CN111201454B - 用于利用通信执行操作的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于在井筒内进行无线通信的方法和系统。该方法包括构建用于进入地下区域的井筒的通信网络，并且在诸如烃勘探、烃开发和/或烃生产之类的烃操作中使用该通信网络。

Description

用于利用通信执行操作的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年10月13日提交的题为“Method and System for PerformingOperations with Communication”的美国临时申请No.62/572,147的优先权权益，其全部内容并入本文。
本申请涉及于2016年11月30日提交的题为“Dual Transducer CommunicationsNode for Downhole Acoustic Wireless Networks and Method Employing Same”的美国临时申请序列No.62/428,367、于2017年8月1日提交的题为“Dual TransducerCommunications Node For Downhole Acoustic Wireless Networks and MethodEmploying Same”的美国专利申请No.15/666,292、于2016年8月30日提交的题为“Communication Networks,Relay Nodes for Communication Networks,and Methods ofTransmitting Data Among a Plurality of Relay Nodes”的美国临时申请系列No.62/381,330、于2017年8月1日提交的题为“Communication Networks,Relay Nodes forCommunication Networks,and Methods of Transmitting Data Among a Plurality ofRelay Nodes”的美国专利申请No.15/665,931、于2016年11月30日提交的题为“HybridDownhole Acoustic Wireless Network”的美国临时申请系列No.62/428,374、于2017年8月1日提交的题为“Hybrid Downhole Acoustic Wireless Network”的美国专利申请No.15/666,299、于2016年11月30日提交的题为“Methods of AcousticallyCommunicating And Wells That Utilize The Methods”的美国临时申请系列No.62/428,385、于2016年12月13日提交的题为“Methods of Acoustically Communicating AndWells That Utilize The Methods”的美国临时申请系列No.62/433,491、于2017年8月1日提交的题为“Methods of Acoustically Communicating and Wells that Utilize theMethods”的美国专利申请No.15/666,324、于2016年11月30日提交的题为“DownholeMultiphase Flow Sensing Methods”的美国临时申请系列No.62/428,394、于2017年8月1日提交的题为“Downhole Multiphase Flow Sensing Methods”的美国专利申请No.15/666,328、于2016年11月30日提交的题为“Acoustic Housing for Tubulars”的美国临时申请系列No.62/428,425、于2017年8月1日提交的题为“Acoustic Housing for Tubulars”的美国专利申请No.15/666,334，以及于2017年8月29日提交的题为“Acoustic Housing forTubulars”的美国专利申请No.15/689,182，其公开内容通过引用整体并入本文。
本申请涉及于2016年11月30日提交的题为“Dual Transducer CommunicationsNode for Downhole Acoustic Wireless Networks and Method Employing Same”的美国临时申请序列No.62/428,367、于2017年8月1日提交的题为“Dual TransducerCommunications Node For Downhole Acoustic Wireless Networks and MethodEmploying Same”的美国专利申请No.15/666,292、于2016年8月30日提交的题为“Communication Networks,Relay Nodes for Communication Networks,and Methods ofTransmitting Data Among a Plurality of Relay Nodes”的美国临时申请序列No.62/381,330、于2017年8月1日提交的题为“Communication Networks,Relay Nodes forCommunication Networks,and Methods of Transmitting Data Among a Plurality ofRelay Nodes”的美国专利申请No.15/665,931、于2016年11月30日提交的题为“HybridDownhole Acoustic Wireless Network”的美国临时申请序列No.62/428,374、于2017年8月1日提交的题为“Hybrid Downhole Acoustic Wireless Network”的美国专利申请No.15/666,299、于2016年11月30日提交的题为“Methods of AcousticallyCommunicating And Wells That Utilize The Methods”的美国临时申请序列No.62/428,385、于2016年12月13日提交的题为“Methods of Acoustically Communicating AndWells That Utilize The Methods”的美国临时申请序列No.62/433,491、于2017年8月1日提交的题为“Methods of Acoustically Communicating and Wells that Utilize theMethods”的美国专利申请No.15/666,324、于2016年11月30日提交的题为“DownholeMultiphase Flow Sensing Methods”的美国临时申请序列No.62/428,394、于2017年8月1日提交的题为“Downhole Multiphase Flow Sensing Methods”的美国专利申请No.15/666,328、于2016年11月30日提交的题为“Acoustic Housing for Tubulars”的美国临时申请序列No.62/428,425、于2017年8月1日提交的题为“Acoustic Housing for Tubulars”的美国专利申请No.15/666,334和于2017年8月29日提交的题为“Acoustic Housing forTubulars”的美国专利申请No.15/689,182，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开一般而言涉及在系统的通信节点之间通信的领域，该系统可以沿着一个或多个管状构件布置。具体而言，本公开涉及用于与通信节点进行声学通信的方法和系统，该通信节点沿着一个或多个管状构件，诸如沿着井筒(wellbore)内的套管(casing)或油管(tubing)、沿着海底导管(conduit)和/或沿着管线(pipeline)布置，以增强相关联的操作，诸如烃勘探、烃开发、烃运输和/或烃生产。此外，本公开涉及用于通过使用通用通信配置来以声学方式传送所获得的测量数据以增强操作的方法和系统，所述操作可以包括烃操作。
背景技术
本部分旨在介绍本领域的各个方面，这些方面可以与本公开的示例性实施例相关联。相信该讨论有助于提供促进更好地理解本发明的特定方面的框架。因此，应该理解的是，该部分应该从这个角度来阅读而不必作为对现有技术的承认。
信息交换可以用于管理操作。作为示例，已经在诸如烃勘探、烃开发和/或烃生产操作之类的操作中提出了几种实时数据系统或方法。在烃勘探、开发和/或生产操作中，已经提出了几种实时数据系统或方法。作为第一个示例，将诸如缆线、电导体或光纤缆线之类的物理连接固定到管状构件，该管状构件可以用于评估地下条件。缆线可以固定到导管的内部部分和/或管状构件的外部部分。缆线提供硬线连接，以提供实时数据传输。此外，缆线可以用于提供高数据传输速率以及直接将电力输送到井下传感器。但是，由于必须将缆线解绕并附接到布置在井筒内的管状构件，因此使用物理缆线可能是困难的。相应地，安装在井中的导管可能由于附接的缆线而不会旋转，因此可能会由于这种安装而折断。该限制对于安装到水平井中可能是成问题的，这种水平井通常涉及旋转导管。此外，必须附接缆线并且必须提供通道以使缆线穿过井筒、井口和其它装备(例如，用于缆线的开口)。缆线的这些通道为流体泄漏提供了潜在的位置，这对于涉及高压流体的配置可能会造成更大的问题。另外，井下流体的泄漏可能会增加水泥密封失效的风险。
与物理连接配置相比，各种无线技术可以用于井下通信，这可以被称为遥测。无线技术可以包括通信节点，这些通信节点彼此通信以管理井筒内的数据交换，并与用于管理烃操作的计算机系统通信。通信节点可以涉及不同的无线网络类型。作为第一个示例，无线电传输可以用于井筒通信。但是，在某些环境中和/或在某些操作期间，使用无线电传输可能是不切实际的或不可用的。声学遥测利用声学无线网络经由音调传输介质无线地传输诸如振动的声信号。一般而言，给定的音调传输介质可能只允许在特定频率范围内进行通信；并且在一些系统中，该频率范围可能相对较小，诸如频谱受限的系统。
虽然井下无线网络可能是有益的，但是常规的数据传输机制可能无法得到有效利用。井筒内的条件是未知且不可预测的，因为井下声学条件可能受到地层、井筒内的胶结作用和/或井筒内的流体成分(例如，气、水和油)的影响，而这些因素会因井筒内的不同位置而变化。例如，以最小功耗选择支持预定义的通信的声信号的适当频率可以随深度或其它井筒条件而变化。另外，由于烃操作(例如，在压裂操作之后)引起的变化，通信交换可能进一步复杂化。管线和海底导管可能存在类似的挑战性条件。
典型地，无线通信涉及使用预定设置来交换数据分组。但是，当环境阻碍或限制通信时，使用预定设置可能会出现问题，这可能导致依靠预定设置无法到达一个或多个通信节点。此外，如果通信交换被中断，那么环境的动态性质可能引起问题。例如，通信的丢失可能导致无法检索到数据和/或对通信节点的访问丢失(例如，比存在通信问题的位置在井下更远的通信节点)。失去对一个或多个通信节点的访问可能由于环境的变化是暂时的，或者可能因为无法到达通信节点来调整设置而是永久性的。
