用于进行信道映射和均衡器初始化的跳频探测器信号的制作方法

文档序号:13985261
用于进行信道映射和均衡器初始化的跳频探测器信号的制作方法

本公开涉及与钻井操作相关联的井下信道的信道映射,且更具体地涉及生成用于对井下泥浆柱进行信道映射的跳频探测器信号和使用跳频探测器信号进行均衡器初始化。

发明背景

通常在钻井或其他油气操作期间经由泥浆脉冲进行地面和井下工具之间的通信。当从井下向地面或从地面向井下换能器传输压力信号时,泥浆信道会引起失真和衰减,这可能会影响信号质量。例如,可能由于以下因素而发生在频谱的某些部分出现空值的频率选择性衰落:信号沿着传播路径的反射;地面上的设备;穿过管道的信道的特性的变化;和/或从井底钻具组件中的各种元件。另外,由于柱中泥浆的特性而发生随频率变化的衰减(频率越高,衰减越多)。

设计成允许通过该泥浆信道进行通信的系统可能以两种方式适应。首先,这个系统可基于对来自信道的频谱中出现的空值的理解来选择最佳操作频率。这样,可调整通带调制的中心频率(诸如QPSK(正交相移键控)、BPSK(二进制相移键控)、MSK(最小频移键控)、SOQPSK(成形偏移正交移键控)、CPM(连续相位调制)、QAM(正交幅度调制)等等),使得在信号的频率范围内不出现空值,并且使得考虑到泥柱衰减效应,中心频率不会过高。这可以被认为是信道映射函数。其次,可以使用均衡器来减少频率选择性衰落的失真效应。通常当使用均衡器时,采用多种方法来快速启动均衡器,使得它们能够快速地收敛到信道中的失真大大减轻的状态。

附图简述

图1示出了用于对井筒进行随钻测井的系统的示意图;

图2示出了泥浆柱的时间响应和频率响应;

图3示出了用于支持信道映射和均衡初始化两者的跳频探测器信号;

图4示出了来自跳频序列的频率响应;

图5示出了跳频传输的示例性实现方式;

图6示出了接收并处理跳频探测器信号的示例性实现方式;

图7示出了示例方法实施方案;以及

图8示出了示例性系统实施方案。

具体实施方式

以下详细描述了本公开的各种实施方案。尽管描述了各个实现方式,但应当理解,这仅是出于说明的目的。可以在不脱离本公开的精神和范围的前提下,使用其他部件和配置,并且所提供的示例性实现方式的特性/配置并非其中呈现了这些特性/配置的实现方式所特有的。

公开了一种系统、方法和计算机可读存储装置,其提供了一种用于以单个布置执行高速LWD(随钻测井)和/或MWD(随钻测量)操作所需的两个功能的机制:频道映射(以确定优选操作频率);以及均衡器初始化(以快速收敛均衡器,使得快速消除泥浆信道失真)。这节省了启动时间,并且生成了信道特性的高保真度分布图,从而可以确定包括操作中心频率的最佳操作参数。这两个功能都是用一个探测器信号来执行的,而不会影响任何一个。换句话说,单个探测器信号不是执行需要井下通信的两个不同的操作,而是提供使通信路径(诸如泥浆柱或钻柱的实心构件)并初始化均衡器所需的数据。为使这种情况成为可能,使用跳频探测信号,其中正在通信的信号在被测试的频率范围内并且以不连续的模式从小频带跳到小频带。

尽管这可以用于LWD,但它也可以适用于任何井下通信、通往和来自地面的通信、以及井下位置之间的通信。例如,本文公开的原理可以应用于波形从井下到地面、从地面到井下或在管道的通信点之间行进并且遇到衰减和失真的有线通信、泥浆柱通信(即泥浆脉冲遥测)、结构构件或其他信号传输。例如,如果经由有线通信进行通信,则系统可以利用电线、钻头本身或其他传导机构进行通信。如果系统经由泥浆脉冲遥测进行通信,则传感器将在泥浆柱内产生压力脉冲(正/负脉冲系统)或载波频率(连续波脉冲系统)。将这些各种通信可以采取的途径称为通信路径。

例如,一种根据本公开来配置的系统识别用于探测井筒内的第一位置处的第一装置与井筒内的第二位置处的第二装置之间的泥浆柱的频率范围。向多个探测序列中的每一个分配中心频率、带宽和时间帧,使得频率范围的整体被分配到多个探测序列,并且其中当根据分配到多个探测序列中的每个探测序列的时间帧来按顺序播放时,产生具有非连续频率的探测信号。所述系统接收衰减的探测信号,所述衰减的探测信号由另一装置作为探测信号而生成并且通过泥浆柱衰减。所述系统将衰减的探测信号与探测信号进行比较,以得到比较值。所述系统还基于比较值来初始化均衡器。

一种根据本公开配置的系统比需要单独的宽带频率映射和窄带均衡器初始化序列的可能的情况更快地执行信道映射功能和均衡器初始化功能。信道映射功能帮助识别操作的优选频带以提高数据传输速率,并且均衡器功能的快速收敛将有助于改善失真信道中信号接收的保真度。单信道探测器信号可以用于执行这两个功能,并且将这两个功能组合在单个信号中可以减少启动实际数据传输序列所需的时间。另外,信道探测器信号的不连续特性允许发出不连续的频率,这意味着信道探测器信号只能扫描用户感兴趣的频率而不是探测上限和下限频率之间的所有频率。

