地面设备的信号收发方法和井下设备的信号收发方法技术

地面设备的信号收发方法和井下设备的信号收发方法，其中，地面设备的信号收发方法包括：收发指令判断步骤，判断是否存在地面信号发送指令，如果存在，则执行地面信号发送步骤，否则执行井下信号接收步骤；地面信号发送步骤，对待发送地面信号进行编码和调制处理后再进行功率放大，将功率放大后的电信号转换为电磁信号向外发送；井下信号接收步骤，将接收到的外部传来的电磁信号转换为电信号，对转换得到的电信号进行调理放大，随后对增益放大后的电信号进行解调和解码处理，得到所需要的数据。与常规脉冲传输方式相比，本发明专利技术所提供的双向传输方法无须开停泵，不耽误钻进时间，不容易产生误操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油气勘探开发
，具体地说，涉及地面设备的信号收发方法和井下设备的信号收发方法。
技术介绍
随钻测量是定向井、水平井施工中一项关键技术手段。目前，普遍采用的随钻信息传输方法主要有钻井液压力脉冲编码式MWD(或称常规MWD)和电磁信号调制的方式(EM-MWD)，并且一般情况下只进行单向的信息传输，即将测量数据调制在钻井液压力脉冲波或电磁信号上由井下传输到地面，这一过程也称为上行传输。为了在钻井过程中改变井下仪器或执行机构的工作状态，现有的MWD或EM-MWD通常都配有辅助的下行传输链路，从而将地面的信息或指令传输到井下仪器或执行机构。目前国内外普遍使用的MWD或EM-MWD随钻测量仪器，地面到井下的下行信息传输链路采用的传输方式主要有以下三种或他们的组合：1)开停泵或改变泵速序列组合方式这种方式是通过按预先规定的开停泵时间组合序列来控制钻机的钻井液循环泵的开泵和停泵，井下仪器则通过相应的传感器识别出开停泵序列来接收地面下传的信息获指令，达到控制井下仪器的目的。但这种钻井液脉冲下传方式由于传输介质的限制，也和钻井液脉冲随钻测量仪器一样，在含砂量大、含堵漏材料、气体、泡沫、充气等钻井液环境中无法正常进行数据传输。同时，这种下传方式需要技术人员多次开停泵，并严格控制每次开停泵时间，存在操作复杂、单次操作时间长以及传输速度慢的缺点，并且这种方式的下行传输链路只能传递有限的几个指令，不能进行复杂指令或连续的信息传输。2)钻井液压力脉冲编码方式这种方式利用安装在地面钻井液循环管路立管上专用的压力脉冲发生器来有规律的改变钻柱中钻井液的压力波形，下传的信息或指令调制在压力波上，井下仪器通过加速度或压力等传感器来接收地面的信息或指令实现下行传输链路。此方式只能单独使用下行传输链路或采取其他方法先关闭井下上行传输链路的脉冲发生器才能正常工作，否则将相互干扰无法传递信息。3)改变钻柱旋转速度的方式这种下行传输链路的工作原理与开停泵、改变泵速序列组合方式的工作原理相同，只是传输信息的载体变成不同速度的钻柱转速而已，同样也只能传递有限的几个指令，不能进行复杂指令或连续的信息传输。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种地面设备的信号收发方法，所述方法包括：收发指令判断步骤，判断是否存在地面信号发送指令，如果存在，则执行地面信号发送步骤，否则执行井下信号接收步骤；地面信号发送步骤，对待发送地面信号进行编码和调制处理后再进行功率放大，将功率放大后的电信号转换为电磁信号向外发送；井下信号接收步骤，将接收到的外部传来的电磁信号转换为电信号，对转换得到的电信号进行调理放大，随后对放大后的电信号进行解调和解码处理，得到所需要的数据。根据本专利技术的一个实施例，在所述地面信号发送步骤中，还根据井下设备的感应电压来确定地面发射功率。根据本专利技术的一个实施例，根据如下表达式确定所述井下设备的感应电压：其中，V表示井下设备的感应电压，b表示钻杆半径，l表示第二埋地电极的长度，E表示电场分量。根据本专利技术的一个实施例，在所述地面信号发送步骤和井下信号接收步骤中，采用差分移相键控的方式进行调制，采用差分相干的方式进行解调；且/或，采用卷积编解码的方式进行编码和解码。根据本专利技术的一个实施例，在所述地面信号发送步骤中，根据功率放大后的电信号转换得到第一电磁信号和第二电磁信号，并将所述第一电磁信号和第二电磁信号向外发送。根据本专利技术的一个实施例，在所述井下信号接收步骤中，还检测信号接收过程中是否存在误码和漏码。根据本专利技术的一个实施例，在所述井下信号接收步骤中，通过帧同步校验和/或CRC校验来检测信号接收过程中是否存在误码和漏码。根据本专利技术的一个实施例，在所述井下信号接收步骤中，还根据接收到的外部传来的电磁信号来调节增益放大的倍数。本专利技术还提供了一种井下设备的信号收发方法，所述方法包括：收发信号判断步骤，判断是否存在待接收信号，如果存在，则执行地面信号接收步骤，否则执行井下信号发送步骤；地面信号接收步骤，将接收到的地面传来的电磁信号转换为电信号，对转换得到的电信号进行调理放大，对放大后的电信号进行解调和解码处理，得到所需要的地面信号。井下信号发送步骤，对待发送井下信号进行编码和调制处理后再进行功率放大，将功率放大后的电信号转换为电磁信号向外发送。根据本专利技术的一个实施例，在所述地面信号接收步骤和井下信号发送步骤中：采用差分移相键控的方式进行调制，采用差分相干的方式进行解调；且/或，采用卷积编解码的方式进行编码和解码。根据本专利技术的一个实施例，在所述井下信号发送步骤中，根据功率放大后的电信号转换得到第三电磁信号和第四电磁信号，并将所述第三电磁信号和第四电磁信号向外发送。根据本专利技术的一个实施例，在所述地面信号接收步骤中，还检测信号接收过程中是否存在误码和漏码。根据本专利技术的一个实施例，在所述地面信号接收步骤中，通过帧同步校验和/或CRC校验来检测信号接收过程中是否存在误码和漏码。根据本专利技术的一个实施例，在所述地面信号接收步骤中，还根据接收到的外部传来的电磁信号来调节增益放大的倍数。本专利技术所提供的数据传输方法能够实现地面设备与井下设备之间的数据双向传输，可以使得地面设备在钻井作业过程中实时接收井下测量到的工程、地质信息，并实时显示给现场技术人员。该方法还可以根据技术人员的需要，随时从地面向井下仪器发送电磁指令。本专利技术所提供的数据传输方法是一种双向的数据传输方法，该双向传输方法采用电磁无线传输的方式，与常规脉冲传输方式相比，无须开停泵，不耽误钻进时间，不容易产生误操作。此外，本专利技术所提供的数据传输方法传输数据的数据帧结构更灵活、更复杂，能发出的控制命令更多样，能够在钻进过程中实时优化井眼轨迹和井下仪器工况，对井眼轨迹控制精度和钻井安全有重大的积极意义。本专利技术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，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术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。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：图1是根据本专利技术一个实施例的数据传输系统的示意图；图2是根据本专利技术一个实施例的地面天线模块的分布示意图；图3是根据本专利技术一个实施例的地面信号收发装置的结构示意图；图4是根据本专利技术一个实施例的井下信号收发装置的结构示意图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本专利技术实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本专利技术可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。定向井、水平井钻井是目前油气勘探开发的主要手段，对于这些钻井来说，检测井眼轨迹的随钻测量仪器是必须的设备，目前国内外主要使用的是MWD或EM-MWD这两种随钻测量仪器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地面设备的信号收发方法，其特征在于，所述方法包括：收发指令判断步骤，判断是否存在地面信号发送指令，如果存在，则执行地面信号发送步骤，否则执行井下信号接收步骤；地面信号发送步骤，对待发送地面信号进行编码和调制处理后再进行功率放大，将功率放大后的电信号转换为电磁信号向外发送；井下信号接收步骤，将接收到的外部传来的电磁信号转换为电信号，对转换得到的电信号进行调理放大，随后对放大后的电信号进行解调和解码处理，得到所需要的数据。

