CN111201727B - 利用混合通信网络进行烃操作的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于沿着一个或多个管状构件使用不同类型的通信网络的方法和系统。该方法包括沿着一个或多个管状构件构建通信网络，该通信网络可以进入地下区域并且在诸如烃勘探、烃开发和/或烃生产之类的烃操作中使用该通信网络。

Description

利用混合通信网络进行烃操作的方法和系统
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 PerformingHydrocarbon Operations with Mixed Communication Networks”的美国临时申请No.62/572,211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”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。
本申请涉及以下具有共同发明人和受让人的并且在同日提交的美国临时申请：于2017年10月13日提交的题为“Method and System For Performing Operations UsingCommunications”的美国临时申请No.62/572,146(2017EM250)、于2017年10月13日提交的题为“Method And System For Performing Communications Using Aliasing”的美国临时申请No.62/572,142(2017EM317)、于2017年10月13日提交的题为“Method and SystemFor Performing Operations With Communications”的美国临时申请No.62/572,147(2017EM251)、于2017年10月13日提交的题为“Method And System For PerformingWireless Communications Along A Drilling String”的美国临时申请No.62/572,201(2017EM326)、于2017年10月13日提交的题为“Method and System for PerformingHydrocarbon Operations With Mixed Communication Networks”的美国临时申请No.62/572,211(2017EM252)、于2017年10月13日提交的题为“Dual Transducer CommunicationsNode Including Piezo Pre-Tensioning for Acoustic Wireless Networks and MethodEmploying Same”的美国临时申请No.62/572,152(2017EM325)以及于2017年10月13日提交的题为“Method And System For Performing Wireless Communications Along ADrilling String”的美国临时申请No.62/572,152，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烃(hydrocarbon)勘探、烃开发和烃生产领域，并且更特别地涉及沿着一个或多个管状构件通信。具体而言，本公开涉及用于在沿着一个或多个管状构件，诸如沿着井筒(wellbore)内的套管(casting)或油管(tubing)、沿着海底导管(conduit)和/或沿着管线(pipeline)布置的通信节点之间进行声、电和/或光通信，以获得井筒测量结果和增强操作的方法和系统，其中操作可以包括烃操作，诸如烃勘探、烃开发和/或烃生产。
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。
信息的交换可以用于管理操作。作为示例，已经在烃勘探、烃开发和/或烃生产操作中提出了几种实时数据系统或方法。为了交换信息，设备可以利用物理连接或无线连接进行通信。作为第一个示例，将诸如缆线、电导体或光缆之类的物理或硬接线连接固定到管状构件，该管状构件可以用于评估地下条件。缆线可以固定到管状构件的内部部分(诸如导管)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设置在井筒内的管状构件部分，因此使用物理缆线可能是困难的。相应地，安装到井中的管状构件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管状构件。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的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和报告感测测量结果或各种地下工具或结构的状态。此类技术被称为无线遥测。在某些环境中或某些操作过程中，使用无线电传输也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。这样的系统在本文中可以被称为频谱受限的系统。频谱受限的系统的示例是井，诸如烃井，其包括沿着井的长度间隔开的多个通信节点。
在某些情况下，可能期望在这种频谱受限的环境中以声信号的形式传输数据。但是，通常无法有效利用常规的数据传输机制。例如，声学通信的方法可以利用包括沿着音调传输介质的长度间隔开的各种通信节点的声学无线网络。这些通信节点可以彼此交换信号以管理井筒内的数据的交换，并且可以与用于管理烃操作的计算机系统交换信号。
因此，工业上仍然需要更高效并且可以减轻与嘈杂和无效通信相关联的问题的方法和系统。此外，仍然需要高效的方案来沿着管状构件执行声学通信。本技术提供了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，描述了一种用于在多个通信节点之间传送数据的方法，该多个通信节点可以沿着波传播通道、音调传输介质、声学通道、通信介质和/或沿着一个或多个管状构件布置。该方法包括：提供包括第一类型的通信网络和第二类型的通信网络的通信网络；沿着一个或多个管状构件布置第一多个通信节点以形成第一类型的通信网络；沿着一个或多个管状构件布置第二多个通信节点以形成第二类型的通信网络；获得沿着一个或多个管状构件内的测量结果；通过第一类型的通信网络和第二类型的通信网络经由信号将获得的测量结果传送到控制单元；以及用获得的测量结果执行操作，该操作可以包括烃操作。
在另一个实施例中，描述了一种用于沿着一个或多个管状构件传送数据的通信系统。该系统可以包括：沿着一个或多个管状构件布置以形成第一类型的通信网络的第一多个通信节点；沿着一个或多个管状构件布置以形成第二类型的通信网络的第二多个通信节点，其中第二类型的通信网络在与第一类型的通信网络不同的频率范围内操作；以及被配置为与通信网络交换数据的控制单元。
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是图1的通信节点的示例性视图。
图3是根据本技术的实施例的示例性流程图。
图4是井内的声学通信系统的示例性图。
图5是井内的声学通信系统的另一个示例性图。
图6是井内的声学通信系统的又一个示例性图。
图7是井内的声学通信系统的又一个示例性图。
图8A和8B是用于在通信节点中使用的缓冲器配置的示例性图。
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“只有一个”或“恰好一个”，或者，当在权利要求中使用时，“由...组成”)将指确切地包括多个元素或元素列表中的一个元素。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，“任一”、“…之一”、“仅…之一”或“确切地…之一”)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，术语“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“确切地”，与下面关于范围和数值数据的讨论一致。
如本文所使用的，术语“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术语“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可选地存在元素，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”、“A、B和/或C”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在一起。