以下提供了额外的细节和实例。本公开现在转向所提供附图的描述。

如图1所示,钻柱32沿着它的长度支撑若干部件。示出了传感器子单元52,所述传感器子单元用于检测钻头50附近的状态,可包括诸如钻头50或钻柱32的地层流体密度、温度和压力以及方位角取向等性质的状态。钻头50可以经由旋转钻柱和/或靠近钻头50的井下马达来旋转。在钻井期间,可以进行随钻测量(MWD)/随钻测井(LWD)程序。本文公开的跳频探测信号可以适用于MWD和LWD的通信操作。传感器子单元52可以检测邻近传感器子单元52的井筒48周围的地层的特性诸如电阻率和孔隙度。其他传感器子单元35、36示为位于井的套管部分内,其可以类似地启用以感测钻柱、地层流体、套管和周围地层的附近特性和状态。无论感测到哪些状态或特性,都在井下例如在处理器44处记录下指示这些状态和特性的数据以供以后下载,或者将这些数据通过泥浆脉冲遥测、电线、无线或其他方式传送到地面,并且可以适当地采用本文公开的跳频探测信号。

如上所述,可以采用本文公开的跳频探测信号的一种通信模式包括泥浆脉冲遥测。这可能涉及经由导管42泵送到井下泥浆马达46和/或穿过钻头50中的喷嘴的钻井泥浆40的使用。钻井泥浆经由钻柱32向下循环并在钻柱32周围的环隙33向上循环,以冷却钻头50并从井筒48移除钻屑。为了通信的目的,可以在井下对流入的泥浆流的阻力进行调制,以将背压脉冲一直送到地面用于在传感器24处进行检测,并从中将代表性数据沿着通信信道20发送(有线地或无线地)到一个或多个处理器18、12进行记录和/后处理。

其他通信模式可以包括无线传输。如果无线地传输,那么井下收发器(天线)38可以用于经由顶侧收发器(天线)14来将数据发送到本地处理器18。在那里,可以对数据进行处理或将数据进一步经由线16或经由天线14和10一起无线地发送到远程处理器12。

另选地,通信可以经由钻柱32(有线通信)发生,然后沿着通信信道20进一步通信。同样,本文公开的跳频探测信号可以用于这种通信。

传感器子单元52沿着钻头50上方的钻柱32定位。传感器子单元52可以承载信号处理设备53,用于发送、接收和处理沿着钻柱32传递到地面27的信号并且处理来自表面27的信号。为了说明的目的,传感器子单元36在图1中示为位于泥浆马达46的上方,这可以旋转钻头50。在钻柱32中可以根据需要包括额外的传感器子单元35、36。定位在马达46下方的传感器子单元52具有与传感器子单元36通信以便将信息转发到地面27的设备53。马达113下方的设备53与传感器子单元36的井下设备37之间的通信可以通过上文讨论的任何通信模式来实现。

在由钻柱32支撑的地面27处,地面传感器子单元35承载设备39。地面传感器子单元35也可以由地面井架26支撑。可以在设备39内对在设备39处所接收的信号进行处理或将所述信号经由通信路径22发送到地面设施19进行处理。

如图1所示,地面设施19包括可与地面传感器子单元35通信的收发器(天线)14、耦接到收发器14以处理来自传感器子单元35、36、52的信号的个人计算机18以及用于对来自传感器子单元的信号和传感器数据进行时间标记的实时时钟17。

子单元中的传感器子单元和通信设备的功率可由容纳在其中的电池提供。另选地,如本领域中已知的那样,可以使用涡轮机生成从钻探泥浆流过钻柱的功率。

可以在移除钻柱32以将工具布置在井下时,将连续油管28和钢丝绳30的使用作为独立服务来部署。通过所部署的有线线路的通信也可以适当地采用本文公开的跳频探测器信号。

图2示出200了泥浆柱的时间响应206和频率响应212。左侧(时间响应)示出了基于线性相对响应208测量的信道中的回波的时间响应。回波本身由转移函数206中的峰值示出。峰值随时间202的平滑效应是由信道中的频率相关的衰减引起的。

图200的右侧示出了针对同一信道在频率210上的相对衰减中所测量的频率响应212。频率相关的衰减由虚线214突出显示。这些空值(频率响应212的低点)是由回声引起的,并相加形成频率响应212。信道映射功能的目标是确定每个频率下的衰减,以便识别MPT(泥浆脉冲遥测)通信信号的可接受的操作频率。均衡器初始化功能的目标是加速均衡器的收敛,以校正由信道的频域空值引起的失真。频率响应212是频率分布图的示例,示出了比其他频带和/或频率范围具有更高衰减的频带和/或频率范围。

图3示出了支持信道映射和均衡初始化的跳频探测器信号300。一系列调制信号310,各自在窄带宽(例如,在这种情况下,5Hz)下以非步进的方式在感兴趣的频率范围(例如,在这种情况下,40Hz 306)上传输。

考虑下面的示例。钻井操作期望使用探测信号来执行信道映射和均衡器初始化。对于探测信号选择40Hz的频率范围,其中探测信号由八个较小的带宽信号310组成。较小带宽信号310的数量可以根据具体配置的需要而变化。每个较小带宽信号310具有分配的中心频率、带宽和时间帧。这些较小信号310中的每一个的带宽可以是恒定的(例如,全部八个较小带宽信号可以具有5Hz的带宽),或者可以根据需要在较小信号之间变化。分配到每个较小带宽信号310的带宽可以与正生成的其他小带宽信号的带宽重叠,或者可以被配置为不重叠其他分配的带宽。一些配置可以在较小带宽信号310的频率范围之间具有“静音”空间,其中频率未被分配为探测。因此,一系列步骤310可以在频率范围302、306上提供均匀覆盖,或者可以比其他步骤覆盖更多的频率。例如,在一些情况下,可能发生各种频率的重叠。此外,较小带宽信号310的最低频率可以不包括0Hz,相反最低的小频带310的较低频率极限可以是10Hz、15Hz,或具体情况所要求的任何其他频率。使用窄带宽的单个信号提供了平坦的总体响应,在频带边缘处突然滚降。这是一个有吸引力的特征,可以提供从基带穿过感兴趣的最高频率均匀测量信道的能力。

