CN111594127B - 一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，根据预先设定的编码方式调整控制井筒内压力变化，井下滑套采集井筒内压力变化信号，解码得到对应的操作信息并由滑套执行对应动作，所述解码的过程为：采用STA/LTA方法确定基准时刻，通过当前检测的压力值获得预测压力值，根据压力值与预测压力值的吻合度识别出压力波信号中的信息。本发明通过提供一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，可以降低井下噪声对滑套通信的影响，实现井筒试压和滑套开启流程，滑套开启过程可控，实现精确、高效压裂的目的。

Description

一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法
技术领域
本发明涉及石油天然气钻采领域，尤其涉及一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法。
背景技术
压裂技术作为一种增产的重要手段，广泛应用于石油天然气的开采。为了产生更多有效的压裂缝网，形成更多石油与天然气有效的流通通道，分段压裂技术应运而生。固井完成后，必须对井筒进行试压，测试井筒密封性能和固井质量，但是传统的滑套为了后续压裂的需要必须预先开启，因此无法进行全井筒的试压作业。
在现有专利技术方案中，专利申请号为201220389849.9的中国专利公开了采用特殊材料变形让压裂球通过的工具，专利申请号为201820152248.3的中国专利公开了采用破裂盘的方式实现井筒试压和滑套的开启，专利申请号为201811289313.8、201821782468.0的中国专利采用了延时启动的方法进行滑套的控制，201921238429.9的中国专利采用了导流槽的方式，上述专利方案结构繁琐，操作复杂，可靠性低。
在另一方面，目前，无论是钻井工程或者采油工程中的压力脉冲通信压力波解码方法都是采用的固定阈值的抽样判决或者计算平均值的判决方法，该方法的优点是算法简单、计算量较小，缺点是容易受到噪声影响，为了降低误码率，需要提高压力值的冗余度，从而导致过长的码元传输时间。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，本发明的目的是提供一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，可以实现井筒试压和滑套开启流程，井筒试压作业不受井下滑套影响，滑套开启过程可控，实现精确、高效压裂的目的。
一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，根据预先设定的编码方式调整控制井筒内压力变化，井下滑套采集井筒内压力变化信号，解码得到对应的操作信息并由滑套执行对应动作；所述解码的过程为：采用STA/LTA方法确定基准时刻，获得预测压力值，根据压力值与预测压力值的吻合度识别出压力波信号中的信息。
进一步的，一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，所述的控制井筒内压力变化的步骤是通过：控制地面阀门根据预先设定的编码方法，以压裂液或者其他液体作为介质，将信息转化为液体压力波动的形式。
进一步的，一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，所述的控制地面阀门采用计算机控制、工控机控制、单片机控制或者人工控制的方式根据预先设定的编码方式执行。
进一步的，一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，所述的控制地面阀门的操作包括打开地面阀门、关闭地面阀门、增加阀门开度、减小阀门开度或上述操作的任意组合。
进一步的，一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，所述的预先设定的编码方式采用相对编码技术，所述相对编码技术即发送编码0时，采用关闭、减小阀门开度的方法；发送编码1时，采用打开、增加阀门开度方法；或者采用相反的方式实现编码，进而产生包含编码信息的压力波信号。
进一步的，一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，所述的滑套包括：压力检测单元、解码单元以及执行单元，其中压力检测单元用于检测井筒内的压力变化信号，解码单元对压力变化信号中动作信息进行解码，并向执行单元发送压力变化信号中的操作信息的指令，使得包含在压力变化信号中的操作信息在滑套中得到解析与执行体现。
进一步的，一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，所述的解码单元还包括一个地址匹配步骤：解码单元对压力变化信号中所包含的地址信息进行解码，并匹配压力波中的地址和本地地址，匹配成功后即可向执行单元发送压力变化信号中的操作信息的指令。
