装备的下行链路命令来改变至不同遥测模式。

示例2

在另一示例性实施方式中，在第一模式下，EM遥测系统46A和MP遥测系统46B针对发送既是有功的又是可用的。第一模式可以是下述‘并发共享’模式：其中，EM遥测系统46A被配置成发送来自方向和倾角系统62的最新近测量值以及来自剩余传感器中的一个或更多个传感器的测量值。在第一模式下，MP遥测系统46B可以单独专用于发送来自伽马传感器64的最新近测量值。在第一模式下，遥测系统46独立地发送数据，以获得遥测系统40的总带宽的对应增量。

此外，在此示例中，控制系统42可以被配置成使得：如果MP遥测系统46B被禁用或者如果从地面接收到适当指令，那么控制系统42可以切换至第二“单纯EM”模式。控制系统42可以在切换模式之前发送状态消息。该状态消息向地面装备通知模式改变。

在单纯EM模式下，井下系统可以被配置成：使EM遥测系统46A在每隔一帧上(例如在奇数帧上)发送来自伽马传感器64的最新近测量值，从而使剩余帧(例如偶数帧)用于其他期望数据。在替选中，第二模式可以将遥测系统46配置成独立地进行操作使得：在一个遥测子系统46被禁用的情况下，剩余遥测系统(多个剩余遥测系统)46在不改变其行为的情况下继续进行操作。还可以通过例如从地面向井底组件发送改变配置文件的指令来引起行为改变。

控制系统42可以响应于某些传感器读数来禁用或暂停一个或更多个遥测系统的操作。例如，该系统可以包括被连接以测量EM信号的电流的传感器。如果电流超过阈值，那么可以使EM系统关闭或置于非发送模式。在此事件中，系统可以自动转变至‘单纯MP’配置文件。单纯MP文件可以既指定应当关闭或阻止EM系统又指定通过MP遥测以特定顺序发送数据。

可以提示配置文件的改变的其他传感器读数可以例如包括：在井下压力传感器处没有检测到MP压力脉冲，或者接收到指示用于生成MP脉冲的阀正在堵塞或另外地出故障的压力传感器读数。控制系统42可以被配置成响应于检测到这样的传感器读数来转变至“单纯EM”配置文件。单纯EM文件可以既指定关断或阻止MP系统又指定通过EM遥测以特定顺序发送特定数据。

在一些实施方式中，控制系统42可以响应于这样的传感器读数来自动改变文件。在一些实施方式中，这样的传感器读数可以引起向地面发送指示传感器读数的一个或更多个“状态”帧；这使地面操作者能够用改变配置文件的指令进行响应。

在一些实施方式中，系统可以被配置成：仅使用MP遥测，并且在MP系统不能够正确运行(由于故障或者由于井下状况不适于MP遥测)的情况下切换至EM遥测。更一般地，在一些实施方式中，系统可以被配置成：仅使用第一遥测模式，并且如果第一遥测模式不能够以至少最小性能水平运行则切换至另一遥测模式。

示例3

在另一示例中，井下系统(或地面装备)被配置成定期确定由多个可用遥测子系统发送的每数据位代价。可以在能量消耗和/或效率方面确定代价(例如，可以向具有慢数据速率或不可靠的遥测子系统施加代价惩罚)。基于该代价信息，可以在不同操作模式(例如，单纯EM模式、单纯MP模式、可以在要被发送的数据总量上和/或该数据在EM遥测子系统与MP遥测子系统之间的分派上不同的各种共享模式中的任意模式)之间自动切换井下系统。

作为另一示例，井下系统的用户可以为通过不同遥测子系统发送的数据支付不同速率。基于经济代价信息，可以在不同操作模式之间手动或自动切换井下系统。例如，当已达到用于使用较高代价遥测模式发送数据的预算时，井下系统可以自动切换至较低代价遥测模式或者切换数据分派使得在较高代价遥测模式上发送少数据。在一些实施方式中，较高代价遥测模式是EM遥测模式。

配置文件

在一些实施方式中，配置文件被用来有利于指定不同操作模式的具体特性并且有利于在两个或更多个不同模式之间进行切换。配置文件包括可以被电子存储的信息。该信息可以包括用于通过一个或更多个控制器执行的软件指令、和/或可以被应用以更改井下系统的操作的数据(比如标签、参数值或设定等)。遥测装置50可以包括存储在一个或更多个数据存储装置中的配置文件集合。该配置文件可以配置装置50的操作的许多方面。然后可以通过从一个配置文件切换至另一个配置文件来改变装置50的操作。在一些实施方式中，配置文件包括针对多个控制器中的每个控制器的单独的指令集合和/或数据集合。每个控制器可以如通过对应的指令集合和/或数据集合来进行操作。

配置文件可以存储在数据存储装置204中，或者存储在能够被控制系统42的一个或更多个控制器访问的一些其他的存储器或位置中。

例如，不同的配置文件可以相应地配置装置50在下述模式下进行操作：1)单纯MP遥测模式，其中，仅MP遥测单元85被用来经由泥浆脉冲发送遥测信号；2)单纯EM遥测模式，其中，仅EM遥测单元75被用来经由EM信号发送遥测信号；3)并发共享遥测模式，其中，EM遥测单元75和MP遥测单元85二者被并发地用来发送数据，并且其中，该数据中的一些数据通过EM遥测信号来发送，以及该数据中的剩余数据通过MP遥测信号来发送；以及4)并发确认遥测模式，其中，EM遥测单元75和MP遥测单元85二者被用来发送相同数据。可以通过使对应的配置文件活动来将装置50置于这些模式中的任一个模式下。

配置文件可以包括可执行指令和/或数据，该可执行指令和/或数据被装置50共同执行和/或被装置50翻译以使装置50采用通过配置文件指定的方式来执行。使用电气上可存储的配置文件来改变装置50的操作的能力使装置50能够容易重新配置成在广泛应用中作业。

在一些实施方式中，配置文件可以包括要通过控制器52、60、70、80和90中的特定控制器来执行/翻译的软件和/或设定不同配置文件之间的切换可以涉及执行使与新配置文件相关联的软件和/或设定活动的例程。不同的配置文件尤其可以指定不同遥测模式。配置文件中的每个配置文件可以根据通过配置文件中的指令和/或设定而指定的对应选定操作配置来使遥测装置50生成遥测信号。配置文件可以例如指定因素比如：

·遥测装置50可以在其下进行操作的遥测模式(例如，将使用哪个遥测系统，将在每个遥测系统上获取并且发送哪种数据)；

·要在遥测发送信号(多个遥测发送信号)中发送的消息帧的类型(多个类型)；

·消息帧(多个消息帧)的构成，其可以包括数据类型、每个消息帧中的数据的定时和/或顺序、对任何错误校正协议的指定；以及

·要被用来将该数据编码至遥测信号中的一个或更多个调制方案。

配置文件集合可以包括都指定相同的一般遥测模式(例如单纯MP或单纯EM等)的多个配置文件。针对该遥测模式的每个配置文件可以针对该遥测模式指定不同的操作参数。例如，在单纯EM遥测模式下，一个配置文件可以设置有针对遥测装置50的使用一种类型的调制方案(例如QPSK)来对测量数据进行编码的指令，并且另一配置文件可以设置有针对遥测装置50的使用不同类型的调制方案(例如，FSK)来对测量数据进行编码的指令。或者，不同的配置文件可以提供针对EM遥测单元75的在不同功率输出下发送遥测信号的指令，其中，根据遥测装置50的井下位置和大地地层的附带衰减来选择适合的配置文件，该附带衰减必须被克服以使EM发送到达地面。

在一些实施方式中，包括多个配置文件的默认集合存储在系统50中。对于一些工作，包括在默认集合中的配置文件可以是适当的。

例如，当遥测装置50处于地面时，可以将配置文件惯用集合下载至遥测装置50上。将配置文件加载至装置50中可以通过与比如计算机的主机系统或互联网或其中可得到期望配置文件的数据存储装置的有线或无线连接来执行。例如，可以经由从计算机连接至与通过适合USB接口连接至数据总线98的接口端口的USB线缆来进行与主机计算机的连接。作为另一示例，可以通过将包括配置文件的一个或更多个存储卡或其他介质插入至由装置50提供的适合接口中来将配置文件加载至装置50中。

在一些实施方式中，可以针对每个工作来加载配置文件集合。针对任意具体工作加载至系统50中的配置文件的数目可以取决于钻机将在工作期间执行的预期操作。当操作者确定哪些配置文件应当形成要被下载至遥测装置50上的配置文件集合时，可以运行下载计算机上的下载程序来将选定配置文件下载至装置50中。