如本文所使用的，除非另外明确指出，否则术语“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，术语“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，术语“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，术语“确定”涵盖各种各样的动作，因此“确定”可以包括计算、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)、确定等。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，术语“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，术语“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，术语“地层”是指任何可定义的地下区域。地层可以包含任何地质层的一个或多个含烃层、一个或多个非含烃层、上覆岩层和/或下覆岩层。
如本文所使用的，术语“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。衍生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，术语“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以及与数据相关联的建模来识别烃类聚合的潜在位置进行的获得测量结果的任何活动。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，术语“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为识别优选的开发方案和方法而进行的数据的相关联建模。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、确定和计划要用于从地下地层开采烃的装备以及要利用的技术等。
如本文所使用的，术语“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(C)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(distribution operation)。
如本文所使用的，术语“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，“模式”是指与特定设置、特定配置或多个设置和/或配置相关联的功能状态。例如，模式可以涉及使用低频有效时钟速度来解码传入信号。作为另一个示例，模式可以涉及使用高频有效时钟速度来解码传入信号。作为又一个示例，模式可以涉及监听信号并且可以附加地涉及使用特定形式的检测，诸如窗口化、滑动窗口、数据平滑、统计平均、趋势检测、多方图等。
如本文所使用的，“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，“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，术语“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，术语“最优”、“优化”、“最优性”(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)在最大化、最小化或以其它方式控制一个或多个其它因素等方面，根据竞争和/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”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，以排除水分或蒸汽。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术语“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叙述了一样。例如，大约1至大约200的范围应当被解释为不仅包括明确列举的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陈述该范围的下限值的权利要求限制以及对仅陈述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为陈述“大于10”(没有上限)的权利要求和陈述“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，术语“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，术语“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、电容、应变、声音、孔隙率、断裂特性或其它地层数据。替代地，传感器可以是位置传感器。
如本文所使用的，术语“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，术语“地下”是指发生在地球表面下方出现的地质层。
如本文所使用的，术语“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，术语“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，术语“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。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。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。
如本文所使用的，“区”、“区域”、“容器”或“隔间”是框架或模型中包含的定义的空间、面积或体积，其可以由包含感兴趣的面积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。
信息交换可以用于管理不同技术的操作。作为示例，通信网络可以包括沿着一个或多个管状构件布置的通信节点。通信节点可以沿着井筒内的套管或油管、沿着海底导管和/或沿着管线分布，以增强相关联的操作。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实时或并行操作，例如诸如涉及烃勘探操作、烃开发操作和/或烃生产操作之类的操作。在烃操作中，该系统或方法可以涉及经由通信网络(例如，声学井下无线网络)进行声学通信，该通信网络可以包括沿着音调传输介质(例如，导管)的长度间隔开的各种通信节点。这些通信节点可以彼此交换信号以管理井筒内的数据交换，并且可以与用于管理烃操作的计算机系统交换信号。作为示例，通信节点可以经由通过音调传输介质发送和/或接收的声学音调的一个或多个频率来交换分组。
在某些配置中，通信节点可以包括将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在音调传输介质(诸如管状构件或管状构件内部的液体)内生成和/或诱发一个或多个声学音调。替代地，导管是指可以例如存在于地层和管状构件之间的液体的声学通道。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接收和/或解码来自音调传输介质的声学音调。解码部件可以包括用于修改接收到的信号的滤波器，其可以包括例如高通滤波器。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，该一个或多个传感器可以被配置为获得与井下环境和/或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，使得它们可以被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。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，与较大的换能器在其相应的共振频带附近发送声信号相比，较小的换能器使用较少的能量在共振频带附近发送声信号。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。使用小型发射换能器和接收换能器的好处在于，小因子换能器实现了紧凑的通信节点。
由于在井筒环境中遇到的问题，井下通信应该是鲁棒的、相对低成本的，并且可以被配置为提供来自物理采样的感测信息和感测点的数量。为了解决这些问题，可以利用低频声网络，但是低频声网络往往较大、昂贵和/或提供有限的数据速率。低频通信节点(例如，利用较低频率的声学遥测设备)的大小无法进行精细采样(例如，在水力压裂阶段中每个裂缝簇附近)。为了提供测量数据，可以利用高频网络，并且该高频网络可以包括高频通信节点，诸如超声感测和遥测通信节点。高频通信节点为将各种通信节点定位在沿着井筒的位置(例如，沿着多区完井的点处)提供了较小的设备维度和较低的费用。但是，由于利用低频的这种通信节点的范围有限，因此与低频声网络相比，高频通信节点可能涉及更多数量的通信节点。通信节点的这种配置对于井筒的垂直部分可能是昂贵的。作为示例，垂直部分可以包括地面和井筒内的装备之间的大约10,000英尺的距离。对于更高频率的无线网络，必须大约每40英尺安装一个通信节点，这将涉及对于10,000英尺的垂直部分使用250个设备。作为另一个示例，通信节点可以大约每80英尺安装一次，这将涉及对于10,000英尺的垂直部分使用125个通信节点。
