CN112311490A - 套管井信道的节点网络分析方法、装置及可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种套管井信道的节点网络分析方法、装置及可读存储介质。其中方法被执行时步骤包括:根据配置套管井信道模型为发射装置部分、中继装置部分及传输部分;配置发射装置部分、传输部分及中继装置部分为若干区块;仿真分析区块,获取区块的等效节点网络;连接发射装置节点网络,连接中继装置节点网络,连接传输节点网络;根据发射装置节点网络、中继装置节点网络及传输节点网络组成等效整体网络;等效整体网络中配置激励信号,获取激励信号在等效整体网络的等效衰减规律,即实际衰减规律。本发明通过数值模拟将套管井信道模型等效为电路网络,通过电路理论计算得到套管井信道模型的衰减规律。

Description

套管井信道的节点网络分析方法、装置及可读存储介质
技术领域
本发明涉及石油化工领域,具体而言,涉及一种套管井信道的节点网络分析方法、装置及可读存储介质。
背景技术
井下无线通讯是井下信息化的基础。为了构建智能化油田,井下无线通讯技术已成为了国内、外油气巨头的主要研究方向。
为了追求更长的井下信号传播距离,中继通讯技术的研究是必不可少。那么在研究井下由油管、套管、地层组成的复杂信道中,电磁信号由发射装置到中继装置的衰减规律对井下无线通讯技术的发展有着重要的意义。
在常规的利用有限元分析软件的仿真分析中,由于信道模型细长,即轴向长度在几千米范围的同时,需要同时分析径向几个毫米范围内的精准参数,导致网格划分无法在轴向与径向上同时满足要求。因此,存在网格在轴向尺度与数量上满足仿真需求时,径向的分辨率不够;网格在径向满足分辨率要求后,模型整体网格数量过大,给计算机的计算带来困难。
发明内容
本发明实施例至少公开一种套管井信道的节点网络分析方法。本实施例方法通过数值模拟,将套管井信道模型等效为电路网络,通过电路理论计算得到套管井信道模型的衰减规律,避免了网格分析套管井信道时计算量大,或参数不满足要求的问题。
具体的,所述方法被执行时步骤包括:根据分析精度要求配置套管井信道模型为发射装置部分、中继装置部分及传输部分;分别地配置所述发射装置部分、所述传输部分及所述中继装置部分为若干区块;仿真分析所述区块,获取所述区块的等效节点网络;连接所述发射装置部分对应的所述等效节点网络为发射装置节点网络,连接所述中继装置部分对应的所述等效节点网络为中继装置节点网络,根据所述传输部分对应的所述等效节点网络为传输节点网络;根据所述发射装置节点网络、所述中继装置节点网络及所述传输节点网络组成所述套管井信道模型的等效整体网络;根据电磁信号的发射位置及信号强度,在所述等效整体网络中配置激励信号,获取所述激励信号在所述等效整体网络的等效衰减规律;根据所述等效衰减规律获取套管井信道的实际衰减规律。
本发明实施例至少公开一种计算机可读存储介质。所述存储介质有执行所述套管井信道的节点网络分析方法的计算机程序。
本发明实施例至少公开一种套管井信道的节点网络分析装置。所述装置包括模型配置模块、区块配置模块、节点网络配置模块、网络连接模块、等效配置模块及衰减计算模块;所述模型配置模块根据分析精度要求配置套管井信道模型为发射装置部分、中继装置部分及传输部分;所述区块配置模块分别地配置所述发射装置部分、所述传输部分及所述中继装置部分为若干区块;所述节点网络配置模块仿真分析所述区块,获取所述区块的等效节点网络;所述网络连接模块连接所述发射装置部分对应的所述等效节点网络为发射装置节点网络,连接所述中继装置部分对应的所述等效节点网络为中继装置节点网络,根据所述传输部分对应的所述等效节点网络为传输节点网络;所述等效配置模块根据所述发射装置节点网络、所述中继装置节点网络及所述传输节点网络组成所述套管井信道模型的等效整体网络;所述衰减计算模块根据电磁信号的发射位置及信号强度,在所述等效整体网络中配置激励信号,获取所述激励信号在所述等效整体网络的等效衰减规律,并且根据所述等效衰减规律获取套管井信道的实际衰减规律。