为了解决这种通信问题，预定设置可以涉及各种方案。例如，预定设置可被设置为以涉及通过尝试通信而消耗过多能量的方式来执行(例如，浪费能量的设置)。此外，预定设置可能涉及在通信节点中使用非常保守的设置。遗憾的是，这种非常保守的预定设置往往对通信速度(诸如非常长的符号时间或施加过多的纠错程度)和使用寿命(诸如以过大的幅度发送)具有负面影响。
因此，工业上仍然需要更高效并且可以减少与井筒中的嘈杂和无效通信相关联的问题的方法和系统。本技术提供克服以上讨论的一个或多个缺陷的方法和系统。
发明内容
在一个实施例中，描述了一种用于在井筒内的多个通信节点之间传送数据的方法。该方法包括：配置通信网络中的多个通信节点中的每个通信节点，以在数据分组的一部分中发送通用通信配置，其中通用通信配置包括解码设置，该解码设置建立用于解码数据分组的一个或多个其余部分的通信设置；将多个通信节点布置在井筒内；在井筒内的多个通信节点之间通信；以及基于多个通信节点之间的通信执行烃操作。
在其它实施例中，该方法可以包括各种增强。该方法还可以包括：配置通信网络中的多个通信节点中的每个通信节点，以从数据分组的该部分接收解码设置；以及基于解码设置对数据分组的一个或多个其余部分进行解码；其中多个通信节点中的两个或更多个通信节点经由物理连接耦合在一起；其中多个通信节点中的两个或更多个被配置为经由无线连接交换数据分组；其中多个通信节点中的每个通信节点可以被配置为对于数据分组的通用通信配置部分和数据分组的其余部分具有不同的音调持续时间；其中多个通信节点中的每个通信节点被配置为发送小于10毫秒、在1毫秒和1秒之间的范围内或在2毫秒和20毫秒之间的范围内的音调持续时间的通用通信配置；其中多个通信节点中的每个通信节点被配置为对于数据分组的通用通信配置部分和数据分组的其余部分具有不同的电压幅度，或者多个通信节点中的每个通信节点被配置为以下面的通信设置发送通用通信配置，该通信设置的电压幅度是数据分组的一个或多个其余部分的通信设置的电压幅度的两倍或更多倍；其中多个通信节点中的每个通信节点被配置为以通信设置发送通用通信配置，该通信设置的电压幅度是数据分组的一个或多个其余部分的通信设置的电压幅度的四倍或更多倍；其中多个通信节点中的每个通信节点被配置为对于数据分组的通用通信配置部分和数据分组的其余部分具有不同的音调幅度；其中多个通信节点中的每个通信节点被配置为以通信设置发送通用通信配置，该通信设置的音调幅度是数据分组的一个或多个其余部分的通信设置的音调幅度的两倍或更多倍；其中多个通信节点中的每个通信节点被配置为以通信设置发送通用通信配置，该通信设置的音调幅度是数据分组的一个或多个其余部分的通信设置的音调幅度的四倍或更多倍；其中多个通信节点中的每个通信节点被配置为对于数据分组的通用通信配置部分和数据分组的其余部分具有不同的符号时间；其中多个通信节点中的每个通信节点被配置为以通信设置发送通用通信配置，该通信设置的符号时间比数据分组的一个或多个后续部分的通信设置的符号时间大至少两毫秒；其中多个通信节点中的每个通信节点被配置为以通信设置发送通用通信配置，该通信设置的符号时间比数据分组的一个或多个后续部分的通信设置的符号时间大至少10％；其中数据分组的通用通信配置部分是数据分组的初始部分；其中通用通信配置还包括用于检测数据分组中的任何错误的错误校正设置；还可以包括：确定通用通信配置、获得地下区域的井数据，并基于井数据创建通信网络；其中通信网络包括布置在井筒内的多个通信节点；其中在井筒内的多个通信节点之间进行通信以执行烃操作包括交换小于或等于(≤)20千赫兹或在100赫兹和20千赫兹之间的范围内的低频信号；其中在井筒内的多个通信节点之间进行通信以执行烃操作包括交换大于(>)20千赫兹或在大于20千赫兹和1兆赫兹之间的范围内的高频信号；其中第一组多个通信节点布置在井筒的不受监视部分中并且第二组多个通信节点布置在井筒的受监视部分中；还可以包括：i)监视无线网络中的事件，ii)如果检测到事件，那么修改多个通信节点中的一个或多个通信节点中的设置，以及iii)如果未检测到事件，那么继续井筒内的多个通信节点之间的通信以执行烃操作，以及iv)重复步骤i)至iii)，直到完成烃操作；其中事件是无线网络未能在井筒内正确操作的故障；和/或其中事件是检测到井筒内的声学环境的变化。
附图说明
通过参考以下详细描述和附图，可以更好地理解本发明的优点。
图1是被配置为利用根据本公开的方法的井的示意图。
图2A和2B是在图1中使用的示例性通信节点的示例性视图。
图3A、3B和3C是示例性数据分组的示例性视图。
图4是根据本技术的实施例的示例性流程图。
图5是根据本技术的实施例的示例性流程图。
图6是系统中使用的声学通信信号的示例性图。
图7是各种通信配置的示例性图。
图8是通用通信配置的示例性图。
图9是通用通信配置的示例性图。
具体实施方式
在下面的详细描述部分中，结合优选实施例描述了本公开的特定实施例。但是，就以下描述特定于本公开的特定实施例或特定用途的程度而言，这仅旨在是示例性目的，并且仅提供示例性实施例的描述。因此，本公开不限于下面描述的特定实施例，而是包括落入所附权利要求的真实精神和范围内的所有替代、修改和等同形式。
下面定义本文所使用的各种术语。对于在权利要求中使用的未在下面定义的术语，应给予相关领域技术人员如在至少一个印刷出版物或已发布的专利中反映的为该术语给出的最广泛的定义。
冠词“该”、“一”和“一个”不一定仅限于一个，而是包括性和开放性的，以便可选地包括多个这样的要素。
为了方便起见，在参考附图时使用了诸如“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等方向术语。一般而言，“上方”、“上部”、“向上”和类似术语是指沿着井筒朝着地球表面的方向，而“下方”、“下部”、“向下”和类似术语是指沿着井筒远离地球表面的方向。继续井筒中的相对方向的示例，“上部”和“下部”也可以指沿着井筒的纵向维度而不是相对于表面的相对位置，诸如在描述垂直井和水平井时。
如本文所使用的，放置在第一实体和第二实体之间的术语“和/或”意味着以下之一：(1)第一实体、(2)第二实体，以及(3)第一实体和第二实体。用“和/或”列出的多个元素应以相同的方式解释，即，如此结合的元素的“一个或多个”。除了由“和/或”子句具体识别出的元素之外，还可以可选地存在其它元素，无论它们是与具体识别出的那些元素相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，当与诸如“包括”之类的开放式语言结合使用时，对“A和/或B”的引用可以在一个实施例中仅指A(可选地包括除B以外的元素)；在另一个实施例中仅指B(可选地包括除A以外的元素)；在又一个实施例中，指A和B两者(可选地包括其它元素)。如本文在说明书和权利要求中所使用的，“或”应当被理解为具有与如上所定义的“和/或”相同的含义。例如，当分离列表中的项时，“或”或者“和/或”应被解释为包含性的，即，包括多个元素或元素列表中的至少一个，但也包括多个元素或元素列表中的多于一个，以及(可选地)其它未列出的项。只有明确指示相反的术语(诸如“…之中仅一个”或“…之中恰好一个”，或者，当在权利要求中使用时，“由...组成”)将指包括多个元素或元素列表中的恰好一个元素。一般而言，如本文所使用的，术语“或”仅当前面有排他性术语(诸如，“…之中任一”、“…之一”、“…之中仅一个”或“…之中恰好一个”)时才应被解释为指示排他性替代物(即“一个或另一个但不是两个”)。
如本文所使用的，“大约”是指基于针对识别出的特定特性的典型实验误差的偏差程度。提供术语“大约”的界限(latitude)将取决于具体的上下文和特定特性，并且本领域技术人员可以容易地辨别。术语“大约”不旨在扩展或限制可能以其它方式提供特定值的等同物的程度。此外，除非另有说明，否则术语“大约”应明确地包括“恰好地”，与下面关于范围和数值数据的讨论一致。
如本文所使用的，“任何”意味着任意数量的一个、一些或不加选择地全部。
如本文所使用的，引用一个或多个元素的列表的短语“至少一个”应当被理解为意味着从该元素列表中的元素中的任何一个或多个选择的至少一个元素，但不一定包括在该元素列表中具体列出的每个元素中的至少一个元素，并且不排除元素列表中元素的任何组合。这个定义还允许可选地存在除在短语“至少一个”所指的元素列表内具体识别出的元素之外的元素，无论它们与具体识别出的那些元素相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，“A和B中的至少一个”(或等同地，“A或B中的至少一个”，或等同地“A和/或B中的至少一个”)可以在一个实施例中指至少一个(可选地包括多于一个)A，不存在B(并且可选地包括除B以外的元素)；在另一个实施例中指至少一个(可选地包括多于一个)B，不存在A(并且可选地包括除A以外的元素)；在又一个实施例中指至少一个(可选地包括多于一个)A以及至少一个(可选地包括多于一个)B(并且可选地包括其它元素)。短语“至少一个”、“一个或多个”和“和/或”是开放式表达，在操作中既是连接的又是分离的。例如，表达“A、B和C中的至少一个”、“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”、“A、B或C中的一个或多个”和“A、B和/或C”中的每一个意味着仅A、仅B、仅C、A和B一起、A和C一起、B和C一起，或者A、B和C一起。
如本文所使用的，除非另外明确指出，否则“基于”并不意味着“仅基于”。换句话说，短语“基于”描述“仅基于”、“至少基于”和“至少部分基于”。
如本文所使用的，“导管”是指形成物理通道的管状构件，通过该物理通道来运送某些东西。导管可以包括管道、歧管、油管(tube)等中的一种或多种，或包含在管状构件中的液体。替代地，导管是指液体的声学通道，其例如可以存在于地层和管状物之间。
如本文所使用的，“耦合”是指元件之间的相互作用，并且不旨在将该相互作用限制为元件之间的直接相互作用，并且还可以包括所描述的元件之间的间接相互作用。耦合可以包括其它术语，诸如“连接”、“接合”、“附接”或任何其它合适的术语。
如本文所使用的，“确定”涵盖各种各样的动作，因此“确定”可以包括计算(calculating)、计算(computing)、处理、推导、调查、查找(例如，在表、数据库或另一种数据结构中查找)、判明等。而且，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。而且，“确定”可以包括解析、选择、选定、建立等。
如本文所使用的，“一个实施例”、“实施例”、“一些实施例”、“一个方面”、“方面”、“一些方面”、“一些实现”、“一个实现”、“实现”或类似构造都意味着结合该实施例、方面或实现描述的特定部件、特征、结构、方法或特点包括在所要求保护的主题的至少一个实施例和/或实现中。因此，在整个说明书中的各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”或“在一些实施例中”(或“方面”或“实现”)不一定都指相同的实施例和/或实现。此外，特定特征、结构、方法或特点可以在一个或多个实施例或实现中以任何合适的方式组合。
如本文所使用的，“事件”在本文中是指未能正确操作的故障；和/或检测到声学环境的变化。未能正确操作的故障可能基于检测到本地故障；检测到声学环境的变化；检测到手动触发和/或检测到基于时间的时段。
如本文所使用的，“示例性”在本文中专门用于表示“用作示例、实例或说明”。本文被描述为“示例性”的任何实施例都不必被解释为比其它实施例优选或有利。
如本文所使用的，“地层”是指任何可定义的地下区域。地层可以包含任何地质地层的一个或多个含烃层、一个或多个非含烃层、上覆地层和/或下伏地层。
