一种井下信号调制方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种井下信号调制方法和装置，该方法包括：在钻进过程中采集井下测量信号；根据钻井作业条件和要求选择调制方式，并根据所选择的调制方式对井下测量信号进行调制；其中，调制后的井下测量信号用于控制剪切阀式泥浆脉冲发生器。通过本发明专利技术的方案，可以根据钻井作业条件和要求选择调制方式，降低了信号畸变程度，在保证解调效果的前提下，最大限度降低了信号基波频率，提高了数据传输速率；并且最大限度降低了信道对泥浆压力波衰减的影响，有效规避了泵噪对信号的影响，降低了消噪难度。

【技术实现步骤摘要】
一种井下信号调制方法和装置
本专利技术涉及随钻测井技术，尤其涉及一种井下信号调制方法和装置。
技术介绍
泥浆脉冲遥传系统是随钻测量(MeasureWhileDrilling，简称MWD)和随钻测井(LoggingWhileDrilling，简称LWD)设备中的重要组成部分，是井下信息实时地传输到地面的途径，由脉冲发生器，传输管道，地面采集解调系统组成。其中脉冲发生器为脉冲发生装置，作为一个独立的短节串联于随钻测井仪器串中，传输管道即为钻柱内的泥浆通道，地面采集解调系统通过压力传感器采集泥浆压力信号进行解调，最终得到各测井参数。随着地层评价技术的不断发展，井下数据量在逐渐增大，MWD系统的传输速率逐渐成为制约井下数据上传的瓶颈，高速率随钻数据传输系统成为一种必然需求。本文所述剪切阀脉冲器核心部件为定转子，阀片在井下通过剪切钻柱内的流体，利用流体的水锤效应，使泥浆产生压力脉动。流体在钻柱内的流动状态多为紊流状态，钻柱内的泥浆压力会产生波动。转子剪切流体时所受的水力转矩有波动，造成脉冲发生器对电动机转矩和瞬时功率需求较大。从这一点来讲，井下压力波的要求的平顺性要好，要能够最大限度地降低驱动电机的功率。在钻进过程中，随着地质条件，钻进深度变化，相应的泥浆泵排量，泥浆粘度等也要随其变化。为了能够产生出易于地表解调的压力波形，既要保证足够的压力波幅值，又要使整个压力波的一致性好，特征性明显。如何将测得的井下信号，通过合适的调制方式进行传输，以降低信号畸变程度，在保证解调效果的前提下，最大限度降低信号基波频率，提高数据传输速率；并且最大限度降低信道对泥浆压力波衰减的影响，有效规避泵噪对信号的影响，降低消噪难度是本专利技术的研究重点。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种井下信号调制方法和装置，能够降低信号畸变程度，提高数据传输速率，并且最大限度降低信道对泥浆压力波衰减的影响，有效规避泵噪对信号的影响，降低消噪难度。为了达到上述目的，本专利技术提出了一种井下信号调制方法，该方法包括：在钻进过程中采集井下测量信号；根据钻井作业条件和要求选择调制方式，并根据所选择的调制方式对井下测量信号进行调制；其中，调制后的井下测量信号用于控制剪切阀式泥浆脉冲发生器。可选地，钻井作业条件包括：井况和泵噪；钻井作业要求包括：码率要求；调制方式包括：振幅键控调制方式、相移键控调制方式和频移键控调制方式。可选地，根据钻井作业条件和要求选择调制方式包括：当工况满足预设的工况标准、泵噪满足预设的易消除指数并且码率要求大于或等于预设的第一码率阈值时，选择振幅键控调制方式；当工况不满足预设的工况标准、泵噪不满足预设的易消除指数并且码率要求大于或等于预设的第二码率阈值时，选择频移键控调制方式；其中，第二码率阈值小于第一码率阈值；当工况不满足预设的工况标准、泵噪不满足预设的易消除指数并且码率要求小于第二码率阈值时，选择相移键控调制方式或频移键控调制方式。可选地，相移键控调制方式包括：零点调相、等待调相和多周期调相。零点调相是指：均在载波波形的零点位置处改变相位；等待调相是指：在每个载波波形周期内预留出调相时间，每个载波波形周期包含信号部分和调相部分；多周期调相是指：在信号部分采用多周期信号元调制；在调相部分采用与信号元同频或半频的波形进行调制。可选地，零点调相的实现方式包括：将载波中单个整周期正弦波形更改为由相位相差180度的正弦波形相间拼合而成。等待调相的实现方式包括：如果载波的前后波形的相位相同则保持当前相位不变，如果载波的前后波形的相位不相同则在每个波形周期的调相部分进行调相；多周期调相的实现方式包括：如果载波的前后波形的相位相同则采用同频信号调相，如果载波的前后波形的相位不相同则采用半频信号调相。可选地，频移键控调制方式包括：二进制半周期CPFSK调制方式、二进制全周期CPFSK调制方式和四进制CPFSK调制方式。二进制半周期CPFSK调制方式是指：分别采用半周期和全周期正弦波形作为调制信号；二进制全周期CPFSK调制方式是指：使用完整的正弦波形替代所述二进制半周期CPFSK调制方式中的半周期正弦波；四进制CPFSK调制方式是指：采用四种不同频率的正弦波分别调制00、01、10、11四个数据。为了达到上述目的，本专利技术还提出了一种井下信号调制装置，该井下信号调制装置包括：信号采集模块和信号调制模块。信号采集模块，用于在钻进过程中采集井下测量信号；信号调制模块，用于根据钻井作业条件和要求选择调制方式，并根据所选择的所述调制方式对井下测量信号进行调制；其中，调制后的井下测量信号用于控制剪切阀式泥浆脉冲发生器。可选地，钻井作业条件包括：井况和泵噪；钻井作业要求包括：码率要求；调制方式包括：振幅键控调制方式、相移键控调制方式和频移键控调制方式。