本技术包括用于井下通信网络的配置，该网络包括可以提供对烃操作的增强的两种或更多种类型的网络(例如，一个或多个低频通信节点的低频网络、一个或多个高频通信节点的高频网络和/或有线通信节点)的组合。作为示例，不同类型的无线网络的组合可以包括将低频通信节点用于不涉及感测的位置(例如，在井筒的未完成的垂直部分中)。低频网络可以涉及低频、远程遥测系统，该系统可以用于具有较低系统复杂度(例如，超过一千英尺的井下距离)的最佳性能。高频网络可以包括高频通信节点，其可以用于涉及感测的位置(例如，接近完井或感兴趣的区域)。与低频通信节点所使用的低频传播波相比，高频通信节点可以生成并接收更高频率的传播波或振动。有线网络可以包括有线通信节点，该有线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)，并且可以生成和接收传播波或振动。因此，通信网络可以涉及优化或调节通信速度、降低网络成本、增强网络的可靠性、减少对操作和生产的干扰和/或提供优选的感测密度。
本技术可以涉及组合两种或更多种类型的通信网络以增强操作，操作可以包括烃操作。两种或更多种井下类型的通信网络可以用于匹配特定配置的复杂度，并且可以用于针对沿着管状构件(例如，在井筒内)的每个区域中的特定应用优化成本、速度和性能。两种或更多种类型的通信网络，诸如无线网络，其可以包括低频网络、高频网络和/或无线电网络。因此，可以使用不同的通信节点来形成不同的网络。通信节点可以包括一个或多个低频通信节点、一个或多个高频通信节点；一个或多个双网络通信节点或接口通信节点(例如，被配置为与高频和低频信号通信的通信节点)；和/或被配置为与低频和/或高频射频(RF)通信的一个或多个通信节点。作为示例，基于超声的声学遥测通信节点(可以包括从10英尺到100英尺范围的遥测)可以被配置为在特定区域(例如，多区域完井水平部分)中提供更高密度的通信节点，而低频声学遥测通信节点可以跨越仅有几个低频通信节点(例如，1000英尺范围)的其它区域(例如，水平部分上方的垂直部分)。较高密度的通信节点可能涉及几米或10英尺至40英尺和每1000英尺至3,000英尺一个感测点。
作为示例，配置可以包括两种或更多种类型的无线网络的组合，其可以包括不同的通信节点。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。
在某些配置中，本技术可以包括通信节点，该通信节点包括双重网络功能(例如，高频和低频声学和/或振动遥测和/或与射频结合的声学遥测)。通信节点可以被配置为与边界处的两种或更多种类型的无线网络(例如，彼此靠近的低频或高频通信节点)通信。这样的通信节点可以被称为双频通信节点或接口通信节点。接口通信节点可以包括附加的压电换能器或其它振动生成能力，或者压电换能器和射频天线。
在其它配置中，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，即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。
在第一配置中，可以利用两个或更多个无线通信节点来提供冗余。作为示例，可以将高频通信节点(例如，被配置为以高频操作的声学遥测通信节点)布置在井筒的两个或更多个部分中。例如，低频通信节点(例如，被配置为以低频操作的声学遥测通信节点)可以被定位在用于相应类型的无线网络的可靠通信范围的一半或更少处。这种配置可能没有其它网络配置复杂。由于通信节点可以与不同类型的无线网络相关联，因此该配置可以包括大量的通信节点。另外，无线通信节点也可以与有线通信节点一起使用以为该系统提供冗余。
在第二配置中，通信网络可以包括第一类型的无线网络或用于不受监视部分的第一有线网络，而第二类型的无线网络可以用于受监视部分。作为示例，可以将高频通信节点的高频网络布置在要监视的井筒的部分中(例如，感兴趣区域)，而将低频通信节点布置在井筒的未被监视的其它部分中。高频通信节点之间的物理间距可以取决于相邻环境以及应用驱动的感测要求。低频网络和高频网络之间的过渡部分中的通信节点(诸如接口通信节点)可以专门被配置为提供数据流传输、缓冲和/或临时存储能力。另外，无线通信节点还可以与可在不受监视部分和/或受监视部分中使用的有线通信节点一起使用。
在第三配置中，井下通信网络可以包括用于管理沿着井筒的通信的第一类型的无线网络作为通过井筒的主要网络，而第二类型的无线网络或有线网络可以用作井筒内的集群。作为示例，可以将高频通信节点布置在要监视的特定部分或集群中，而将低频通信节点沿着井筒通过各个部分(诸如要被监视的部分和不被监视的部分)散布。低频通信节点可以被配置为作为主要网络(例如，网络中的数据集线器、网关和/或冗余节点)操作。为了数据中继目的，可以将从高频通信节点收集到的数据传输到中间低频通信节点。在低频通信节点形成各种低频网络作为集群的情况下，低频网络可以与高频网络集成，高频网络包括布置在各个部分中的高频通信节点，这些节点在空间上可能在高频网络的集群中彼此远离。此外，低频通信节点还可以为高频通信节点之间的通信较弱或无法建立的环境提供通信路径冗余。
在第四配置中，井下无线网络可以包括用于不受监视部分的第一类型的无线网络，而第二类型的无线网络可以在受监视部分中使用并且第三类型的无线网络可以在其它不受监视部分中使用。作为示例，可以将高频通信节点布置在要监视的部分(例如，感兴趣区域)中，而将低频通信节点布置在未被监视的其它部分中，这类似于第二配置。另外，射频通信节点可以用于提供射频无线通信，并且可以被配置为与低频通信节点和/或高频通信节点通信。可以在确定为射频通信介质优选的部分中利用射频通信节点。射频通信节点与低频和/或高频声网络之间的过渡部分中的通信节点可以被配置为提供数据流传输、缓冲和/或临时存储能力。另外，无线通信节点也可以与可以在垂直部分和/或受监视部分中使用的有线通信节点一起使用。
在各种配置中，可以使用通信节点的不同类型的无线网络的使用来调节组合的网络。组合的无线网络的调节可以涉及基于井的结构、介质、套管状况来改变所利用的声音和/或振动。
通信网络的创建可能受各个方面的影响。作为第一方面，诸如管状构件周围的粘土或水泥之类的局部介质可以优选地在高频信号或低频信号下操作或在高频信号或低频信号下更好地操作。但是，由于套管波导占主导地位，因此局部介质可能是次要的。作为第二方面，低频信号和高频信号的组合可以用于在通信节点所跨越的范围或距离中提供灵活性。例如，配置可以优选地将高频通信节点布置在感兴趣的区域附近(例如，套管穿孔、生产套筒或烃操作的其它位置)，其中低频通信节点的尺寸、成本和质量可能会阻止使用低频通信节点。低频通信节点可以布置在未被监视的区域中以在通信节点之间提供更大的间隔。
如可以认识到的，与经由低频信号的无线通信相比，经由高频信号的无线通信可以实现更高的数据速率。因此，除非执行特定步骤来管理通信交换，否则高频和低频网络(例如，高频通信节点和低频通信节点)之间的接口可能导致数据丢失。另外，利用不同类型的通信节点可能由于基于网络中最慢的通信节点限制了通信的速度和吞吐量而限制了组合网络的操作。因此，高频通信节点可以以极慢的速率操作而不使低频通信节点过载。因此，可以在各种接口配置中执行高频和低频网络之间或者甚至有线和无线网络之间的接口。
第一接口配置可以涉及缓冲配置。在这样的配置中，每个接口通信节点可以包括足够的存储器(例如，用于处理通信的附加存储器)，并且可以包括压缩算法。接口通信节点可以全速从高频网络中的高频通信节点接收数据，同时针对该网络同时将数据全速发送到低频网络中的低频通信节点。缓冲器可以包括队列，当接收到数据时在一端将数据添加到该队列，然后在发送时在另一端移除数据。有利的是，缓冲配置提供了在低频网络和高频网络上通信以及针对各个网络以全速(并同时)操作的能力，从而可以更高效地利用通信通道。此外，缓冲配置为高频通信节点提供了显著的能量节省，因为与类似的低频通信节点可以执行类似数据的传输相比，高频通信节点可以更快地执行传输并且进入睡眠模式以节省功率。另一个好处是能够在低频网络中的低频通信节点进行传输之前压缩或汇总累积的数据，这通过减少在低频网络上交换的数据量来缓解低频网络上的低频通信节点的较慢性能。该配置也可以用于有线网络和无线网络之间的交换。
缓冲配置涉及使用足够的存储器来容纳来自高频网络中的高频通信节点的尽可能最长的传输(或者反过来说，高频网络传输的限制在于接口通信节点上的存储器大小)。对接口通信节点中的待决数据缓冲区执行压缩或汇总的能力可以是与不必执行此类缓冲的其它通信节点不同的配置(例如，其它通信节点可以将高速缓存的数据管理为静态的)。实际上，其它通信节点考虑了累积数据的责任(和增加的等待时间)，而接口通信节点提供了压缩或汇总数据以增强性能和/或增强较慢网络(例如，低频网络)上的能量节省的能力。通信节点可以包括缓冲存储器，并且可以被配置为执行队列行为，该队列行为可以使用压缩或者可以不使用压缩。当从高频到低频(例如，从快到慢)传输时，可能发生缓冲和压缩。