如本文所使用的，“烃”通常被定义为主要由碳和氢原子形成的分子，诸如油和天然气。烃还可以包括其它元素或化合物，诸如，但不限于卤素、金属元素、氮、氧、硫、硫化氢(H2S)和二氧化碳(CO2)。烃可以通过渗透含烃地层的井从烃储层中产生。得自烃储层的烃可以包括但不限于石油、油页岩、沥青、焦性沥青、沥青质、焦油、油、天然气或其组合。烃可以位于地球上被称为储层的矿物基质之内或附近。基质可以包括但不限于沉积岩、沙子、硅质岩、碳酸盐、硅藻土和其它多孔介质。
如本文所使用的，“烃勘探”是指与确定地下区域中的烃的位置相关联的任何活动。烃勘探通常是指通过获取与地下地层相关联的测量数据进行的获得测量结果的任何活动以及相关联的数据的建模，从而识别烃聚集的潜在位置。因此，烃勘探包括获取测量数据、对测量数据进行建模以形成地下模型以及确定地下烃储层的可能位置。测量数据可以包括地震数据、重力数据、磁数据、电磁数据等。烃勘探活动可以包括钻探勘探井。
如本文所使用的，“烃开发”是指与开采计划和/或获取地下区域中的烃相关联的任何活动。烃开发通常是指为计划从地下地层获取和/或生产烃而进行的任何活动以及相关联的为识别优选的开发方案和方法而进行的数据的建模。作为示例，烃开发可以包括对地下地层的建模和生产周期的开采计划、确定和计划从地下地层开采烃要利用的装备以及要利用的技术等。
如本文所使用的，“烃流体”是指气体或液体的烃或烃的混合物。例如，烃流体可以包括在地层条件、加工条件下或在环境条件(20摄氏度(℃)和1大气(atm)压)下为气体或液体的烃或烃的混合物。烃流体可以包括例如油、天然气、气体冷凝物、煤层甲烷、页岩油、页岩气以及处于气态或液态的其它烃。
如本文所使用的，“烃操作”是指与烃勘探、烃开发、井筒数据的收集和/或烃生产相关联的任何活动。它还可以包括中游管线和储罐，或下游炼油厂和分销业务。
如本文所使用的，“烃生产”是指与从诸如井或其它开口之类的地下位置开采烃相关联的任何活动。烃生产通常是指为形成井筒而进行的任何活动以及在完成井之后在井中或井上的任何活动。因此，烃生产或开采不仅包括一次烃的开采，而且还包括二次和三次生产技术，诸如注入气体或液体以增加驱动压力、移动烃或通过例如化学物进行处理、水力压裂井筒以促进流量增加、井服务、测井和其它井和井筒处理。
如本文所使用的，一个或多个“受监视部分”是指沿着管状构件的包括传感器和/或作为感兴趣区域的位置。
如本文所使用的，一个或多个“不受监视部分”是指沿着管状构件的不包括传感器和/或不是感兴趣区域的位置。
如本文所使用的，“可操作地连接”和/或“可操作地耦合”意味着直接或间接地连接以传输或传递信息、力、能量或物质。
如本文所使用的，“最优”、“优化的”、“优化”、“优化度”、“优化性”(以及那些术语的派生词和其它形式以及语言相关的词语和短语)并不意味着在要求本发明找到最佳解决方案或做出最佳决定的意义上进行限制。虽然数学上最优的解决方案实际上可以达到所有数学上可用的可能性中的最佳解决方案，但是优化例程、方法、模型和处理的现实世界实施例可以朝着这样的目标努力而无需实际实现完美。因而，受益于本公开的本领域普通技术人员将理解的是，在本发明的范围的上下文中，这些术语是更一般的。这些术语可以描述以下当中的一个或多个：1)致力于解决方案，该解决方案可以是最佳可用解决方案、优选解决方案或在一系列约束内提供具体益处的解决方案；2)不断改进；3)精炼；4)搜索目标的高点或最大值；5)进行处理，以减少惩罚函数；6)鉴于最大化、最小化或以其它方式控制一个或多个其它因素等的竞争和/或合作利益寻求最大化一个或多个因素。
如本文所使用的，术语“灌封(potting)”是指用环氧树脂、弹性体、硅树脂或沥青或类似化合物封装电气部件，以用于排除水分或蒸气的目的。灌封部件可以或可以不气密密封。
如本文所使用的，诸如浓度、维度、量和其它数值数据之类的一个或多个“范围”在本文中可以以范围格式给出。应当理解的是，这种范围格式仅仅是为了方便和简洁而使用的，并且应当被灵活地解释为不仅包括明确列举为范围限制的数值，而且还包括涵盖在那个范围内的所有单独数值或子范围，好像每个数值和子范围被明确地记载了一样。例如，大约1至大约200的范围应当被解释为不仅包括明确记载的1和大约200的限制，而且还包括诸如2、3、4等的各个尺寸，以及诸如10至50、20至100等的子范围。类似地，应当理解的是，当提供数值范围时，此类范围应被解释为提供对仅记载该范围的下限值的权利要求限制以及对仅记载该范围的上限值的权利要求限制的字面支持。例如，公开的数字范围10至100为记载“大于10”(没有上限)的权利要求和记载“小于100”(没有下限)的权利要求提供字面支持。
如本文所使用的，“密封材料”是指可以将壳体的盖子密封到壳体的主体上以足以承受一个或多个井下条件(包括但不限于例如温度、湿度、土壤成分、腐蚀性元素、pH值和压力)的任何材料。
如本文所使用的，“传感器”包括任何电感测设备或量规。传感器可以能够监视或检测压力、温度、流体流、振动、电阻率或其它地层数据。替代地，传感器可以是位置传感器。
如本文所使用的，“流”是指被引导通过诸如装备和/或地层的各种区域的流体(例如，固体、液体和/或气体)。装备可以包括导管、容器、歧管、单元或其它合适的设备。
如本文所使用的，“地下”是指在地球表面下方出现的地质层。
如本文所使用的，“管状构件”、“管状部分”或“管状主体”是指任何管道，诸如套管的接头、衬里的一部分、钻柱、生产油管、注入油管、小接头、掩埋管道、水下管道或地上管道。在不脱离本公开的范围的情况下，可以从给定实施例中省略其中的实线以及任何适当数量的此类结构和/或特征。
如本文所使用的，“井筒”或“井下”是指通过在地下钻孔或将导管插入地下而在地下形成的孔。井筒可以具有基本圆形的横截面或其它横截面形状。如本文所使用的，术语“井”在指地层中的开口时可以与术语“井筒”互换使用。
如本文所使用的，“区(area)”、“区域”、“容器”或“隔间”是框架或模型中包含的定义的空间、区(area)或体积，其可以由包含感兴趣的区或体积的一个或多个对象或多边形界定。该体积可以包括相似的特性。
如本文所使用的，“井数据”可以包括地震数据、电磁数据、电阻率数据、重力数据、测井数据、岩心样本数据及其组合。可以从存储器或从井筒中的装备获得井数据。井数据还可以包括与安装在井筒内的装备相关联的数据以及井筒装备的配置。例如，井数据可以包括管状构件的组成、管状构件的厚度、管状构件的长度、井筒内的流体成分、地层性特性、井筒内的胶结作用和/或与井筒相关联的其它合适的性质。
信息交换可以用于管理不同技术的操作。作为示例，通信网络可以包括与系统相关联的通信节点，该通信节点可以沿着波传播通道、声学通道、通信介质和/或沿着一个或多个管状构件布置。例如，通信节点可以沿着井筒内的套管或油道、沿着海底导管和/或沿着管线分布，以增强系统的相关联操作。为了交换信息，通信网络可以包括物理连接的通信节点、无线连接的通信节点或物理连接的通信节点和无线连接的通信节点的组合。
作为示例，通信网络可以用于操作数据的数据交换，该操作数据可以用于例如涉及烃勘探操作、烃开发操作和/或烃生产操作的实时或并行操作。在烃操作中，该系统或方法可以涉及通过可以沿着管状构件(例如，音调传输介质，诸如导管或导管部分)的长度间隔开的各种通信节点(例如，经由物理连接，诸如电缆、电导体或光纤电缆和/或经由声学无线网络)进行通信。这些通信节点可以形成为通信网络，并且可以被配置为彼此交换信号以管理井筒内的数据分组的交换以及与用来管理烃操作的计算机系统交换信号。作为示例，通信节点可以涉及经由一个或多个频率的声学音调进行通信，声学音调可以经由物理连接或音调传输介质来发送和/或接收。
在某些配置中，通信节点可以包括将内部区域内的各种部件与井筒环境隔离的壳体。特别地，通信节点可以包括一个或多个编码部件，该一个或多个编码部件可以被配置为生成和/或在音调传输介质(诸如管状构件或管状构件内部的液体，或存在于地下地层与管状物之间或物理连接内的液体)内诱发一个或多个声学音调。另外，通信节点可以包括一个或多个解码部件，该一个或多个解码部件可以被配置为可以基于通信设置从音调传输介质或物理连接接收和/或解码声学音调。通信节点可以包括一个或多个电源，该一个或多个电源被配置为向诸如电池的其它部件供应能量。通信节点可以包括一个或多个传感器或感测部件，其可以被配置为获得与井下环境和/或地下地层相关联的测量数据。通信节点可以包括相对较小的换能器以减小通信节点的尺寸，使得可以将通信节点布置或固定到具有有限间隙的位置，诸如井下管状构件的连续层之间。作为示例，小型声换能器可以被配置为发送和/或接收音调。与较大的换能器相比，较小的换能器具有更高的声共振频率，因此，与较大的换能器发送在其相应的共振频带附近的声信号相比，较小的换能器使用较少的能量发送在共振频带附近的声信号。作为示例，由于小尺寸换能器的固有共振频率高，因此换能器可以发出消耗较少功率的高频信号，而换能器可以接收相同的高频声信号。混叠发生在微控制器级别，使得如果接收换能器与发射换能器不是同一换能器，那么其尺寸可以与发射换能器相同。使用小型发射换能器和接收换能器的好处在于，小型(small factor)换能器实现了紧凑的通信节点。
井下通信可能有利于增强烃操作，诸如优化钻井、优化或管理完井以及进行井管理。本技术包括管理作为通用通信配置的通信网络上的通信的增强。在系统中的通信节点对之间，由通信节点使用的信号(例如，声信号)可以相同或不同。此外，通信网络中的通信节点可以在数据分组的一部分中(例如，在数据分组的初始部分)使用通用通信配置，该通用通信配置包括提供通信设置和/或表示适当的通信设置的解码设置，以解码数据分组的其余部分。包括在解码设置中或由解码设置表示的通信设置可以包括不同的调制方案、电压幅度、频带、频带中音调的数量、要同时发送的频率的数量、传输持续时间、传输幅度的范围、传输窗口、纠错类型、扩频分集程度、检测阈值、符号时间、物理到逻辑符号映射以及其它设置。可以是数据分组的一部分(诸如数据分组中的初始序列)的通用通信配置建立了用于接收通信节点的通信设置。
即使在通信节点之间建立通信之后，井下环境的动态性质也可能导致通信设置变得不可工作。因此，通信节点可能必须将通信设置调整或修改为更新的通信设置，其可能不同于先前的通信设置。虽然某些方案对所有通信交换使用非常保守的设置，但长时间使用非常保守的设置可能会由于使用较高的能耗而对通信节点的通信速度和使用寿命产生负面影响。另一种方案可能涉及稍后切换到更优化的通信设置，并随后交换数据分组，但是这种方案使通信节点之间已建立的通信暴露于动态井下环境中的风险。
另外，井筒内的网络通道可以用作共享的通信介质，并且不支持网络通道的相同区域中的通信节点之间的多个并发对话。作为示例，诸如生产井或注入井之类的井内的声学无线网络通道可以作为共享的通信介质操作，并且不支持一对通信节点之间的同时双向通信，或者可以涉及两对不同的通信节点，使得每一对的发射器在同一时刻在相同地点发送相应的数据分组。因此，执行多个并发对话可以涉及使用不同的设置(诸如不同的频带或不同的符号时间)的每个会话，并且可能会使网络操作复杂化。这些复杂性可能会受到噪声的更大影响，并可能增加由于断开的网络带来的数据和通信节点丢失的风险。