进一步的，一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，所述的执行单元为用于驱动滑套的执行机构，包括内置的液压运动系统或机械运动系统(例如液压推动或丝杆推动，包括但不限于此)以及独立电源。
进一步的，所述采用STA/LTA方法确定基准时刻，是通过STA/LTA方法监测压力值的变化状态，将监测到触发阈值的时刻设定为基准时刻；所述的STA/LTA方法具体表达式为：
Figure BDA0002530981600000021
式中：
Figure BDA0002530981600000022
Figure BDA0002530981600000023
P(i)为压力值，MPa；
ns为短时窗长度，1；
nl为长时窗长度，1；
γ为阈值，1。
进一步的，一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，所述获得预测压力值，是根据压力值随控制阀动作呈现指数的变化规律公式计算得出，其中，该变化规律公式为：
Figure BDA0002530981600000031
式中，Pc为预测压力值，Pf压力稳定值，Pi压力初始值，t为变化时间，τ0为可由计算机拟合得到的系统常数；
井下的滑套唤醒采用持续泵入高压，高压结束后为等待时间、码元长度和发送时间，上述时间预设置入滑套，其中压力稳定值包括高压稳定值和低压稳定值，通过定时采样的方法获取；基于等待期采样数据，基于拟合公式得到压力下降的时间常数，第一个码元约定为1，通过码元长度、高压稳定值和低压稳定值，基于拟合公式得到压力上升的时间常数；只要获得的当前压力值，即可计算得到压力的上升变化情况或下降变化情况；只要获得的当前压力值，即可计算得到压力的上升变化情况或下降变化情况。
进一步的，一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，根据压力值与预测压力值的吻合度识别出压力波信号中的信息，是通过将记录压力数据和预测数据的吻合度判断出压力波信号中发送的码元，再根据奇偶判别方法，识别出压力波信号中的信息，若计算得到的压力变化状态为上升状态，则解码得到该译码值为“1”；若计算得到的压力变化状态为下降状态，则解码得到该译码值为“0”。
本发明的有益效果：1、本发明在井筒试压结束后的泄压过程中，控制地面阀门通过预先设定的编码方法，以压裂液或者其他液体作为介质，将信息转化为液体压力波动的形式传递至井下滑套，避免使用线缆、管线或者投球的方式进行信息传送，降低了压裂作业前期工作的复杂程度；2、本发明的滑套包括:压力检测单元、解码单元以及执行单元，其中压力检测单元用于检测井筒内的压力波动，解码单元对压力波信号中的所包含的地址信息和动作信息进行解码，并匹配压力波中的地址和本地地址，匹配成功后向动作执行单元发送压力波中的操作信息的指令，使得包含在压力波中的操作信息在滑套中得到解析与动作体现；3、本发明的滑套中的动作执行单元包含内置的液压或机械运动系统(例如液压推动或丝杆推动，包括但不限于此)以及独立电源，使得滑套的运动更易被操作，同时也方便施工人员对多个滑套独立控制；4、本发明根据预设的编码方法，自动控制控制阀开度变化进而产生压力波序列，压力波中携带着信息包括地址信息和操作信息传播至井下的滑套，使得施工人员可以在远程精确控制每个滑套的运动和状态。5、本发明提出的一种噪声环境下的高效解码方法，该方法区别于传统的固定阈值抽样判决或者平均值判决，能够在无论是钻井工程还是采油工程中降低噪声对井下滑套压力通信的影响。
附图说明
图1是本发明的整体控制方案示意图。
图2是本发明的整体控制流程图。
图3是实施例中滑套工作运行状态及压力变化示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，根据预先设定的编码方式调整控制井筒内压力变化，井下滑套采集井筒内压力变化信号，解码得到对应的操作信息并由滑套执行对应动作，所述解码的过程为：采用STA/LTA方法确定基准时刻，获得预测压力值，根据压力值与预测压力值的吻合度识别出压力波信号中的信息。
进一步的，一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，所述的控制井筒内压力变化的步骤是通过：控制地面阀门根据预先设定的编码方法，以压裂液或者其他液体作为介质，将信息转化为液体压力波动的形式。
进一步的，一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，所述的控制地面阀门采用计算机控制、工控机控制、单片机控制或者人工控制的方式根据预先设定的编码方式执行。
进一步的，一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，所述的控制地面阀门的操作包括打开地面阀门、关闭地面阀门、增加阀门开度、减小阀门开度或上述操作的任意组合。
进一步的，一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，所述的预先设定的编码方式采用相对编码技术，所述相对编码技术即发送编码0时，采用关闭、减小阀门开度的方法；发送编码1时，采用打开、增加阀门开度方法；或者采用相反的方式实现编码，进而产生包含编码信息的压力波信号。
