通信方法、随钻测量设备与流程

本发明涉及传输技术领域，具体而言，涉及一种通信方法、随钻测量设备。

背景技术

相关技术中，无钱随钻测量技术在无法进行电缆测井的大斜度和有严重/狗腿0的油井时,随钻测量是获得地层参数的有效途径，因此在石油钻井的定向井、水平井上随钻测量工具是必不可少的。无线随钻测量系统由井下工具和地面系统两大部分构成。其中井下工具主要进行各相关参数的测量和信号发送，由各功能短节组合而成，其组合方式根据钻井设计要求进行配置。各短节之间需要实现供电和数据传输，其电气连接方式通常采用多线连接方式，即供电总线加通信总线。由于多线连接方式不仅需要设计复杂的接口结构，并且在使用中各功能短节顺序不能随意调整和增加，使得现场使用中受到了极大的限制。

相关技术中的随钻系统井下工具的通信总线基本都是采用485总线。485总线是一种经济型的、传统的工业总线方式但是其也存在很多缺点，例如当负载485设备多，线材阻抗不合乎标准，线径过细，转换器品质不良时都会影响其传输性能并且浪涌和静电累积也可能损伤485总线设备。

在随钻测井这个高温、高压、高振动的特殊环境中，既要保证数据能够稳定，可靠地传输，又能实现功能短节可以随意组合，方便施工。

相关技术中的单总线传输方式大多都是应用在电缆测井领域，并且实际应用中存在实现繁琐，转换器件过多、功耗大等问题。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种通信方法、随钻测量设备，以至少解决相关技术中传输串行信号过于复杂的的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种通信方法，包括：获取第一通用串行信号；将所述第一通用串行信号调制为预定频率的第一双极性高频脉冲；通过电源线载波传输所述第一双极性高频脉冲。

进一步地，将所述第一通用串行信号调制为预定频率的第一双极性高频脉冲包括：使用微分电路将所述第一通用串行信号调制为预定频率的第一双极性高频脉冲信号。

进一步地，在将所述第一通用串行信号调制为预定频率的第一双极性高频脉冲之后，所述方法还包括：通过驱动电路将所述第一双极性高频脉冲加载至单线上，在所述单线上对所述第一双极性高频脉冲进行隔直处理。

进一步地，所述方法还包括：获取第二双极性高频脉冲；经过比较电路对所述第二双极性高频脉冲进行正负信号提取得到提取信号，使用触发电路根据所述提取信号的触发时间得到第二通用串行信号。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种随钻测量设备，包括：发送模块，接入到单总线，用于获取第一通用串行信号；将所述第一通用串行信号调制为预定频率的第一双极性高频脉冲；通过电源线载波传输所述第一双极性高频脉冲。

进一步地，所述设备还包括：接收模块，接入到所述单总线，用于获取第二双极性高频脉冲；经过比较电路对所述第二双极性高频脉冲进行正负信号提取得到提取信号，使用触发电路根据所述提取信号的触发时间得到第二通用串行信号。

进一步地，所述发送模块包括：第一处理器，用于获取第一通用串行信号；微分电路，与所述第一处理器连接，用于将所述第一通用串行信号调制为预定频率的第一双极性高频脉冲；驱动电路，与所述微分电路连接，用于将所述第一双极性高频脉冲加载至所述单总线上；第一隔直电路，与所述驱动电路连接，用于对所述第一双极性高频脉冲进行隔直处理。

进一步地，所述接收模块包括：第二隔直电路，与所述单总线连接，用于对所述单总线上的直流信号进行隔离处理得到，第二双极性高频脉冲；比较电路，与所述第二隔直电路连接，用于对所述第二双极性高频脉冲进行正负信号提取得到提取信号；触发电路，与所述比较电路连接，用于根据所述提取信号的触发时间得到第二通用串行信号；第二处理器，与所述触发电路连接，用于接收所述第二通用串行信号。

