CN111193572B - 地层测试数据传输方法、电子设备以及计算机可读存介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及地层测试领域，公开了一种地层测试数据传输方法、电子设备以及计算机可读存介质。本发明中，使用喷泉码编码方式在使地上解码接收端以尽可能高的概率正确接收测井数据的同时降低传输数据的冗余度，利用下行信道有限传输能力极大提升了无线电磁波测井数据传输时效性和可靠性。在确定新的反馈调整传输参数的时候，采用了结合粗调和细调的两级参数调整策略，粗调环节根据被测地层电阻率大致确定待传输的测井数据编码后的编码码字长度范围；细调环节根据上传信道的误字率检测到的状态计算具体的传输参数，即编码后的编码码字长度。两级调整策略提高了反馈参数的确定速度，提升了数据传输性能。

Description

地层测试数据传输方法、电子设备以及计算机可读存介质

技术领域

本发明实施例涉及地层测试领域，特别涉及一种地层测试数据传输方法、电子设备以及 计算机可读存介质。

背景技术

地层测试是在钻井过程中或完井后通过对油气层进行开关井测试，可以获得在动态条件 下地层的各种参数和流体性质，从而对地层做出定性或定量的评价。地层测试数据双向传输 系统主要是在测试过程中将井下的数据实时到地面控制站，解决实时监测井下施工过程，真 实的反馈井底情况，使得现场作业决策的准确性和有效性得到大大的保证，并在必要时候向 井下设备传送少量控制指令。

井下作业环境十分恶劣，在这种高压、高温、高腐蚀和强震动深井中，各种噪声干扰对 通信系统的影响很大，信道质量差、通信距离远使得数据传输的可靠性和有效性难以得到保 证，井下电磁波无线通讯技术在时效性、抵干扰性以及抗衰减能力等方面仍有待进一步提升， 在这种无线信道条件下，通信系统中一些常用的提高数据传输能力的通信技术无法应用。

目前的地层测试数据传输系统只能提供低速、可靠性较低的实时测井数据传输服务，井 下传输设备定时收集井下各传感器获取的测井数据，然后对地面施工人员选定的测井数据进 行信源信道编码后生成码字流，在码字流前后添加起始位和停止位后作为一帧数据向地面系 统传输，一帧数据包含选定测井数据的最新一次测量值，由于信道删除和噪声干扰，会有部 分数据丢失和出错，地面接收端接收到超出编码纠错能力的错误码字时抛弃该码字，解码后 只能获得此次传输的部分测井数据。

现有测井数据传输策略常采用传统差错控制方法，一种是以传输与源数据同等数量的冗 余数据为代价降低实时测井数据丢失率，如卷积码、正反码和格雷码。这种采用码率为50％ 的信道编码技术的问题是传输效率低，灵活性差，不能随着信道条件的变化进行调整，不支 持灵活的可变码率传输，难以提供信道自适应的数据传输方式。另一种是重发机制，包括循 环重发和反馈重发。循环重发机制中，发送端循环发送整个数据序列，直到接收端反馈正确 接收信息。这种方式实现简单，但传输冗余数据多，在信道误比特率较高时传输效率很低。 反馈重发机制中，发送端根据反馈信息只重发接收端未正确接收的数据，传输冗余数据少， 但由于电磁波测井信道的长延时、有限反馈特性，反馈重发会带来大量时间开销而大大降低 传输效率且反馈速度慢。所以，现有纠错码传输策略和循环重发传输策略都无法灵活、精确 的调整发送码率，实现闭环信道下测井数据高效、可靠传输。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种地层测试数据传输方法、电子设备以及计算机可读 存介质，能够及时调整井下传输策略，自适应调整井下传输参数，有效提升无线电磁波测井 数据传输的时效性和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种地层测试数据传输方法，包括以下 步骤：