与常规的网络通信相反，本技术利用通用通信配置来增强用于烃操作的井下通信。特别地，本技术提供了一种用于在通信节点之间进行声学通信的方法，该方法在数据分组的一部分中使用非常保守的设置，然后以更优化的通信设置提供数据分组的其余部分。非常保守的设置可以是被确定为参数的最大通信设置的设置，诸如最大电压幅度或音调幅度或最长符号时间。非常保守的设置被设计为使相邻通信节点成功接收通信的可能性最大化。通过使用通用通信配置，本技术可以通过为解码通信设置提供非常保守的设置，然后为测量数据或其它信息提供更优化的通信设置来减轻通信失败事件，从而增强通信节点的性能。特别地，通用通信配置提供了基于数据分组的一部分中的解码设置来改变每个数据分组的通信设置的灵活性。因此，交换数据分组的通信节点可以使用相同或不同的解码通信设置来提供测量数据或其它信息。在一个实施例中，单个通信可以使用两个或更多个通用通信配置并提供两个或更多个测量或其它信息。具体而言，通用通信配置可以包括发送解码序列(例如，可以包括纠错信息的最小序列和/或可以用于对数据分组中的其余部分或序列进行解码的解码设置)。在优选的配置中，初始或第一序列基于开始处的极保守的设置以在相应通信节点对之间建立通信。接收通信节点可以使用可以是第一序列或初始序列的解码通信设置来解码数据分组中的其余序列。因此，通用通信配置可以是唯一的，并且可以为每个数据分组单独选择。
本技术提供了各种增强，这些增强提供了在可变或不稳定的环境中(例如，在管线中、在井下环境中或在海底导管中)操作通信网络的灵活性。例如，本技术可以被配置为利用可变符号时间。通过提供解码设置，本技术提供了在不稳定和可变环境中优化性能的灵活性。即，环境改变而通用通信配置中的灵活性能够动态地适应这种改变。
有利的是，本技术使用通用通信配置提供各种增强。与涉及固定时隙或固定符号时间的常规网络通信相比，本技术提供了符号定时的灵活性。时隙通常用于通信中的同步定时，而符号定时与通信中的异步定时一起使用。符号时间的可变性或灵活性可以在不同的数据分组之间或在单个数据分组内。例如，通用通信配置可以提供有第一符号时间，而数据分组的其余部分可以提供有与第一符号时间不同的第二符号时间。此外，通用通信配置为来自建立通信设置的发射通信节点的每个数据分组提供解码设置，以对数据分组的其余部分进行解码，其不使用与接收通信节点的训练、协商和/或其它数据分组交换来确定优选通信设置。此外，通用通信配置可以用于物理连接和/或无线连接。
作为示例，第一通信节点(例如，发射通信节点)可以发送数据分组，该数据分组包括具有解码设置的通用通信配置，然后发送其余的编码数据。可以以比其余编码数据更高或更多的保守通信设置(诸如非常保守的设置)来发送通用通信配置。发送的数据分组可以提供给第二通信节点(例如，接收通信节点)。解码设置被配置为提供足够的信息来确定解码数据分组内提供的其它数据(例如，比用于通用通信配置的解码设置序列更高效的优化通信设置)的通信设置。第二通信节点可以被配置为接收解码设置，该解码设置可以优选地处于数据分组的初始间隔或部分中，并且基于接收到的解码设置中包括的信息来针对数据分组的其余部分或序列调整第二通信节点的通信设置。通用通信配置的解码设置间隔或序列中的信息可以包括例如符号时间的参数设置(例如，固定符号时间和/或可变符号时间)、电压幅度和/或音调幅度的参数设置。用于通用通信配置和用于数据分组的其它部分的通信设置可以包括不同的通信设置参数。例如，一种配置可以包括短的初始序列(例如，在初始间隔中提供的解码设置序列)和在解码设置中指示的通信设置下发送的长的信息序列(例如，在数据分组的后续部分中提供的编码序列或优化序列)，从而导致更高效并且相对于依赖于预设通信设置的通信故障风险大大降低的性能。基于井下通信的特定目标(其可以包括最高数据速率、最低初始等待时间、最低能耗、最长遥测范围、同时对话的最大可能性、最高实时可用性、最短的多余唤醒时间，以及其它合适的目标)，可以更改或不同地定义解码设置。
有利的是，通用通信配置的使用提供了各种增强。例如，通用通信配置提供了动态机制，该动态机制基于数据分组中的解码设置来动态改变通信设置，其不涉及依赖于预先安排的通信设置。因此，通用通信配置涉及发送方(例如，发射通信节点)提供通信设置以对正在发送的数据分组进行解码。因此，本技术减少了通信问题的风险、降低了管理复杂性、提供了更高效的网络优化和/或多个通道上的同时通信。特别地，通用通信配置还提供了在通信网络内的通信节点之间执行同时对话的机制。此外，通用通信配置提供了可以调整每个数据分组以提供解码相应的数据分组的不同设置的灵活的系统。另外，通用通信配置提供了用于手动或自动重新配置通用配置设置的机制。例如，具有多个通用通信配置部分的分组可以被配置为重复数据若干次，同时在最积极到最不积极之间改变一个或多个参数。此外，通用通信配置可以位于数据分组的初始部分、数据分组的主体部分或数据分组的末尾部分。而且，数据分组可以包括两个或更多个通用通信配置。
作为示例，通用通信配置可以包括不同的配置，诸如数据分组中的位置、大小或其它变化。例如，每个通信节点可以被配置为对于数据分组的通用通信配置部分和数据分组的其余部分具有不同的音调持续时间。特别地，每个通信节点可以被配置为发送小于1毫秒、小于10毫秒、小于20毫秒、小于100毫秒或小于1秒的音调持续时间的通用通信配置。替代地，音调持续时间可以在1毫秒和1秒之间的范围内、在2毫秒和500毫秒之间的范围内、在2毫秒和200毫秒之间的范围内、在2毫秒和50毫秒之间的范围内或在2毫秒和20毫秒之间的范围内。此外，每个通信节点可以被配置为对于数据分组的通用通信配置部分和数据分组的其余部分具有不同的电压幅度。例如，每个通信节点可以被配置为以下面的通信设置发送通用通信配置，该通信设置的电压幅度是用于数据分组的一个或多个其余部分的通信设置的电压幅度的两倍或更多倍；和/或以下面的通信设置发送通用通信配置，该通信设置的电压幅度是用于数据分组的一个或多个其余部分的通信设置的电压幅度的四倍或更多倍。此外，每个通信节点可以被配置为对于数据分组的通用通信配置部分和数据分组的其余部分具有不同的音调幅度。例如，通信节点可以被配置为以下面的通信设置发送通用通信配置，该通信设置的音调幅度是用于数据分组的一个或多个其余部分的通信设置的音调幅度的两倍或更多倍，和/或以下面的通信设置发送通用通信配置，该通信设置的音调幅度是用于数据分组的一个或多个其余部分的通信设置的音调幅度的四倍或更多倍。通用通信配置还可以包括用于检测数据分组的任何错误的纠错设置。此外，每个通信节点可以被配置为对于数据分组的通用通信配置部分和数据分组的其余部分具有不同的符号时间。例如，通信节点可以被配置为以下面的通信设置发送通用通信配置，该通信设置的符号时间是用于数据分组的一个或多个其余部分的通信设置的符号时间的两倍或更多倍；以下面的通信设置发送通用通信配置，该通信设置的符号时间比用于数据分组的一个或多个其余部分的通信设置的符号时间大至少两毫秒；以下面的通信设置发送通用通信配置，该通信设置的符号时间比用于数据分组的一个或多个其余部分的通信设置的符号时间大至少四毫秒；以下面的通信设置发送通用通信配置，该通信设置的符号时间比用于数据分组的一个或多个其余部分的通信设置的符号时间大至少10％；以下面的通信设置发送通用通信配置，该通信设置的符号时间比用于数据分组的一个或多个其余部分的通信设置的符号时间大至少20％和/或以下面的通信设置发送通用通信配置，该通信设置的符号时间是用于数据分组的一个或多个其余部分的通信设置的符号时间的四倍或更多倍。
本技术通过将优化的性能与降低的声学通信风险混合来解决井下通信的某些缺陷。一种增强是通信节点不必预先安排一组共同的通信设置，这可能是低效的。而且，本技术提供了在不中断进行中的通信(例如，在对话或通信会话期间或在数据分组的中间改变通信设置)的情况下切换到更新后的通信设置的能力。本技术还可以提供改变同一数据分组内的每个连续数据分组的通信设置的能力和/或可以提供在单个数据分组中多次改变通信设置的能力。而且，本技术可以为多个通信节点提供将完全不同的通信设置的传输片段绑定到单个集体通信会话中的能力。
在某些配置中，尽管采用完全不同的通信设置，多个通信节点可以一起操作以生成包括由每个通信节点贡献的传输片段的单个通信对话。例如，本技术可以将遥测与特定于诊断或感测的音调、喷泉式流前向纠错、可选的扩展频带利用、多目标设备同步、具有不相通的通信能力的传统设备的会话可访问性等相结合。
在又一个配置中，通信节点可以用于与其它通信设备(诸如低频设备)通信。作为示例，通信节点可以利用通用通信配置来设置低频有效时钟速度，该低频有效时钟速度用于与诸如水听器之类的低频设备进行通信。水听器可以被配置为用低频信号和/或高频信号操作，该低频信号和/或高频信号可以用于与通信节点通信。低频设备可以用于与通信节点交换数据或指令。该配置可以用于到达通信节点或与通信节点通信，该通信节点可以提供比井筒内使用的常规通信更长的通信范围。作为具体示例，通信节点可以被配置为从通信设备(诸如水听器或指定的通信节点)接收通信信号，从而以较低频带发送(例如，以提供更长距离的通信)而无需涉及重新配置任何网络设备，诸如通信节点。特别地，井下网络可以被配置为接收和/或发送小于200kHz、小于100kHz或优选地小于50kHz的频率。较低频率的使用扩展了较低频率通信节点可以彼此间隔开的距离，并维持了数据分组的交换。作为具体示例，某些通信节点可以被配置为以小于15kHz的频率接收信号。这些低频通信节点可以布置在井筒的不同区域内，它们可以在各个区域内使用，以减小变得分离或丢失井下网络的一部分的风险。与以较高频率操作的通信节点相比，以这些较低频率操作的通信节点可以被配置为接收更长范围的信号。因此，较低频率的通信节点可以是可达的，而较高频率的通信节点可能无法在井筒的某些区域中进行通信。类似地，通信节点可以被配置为从诸如管线或海底导管内的清管器之类的通信设备接收以较低频带发送(例如，以提供更长距离的通信)的通信信号，而无需涉及重新配置任何网络设备，诸如通信节点。可以用于清洁管线内部的清管器可以在管线内移动，并且被配置为和与管线相关联的各种通信节点进行通信。清管器可以利用通用通信配置来建立与通信节点的通信。
除上述之外，通用通信配置还可以通过简化通信设置的不同集合的管理来促进每个位置的多个同时对话，因为通用通信配置为每个发送通信节点对提供了任意改变通信设置的能力。此外，在这样的配置中，任何给定的发送者(例如，发送通信节点)可以通过在已知可正确操作的给定限制内随机地改变通信设置发起与另一个设备的对话，而不管相同位置中的当前活动。这样的多个对话或通信会话可能倾向于与相同位置的两个通信节点可以传输彼此不干扰的解码设置的概率成比例地成功(例如，因为特定于节点对的解码设置在数据分组的其余部分使用相同的通信设置，新的通信设置在通用通信配置之后立即生效)。如果在相同位置的两个通信会话几乎同时开始，使得它们的通用通信配置部分以重叠的方式出现，那么很有可能两个通信会话都不能正确操作。
作为示例，系统可以包括四个通信节点，诸如第一节点、第二节点、第三节点和第四节点。通信网络可以包括正在对话的第一通信节点和第三通信节点，以及正在对话的第二通信节点和第四通信节点。只要第一和第三通信节点的对话以及第二和第四通信节点的对话满足某些条件，该配置就可以正确操作：(i)第一和第三通信节点以及第二和第四通信节点的各自对话使用不同的解码设置；以及(ii)用于第一和第三通信节点以及用于两个和第四通信节点的解码设置音调彼此不干扰。解码设置音调本身可以使用相同的非常保守的设置进行传输，因此即使各自对话中的其余数据分组使用彼此不同的设置，它们也可能相互干扰。
在一个或多个实施例中，通信网络可以是可以包括不同类型的无线通信类型的无线通信网络。无线通信网络可以包括高频通信节点和/或低频通信节点。作为示例，本技术可以包括利用作为低频通信节点和/或高频通信节点的通信节点的配置。这些不同的通信节点可以分布在井筒内，以提供烃操作的增强。通信节点可以包括在不涉及感测的位置(例如，在未完成的垂直部分中)使用低频通信节点。低频通信节点可以涉及低频范围，该低频范围可以用于具有低系统复杂度的最佳性能。高频通信节点可以用于涉及感测的位置(例如，接近完井或感兴趣的区域)。高频通信节点可以涉及与低频通信节点所使用的低频相比更高的频率。