以确定性(非伪随机)的方式选择中心频率。选择和/或分配到每个步骤310的时间帧可以具有恒定的持续时间TP,或者可以根据需要在步骤310之间变化。跳频探测器信号300的总时间304将是分配的时间帧的总和。如果时间帧是恒定的,那么总时间304将是一定数量的较小信号310和恒定持续时间TP的乘积308。持续时间的确定可以使某些区域的频谱更加完全平坦化、将能量集中在需要更多映射的区域和/或将一些序列专用于更专用的均衡器初始化。

如图所示,当生成跳频测深器信号300时,将在所分配的时间帧中生成每个单独的小带宽信号310,从而产生跳频探测器信号300,所述跳频探测器信号在时间上连续但在频率上不连续、在所分配的带之前跳频。因此,整个频率范围(在这个示例中,40Hz)都是用跳频探测器信号来探测的。如将在下面进一步描述的,可以调制每个单独的小带宽信号310,并且可以根据需要将跳频探测器信号300从基带被上变频(频移)到期望频率范围。例如,可以调制每个单独的小带宽信号310并作为跳频探测器信号300来传输。如果需要的话,上变频可以数字地或经由模拟发生。

图4示出了来自跳频序列的频率响应400,具体地讲图3中所示的跳频探测器信号。该图的左侧部分示出了每个序列310的单个光谱406,每个单独的光谱406具有不同的频率402范围。尽管可以使用任何类型的通带调制包括QPSK、PSK、CPM、SOQPSK、MSK、这些调制方案中的任何一个的变体等,但在这个特定实例中使用BPSK调制。如果每个信号310的结果406被加在一起,则该图的右侧部分示出组合结果408。在这种情况下,组合结果408是从基带通过感兴趣的高频率(在这种情况下,28Hz)的相对均匀(平坦)的探测器信号频谱。

图5示出了跳频传输的示例性实现方式500。所示实现方式500提供了生成跳频信号的一种方法的概述。其他方法也可能产生跳频信号,并且在本公开的范围内。例如,信号处理也可以在“通带”下执行。这个特定的实现方式500涉及符号序列的生成502、使用一个或多个调制方案(诸如BPSQ、QPSK、8PSK(8相移键控)、PSK、CPM、SOQPSK、MSK等)对序列的调制504以及将期望序列到对应于跳频序列中规定的频率的特定频率506的偏移(Fn 510表示跳频信号中的每个步骤的频率,索引为n)。所得信号被传递到脉冲发生器508,使得信号可以被转换成泥浆柱中的压力偏移、从井下传送到地面或者从地面传送到井下。

在跳频过程的每个段中生成和使用的符号序列502可以是相同的,或符号序列可以针对每个步骤改变(如由n索引)。所采用的调制技术504可以在索引(n)之间类似地一致,或者对于每个步骤/跳频可以变化。Fn值的集合可形成信道映射所需信道的覆盖范围,并且一个或多个Fn值可提供在接收到探测器信号之后调制数据之前初始化均衡器的机会。

图6示出了接收和处理跳频探测器信号的示例性实现方式600。所示实现方式600是可用于进行信道映射和均衡初始化的几种方法中的一种。在本公开的范围内,这个实现方式600的其他方法和变体是可能的。换能器602测量来自泥浆信道的压力偏移。所示实现方式600的上部路径示出了使用测量的压力偏移来生成频率分布图604并计算用于经由泥浆柱传输数据的最优调制参数606诸如中心频率FC、调制方案、带宽等。首先,执行涉及估计所接收信号的频谱的频率映射函数。将所接收信号与已知传输信号进行比较,基于比较值来计算泥浆柱的衰减。当频率的衰减效应与频率的噪声密度相结合时,可以为每个频率计算链路裕量。该链路裕量变成频率映射604。

可以根据这个链路裕量频率分布图来计算最优调制参数606。链路裕量分布图本身可以用于确定要使用的信号的类型(例如,QPSK或BPSK)、用于进一步通信的优选的中心频率和带宽。更大的链路裕量允许更高阶的星座图和更宽的带宽。另外,最大裕量的位置可以用于确定最适合于MPT数据传输的中心频率。例如,可以基于导致最小衰减的调制模式来确定“最优”调制模式。类似地,可以选择其他调制参数(诸如带宽、频率重叠、频率间隙、中心频率、各个跳频的时间帧),因为链路裕量的与这些调制参数相关联的部分具有比其他部分更小的衰减。

该图的下半部分示出了可以穿过其中进行均衡器初始化612的路径。可以添加一个或多个路径,每个路径均使用一个频段来初始化均衡器。可以使用感兴趣的中心频率来将所需信号经由频移608变频为基带。例如,可以将来自换能器602的所得信号下变频为基带信号。低通滤波器610可以施加基带信号以使其他频段彼此隔离。随后可以将所得信号馈送到均衡器初始化算法612。这可以是时域、频域、基于矩阵的、基于梯度的或其他类型的均衡器初始化算法612。所提出的跳频序列独立于要使用的特定均衡器初始化612方法。