第二接口配置可以涉及调步(pacing)配置。调步配置可以包括一个或多个接口通信节点，该一个或多个接口通信节点可以被配置为在高频网络上传输，该高频网络可以每N个符号时间或间隔发送一次数据，以考虑低频网络上的低频通信节点的较慢数据传输。在这样的配置中，接口通信节点可以被配置为维持传入和传出数据之间的步伐。当不传输到接口通信节点时，高频网络上的高频通信节点可以继续正常操作。该方案不限制来自高频网络的传输的大小，并且不涉及接口通信节点上更大或过多的缓冲存储器。此外，高频通信节点可以在发送的符号之间进入睡眠模式，从而节省大量能量。该配置也可以用于有线网络和无线网络之间的交换。
在某些配置中，通信节点可以被配置为利用混叠来增强通信。在这样的配置中，通信节点可以利用高频换能器来发送信号，并且利用高频换能器来接收信号，因为它可以被配置为处理混叠的信号。作为示例，通信节点可以包括以一种或多种有效时钟速度操作的处理器。通信节点可以以高频有效时钟速度和/或低频有效时钟速度进行操作。有效时钟速度是在包括适用的时钟倍增器或时钟分频器之后处理器操作的时钟速度。因此，采样频率等于有效时钟速度，而遥测频率是给定遥测音调的频率。通信网络可以使用混叠来使得能够在通信节点中使用低频有效时钟速度来接收信号，并且可以在通信节点中使用高频有效时钟速度来发送信号，这是节省能量的配置。因此，通信节点可以被配置为通过使用高速有效时钟速度来发送信号并且通过使用低速有效时钟速度来接收信号而具有更高的能量效率。作为示例，低频有效时钟速度与高频有效时钟速度之比可以大于1:2(例如，该比率包括1:3、1:5、1:9等的比率)；可以大于1:4；可以大于1:10；在1:2和1:1000之间的范围内；在1:4和1:100之间的范围内和/或在1:10和1:80之间的范围内。在其它配置中，奈奎斯特频率与接收通信节点相关联，并且基于在接收通信节点处生效的有效时钟速度。例如，发送的信号频率可以大于奈奎斯特频率；可以大于奈奎斯特频率的两倍；可以大于奈奎斯特频率的三倍；或者发送的信号频率可以大于奈奎斯特频率的四倍。奈奎斯特频率与发送的信号频率之比可以在1:1和1:1,000之间的范围内；可以在1:1和1:100之间的范围内；和/或可以在1:1和1:10之间的范围内。作为另一个示例，可以解码比采样频率更高的频率的发送的信号，以提供用于对分组的其余部分进行解码的信息。
在其它配置中，该方法和系统包括用于在通信网络(例如，声学无线网络)的通信节点中节省功率的机制。功率节省可以包括通过进入较低功率状态持续时间的较低功率状态并随后转变为监听状态持续时间的监听状态来重复且顺序地循环多个通信节点中的给定通信节点多个循环。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时间、接收所接收到的声学音调，以及响应于接收，通过将给定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所发送的声学音调。
在一个或多个配置中，通信网络可以是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：高频通信网络，其包括高频通信节点；和/或低频通信网络，其包括低频通信节点。作为示例，本技术可以包括利用不同类型的通信节点(例如，低频通信节点和/或高频通信节点)以形成可以包括不同类型的网络的通信网络的配置。这些不同的通信节点可以沿着一个或多个管状构件分布以增强操作，该一个或多个管状构件可以在井筒内、沿着管线或者沿着海底管状构件。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)。与低频通信节点所使用的低频相比，高频通信节点可以涉及更高的频率。
作为另一个示例，通信网络可以包括低频通信节点；高频通信节点；有线通信节点；被配置为与高频和低频信号(例如，声学信号和/或振动信号)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；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或有线网络。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，由于在某些环境(例如，井筒)中物理电缆可能难以沿着管状构件部署，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处(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中的位置处或涉及感测的部分(例如，井筒的受监视部分)。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。
因此，本技术可以通过使用无线网络来增强烃操作。例如，描述了一种用于沿着一个或多个管状构件在多个通信节点之间传送数据的方法。该方法包括：提供包括第一类型的通信网络和第二类型的通信网络的通信网络；沿着一个或多个管状构件布置第一多个通信节点以形成第一类型的通信网络；沿着一个或多个管状构件布置第二多个通信节点以形成第二类型的无线网络；获得沿着一个或多个管状构件内的测量结果；通过第一类型的通信网络和第二类型的通信网络经由信号将获得的测量结果传送到控制单元；以及利用获得的测量结果执行烃操作。
在一种或多种配置中，该方法可以包括各种增强。该方法可以包括：其中第一类型的通信网络和第二类型的通信网络是不同类型的通信网络(例如，无线网络)；经由第二多个通信节点交换高频信号，以及与第一多个通信节点交换低频信号、与第一多个通信节点交换声学高频信号或声学低频信号之一；与第一多个通信节点交换振动高频信号或振动低频信号和与第一多个通信节点交换低射频信号或高射频信号及其任意组合；其中低频信号小于或等于(≤)20千赫兹、在100赫兹和20千赫兹之间的范围内，或在1千赫兹和20千赫兹之间的范围内；其中高频信号大于(>)20千赫兹、在大于20千赫兹和1兆赫兹之间的范围内，或在大于20千赫兹和500千赫兹的范围内；其中第一类型的通信网络是有线网络，并且第二类型的通信网络是无线网络；其中第一多个通信节点包括两个或更多个低频通信节点，并且第一类型的通信网络利用低频信号进行操作；并且第二多个通信节点包括两个或更多个高频通信节点，并且第二类型的通信网络利用高频信号进行操作；其中第一多个通信节点和第二多个通信节点沿着一个或多个管状构件布置，以沿着一个或多个管状构件提供冗余通信；其中第一多个通信节点布置在沿着一个或多个管状构件的不受监视部分中，并且第二多个通信节点布置在沿着一个或多个管状构件的受监视部分中；第三类型的通信网络的第三多个通信节点沿着一个或多个管状构件布置，其中第三多个通信节点被配置为与第一多个通信节点和第二多个通信节点中的一个或多个通信；经由一个或多个接口通信节点在第一类型的通信网络和第二类型的通信网络之间交换数据分组；其中一个或多个接口通信节点包括存储器和至少一个压缩算法，该至少一个压缩算法被配置为压缩从第一类型的通信网络传递到第二类型的通信网络的数据，其中第一类型的通信网络处于比第二类型的通信网络更高的频率范围；其中一个或多个接口通信节点包括存储器，该存储器被配置为存储从第一类型的通信网络和第二类型的通信网络接收到的数据分组；从第二类型的通信网络向第一类型的通信网络发送数据分组；以及从第一类型的通信网络向第二类型的通信网络发送数据分组；其中一个或多个接口通信节点被配置为同时从第二类型的通信网络向第一类型的通信网络发送分组和从第一类型的通信网络向第二类型的通信网络发送分组；其中一个或多个接口通信节点包括存储器，该存储器被配置为存储从第一类型的通信网络和第二类型的通信网络接收到的数据分组；从第二类型的通信网络向第一类型的通信网络发送数据分组；以及从第一类型的通信网络向第二类型的通信网络发送数据分组，其中数据分组在第一类型的通信网络上在多个时间间隔中的一个时间间隔被发送并且对于第二类型的通信网络在每个间隔被发送以考虑第二类型的通信网络上较慢的数据传输；将一个或多个管状构件布置在井筒内并且控制单元位于井筒的表面处；沿着海底导管布置多个通信节点和一个或多个管状构件；和/或沿着管线布置多个通信节点和一个或多个管状构件。
在另一个配置中，描述了一种用于沿着一个或多个管状构件传送数据的通信系统。该系统可以包括：沿着一个或多个管状构件布置以形成第一类型的通信网络的第一多个通信节点；沿着一个或多个管状构件布置以形成第二类型的通信网络的第二多个通信节点，其中第二类型的通信网络在与第一类型的通信网络不同的频率范围内操作；以及被配置为与通信网络交换数据的控制单元。