在一些实施方式中，配置文件可以每个都包括被设计成被不同控制器应用的多个部分。例如，配置文件的一部分可以指定用于EM遥测发送的特征，并且可以意在被EM控制器70应用。配置文件的另一部分可以影响功率管理，并且可以意在被功率控制器90应用等。在一些实施方式中，装置50具有用于存储针对遥测装置50的控制器52、60、70、80、90中的不同控制器的软件和/或设定的单独的存储器或存储区域。在这样的实施方式中，下载程序可以确定每个配置文件的哪部分应当被存储以用于被每个控制器访问，并且然后可以将每个配置文件的不同部分保存至装置50中的适当数据存储位置。例如，与EM遥测单元75的操作相关的配置文件中的指令可以仅下载至EM控制器70的存储器。

当选择配置文件时，每个受影响控制器执行适用软件指令和/或读取适用设定。这些指令/设定使控制器以被配置文件指定的方式执行其功能。例如，当EM控制器70执行存储在其存储器上的配置文件部分时，配置文件可以包括针对下述内容的指令：EM遥测单元75是否需要针对配置文件中指定的遥测模式是有效的。如果所指定的遥测模式需要EM遥测是有效的(例如，所指定的遥测模式是单纯EM或组合模式)，则EM控制器70可以被配置成读取通过配置文件中指定的一个或更多个传感器(例如传感器54、56、58、62、64、66、94中的一个或更多个传感器)取得的测量值，使用配置文件中指定的调制方案来将测量数据编码至EM遥测信号中，并且根据配置文件中指定的消息帧性质(例如，类型、构成、顺序、定时)使EM遥测单元75的部件发送EM遥测信号。

在一些实施方式中，钻机10的用户可以使地面收发器26向井下系统20并且具体地向井下系统20的遥测系统40发送一个或更多个控制信号，从而指示遥测系统40选择、添加、去除、和/或更改配置文件，从而使遥测系统40的行为改变使配置文件有效的下一时间。例如，此便利可以被应用于校正配置文件中的错误、补偿由部件的故障和/或不利的遥测状况引起的问题、和/或提供解决钻探中遇到的问题所需要的信息。

在配置文件之间进行切换

图7示出了用于改变遥测系统40的当前有效的配置文件的示例性方法310。块312是没有进行或考虑变化时的系统状态。当取得传感器读数时，该方法转到块314并且接收传感器读数。然后系统在块316处考虑是否满足变化状况。变化状况可以例如是接收来自EM遥测系统46A的指示出刻度电流超过阈值的传感器读数。为了简单起见，并且为了图7的目的，检测到系统比如遥测系统46已变得有效或无效被包括作为一种类型的“传感器读数”。

如果接收到传感器读数使与无效配置文件相关联的所有变化状况被满足，那么该方法移动至块318，其中，当前有效的配置文件被改变成与此满足的状况相关联的配置文件。在改变至新配置文件之后，或者如果无效配置文件没有使其所有状况被满足，则该方法返回至块312。

如果控制信号被发送至遥测系统40，则该方法转到块320以接收控制信号，并且然后转到决定块322。如果所接收的控制信号对添加、删除或更改配置文件(这可以包括添加、删除或更改与任意给定配置文件相关联的变化状况)的指令进行编码，则方法310继续进行至块324，在块324中，通过遥测系统40合并这些添加、删除或更改。这样的合并可以例如通过改变存储有配置文件及其相关联变化状况的存储器、设备、结构或服务(比如数据存储装置204)中的值来完成。

然后方法310移动至块326，在块326中，系统的当前状态被重新评价以确定哪个配置文件应当活动。此处理可以涉及例如：针对当前变化状况集合连同遥测系统40的各种系统的当前有效或无效状态和用来确定当前有效配置文件的任何其他信息来比较所有最新近测量的传感器读数。方法310然后返回至块312。

如果在块322中，指令不是添加、删除或更改配置文件的指令，那么方法310移动至块328，在块328中，遥测系统40确定控制器信号是否对改变当前有效配置文件的指令进行编码。如果控制信号对改变当前有效配置文件的指令进行编码，那么方法310继续移动至块330，在块330中，当前有效配置文件被改变至通过控制信号指示的配置文件。然后方法310从块330移动，或者如果指令从块328至块312在配置上没有改变也是如此。如果该配置响应于对具体配置文件的明确指示变化来进行变化，那么在一些实施方式中遥测系统40没有改变配置文件，直到通过控制信号明确指示这样做为止。遥测系统40可以还被配置成或者替选地被配置成：继续访问传感器读数和控制信号，并且响应于传感器读数和控制信号来改变当前配置文件。

图8示意性地示出了可以如何对遥测装置50进行编程以响应于下行链路命令来改变其操作配置，该下行链路命令包括执行具体配置文件的指令。在示出的实施方式中，地面操作者可以按照如本领域已知的方式通过振动下行链路400、RPM下行链路401或压力下行链路402来发送下行链路命令。在其他的实施方式中，可以使用其他类型的下行链路。流量开关传感器54和RPM陀螺仪传感器56可以接收振动下行链路400或RPM下行链路401命令；压力传感器94可以接收压力下行链路402命令。在接收到下行链路命令模拟信号时，状态传感器控制器52或功率控制器90的CPU可以按照如本领域已知的方式对所接收到的信号进行解码并且提取包括下行链路命令指令的位流。然后，状态传感器控制器52或功率控制器90将读取下行链路命令指令并且执行存储在其与下行链路命令中指定的配置文件相对应的存储器上的配置文件部分，以及经由数据总线98将下行链路命令指令转发至其他控制器52、60、70、80、90。在接收到下行链路命令指令时，其他控制器52、60、70、80、90还可以执行在其与下行链路命令中指定的配置文件相对应的各个存储器中的配置文件部分。具体地：

·状态传感器控制器52可以操作其传感器(例如，冲击传感器58、RPM陀螺仪传感器56和流量开关传感器54)，只要在配置文件中被指示这样做即可(步骤403)；

·EM控制器70可以在配置文件指定在单纯MP模式下进行操作时关断，或者替选地可以仅在单纯MP模式下发送勘测数据(步骤404)，并且当配置文件部分指定在单纯EM模式、并发共享模式或并发确认模式下操作时，EM控制器70将根据其配置文件中的指令来操作EM遥测单元75(步骤405)；

·接口传感器控制器60可以操作其传感器(例如，D&I传感器62、伽马传感器64和D&I备份传感器66)，只要在其配置文件部分中被指示这样做即可(步骤406)；

·MP控制器80可以在其配置文件部分指定在单纯EM模式下操作时关断，并且可以在其配置文件部分指定在单纯MP模式、并发共享模式或并发确认模式下操作时操作MP遥测单元85(步骤407)；以及

·功率控制器90可以如在其配置文件部分中所指示来使其他控制器52、60、70和80通电或断电，并且可以另外地操作成管理遥测装置50中的功率用量并且在测量压力低于指定安全阈值时关闭操作(步骤408).

图9至图12示意性地示出了示例性配置文件和由控制器52、60、70、80和90中的每个控制器在执行下述指令时执行的步骤：该指令是控制器的存储在控制器的相应存储器中的配置文件的相应部分的指令。在这些示例中，假定：遥测装置50已根据需要EM遥测单元和MP遥测单元有效的配置进行操作，并且传感器(例如传感器54、56、58、62、64、66和94)接收到执行新配置文件的下行链路命令(例如，振动、RPM或压力下行链路命令)。

·在图9中，示出了包括用于遥测装置50在单纯MP模式下操作的指令的第一配置文件。

·在图10中，示出了包括用于遥测装置50在单纯EM模式下操作的指令的第二配置文件。

·在图11中，示出了包括用于遥测装置50在并发确认模式下操作的指令的第三配置文件。

·在图12中，示出了包括用于遥测装置50在并发共享模式下操作的指令的第四配置文件。

参照图9，状态传感器控制器52对下行链路命令信号进行解码(步骤501)以获得执行第一配置文件的下行链路命令指令，并且将这些下行链路命令指令转发至其他控制器60、70、80、90(步骤502)。功率控制器90在执行其第一配置文件部分时断开至EM控制器70和EM遥测单元75的电源开关以使这些设备断电(步骤503)以及接通至MP控制器80和MP遥测单元85的电源开关以使这些设备通电(步骤504)，只要这些开关尚未被接通即可(在此示例中，这些开关已被接通)。状态传感器控制器52在执行其第一配置文件部分时分别从其流量开关传感器54和RPM陀螺仪传感器56读取流量状态和RPM状态信息(步骤505)。接口传感器控制器60在执行其第一配置文件部分时从D&I传感器62和伽马传感器64读取D&I状态和伽马状态(步骤506)。MP控制器80在执行其第一配置文件部分时读取通过传感器54、56、62和64取得的测量数据并且基于流量和RPM测量值来设定遥测发送的定时，并且然后以其配置文件部分中指定的方式来操作MP遥测单元85，这包括：根据指定的调制方案来对测量数据进行编码，以及具有指定的消息帧类型、构成和定时，从而操作MP电机来操作脉冲器组件152生成泥浆脉冲遥测信号(步骤508)。