图7示出了示例方法实施方案。为了清楚起见,就如图8所示被配置成实践该方法的示例性系统800对该方法进行了描述。本文概述的步骤是示例性的并且可以以其任何组合来实现,包括排除、添加或修改某些步骤的组合。

系统800识别用于探测井筒内的第一位置处的第一装置与井筒内的第二位置处的第二装置之间的泥浆柱的频率范围(702)。第一位置可以在井筒的地面上,并且第二位置在井筒的井下位置处,反之亦然。系统800向多个探测序列中的每一个分配中心频率、带宽和时间帧,使得频率范围的整体被分配到多个探测序列,并且其中当根据分配到多个探测序列中的每个探测序列的时间帧来按顺序播放时,产生具有非连续频率的探测信号(704)。

在第一装置处接收衰减的探测信号,所述衰减的探测信号由第二装置作为探测信号而生成并且通过泥浆柱衰减(706)。在某些配置中,第一装置可以是传感器并且第二装置可以是脉冲发生器,而在其他配置中,第一装置可以是脉冲发生器并且第二装置可以是传感器。另外,在某些配置中,可以使所接收的信号频移(即,上变频或下变频)到基带、到感兴趣的频率范围(诸如通带)。系统800将衰减的探测信号与探测信号进行比较,以得到比较值(708),并且基于比较值来估计泥浆柱的转移函数(710)。系统800可以使用这个转移函数来识别频率、带宽、调制方案和其他调制参数以用于进一步的井下通信。例如,系统可以使用比较值生成链路裕量频率分布图、基于链路裕量频率分布图来确定通信信道带宽并且基于链路裕量频率分布图来选择用于通信信道的调制参数。示例性调制方案可以包括BPSK、QPSK、8PSK、PSK、CPM、SOQPSK和MSK以及本领域技术人员已知的任何其他调制方案。

系统还基于比较值来初始化均衡器(712)。以这种方式,系统800以允许其执行信道映射函数、均衡器初始化函数或两者的方式使用跳频确定性(非伪随机)信号序列。所描述的功能可以在钻井操作期间发生,也可以在钻井时不发生。

在某些配置中,使用测试频率是连续的和/或伪随机分配的探测信号可能是有利的。在这种情况下,也可以使用用于识别转移函数的(非跳跃的和/或随机的)探测信号来根据本文描述的原理对均衡器进行初始化。

示出了图8中的基本通用系统或计算装置的简要描述,可以使用所述基本通用系统或计算装置来实践上面公开的概念、方法和技术。参照图8所示,示例性系统和/或计算装置800包括处理单元(CPU或处理器)810和系统总线805,所述系统总线将包括系统存储器815(诸如只读存储器(ROM)820和随机存取存储器(RAM)835的系统部件耦接到处理器810。图1的处理器(即,井下处理器44、本地处理器18和远程处理器12)都可以是该处理器810的形式。系统800可以包括高速缓冲存储器812,所述高速缓冲存储器与处理器810直接连接、紧密接近所述处理器或集成为所述处理器的一部分。系统800将来自存储器815和/或存储装置830的数据复制到高速缓冲存储器812以供处理器810快速访问。这样,高速缓冲存储器提供性能提升,这避免处理器810在等待数据时的延迟。这些和其他模块可以控制或被配置为控制处理器810执行各种操作或动作。其他系统存储器815也可供使用。存储器815可以包括具有不同性能特性的多种不同类型的存储器。可以理解,本公开可以在具有多于一个处理器810的计算装置800上或者在联网在一起的计算装置的组或群上运行以提供更大的处理能力。处理器810可以包括存储在存储装置830中的任何通用处理器和硬件模块或软件模块,诸如模块1 832、模块2 834和模块3 836,被配置为控制处理器810以及软件指令被纳入处理器的专用处理器。处理器810可以是包含多个核或处理器、总线、存储器控制器、高速缓冲存储器等的独立计算系统。多核处理器可以是对称的或不对称的。处理器810可以包括多个处理器,诸如具有多个在不同插槽中的物理上分离的处理器的系统,或者在单个物理芯片上具有多个处理器核的系统。类似地,处理器810可以包括位于多个分离的计算装置中但是诸如经由通信网络一起工作的多个分布式处理器。多个处理器或处理器核可以共享诸如存储器815或高速缓冲存储器812的资源,或者可以使用独立的资源进行操作。处理器810可以包括状态机、专用集成电路(ASIC)或包括字段PGA的可编程门阵列(PGA)中的一个或多个。

系统总线805可以是几种类型的总线结构中的任何一种,包括使用各种总线体系结构中的任何一种的存储器总线或存储器控制器、外围总线和本地总线。存储在ROM 820等中的基本输入/输出(BIOS)可以提供有助于在计算装置800内的元件之间(诸如在启动期间)传输信息的基本例程。计算装置800还包括存储装置830或计算机可读存储介质,诸如硬盘驱动器、磁盘驱动器、光盘驱动器、磁带驱动器、固态驱动器、RAM驱动器、可移除存储装置、廉价磁盘冗余阵列(RAID)、混合存储装置等。存储装置830可以包括用于控制处理器810的软件模块832、834、836。系统800可以包括其他硬件或软件模块。存储装置830由驱动器接口连接到系统总线805。驱动器和相关计算机可读存储装置为计算装置800提供计算机可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的非易失性存储。在一个方面,执行特定功能的硬件模块包括存储在有形计算机可读存储装置中的软件部件,其连接诸如处理器810、总线805、显示器170等的必要硬件部件以执行特定功能。在另一方面,系统可以使用处理器和计算机可读存储装置备来存储指令,所述指令在由处理器执行时致使处理器执行操作、方法或其他特定动作。可以根据装置的类型(诸如装置800是小型手持式计算装置、台式计算机还是计算机服务器)来修改基本部件和适当的变体。当处理器810执行指令以执行“操作”时,处理器810可以直接执行操作和/或促进、指导或者与另一设备或部件协作以执行操作。