进一步的，一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，所述的滑套包括：压力检测单元、解码单元以及执行单元，其中压力检测单元用于检测井筒内的压力变化信号，解码单元对压力变化信号中动作信息进行解码，并向执行单元发送压力变化信号中的操作信息的指令，使得包含在压力变化信号中的操作信息在滑套中得到解析与执行体现。
进一步的，一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，所述的解码单元还包括一个地址匹配步骤：解码单元对压力变化信号中所包含的地址信息进行解码，并匹配压力波中的地址和本地地址，匹配成功后即可向执行单元发送压力变化信号中的操作信息的指令。
进一步的，一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，所述的执行单元为用于驱动滑套的执行机构，包括内置的液压运动系统或机械运动系统(例如液压推动或丝杆推动，包括但不限于此)以及独立电源。
进一步的，所述采用STA/LTA方法确定基准时刻，是通过STA/LTA方法监测压力值的变化状态，将监测到触发阈值的时刻设定为基准时刻；所述的STA/LTA方法具体表达式为：
Figure BDA0002530981600000051
式中：
Figure BDA0002530981600000052
Figure BDA0002530981600000053
P(i)为压力值，MPa；
ns为短时窗长度，1；
nl为长时窗长度，1；
γ为阈值，1。
进一步的，一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，所述获得预测压力值，是根据压力值随控制阀动作呈现指数的变化规律公式计算得出，其中，该变化规律公式为：
Figure BDA0002530981600000054
式中，Pc为预测压力值，Pf压力稳定值，Pi压力初始值，t为变化时间，τ0为可由计算机拟合得到的系统常数；只要获得的当前压力值，即可计算得到压力的上升变化情况或下降变化情况；
其中压力稳定值包括高压稳定值和低压稳定值，通过定时采样的方法获取；基于等待期采样数据，基于拟合公式得到压力下降的时间常数，第一个码元约定为1，通过码元长度、高压稳定值和低压稳定值，基于拟合公式得到压力上升的时间常数；只要获得的当前压力值，即可计算得到压力的上升变化情况或下降变化情况。
进一步的，一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，根据压力值与预测压力值的吻合度识别出压力波信号中的信息，是通过将记录压力数据和预测数据的吻合度判断出压力波信号中发送的码元，再根据奇偶判别方法，识别出压力波信号中的信息，若计算得到的压力变化状态为上升状态，则解码得到该译码值为“1”；若计算得到的压力变化状态为下降状态，则解码得到该译码值为“0”。
具体的，如图1-2所示，本实施例的实现方法如下：
在滑套最初处于关闭状态，随着套管下入井中并进行固井作业。用清水顶替固井胶塞至碰压座位置，固井作业结束。压裂作业前，利用压裂车进行全井筒试压作业，完成后，再通过地面升压和降压向井筒内发射压力波。地面根据制定的编码方式，通过控制地面设备在井口升压和降压，在井筒内产生压力变化，并随清水介质传至井底。唤醒滑套控制单元，再发送规则的压力码，激发电机，露出传压孔。井筒内高压液体通过传压孔进入滑套驱动腔室，推动滑套内活塞运动，开启滑套，建立第一段压裂通道。
本实施例提出一种噪声环境下的高效解码方法，该方法区别于传统的固定阈值抽样判决或者平均值判决。该方法基于控制阀动作后，井筒压力值呈现指数的变化规律，只要系统的结构没有改变(漏失系数不变或者没有新的漏点)，升压和降压的系统常数、稳态的低压值和稳态的高压值是不会改变的。
如图3所示，井下滑套唤醒采用持续泵入高压，高压结束后为等待时间、码元长度和发送时间，上述时间预设置入滑套，井筒的压力变化包括高压和低压通过定时采样的方法获取；基于等待期采样数据，基于拟合公式得到压力下降的时间常数；第一个码元约定为1，通过码元长度、高压和低压，基于拟合公式得到压力上升的时间常数。只要已知当前的压力值，就可以推测处压力上升情况和下降情况的变化，通过将记录压力数据(压力值或压力方差值)和预测数据(预测压力值或预测压力方差值)的吻合度(例如均方根)就可以判断出压力波信号中发送的码元。
确定了码元的识别方法后，还需要确定起始时间的计算方法。目前，大多数井下工具都采用休眠-唤醒的方式降低功耗，在休眠状态是，固定一个较长周期唤醒系统，采集和计算完数据后便继续进入休眠状态。当系统需要进入工作状态时，目前常采用地面打入连续的高压唤醒系统，进入工作状态并提高采集压力的频率。然后，基于STA/LTA方法检测压力变化确定基准时刻，该方法的具体表达式为：
Figure BDA0002530981600000061
Figure BDA0002530981600000071