参照图10，状态传感器控制器52对下行链路命令信号进行解码(步骤601)以获得执行第二配置文件的下行链路命令指令，并且将这些下行链路命令指令转发至其他控制器60、70、80、90(步骤602)。功率控制器90在执行其第二配置文件部分时断开至MP控制器80和MP控制器的电源开关(步骤603)以使这些设备断电以及接通至EM控制器70和EM遥测单元75的电源开关以使这些设备通电(步骤604)，只要这些开关尚未被接通即可(在此示例中，这些开关已被接通)。状态传感器控制器52在执行其第二配置文件部分时分别从其流量开关传感器54和RPM陀螺仪传感器56读取流量状态和RPM状态信息(步骤605)。接口传感器控制器60在执行其第二配置文件部分时分别从D&I传感器62和伽马传感器64读取D&I状态和伽马状态(步骤606)。EM控制器70在执行其第二配置文件部分时：读取通过传感器54、56(步骤607)和传感器62、64取得的测量数据(步骤608)；基于流量和RPM测量值来设定遥测发送的定时(步骤609)；以及以其第二配置文件部分中指定的方式来操作EM遥测单元75(还是步骤609)。根据EM控制器70的第二配置文件部分操作EM遥测单元75包括：使用指定的调制方案来对测量数据进行编码；使用指定的消息帧类型、构成和定时；操作EM信号生成器72来生成遥测信号(例如，AC遥测信号)；用EM放大器74来放大此信号；以及经由H桥驱动器76将信号施加在间隙短节78两端(步骤609)。

参照图11，状态传感器控制器52对下行链路命令信号进行解码(步骤701)以获得执行第三配置文件的下行链路命令指令，并且将这些下行链路命令指令转发至其他控制器60、70、80、90(步骤702)。功率控制器90在执行其第三配置文件部分时接通至EM控制器70和EM遥测单元75的电源开关(步骤703)以及至MP控制器80和MP遥测单元85的电源开关(步骤704)二者以使这些设备通电，只要这些开关尚未被接通即可(在此示例中，电源开关二者均已被接通)。状态传感器控制器52在执行其第三配置文件部分时分别从流量开关传感器54和RPM陀螺仪传感器56读取流量状态和RPM状态信息(步骤705)。接口传感器控制器60在执行其第三配置文件部分时分别从D&I传感器62和伽马传感器64读取D&I状态和伽马状态(步骤706)。MP控制器80在执行其第三配置文件部分时：读取通过传感器54、56、62和64取得的测量数据(步骤707)；基于流量和RPM测量值来设定遥测发送的定时(步骤707)；以及然后以配置文件中指定的方式来操作MP遥测单元85以生成泥浆脉冲遥测信号(步骤708)。EM控制器70在执行其第三配置文件部分时：与MP控制器80进行通信以获得所读取的测量数据(在“镜像数据”操作中)；基于流量和RPM测量值来设定遥测发送的定时(步骤709)；以及以配置文件中指定的方式来操作EM遥测单元75以生成EM遥测信号(步骤710)。

针对EM控制器70和MP控制器80的第三配置文件部分可以包括：与在EM遥测发送和MP遥测发送二者中的消息帧的类型、构成、顺序和定时相关的指令。参照图11A，第三配置文件可以包括例如针对接口传感器控制器60的使用传感器(例如，方向和倾角传感器62和伽马传感器64等)来取得勘测测量值的指令以及针对EM遥测单元75的在“静默”窗口期间在没有泥浆流动或没有钻柱旋转时发送包括勘测测量值的勘测消息帧的指令。由于MP发送需要泥浆流动，所以第三配置文件还可以包括针对MP遥测单元85的在泥浆流动时并且在钻柱旋转之前发送勘测消息帧的指令。由于遥测工具在并发确认模式下操作，所以第三配置文件还可以包括针对EM遥测单元75和MP遥测单元85的每个均在泥浆流动并且钻柱不旋转时发送包括相同数据的时间同步滑动帧的指令。最终，第三配置文件可以包括针对EM遥测单元75和MP遥测单元85的然后在泥浆流动并且钻柱旋转时发送包括相同数据的时间同步旋转帧的指令。

参照图12，状态传感器控制器52对下行链路命令信号进行解码(步骤801)以获得执行第四配置文件的下行链路命令指令，并且将这些下行链路命令指令转发至其他控制器60、70、80、90(步骤802)。功率控制器90在执行其第四配置文件部分时接通至EM控制器70和EM遥测单元75的电源开关(步骤803)以及至MP控制器80和MP遥测单元85的电源开关(步骤804)二者以使这些设备通电，只要这些开关尚未被接通即可(在此示例中，电源开关二者均已被接通)。

状态传感器控制器52在执行其第四配置文件部分时分别从流量开关传感器54和RPM陀螺仪传感器56读取流量状态和RPM状态信息(步骤805)。接口传感器控制器60在执行其第四配置文件部分时分别从D&I传感器62和伽马传感器64读取D&I状态和伽马状态(步骤806)。MP控制器80在执行其第四配置文件部分时：读取通过传感器54、56、62和64取得的测量数据(步骤807)；基于流量和RPM测量值来设定遥测发送的定时；以及然后以配置文件中指定的方式来操作MP遥测单元85以生成泥浆脉冲遥测信号(步骤808)。EM控制器70在执行其第四配置文件部分时：读取通过传感器54、56、62和64取得的测量数据(步骤809)(在“镜像数据获取”操作中)；基于流量和RPM测量值来设定遥测发送的定时；以及以配置文件中指定的方式来操作EM遥测单元75以生成EM遥测信号(步骤810)。

针对EM控制器70和MP控制器80的第四配置文件部分可以包括：与在EM遥测发送和MP遥测发送二者中的消息帧的类型、构成、顺序和定时相关的指令。参照图12A，第四配置文件可以包括例如针对接口传感器控制器60的使用传感器(例如，方向和倾角传感器62和伽马传感器64等)来取得勘测测量值的指令以及针对EM遥测单元75的在“静默”窗口期间在没有泥浆流动或没有钻柱旋转时发送包括勘测测量值的勘测消息帧的指令。

由于MP发送需要泥浆流动，所以第四配置文件还可以包括针对MP遥测单元85的在泥浆流动时并且在钻柱旋转之前发送勘测消息帧的指令。由于遥测工具在并发确认模式下操作，所以第四配置文件还可以包括针对EM遥测单元75和MP遥测单元85中的每个遥测单元的单独发送如通过配置文件指定的不同数据。例如，第四配置文件可以包括针对EM遥测单元75的发送在滑动和旋转帧中的伽马测量值、冲击测量值和振动测量值的指令以及针对MP遥测单元85的发送在滑动和旋转帧中的工具面测量值的指令。

遥测数据的分派和优先化

如本文中描述的装置可以包括数据控制系统，该数据控制系统控制通过哪个遥测系统来载送哪种数据。数据控制系统还可以控制何时发送该数据(例如，某一数据可以比其他数据更频繁地进行发送，某一数据可以实时地或近实时地进行发送，而其他数据可以被存储并且后续进行发送)。在提供两个或更多个遥测系统的情况下，数据控制系统可以能够操作成选择性地：在一个遥测系统上发送某一数据而在另一遥测系统上不发送数据；在一个遥测系统上发送某一数据而在其他遥测系统上发送其他数据；在多于一个的遥测系统上发送某一数据；改变对要被发送的数据的选择和/或该数据在遥测系统之间的分派和/或某一数据多久发送一次。在不同遥测系统上发送相同数据的情况下，可选地可以在一个遥测系统中比在另一遥测系统中更频繁地发送更新数据。

在不同遥测系统之间分派数据的能力可以用来在广范围方式下有利。例如，在没有进行有功钻探的同时，可以通过EM遥测来发送勘测数据。这减轻了对通过MP遥测发送勘测数据的需要，并且这允许使用MP遥测来发送有功数据，只要钻探流体的流动充分支持泥浆脉冲遥测即可。在示例性方法中，遥测系统40、40A、50中的控制器监测传感器输出以确定是否正在发生有功钻探。例如，控制器可以监测流量传感器的输出。如果没有发生有功钻探(没有检测到流量或检测到低流量)，那么控制器可以使数据(例如勘测数据)通过EM遥测进行发送。如果正在发生有功钻探(流量超过阈值)，那么控制器可以使数据通过MP遥测进行发送。