尽管本文描述的示例性实施方案采用硬盘830,但可以存储可由计算机访问的数据的其他类型的计算机可读存储装置诸如磁带盒、闪存卡、数字多功能盘(DVD)、盒式存储器、随机存取存储器(RAM)835、只读存储器(ROM)820、包含比特流的电缆等也可以在示例性操作环境中使用。有形计算机可读存储介质、计算机可读存储装置或计算机可读存储装置明确地排除诸如暂时波、能量、载波信号、电磁波和信号本身的介质。

为了使用户能够与计算装置800进行交互,输入装置190表示任意数量的输入机构诸如用于语音的麦克风、用于手势或图形输入的触敏屏、键盘、鼠标、运动输入、语音等。输出装置835也可以是本领域技术人员已知的多个输出机构中的一个或多个。在一些情况下,多模式系统使得用户能够提供多种类型的输入以与计算装置800通信。通信接口840通常支配和管理用户输入和系统输出。对任何特定的硬件布置的操作没有限制,因此所描述的基本硬件可以很容易地替代正在开发的改进的硬件或固件布置。

为了解释清楚,说明性系统实施方案被呈现为包括单独的功能块,所述单独的功能块包括被标记为“处理器”或处理器810的功能块。可以通过使用共享或专用硬件来提供这些块表示的功能,所述硬件包括但不限于能够执行软件和硬件的硬件诸如处理器810,其被专门构建以等同于在通用处理器上执行的软件来操作。例如,图8中呈现的一个或多个处理器的功能可以由单个共享处理器或多个处理器提供。(使用术语“处理器”不应被解释为专指能够执行软件的硬件。)说明性实施方案可以包括微处理器和/或数字信号处理器(DSP)硬件、用于存储执行下述操作的软件的只读存储器(ROM)820以及用于存储结果的随机存取存储器(RAM)835。还可以提供超大规模集成(VLSI)硬件实施方案以及与通用DSP电路相结合的定制VLSI电路。

各种实施方案的逻辑操作被实现为:(1)在通用计算机内的可编程电路上运行的计算机实现的步骤、操作或程序的序列;(2)在专用可编程电路上运行的计算机实现的步骤、操作或程序的序列;和/或(3)可编程电路内的互连机器模块或程序引擎。图8中所示的系统800可以可以实践所列举方法的全部或一部分、可以是所列举系统的一部分和/或可以根据所列举有形计算机可读存储装置中的指令进行操作。此类逻辑操作可以被实现为被配置成控制处理器810以根据模块的编程执行特定功能的模块。例如,图8示出了三个模块Mod1 832、Mod2 834和Mod3 836,它们被配置成控制处理器810。这些模块可以被存储在存储装置830上并且在运行时被加载到RAM 835或存储器815中,或者可以被存储在其他计算机可读存储器位置中。

可以将示例计算装置800的一个或多个部分虚拟化,直到并且包括整个计算装置800。例如,虚拟处理器可以是根据特定指令集执行的软件对象,即使当与虚拟处理器相同类型的物理处理器不可用时。虚拟化层或虚拟“主机”可以通过将虚拟化操作转换为实际操作来启用一个或多个不同计算装置或装置类型的虚拟化部件。然而,最终,每种类型的虚拟化硬件都是由一些底层物理硬件来实现或执行的。因此,虚拟化计算层可以在物理计算层的顶部运行。虚拟化计算层可以包括虚拟机、覆盖网络、管理程序、虚拟交换以及任何其他虚拟化应用中的一个或多个。

处理器810可以包括本文公开的所有类型的处理器,包括虚拟处理器。然而,当提及虚拟处理器时,处理器810包括与在虚拟化层中执行虚拟处理器相关联的软件部件以及执行虚拟化层所需的底层硬件。系统800可以包括物理或虚拟处理器810,其接收存储在计算机可读存储装置中的指令,所述指令致使处理器810执行某些操作。当提及虚拟处理器810时,系统还包括执行虚拟处理器810的底层物理硬件。

在本公开的范围内的实施方案还可以包括用于承载或具有存储在其上的计算机可执行指令或数据结构的有形和/或非暂时性计算机可读存储装置。此类有形计算机可读存储装置可以是任何可以由通用或专用计算机访问的可用装置,包括如上所述的任何专用处理器的功能设计。作为示例而非限制,此类有形计算机可读装置可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储装置,或者可以用于以计算机可执行指令、数据结构或处理器芯片设计的形式承载或存储期望的程序代码。当经由网络或另一通信连接(硬连线、无线或其组合)向计算机提供信息或指令时,计算机将该连接正确地视为计算机可读介质。因此,任何这样的连接都被适当地称为计算机可读介质。上述的组合也应包括在计算机可读存储装置的范围内。

计算机可执行指令包括例如致使通用计算机、专用计算机或专用处理装置执行某个功能或功能组的指令和数据。计算机可执行指令还包括由独立或网络环境中的计算机执行的程序模块。一般来讲,程序模块包括例程、程序、部件、数据结构、对象和专用处理器的设计中固有的功能等,其执行特定的任务或实现特定的抽象数据类型。计算机可执行指令、相关数据结构和程序模块表示用于执行本文所描述的方法的步骤的程序代码装置的实例。此类可执行指令和相关数据结构的具体序列表示用于实现在此类步骤或过程中描述的功能的相应动作的实例。

