CN104992549A - 一种基于adsl通信的智能钻柱双工信息传输***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ADSL通信的智能钻柱双工信息传输***及方法，计算机控制地面电力输送模块将市电通过电力线输送给井下电力接受处理模块，井下电力接受处理模块通过电力供给模块为导向工具控制电路、井下控制模块、井下信号调理电路、井下参数测试电路、井下传感器、井下ADSL载波信号处理端供能；井下ADSL载波信号处理端与地面ADSL载波信号处理端连接，地面ADSL载波信号处理端与计算机连接。ADSL在传输速率和传输距离上均满足智能钻柱的要求，有效提高钻杆空间利用效率，采用DMT调制解调方法，从信道自适应和抗干扰等方面提高了***的性能和通信可靠性。

Description

一种基于ADSL通信的智能钻柱双工信息传输***及方法

技术领域

本发明属于随钻测井技术领域，尤其涉及一种基于ADSL通信的智能钻柱双工信息传输***及方法。

背景技术

如今，随钻测量技术虽然已经在很大程度上实现了对井眼几何参数、定向参数、井下工况参数等进行测试。然而始终无法实现井下测控设备和地面控制中心之间的实时数据通信，井下的参数信息无法及时传送给控制中心，相应的地面的控制信息也没办法及时传送到井下的控制器件中。因此，井下设备同地面控制中心之间的双工通信是必须解决的问题。

现有技术以及其存在的缺陷：

(1)钻井液压力脉冲法

钻井液压力脉冲法提出最早，也是目前发展最成熟、应用最广泛的传输方法。主要用于随钻测量(MWD)和随钻测井(LWD)中。它是运用钻杆内的钻井液作为传输介质进行信息传输的。压力波在钻井液中的传输速度约为1200m/s，再加上调制方式的限制以及传输过程中压力波的损耗，要得到有效的解调，传输速率一般只有3ˉ5bps，最快也只有30ˉ40bps。该方法不但速度慢延迟时间长，而且是单向通信，也无法用于欠平衡钻井。

(2)声波法

这种传输方式是根据声波能够沿钻柱传输的原理进行设计的。钻杆内安装有声波脉冲发生器，测量数据对其产生的声波脉冲序列进行调制，被调制的声波脉冲波沿井筒上传，并在地面对其进行解调，从而获得测量数据。声波在钻柱中的传输速度约为500m/s，再加上调制方式的限制以及传输过程中声波的损耗，要得到有效的解调，传输速率一般只有20ˉ30bps。

(3)电磁波法

电磁波法的提出也比较早，可以追溯到20世纪40年代，我国对电磁波传播在20世纪90年代也进行了有关研究，取得了一定成果，但至今未进行商业化应用。2005年，俄罗斯推出的电磁波随钻测量***(EM-MWD)在胜利油田进行了现场试验，效果亦不尽如人意。其基本工作原理就是通过在井底下发送低频电磁波沿井筒传输到地面实现信息的传输。其使用有两大限制，一是载波频率只能是低频，一般为30Hz以下，数据传输速率很难提高；二是传输深度受地层电阻率影响较大，要求地层有较高的电阻率，因此，很难推广使用。

以上各种方法都是无线传输，传输速度慢，实时性差，工艺复杂，难以实现对井下钻井参数的实时测控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ADSL通信的智能钻柱双工信息传输***及方法，旨在解决现有的钻井通信方法传输速度慢，实时性差，工艺复杂，难以实现对井下钻井参数的实时测控的问题。

本发明是这样实现的，一种基于ADSL通信的智能钻柱双工信息传输***包括地面电力输送模块、市电电源、计算机、井下电力接受处理模块、电力供给模块、导向工具控制电路、井下控制模块、井下信号调理电路、井下参数测试电路、井下传感器、井下ADSL载波信号处理端、地面ADSL载波信号处理端；

所述的计算机控制地面电力输送模块将市电转化为一定电压的直流电并通过电力线输送给井下电力接受处理模块，井下电力接受处理模块通过电力供给模块将直流电转化为所需要的电压后与导向工具控制电路、井下控制模块、井下信号调理电路、井下参数测试电路、井下传感器、井下ADSL载波信号处理端连接，并为其供能；