进一步地，所述设备还包括：隔离器，经由所述单总线与所述发送模块和所述接收模块连接，用于去除所述单总线上的高频交流电流。

进一步地，所述设备还包括：电源，与所述隔离器连接，用于为所述设备供电。

在本发明实施例中，通用串行信号调制为预定频率的双极性高频脉冲信号，实现电源线载波通信，结构简单，无需复杂的通信协议等优点，并且调制后的信号可以进行上千米的远距离传输，供电电源和通信信号集成到一根总线，具备井下各功能短节自由配置，位置随意调换的优点，同时在仪器小径化实现上也更简单，进而解决了相关技术中传输串行信号过于复杂的的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的通信方法的流程图；

图2是本发明实施例的随钻测量设备的架构图；

图3是本发明实施例的设备构成示意图；

图4是本发明实施例的发送信号处理波形图；

图5是本发明实施例的接收信号处理波形图；

图6是本发明实施例的单总线网络结构图；

图7是本发明实施例的集中供电方式总线分布示意图；

图8是本发明实施例的分布式供电方式总线分布示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种通信方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的通信方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤s102，获取第一通用串行信号；

步骤s104，将第一通用串行信号调制为预定频率的第一双极性高频脉冲；

步骤s106，通过电源线载波传输第一双极性高频脉冲。

通过上述步骤，通用串行信号调制为预定频率的双极性高频脉冲信号，实现电源线载波通信，结构简单，无需复杂的通信协议等优点，并且调制后的信号可以进行上千米的远距离传输，供电电源和通信信号集成到一根总线，具备井下各功能短节自由配置，位置随意调换的优点，同时在仪器小径化实现上也更简单。解决了相关技术中传输串行信号过于复杂的技术问题。

可选地，将第一通用串行信号调制为预定频率的第一双极性高频脉冲包括：使用微分电路将第一通用串行信号调制为预定频率的第一双极性高频脉冲信号。

可选地，在将第一通用串行信号调制为预定频率的第一双极性高频脉冲之后，所还包括：通过驱动电路将第一双极性高频脉冲加载至单线上，在单线上对第一双极性高频脉冲进行隔直处理。

可选地，本实施例还可以包括：获取第二双极性高频脉冲；经过比较电路对第二双极性高频脉冲进行正负信号提取得到提取信号，使用触发电路根据提取信号的触发时间得到第二通用串行信号。

本实施例还提供了一种随钻测量设备，图2是本发明实施例的随钻测量设备的架构图，包括：发送模块20，接入到单总线22，用于获取第一通用串行信号；将第一通用串行信号调制为预定频率的第一双极性高频脉冲；通过电源线载波传输第一双极性高频脉冲。

可选的，设备还包括：接收模块，接入到单总线，用于获取第二双极性高频脉冲；经过比较电路对第二双极性高频脉冲进行正负信号提取得到提取信号，使用触发电路根据提取信号的触发时间得到第二通用串行信号。

作为一种可选的示例，发送模块包括：第一处理器，用于获取第一通用串行信号；微分电路，与第一处理器连接，用于将第一通用串行信号调制为预定频率的第一双极性高频脉冲；驱动电路，与微分电路连接，用于将第一双极性高频脉冲加载至单总线上；第一隔直电路，与驱动电路连接，用于对第一双极性高频脉冲进行隔直处理。

作为一种可选的示例，接收模块包括：第二隔直电路，与单总线连接，用于对单总线上的直流信号进行隔离处理得到，第二双极性高频脉冲；比较电路，与第二隔直电路连接，用于对第二双极性高频脉冲进行正负信号提取得到提取信号；触发电路，与比较电路连接，用于根据提取信号的触发时间得到第二通用串行信号；第二处理器，与触发电路连接，用于接收第二通用串行信号。

下面进行详细说明，本实施例的方案是一种电源和数据传输集成在一根电缆的简易方法，即电源调制通信技术。

在油田定向钻井作业的场景中，传统的无线随钻测量系统井下功能短节之间采用多线连接通信方式，该方式增加了结构设计的复杂性，同时也限制了各功能短节的自由配置。

本实施例提出了一种新的数据传输的通信方法，将通用串行信号调制为一定频率的双极性高频脉冲并通过电源线载波通信，本发明的信号调制为一定频率的双极性高频脉冲信号，实现电源线载波通信，还可以采用曼彻斯特码调制实现。该方法用于无线随钻测量系统井下工具通信，是一种高效、可行的选择。同时该方法也可应用于其它需要远距离传输，结构实现简单，抗干扰性强的通信系统或者小井眼尺寸的仪器应用中，如：无线随钻测量系统的地面通信、无线随钻测量系统井下有线接力、连续油管钻井等。