本公开的其他实施方案可以在具有很多类型的计算机系统配置中实践,这些计算机系统配置包括个人计算机、手持式装置、多处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费型电子产品、网络PC、小型计算机、大型计算机等。各实施方案也可在分布式计算环境中实践,在所述分布式计算环境中,由经由通信网络链接(通过硬连链路、无线链路或它们的组合)的本地和远程处理装置执行任务。在分布式计算环境中,程序模块可定位于本地存储器和远程存储器这两个存储装置中。

应当理解,为了使说明简洁清晰,在认为适当的情况下,可以在附图中重复使用附图标记来指示相应的或相似的元件。此外,阐述了很多具体细节,以便于充分理解本文所述的实施方案。然而,本领域技术人员应当理解,可以在没有这些具体细节的情况下实践本文所述的实施方案。在其他情况下,没有详细描述方法、过程和部件,以免模糊正描述的相关特征。而且,本说明书不应被认为限制了本文所述实施方案的范围。附图不必按比例绘制并且可以将某些部分的比例放大以更好地示出本公开的细节和特征。

在上面的描述中,如本文所用的诸如“上部”、“向上”、“下部”、“向下”、“上方”、“下方”、“井下”、“井上”、“纵向”、“横向”等术语,即使井筒或井筒的各部分可能是偏斜的或水平的,也应该关于周围井筒的底部或最远的范围。因此,横向、轴向、侧向、纵向、径向等取向应该是指相对于井筒或工具的取向的取向。另外,示出了所示实施方案,使得与左手侧相比右手侧在井下的方向。

术语“耦接”被定义为直接连接或经由中间部件而间接连接,并且不一定限于物理连接。连接可以使得物体永久连接或可释放地连接。术语“外侧”是指超出物理物体最外层的区域。术语“内侧”表示区域的至少一部分被部分地包含在由物体形成的边界内。术语“基本上”被定义为基本上符合基本上修改的特定尺寸、形状或其他词,使得该部件不必是精确的。例如,大致圆柱形意味着物体类似于圆柱体,但可能与真实圆柱体具有一个或多个偏差。

术语“径向”是指基本沿着物体的半径的方向,或者在沿着物体的半径的方向上具有方向分量,即使物体不是完全圆形的或圆柱形的。术语“轴向”是指基本沿着物体的轴线的方向。如果没有指明,那么术语轴向是指物体的长轴。

列举集合中的“至少一个”的要求性语言表示该集合中的一个构件或该集合的多个构件满足该要求。

本公开的声明包括:

声明1:一种方法,其包括:识别用于探测井筒内的第一位置处的第一装置与所述井筒内的第二位置处的第二装置之间的通信路径的频率范围;利用所述第二装置通过以下操作生成具有非连续频率的探测信号:向多个探测序列中的每一个分配中心频率、带宽和时间帧,使得所述频率范围的整体被分配到所述多个探测序列,以及根据分配到所述多个探测序列中的每个探测序列的所述时间帧来按顺序播放所述多个探测序列;穿过所述通信路径传输所述探测信号以产生衰减的探测信号;在所述第一装置处接收所述衰减的探测信号;将所述衰减的探测信号与所述探测信号进行比较,以得到比较值;以及基于所述比较值来估计所述通信路径的转移函数。

声明2:根据声明1所述的方法,其中所述第一装置包括传感器并且所述第二装置包括脉冲发生器。

声明3:根据声明1或声明2所述的方法,其中在钻井操作期间发生所述衰减的探测信号的所述接收。

声明4:根据前述声明中任一项所述的方法,其进一步包括基于所述比较值来初始化均衡器。

声明5:根据前述声明中任一项所述的方法,其进一步包括:使用所述比较值生成链路裕量频率分布图;基于所述链路裕量频率分布图来确定通信信道带宽;以及基于所述链路裕量频率分布图来选择用于通信信道的调制参数。

声明6:根据前述声明中任一项所述的方法,其中所述调制参数包括调制方案,所述调制方案是BPSK、QPSK、8PSK、QAM、PSK、CPM、SOQPSK、MSK中的一个,以及BPSK、QPSK、8PSK、QAM、PSK、CPM、SOQPSK和MSK中的至少一个的变体。

声明7:根据前述声明中任一项所述的方法,其进一步包括在接收到所述衰减的探测信号后,使所述衰减的探测信号移位。

声明8:根据前述声明中任一项所述的方法,其中所述衰减的探测信号的所述移位为下变频。

声明9:根据前述声明中任一项所述的方法,其中所述第一位置大致在所述井筒的地面位置处并且所述第二位置在所述井筒的井下位置处。

声明10:根据前述声明中任一项所述的方法,其中所述第二位置大致在所述井筒的地面位置处并且所述第一位置在所述井筒的井下位置处。

声明11:一种系统,其包括:处理器;以及计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有指令,所述指令当由所述处理器执行时,致使所述处理器执行包括以下各项的操作:识别用于探测井筒内的第一位置处的第一装置与所述井筒内的第二位置处的第二装置之间的通信路径的频率范围;利用所述第二装置通过以下操作生成具有非连续频率的探测信号:向多个探测序列中的每一个分配中心频率、带宽和时间帧,使得所述频率范围的整体被分配到所述多个探测序列,以及根据分配到所述多个探测序列中的每个探测序列的所述时间帧来按顺序播放所述多个探测序列;穿过所述通信路径传输所述探测信号以产生衰减的探测信号;在所述第一装置处接收所述衰减的探测信号;将所述衰减的探测信号与所述探测信号进行比较,以得到比较值;以及基于所述比较值来估计所述通信路径的转移函数。