作为另一个示例，通信节点可以包括低频通信节点；高频通信节点；被配置为与高频和低频信号通信的通信节点和被配置为与低频和/或高频射频(RF)通信的通信节点。低频通信节点可以被配置为发送和接收小于或等于(≤)200kHz、≤100kHz、≤50kHz或≤20kHz的信号。特别地，低频通信节点可以被配置为交换在100Hz和20kHz之间的范围内；在1kHz和20kHz之间的范围内；以及在5kHz和20kHz之间的范围内的信号。其它配置可以包括低频通信节点，其可以被配置为交换在100Hz和200kHz之间的范围内；在100Hz和100kHz之间的范围内；在1kHz和200kHz之间的范围内；在1kHz和100kHz之间的范围内；在5kHz和100kHz之间的范围内以及在5kHz和200kHz之间的范围内的信号。通信节点还可以包括高频通信节点，该高频通信节点被配置为发送和接收大于(>)20kHz、>50kHz，>100kHz或>200kHz的信号。而且，高频通信节点可以被配置为交换在大于20kHz和1MHz之间的范围内、在大于20kHz和750kHz之间的范围内、在大于20kHz和500kHz之间的范围内的信号。其它配置可以包括高频通信节点，其可以被配置为交换在大于100kHz和1MHz之间的范围内；在大于200kHz和1MHz之间的范围内；在大于100kHz和750kHz之间的范围内；在大于200kHz和750kHz之间的范围内；在大于100kHz和500kHz之间的范围内；以及在大于200kHz和500kHz之间的范围内的信号。
在一种或多种配置中，通信网络可以包括物理连接网络。物理连接可以包括一个或多个电缆、一个或多个电导体和/或一个或多个光纤电缆，它们可以固定到管状构件并用于评估地下条件。物理连接可以固定到管状构件的内部部分和/或管状构件的外部部分。物理连接提供了硬线连接，该硬线连接可以提供井筒内的数据分组的并发或实时交换。另外，物理连接可以用于直接向通信节点和/或井下传感器提供电力。
在其它配置中，由于物理电缆可能难以部署到井筒中，因此通信网络可以包括一个或多个无线网络与一个或多个物理连接网络的组合。在这样的配置中，通信节点的物理连接网络可以布置在不涉及感测的位置(例如，在未完成的垂直部分中)，而通信节点的无线网络可以布置在井筒的水平部分或涉及感测的部分(例如，井筒的受监视部分)中的位置处。另一个配置可以包括使用通信节点的无线网络用于远程通信，而通信节点的有线物理连接网络可以用于井筒的受监视部分，以处理那些部分内的高速数据传输。
而且，通信节点可以包括超声声学通信网络，并且可以涉及使用不同的检测技术，诸如多频移键控(MFSK)。在MFSK中，对声信号频率的可靠检测和解码是此类通信的基础。如上所述，可以根据地层、胶结作用和/或组成(例如，气、水和/或油)来定义未知和不可预测的井下声学条件。因此，可能难以在部署在井筒内之前选择要在通信节点之间使用的用于以最小的功率消耗来支持期望的通信(例如，远程通信或短程通信)的声信号的频率。
另外，作为另一个增强，可以调整频率范围。特别地，每对通信节点之间的声学通信通道可以在小频率范围内变化。频率选择性是声信号从各个通信节点耦合到管状构件的结果，这可能受到安装的影响，但也可能受到条件的影响，诸如沿着井筒(例如，地层、水泥、套管和/或气、水和油的成分)的声信号传播路径变化。作为还有的影响，在执行烃操作之后(例如，在非常规井中压裂之后)，声信号的耦合和传播可能被中断。因此，为整个通信系统选择一组预先选择的声频可能不太有用。
在其它配置中，每当检测到事件时就可以重新评估通信网络(例如，可以修改通用通信配置)。当网络未能正确操作时，可以检测到事件。未能正确操作的故障可以基于本地故障的检测；声学环境的变化的检测；手动触发的检测和/或基于时间的时段的检测。作为示例，如果两个通信节点在一定次数的尝试(例如，三次失败的通信尝试和/或五次或更多次失败的通信尝试)之后没有彼此通信，那么可以确定本地故障。此外，可以基于声学环境的变化(例如，水泥、生产、注入和/或压裂)来检测整个系统的重新评估。声学环境变化的检测可以涉及检测环境、确定环境的变化(例如，将检测到的环境与特定阈值进行比较以确定变化是否在特定阈值之上)。而且，手动触发的检测可以基于系统中发送的通知(例如，来自控制单元或顶级通信节点的信号)。基于时间的时段的检测可以包括确定时间段是否已经到期(例如，30分钟、一小时和/或两小时的时间段)。这种基于时间的时段的检测可以自主执行。如果检测到故障，那么可以执行通用通信配置来建立不同的设置。
在其它配置中，通信节点可以使用通用通信配置来交换数据分组以执行烃操作。作为示例，烃操作可以包括管理井筒内的钻井、管理多区完井操作、管理井筒内的生产操作等。
在其它配置中，高频通信节点可以包括可以用于不同目的的两种或更多种类型的通信节点。作为示例，高频通信节点可以包括用于在应当测量和收集数据的部分中使用的感测能力。在其它配置中，通信节点可以不包括感测能力，其可以不包括用于成本优化的感测能力，但是可以专注于通信能力。可以基于通信节点的主要功能分别对其进行优化。
因此，本技术可以通过通信网络中通信节点的特定于使用的配置来增强烃操作。例如，在一个或多个实施例中，描述了一种用于在井筒内的多个通信节点之间传送数据的方法。该方法包括：配置通信网络中的多个通信节点中的每个通信节点，以在数据分组的一部分中发送通用通信配置，其中通用通信配置包括解码设置，该解码设置建立用于解码数据分组的一个或多个其余部分的通信设置；将多个通信节点布置在井筒内；在井筒内的多个通信节点之间通信；以及基于多个通信节点之间的通信执行烃操作。
在其它实施例中，该方法可以包括各种增强。该方法还可以包括：配置通信网络中的多个通信节点中的每个通信节点，以从数据分组的该部分接收解码设置；以及基于解码设置对数据分组的一个或多个其余部分进行解码；其中多个通信节点中的两个或更多个通信节点经由物理连接耦合在一起；其中多个通信节点中的两个或更多个被配置为经由无线连接交换数据分组；其中多个通信节点中的每个通信节点可以被配置为对于数据分组的通用通信配置部分和数据分组的其余部分具有不同的音调持续时间；其中多个通信节点中的每个通信节点被配置为发送小于10毫秒、在1毫秒和1秒之间的范围内或在2毫秒和20毫秒之间的范围内的音调持续时间的通用通信配置；其中多个通信节点中的每个通信节点被配置为对于数据分组的通用通信配置部分和数据分组的其余部分具有不同的电压幅度，或者多个通信节点中的每个通信节点被配置为以通信设置发送通用通信配置，该通信设置的电压幅度是数据分组的一个或多个其余部分的通信设置的电压幅度的两倍或更多倍；其中多个通信节点中的每个通信节点被配置为以下面的通信设置发送通用通信配置，该通信设置的电压幅度是数据分组的一个或多个其余部分的通信设置的电压幅度的四倍或更多倍；其中多个通信节点中的每个通信节点被配置为对于数据分组的通用通信配置部分和数据分组的其余部分具有不同的音调幅度；其中多个通信节点中的每个通信节点被配置为以下面的通信设置发送通用通信配置，该通信设置的音调幅度是数据分组的一个或多个其余部分的通信设置的音调幅度的两倍或更多倍；其中多个通信节点中的每个通信节点被配置为以通信设置发送通用通信配置，该通信设置的音调幅度是数据分组的一个或多个其余部分的通信设置的音调幅度的四倍或更多倍；其中多个通信节点中的每个通信节点被配置为对于数据分组的通用通信配置部分和数据分组的其余部分具有不同的符号时间；其中多个通信节点中的每个通信节点被配置为以通信设置发送通用通信配置，该通信设置的符号时间比数据分组的一个或多个后续部分的通信设置的符号时间大至少两毫秒；其中多个通信节点中的每个通信节点被配置为以通信设置发送通用通信配置，该通信设置的符号时间比数据分组的一个或多个后续部分的通信设置的符号时间大至少10％；其中数据分组的部分是数据分组的初始部分；其中通用通信配置还包括用于检测数据分组中的任何错误的错误校正设置；还可以包括：确定通用通信配置、获得地下区域的井数据，并基于井数据创建通信网络；其中通信网络包括布置在井筒内的多个通信节点；其中在井筒内的多个通信节点之间进行通信以执行烃操作包括交换小于或等于(≤)20千赫兹或在100赫兹和20千赫兹之间的范围内的低频信号；其中在井筒内的多个通信节点之间进行通信以执行烃操作包括交换大于(>)20千赫兹或在大于20千赫兹和1兆赫兹之间的范围内的高频信号；其中第一组多个通信节点布置在井筒的不受监视部分中并且第二组多个通信节点布置在井筒的受监视部分中；还可以包括：i)监视无线网络中的事件，ii)如果检测到事件，那么修改多个通信节点中的一个或多个通信节点中的设置，以及iii)如果未检测到事件，那么继续井筒内的多个通信节点之间的通信以执行烃操作，以及iv)重复步骤i)至iii)，直到完成烃操作；其中事件是无线网络未能在井筒内正确操作的故障；和/或其中事件是检测到井筒内的声学环境的变化。
有利的是，本技术提供了对烃操作的各种增强。本技术可以利用通用通信配置来增强通信。可以利用通信网络在各种井下环境中提供可靠的通信。本技术可以基于该配置以较低的成本和复杂性来提供通信网络，其可以包括针对期望的覆盖范围使用较少数量的通信节点。这些技术还可以促进每个位置的多个同时对话。此外，本技术可以通过提高数据速率和减少数据等待时间来增强烃操作。因此，可以参考下面进一步描述的图1至图9进一步理解本技术。
图1是被配置为利用具有所提出的通信节点配置的通信网络的井100的示意图。井100包括从地面装备120延伸到地下区域128的井筒102。井筒102在本文中也可以被称为在地面区域126和地下区域128之间延伸和/或在地下地层124内延伸，该地下地层124在地下区域内延伸。井筒102可以包括多个管状部分，其可以由碳钢(诸如套管或衬里)形成。地下地层124可以包括烃122。井100可以是烃井、生产井和/或注入井。
井100还包括声学无线通信网络。声学无线通信网络在本文中也可以称为井下声学无线网络，其包括各种通信节点114和顶侧通信节点和/或控制单元132。通信节点114可以沿着音调传输介质130间隔开，音调传输介质130沿着井筒102的长度延伸。在井100的情况下，声调传输介质130可以包括可以在井筒102内延伸的井下管状物110、可以在井筒102内延伸的井筒流体104、邻近井筒102的地下区域128的一部分、邻近井筒102的地下地层124的一部分和/或可以在井筒102内延伸和/或可以在井筒102与井下管状物110之间的环形区域内延伸的水泥106。井下管状物110可以限定流体导管108。
为了在井筒102内和与控制单元132进行通信，可以利用通信网络，该通信网络可以包括一种或多种类型的无线网络，其可以包括与各个网络相关联的不同通信节点。通信节点114可以包括低频通信节点；高频通信节点；被配置为利用高频和低频信号通信的通信节点和被配置为利用低频和/或高频射频(RF)通信的通信节点。作为示例，每个通信节点114可以包括一个或多个编码部件116，其可以被配置为生成诸如声学音调112之类的声学音调，和/或在音频传输介质130内诱发声学音调。通信节点114还可以包括一个或多个解码部件118，其可以被配置为从音调传输介质接收声学音调112。通信节点114可以根据给定节点是发送声学音调(例如，用作编码部件)还是接收声学音调(即，用作解码部件)而用作编码部件116和解码部件118两者。通信节点114可以包括既包括编码又包括解码功能或结构，其中根据给定的通信节点是对声学音调进行编码还是对声学音调进行解码来选择性地利用这些结构。另外，通信节点114可以包括用于测量和监视井筒102内的条件的感测部件。