针对上述方案,本发明通过以下参照附图对公开的示例性实施例作详细描述,亦使本发明实施例的其它特征及其优点清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获取其他相关的附图。
图1为实施例中套管井信道模型的结构图;
图2为实施例中套管井信道的节点网络分析方法的流程图;
图3为实施例中发射装置部分及中继装置部分的右侧局部视图;
图4为实施例中H型网络等效电路的示意图;
图5为实施例中T型网络等效电路的示意图;
图6为实施例中套管井信道的节点网络分析装置的结构图。
具体实施方式
现在将详细地参考实施方案,这些实施方案的示例在附图中示出。下面的详细描述中示出许多具体细节,以便提供对各种所描述的实施方案的充分理解。但是,对本领域的普通技术人员将显而易见的是,各种所描述的实施方案可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在其他情况下,没有详细地描述众所周知的方法、过程、部件、电路和网络,以免不必要地使实施方案的各方面晦涩难懂。
还将理解的是,虽然在一些情况下,术语“第一”、“第二”等在本文中用于描述各种元件,但是这些元件不应受到这些术语限制。这些术语只是用于将一个元件与另一元件区分开。例如,第一接触可被命名为第二接触,并且类似地,第二接触可被命名为第一接触,而不脱离各种所描述的实施方案的范围。第一接触和第二接触两者都是接触,但是它们不是同一接触。
本实施例公开一种套管井信道的节点网络分析方法,旨在针对套管井井下的中继通讯工况进行分析,用于解决通用仿真软件无法分析套管井复杂信道中的信号衰减规律的问题。
本实施例中组成一般套管井信道的设备或结构包括地层1、套管2、井底液3、油管4、发射装置5、中继装置6及四个扶正器7。四个扶正器7两个一组的组成第一扶正器组及第二扶正器组;发射装置5及中继装置6分别地安装在油管4;扶正器安装在套管2及油管4之间,并且第一扶正器组分别地部署在发射装置5的两端,第二扶正器组7分别地部署在中继装置6的两端,油管4与套管2之间填充有井底液3。
请参考图1,本实施例基于上述套管井信道的设备或结构,构建有用于实施分析的套管井信道模型。其中,套管井信道模型等效为一同轴等长度的信道圆筒,地层1等效为均匀的信号传递介质。
同时,考虑到实际中套管、油管是由多根管道连接组成,那么本实施例忽略多根管道之间的连接及凸起,将套管2及油管4分别地等效为一根完整的套管管道及一根完整的油管管道,并且套管2管道的直径大于油管4管道的直径;发射装置5及中继装置6等效为直径大于油管4管道,小于套管2管道的装置圆筒;第一扶正器组及第二扶正器组7等效为油管4及套管2之间的电气连接结构。
对此,本实施例实施的套管井信道的节点网络分析方法被执行在服务器。服务器一般包括存储器及处理器。其中存储器主要包括存储程序区和存储数据区;其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序,以及本实施例涉及的程序等。以及,存储数据区可存储根据第一客户端的使用所创建的数据。此外,存储器可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件,及其他易失性固态存储器件。处理器提供高速运算能力,能够调用及执行存储器中存储的程序。本实施例中服务器被配置在机房,并且由专业的运维人员配置及检修。