声明12:根据声明11所述的系统,其中所述第一装置包括传感器并且所述第二装置包括脉冲发生器。

声明13:根据声明11至12中任一项所述的系统,其中在钻井操作期间发生所述衰减的探测信号的所述接收。

声明14:根据声明11至13中任一项所述的系统,所述计算机可读存储介质存储有额外的指令,所述额外的指令当由所述处理器执行时,致使所述处理器执行包括以下项的操作:基于所述比较值来初始化均衡器。

声明15:根据声明11至14中任一项所述的系统,所述计算机可读存储介质存储有额外的指令,所述额外的指令当由所述处理器执行时,致使所述处理器执行包括以下各项的操作:使用所述比较值生成链路裕量频率分布图;基于所述链路裕量频率分布图来确定通信信道带宽;以及基于所述链路裕量频率分布图来选择用于通信信道的调制参数。

声明16:根据声明11至15中任一项所述的系统,其中所述调制参数包括调制方案,所述调制方案是BPSK、QPSK、8PSK、QAM、PSK、CPM、SOQPSK、MSK中的一个,以及BPSK、QPSK、8PSK、QAM、PSK、CPM、SOQPSK和MSK中的至少一个的变体。

声明17:根据声明11至16中任一项所述的系统,所述计算机可读存储介质存储有额外的指令,所述额外的指令当由所述处理器执行时,致使所述处理器执行包括以下项的操作:在接收到所述衰减的探测信号后,使所述衰减的探测信号移位。

声明18:根据声明11至17中任一项所述的系统,其中所述衰减的探测信号的所述移位为下变频。

声明19:根据声明11至18中任一项所述的系统,其中所述第一位置大致在所述井筒的地面位置处并且所述第二位置在所述井筒的井下位置处。

声明20:根据声明11至19中任一项所述的系统,其中所述第二位置大致在所述井筒的地面位置处并且所述第一位置在所述井筒的井下位置处。

声明21:一种存储有指令的计算机可读存储装置,所述指令当由计算装置执行时,致使所述计算装置执行包括以下各项的操作:识别用于探测井筒内的第一位置处的第一装置与所述井筒内的第二位置处的第二装置之间的通信路径的频率范围;利用所述第二装置通过以下操作生成具有非连续频率的探测信号:向多个探测序列中的每一个分配中心频率、带宽和时间帧,使得所述频率范围的整体被分配到所述多个探测序列,以及根据分配到所述多个探测序列中的每个探测序列的所述时间帧来按顺序播放所述多个探测序列;穿过所述通信路径传输所述探测信号以产生衰减的探测信号;在所述第一装置处接收所述衰减的探测信号;将所述衰减的探测信号与所述探测信号进行比较,以得到比较值;以及基于所述比较值来估计所述通信路径的转移函数。

声明22:根据声明21所述的计算机可读存储装置,其中所述第一装置包括传感器并且所述第二装置包括脉冲发生器。

声明23:根据声明21至22中任一项所述的计算机可读存储装置,其中在钻井操作期间发生所述衰减的探测信号的所述接收。

声明24:根据声明21至23中任一项所述的计算机可读存储装置,其存储有额外的指令,所述额外的指令当由所述计算装置执行时,致使所述计算装置执行包括以下项的操作:基于所述比较值来初始化均衡器。

声明25:根据声明21至24中任一项所述的计算机可读存储装置,其存储有额外的指令,所述额外的指令当由所述计算装置执行时,致使所述计算装置执行包括以下各项的操作:使用所述比较值生成链路裕量频率分布图;基于所述链路裕量频率分布图来确定通信信道带宽;以及基于所述链路裕量频率分布图来选择用于通信信道的调制参数。

声明26:根据声明21至25中任一项所述的计算机可读存储装置,其中所述调制参数包括调制方案,所述调制方案是BPSK、QPSK、8PSK、QAM、PSK、CPM、SOQPSK、MSK中的一个,以及BPSK、QPSK、8PSK、QAM、PSK、CPM、SOQPSK和MSK中的至少一个的变体。

声明27:根据声明21至26中任一项所述的计算机可读存储装置,其存储有额外的指令,所述额外的指令当由所述计算装置执行时,致使所述计算装置执行包括以下项的操作:在接收到所述衰减的探测信号后,使所述衰减的探测信号移位。

声明28:根据声明21至27中任一项所述的计算机可读存储装置,其中所述衰减的探测信号的所述移位为下变频。

声明29:根据声明21至28中任一项所述的方法,其中第一位置大致在井筒的地面位置处并且第二位置在井筒的井下位置处。

声明30:根据声明21至29中任一项所述的计算机可读存储装置,其中所述第二位置大致在所述井筒的地面位置处并且所述第一位置在所述井筒的井下位置处。

声明31:一种方法,其包括:识别用于探测井筒内的第一位置处的第一装置与所述井筒内的第二位置处的第二装置之间的通信路径的频率范围;向符号序列中的每个符号分配中心频率、带宽和时间帧,使得所述频率范围的整体被分配到所述符号序列,并且其中当根据分配到每个符号的所述时间帧来按顺序播放时,产生在所述频率范围内具有非连续频率的探测信号;调制所述符号序列,以得到已调制信号;对所述已调制信号执行频移,以得到频移的已调制信号;以及从所述第一装置向所述第二装置传输所述频移的已调制信号。