Figure BDA0002530981600000072
式中：P(i)——压力值，MPa；
ns——短时窗长度，1；
nl——长时窗长度，1；
γ——阈值，1。
当采用STA/LTA方法监测到一个触发阈值的时刻为基准时刻，按照预定好的时间取出等待时间内的数据和每个码元长度的压力值，按照稳定高压、稳定低压、升压常数和降压常数预测压力变化，并根据记录的值匹配压力信号，判断传输的码元数值，根据奇偶判别方法，识别出压力波信号中的信息。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，所述方法为：根据预先设定的编码方式调整控制井筒内压力变化，井下滑套采集井筒内压力变化信号，解码得到对应的操作信息并由滑套执行对应动作，其特征在于，所述解码的过程为：采用STA/LTA方法确定基准时刻，获得预测压力值，根据压力值与预测压力值的吻合度识别出压力波信号中的信息；
所述获得预测压力值，是根据压力值随控制阀动作呈现指数的变化规律公式计算得出，其中，该变化规律公式为：
Figure FDA0003364750080000011
式中，Pc为预测压力值，Pf压力稳定值，Pi压力初始值，t为变化时间，τ0为可由计算机拟合得到的系统常数；
井下的滑套唤醒采用持续泵入高压，高压结束后为等待时间、码元长度和发送时间，其中压力稳定值包括高压稳定值和低压稳定值，通过定时采样的方法获取；基于等待期采样数据，基于拟合公式得到压力下降的时间常数，第一个码元约定为1，通过码元长度、高压稳定值和低压稳定值，基于拟合公式得到压力上升的时间常数；只要获得的当前压力值，即可计算得到压力的上升变化情况或下降变化情况；
根据压力值与预测压力值的吻合度识别出压力波信号中的信息，是通过将记录压力数据和预测数据的吻合度判断出压力波信号中发送的码元，再根据奇偶判别方法，识别出压力波信号中的信息，若测量得到的压力变化曲线与假设码元为1的预测数据的距离小于假设码元为0的预测数据的距离，则解码得到该译码值为“1”，反之，则解码得到该译码值为“0”。
2.根据权利要求1所述的一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，其特征在于，所述的控制井筒内压力变化的步骤是通过：控制地面阀门根据预先设定的编码方法，以压裂液或者其他液体作为介质，将信息转化为液体压力波动的形式。
3.根据权利要求2所述的一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，其特征在于，所述的控制地面阀门采用计算机控制、工控机控制、单片机控制或者人工控制的方式根据预先设定的编码方式执行；所述的控制地面阀门的操作包括打开地面阀门、关闭地面阀门、增加阀门开度、减小阀门开度或上述操作的任意组合。
4.根据权利要求3所述的一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，其特征在于，所述的预先设定的编码方式采用相对编码技术，所述相对编码技术即发送编码0时，采用关闭、减小阀门开度的方法；发送编码1时，采用打开、增加阀门开度方法；或者采用相反的方式实现编码，进而产生包含编码信息的压力波信号。
5.根据权利要求1所述的一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，其特征在于，所述的滑套包括：压力检测单元、解码单元以及执行单元，其中压力检测单元用于检测井筒内的压力变化信号，解码单元对压力变化信号中动作信息进行解码，并向执行单元发送压力变化信号中的操作信息的指令，使得包含在压力变化信号中的操作信息在滑套中得到解析与执行体现。
6.根据权利要求5所述的一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，其特征在于，所述的解码单元还包括一个地址匹配步骤：解码单元对压力变化信号中所包含的地址信息进行解码，并匹配压力波中的地址和本地地址，匹配成功后即可向执行单元发送压力变化信号中的操作信息的指令。
7.根据权利要求5所述的一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，其特征在于，所述的执行单元为用于驱动滑套的执行机构，包括内置的液压运动系统或机械运动系统以及独立电源。
8.根据权利要求1所述的一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法，其特征在于，所述采用STA/LTA方法确定基准时刻，是通过STA/LTA方法监测压力值的变化状态，将监测到触发阈值的时刻设定为基准时刻；所述的STA/LTA方法具体表达式为：
Figure FDA0003364750080000021
式中：
Figure FDA0003364750080000022
Figure FDA0003364750080000023
P(i)为压力值，MPa；
ns为短时窗长度，1；
nl为长时窗长度，1；
γ为阈值，1。
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