在其它配置中，系统可以包括各种增强。该系统可以包括：其中第一类型的通信网络和第二类型的通信网络是不同类型的无线网络；其中第一多个通信节点包括一个或多个低频通信节点、被配置为与声学高频信号和声学低频信号通信的一个或多个通信节点；被配置为与振动高频信号和振动低频信号通信的一个或多个通信节点；被配置为与低频射频信号和/或高频射频信号通信的一个或多个通信节点及其任意组合之一；并且第二多个通信节点包括一个或多个高频通信节点；其中低频通信节点被配置为发送和接收小于或等于(≤)20千赫兹、在100赫兹和20千赫兹之间的范围内，或在1千赫兹和20千赫兹之间的范围内的信号；其中高频通信节点被配置为发送和接收大于(>)20千赫兹、在大于20千赫兹和1兆赫兹之间的范围内，或在大于20千赫兹和500千赫兹之间的范围内的信号；其中第一类型的通信网络是有线网络，并且第二类型的通信网络是无线网络；其中第一多个通信节点包括两个或更多个低频通信节点，并且第一类型的通信网络利用低频信号进行操作；并且第二多个通信节点包括两个或更多个高频通信节点，并且第二类型的通信网络利用高频信号进行操作；其中第一多个通信节点和第二多个通信节点沿着一个或多个管状构件布置，以沿着一个或多个管状构件提供冗余通信；其中第一多个通信节点布置在沿着一个或多个管状构件的不受监视部分中，并且第二多个通信节点布置在沿着一个或多个管状构件的受监视部分中；第三类型的通信网络的第三多个通信节点沿着一个或多个管状构件布置，其中第三多个通信节点被配置为与第一多个通信节点和第二多个通信节点中的一个或多个通信；一个或多个接口通信节点被配置为在第一类型的通信网络和第二类型的通信网络之间交换数据分组；其中一个或多个接口通信节点包括存储器和至少一个压缩算法，该至少一个压缩算法被配置为压缩从第一类型的通信网络传递到第二类型的通信网络的数据，其中第一类型的通信网络以比第二类型的通信网络更高的频率范围操作；其中一个或多个接口通信节点包括存储器，该存储器被配置为存储从第一类型的通信网络和第二类型的通信网络接收到的数据分组；从第二类型的通信网络向第一类型的通信网络发送数据分组；以及从第一类型的通信网络向第二类型的通信网络发送数据分组；其中一个或多个接口通信节点被配置为同时从第二类型的通信网络向第一类型的通信网络发送数据分组和从第一类型的通信网络向第二类型的通信网络发送数据分组；其中一个或多个接口通信节点包括存储器，该存储器被配置为存储从第一类型的通信网络和第二类型的通信网络接收到的数据分组；从第二类型的通信网络向第一类型的通信网络发送数据分组；以及从第一类型的通信网络向第二类型的通信网络发送数据分组，其中数据分组在第一类型的通信网络上在多个时间间隔中的一个时间间隔被发送并且对于第二类型的通信网络在每个间隔被发送以考虑第二类型的通信网络上较慢的数据传输；和/或其中一个或多个管状构件布置在井筒内、布置在海底管道内或布置在管线内。
有利的是，本技术为烃操作提供了各种增强。本技术可以利用两种或更多种类型的无线网络和相关联的通信节点，这在井下无线通信中提供了灵活性。因此，可以参考下面进一步描述的图1至图8B来进一步理解本技术。
图1是被配置为利用包括两种或更多种类型的通信节点的无线网络的井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。井100可以是烃井、生产井和/或注入井。
井100还包括通信网络(例如，声学无线网络)。通信网络可以是包括多个通信节点114和顶侧通信节点或控制单元132的井下声学无线网络。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内并与控制单元132进行通信，可以利用井下通信网络，其可以包括两种或更多种类型的无线网络和/或有线网络的组合，其可以包括与相应的网络相关联的不同的通信节点。通信节点114可以包括低频通信节点；高频通信节点；有线通信节点；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。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可以根据给定通信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可以包括编码和解码功能或结构，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(诸如Wi-Fi通信)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，可以利用这些方法在任何适当的通信网络(例如，声学无线网络和/或有线网络)中经由声学音调或信号进行通信。作为示例，通信网络可以在海底井中和/或在海底环境内延伸的海底管状构件的情况下使用。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第一无线网络类型的第一频率范围和/或用于第二无线网络类型的第二频率范围。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、导管的内表面或外表面上、井筒内的表面上或装备上。
作为具体示例，通信节点可以被结构化和布置成在所选择的位置处附接到导管的表面(例如，内表面或外表面)。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)，环氧树脂或其它合适的声学耦合剂可以用于结合(例如，机械或化学结合)。通过附接到管状构件的外表面，通信节点可以不干扰管状部分的内孔内的流体的流动。设备还可以或替代地在高频下操作。
图2A是示例性通信节点的图200。通信节点200可以包括壳体202以及处理器或中央处理单元(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。而且，CPU 204可以包括片上系统、可编程片上系统、数字信号处理器、专用集成电路、微处理器、微控制器、单处理器、多个处理器(包括不同类型/速度)、分立处理器、现场可编程门阵列和/或其它类似处理器的设备。此外，通信节点可以包括时钟，或者CPU 204可以包括和/或以不同的有效时钟速度操作，诸如低频和/或高频。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。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、NAND闪存、NOR闪存等的只读存储器(ROM)。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内的可以包括一个或多个换能器的一个或多个编码部件208，以及一个或多个解码部件210。编码部件208可以被布置在壳体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。编码部件208和解码部件210可以包括存储在存储器中的指令，并且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成声学音调。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、温度测量、流体流动测量、振动测量、电阻率测量、电容测量、应变测量、声学测量、仿真(simulation)和/或水力压裂特性测量、化学物质测量、位置测量和其它合适的测量。
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的维度被确定为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、第一换能器256、第二换能器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。作为优选配置，通信节点可以包含两个或更多个处理器或微处理器。而且，换能器256和258可以是电声换能器。
为了在通信节点之间进行通信，第一换能器256和第二换能器258可以被配置为将声能转换成电能(或反之亦然)，并且在附接到管状构件的一侧上与外壁260声学耦合。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提供用于在井筒上方或井筒下方从节点到节点传输和接收声信号的机制。在某些配置中，被配置为用作中间通信节点250的发射器的第二电声换能器258也可以产生声学遥测信号。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。因此，换能器可以被配置为仅接收信号、仅发送信号、或接收信号并发送信号。
此外，通信节点250的内部部件可以包括保护层268。保护层268封装电子电路板266、电缆264、电源254以及换能器256和258。该保护层268可以提供附加的机械耐久性和湿气隔离。通信节点250也可以被流体密封在壳体252内，以保护内部电子器件不暴露于非期望的流体和/或在壳体的空隙内维持介电完整性。内部电子器件的一种保护形式是使用灌封材料。
