钻井系统中的数据传输方法及系统与流程

本发明涉及一种钻井用泥浆中的信号传输，具体涉及一种旋转导向用泥浆负脉冲数据下传指令信息的编码、传输。

背景技术：

在石油勘探领域，旋转导向钻井系统在水平井、大位移井等复杂井中的应用越来越广泛，尤其是在页岩气施工中，旋转导向钻井系统几乎已经成为工程必需。旋转导向在钻井过程中测量井底各种参数，通过泥浆脉冲上传给地面施工人员，同时接收地面施工人员的下传指令，自动调整工具钻进方向和幅度。而其中，旋转导向井下工具能不能准确可靠地接收地面指令尤为重要，这就涉及到下传指令的编解码方法的可靠性问题。旋转导向指令下传系统是通过分流入井泥浆的流量，使井下涡轮发电机的转速产生变化，通过井下采集和滤波系统，井下工具识别出这种信号脉冲，解码出地面指令。地面分流器在分流泥浆的时候，需承受较大的泥浆冲击，所以总是希望分流时间越短越好。

技术实现要素：

本申请针对现有技术中对于指令的传输的速率和抗干扰性差等问题，提出了一种用于钻井系统的数据传输方法和系统。

所述钻进系统包括井上操作平台及井下控制装置，其特征在于：所述操作平台中的收发模块与进行控制装置执行数据的交互，其中数据包括操作平台与控制平台之间的指令数据；

所述指令数据由同步字，指令类型及指令数据构成，所述同步字由4个脉冲组成，相邻间距分别为：44000ms、45000ms、46000ms；

所述指令类型由1个脉冲组成，由与前1个脉冲的间隔大小区分，指令类型间隔计算方法为：时间基数+单位时间*指令编码；

所述指令数据由3个脉冲构组成，用脉冲间隔的长短标识数据的大小。

进一步，其中，指令数据的编码数据信息用三位17进制数表示abc，其中a、b、c分别为整数，17进制的第一位表示第一个脉冲间隔，17进制的第二位表示第二个脉冲间隔，17进制的第三位表示第三个脉冲间隔。

进一步，其中所述指令数据的第一个脉冲间隔计算方法：时间基数+单位时间*a；所述指令数据的第二个脉冲间隔计算方法：时间基数+单位时间*b；所述指令数据的第三个脉冲间隔计算方法：时间基数+单位时间*c。

进一步，其中，所述时间基数＝42441ms,时间单位为882ms。

进一步，其中，指令数据的指令数值大小为10进制，指令数值大小为：(a*17²+b*17+c)/(16*17²+16*17+16)*测量范围；

进一步，令类型包括至少7种类型。

进一步，指令类型之一为井斜信息inc，所述井斜信息inc＝(a*17²+b*17+c)/(16*17²+16*17+16)*180。

进一步，其中的指令类型之一为访问信息azi，其中所述方位信息azi＝(a*17²+b*17+c)/(16*17²+16*17+16)*360。

进一步，其中的7种类型指令，可以采用2种指令一并发送的方式，并行发送2个指令为12个脉冲，单独发送的指令为6个脉冲或9个脉冲。

进一步，其中7中类型指令中包括：定向百分比选择指令，定向模式选择指令，脉宽选择指令。

所述指令数据可以由操作平台或控制平台中的编码模块执行编码和传输。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为roboff的脉冲信号图，

图2为robon的脉冲信号图，

图3为inc＝43.5°的脉冲信号图，

图4为azi＝0°的脉冲信号图，

图5为inc＝45°&azi＝45°的脉冲信号图，

图6为gravitationalsteering,noazimuthcontrol的脉冲信号图，

图7为0％steer/100hold的脉冲信号图，

图8为脉宽＝0.18s的脉冲信号。

图9为数据传输系统结构的框架示意图

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本申请针对现有技术中对于指令的传输的速率和抗干扰性差等问题，提出了一种用于钻井系统的数据传输方法和系统。更进一步在对于数据执行预编码，提供了一种高分辨率、加密性能好、泥浆分流时间短的泥浆负脉冲指令下传编码方法。这种方法以脉冲之间的时间间隔作为编码基础，以17进制为数据计数标准，加密性能好，不容易破解；每个脉冲的宽度仅为2s，与其他下传编码方法相比，分流时间短，对分流器的冲击时间短，大大提高了分流器的使用寿命。

实施方式1

如图9所示在钻井过程中，井下探管的加速度传感器和磁通门传感器检测到的井斜、方位、重力工具面等一系列信息进行编码后，在井下探管cpu的控制下，需要将井下的测量信息以泥浆压力波的形式沿管壁传到立管处的压力传感器信号接发送给井上的操作平台，上述接到信号的是信号检测模块，进行电流/电压变换、放大滤波、模拟/数字转换、在单片机或微处理器的控制下通过发射电路、发射天线将信息发射到钻机控制房中控制平台，钻机控制控制平台中的收发模块接到信息后一方面将接收到的信息进行解码，并在操作平台中的计算机上显示；另一方面通过收发模块将该信息发送给司钻显示仪信号发送给司钻技术工作人员的操作页面，便于根据这些数据及时修正钻井轨迹。而本申请中的钻井的指令数据，也可以通过控制平台中的收发模块发送到控制平台中的井下探管等，以便控制进行钻铤等设备的。