作为另一示例，可以代替地在下述情况下通过MP遥测来发送可能另外通过EM遥测发送的数据：旋转噪声使EM接收过于困难或不可靠，或者正在执行水平钻探并且上覆地层可以影响EM遥测的有效性。在示例性方法中，通过MP遥测和EM遥测同时发送数据。EM遥测数据可以不同于MP遥测数据。井下系统40、40A、50的控制器确定出EM遥测是无效或不期望的。控制器可以例如基于下述量中的一个或更多个来作此确定：EM信号生成器的电流(太高电流指示其中EM遥测可能无效的导电地层)；使用操纵钻柱旋转和/或泥浆流动的任意可用遥测模式或预定样式的来自地面的下行链路信号；倾斜计读数(系统可以被配置成在BHA的倾角比阈值角度更接近水平时不使用EM遥测)；以及旋转噪声的测量值。在确定出EM遥测是无效或不期望的时，控制器可以自动关断EM遥测系统并且重新分派要发送至MP遥测系统的数据，以使得通过MP遥测发送数据期望集合。

作为另一示例，可以改变不同可用遥测系统的‘占空比’。每个遥测系统可以在一些时间有效而在其他时间关闭。例如，在需要发送超过优选遥测系统的可用带宽的某一数据的情况下，可以使另一遥测系统有效仅达选定时段，该选定时段足以实现要被发送的数据的平衡。作为另一示例，每个遥测系统可以被配置成主动在某一时间插槽发送数据而在其他时间插槽关闭。针对每个遥测系统可以独立地将此完成。遥测系统将何时打开或关闭的样式可以在配置文件中进行指定。在另一实施方式中，遥测系统可以按照要求进行操作。当该遥测系统具有要发送的数据时，然后可以使遥测系统有效达足够长时间以发送数据。另外，可以将遥测系统保持在非发送状态下。

数据控制系统可以包括使可用数据与在数据发送协议或多个协议中的可用插槽匹配的开关板。例如，在一些实施方式中，遥测系统将数据在帧中进行发送，该帧可以每个均载送一定量数据。在这样的实施方式中，数据控制系统可以将要被发送数据与要被发送的数据帧中的插槽进行匹配。在其中通过数据发送总线使所有传感器系统互连的结构情况下(图3仅是这样的架构的一个示例)，数据控制系统可以在任意可用遥测系统上发送任意选定数据。

可以使用各种数据发送协议，以使得地面装备将理解发送数据的重要性。例如：

·数据控制系统可以发送下述控制信息：该控制信息指示出将要、正在或已经在数据发送协议的可用插槽中发送哪种数据。

·数据控制系统可以根据从地面提供的指令来向数据发送协议中的插槽分配数据。

·数据控制系统可以被配置成根据一个或更多个预定布置来向数据发送协议中的插槽分配数据。

·数据可不同(例如，来自某些不同传感器的输出可以通常具有在范围上与其他传感器的输出不同的值)，以使得可以根据对在地面接收到的数据的分析来向数据发送协议中的插槽分配数据。

·数据控制系统可以根据预定规则来向数据发送协议中的插槽分配数据，以使得地面装备可以根据预定规则推断出数据控制系统具有的哪种数据被分配至数据发送协议中的不同插槽。

·数据控制系统可以被配置成针对发送数据的不同布置来使用不同的数据发送协议，以使得地面装备可以通过确定出数据控制系统正在使用哪种发送协议来推断发送数据的布置。

还存在其他的可能性。这些方法还可以按照任意组合的方式进行组合以产生另外的方法。在一些实施方式中，与正使用一个遥测系统发送的数据的布置相关的信息通过另一遥测系统进行发送。

协议可以指定发送信号的其他方面，比如要被使用的编码类型(例如，8PSK、QPSK、FSK等)和位速率。

数据帧

在一些实施方式中，根据为一个或更多个不同类型的帧指定语法的协议来发送数据。每个帧可以包括数据元素集合。配置信息可以向不同帧分配不同数据。例如，一个遥测系统可以在一些帧中发送来自方向和倾角传感器62的最新近测量值，并且可以在其他帧中发送来自剩余传感器中的一个或更多个传感器的测量值。帧可以进行置换，以使得载送一个数据选择的帧与载送其他数据选择的帧交织。

每个帧可以包括建立消息帧的定时、幅度和类型的报头选择。例如，报头可以包括作为一个连续流发送的两个部分。第一部分可以包括指定的固定波形。第一部分的波形可以具有下述样式：该样式被选择成使得可以通过地面处理装备来识别样式并且该样式易于与噪声进行区分。此样式的发送可以用于使接收器与波形的定时和幅度同步。报头的第二部分可以包括用于识别帧的类型(ID)的可变波形。报头部可以包括标识符，该标识符使帧的接受者读取和/或了解数据部分。这样的消息帧的一般构成在本领域中已知，并且从而这里不进一步详细地论述特定细节。

可以根据正被钻机实现的功能来要求不同的帧类型。例如：

·包括通常优先级高的数据(例如，倾角、方位、传感器鉴定/验证数据、加上所期望的其他信息)的勘测帧可以在准备钻探过程中发送。例如，勘测数据可以在钻管连接期间通过EM遥测进行发送或只要充足泥浆流动就通过MP遥测进行发送。

·可以在钻探期间在钻柱没有从地面进行旋转时发送滑动帧。滑动帧可以例如被配置成发送工具面读数的稳定流并且还可以包括在连续工具面消息之间发送的另外数据。在示例性实施方式中，滑动帧可以由数据控制系统限定成由每个帧的数据部分中的交变的工具面读数和伽马读数构成。滑动帧的报头部分可以包括没有被其他类型帧共享的唯一标识符，以使得接收到滑动帧的报头部分的接受者将了解到接下来的数据部分将符合与该标识符相关联的已知结构。

·可以在钻柱在地面进行旋转的同时发送旋转帧。旋转帧通常不包括工具面数据，这是因为在钻柱没有从地面进行旋转的同时这样的数据通常不相关。在期望时可以在旋转帧中包括任何其他数据。

·可以在任何时间发送状态帧，以警告地面装备该井下系统的当前状态。可以发送状态帧例如以传讯变化或事件，比如要使用的遥测类型(多种遥测类型)的变化、传感器读数的显著变化、或遥测速度的变化等。可以生成状态帧来警告接收者遥测类型、速度、幅度的变化、配置变化、显著传感器变化(比如不起作用或作用降低的加速度计)、或对于井下工具的状态的其他变化。可以通过具体事件来触发状态帧的发送。例如，从地面接收的下行链路命令、要求在某些时间发送状态帧的定时器、要求在钻探的某些阶段发送状态帧的配置或工具中传感器故障等。状态帧可以包括标识符，该标识符标识哪个配置文件当前在井下系统上有效并且用于发送遥测信号；此标识符将允许地面收发器26选择正确的解调和其他的解码操作来在地面处对所接收的信号进行解码。

·其他的帧类型可以可选地在其他的上下文中生成。

任意类型帧的数据部分的具体结构可以通过数据控制系统的实施方式或配置进行改变。

井下工具可以被配置成在发送不同类型帧之间进行自动切换。例如，井下工具可以包括流量传感器(该流量传感器可以通过检测工具的振动来监测流量)。工具可以控制何时获取勘测数据以及工具基于流量传感器的输出何时发送勘测帧。工具可以将其自身配置成在流量传感器没有检测到流量时发送勘测帧，并且可以将其自身配置成在流量传感器检测到流量超过阈值流量时发送活动帧(例如，滑动帧或旋转帧)。工具可以包括加速度计或其他旋转传感器，并且可以在基于所检测到的旋转速率来在发送滑动帧与旋转帧之间进行自动切换(其中，当旋转速率超过阈值时发送旋转帧)。在一些实施方式中，状态传感器控制器(例如，状态传感器控制器52)监测传感器读数以确定当前钻探模式，并且在检测到钻探模式变化时触发切换配置以使用不同类型数据帧。

在一些实施方式中，存储在一个或更多个井下传感器中的配置文件针对多个不同确定帧指定数据内容。每个帧可以指定不同组数据发送至地面。这样的实施方式的示例由图6A来示出。遥测控制器202被配置成决定哪个帧(哪些帧)发送至地面。此决定可以基于通过传感器拾取的状况和/或来自地面的下行链路命令。

不同的帧可以指定要发送至地面的不同信息(参数)组合。例如，帧‘1’可以仅包括来自方向和倾角(D&I)系统的数据。帧‘2’可以包括来自D&I系统的数据和来自伽马系统的数据的组合。帧‘3’可以包括来自D&I系统的数据、来自一个或更多个压力传感器的数据和其他传感器的数据的组合等。可以提供任意适合数目的预定义帧。井下系统可高度配置成使得操作者可以将井下系统设置成提供包括下述数据的任意组合的帧：该数据可以被预期为针对所提出的钻探操作是有用的。