声明32:根据声明31所述的方法,其中所述第一装置包括传感器并且所述第二装置包括脉冲发生器。

声明33:根据声明31所述的方法,其中所述第一装置包括脉冲发生器并且所述第二装置包括传感器。

声明34:根据声明31至33中任一项所述的方法,其中所述传感器大致位于地平面处并且所述脉冲发生器位于井下位置处。

声明35:根据声明31至34中任一项所述的方法,其中在钻井操作期间发生所述频移的已调制信号的所述传输。

声明36:根据声明31至35中任一项所述的方法,其中根据调制方案发生所述调制,所述调制方案是BPSK、QPSK、8PSK、QAM、PSK、CPM、SOQPSK、MSK中的一个,以及BPSK、QPSK、8PSK、QAM、PSK、CPM、SOQPSK和MSK中的至少一个的变体。

声明37:根据声明31至36中任一项所述的方法,其中所述频移包括所述已调制信号从基带频谱到较高频谱的上变频。

声明38:根据声明31至37中任一项所述的方法,其中所述频移包括所述已调制信号从较高频谱到较低频谱的下变频。

声明39:根据声明31至38中任一项所述的方法,其中分配到每个符号的所述带宽与分配到所述符号序列中的不同符号的带宽至少部分地重叠。

声明40:根据声明31至39中任一项所述的方法,其中分配到每个符号的中心频率是非伪随机的。

声明41:一种方法,其包括:在井筒内的第一装置处从所述井筒的第二位置处的第二装置接收已调制信号;基于所述已调制信号来生成频率分布图;基于所述频率分布图来识别所述已调制信号内的第一频率范围和第二频率范围,其中所述第二频率范围在所述已调制信号内具有较高的衰减;对所述已调制信号执行频移,以得到频移的已调制信号;对所述频移的已调制信号进行滤波;以及基于所述频移的已调制信号来初始化均衡器。

声明42:根据声明41所述的方法,其中所述第一装置包括传感器并且所述第二装置包括脉冲发生器。

声明43:根据声明41所述的方法,其中所述第一装置包括脉冲发生器并且所述第二装置包括传感器。

声明44:根据声明41至43中任一项所述的方法,所述频率分布图的所述生成以及所述第一频率范围和所述第二频率范围的所述识别与所述频移的所述执行、所述频移的已调制信号的所述滤波和所述均衡器的初始化并行地发生。

声明45:根据声明41至43中任一项所述的方法,其中所述频率分布图的所述生成以及所述第一频率范围和所述第二频率范围的所述识别与所述频移的所述执行、所述频移的已调制信号的所述滤波和所述均衡器的所述初始化顺序地发生。

声明46:根据声明41至45中任一项所述的方法,其进一步包括使用所述第一频率范围来传输额外的通信。

声明47:根据声明41至46中任一项所述的方法,其中所述均衡器的所述初始化包括利用以下至少一项:时域均衡器初始化算法;频域均衡器初始化算法;基于矩阵的均衡器初始化算法;以及基于梯度的均衡器初始化算法。

声明48:根据声明41至47中任一项所述的方法,其中所述已调制信号内的所述第一频率范围和所述第二频率范围的识别进一步包括将所述已调制信号与已知传输信号进行比较。

声明49:根据声明41至48中任一项所述的方法,其进一步包括:测量所述井筒内的通信路径的压致移位,其中所述频率分布图的所述生成是基于所述压致移位的。

声明50:根据声明41至49中任一项所述的方法,其中所述频移的已调制信号的所述滤波包括使所述频移的已调制信号穿过低通滤波器。

声明51:一种方法,其包括:识别用于探测井筒内的第一位置处的第一装置与所述井筒内的第二位置处的第二装置之间的通信路径的频率范围;向多个探测序列中的每一个分配中心频率、带宽和时间帧,使得所述频率范围的整体被分配到所述多个探测序列,并且其中当根据分配到所述多个探测序列中的每个探测序列的所述时间帧来按顺序播放时,产生具有非连续频率的探测信号;以及从所述第一装置向所述第二装置传输所述探测信号。

声明52:一种方法,其包括:识别用于探测井筒内的第一位置处的第一装置与所述井筒内的第二位置处的第二装置之间的通信路径的频率范围;向多个探测序列中的每一个分配中心频率、带宽和时间帧,使得所述频率范围的整体被分配到所述多个探测序列,并且其中当根据分配到所述多个探测序列中的每个探测序列的所述时间帧来按顺序播放时,产生探测信号;在所述第一装置处接收衰减的探测信号,所述衰减的探测信号由所述第二装置作为所述探测信号而生成并且通过所述通信路径衰减;将所述衰减的探测信号与所述探测信号进行比较,以得到比较值;基于所述比较值来估计所述通信路径的转移函数;以及基于所述比较值来初始化均衡器。

声明53:一种方法,其包括:识别用于探测井筒内的第一位置处的第一装置与所述井筒内的第二位置处的第二装置之间的通信路径的频率范围;向多个探测序列中的每一个分配中心频率、带宽和时间帧,使得所述频率范围的整体被分配到所述多个探测序列,并且其中当根据分配到所述多个探测序列中的每个探测序列的所述时间帧来按顺序播放时,产生探测信号;在所述第一装置处接收衰减的探测信号,所述衰减的探测信号由所述第二装置作为所述探测信号而生成并且通过所述通信路径衰减;将所述衰减的探测信号与所述探测信号进行比较,以得到比较值;以及基于所述比较值来初始化均衡器。

上述各种实施方案仅通过说明方式提供,且不应该被解释为限制本公开的范围。例如,本文的原理可适用于任何钻井操作,而不管通信路径的组成如何。可对本文所述的原理作出各种修改和变化,而不遵循本文所示出和描述的示例实施方案和应用,并且不脱离本公开的精神和范围。

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