那么,服务器基于上述配置的硬件,实施套管井信道的节点网络分析方法中的步骤在图2中示出。
S100、根据分析精度要求配置套管井信道模型为发射装置部分、中继装置部分及传输部分。
其中,分析精度要求是指仿真精度要求;发射装置部分、中继装置部分一般轴向长度在20m内,主要用于分析电磁信号在多种介质中穿透的过程,因此仿真精度要求较高;传输部分一般轴向长度在2km到3km,主要用于分析电磁信号在远距离传输中的信号衰减过程,因此仿真精度要求较低。
那么,结合本实施例中套管井信道模型,图3示出本实施例将发射装置、第一扶正器组及处在第一扶正器组之间的部分套管划分为发射装置部分11。将中继装置、第二扶正器组及处在第二扶正器组之间的部分套管划分为中继装置部分22。将处在第一扶正器及第二扶正器外的部分套管、油管及地层划分为传输部分。其中,处在第一扶正器组或第二扶正器组之间的部分套管是指,在高度方向上位于第一扶正器组或第二扶正器组的两个扶正器之间部分的套管;第一扶正器组或第二扶正器组之外的部分套管是指,在高度方向上位于第一扶正器组或第二扶正器组的两个扶正器之外部分的套管。
S200、分别地配置发射装置部分、传输部分及中继装置部分为若干轴向等距的区块,并且在高精度要求下,任意部分的区块数大于30。
S300、在区块划分后分别地仿真分析区块,用于获取区块的等效节点网络。
优选的,本实施例中考虑到H型网络能够更好的描述在发射装置部分及中继装置部分,分析电磁信号由油管向套管径向泄露以及沿经油管、第一扶正器组、第二扶正器组、套管的回流过程。那么图4中示出,本实施例中发射装置部分及中继装置部分的等效节点网络均配置为H型网络,H型网络配置为两侧边分别串联有电阻与电感,两侧边之间连接有电导。
优选的,本实施例中考虑到T型网络能够更好的描述在传输部分,分析电磁信号由发射装置部分向中继装置部分的传播,以及电磁信号向无穷远地层的泄露。那么图5中示出,本实施例中传输部分的等效节点网络均配置为T型网络;T型网络配置为单侧边串联有电阻与电感,横向对地侧边连接有漏电导。
当然,在实施H型网络及T型网络的仿真时,对于不同频率的载波,H型网络及T型网络的对应参数需分别仿真获取。
S400、连接发射装置部分对应的等效节点网络为发射装置节点网络,连接中继装置部分对应的等效节点网络为中继装置节点网络,连接传输部分对应的等效节点网络为传输节点网络。
优选的,在先仿真分析出相邻区块的互感,在后根据相邻区块的互感建立等效节点网络之间的联系,最后根据等效节点网络之间的联系连接出各自部分的节点网络。
S500、连接发射装置节点网络、中继装置节点网络及传输节点网络后获取套管井信道模型的等效整体网络。
具体的,在连接等效整体网络时,优选的根据电磁信号的在套管井信道中的“两次穿越”模型,即电磁信号在传播过程是发射装置-套管-地层-套管-中继装置,两次的穿越套管。那么为了能更好的描述电磁信号在套管井信道中的传播过程,本实施例中的套管井模型中发射装置部分的套管外侧与传输部分连接,中继装置部分的套管外侧与传输部分连接,等效整体网络则是连接发射装置节点网络与传输节点网络,中继装置节点网络与传输节点网络。
S600、根据电磁信号的发射位置及信号强度,在等效整体网络中配置激励信号,获取激励信号在等效整体网络的等效衰减规律。
优选的,实施例中发射位置及信号强度的获取,能够是通过仿真分析等效整体网络中任意位置的电压或电流值,继而获取当前位置的信号强度。
S700、根据等效衰减规律获取套管井信道的实际衰减规律。
通过上述技术方案,本实施例中方法被执行时通过等效电路的配置及计算高精度的描述中继信号在套管井信道中的衰减规律。
相比现有技术的网格分析方法能够在保证高精度的情况下有效降低了计算量;也解决了相似模型中因精度要求高、计算量过大而无法分析的问题。