数据控制系统

可以通过一个或更多个适当配置的控制器(例如，图2的控制器42、图2A的控制器42A、42B中的一个或更多个控制器或装置50的控制器中的一个或更多个控制器)来实现数据控制系统。可以分发数据控制系统。例如，可以为每个遥测系统提供单独的数据控制系统。这些数据控制系统可以独立于彼此进行操作。数据控制系统中的每个数据控制系统可以被配置成发送某些项。不同的数据控制系统的配置可以互补，以使得通过遥测系统中的一个或更多个遥测系统来发送每个所需数据项。在这样的实施方式中，可以但非强制的是，数据控制系统在正常操作下彼此交互。

在其他的实施方式中，针对两个或更多个遥测系统，数据控制系统成为中心并且向可用发送插槽分派数据。在又一其他实施方式中，每个遥测系统包括准独立数据控制系统，但是数据控制系统中的一个数据控制系统用于协调其他数据控制系统的操作。在其他实施方式中，数据控制系统包括中心部分，该中心部分协调与不同遥测系统相关联的子系统的操作。

图6示意性地示出了包括遥测控制器202的示例性遥测配置系统200。遥测控制器202可以例如通过在EM控制器70或MP控制器80上执行的软件代码来实现。遥测控制器202可以更一般地是控制系统42的与数据总线连接的任意控制器，其中，该数据总线允许该控制器访问可以被发送的数据和可用于发送该数据的遥测系统。

遥测控制器202访问数据存储装置204。数据存储装置204可以是能够被遥测控制器202访问的存储器、容置在遥测控制器202内的一组寄存器(如果遥测控制器202包括CPU或其他包括寄存器的设备)、或能够用于存储可被遥测控制器202访问的信息的任何其他适当配置的设备、系统或服务。

数据存储装置204包括一个或更多个数据位置206。例如，数据存储装置204包括数据位置206A、206B和206C。每个数据位置206可以存储或识别(例如通过地址或指针)可以被遥测系统发送的数据项。在图6所示的示例中，数据位置206A对应于来自方向和倾角传感器62的数据，数据位置206B对应于来自伽马传感器64的数据，并且数据位置206C对应于来自压力传感器94的数据。数据位置206共同提供可用于包括在要通过遥测系统发送至地面收发器26的数据中的数据。

数据存储装置204包括一个或更多个数据位置207。例如，数据存储装置204包括数据位置207A、207B、207C和207D。每个数据位置207可以对应于可用插槽，其中，可以通过遥测系统在该可用插槽中发送数据项。每个数据位置207可以包括标识数据位置206之一的值。从而，可以通过将值书写至标识要被发送的数据的数据位置206和标识将通过遥测系统发送该数据所采用的顺序的数据位置207来控制要通过遥测系统发送的数据项的顺序。在一些实施方式中，可以为不同遥测系统提供不同组数据位置207。

本领域内技术人员将理解的是，可以针对每个遥测系统使用单组数据位置来实现相似结果，在该每个遥测系统中，单组数据位置每个均对应于可用发送插槽，并且每个均可以包括或标识要被发送的数据项。

遥测控制器202将数据位置206映射为用于发送的数据帧的内容。例如，遥测控制器202可以被配置成：发送通过在一个帧中的数据位置206A和206B标识的数据，并且发送通过在下一帧中的数据位置206C、206D和206E(未描绘数据位置206D和206E)标识的数据。在后续帧上，遥测控制器202可以前进到又一另外的数据位置206F(未描绘)等，或者如果没有另外数据位置可用，则可以返回至数据位置206A和206B。

作为另一示例，遥测控制器202可以被配置成：发送通过在每个帧中的一个或更多个数据位置206(比如206A)来标识的数据，并且改变与剩余数据位置206相关联的数据中的哪些数据包括在后续帧中的每个帧中。

例如，如果遥测控制器202被配置成使得每个帧包括通过接下来的三个数据位置206按顺序标识的数据，可以通过源自高度重要的传感器(比如方向和倾角传感器62)的数据对每个第三数据位置206进行编码，从而确保了在每个帧中发送方向和倾角信息，同时还为要在后续帧中来回循环的另外传感器信息留出空间。通过使用标识方向和倾角传感器62的数据对给定数据存储装置204中的仅一个数据位置206(假定数据位置206A)进行编码并且将遥测控制器202配置成包括由每个帧中的数据位置206A标识的数据，可以实现相似结果。

尽管遥测系统可以独立操作或者井下系统可以使用与所有可用遥测系统46相比较少的遥测系统来发送数据(例如，在“单纯EM”模式或“单纯MP”模式下)，然而在至少一些实施方式中，遥测系统协同地进行操作来发送数据。任意一个或更多个控制器可以被配置成在一个或更多个遥测系统上发送信息。可以响应于井下系统以及在一些实施方式中的遥测配置系统(比如示例性遥测配置系统200)的当前配置(例如，如通过配置文件所指定)来确定经由哪些遥测系统发送哪种数据。

选定数据的条件性发送

在一些实施方式中，遥测控制器202或更一般地控制系统42可以被配置成：监测某些参数，并且基于参数值的变化来确定是否通过遥测向地面发送针对所监测的参数的值。可以通过时间帧(例如，参数值在过去的10秒或过去的1分钟或过去的10分钟或过去的1小时内变化了多少)和/或相对于针对相同参数的最新近发送值来测量变化。

例如，在一个示例性实施方式中，控制系统42记录如先前通过遥测发送至地面的多个参数的值。然后，控制系统42将参数的当前值与针对该参数的先前发送值进行比较。如果此比较指示出针对该参数的值已变化了多于阈值量，那么控制器可以被配置成向地面发送针对该参数的当前值。如果该比较另外进行指示，那么控制器42可以跳过发送针对该参数的当前值。可以按照任何适当方式来进行比较(例如，将当前参数值和先前发送参数值中的一个参数值与另一参数值相减，确定当前参数值与先前发送参数值的比率等)。可以为不同参数值提供不同的变化阈值。

另外地或替选地，控制系统42可以按照间隔(该间隔优选地可以针对不同的参数而不同)记录参数的值，并且可以将针对参数的当前记录值与先前值(或多个先前值的平均值或加权平均值)进行比较并且确定该变化是否超过阈值。此外，可以为不同参数提供不同的阈值。

可以定期地和/或每当获得针对参数的新值时和/或每当存在发送这样的参数值的机会时进行如上所述的比较。

在一些实施方式中，控制系统42可以优先发送与先前值充分不同(例如根据如上确定的差)需要重新发送的当前参数值。与先前值没有充分不同的参数值不需要被发送。只有值已变化才发送某些参数值的一个优点是：可以降低数据发送所需要的功率量，并且因此可以延长电池寿命。可以在一些实施方式中实现的另一优点是释放发送其他数据的带宽。

使这样的发送优先可以基于预定优先级顺序和参数改变量中的一个或二者。在示例性实施方式中，控制系统42保持所监测的参数的排序列表。控制系统42如上确定是否期望发送针对参数中任意参数的当前值。当发送针对参数中一个或更多个参数的值的机会到来时，控制器42可以沿着排序列表向下进行，并且发送下述参数中的最高优先级参数：针对该参数，控制系统42已确定出应当发送参数的当前值。在发送N个当前参数值的机会存在(其中N是某一整数)的情况下，然后控制系统42可以发送下述参数中的N个最高优先级参数：针对该参数，控制系统42已确定出应当发送参数的当前值。控制系统42可以另外地发送对正在被发送的特定参数值进行标识的报头或其他信息。

作为特定示例，控制系统42可以被配置成在一个或更多个遥测系统上这将数据在集合(例如帧)中进行发送。可以为特定数据保存一些帧。例如，第一帧和其后的每三帧可以载送第一类型信息(例如，方向和倾角信息)。第二针和其后的每三帧可以载送第二类型信息(例如，伽马信息)。第三帧和其后的每三帧可以被配置成载送可变信息(即，针对下述参数的一个或更多个当前值：基于参数值的变化已选择该参数用于发送)。

作为另一示例，控制系统42可以被配置成将数据在帧中进行发送，其中，一些帧或所有帧中的一部分被分派来载送针对选定参数的当前值，该选定参数变化使得足以需要重新发送(如果存在)。在选定参数变化了少于阈值量的情况下，由于上次发送了针对选定参数的值，所以可以抑制选定参数的值的发送。