为了将通信节点固定到管状构件，中间通信节点250还可以可选地包括桩靴270。更具体而言，中间通信节点250可以包括布置在壁260的相对端的一对桩靴270。每个桩靴270提供斜面，该斜面有助于防止节点250在磨合(run-in)或拉出(pull-out)期间视情况悬挂在外部管状主体或周围的地层上。通信节点250还可以在将壳体连接到管状件的面与管状件本身之间具有可选的声耦合材料(未示出)。
为了增强性能，可以将通信节点配置为管理不同类型的通信网络(例如，无线网络和/或有线网络)。例如，通信节点可以被配置为与不同类型的无线网络一起操作，诸如低频、高频和/或射频。因此，通信节点可以被配置为与每种类型的无线网络进行通信和/或可以被配置为与一种类型的无线网络进行发送并与另一种类型的无线网络进行接收。在某些配置中，声波可以在包括多个单独音调的异步信息分组中传送。在其它配置中，声学遥测数据传输可能涉及多频移键控(MFSK)。通过使用众所周知的模拟和/或数字信号处理方法，可以减轻信号中的任何外来噪声。这种噪声去除和信号增强可以涉及使用例如一个或多个带通滤波器通过信号调节电路来运送声信号。
图3是根据本技术的实施例的示例性流程图300。流程图300是用于创建、安装和使用用于井筒的通信网络的方法。通信网络可以包括无线网络、有线网络及其任意组合。该方法可以包括确定和构建通信网络，该通信网络包括在井筒中使用的两种或更多种类型的网络(例如，无线网络和/或有线网络)的使用，如方框302至304所示。然后，如方框306至310所示，可以对通信网络进行验证和修改，并且如方框312至314所示，可以将通信网络用于烃操作。
首先，该方法涉及确定和构建通信网络，该通信网络包括在井筒中使用的两种或更多种类型的网络的使用，如方框302至304所示。在方框302处，获得用于地下区域的井数据。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，井数据还可以包括温度、压力、应变和其它类似特性。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、井筒内的流体组成、地层性质、井筒内的胶结作用和/或与井筒相关联的其它合适的特性。可以从存储器或从井筒中的装备获得井数据。在方框303处，确定感兴趣区域以监视井筒。确定感兴趣区域可以包括基于井设计或识别出的地下区域来确定用于感测测量的位置。在方框304处，基于井数据创建通信网络。通信网络可以被配置为管理不同类型的无线网络和/或不同类型的有线网络。例如，通信网络可以被配置为操作不同类型的无线网络，诸如低频、高频和/或射频。除了无线网络之外，通信网络可以包括不同类型的有线网络。通信网络的创建可以包括利用通信节点的配置执行模拟，该模拟可以包括对井筒的特定区域或段内的特定频率和/或某些通信节点类型的使用进行建模。模拟可以包括对管状构件建模、经由通信节点之间的信号交换数据分组和/或其它方面。模拟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。执行模拟还可以包括基于无线网络对流体进行建模、对信号传输进行建模和/或对结构变化进行建模。另外，通信网络的创建可以包括在测试单元中在通信网络中安装和配置通信节点。测试单元可以是包括一个或多个管状构件以及在测试单元的壳体内沿着管状构件分布的相关联的通信节点的系统。测试单元还可以包含围绕壳体内的管状构件布置的流体、固体、粒状材料、气体或混合物。
然后，如方框306至310所示，可以验证和修改通信网络。在方框306处，验证通信网络的操作。通信网络的验证可以包括将通信节点耦合到井筒装备，诸如管状构件、接头和/或其它地下装备。通信网络的验证可以包括在建议的无线网络配置中对通信节点进行测试和/或验证，该无线网络配置安装在测试单元中。在方框308处，确定无线网络是否在阈值内。该确定可以包括验证通信节点的操作、验证无线网络的冗余。如果无线网络不在阈值内，那么可以修改无线网络，如方框310所示。无线网络的修改可以包括添加通信节点、调整通信节点的位置、调整通信设置、重新配置网络或通信设置(例如，至少默认设置)而不必在高频和低频之间改变通信节点和/或调整在井筒的一个或多个区域处使用的通信节点的无线网络类型。如果通信网络在阈值内，那么可以安装通信网络，如方框312所示。
通信网络可以用于烃操作，如方框312至314所示。在方框312处，可以安装通信网络。通信网络的安装可以包括将通信节点固定到井筒或地下装备中的管状构件、一旦安装就验证通信节点的操作和/或将通信节点布置在井筒内。在方框314处，可以将通信网络用于烃操作。烃操作可以包括烃勘探操作、烃开发操作和/或烃生产操作。烃操作可以包括监视井筒数据或沿着管状构件。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、监视环状物(诸如水泥)中的密封、修改或调整钻探操作和/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量。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。一旦操作完成，操作就可以涉及关闭网络遥测操作、为不同的活动重新配置网络，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，可以通过提供优化通信的特定配置来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。
可以在安装之前、安装期间或安装之后修改该方法以提供配置改变。例如，可以在方框312之前、在方框312中安装执行期间或在方框314中的烃操作中使用通信网络执行期间，对通信节点的配置进行修改。修改可以包括改变一个或多个通信节点内的通信设置、调整通信节点所使用的频率和/或调整沿着管状构件的通信节点的位置。安装之前的修改可以基于在测试单元中测得的数据，而安装期间的修改可以基于条件，并且操作期间的修改可以基于条件或网络事件的检测。修改可以基于来自其它设备(诸如井筒中的水听器和/或管道中的清管器)的通信。这些通信设备可以提供比在这些环境中常规使用的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，从而在频带(例如，较低频带)中发送而无需涉及重新配置任何网络设备，诸如通信节点。
如图3所示，在方框304中生成并在执行烃操作中使用的通信网络可以涉及各种配置。作为示例，通信网络可以涉及在图4至图7中进一步描述的一个或多个配置。例如，图4是井内的声学通信系统的示例性图400。图5是井内的声学通信系统的另一个示例性图500，该声学通信系统使用两种或更多种类型的通信网络，其可以包括无线网络和/或有线网络。图6是井内的声学通信系统的又一个示例性图600。图7是井内的声学通信系统的又一个示例性图700。在这些图400、500、600和700的每一个中，相似的附图标记可以用于表示系统内的相似装备或部件。无线网络可以包括两种或更多种类型的无线声学遥测通信和感测通信节点，诸如低频通信节点；高频通信节点和射频通信节点。将通信网络与多种类型的无线网络(例如，高频和低频声学和/或振动遥测，或与射频结合的声学遥测)一起使用可以在无线网络的操作中提供灵活性。另外，通信网络也可以包括不同类型的物理或有线网络。物理网络可以包括电缆、电导体或光纤电缆。这可能涉及其它压电换能器、振动生成能力、压电和射频天线。
作为第一配置，图4是井内的声学通信系统的示例性图400。具体而言，通信网络包括与第一类型的无线网络(例如，低频无线网络)相关联的各种通信节点A和与第二类型的无线网络(例如，高频无线网络)相关联的通信节点B。井包括井口402以及封隔器404，它们被配置为管理井筒中的流体的流动。在井筒内，布置有地面套管406，并且可以通过水泥(未示出)将其固定到地层，同时生产油管408延伸到井筒中以形成穿过周围地下区域进入到生产油管408内部部分的流体通道。在该配置中，通信节点A是低频通信节点，其布置在生产油管408的外表面上。该配置可以涉及将通信节点A间隔在通信范围的特定部分中的距离，以在井筒内提供冗余。此外，通信节点B是高频通信节点(例如，高频高速超声波遥测节点)，其被布置在生产油管408的外表面上。
另外，在某些配置中，通信节点A或B可以涉及以通信范围的特定部分中的距离间隔各个网络的通信节点A或B，以在井筒内提供冗余。通信范围可以基于用于各个通信节点的无线通信节点的类型而变化。例如，相邻的通信节点A或B可以以通信范围的一半、通信范围的三分之一或通信范围的四分之一的距离间隔开。作为另一个示例，相邻的通信节点A或B可以分别以通信范围的30％至通信范围的80％之间的距离；通信范围的40％至通信范围的70％之间的距离；通信范围的45％至通信范围的55％之间的距离间隔开。
另外，替代配置可以包括有线网络与无线网络的组合。例如，通信节点A可以是形成有线网络的有线通信节点，而通信节点B可以是形成无线网络的无线通信节点。