本发明中的指令数据等通过井上操作平台或井下控制平台中的编码模块，编码之后执行指令数据的传输。

每条指令由同步字、指令类型、指令数据构成，指令数据和指令类型可以根据需要自行进行扩增，以下示例性的描述具体如下所述：

指令数据结构可为：

其中，“同步字syn”由4个脉冲组成，相邻间距分别为：44000ms、45000ms、46000ms

“指令类型”由1个脉冲组成，由与前1个脉冲的间隔大小区分。

指令类型脉冲间隔计算方法：时间基数+单位时间*指令编码

其中，时间基数＝42441ms

时间单位＝882ms

例如，指令riboff对应的脉冲时间间隔为42441+882*2＝44205ms。

“指令数据”由3个脉冲组成，用脉冲间隔的长短表示数据的大小。

指令数据的编码信息用三位17进制数表示abc(a、b、c分别为整数)，17进制的第一位表示第一个脉冲间隔，17进制的第二位表示第二个脉冲间隔，17进制的第三位表示第三个脉冲间隔。

“指令数据”第一个脉冲间隔计算方法：时间基数+单位时间*a

“指令数据”第二个脉冲间隔计算方法：时间基数+单位时间*b

“指令数据”第三个脉冲间隔计算方法：时间基数+单位时间*c

其中，时间基数＝42441ms

时间单位＝882ms

指令数值(10进制)＝(a*17²+b*17+c)/(16*172+16*17+16)*测量范围

最小分辨率＝测量范围/(16*17²+16*17+16)

例如，井斜43.5对应abc为4,1,14。对应的时间间隔为：

第一个脉冲间隔：42441+882*4＝45969ms

第二个脉冲间隔：42441+882*1＝43323ms

第三个脉冲间隔：42441+882*14＝54789ms

abc三位17进制编码表示0-180°井斜。

井斜为：inc＝(a*17²+b*17+c)/(16*17²+16*17+16)*180

43.5＝(4*17²+1*17+14)/(16*17²+16*17+16)*180

最小分辨率为：180°/(16*17²+16*17+16)＝0.036645°

其中七种指令具体为：

1)ribon、riboff指令

该指令无“指令数据”，由6个脉冲组成。见图1、图2。

riboff对应的指令类型的脉冲时间间隔为42441+882*2＝44205ms

ribon对应的指令类型的脉冲时间间隔为42441+882*3＝45087ms

2)inc指令

指令功能：发送需要的井斜数据(0-180°)

由9个脉冲组成，其中3个数据脉冲，采用abc三位17进制编码表示0-180°井斜。

inc的范围为0-180.00°,

当abc＝0，0，0时，inc＝0°；

当abc＝8，8，8时，inc＝90°；

当abc＝16,16,16时，inc＝180°；

下传指令inc的最小分辨率为：

180°/(16*172+16*17+16)＝45/1228°＝0.036645°

abc＝(0,0,0)表示起始井斜0，abc＝(4,1,14)表示43.5，abc＝(16,16,16)表示180。

计算公式为：inc＝(a*172+b*17+c)/(16*172+16*17+16)*180

最小分辨率为：180°/(16*172+16*17+16)＝0.036645°

abc三位17进制对应到脉冲(图3)的时间间隔，其中0对应42441ms，后每次增加1个单位，时间增加882ms。例如井斜43.5对应abc为4,1,14。对应的时间间隔为45969ms,43323ms,54789ms。见图3。

3个同步字syn(startpulse)脉冲的时间间隔固定为44000ms，45000ms，46000ms。

2个指令类型(codepulse)脉冲的时间间隔为42441ms。

3)azi指令

指令功能：发送方位数据(0-360°)

由9个脉冲组成，其中3个数据脉冲，采用abc三位17进制编码表示0-360°方位。

计算公式为：azi＝(a*172+b*17+c)/(16*172+16*17+16)*360

azi的范围为0-360.00°,

当abc＝0，0，0时，azi＝0°；

当abc＝4，4，4时，azi＝90°；

下传指令azi的最小分辨率为：360°/(16*172+16*17+16)＝0.07329°

以发送azi＝0为例，见图4。

4)inc+azi指令

指令功能：同时发送井斜inc和方位azi。

由12个脉冲组成，指令数据先发inc，后发az。

三位17进制表示inc，三位17进制表示azi，计算方式和单独inc和azi相同。

以inc:45&azi:45为例，见图5。4,4,4表示inc452,2,2表示azi45。

5)steeringmode指令

指令功能：定向模式选择，有4种模式。

以gravitationalsteering,noazimuthcontrol为例，见图6。

6)steer&hold指令指令功能：定向百分比选择，共有17种模式。

以0％steer/100hold为例，见图7。0表示0％steer/100hold，1表示10％steer/90hold，依此类推。可以以等差序列的模式递增。

7)脉宽指令

指令功能：脉宽选择，共有9种模式。

以0.18s为例，见图8。0表示0.18s，1表示0.24s，依此类推。可以以等差序列的模式递增。

同时也可以知道本发明的方法能够通过计算机软件或硬件予以实施，通过计算存储介质等存储相应的指令，通过处理器执行的方式，也能够实现本发明的方法。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。