井下编码发送端收集井下传感器探测的D个测井数据共D字节，并将所述D字节的测井 数据分成K个大小为T字节的源码字；

对所述K个源码字进行RaptorQ编码生成N_T个编码码字，并将所述N_T个编码码字以一 个数据帧通过无线电磁波上传信道发送至地上解码接收端，所述N_T≥K；

所述地上解码接收端对正确接收到的N_R个编码码字进行RaptorQ解码，得到相应的源码 字，并从中还原出所述测井数据，所述N_R≥K；

其中，所述N_T通过如下步骤动态确定：

所述地上解码接收端实时监测所述井下编码发送端所处位置的地层电阻率，以及统计所 述无线电磁波上传信道的信道误字率；

根据所述地层电阻率确定所述N_T所属的候选区间，并根据所述信道误字率在所述候选区 间中确定所述N_T；其中，所述地层电阻率越大，所述候选区间值越小；所述信道误字率越大， 从所述候选区间中确定的N_T越大；

所述地上解码接收端通过无线电磁波下行信道将动态确定的所述N_T发送给所述井下编 码发送端，并指示所述井下编码发送端采用接收到的新N_T进行后续RaptorQ编码。

本发明的实施方式还提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理 器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上所述的地层测试数据传输方法。

本发明的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机 程序被处理器执行时实现如上所述的地层测试数据传输方法。

本发明实施方式相对于现有技术而言，通过监测无线电磁波的上传信道的通信质量的变 化，利用下行信道向井下编码发送端传送反馈信息，以及时调整井下传输策略，自适应调整 井下传输参数；使用喷泉码编码方式在使地上解码接收端以尽可能高的概率正确接收测井数 据的同时降低传输数据的冗余度，利用下行信道有限传输能力极大提升了无线电磁波测井数 据传输时效性和可靠性。在确定新的反馈调整传输参数的时候，采用了结合粗调和细调的两 级参数调整策略，粗调环节根据被测地层电阻率大致确定待传输的测井数据编码后的编码码 字长度范围；细调环节根据上传信道的误字率等检测到的状态计算具体的传输参数，即编码 后的编码码字长度。两级调整策略提高了反馈参数的确定速度，提升了数据传输性能。

另外，地上解码接收端通过无线电磁波下行信道将动态确定的N_T发送给井下编码发送 端，并指示井下编码发送端采用接收到的新N_T进行后续RaptorQ编码具体为：当地上解码接 收端所确定的N_T发生变化时，将变化增量发送给井下编码发送端并指示井下编码发送端根据 变化增量调整其所使用的N_T，并采用调整后的N_T进行后续RaptorQ编码，从而避免在确定 的N_t未发生变化时额外下发传输参数造成的不必要的操作成本。

另外，D个测井数据中包括：地层电阻率，方便地上解码接收端获取地层电阻率，以基 于地层电阻率对N_T进行调整。

另外，统计信道误字率具体为：地上解码接收端根据最近M次正确接收到的编码码字数 量，估算信道当前的误字率，以提高信道误字率的合理性和准确性。

另外，当地上解码接收端正确接收到的编码码字个数N_R小于警戒值，则调高N_T值，以 保证地上解码接收端能够成功解码出完整的测井数据。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不 构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别 申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明第一实施方式的地层测试数据传输方法的具体流程图；

图2是根据本发明第二实施方式的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实 施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中， 为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于 以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种地层测试数据传输方法。本实施方式的核心在于井下编 码发送端收集井下传感器探测的D个测井数据共D字节，并将D字节的测井数据分成K个大 小为T字节的源码字；对K个源码字进行RaptorQ编码生成N_T个编码码字，并将N_T个编码 码字以一个数据帧通过无线电磁波上传信道发送至地上解码接收端，N_T≥K；地上解码接收 端对正确接收到的N_R个编码码字进行RaptorQ解码，得到相应的源码字，并从中还原出测井 数据，N_R≥K；其中，N_T通过如下步骤动态确定：地上解码接收端实时监测井下编码发送端所处位置的地层电阻率，以及统计无线电磁波上传信道的信道误字率；根据地层电阻率 确定N_T所属的候选区间，并根据信道误字率在候选区间中确定N_T；其中，地层电阻率越大， 候选区间值越小；信道误字率越大，从候选区间中确定的N_T越大；地上解码接收端通过无线 电磁波下行信道将动态确定的N_T发送给井下编码发送端，并指示井下编码发送端采用接收到 的新N_T进行后续RaptorQ编码。下面对本实施方式的地层测试数据传输方法的实现细节进行 具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