为了减少使用的通信节点的数量，图5是作为第二配置的井内的声学通信系统的示例性图500。具体而言，井下通信网络包括作为高频通信节点的各种通信节点B和作为低频通信节点的通信节点A。类似于图4，该井包括井口402、封隔器404、地面套管406和生产油管408。在该配置中，通信节点B和通信节点A布置在生产油管408的外表面上。在这种配置中，通信节点A用于通过井筒的不涉及获得测量结果的部分进行通信，而通信节点B可以用于执行感测或数据测量的位置。与以上讨论相似，该配置可以涉及将通信节点B和通信节点A间隔开通信范围的特定部分的距离，以在井筒内提供冗余。
另外，替代配置可以包括有线网络与无线网络的组合。例如，通信节点A可以是形成有线网络的有线通信节点，而通信节点B可以是形成无线网络的无线通信节点。可以在井筒的垂直部分内利用有线网络，但是可以在井筒的水平部分内利用无线网络。
为了进一步增强通信节点的操作，图6是作为第三配置的井内的声学通信系统的示例性图600。具体而言，通信网络包括作为高频通信节点的各种通信节点B和作为低频通信节点的通信节点A。类似于图4和5，该井包括井口402、封隔器404、地面套管406和生产油管408。在该配置中，通信节点B和通信节点A布置在生产管408的外表面上。通信节点A与通信节点B相互混合，以用作通信节点B的通信集线器。类似于以上的讨论，该配置可以涉及将通信节点B和通信节点A间隔开通信范围的特定部分的距离，以在井筒内提供冗余。
另外，替代配置可以包括有线网络与无线网络的组合。例如，通信节点A可以是形成无线网络的无线通信节点，而通信节点B可以是形成有线网络的有线通信节点。可以在感兴趣的特定部分或区域内利用有线网络，而可以在井筒的其它部分中利用无线网络。这种配置可以减少有线网络的安装问题，但是可以在井筒内特定位置用有线通信节点提供更大的覆盖范围。
作为通信节点操作的另一个增强，图7是作为第四配置的井内的声学通信系统的示例性图700。具体而言，通信网络包括作为高频通信节点的各种通信节点B；作为低频通信节点的通信节点A；以及作为射频通信节点的通信节点C。类似于图4、5和6，该井包括井口402、封隔器404、地面套管406和生产油管408。在该配置中，通信节点B、通信节点A和通信节点C布置在生产油管408的外表面上。通信节点C布置在通信节点A和通信节点B之间，以管理不同类型的通信节点之间或者其它通信节点A和B未提供最佳性能的地点的通信。类似于以上的讨论，该配置可以涉及将通信节点A、B和C间隔开通信范围的特定部分的距离，以在井筒内提供冗余。
作为替代配置，通信网络可以包括有线网络与无线网络的组合。例如，通信节点A可以是形成有线网络的有线通信节点，而通信节点B和C可以是形成各个无线网络的不同无线通信节点。可以在垂直部分内利用有线网络，而可以在井筒的其它部分内利用有线网络。该配置可以减少有线网络的安装问题。
图8A和8B是在通信节点中使用的缓冲器配置的示例性图。如可以认识到的，一个或多个通信节点可以被配置为充当环境(例如，井下环境、海底环境或管线环境)中的不同类型的通信网络之间的接口。接口通信节点可以被配置为管理不同类型的通信网络(诸如高频网络和/或低频网络和/或无线和有线网络)之间的边界。
接口通信节点的一种配置可以包括缓冲配置。缓冲配置可以涉及接口通信节点具有足够的存储器以能够以全速接收来自高频网络的数据，而接口通信节点可以同时以全速在低频网络上发送数据分组。如图8A中所示，合适的缓冲器800充当队列，当数据被接收时，如箭头818所示，在一端将数据添加到队列，当数据被发送时，如箭头820所示，在另一端将数据移除。例如，可以按照方框802、804、806、808、810、812、814和816的顺序存储接收到的数据(例如，方框802是接收到的最新数据分组，并且方框816是接收到的最早数据分组)，而发送的数据可以按照方框816、814、812、810、808、806、804和802的顺序移除以进行传输(例如，方框816是要发送的第一个数据分组，并且方框802是要发送的最后一个数据分组)。缓冲存储器可以被配置为执行队列行为，该队列行为可以使用压缩或者可以不使用压缩。当从高频到低频(例如，从快到慢)传输时，可能发生缓冲和压缩。
这种配置的主要优点是低频和高频网络能够以全速(并同时)操作，从而可以更高效地利用通信(例如，通道)，并为高频网络节省了大量能源，因为它可以快速地完成传输并进入睡眠模式。该配置的另一个优点是能够在低频网络上传输之前压缩或汇总累积的数据(例如，数据分组)，这可以通过减少在低频网络上传输的数据量来缓解低频网络的较慢性能。在该配置中，配置必须具有足够的存储器以容纳来自高频网络的尽可能长的传输(或者反过来说，高频网络传输的限制在于相应接口通信节点中的存储器大小)。对待决数据缓冲区应用就地压缩或汇总的能力是不同的，因为从将典型的高速缓存数据存储到高速缓存中的时刻开始直到从高速缓存中检索到该数据的时刻，这些高速缓存数据被认为是静态的。通过使用就地压缩或汇总来对较慢网络(例如，低频网络)进行性能改善和能量节省，可以减少或消除累积数据的责任(和增加的等待时间)。
接口通信节点可以包括一种或多种压缩算法。压缩算法可以包括Lempel-Ziv(LZ)压缩算法、Lempel-Ziv-Welch(LZW)压缩算法、霍夫曼编码(例如，SHRI、LZX)压缩算法、游程长度编码压缩算法、离散余弦变换(DCT)压缩算法、离散小波变换(DWT)压缩算法、向量量化压缩算法、分形压缩算法和/或其它压缩算法中的一种或多种。不同的压缩算法可以包括利用能量消耗来调节或优化压缩比。
接口通信节点的另一种配置可以包括调步配置。调步配置可以包括管理在不同类型的无线网络(诸如高频网络和/或低频网络)上的传输。作为示例，接口通信节点可以涉及每第N个符号时间或间隔在高频网络上进行传输，以考虑低频网络的较慢数据传输。作为示例，接口通信节点可以涉及基于比第一无线网络慢的第二无线网络的时间间隔从第一无线网络发送多个时间间隔中的一个时间间隔。如图8B所示，沿着箭头852示出了高频网络上的数据分组，而沿着箭头862示出了低频网络上的数据分组。在这个示例中，接口通信节点可以涉及基于低频无线网络的单个时间间隔从高频网络以五个时间间隔之一进行发送。在高频网络中，数据分组854、856、858和860包括数据，而数据分组854、856、858和860之间的其它数据分组不包括信息。低频网络可以包括分别与数据分组854、856、858和860相关联的数据分组864、866、868和870。该配置提供了维持相应网络上传入和传出数据分组之间的步伐的机制。因此，在该配置中，当高频网络不发送到接口通信节点时，高频网络可以继续正常操作。该方案不限制来自高频网络的传输的大小，并且不需要接口通信节点上的过多缓冲存储器。高频网络上的传输可以涉及高频通信节点，高频通信节点可以涉及以操作模式发送并且然后在发送的符号之间进入睡眠模式，从而节省大量能量。
在某些配置中，接口通信节点还可以被配置为利用混叠来管理高频网络和低频网络之间的通信交换。通信网络可以使用混叠来使以低频有效时钟速度操作的通信节点能够与以高频有效时钟速度操作的通信节点一起使用。因此，通信节点可以被配置为通过使用高速有效时钟速度来发送信号并且通过使用低速有效时钟速度来接收信号而具有更高的能量效率。
在其它配置中，通信节点可以包括各种不同的配置。作为示例，通信节点可以包括用于低频声通信和高频声通信的单个换能器。其它通信节点可以包括单独的低频声换能器和高频声换能器，或者射频换能器与低频和/或高频振动的组合，以及用于传输、敏感检测、定时调整和感测的软件和/或控制电子器件。而且，通信节点可以包括鲁棒的算法，用于基于可能阻碍一个或多个可用的物理通信通道(传播波类型)的管状物、流动介质、地层或井下设备本身的变化来手动切换或自动切换网络物理层类型(低频、高频、射频和其它合适类型的无线网络)。
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，其部分地在计算机上执行，通常是适当编程的数字计算机或基于处理器的设备。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无线网络和与远程位置进行通信的单独的网络，该通信适配器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、定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执行来自存储器的指令或操作。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执行各种步骤。
作为示例，该组指令在被处理器执行时可以被配置为执行增强烃操作的步骤。该组指令可以被配置为：与信号(例如，高频信号和/或低频信号)通信；与低频射频信号和/或高频射频信号及其任何组合通信；发送和接收小于或等于(≤)20千赫兹、在100赫兹和20千赫兹之间的范围内，或在1千赫兹和20千赫兹之间的范围内的信号；发送和接收大于(>)20千赫兹、在大于20千赫兹和1兆赫兹之间的范围内，或在大于20千赫兹和500千赫兹之间的范围内的信号；与第一多个通信节点和第二多个通信节点中的一个或多个通信；在第一类型的通信网络和第二类型的通信网络之间交换数据分组；压缩从第一类型的通信网络传递到第二类型的通信网络的数据，其中第一类型的通信网络在比第二类型的通信网络更高的频率范围内操作；存储从第一类型的通信网络和第二类型的通信网络接收到的数据分组；从第二类型的通信网络向第一类型的通信网络发送数据分组；以及从第一类型的通信网络向第二类型的通信网络发送数据分组；同时从第二类型的通信网络向第一类型的通信网络发送数据分组和从第一类型的通信网络向第二类型的通信网络发送数据分组；存储从第一类型的通信网络和第二类型的通信网络接收到的数据分组；从第二类型的通信网络向第一类型的通信网络发送数据分组；和/或从第一类型的通信网络向第二类型的通信网络发送数据分组。