作为另一示例，控制系统42可以被配置成按顺序发送针对多个参数的数据。控制系统42可以进行校验以确定是否不需要发送参数中的一些或所有参数(例如，如果当前参数值接近先前发送的参数值，则可以不需要发送当前参数值)。

在控制器42确定出不需要发送针对一个或更多个其他参数的当前值的情况下，然后控制器42可以被配置成执行以下操作中的一个或更多个：·留出其中应该发送参数值的间隙；

·在应该发送参数值的插槽中发送一个或更多个特定符号(该符号可以可选地被选择用于低功耗和/或低延迟)；或者

·将剩余数据压缩在一起(并且，如果需要或期望，则发送标识该数据被发送和/或未被发送的信息)。

在一些实施方式中，控制系统42监测两个或更多个不同参数集合(例如，该参数集合可以优选地共同具有一些或全部成分)。多个遥测系统中的每个遥测系统可以与参数集合中的一个参数相关联，并且被配置成发送针对来自对应参数集合中的参数的当前值，其中，该对应参数集合变化足以需要重新发送(如果有的话)。

在一些实施方式中，每个遥测系统包括单独的控制器，并且该控制器被配置成：监测对应集合中的参数，并且在满足与参数值变化相关的状况时发送参数的当前值。例如，EM遥测系统可以包括控制器，该控制器被配置成监测参数比如倾角、冲击和粘滑，并且可以响应于确定出这些参数中的一个或更多个参数的当前值(多个当前值)相对于针对一个或更多个参数的先前值(多个先前值)已变化了多于阈值量来发送针对一个或更多个参数的当前值。在一些装置中，MP遥测系统可以包括控制器，该控制器被配置成监测针对不同参数比如电池电压(或充电状态)、方位和温度的集合的值。

在一些实施方式中，控制系统实现下述方法：该方法包括在遥测系统上定期发送某种数据以及在遥测系统上有条件地发送其他数据(‘条件数据’)。该状况可以涉及在针对条件数据的当前值与针对条件数据的先前值之间的差和/或条件数据与阈值的比较(例如，如果某种数据的值低于阈值，则可以发送该某种数据，并且如果其他数据的值超过阈值，则可以发送其他的数据)。

在另一实施方式中，系统42可以应用下述算法：该算法使用先前发送数据(例如，针对参数的先前发送数据)来预测参数的当前值。如果参数的当前值与通过预测算法来预测的值相差多于阈值量，则系统42可以发送参数的当前值。如果预测算法正在做估计当前参数值的良好工作(例如，通过预测算法来预测的值与当前参数值相差少于阈值量)，则系统42可以抑制参数的当前值的发送。在一些实施方式中，预测算法包括将函数与参数的两个或更多个先前发送值进行拟合。该函数可以例如包括线性函数、二次或更高次多项式函数、样条函数等。在系统42不发送参数的当前值的情况下，地面装备可以使用预测算法和先前发送参数值来估计参数的当前值。

作为另一示例，遥测系统可以被配置成发送某一数据集合。遥测系统可以监测一个或更多个传感器的优先级水平。可以例如根据下述量中的一个或更多个来确定优先级水平：自上次发送来自传感器的数据以来的时间长度；来自传感器的数据的变化率；来自一个或更多个传感器的满足规则的数据样式；自上次发送来自传感器的数据以来的累积变化；和/或与传感器相关联的预定优先级水平(使得例如来自传感器的新数据被自动分派高优先级)等。响应于确定出来自一个或更多个传感器的数据具有高于阈值水平的优先级，遥测系统可以自动地将来自高优先级传感器(多个传感器)的数据插入至特定帧中或现有帧中特定位置。

包括多个遥测发送器的遥测系统可以可选地被配置成通过另一遥测发送器来递送与一个遥测发送器(和任意相关联系统)相关的诊断信息。该诊断信息可以例如包括下述信息：比如，针对各个子系统的状态信息；测量值，比如功率电压和/或电流；和来自适用电路或电路板的诊断读数等。如果需要，可以在遥测系统仍处于井下并且被地面工作人员用来诊断并且准备修理其他遥测系统的同时发送这样的信息。

在地面处的信号接收器可以被配置成保持对每个接收的参数值上一次更新于何时的跟踪。信号接收器可以可选地检测在省略参数值(例如，这是因为控制系统42已确定出参数的当前值接近针对参数的最新近发送值—与针对参数的最新近发送值相差少于阈值量)的情况下遥测数据中的间隙和/或指示出没有发送当前参数值的其他遥测信号。信号接收器可以按照指示出如何接收针对不同参数的新近显示值的方式(例如，通过以某些颜色和/或字体显示参数值和/或显示与该参数值相关联的标记)来显示参数。

在地面系统检测到所接收的发送信号中不包括针对一个或更多个参数的当前值的情况下，然后地面系统可以可选地显示指示出最新近发送的参数值集合中没有接收到显示值的标记。例如，地面系统可以显示符号、以特定字体、颜色、字体属性(例如闪烁)等显示参数值。作为另一示例，地面系统可以用容许量来注释针对参数的显示值。例如，假定：参数具有18.0度的当前值，相同参数的先前发送值是17.5度，并且针对参数变化的阈值是0.9度。由于针对参数的当前值与参数的先前发送值相差0.5度，这少于0.9度的阈值，那么控制系统42可以省略发送当前参数值。地面系统可以访问该阈值(在此示例中为0.9度)，并且在知道参数已被省略时可以显示17.5±0.9度作为针对参数的值。假定：针对参数的值后续改变至18.5度。现在，参数的当前值与参数的最新近发送值之间的差超过阈值(由于18.5-17.5>0.9)。因此，控制系统42可以发送参数的当前值，并且地面系统可以显示参数的当前值(而无需显示容许范围或另外地指示出在最新近发送的参数值集合中没有接收到显示值)。

其中可以有条件地发送数据的其他示例包括下述情况：发送某种数据可能是困难的或在电池寿命方面代价高的。例如，在非常深的作业中，如本文所描述的系统可以被配置成仅在活动钻探期间的噪声对于在钻探时进行接收而言太高的情况下在活动钻探之间的时段内发送EM勘测数据。这节省了电池寿命并且允许较快勘测。

接收遥测数据

一些实施方式的显著特征是用于接收已被井下系统的多个不同遥测子系统发送的遥测并且对该遥测进行解码的单个地面系统。提供这样的单个系统允许在井下系统处的两个或更多个不同遥测子系统之间分割数据，并且然后允许在地面装备处以对于用户而言无缝的方式来重新组合数据。通过遥测从井下系统发送的所有信息可以按照相容方式呈现在单个显示器或显示器集合上。此外，如本文其他处所描述的，在这样的系统下，通过一个遥测子系统(例如EM遥测子系统)提供的遥测信息可以用来支持通过另一遥测子系统(例如MP遥测子系统)提供的遥测。该支持可以包括：发送指示出以其在其他遥测子系统上编码数据的方式的配置信息、发送溢流数据、或载送故障遥测系统的数据等。

参照图13，地面收发器26检测并且处理通过遥测装置50发送的EM遥测信号和MP遥测信号，并且将这些信号发送至计算机32，该计算机32对这些信号进行解码以恢复遥测通道并且转换供操作者使用的测量数据。计算机32包括可执行程序代码，该可执行程序代码包括与被EM遥测单元75、MP遥测单元85使用的选定调制技术(多个调制技术)相对应的解调技术(多个解调技术)，其被用来对调制的遥测信号进行解码。计算机32还包括被下载至遥测装置50上的相同配置文件集合，并且可以引用被遥测装置50用来对接收的遥测信号进行解码的特定配置文件，该接收的遥测信号根据该配置文件进行发送。

地面收发器26可以包括MP接收器和滤波器、EM接收器和滤波器、中央处理单元(接收器CPU)、以及模数转换器(ADC)。更具体地，地面收发器26可以包括地面接收器电路板，该地面接收器电路板包括MP接收器和滤波器以及EM接收器和滤波器。EM接收器和滤波器可以包括：前置放大器，该前置放大器与通信线缆27电气耦接以接收并且放大包括EM载波的EM遥测发送信号；以及带通滤波器，该带通滤波器能够与该前置放大器通信，并且被配置成滤出发送信号中的不想要噪声。ADC还可以位于电路板上，并且可以操作成将从EM接收器和滤波器以及MP接收器和滤波器接收的模拟电信号转换成数字数据流。接收器CPU可以包括数字信号处理器(DSP)，该DSP通过执行存储在其存储器上的数字信号处理程序来对数据流施加各种数字信号处理操作。可替代地，可以使用单独的硬件部件来执行DSP功能中的一个或更多个功能；例如，可以按照如本领域已知的方式使用专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)来执行数字信号处理。这样的前置放大器、带通滤波器和A/D转换器是本领域公知的，并且从而没有在此详细描述。例如，前置放大器可以是来自德州仪器的INA118型号，ADC可以是来自德州仪器的ADS1282型号，并且带通滤波器可以是被配置成使0.1Hz至20Hz之间的频率通过的光学带通滤波器或RLC电路。