【技术特征摘要】
1.一种地面设备的信号收发方法，其特征在于，所述方法包括：收发指令判断步骤，判断是否存在地面信号发送指令，如果存在，则执行地面信号发送步骤，否则执行井下信号接收步骤；地面信号发送步骤，对待发送地面信号进行编码和调制处理后再进行功率放大，将功率放大后的电信号转换为电磁信号向外发送；井下信号接收步骤，将接收到的外部传来的电磁信号转换为电信号，对转换得到的电信号进行调理放大，随后对放大后的电信号进行解调和解码处理，得到所需要的数据。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述地面信号发送步骤中，还根据井下设备的感应电压来确定地面发射功率。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据如下表达式确定所述井下设备的感应电压：其中，V表示井下设备的感应电压，b表示钻杆半径，l表示第二埋地电极的长度，E表示电场分量。4.如权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述地面信号发送步骤和井下信号接收步骤中，采用差分移相键控的方式进行调制，采用差分相干的方式进行解调；且/或，采用卷积编解码的方式进行编码和解码。5.如权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述地面信号发送步骤中，根据功率放大后的电信号转换得到第一电磁信号和第二电磁信号，并将所述第一电磁信号和第二电磁信号向外发送。6.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述井下信号接收步骤中，还检测信号接收过程中是否存在误码和漏码。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述井下信号接收步骤中，通过帧同步校验和/或CRC校验来检测信号接收过程中是否存...

【专利技术属性】
技术研发人员：高炳堂，杨春国，陈晓晖，牛新明，孙明光，宋朝晖，王立双，胡越发，孙连环，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11