本实施方式中的地层测试数据传输方法包括两个处理环节：数据传输环节和传输参数确 定环节。如图1所示，具体包括如下步骤：

步骤101：井下编码发送端收集井下传感器探测的D个测井数据共D字节，并将D字节 的测井数据分成K个大小为T字节的源码字。

具体来说，在实时测井数据传输时，信道误字率WER是影响解码端解码成功概率的重 要参数，降低误字率WER可有效提髙解码端解码成功概率。但误字率又由信道误比特率BER 和码字长度T所决定。信道误比特率BER与误字率WER之间的关系为：

WER＝1-(1-BER)^字长T……………………(1)

因此，过长的编码码字会增加信道误字率不利于数据传输。信道误比特率BER是信道本 身特性，在应用层无法改变，只能通过减少码字长度T来降低传输误字率WER达到提高数 据成功传输概率的目的。但T的减小意味着K的增大，造成编码后的待传输数据量增加、降 低编码效率，所以可以在地层测试之前根据井下传感器的个数和信道状况设置合理的K和T。

步骤102：对K个源码字进行RaptorQ编码生成N_T个编码码字，并将N_T个编码码字以一个数据帧通过无线电磁波上传信道发送至地上解码接收端，N_T≥K。

在使用RaptorQ编码的数据传送系统中，编码发送端每次只发送N_T个编码码字。要使解 码接收端成功解码出K个源码字则必须保证解码接收端正确接收到至少K个编码码字。因此， 编码发送端发送的编码码字数目N_T必须大于等于K。N_T越大意味着编码发送端发送的编码 码字数越多，在同样的信道误比特率下解码接收端能正确接收到的编码码字越多，其解码成 功概率也越高。但N_T越大传输冗余度也越大，造成编码效率降低、信道利用率下降。因此在 选择编码发送端中使用的N_T时，必须综合考虑编码效率与解码成功率。

步骤103：地上解码接收端对正确接收到的N_R个编码码字进行RaptorQ解码，得到相应 的源码字，并从中还原出测井数据，N_R≥K。

正确接收数据的大小N_R不小于源码字大小K(N_R≥K)是地上解码接收端成功获取井下全部数据的必要条件。对应给定的源码字大小K，每个编码码字传输是独立的。在经过RaptorQ编码传输后，地上解码接收端正确接收编码码字数量越多则成功解码的概率越大。所以对于K一定时，井下编码发送端每帧传输的编码码字越多(N_T越大)，地上解码接收端成功获得井下传输的全部测井数据的概率越大。因此，在传输过程中，利用RaptorQ编码技术，根据信道误字率，调节每帧传输的编码码字数量N_T，可以达到预期的实时数据传输正确率，实现在不可靠信道中正确传输全部测井数据的目的。

上述N_T可通过传输参数确定环节动态确定，具体包括如下步骤：

步骤104：地上解码接收端实时监测井下编码发送端所处位置的地层电阻率，以及统计 无线电磁波上传信道的信道误字率。

其中，上述D个测井数据中可包括：地层电阻率。

在地层测试的深井环境中，信道的质量不会是一直不变的，它会随着深度增加而不断恶 化，信道的误码率会随之上升，井下编码发送端固定发送N_T个编码码字时地上解码接收端解 码失败概率也会不断增大。

在地层测试的深井环境中，数据传输所使用的低频电磁波会受到地质特征、钻井工况等 多种因素影响，信号衰减快和噪声的叠加导致传输距离和误码率都有不同程度的恶化。在这 种环境下，地层的高电阻率有利于电磁波信号的传输，其信号衰减程度随地层电阻率增加而 减小，所以被测地层电阻率的大小为电磁波测井数据传输系统参数设置提供一个大致的参考。