电源调制通信采用单总线传输，将供电电源和通信信号集成到一根总线，将通用串行信号调制为一定频率的双极性高频脉冲信号，实现电源线载波通信。该方法特点是实现简单，不像其他调频、调相电路，需要复杂繁多的器件，如调频需要振荡器和分频器，调相需要同步信号，d/a转换，频率补偿等等。

本实施例的设备：分为发送、接收和隔离器三部分，其中发送部分包括微分电路、驱动电路、隔直电路。通用串行信号经微分电路后，调制为一定频率的双极性高频脉冲信号，并通过驱动电路将信号加载至单总线上，为防止总线上的直流电源进入发送端，还需在驱动电路后面加上隔直处理再送至单总线上进行传输。

接收部分包括隔直电路、比较电路、触发电路。将单总线上的直流信号隔离，得到调制后的双极性高频脉冲信号，经比较电路对其进行正、负信号提取，提取出的信号经触发电路后根据提取信号的触发时间最终将信号恢复为处理器可识别的通用串行信号。

隔离器主要是由磁环构成，用来去除总线上的高频交流成分，得到干净的直流，为功能短节提供直流电源。基本构成图如图3所示，图3是本发明实施例的设备构成示意图，发送和接收信号处理波形如图4、图5所示，图4是本发明实施例的发送信号处理波形图，图5是本发明实施例的接收信号处理波形图。

本发明首次提出了在随钻井下工具电气连接中采用单总线网络结构，单总线网络采用总线型拓扑结构，一条总线可挂接多个节点，各节点通过硬件接口连接到总线上，并且都可与总线双向传输数据。总线上只有一个主节点，其他均为从节点，只有主节点可以主动向总线发送数据，从节点只能返回主节点需要的命令或数据，每个节点都有自己唯一的地址，各节点只接收符合自己地址的命令或数据。随钻井下工具实现单总线传输，各功能短节内置上述通信模块，短节之间通过单芯连接器进行连接，仪器外壳作为各短节的地。单总线网络结构如图6所示，图6是本发明实施例的单总线网络结构图。

单总线传输在随钻系统中的应用发挥了重要的作用，由于总线各节点独立，节点之间按照地址进行通信，不受物理顺序的限制，各节点位置可随意调换，总线上可设置多个节点组成复杂的具有强大功能的随钻测量系统。在随钻作业这种需要井下工具组合方便，扩展性强的应用中具备很大优势。并且采用该方式可简化各短节之间的连接结构，在小井眼随钻工具设计方面，也有一定的帮助。

本发明中总线供电方式既可实现集中供电方式，也可实现分布式供电方式。其中集中供电方式为所有节点供电均由一组电源提供，图7是本发明实施例的集中供电方式总线分布示意图；分布式供电方式为总线中有多组电源为不同节点供电，其中各节点增加隔直电路来隔离总线上不同节点之间的电源，图8是本发明实施例的分布式供电方式总线分布示意图。

采用本实施例的方案，在随钻井下工具电气连接中采用单总线结构，将供电电源和通信信号集成到一根总线。该总线结构与多总线方式相比结构实现简单，具备井下各功能短节自由配置，位置随意调换的优点。同时在仪器小径化实现上也更简单。将通用串行信号调制为一定频率的双极性高频脉冲信号，实现电源线载波通信。该调制方式与目前的调频、调相技术相比，具有调制、解调电路实现简单，无需复杂的通信协议等优点，并且调制后的信号可以进行上千米的远距离传输，该技术可以应用于有线中继，或者其他需要长距离传输的通信系统中。单总线供电方式既可实现集中供电方式，也可实现分布式供电方式。该供电方式灵活，既可以所有井下功能短节共用一个供电电源，也可以不同功能短节有各自的供电电源。该方式的优点在于系统的兼容性更强。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。