可选地，信号调制模块根据钻井作业条件和要求选择调制方式包括：当工况满足预设的工况标准、泵噪满足预设的易消除指数并且码率要求大于或等于预设的第一码率阈值时，选择振幅键控调制方式；当工况不满足预设的工况标准、泵噪不满足预设的易消除指数并且码率要求大于或等于预设的第二码率阈值时，选择频移键控调制方式；其中，第二码率阈值小于第一码率阈值；当工况不满足预设的工况标准、泵噪不满足预设的易消除指数并且码率要求小于第二码率阈值时，选择相移键控调制方式或频移键控调制方式。可选地，相移键控调制方式包括：零点调相、等待调相和多周期调相。零点调相是指：均在载波波形的零点位置处改变相位。等待调相是指：在每个载波波形周期内预留出调相时间，每个载波波形周期包含信号部分和调相部分。多周期调相是指：在信号部分采用多周期信号元调制；在调相部分采用与信号元同频或半频的波形进行调制。频移键控调制方式包括：二进制半周期CPFSK调制方式、二进制全周期CPFSK调制方式和四进制CPFSK调制方式。二进制半周期CPFSK调制方式是指：分别采用半周期和全周期正弦波形作为调制信号。二进制全周期CPFSK调制方式是指：使用完整的正弦波形替代二进制半周期CPFSK调制方式中的半周期正弦波。四进制CPFSK调制方式是指：采用四种不同频率的正弦波分别调制00、01、10、11四个数据。与现有技术相比，本专利技术包括：在钻进过程中采集井下测量信号；根据钻井作业条件和要求选择调制方式，并根据所选择的调制方式对井下测量信号进行调制；其中，调制后的井下测量信号用于控制剪切阀式泥浆脉冲发生器。通过本专利技术的方案，可以根据钻井作业条件和要求选择调制方式，降低了信号畸变程度，在保证解调效果的前提下，最大限度降低了信号基波频率，提高了数据传输速率；并且最大限度降低了信道对泥浆压力波衰减的影响，有效规避了泵噪对信号的影响，降低了消噪难度。附图说明下面对本专利技术实施例中的附图进行说明，实施例中的附图是用于对本专利技术的进一步理解，与说明书一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术保护范围的限制。图1为本专利技术实施例的井下信号调制方法流程图；图2为常规的剪切阀式泥浆脉冲发生器工作原理图；图3为本专利技术实施例的零点调相PSK调制波形示意图；图4为本专利技术实施例的零点零速调相PSK调制波形示意图；图5为本专利技术实施例的井下信号调制装置组成框图。具体实施方式为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本专利技术作进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井下信号调制方法，其特征在于，所述方法包括：在钻进过程中采集井下测量信号；根据钻井作业条件和要求选择调制方式，并根据所选择的所述调制方式对所述井下测量信号进行调制；其中，调制后的井下测量信号用于控制剪切阀式泥浆脉冲发生器。

【技术特征摘要】
1.一种井下信号调制方法，其特征在于，所述方法包括：在钻进过程中采集井下测量信号；根据钻井作业条件和要求选择调制方式，并根据所选择的所述调制方式对所述井下测量信号进行调制；其中，调制后的井下测量信号用于控制剪切阀式泥浆脉冲发生器。2.如权利要求1所述的井下信号调制方法，其特征在于，所述钻井作业条件包括：井况和泵噪；所述钻井作业要求包括：码率要求；所述调制方式包括：振幅键控调制方式、相移键控调制方式和频移键控调制方式。3.如权利要求2所述的井下信号调制方法，其特征在于，所述根据钻井作业条件和要求选择调制方式包括：当所述工况满足预设的工况标准、所述泵噪满足预设的易消除指数并且所述码率要求大于或等于预设的第一码率阈值时，选择所述振幅键控调制方式；当所述工况不满足预设的工况标准、所述泵噪不满足预设的易消除指数并且所述码率要求大于或等于预设的第二码率阈值时，选择所述频移键控调制方式；其中，所述第二码率阈值小于所述第一码率阈值；当所述工况不满足预设的工况标准、所述泵噪不满足预设的易消除指数并且所述码率要求小于所述第二码率阈值时，选择所述相移键控调制方式或所述频移键控调制方式。4.如权利要求2所述的井下信号调制方法，其特征在于，所述相移键控调制方式包括：零点调相、等待调相和多周期调相；所述零点调相是指：均在载波波形的零点位置处改变相位；所述等待调相是指：在每个载波波形周期内预留出调相时间，每个载波波形周期包含信号部分和调相部分；所述多周期调相是指：在所述信号部分采用多周期信号元调制；在所述调相部分采用与信号元同频或半频的波形进行调制。5.如权利要求4所述的井下信号调制方法，其特征在于，所述零点调相的实现方式包括：将载波中单个整周期正弦波形更改为由相位相差180度的正弦波形相间拼合而成；所述等待调相的实现方式包括：如果载波的前后波形的相位相同则保持当前相位不变，如果载波的前后波形的相位不相同则在每个所述波形周期的调相部分进行调相；所述多周期调相的实现方式包括：如果载波的前后波形的相位相同则采用同频信号调相，如果载波的前后波形的相位不相同则采用半频信号调相。6.如权利要求2所述的井下信号调制方法，其特征在于，所述频移键控调制方式包括：二进制半周期CPFSK调制方式、二进制全周期CPFSK调制方式和四进制CPFSK调制方式；所述二进制半周期CPFSK调制方式是指：分别采用半周期和全周期正弦波形作为调制信号；所述二进制全周期CP...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭云，瞿逢重，张爽，王智明，张峥，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，中海油田服务股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11