计算机32可以经由以太网或其他的适合通信线缆与地面收发器26通信以接收经处理后的EM遥测信号和MP遥测信号，并且计算机32可以与地面操作者通信以接收被遥测装置50用来发送遥测信号的配置文件(“操作配置文件”)的身份。一个实施方式中的计算机32是包括中央处理单元(CPU，并且在本文中称为“地面处理器”)和存储器的通用计算机，其中，该存储器具有程序代码，该程序代码能够被地面处理器执行以执行包括数字信号至遥测数据解调的各种解码功能。除了通过地面收发器26执行的数字信号滤波和处理之外或者代替通过地面收发器26执行的数字信号滤波和处理，计算机32还可以包括执行数字信号滤波和数字信号处理的程序代码。

地面处理器程序代码可以利用与被遥测装置50用来将测量数据编码至EM遥测信号和MP遥测信号中的调制技术相对应的解调技术。这些调制技术被应用于被地面收发器26接收的EM遥测信号和MP遥测信号来恢复测量数据。

可替代地或另外地，地面收发器26和/或计算机32可以被编程以从遥测信号自身中检索被遥测装置50使用的操作配置文件的身份。操作配置文件的身份可以位于状态帧或另一消息帧中。还可以在遥测信号中例如在勘测帧末端重复该操作配置文件身份。

在一些实施方式中，地面装备可以连接至传感器，从该传感器可以推断出当前钻探模式。例如，地面传感器可以确定井筒中是否流动有钻探流体。在一些实施方式中，对来自地面处的MP换能器的数据进行处理以确定井筒中是否流动有流体。

如本文所描述的井下系统可以被配置成在与钻探模式的变化同步的时间发送某种信息。例如，井下系统可以被配置成使EM子系统在断流状况开始之后在指定时间发送长报头(指定将在其下通过EM遥测和/或MP遥测来发送数据的方式)。地面装备可以例如通过监测地面处的压力换能器(其还可以用作地面处的针对MP遥测脉冲的检测器)的输出来检测断流状况的开始。然后，地面装备可以对EM遥测数据进行处理以寻找在适用时间的长报头。

可替代地或者在地面收发器26和/或计算机32不能够从遥测信号中检索到操作配置文件的身份、或者没有从操作者接收到操作配置文件的身份、或者在遥测信号中检测到的身份与由操作者提供的身份之间失配的情况下，地面收发器26和/或计算机32可以被编程以试图按照所有已知遥测模式并且是由所有已知解调技术来对接收的遥测发送信号进行解码，直到找到正确的遥测模式和解调技术为止。

计算机32还可以包括能够被其处理器执行以对由遥测装置50在并发共享或确认模式下发送的遥测信号进行处理。更具体地，当在并发共享模式下进行发送时，可以执行将来自MP数据通道和EM数据通道的测量数据组合成单个数据流以用于向操作者显示的程序代码。当在并发确认模式下进行发送时，可以执行将接收的EM遥测信号和MP遥测信号进行比较并且选择提供最高置信度值的遥测信号来对测量数据进行解码并且获得测量数据的程序代码。

本文中描述的某些实施方式提供的优点是：多个不同遥测类型，以及在通过公共电池集合供应功率并且能够被每个遥测系统访问的公共传感器集合获取数据的系统中以不同方式(以上描述了其示例)使用不同遥测系统的灵活性。虽然根据一些实施方式的井下工具可以具有作出关于数据遥测的自主决定的能力，但是这在所有实施方式中不是必须的。

一些实施方式的优点是：灵活性大，这是因为井下工具可以被配置成根据钻机操作者的喜好来执行。井下工具可以被配置成：如果选定的单个遥测系统(其中所有其他遥测系统被阻止)满足操作者的需求，则使用该选定的单个遥测系统。在其他情况下，井下系统可以按照上述任意方式配置成使用两个或更多个遥测系统，从而提供更多的给定类型数据、类型更不同的数据、和/或具有较高可靠性的数据。

虽然以上论述了多个示例性方面和实施方式，但是本领域技术人员将认识到该多个示例性方面和实施方式的某些修改、置换、添加和子组合。所有这样的修改、置换、添加和子组合包括在本文所述的本发明中。

术语的解释

除非上下文另外明确地要求，否则在整个说明书和权利要求书中：

·“包括”、“包含”等要在包容性意义上来解释，而不是在排他性意义或穷举性意义上来解释；也就是说，要从“包括，但不限于”的意义上来解释。

·“连接”、“联接”或其任何变型意为在两个或更多个元件之间的任何直接的或间接的连接或联接；在元件之间的联接或连接可以是物理的、逻辑的或者其组合。

·“本文中”、“以上”、“以下”以及类似含义的措辞在被用于描述本说明书时应指本说明书整体而不是本说明书的任何特定部分。

·与两个或更多个项目的列表有关的“或”覆盖该措辞的以下全部解释：列表中的项目中的任意项、列表中的项目中的全部项、以及列表中的项目的任意组合。

·单数形式“一”、“一种”以及“该”也包括任意适当的复数形式的含义。

在本说明书中和任意所附权利要求书中(在存在的情况下)使用的指示方向的措辞如“竖向”、“横向”、“水平”、“向上”、“向下”、“向前”、“向后”、“向内”、“向外”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“下方”、“上方”“下面”等取决于所描述和说明的装置的具体取向。本文中所描述的主题可以采取多种替代性取向。相应地，这些方向术语并未严格限定并且不应做狭义解释。

标题被包括仅为了方便，而不是用来解释本公开内容或权利要求的含义。

当上面提及部件(例如，电路、模块、组件、装置、钻柱部件、钻机系统等)时，除非另有说明，否则对该部件的提及(包括对“装置”的提及)应被解释为包括该部件的等同替代、执行所描述的部件的功能的任意部件(即，功能性等同替代)，包括执行本发明所例示的示例性实施方式中的功能的在结构上不等同于所公开结构的部件。

本文献中所有标题仅为了方便读者。任何标题下的文本还可以涉及其他标题。标题本身的措辞不以任何方式限制任何文本的含义。

出于说明的目的已经在本文中对系统、方法及装置的特定示例进行了描述。这些仅仅是示例。本文中提供的技术可以应用于除了以上所描述的示例系统以外的系统。在本发明的实施范围内许多变更、修改、添加、省略及排列是可能的。本发明包括对本领域技术人员而言是明显的所描述的实施方式的变型，包括通过以下方式获得的变型：用等同特征、元件和/或动作替换特征、元件和/或动作；混合和匹配不同实施方式的特征、元件和/或动作；将本文中所描述的实施方式的特征、元件和/或动作与其他技术的特征、元件和/或动作组合；以及/或者，省略所描述实施方式的组合特征、元件和/或动作。

因此，意欲使以下所附权利要求和此后引入的权利要求被解释为包括可以合理地推断出的所有这样的修改、排列、添加、省略及子组合。权利要求书的范围不应局限于示例中阐述的优选实施方式，而是应该给予与作为整体的说明书相一致的最广义的解释。

Claims (35)

1.一种井下系统，包括：

多个遥测子系统，

包括多个遥测控制器的控制系统，每个遥测控制器与所述多个遥测子系统中的至少一个遥测子系统相关联并且通信，

总线，所述多个遥测控制器中的每个遥测控制器经由所述总线与所述多个遥测控制器中的每个其他遥测控制器通信，以及

与所述多个遥测控制器通信的一个或更多个传感器，

其中：

所述多个遥测控制器中的第一遥测控制器与所述多个遥测子系统中的第一遥测子系统相关联，并且所述多个遥测控制器中的所述第一遥测控制器能够操作以从所述一个或更多个传感器的第一集合获得第一传感器信息以及在所述第一遥测子系统上发送所述第一传感器信息；以及

所述多个遥测控制器中的第二遥测控制器与所述多个遥测子系统中的第二遥测子系统相关联，并且所述多个遥测控制器中的所述第二遥测控制器能够独立于所述第一遥测控制器操作以从所述一个或更多个传感器的第二集合获得第二传感器信息以及在所述第二遥测子系统上发送所述第二传感器信息；

其中，所述控制系统被配置成：在将所述遥测子系统中的一个遥测子系统的操作模式改变成新操作模式时，在所述遥测子系统中的另一遥测子系统上发送对所述遥测子系统中的所述一个遥测子系统的操作模式改变的确认。