进一步的,本实施例公开一种计算机可读存储介质。本实施例中可读存储介质临时或永久的存储有执行前述套管井信道的节点网络分析方法的计算机程序,计算机程序被服务器或终端执行时实现前述方法中的步骤。
同时,本实施例公开一种套管井信道的节点网络分析装置。
请参考图6,本实施例装置包括模型配置模块、区块配置模块、节点网络配置模块、网络连接模块、等效配置模块及衰减计算模块。
模型配置模块根据分析精度要求配置套管井信道模型为发射装置部分、中继装置部分及传输部分。区块配置模块分别地配置发射装置部分、传输部分及中继装置部分为若干区块。节点网络配置模块仿真分析区块,获取区块的等效节点网络。网络连接模块连接发射装置部分对应的等效节点网络为发射装置节点网络,连接中继装置部分对应的等效节点网络为中继装置节点网络,根据传输部分对应的等效节点网络为传输节点网络。等效配置模块根据发射装置节点网络、中继装置节点网络及传输节点网络组成套管井信道模型的等效整体网络。衰减计算模块根据电磁信号的发射位置及信号强度,在等效整体网络中配置激励信号,获取激励信号在等效整体网络的等效衰减规律,并且根据等效衰减规律获取套管井信道的实际衰减规律。
以上该仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种套管井信道的节点网络分析方法,其特征在于,
所述方法被执行时步骤包括:
S100、根据分析精度要求配置套管井信道模型为发射装置部分、中继装置部分及传输部分;
S200、分别地配置所述发射装置部分、所述传输部分及所述中继装置部分为若干区块;
S300、仿真分析所述区块,获取所述区块的等效节点网络;
S400、连接所述发射装置部分对应的所述等效节点网络为发射装置节点网络,连接所述中继装置部分对应的所述等效节点网络为中继装置节点网络,连接所述传输部分对应的所述等效节点网络为传输节点网络;
S500、根据所述发射装置节点网络、所述中继装置节点网络及所述传输节点网络组成所述套管井信道模型的等效整体网络;
S600、根据电磁信号的发射位置及信号强度,在所述等效整体网络中配置激励信号,获取所述激励信号在所述等效整体网络的等效衰减规律;
S700、根据所述等效衰减规律获取套管井信道的实际衰减规律。
2.如权利要求1所述的套管井信道的节点网络分析方法,其特征在于,
所述套管井信道模型包括地层、套管、井底液、油管、发射装置、中继装置、第一扶正器组及第二扶正器组;所述发射装置及所述中继装置分别地安装在所述油管;所述扶正器安装在所述套管及所述油管之间,并且所述第一扶正器组分别地部署在所述发射装置的两端,所述第二扶正器组分别地部署在所述中继装置的两端,所述油管与所述套管之间填充有所述井底液;
所述套管井信道模型等效为一同轴等长度的信道圆筒,所述地层等效为均匀的信号传递介质;
所述套管及油管分别地等效为套管管道及油管管道,并且所述套管管道的直径大于所述油管管道的直径;
所述发射装置及所述中继装置等效为直径大于所述油管管道,小于所述套管管道的装置圆筒;
所述第一扶正器组及所述第二扶正器组等效为所述油管及所述套管之间的电气连接结构。
3.如权利要求2所述的套管井信道的节点网络分析方法,其特征在于,
S100配置所述发射装置部分、所述中继装置部分及所述传输部分,配置为:
配置所述发射装置、所述第一扶正器组及处在所述第一扶正器组之间的部分套管为所述发射装置部分;
配置所述中继装置、所述第二扶正器组及处在所述第二扶正器组之间的部分所述套管为所述中继装置部分;
处在所述第一扶正器及所述第二扶正器外的部分所述套管、所述油管及所述地层为所述传输部分。
4.如权利要求1所述的套管井信道的节点网络分析方法,其特征在于,
S200配置所述区块,配置为:
分别地配置所述发射装置部分、所述中继装置部分及所述传输部分为若干沿轴向等距的所述区块;