在井100中，声学音调112的传输可以沿着井筒102的长度。由此，声学音调的传输可以是线性的，至少基本上是线性的，和/或诸如由音调传输介质130定向。取决于材料的声阻抗，生成的音调或信号沿着导管(例如，管状构件)向上、沿着导管向下并进入到周围的层(诸如水泥、套管、套管内的液体以及地层)中传播。这样的配置可以与更常规的无线通信方法形成对比，后者通常可以在多个方向上或者甚至在每个方向上传输对应的无线信号。
在井100(诸如烃井)的上下文中公开了在本文中更详细讨论的通信节点114。但是，在本公开的范围内，这些方法可以用于在任何合适的声学无线网络中经由声学音调进行通信。作为示例，声学无线网络可以在海底井中和/或在在海底环境内延伸的海底管状物的情况下使用。在这些条件下，音调传输介质可以包括或者是海底管状物和/或在海底环境内、邻近海底管状物和/或在海底管状物内延伸的海底流体。作为另一个示例，在表面管状物的情况下的声学无线网络在表面区域内延伸。在这些条件下，音调传输介质可以包括或者可以是表面管状物和/或在表面区域内、邻近表面管状物和/或在表面管状物内延伸的流体。
在通信节点114中使用的多个频率可以包括用于无线网络类型的频率范围。可以在井筒的不同部分中利用每种类型的无线网络来提供用于烃操作的通信。各个频率范围可以是任何合适的值。作为示例，多个高频范围中的每个频率可以是至少20千赫兹(kHz)、至少25kHz、至少50kHz、至少60kHz、至少70kHz、至少80kHz、至少90kHz、至少100kHz、至少200kHz、至少250kHz、至少400kHz、至少500kHz和/或至少600kHz。附加地或替代地，多个高频范围中的每个频率可以是最多1,000kHz(1兆赫兹(MHz))、最多800kHz、最多750kHz、最多600kHz、最多500kHz、最多400kHz、最多200kHz、最多150kHz、最多100kHz和/或最多80kHz。此外，低频范围中的每个频率可以是至少20赫兹(Hz)、至少50Hz、至少100Hz、至少150Hz、至少200Hz、至少500Hz、至少1kHz、至少2kHz、至少3kHz、至少4kHz和/或至少5kHz。附加地或替代地，高频范围中的每个频率可以是最多10kHz，最多12kHz，最多14kHz，最多15kHz，最多16kHz，最多17kHz，最多18kHz，和/或最多20kHz。
通信节点114可以包括各种配置，诸如在图2A和2B中描述的那些配置。通信节点可以设置在井筒内的导管和/或管状部分上。通信节点可以与装备相关联、可以与管状构件相关联和/或可以与表面装备相关联。通信节点还可以被配置为附接在接头处、导管的内表面处、井筒内的表面处或装备处。
作为具体示例，通信节点可以被结构化和配置为在各种所选择的位置处附接到导管的表面。可以将这种类型的通信节点布置在井筒环境中，作为表面和与装备相关联的任何通信节点之间的中间通信节点。通信节点可以布置在每个管状构件上，或者可以布置在替代的管状构件上。作为示例，可以将每个通信节点焊接到相应的表面上，或者可以用紧固件将其固定到管状构件上(例如，可以选择性地附接到管状构件或从管状构件上拆卸)。紧固件可以包括使用夹具(未示出)，环氧树脂或可以用于化学接合的其它合适的声学耦合剂。通过附接到管状构件的表面，通信节点可以不干扰管状部分的内孔内的流体的流动。
图2A是示例性通信节点200的图。通信节点200可以包括壳体202以及中央处理单元(CPU)204、存储器206、一个或多个编码部件208、一个或多个解码部件210、电源部件212和/或经由总线216通信的一个或多个感测部件214。中央处理单元(CPU)204可以是任何通用CPU，但是可以使用其它类型的CPU 204的体系架构，只要CPU 204支持如本文所述的发明操作即可。CPU 204可以根据所公开的方面和方法来执行各种逻辑指令。例如，CPU 204可以根据本文公开的方面和方法执行用于执行处理的机器级指令。CPU 204可以包含以高频有效时钟速度和/或低频有效时钟速度操作的两个或更多个微处理器。CPU 204可以是片上系统(SOC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。存储器206可以包括诸如SRAM、DRAM、SDRAM等的随机存取存储器(RAM)，诸如PROM、EPROM、EEPROM等的只读存储器(ROM)以及NAND闪存和/或NOR闪存。此外，电源部件212可以布置在壳体202中并且可以被配置为向其它部件提供电力。电源部件212可以包括一个或多个电池。
为了管理通信，通信节点200可以利用壳体202内的一个或多个编码部件208和一个或多个解码部件210。可以包括一个或多个换能器的编码部件208可以布置在壳体202内，并且可以被配置为生成声学音调和/或在音调传输介质内诱发声学音调。可以包括一个或多个换能器的一个或多个解码部件210可以布置在壳体202内并且可以被配置为从音调传输介质接收声学音调。编码和解码部件208和210可以包括存储在存储器中的并用于执行声学音调的生成或声学音调的解码以及将数据分组压缩或解压缩为声学音调的指令。编码部件208和解码部件210可以在某些配置中利用相同的换能器。
一个和/或多个感测部件214可以被配置为获得感测数据并将所获得的测量数据传送给其它通信节点。作为示例，感测部件214可以被配置为获得压力测量结果、温度测量结果、流体流动测量结果、振动测量结果、电阻率测量结果、电容测量结果、应变测量结果、声学测量结果、增产措施(simulation)和/或水力压裂特性测量结果、化学物质测量结果、位置测量结果和其它合适的测量结果。
在又一个示例性配置中，图2B是可以在系统中使用的通信节点250的示例性横截面图。通信节点250的视图沿着纵轴。通信节点250包括壳体252，壳体252可以由碳钢或其它合适的材料制造，以避免在耦合处腐蚀。壳体252的维度适于提供足够的结构强度以保护内部部件和布置在内部区域内的其它电子器件。作为示例，壳体252具有外壁260，外壁260的厚度可以约为0.2英寸(0.51厘米(cm))。腔体262容纳电子器件，作为示例包括但不限于，电源254(例如，一个或多个电池)、供电线264、第一电声换能器256、第二电声换能器258和电路板266。电路板266可以优选地包括处理声信号的微处理器或电子模块。
为了在通信节点之间进行通信，第一电声换能器256和第二电声换能器258被设为将声能转换成电能(反之亦然)，并且在附接到管状构件的侧面与外壁260耦合。作为示例，可以将被配置为接收声信号的第一电声换能器256和可以被配置为传输声信号的第二电声换能器258布置在壳体252的腔体262中。第一电声换能器256和第二电声换能器258提供用于沿井筒向上或沿井筒向下从节点到节点传输和接收声信号的机制。在某些配置中，中间通信节点250的被配置为用作发射器的第二电声换能器258也可以产生声遥测信号。而且，电信号经由驱动器电路被传递到第二电声换能器258。作为示例，在换能器之一(诸如第二电声换能器258)中生成的信号穿过壳体252到达管状构件，并沿着管状构件传播到其它通信节点。因此，生成或接收声信号的换能器可以是磁致伸缩换能器(例如，包括包裹在芯周围的线圈)和/或压电陶瓷换能器。不管换能器的具体类型如何，电编码数据都被转换成声波，该声波通过井筒中管状部件的壁承载。
此外，通信节点250可以包括保护性外层268。保护性外层268位于壁260的外部，并为电子器件提供额外的薄保护层。中间通信节点250也可以与壳体252流体密封以保护内部电子器件。使用可选的灌封材料可以为内部电子器件提供额外的保护。
为了将通信节点固定到管状构件，中间通信节点250还可以可选地包括套管鞋(shoe)270。更具体而言，中间通信节点250可以包括布置在壁260的相对端的一对套管鞋270。每个套管鞋270提供斜面，该斜面有助于防止节点250在下钻(run-in)或起钻(pull-out)期间视情况悬挂在外部管状主体或周围的地层上。套管鞋270还可以在外层268下方具有可选的缓冲材料(未示出)。
为了增强性能，通信节点可以被配置为在初始间隔中将设置序列与编码序列一起解码。图3A、3B和3C是示例性数据分组的示例性视图。通用通信配置解决了与本领域技术人员的常规教导相反的网络通信，常规教导通常涉及固定时隙和/或固定符号时间。通用通信配置专门提供可变的时隙和/或可变的符号时间。时隙是发送标准固定长度帧的时间，而帧长度是帧时间乘以比特率。此外，通用通信配置不必依赖于训练、协商或与接收通信节点的其它预先安排，因为通信设置是从发送通信节点在数据分组中提供的。
作为示例，图3A是示例性数据分组300的图。数据分组300可以是由于包含附加符号而具有更长的帧长度的以太网帧，但是符号时间保持不变。该数据分组300可以是有线以太网(DIX)帧。数据分组300可以在方框302中包括前导码，该前导码用于同步接收通信节点中的时钟，但是不传达设置信息。方框304是目的地地址，而方框306是源地址。方框308是类型字段，而方框310是数据字段。方框312是填充，而方框314是针对数据分组的至少一部分的校验和。
图3B是示例性数据分组320的图。数据分组320可以是无线802.11数据帧。在方框322中，数据分组320可以包括帧控制。方框324是持续时间，而方框326是第一地址，方框328是第二地址，并且方框330是第三地址。方框332是序列，而方框334是数据字段，并且方框336是用于数据分组的至少一部分的校验序列。
图3C是示例性数据分组340的图。数据分组340可以是无线数据帧，其在数据分组的前面包括通用通信配置。数据分组340可以包括方框342，该方框342是通用通信配置，其提供最小的通信设置参数的初始序列集，而帧控制在方框344中。方框346是持续时间，而方框348是第一地址，方框350是第二地址，并且方框352是第三地址。方框354是序列，而方框356是数据字段，并且方框358是用于数据分组的至少一部分的校验序列。
图4是根据本技术的实施例的示例性流程图400。流程图400是用于创建、安装和使用用于井筒的无线通信网络的方法。该方法可以包括创建通信网络并将该通信网络安装在井筒中，如方框402至406所示。然后，如方框408至418所示，可以监视通信网络并执行烃操作。通信节点可以利用通用通信配置来管理针对不同数据分组的通信节点之间的通信设置。
首先，该方法涉及为井筒创建、安装和使用无线通信网络，如方框402至406所示。在方框402处，获得地下区域的井数据。井数据可以包括地震数据、振动数据、声学数据、电磁数据、电阻率数据、重力数据、测井数据、岩心样本数据及其组合。此外，井数据可以包括关于套管、生产油管、井筒内的胶合的配置数据和/或其它井下概况数据。可以从存储器或从井筒中的装备获得井数据。作为示例，井数据还可以包括与安装在井筒内的装备相关联的数据以及井筒装备的配置。例如，井数据可以包括管状构件的维度和材料成分、水泥的材料成分、管状构件的长度、水泥的长度和/或与装备和/或井的配置相关联的其它信息。此外，井数据还可以包括温度、压力、应变和其它类似特性。可以从存储器或从井筒中的装备获得井数据。在方框404处，基于井数据创建通信网络。通信网络的创建可以包括选择声频带和各个频率和/或确定井筒的通用通信配置。此外，基于井数据，通信网络可以被配置为管理不同的无线网络类型。例如，通信节点可以被配置为用不同的无线网络类型操作，诸如低频、高频和/或射频。通信网络的创建可以包括利用通信节点的配置执行仿真以测试或验证通用通信配置，这可以包括对特定频率和/或井筒的特定区或段内的某些无线通信节点类型的使用进行建模。仿真可以包括对管状构件、在通信节点之间的信号的传送和/或其它方面进行建模。仿真结果可以包括随时间变化的流体压力和流体成分的计算以及井筒内信号传播时间的预测。执行仿真还可以包括基于通信网络对流体进行建模、对信号传输和/或结构变化进行建模。此外，网络的创建可以包括确定用于通信节点的通用通信配置。然后，可以配置通信网络并将其安装到井筒中，如方框406所示。通信网络的安装可以包括将通信节点布置在井筒内，其可以固定到管状构件。它们也可以自由地分散在套环中。配置可以包括定义用于通信节点之间的数据交换的通用通信配置，诸如存储用于各个通信节点的通用通信配置。