所述的井下控制模块与导向工具控制电路、井下信号调理电路、井下ADSL载波信号处理端连接；

所述的井下传感器、井下参数测试电路、井下信号调理电路顺次连接；

所述的井下ADSL载波信号处理端通过同轴电缆与地面ADSL载波信号处理端连接，地面ADSL载波信号处理端与计算机连接；

井下ADSL载波信号处理端、地面ADSL载波信号处理端用来完成对用户数据的格式转换、组织成帧、信号调制发送与接收解调。

进一步，双工信息传输包括地面信号下传和井下信号上传；

地面信号下传过程为：计算机发送信号，地面ADSL载波信号处理端实现对信号发送前的预处理，同轴电缆完成信号的传输，井下ADSL载波信号处理端负责从同轴电缆中获取信号，并将获取的信号传输给井下控制模块，井下控制模块对数据进行分析处理，输出控制参数通过导向工具控制电路实现对钻井参数的修正，从而实现对钻进轨迹的控制；

井下信号上传过程为：井下传感器捕获表征井下钻井工况的参数，井下参数测试电路将井下传感器捕获到的参数转化为电信号，并将该电信号传给井下信号调理电路，井下信号调理电路完成对电信号调理，井下控制模块对调理后的信号进行分析处理，当钻进轨迹偏离预定轨迹时，井下控制模块将信号传给井下ADSL载波信号处理端，井下ADSL载波信号处理端完成对信号发送相关的处理，然后通过同轴电缆将信号传输到地面，地面ADSL载波信号处理端从同轴电缆上获取信号，并传给计算机，计算机对信号进行分析处理。

进一步，所述的井下ADSL载波信号处理端和地面ADSL载波信号处理端包括顺次连接且双向通信的数据接口电路、ATM信元转换及接口电路、R-S编译码与DMT调制解调模块、程控放大器、线路驱动、模拟接口电路。

进一步，所述的地面电力输送模块和井下电力接受处理模块包括依次连接的计算机、地面MCU、地面ADSL调制解调模块、地面发送/接收器***电路、地面耦合电路、井下耦合电路、井下发送/接收器***电路、井下ADSL调制解调模块、井下MCU、存储器/控制设备。

一种基于ADSL通信的智能钻柱双工信息传输方法，包括：

步骤一、地面MCU将来自计算机的用户指令传送给地面ADSL调制解调模块，地面ADSL调制解调模块按照发送要求对用户数据进行打包、滤波、调制、D/A转换处理；

步骤二、经步骤一处理后的信号进入地面发送/接收器***电路，经过低通滤波、功率放大后，信号由地面耦合电路发送到信号线网络；

步骤三、来自信号线的载波信号由井下耦合电路进入井下发送/接收器***电路，信号经过带通滤波器滤除在传输过程中引入的噪声，并根据信号强弱由自动增益控制放大电路进行放大或衰减处理，使信号满足解调需要；

步骤四、经步骤三处理后的信号在井下ADSL调制解调模块中解调出用户指令，通过井下MCU将数据发送给存储器/控制设备；

步骤五、井下MCU将来自存储器/测试设备的数据传送给井下ADSL调制解调模块，井下调制解调模块按照发送要求对数据进行打包、滤波、调制、D/A转换处理；

步骤六、经步骤五处理后的信号进入井下接收/发送器***电路，经过低通滤波、功率放大后，信号由井下耦合电路发送到信号线网络；

步骤七、来自信号线的信号由地面耦合电路进入地面接收/发送器***电路，信号经过带通滤波器滤除在传输过程中引入的噪声，并根据信号强弱由自动增益控制放大电路进行放大或衰减处理，使信号满足解调需要；

步骤八、经步骤七处理后的信号在地面ADSL调制解调模块中解调出测试数据，通过地面MCU将数据发送给计算机。

本发明的有益效果是：

(1)ADSL以其传输速度快、传输距离远以及高可靠性在有线数据通信领域一枝独秀。

(2)ADSL在传输速率和传输距离上均满足智能钻柱的要求，尤其是ADSL在不需要中继器的条件下就可以传输较远的距离，有效提高钻杆空间利用效率。

(3)ADSL采用先进的DMT调制解调方法，从信道自适应和抗干扰等方面提高了***的性能和通信可靠性。

(4)ADSL在传输线的选择上没有特殊要求，可以使用同轴电缆作为传输线。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于ADSL通信的智能钻柱双工信息传输***的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的井下ADSL载波信号处理端和地面ADSL载波信号处理端的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的地面电力输送模块和井下电力接受处理模块的信息通信连接图；