S300中所述等效节点网络,配置为:
所述发射装置部分中的所述等效节点网络为H型网络;
所述中继装置部分中的所述等效节点网络为H型网络;
所述传输部分中的所述等效节点网络为T型网络;
所述H型网络配置为两侧边分别串联有电阻与电感,两侧边之间连接有电导;
所述T型网络配置为单侧边串联有电阻与电感,对地侧边连接有漏电导。
5.如权利要求1所述的套管井信道的节点网络分析方法,其特征在于,
S400连接所述发射装置节点网络、所述中继装置节点网络及所述传输节点网络,配置为:
仿真分析相邻所述区块的互感,根据相邻所述区块的互感连接所述发射装置节点网络、所述中继装置节点网络及所述传输节点网络。
6.如权利要求1所述的套管井信道的节点网络分析方法,其特征在于,
S500组成所述等效整体网络,配置为:
根据电磁信号的在所述套管井信道中的传播路径,分别地连接所述发射装置节点网络与所述传输节点网络,所述中继装置节点网络与所述传输节点网络。
7.如权利要求1所述的套管井信道的节点网络分析方法,其特征在于,
S600中所述电磁信号的发射位置及信号强度,配置为:
通过仿真分析所述等效整体网络中任意位置的电信号,获取当前位置的信号强度。
8.一种计算机可读存储介质,其特征在于,存储有执行如权利要求1到7任意一项中所述套管井信道的节点网络分析方法的计算机程序。
9.一种套管井信道的节点网络分析装置,其特征在于,
所述装置包括模型配置模块、区块配置模块、节点网络配置模块、网络连接模块、等效配置模块及衰减计算模块;
所述模型配置模块根据分析精度要求配置套管井信道模型为发射装置部分、中继装置部分及传输部分;
所述区块配置模块分别地配置所述发射装置部分、所述传输部分及所述中继装置部分为若干区块;
所述节点网络配置模块仿真分析所述区块,获取所述区块的等效节点网络;
所述网络连接模块连接所述发射装置部分对应的所述等效节点网络为发射装置节点网络,连接所述中继装置部分对应的所述等效节点网络为中继装置节点网络,根据所述传输部分对应的所述等效节点网络为传输节点网络;
所述等效配置模块根据所述发射装置节点网络、所述中继装置节点网络及所述传输节点网络组成所述套管井信道模型的等效整体网络;
所述衰减计算模块根据电磁信号的发射位置及信号强度,在所述等效整体网络中配置激励信号,获取所述激励信号在所述等效整体网络的等效衰减规律,并且根据所述等效衰减规律获取套管井信道的实际衰减规律。
10.如权利要求9所述的套管井信道的节点网络分析装置,其特征在于,
所述套管井信道模型包括地层、套管、井底液、油管、发射装置、中继装置、第一扶正器组及第二扶正器组;所述发射装置及所述中继装置分别地安装在所述油管;所述扶正器安装在所述套管及所述油管之间,并且所述第一扶正器组分别地部署在所述发射装置的两端,所述第二扶正器组分别地部署在所述中继装置的两端,所述油管与所述套管之间填充有所述井底液;
所述套管井信道模型等效为一同轴等长度的信道圆筒,所述地层等效为均匀的信号传递介质;
所述套管及油管分别地等效为套管管道及油管管道,并且所述套管管道的直径大于所述油管管道的直径;
所述发射装置及所述中继装置等效为直径大于所述油管管道,小于所述套管管道的装置圆筒;
所述第一扶正器组及所述第二扶正器组等效为所述油管及所述套管之间的电气连接结构;
所述模型配置模块配置所述发射装置、所述第一扶正器组及处在所述第一扶正器组之间的部分套管为所述发射装置部分;配置所述中继装置、所述第二扶正器组及处在所述第二扶正器组之间的部分所述套管为所述中继装置部分;处在所述第一扶正器及所述第二扶正器外的部分所述套管、所述油管及所述地层为所述传输部分。
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