2.根据权利要求1所述的井下系统，其中，对所述操作模式改变的确认包括能够被地面装备用来对来自所述遥测子系统中的所述一个遥测子系统的发送信号进行解码的遥测信息。

3.根据权利要求1或2所述的井下系统，其中，所述控制系统被配置成响应于以下中的一个或更多个自动改变所述遥测子系统中的所述一个遥测子系统的操作模式：所检测到的钻探状态；由所述井下系统的传感器采集的一个或更多个测量值；所述井下系统的状态；以及影响一个或更多个所述遥测子系统的状况。

4.根据权利要求1或2所述的井下系统，其中，所述控制系统被配置成在预定时间自动改变所述遥测子系统中的所述一个遥测子系统的操作模式。

5.根据权利要求1或2所述的井下系统，其中，所述控制系统被配置成响应于下行链路命令而改变所述遥测子系统中的所述一个遥测子系统的操作模式。

6.根据权利要求1或2所述的井下系统，其中，对所述操作模式改变的确认包括识别新操作模式的信息。

7.根据权利要求1或2所述的井下系统，其中，所述第一遥测子系统包括EM遥测子系统，并且所述第二遥测子系统包括MP遥测子系统。

8.根据权利要求7所述的井下系统，其中，所述控制系统被配置成：进行监测以检测EM遥测是无效或不期望的，使用所述第一遥测子系统进行自动停止，以及响应于检测出EM遥测是无效或不期望的而向所述第二遥测控制器重新分派来自所述第一传感器信息的数据。

9.根据权利要求8所述的井下系统，其中，进行监测以检测EM遥测是无效或不期望的包括监测下述中的一个或更多个：EM信号发生器的电流输出；下行链路信号；倾斜计读数；以及旋转噪声的度量。

10.根据权利要求8所述的井下系统，其中，所述控制系统被配置成：监测钻探流体的流量，以及响应于检测出所述钻探流体的流量低于阈值而使用所述EM遥测子系统来自动地发送勘测数据。

11.根据权利要求1或2所述的井下系统，其中，所述控制系统能够操作以发送与所述多个遥测子系统中的每个遥测子系统相对应的报头信息，所述报头信息包括能够被地面装备使用以对来自所述遥测子系统中的对应的一个遥测子系统的发送信号进行解码的信息，其中，所述控制系统被配置成在所述多个遥测子系统中的不同的一个遥测子系统上发送与所述多个遥测子系统中的一个遥测子系统相对应的所述报头信息。

12.根据权利要求1或2所述的井下系统，其中，所述控制系统被配置成在包括报头部分和数据部分的帧中发送信息。

13.根据权利要求12所述的井下系统，其中，所述控制系统被配置成：使用所述遥测子系统中的不同的遥测子系统来发送帧的所述报头部分和所述数据部分。

14.一种用于从井下位置发送数据的方法，所述方法包括：

在包括多个遥测子系统的井下遥测系统处，将所述遥测子系统中的一个遥测子系统的操作模式改变成新操作模式，并且在所述遥测子系统中的另一个遥测子系统上发送对所述遥测子系统中的所述一个遥测子系统的操作模式改变的确认。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，发送对所述操作模式改变的确认包括：发送能够被地面装备使用以对来自所述遥测子系统中的所述一个遥测子系统的发送信号进行解码的遥测信息。

16.根据权利要求14或15所述的方法，包括：发送与所述多个遥测子系统中的每个遥测子系统相对应的报头信息，所述报头信息包括能够被地面装备使用来对来自所述遥测子系统中的对应的一个遥测子系统的发送信号进行解码的信息，其中，所述方法包括：在所述多个遥测子系统中的不同的一个遥测子系统上发送与所述多个遥测子系统中的一个遥测子系统相对应的所述报头信息。

17.根据权利要求14或15所述的方法，其中，所述遥测子系统中的第一遥测子系统包括EM遥测子系统，所述遥测子系统中的第二遥测子系统包括MP遥测子系统。

18.一种钻探方法，包括：

在被断流时段分开的有功钻探时段期间通过钻柱的孔来泵送钻探流体的同时使所述钻柱前进，其中在所述断流时段期间停止钻探流体通过所述钻柱的流动；以及

从井下系统向地面装备传送遥测数据，其中所述井下系统包括EM遥测子系统和MP遥测子系统；

其中，所述方法包括：建立用于使用所述MP遥测子系统来发送数据的改变的MP数据通信协议，所述改变的MP数据通信协议在断流时段之后的有功钻探时段开始时是有效的；以及在所述断流时段期间，使用所述EM遥测子系统从所述井下系统向所述地面装备发送用于所述改变的数据MP通信协议的报头信息。

19.根据权利要求18所述的方法，包括：使用EM遥测系统在所述断流时段期间从所述井下系统向所述地面装备发送勘测数据。

20.根据权利要求18或19所述的方法，包括：在所述井下系统处检测所述有功钻探时段的开始，以及响应于检测到所述有功钻探时段的开始来自动关断所述EM遥测子系统。

21.根据权利要求18或19所述的方法，包括：建立改变的EM数据通信协议，用于使用所述EM遥测子系统来发送数据；以及使用所述MP遥测子系统来从所述井下系统向所述地面装备发送数据，所述数据是用于检测使用所述改变的EM数据通信协议来发送的EM遥测信号和/或对所述EM遥测信号进行解码所需要或有用的数据。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述用于检测使用所述改变的EM数据通信协议来发送的EM遥测信号和/或对所述EM遥测信号进行解码所需要或有用的数据包括：EM遥测频率和EM遥测数据键控方案中的一个或更多个。

23.根据权利要求18或19所述的方法，其中，所述井下系统包括方向和倾角传感器，并且所述方法包括：使用所述EM遥测子系统和所述MP遥测子系统中的一个或二个从所述井下系统向所述地面装备发送转向信息，所述转向信息包括来自所述方向和倾角传感器的读数。

24.根据权利要求23所述的方法，包括：独立于所述EM遥测子系统和所述MP遥测子系统中的每个遥测子系统从所述井下系统向所述地面装备发送所述转向信息。

25.根据权利要求23所述的方法，包括：将所述转向信息分成第一位集合和第二位集合；使用所述EM遥测子系统来发送所述第一位集合；以及使用所述MP遥测子系统来发送所述第二位集合。

26.根据权利要求25所述的方法，包括：在所述地面装备处，通过检测EM遥测信号并且对所述EM遥测信号进行解码来接收所述第一位集合，并且通过检测MP遥测信号并且对所述MP遥测信号进行解码来接收所述第二位集合；以及组合所述第一位集合和所述第二位集合以产生所述转向信息。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述转向信息由7或11个数据位和1至5个错误检测或校正位构成。

28.根据权利要求18或19所述的方法，其中，所述井下系统包括多个存储配置文件，并且建立所述改变的MP数据通信协议包括根据所述存储配置文件中的一个存储配置文件来配置所述MP遥测子系统。

29.根据权利要求18或19所述的方法，其中，所述井下系统包括多个传感器、EM遥测控制器以及MP遥测控制器，并且所述方法包括：

操作所述EM遥测控制器，以通过数据总线从所述多个传感器获得选定数据第一集合；

独立于所述EM遥测控制器来操作所述MP遥测控制器，以通过所述数据总线从所述多个传感器获得选定数据第二集合；

通过所述EM遥测子系统来发送数据第一集合并且通过所述MP遥测子系统来发送数据第二集合。

30.根据权利要求18或19所述的方法，包括：在所述井下系统处，获得来自传感器的当前传感器读数；将所述当前传感器读数与来自相同传感器的先前发送的传感器读数进行比较；以及基于所述比较来确定是否要发送所述当前传感器读数。

31.根据权利要求30所述的方法，包括：在所述井下系统处，向数据发送协议的可用插槽分配数据项，其中所述数据发送协议包括用于所述当前传感器读数的插槽。

32.根据权利要求30所述的方法，包括：在所述地面装备处检测到所述当前传感器读数不存在，以及显示所述先前发送的传感器读数。

33.根据权利要求32所述的方法，包括：在所述地面装备处，显示指示出所显示的先前发送的传感器读数不是所述当前传感器读数的标记。

34.根据权利要求33所述的方法，其中，将所述当前传感器读数与所述先前发送的传感器读数进行比较包括：确定所述当前传感器读数是否与所述先前发送的传感器读数相差多于阈值量，并且所述标记包括对所述阈值量的指示。

35.根据权利要求33所述的方法，其中，将所述当前传感器读数与所述先前发送的传感器读数进行比较包括：在所述井下系统处，基于针对相同传感器的多个先前发送的传感器读数来计算针对所述当前传感器读数的预测值，以及将所述当前传感器读数与针对所述当前传感器读数的所述预测值进行比较。