另外，信道误字率也是影响地上解码接收端正确解码的重要参数。信道误字率可以通过 如下方法进行统计，例如：

地上解码接收端可根据最近M次正确接收到的编码码字数量，估算信道当前的误字率。

步骤105：根据地层电阻率确定N_T所属的候选区间，并根据信道误字率在候选区间中确 定N_T；其中，地层电阻率越大，候选区间值越小；信道误字率越大，从候选区间中确定的N_T越大。

通过获取到的地层电阻率可对下次RaptorQ编码后的发送长度N_T进行粗调，大致确定 N_T的候选区间，接着根据地上解码接收端统计的误字率来具体计算N_T值，进行细调。所以 粗调环节主要是为后面细调的计算缩小了范围，提高确定参数的速度。

地层电阻率σ是地层的一个主要电磁参数，电磁波信号在地层介质中传播不可避免地受 到信道介质的影响，特别是传输信道介质在地层中非均匀性分布时，电磁波传播的衰减和畸 变更为严重。地层电阻率越高，电磁信号衰减越慢，电磁波无线通信的环境越好，但随着被 测地层不同，其电阻率也会有所改变，随地层电阻率的不断增大，其变化量对电磁信号的影 响程度逐渐趋缓。例如，当地层电阻率小于10Ω·m时，电磁信号的传输深度对地层电阻率 很敏感；当地层电阻率大于100Ω·m后，地层电阻率变化对电磁信号影响就要小很多。

在测井数据传输的时候监测地上接收到信号的强度，在确保地上解码接收端能正确解码 出源码字的前提下可以得到编码后编码码字数据长度设置参数与地层电阻率之间的关系，经 过分析论证，在粗调环节我们可以通过下表1大致确定N_T的范围：

表1：N_T范围区间

在不同地层电阻率大小的情况下，当源码字长度为K个Byte长度时，可以根据上表确定 编码后码字的数据长度N_T的大致区间。源码字长度K在实际测井时也是可以根据需要进行 合理设置的，主要考虑测井数据量的大小和其划分组包的方式。

在经过上面粗调环节的步骤后，通过细调进一步确定准确的参数。在测井数据传输过程 中，地上解码接收端除了对信道接收编码码字进行解码外，还实时监测钻井液信道通信质量、 统计信道误字率WER，并以此为依据向井下编码发送端发送反馈信息，实现自适应调整井下 编码参数N_T。

步骤106：地上解码接收端通过无线电磁波下行信道将动态确定的N_T发送给井下编码发 送端，并指示井下编码发送端采用接收到的新N_T进行后续RaptorQ编码。

例如，当地上解码接收端所确定的N_T发生变化时，可将变化增量发送给井下编码发送端 并指示井下编码发送端根据变化增量调整其所使用的N_T，并采用调整后的N_T进行后续 RaptorQ编码；如果地上解码接收端所确定的N_T未发生变化，与上一次确定的N_T相同，则不需要发送调整参数，减少不必要的操作。井下编码发送端每接收到地上解码接收端发送的 反馈信息则在粗调的长度范围内自动更新编码端发送编码码字数N_T(N+1)＝N_TN+j，之后数据 上传过程都以此参数进行编码。

另外，当地上解码接收端正确接收到的编码码字个数N_R小于警戒值，则调高N_T值。

地上解码接收端监测到以下两种情形之一则预测通信质量恶化，提前向井下编码发送端 发送反馈信息：一是地上解码接收端正确接收到的编码码字数小于警戒值，即N_R<K+i；二 是地上解码接收端统计最近M(10)次正确接收到的编码码字数量，估算信道当前的误字率， 最新的误字率大于之前误字率。此时地上解码接收端通过下行信道向井下设备进行反馈，增 加编码码字N_T的长度以保证地上解码接收端成功收到测井数据。在信道误字率降低时，可以 适当减少N_T字长以提高数据传输效率。在井下编码发送端只需计算(N_T-K)个修复码字，在 地上解码接收端用(K+i)个编码码字作为信道误字率恶化警戒值，预留了i个编码码字数量作 为缓冲(因为地上解码接收端接收到K至(K+i-1)个编码码字时依然能成功解码)，通过这 种方式提高了解码端解码成功率。

