一种泥浆脉冲传输装置与方法与流程

本发明涉及油气勘探开发中钻井工程，具体地说，涉及一种泥浆脉冲传输装置与方法。

背景技术：

1、泥浆脉冲传输是目前石油钻井过程中应用最为广泛的数据传输方式，其原理是井下仪器通过脉冲发生器改变钻柱里的泥浆压力，形成压力波而将测量数据以脉冲的形式传递到地面。泥浆脉冲传输可以为井场人员实时提供井下各种参数，如井斜、方位、工具面等。随着各种井下新的测量仪器的研制成功与应用，井下需要上传的信息日益增多，因此传输速率逐步成为泥浆脉冲传输系统的短板。提高正脉冲传输速率的方案主要包括两种，一种是减小脉宽，另一种是压缩数据。对于减小脉宽方案，近年来泥浆脉冲传输技术的发展使得泥浆脉冲发生器能够产生更小脉宽的信号，这为提高泥浆脉冲传输速率奠定了基础。但是，脉宽的减小会增加泥浆脉冲信号的衰减，且更容易受到噪声的干扰。对于压缩数据方案，传统的脉冲位置调制编码没有考虑应用环境下的数据特征，例如传输数据“0x0”所用的时间始终小于传输数据“0xf”所用的时间，这在某些情况下(例如待传输的数据始终位于“0xf”附近)会造成传输带宽的大量浪费。将传输数据转换为一个较小的数值能够有效地提高泥浆脉冲传输速率。但是，更近的脉冲间距更容易发生相互干扰。

2、传统的泥浆脉冲传输通常只具有一种测量方式，在仪器入井后无法进行更改。在同一趟钻过程中，由于泥浆泵状态、泥浆性能和地层参数的变化，一种测量方案可能无法适用各种情况。在尽可能地保证提高泥浆脉冲传输速率的基础上，如何保证测量数据时刻都能传输到地面，避免起钻操作，仍是快速泥浆脉冲传输必须要考虑的问题。

3、针对现有技术的问题，本发明提供了一种集多种测量方式一体的快速泥浆脉冲传输装置与方法。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的问题，本发明提供了一种泥浆脉冲传输装置，所述装置包含：

2、井下设备，其基于泥浆泵开关状态确定系统工作模式，并依据所述系统工作模式，将测量得到的井下测量数据处理生成泥浆脉冲压力波信号；

3、地面设备，其用于采集得到所述泥浆脉冲压力波信号，并依据所述系统工作模式对所述泥浆脉冲压力波信号进行解码，还原得到所述井下测量数据。

4、根据本发明的一个实施例，所述井下设备安装在接入钻具组合的无磁钻铤内，随所述钻具组合下至井下预定位置，其包含：

5、测量传感器模块，其用于持续测量所述井下测量数据；

6、流量开关模块，其用于持续测量所述泥浆泵开关状态；

7、中央控制器模块，其通过所述泥浆泵开关状态确定所述系统工作模式，并依据所述系统工作模式对所述井下测量数据进行编码，得到编码信号；

8、泥浆脉冲发生器模块，其依据所述编码信号的控制，阻挡或允许泥浆通过，以生成所述泥浆脉冲压力波信号；

9、电池组模块，其用于为所述井下设备内的用电设备提供电力供应；

10、电源管理模块，其用于控制所述电池组模块的电力分配。

11、根据本发明的一个实施例，所述中央控制器模块包含模式确定单元，其基于所述泥浆泵开关状态确定是否满足模式转换条件，并确定所述系统工作模式，其中：

12、提取所述泥浆泵开关状态中的开泵时刻以及关泵时刻；

13、计算所述关泵时刻与所述开泵时刻之间的时间差值，记为第一数值；

14、判断所述第一数值是否处于工作模式转换窗口，若不处于所述工作模式转换窗口，则不满足所述模式转换条件，保持当前系统工作模式；

15、若处于所述工作模式转换窗口，则满足所述模式转换条件，计算所述第一数值与预热窗口长度之间的差值，记为第二数值；

16、确定所述第二数值所处的模式转换子窗口，将当前系统工作模式转换为所述模式转换子窗口指向的系统工作模式，其中，所述工作模式转换窗口包含多个所述模式转换子窗口，每个所述模式转换子窗口均指向一个系统工作模式。

17、根据本发明的一个实施例，所述中央控制器模块包含编码单元，其基于所述系统工作模式对应的预设脉宽减小倍数以及预设参数偏移向量，对所述井下测量数据进行编码，得到编码信号，其中：