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彼此更改、重新布置、替代、删除、重复、组合或添加。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 (38)

1.一种在沿着一个或多个管状构件的多个通信节点之间传送数据的方法，所述方法包括：
提供包括第一类型的通信网络和第二类型的通信网络的通信网络；
沿着一个或多个管状构件布置第一多个通信节点以形成第一类型的通信网络；
沿着所述一个或多个管状构件布置第二多个通信节点以形成第二类型的通信网络；
获得沿着所述一个或多个管状构件的测量结果；
通过第一类型的通信网络和第二类型的通信网络经由信号将获得的测量结果传送到控制单元；
经由一个或多个接口通信节点在第一类型的通信网络和第二类型的通信网络之间交换数据分组；
其中所述一个或多个接口通信节点包括存储器和至少一个压缩算法，所述至少一个压缩算法压缩从第一类型的通信网络传递到第二类型的通信网络的数据，其中第一类型的通信网络的频率范围比第二类型的通信网络的频率范围高；
其中所述存储器存储从第一类型的通信网络和第二类型的通信网络接收到的数据分组；从第二类型的通信网络向第一类型的通信网络发送数据分组；以及从第一类型的通信网络向第二类型的通信网络发送数据分组；以及
用获得的测量结果执行烃操作。
2.如权利要求1所述的方法，其中第一类型的通信网络和第二类型的通信网络是不同类型的无线网络。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：
经由第二多个通信节点交换高频信号；以及
与第一多个通信节点交换低频信号、与第一多个通信节点交换声学高频信号或声学低频信号；与第一多个通信节点交换振动高频信号或振动低频信号，以及与第一多个通信节点交换低频射频信号或高频射频信号及其任意组合中的一个。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述低频信号小于或等于(≤)20千赫兹。
5.如权利要求3所述的方法，其中所述低频信号在100赫兹和20千赫兹之间的范围内。
6.如权利要求3所述的方法，其中所述低频信号在1千赫兹和20千赫兹之间的范围内。
7.如权利要求3所述的方法，其中所述高频信号大于(>)20千赫兹。
8.如权利要求3所述的方法，其中所述高频信号在大于20千赫兹和1兆赫兹之间的范围内。
9.如权利要求3所述的方法，其中所述高频信号在大于20千赫兹和500千赫兹之间的范围内。
10.如权利要求1所述的方法，其中第一类型的通信网络是有线网络，并且第二类型的通信网络是无线网络。
11.如权利要求1所述的方法，其中第一多个通信节点包括两个或更多个低频通信节点，并且第一类型的通信网络利用低频信号进行操作；并且第二多个通信节点包括两个或更多个高频通信节点，并且第二类型的通信网络利用高频信号进行操作。
12.如权利要求11所述的方法，其中第一多个通信节点和第二多个通信节点沿着所述一个或多个管状构件布置，以沿着所述一个或多个管状构件提供冗余通信。
13.如权利要求11所述的方法，其中第一多个通信节点沿着所述一个或多个管状构件布置在未受监视部分中，并且第二多个通信节点沿着所述一个或多个管状构件布置在受监视部分中。
14.如权利要求11所述的方法，还包括：沿着所述一个或多个管状构件布置的第三类型的通信网络的第三多个通信节点，其中第三多个通信节点被配置为与第一多个通信节点和第二多个通信节点中的一个或多个进行通信。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个接口通信节点被配置为同时从第二类型的通信网络向第一类型的通信网络发送数据分组和从第一类型的通信网络向第二类型的通信网络发送数据分组。
16.如权利要求1所述的方法，其中数据分组在第一类型的通信网络上在多个时间间隔中的一个时间间隔被发送并且对于第二类型的通信网络在每个间隔被发送，以考虑第二类型的通信网络上较慢的数据传输。
17.如权利要求1所述的方法，还包括将所述一个或多个管状构件布置在井筒内，并且所述控制单元位于井筒的表面处。
18.如权利要求1所述的方法，还包括沿着海底导管布置第一多个通信节点、第二多个通信节点和所述一个或多个管状构件。
19.如权利要求1所述的方法，还包括沿着管线布置第一多个通信节点、第二多个通信节点和所述一个或多个管状构件。
20.一种用于沿着一个或多个管状构件传送数据的通信系统，所述系统包括：
第一多个通信节点，沿着一个或多个管状构件布置以形成第一类型的通信网络；
第二多个通信节点，沿着所述一个或多个管状构件布置以形成第二类型的通信网络，其中第二类型的通信网络在与第一类型的通信网络不同的频率范围内操作；以及
控制单元，被配置为与所述第一类型的通信网络和所述第二类型的通信网络交换数据；
一个或多个接口通信节点，被配置为在第一类型的通信网络和第二类型的通信网络之间交换数据分组；
其中所述一个或多个接口通信节点包括存储器和至少一个压缩算法，所述至少一个压缩算法被配置为压缩从第一类型的通信网络传递到第二类型的通信网络的数据，其中第一类型的通信网络在比第二类型的通信网络更高的频率范围内操作；
其中所述一个或多个接口通信节点包括存储器，所述存储器被配置为存储从第一类型的通信网络和第二类型的通信网络接收到的数据分组；从第二类型的通信网络向第一类型的通信网络发送数据分组；以及从第一类型的通信网络向第二类型的通信网络发送数据分组。
21.如权利要求20所述的系统，其中第一类型的通信网络和第二类型的通信网络是不同类型的无线网络。
22.如权利要求20所述的系统，其中第一多个通信节点包括一个或多个低频通信节点、被配置为与声学高频信号和声学低频信号通信的一个或多个通信节点；被配置为与振动高频信号和振动低频信号通信的一个或多个通信节点；被配置为与低频射频信号和/或高频射频信号通信的一个或多个通信节点及其任意组合中的一个；并且第二多个通信节点包括一个或多个高频通信节点。
23.如权利要求22所述的系统，其中所述低频通信节点被配置为发送和接收小于或等于(≤)20千赫兹的信号。
24.如权利要求22所述的系统，其中所述低频通信节点被配置为交换在100赫兹和20千赫兹之间的范围内的信号。
25.如权利要求22所述的系统，其中所述低频通信节点被配置为交换在1千赫兹和20千赫兹之间的范围内的信号。
26.如权利要求22所述的系统，其中所述高频通信节点被配置为发送和接收大于(>)20千赫兹的信号。
27.如权利要求22所述的系统，其中所述高频通信节点被配置为交换在大于20千赫兹和1兆赫兹之间的范围内的信号。
28.如权利要求22所述的系统，其中所述高频通信节点被配置为交换在大于20千赫兹和500千赫兹之间的范围内的信号。
29.如权利要求20所述的系统，其中第一类型的通信网络是有线网络，并且第二类型的通信网络是无线网络。
30.如权利要求20所述的系统，其中第一多个通信节点包括两个或更多个低频通信节点，并且第一类型的通信网络利用低频信号进行操作；并且第二多个通信节点包括两个或更多个高频通信节点，并且第二类型的通信网络利用高频信号进行操作。
31.如权利要求30所述的系统，其中第一多个通信节点和第二多个通信节点沿着所述一个或多个管状构件布置，以沿着所述一个或多个管状构件提供冗余通信。
32.如权利要求31所述的系统，其中第一多个通信节点沿着所述一个或多个管状构件布置在不受监视部分中，并且第二多个通信节点沿着所述一个或多个管状构件布置在受监视部分中。
33.如权利要求30所述的系统，还包括：沿着所述一个或多个管状构件布置的第三类型的通信网络的第三多个通信节点，其中第三多个通信节点被配置为与第一多个通信节点和第二多个通信节点中的一个或多个进行通信。
34.如权利要求20所述的系统，其中所述一个或多个接口通信节点被配置为同时从第二类型的通信网络向第一类型的通信网络发送数据分组和从第一类型的通信网络向第二类型的通信网络发送数据分组。
35.如权利要求20所述的系统，其中数据分组在第一类型的通信网络上在多个时间间隔中的一个时间间隔被发送并且对于第二类型的通信网络在每个间隔被发送，以考虑第二类型的通信网络上较慢的数据传输。
36.如权利要求20所述的系统，其中所述一个或多个管状构件布置在井筒内。
37.如权利要求20所述的系统，其中所述一个或多个管状构件布置在海底导管内。
38.如权利要求20所述的系统，其中所述一个或多个管状构件布置在管线内。
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