然后，可以监视通信网络并且可以执行烃操作，如方框408至418所示。在方框408处，监视通信网络中的事件。事件可以是网络未能正确操作时，其可以被检测为本地故障；声学环境的变化；手动触发和/或已达到基于时间的时段。通信网络的监视将确定各个节点之间的通信状态。在方框410处，确定是否已经检测到事件。确定可以包括确定是否已经指示了通知。如果检测到事件，那么可以重新建立通信设置，如方框412所示。通信设置的重建可以包括执行通用通信配置中的一个或多个以在通信节点之间重建通信。
如果未检测到事件，那么在烃操作中使用通信网络，如方框414所示。通信网络可以用在烃操作中。烃操作可以包括烃勘探操作、烃开发操作、井筒数据的收集和/或烃生产操作。它还可以包括中游管线和储罐，或下游炼油厂和分销操作。例如，通信网络可以用于估计井表现预测。作为另一个示例，通信网络可以用于调整烃生产操作，诸如安装或修改井或完井、修改或调整钻井操作和/或安装或修改生产设施。此外，结果可以用于预测地下区域内的烃累积；提供估计的恢复因子；调整射孔操作和/或确定地下区域的流体流率。生产设施可以包括一个或多个单元，以处理和管理来自地层的生产流体(诸如烃和/或水)的流动。
然后，在方框416处，确定是否完成监视烃操作和与烃操作的通信。如果监视烃操作和与烃操作的通信未完成，那么继续监视通信网络中的事件，如方框408所示。如果完成监视烃操作和与烃操作的通信，那么监视井筒数据或烃操作可以完成，如方框418所示。监视井筒数据或烃操作的完成可以涉及关闭网络遥测操作、为不同活动重新配置网络，和/或一旦操作完成就继续监视地下区域。
有利的是，该方法增强了烃的生产、开发和/或勘探。特别地，通过提供优化通信的特定配置，可以利用该方法来增强井筒内的通信。此外，增强的通信可以涉及较少的计算工作、可以涉及较少的交互干预，和/或可以以计算高效的方式执行。因此，这可以以较低的成本和较低的风险提供增强的生产。
如可以认识到的，图4的方框可以被省略、重复、以不同的顺序执行或通过未示出的附加步骤来补充。一些步骤可以顺序执行，而其它步骤可以同时执行或并发地并行执行。例如，在某些实施例中，在方框404中创建并在方框412中修改的通信网络可以涉及执行各种步骤。作为示例，图5是根据本技术的实施例的示例性流程图500。流程图500可以包括执行各种步骤以创建或更新通用通信配置。
首先，在方框502处，可以确定通信节点的定时。通信设置中的定时可以包括确定初始间隔的间隔，以建立通信节点之间的通信通道。在方框504处，确定用于数据分组的通用通信配置的通信设置。通用通信配置可以建立保守的通信设置，该保守的通信设置包括确定将其余间隔或时隙的解码设置传送到接收通信节点所需的信号。在方框506处，可以确定解码设置。解码设置可以基于设置的预定表和表示各个解码设置的相关联符号，或者可以基于无线网络的监视来确定。
在方框508处，确定通信节点配置是否完成。该确定可以包括对配置进行建模或测试配置。如果通信节点配置未完成，那么可以修改通信设置，如方框510所示，并且可以重复各种步骤，诸如方框502。如果通信节点配置完成，那么可以输出通信节点配置，如方框512所示。通信节点配置的输出可以包括存储通信节点配置和/或显示通信节点配置。
作为示例，网络可以包括发送声信号，如图6中进一步描述的。例如，图6是在系统中使用的声学通信信号的示例性图600。该示例性图600包括第一音调602和第二音调604，对于随后的音调可以重复第一音调602和第二音调604。在该示例性图600中，符号时间是从第一音调的开始到第二音调的开始的时间段(例如，如602所示的时间段)。音调可以包括可以在每个通信节点处在通信网络中使用的各种参数。参数可以包括电压或幅度610、音调持续时间612、等待时间614和频率，它们可以是预设配置。作为示例，预设配置可以包括以下值：对于电压或幅度610可以是大约100伏(V)、对于音调持续时间612可以是10毫秒(ms)、对于等待时间614可以是30ms。
然后，声通信频带优化可以包括在每个通信节点中选择参数(例如，如图6中定义的电压或幅度、音调持续时间和等待时间)。这些参数可以是预设的。例如，参数值可以是100伏幅度、10毫秒(ms)音调持续时间和30ms等待时间。参数可以在25伏幅度和200伏幅度之间的范围内；在50伏幅度和150伏幅度之间的范围内；或者在75伏幅度和125伏幅度之间的范围内。其它参数可以在0.5毫秒(ms)音调持续时间和30ms音调持续时间之间的范围内；在5ms音调持续时间和20ms音调持续时间之间的范围内；或在7ms音调持续时间和15ms音调持续时间之间的范围内，而参数可以在5ms等待时间和70ms等待时间之间的范围内；在10ms等待时间和50ms等待时间之间的范围内；或在20ms等待时间和40ms等待时间之间的范围内。
作为示例，通信网络可以包括如图7至9中进一步描述的各种通信节点配置。例如，图7是各种通信配置的示例性图700。该示例性图700包括沿着时间轴702示出的如按箭头所示增加的各个通信序列704、706、708、710和712。第一通信序列704完全基于慢速且浪费能量的非常保守的设置，而第二通信序列706完全基于积极的设置，在这种配置中，如果其传输未能被正确接收并且因此需要重复才能完成通信，那么会浪费能量。第三通信序列708完全基于最优设置，该最优设置可随着条件变化或发生其它事件而随时间变化。第四通信序列710基于第一通用通信配置设置，而第五通信序列712基于第二通用通信配置设置，如果一旦编码设置被交换第一通用通信配置设置不能正确工作，那么可以使用第五通用通信配置设置。此外，符号时间714和716与通用通信设置相关联，并且比与数据分组的其余部分相关联的符号时间718和720更长。因此，对于数据分组的不同部分，数据分组内的符号时间可以是不同的。
图8是通用通信配置的示例性图800。该示例性图800包括沿着时间轴802示出的如按箭头所示增加的示例性通用通信序列804。通用通信序列804被分成两个子序列。第一序列806基于非常保守的设置(例如，解码设置序列)，而第二序列808基于最优设置(例如，编码序列)。第一序列806用于传达通信的最佳设置或编码序列类型。
图9是各种通用通信配置的示例性图900。该示例性图900包括沿着时间轴902示出的如按箭头所示增加的各种通用通信序列904、906、908和910。第一通信序列904基于通用通信设置，该通用通信设置涉及在78kHz和88kHz之间的范围内的通信。第二通信序列906基于通用通信设置，该通用通信设置涉及在95kHz和105kHz之间的范围内的通信。第三通信序列908基于沿着相同位置通信的通信序列904和906。特别地，沿着第二通信序列906的初始部分914和第一通信序列904的另外的初始部分916示出了第一通信序列904的初始部分912。这些通信序列可以在相同的位置进行通信，而没有使通信中断的干扰。但是，第四通信序列910基于沿着相同位置通信的通信序列904和906。但是，如部分918所示，通信序列904和906的初始部分相互干扰并且通信中断。
在其它配置中，该方法和系统包括用于节省声学无线网络的通信节点中的功率的机制。功率节省可以包括通过进入较低功率状态达较低功率状态持续时间并随后转变为监听状态达监听状态持续时间来重复且顺序地使多个通信节点中的给定通信节点循环达多个循环。低功率状态持续时间大于监听状态持续时间。这些方法还包括：在循环期间并经由音调传输介质传输发送的声学音调达音调传输持续期间，接收接收到的声学音调，以及响应于接收，通过将给定的通信节点转换成活动状态来中断循环。音调传输持续时间大于低功率状态持续时间，使得无论何时发起传输，声学无线网络都会检测到发送的声学音调。
本技术领域的技术人员将容易认识到，在所公开的方法的实际应用中，其部分地在计算机(通常是适当编程的数字计算机或基于处理器的设备)上执行。此外，下面详细描述的一些部分按照过程、步骤、逻辑块、处理和对计算机存储器内的数据位的操作的其它符号表示给出。这些描述和表示是数据处理领域的技术人员用来将其工作的实质最有效地传达给本领域中其它技术人员的手段。在本申请中，过程、步骤、逻辑块、处理等被认为是产生期望结果的步骤或指令的自洽序列。这些步骤是需要对物理量进行物理操纵的步骤。一般而言，虽然不是必须的，但是这些量采取能够在计算机系统中被存储、传输、组合、比较和以其它方式操纵的电或磁信号的形式。
但是，应该记住，所有这些和类似术语均应与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便标签。除非从以下讨论中另外明确指出，否则应该认识到的是，贯穿本申请，利用诸如“处理”或“计算(computing)”、“计算(calculating)”、“比较”、“确定”、“显示”、“复制”、“生产”、“存储”、“添加”、“应用”、“执行”、“维护”、“更新”、“创建”、“构造”、“生成”等术语的讨论是指计算机系统或类似电子计算设备的动作和处理，该动作和处理将表示为计算机系统寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据操纵和变换为类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其它此类信息存储、传输或显示设备内的物理量的其它数据。
本技术的实施例还涉及用于执行本文的操作的装置。该装置(诸如控制单元或通信节点)可以出于所需目的而专门构造，或者它可以包括通用计算机或由存储在计算机中的计算机程序(例如，一组或多组指令)选择性地激活或重新配置的基于处理器的设备。这样的计算机程序可以存储在计算机可读介质中。计算机可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或传输信息的任何机制。例如但不限于，计算机可读(例如，机器可读)介质包括机器(例如，计算机)可读存储介质(例如，只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存存储器设备等)，以及机器(例如，计算机)可读传输介质(电、光、声或其它形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等))。
此外，如对于相关领域的普通技术人员显而易见的，本发明的模块、特征、属性、方法和其它方面可以被实现为软件、硬件、固件或这三者的任意组合。当然，在将本发明的部件实现为软件的任何地方，该部件可以被实现为独立程序、更大程序的一部分、多个单独的程序、静态或动态链接库、内核可加载模块、设备驱动程序和/或计算机编程领域的技术人员现在或将来已知的每个所有其它方式。此外，本技术绝不限于在任何特定操作系统或环境中的实现方式。
作为示例，控制单元可以包括可以用于执行本文公开的任何方法的计算机系统。中央处理单元(CPU)耦合到系统总线。CPU可以是任何通用CPU，但是可以使用其它类型的CPU(或示例性系统的其它部件)的体系架构，只要CPU(和系统的其它部件)支持本文描述的发明性操作即可。CPU可以包含两个或更多个以高频有效时钟速度和/或低频有效时钟速度操作的微处理器。CPU可以是片上系统(SOC)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。CPU可以根据公开的方面和方法来执行各种逻辑指令。例如，CPU可以执行机器级指令，以根据本文公开的方面和方法来执行处理。