18、读取所述预设脉宽减小倍数、所述预设参数偏移向量以及所述井下测量数据；

19、将所述井下测量数据减去所述预设参数偏移向量，得到参数差值向量；

20、将原始脉宽除以所述预设脉宽减小倍数，得到当前脉宽；

21、基于当前脉宽对所述参数差值向量进行编码，得到所述编码信号。

22、根据本发明的一个实施例，所述地面设备包含：

23、立压管线，其与井眼、泥浆泵、泥浆池和泥浆回流管线连接，用于循环泥浆；

24、压力传感器，其安装在所述立压管线上，用于对所述泥浆脉冲压力波信号进行感测，形成泥浆脉冲电信号；

25、地面压力波采集模块，其用于对所述泥浆脉冲电信号进行采集，得到采集信号；

26、地面计算机模块，其用于对所述采集信号进行解码，还原得到所述井下测量数据；

27、所述泥浆泵，其用于执行操作人员发出的开关泵操作指令，生成所述泥浆泵开关状态；

28、所述泥浆池，其与所述泥浆泵连接，用于储存泥浆；

29、所述泥浆回流管道，其与所述立压管线连接，用于将泥浆回收至所述泥浆池。

30、根据本发明的一个实施例，地面计算机模块包含解码单元，其基于所述系统工作模式对应的预设脉宽减小倍数以及预设参数偏移向量，对所述采集信号进行解码，还原得到所述井下测量数据，其中：

31、基于所述预设脉宽减小倍数对所述采集信号进行解码，得到参数差值向量；

32、将所述参数差值向量加上所述预设参数偏移向量，得到所述井下测量数据。

33、根据本发明的一个实施例，当所述泥浆脉冲压力波信号的脉宽超过预设值，使用一个所述压力传感器对所述泥浆脉冲压力波信号进行感测，并通过中值滤波算法以及带通滤波算法对所述采集信号进行去噪处理；当所述泥浆脉冲压力波信号的脉宽未超过所述预设值，使用至少两个所述压力传感器对所述泥浆脉冲压力波信号进行感测，并通过自适应滤波算法，对所有所述采集信号进行去噪处理。

34、根据本发明的另一个方面，还提供了一种泥浆脉冲传输方法，通过如上任一项所述的装置执行，所述方法包含以下步骤：

35、通过所述井下设备基于所述泥浆泵开关状态确定所述系统工作模式，并依据所述系统工作模式，将测量得到的所述井下测量数据处理生成所述泥浆脉冲压力波信号；

36、通过所述地面设备采集得到所述泥浆脉冲压力波信号，并依据所述系统工作模式对所述泥浆脉冲压力波信号进行解码，还原得到所述井下测量数据。

37、根据本发明的一个实施例，通过以下步骤确定所述系统工作模式：

38、提取所述泥浆泵开关状态中的开泵时刻以及关泵时刻；

39、计算所述关泵时刻与所述开泵时刻之间的时间差值，记为第一数值；

40、判断所述第一数值是否处于工作模式转换窗口，若不处于所述工作模式转换窗口，则不满足所述模式转换条件，保持当前系统工作模式；

41、若处于所述工作模式转换窗口，则满足所述模式转换条件，计算所述第一数值与预热窗口长度之间的差值，记为第二数值；

42、确定所述第二数值所处的模式转换子窗口，将当前系统工作模式转换为所述模式转换子窗口指向的系统工作模式，其中，所述工作模式转换窗口包含多个所述模式转换子窗口，每个所述模式转换子窗口均指向一个系统工作模式。

43、根据本发明的一个实施例，通过以下步骤生成所述泥浆脉冲压力波信号：

44、读取预设脉宽减小倍数、预设参数偏移向量以及所述井下测量数据，其中，所述预设脉宽减小倍数以及所述预设参数偏移向量为所述系统工作模式对应的预设参数；

45、将所述井下测量数据减去所述预设参数偏移向量，得到参数差值向量；

46、将原始脉宽除以所述预设脉宽减小倍数，得到当前脉宽；

47、基于当前脉宽对所述参数差值向量进行编码，得到所述编码信号。

48、根据本发明的一个实施例，通过以下步骤还原得到所述井下测量数据：

49、通过安装在立压管线上的压力传感器对所述泥浆脉冲压力波信号进行感测，形成泥浆脉冲电信号；

50、通过地面压力波采集模块对所述泥浆脉冲电信号进行采集，得到采集信号；

51、基于预设脉宽减小倍数对所述采集信号进行解码，得到参数差值向量；

52、将所述参数差值向量加上预设参数偏移向量，得到所述井下测量数据，其中，所述预设脉宽减小倍数以及所述预设参数偏移向量为所述系统工作模式对应的预设参数。

53、根据本发明的另一个方面，还提供了一种存储介质，其包含用于执行如上任一项所述的方法步骤的一系列指令。

54、本发明提供了一种泥浆脉冲传输装置与方法，克服了常规泥浆脉冲传输存在的传输速率低、无法切换系统工作模式等问题。本发明结构合理、易于加工、适应性强，既能在井况良好的情况下提高传输速率，又能在井况较差的情况下保证传输可靠性。

55、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。