与现有技术相比，本实施方式采用基于RaptorQ编码的信道反馈地层测试无线电磁波数 据传输方案，可以在数据上传过程中跟踪时、空、频变信道通信质量变化，跟随信道误字率 和被测地层电阻率的变化采用粗细两级调整方案自适应的通过不断调整井下编码发送端发送 码字数量N_T来降低信道恶化对测井数据丢失率的影响，使测井数据丢失率不会随信道状态恶 化持续上升，利用有限反馈信息达到了稳定数据传输性能的目的。在确定反馈参数N_T时，粗 调用于确定大致范围，细调具体计算参数，两级调整策略可以提高编码长度确定的速度，提 高反馈时效性。与现有方法相比这种方法能以更少的数据冗余度获得较高的可靠性，结合应 用层纠错编码技术，根据闭环信道下传信息特点，利用信道编码技术设计闭环通道下的自适 应测井实时传输策略，以较小的数据冗余为代价有效提高了传输数据的抗删除能力，实现不 同信道误码率条件下的数据可靠传输，降低了由于信道删除带来的地层测试数据丢包率。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些 步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对 算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的 核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第二实施方式涉及一种电子设备，如图2所示，包括至少一个处理器202；以及， 与至少一个处理器202通信连接的存储器201；其中，存储器201存储有可被至少一个处理 器202执行的指令，指令被至少一个处理器202执行，以使至少一个处理器202能够执行上 述地层测试数据传输方法。

其中，存储器201和处理器202采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总 线和桥，总线将一个或多个处理器202和存储器201的各种电路连接在一起。总线还可以将 诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域 所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。 收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介 质上与各种其他装置通信的单元。经处理器202处理的数据通过天线在无线介质上进行传输， 进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器202。

处理器202负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口， 电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器201可以被用于存储处理器202在执行操 作时所使用的数据。

本发明第三实施方式涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被 处理器执行时实现上述任一方法实施例。

即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程 序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设 备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部 或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM， Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各 种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实 际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种地层测试数据传输方法，其特征在于，包括：

井下编码发送端收集井下传感器探测的D个测井数据共D字节，并将所述D字节的测井数据分成K个大小为T字节的源码字；

对所述K个源码字进行RaptorQ编码生成N_T个编码码字，并将所述N_T个编码码字以一个数据帧通过无线电磁波上传信道发送至地上解码接收端，所述N_T≥K；

所述地上解码接收端对正确接收到的N_R个编码码字进行RaptorQ解码，得到相应的源码字，并从中还原出所述测井数据，所述N_R≥K；

其中，所述N_T通过如下步骤动态确定：

所述地上解码接收端实时监测所述井下编码发送端所处位置的地层电阻率，以及统计所述无线电磁波上传信道的信道误字率；

根据所述地层电阻率确定所述N_T所属的候选区间，并根据所述信道误字率在所述候选区间中确定所述N_T；其中，所述地层电阻率越大，所述候选区间值越小；所述信道误字率越大，从所述候选区间中确定的N_T越大；

所述地上解码接收端通过无线电磁波下行信道将动态确定的所述N_T发送给所述井下编码发送端，并指示所述井下编码发送端采用接收到的新N_T进行后续RaptorQ编码；

其中，所述D个测井数据中包括：所述地层电阻率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地上解码接收端通过无线电磁波下行信道将动态确定的所述N_T发送给所述井下编码发送端，并指示所述井下编码发送端采用接收到的新N_T进行后续RaptorQ编码包括：

当所述地上解码接收端所确定的所述N_T发生变化时，将变化增量发送给所述井下编码发送端并指示所述井下编码发送端根据所述变化增量调整其所使用的N_T，并采用调整后的N_T进行后续RaptorQ编码。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述统计信道误字率包括：

所述地上解码接收端根据最近M次正确接收到的编码码字数量，估算信道当前的误字率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述地上解码接收端正确接收到的编码码字个数N_R小于警戒值，则调高所述N_T值。

5.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至4中任一所述的地层测试数据传输方法。

6.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的地层测试数据传输方法。

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