计算机系统还可以包括计算机部件，诸如可以是SRAM、DRAM、SDRAM等的随机存取存储器(RAM)。计算机系统还可以包括可以是PROM、EPROM、EEPROM、NAND闪存、NOR闪存等的只读存储器(ROM)。RAM和ROM保持用户和系统数据以及程序，如现有技术中已知的。计算机系统还可以包括输入/输出(I/O)适配器、图形处理单元(GPU)、通信适配器、用户界面适配器和显示适配器。在某些方面和技术中，I/O适配器、用户界面适配器和/或通信适配器可以使用户能够与计算机系统交互以输入信息。
I/O适配器优选地将(一个或多个)存储设备(诸如硬盘驱动器、紧凑盘(CD)驱动器、软盘驱动器、带驱动器等中的一个或多个)连接到计算机系统。当RAM不足以满足与存储用于本技术的实施例的操作的数据相关联的存储器需求时，可以使用(一个或多个)存储设备。计算机系统的数据存储设备可以用于存储如本文公开的那样使用或生成的信息和/或其它数据。通信适配器可以将计算机系统耦合到网络(未示出)，该网络可以包括用于井筒的通信网络和与远程位置进行通信的单独的网络，这可以使信息能够经由网络(例如，广域网、局域网、无线网络、前述的任意组合)输入到系统和/或从系统中输出。用户界面适配器将诸如键盘、指点设备等用户输入设备耦合到计算机系统。显示适配器由CPU或GPU驱动，以通过显示驱动器控制显示设备上的显示。
系统的体系架构可以根据需要变化。例如，可以使用任何合适的基于处理器的设备，包括但不限于个人计算机、膝上型计算机、计算机工作站和多处理器服务器。而且，实施例可以在专用集成电路(ASIC)或超大规模集成(VLSI)电路上实现。实际上，根据实施例，本领域普通技术人员可以使用能够执行逻辑操作的任何数量的合适结构。
如可以认识到的，该方法可以用机器可读逻辑来实现，使得一组指令或代码在被执行时从存储器执行指令或操作。作为示例，计算机系统包括处理器；输入设备和存储器。输入设备与处理器通信并且被配置为接收与地下区域相关联的输入数据。存储器与处理器通信并且存储器具有一组指令，其中该组指令在被执行时被配置为：在井筒内的多个通信节点之间传送数据。每个通信节点被配置为具有基于通信网络的通用通信配置，其中通用通信配置包括在某间隔中的解码设置，其建立用于其余间隔的解码设置以基于解码设置来调整接收通信节点中的通信设置。
在一种或多种配置中，通信节点可以被配置为提供各种增强。通信节点可以被配置为交换小于或等于(≤)20千赫兹或在100赫兹和20千赫兹之间的范围内的低频信号；交换大于(>)20千赫兹或在大于20千赫兹和1兆赫兹之间的范围内的高频信号；和/或：i)监视无线网络中的事件，ii)如果检测到事件，那么修改多个通信节点中的一个或多个通信节点中的设置，iii)如果未检测到事件，那么继续通信，以及iv)重复步骤i)至iii)，直到完成烃操作。
应该理解的是，前述仅仅是本发明的具体实施例的详细描述，并且在不脱离本发明的范围的情况下，可以根据这里的公开内容对所公开的实施例进行多种改变、修改和替换。因此，前面的描述并不意味着限制本发明的范围。而是，本发明的范围仅由所附权利要求及其等同物确定。还可以预期的是，在本示例中实施的结构和特征可以被更改、重新布置、替代、删除、重复、组合或彼此相加。因此，对于本领域的技术人员显而易见的是，对本文所述实施例的许多修改和变化是可能的。如所附权利要求所定义的，所有这样的修改和变化都意图落入本发明的范围内。

Claims (33)

1.一种在与系统相关联的通信网络中的多个通信节点之间传送数据的方法，所述方法包括：
配置通信网络中的所述多个通信节点中的每个通信节点以在数据分组的一部分中发送第一通用通信配置，其中第一通用通信配置包括第一解码设置，所述第一解码设置建立用于解码数据分组的一个或多个其余部分的通信设置；
将所述多个通信节点与系统相关联；
在所述多个通信节点之间进行通信；以及
基于所述多个通信节点之间的数据分组的交换在系统中执行操作；
所述方法还包括：
i)在烃操作期间监视通信网络中的井筒内的事件，其中所述事件是由发送节点检测到井筒内的声学环境的变化；
ii)如果检测到事件，那么修改所述多个通信节点中的一个或多个通信节点中的设置以使用第二通用通信配置，其中所述第二通用通信配置包括建立用于解码数据分组的所述一个或多个其余部分的第二通信设置的第二解码设置；
iii)如果未检测到事件，那么继续在所述多个通信节点之间使用所述第一通用通信配置交换数据分组；以及
iv)重复步骤i)至iii)，直到完成烃操作，其中第一通用通信配置和第二通用通信配置提供基于每个数据分组的解码设置动态改变通信设置的动态机制。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：配置通信网络中的所述多个通信节点中的每个通信节点，以从数据分组的所述一部分接收第一解码设置；以及基于第一解码设置来解码数据分组的所述一个或多个其余部分。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述多个通信节点中的两个或更多个通信节点被配置为经由声学无线连接来交换数据分组。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述多个通信节点中的每个通信节点可以被配置为对于数据分组的第一通用通信配置部分和数据分组的所述一个或多个其余部分具有不同的音调持续时间。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述多个通信节点中的每个通信节点被配置为使用小于10毫秒的音调持续时间来发送第一通用通信配置。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述多个通信节点中的每个通信节点被配置为在1毫秒和1秒之间的范围内的音调持续时间发送第一通用通信配置。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述多个通信节点中的每个通信节点被配置为在2毫秒和20毫秒之间的范围内的音调持续时间发送第一通用通信配置。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述多个通信节点中的每个通信节点被配置为对于数据分组的第一通用通信配置部分和数据分组的其余部分具有不同的电压幅度。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述多个通信节点中的每个通信节点被配置为以如下通信设置发送第一通用通信配置，所述通信设置的电压幅度为用于数据分组的所述一个或多个其余部分的通信设置的电压幅度的两倍或更多倍。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述多个通信节点中的每个通信节点被配置为以如下通信设置发送第一通用通信配置，所述通信设置的电压幅度为用于数据分组的所述一个或多个其余部分的通信设置的电压幅度的四倍或更多倍。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述多个通信节点中的每个通信节点被配置为对于数据分组的第一通用通信配置部分和数据分组的所述一个或多个其余部分具有不同的音调幅度。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述多个通信节点中的每个通信节点被配置为以如下通信设置发送第一通用通信配置，所述通信设置的音调幅度为用于数据分组的所述一个或多个其余部分的通信设置的音调幅度的两倍或更多倍。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述多个通信节点中的每个通信节点被配置为以如下通信设置发送第一通用通信配置，所述通信设置的音调幅度为用于数据分组的所述一个或多个其余部分的通信设置的音调幅度的四倍或更多倍。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述多个通信节点中的每个通信节点被配置为对于数据分组的第一通用通信配置部分和数据分组的所述一个或多个其余部分具有不同的符号时间。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述多个通信节点中的每个通信节点被配置为以如下通信设置发送第一通用通信配置，所述通信设置的符号时间比用于数据分组的所述一个或多个其余部分的通信设置的符号时间大至少两毫秒。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述多个通信节点中的每个通信节点被配置为以如下通信设置发送第一通用通信配置，所述通信设置的符号时间比用于数据分组的所述一个或多个其余部分的通信设置的符号时间大至少10％。
17.如权利要求1所述的方法，其中数据分组的第一通用通信配置部分是数据分组的初始部分。
18.如权利要求1所述的方法，还包括：将通信网络中的所述多个通信节点中的每个通信节点配置为在数据分组的第三部分中发送第三通用通信配置，其中第三通用通信配置包括第三解码设置，所述第三解码设置建立用于解码数据分组的所述一个或多个其余部分的第三通信设置。
19.如权利要求1所述的方法，其中可以在所述多个通信节点之间的数据分组的交换中动态地调整第一通用通信配置。
20.如权利要求1所述的方法，还包括将所述多个通信节点和一个或多个管状构件布置在井筒内。
21.如权利要求1所述的方法，还包括沿着海底导管布置所述多个通信节点和一个或多个管状构件。
22.如权利要求1所述的方法，还包括沿着管线布置所述多个通信节点和一个或多个管状构件。
23.如权利要求1所述的方法，还包括沿着钻柱布置所述多个通信节点和一个或多个管状构件。
24.如权利要求1所述的方法，其中第一通用通信配置还包括用于检测数据分组中的任何错误的错误校正设置。
25.如权利要求1所述的方法，还包括：
确定第一通用通信配置；
获得地下区域的井数据；以及
基于井数据创建通信网络；其中通信网络包括布置在井筒内的所述多个通信节点。
26.如权利要求1所述的方法，其中所述多个通信节点之间的通信包括交换小于或等于20千赫兹的低频信号。
27.如权利要求1所述的方法，其中所述多个通信节点之间的通信包括交换在100赫兹和20千赫兹之间的范围内的低频信号。
28.如权利要求1所述的方法，其中所述多个通信节点之间的通信包括交换大于20千赫兹的高频信号。
29.如权利要求1所述的方法，其中在井筒内的所述多个通信节点之间进行通信以执行烃操作包括：交换范围在20千赫兹和1兆赫兹之间的高频信号。
30.如权利要求1所述的方法，其中所述多个通信节点中的第一组通信节点布置在井筒的不受监视部分中，并且所述多个通信节点中的第二组通信节点布置在井筒的受监视部分中。
31.如权利要求1所述的方法，其中所述事件是通信网络在井筒内未能正确操作的故障。
32.如权利要求1所述的方法，其中在所述多个通信节点之间进行通信包括在所述多个通信节点中的两个或更多个通信节点之间执行同时的数据分组交换。
33.如权利要求1所述的方法，其中所述通信节点包括感测部件，所述感测部件被利用以测量和监视井筒内的条件以调整通信设置。
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