图4是本发明实施例提供的基于ADSL通信的智能钻柱双工信息传输方法流程图。

图中：1、地面电力输送模块；2、市电电源；3、计算机；4、井下电力接受处理模块；5、电力供给模块；6、导向工具控制电路；7、井下控制模块；8、井下信号调理电路；9、井下参数测试电路；10、井下传感器；11、井下ADSL载波信号处理端；12、地面ADSL载波信号处理端；13、数据接口电路；14、ATM信元转换及接口电路；15、R-S编译码与DMT调制解调模块；16、程控放大器；17、线路驱动；18、模拟接口电路；19、地面MCU；20、地面ADSL调制解调模块；21、地面发送/接收器***电路；22、地面耦合电路；23、井下耦合电路；24、井下发送/接收器***电路；25、井下ADSL调制解调模块；26、井下MCU；27、存储器/控制设备。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

如图1所示，一种基于ADSL通信的智能钻柱双工信息传输***包括地面电力输送模块1、市电电源2、计算机3、井下电力接受处理模块4、电力供给模块5、导向工具控制电路6、井下控制模块7、井下信号调理电路8、井下参数测试电路9、井下传感器10、井下ADSL载波信号处理端11、地面ADSL载波信号处理端12；

所述的计算机3控制地面电力输送模块1将市电电源2将市电转化为一定电压的直流电并通过电力线输送给井下电力接受处理模块4，井下电力接受处理模块4通过电力供给模块5将直流电转化为所需要的电压后与导向工具控制电路6、井下控制模块7、井下信号调理电路8、井下参数测试电路9、井下传感器10、井下ADSL载波信号处理端11连接，并为其供能；

所述的井下控制模块7与导向工具控制电路6、井下信号调理电路8、井下ADSL载波信号处理端11连接；

所述的井下传感器10、井下参数测试电路9、井下信号调理电路8顺次连接；

所述的井下ADSL载波信号处理端11通过同轴电缆与地面ADSL载波信号处理端12连接，地面ADSL载波信号处理12端与计算机3连接；

井下ADSL载波信号处理端11、地面ADSL载波信号处理端12用来完成对用户数据的格式转换、组织成帧、信号调制发送与接收解调。

进一步，双工信息传输包括地面信号下传和井下信号上传；

地面信号下传过程为：计算机3发送信号，地面ADSL载波信号处理端12实现对信号发送前的预处理，同轴电缆完成信号的传输，井下ADSL载波信号处理端11负责从同轴电缆中获取信号，并将获取的信号传输给井下控制模块7，井下控制模块7对数据进行分析处理，输出控制参数通过导向工具控制电路6实现对钻井参数的修正，从而实现对钻进轨迹的控制；

井下信号上传过程为：井下传感器10捕获表征井下钻井工况的参数，井下参数测试电路9将井下传感器10捕获到的参数转化为电信号，并将该电信号传给井下信号调理电路8，井下信号调理电路8完成对电信号调理，井下控制模块7对调理后的信号进行分析处理，当钻进轨迹偏离预定轨迹时，井下控制模块7将信号传给井下ADSL载波信号处理端11，井下ADSL载波信号处理端11完成对信号发送相关的处理，然后通过同轴电缆将信号传输到地面，地面ADSL载波信号处理端12从同轴电缆上获取信号，并传给计算机3，计算机对3信号进行分析处理。

进一步，所述的井下ADSL载波信号处理端11和地面ADSL载波信号处理端12包括顺次连接且双向通信的数据接口电路13、ATM信元转换及接口电路14、R-S编译码与DMT调制解调模块15、程控放大器16、线路驱动17、模拟接口电路18。

进一步，所述的地面电力输送模块和井下电力接受处理模块包括依次连接的计算机3、地面MCU19、地面ADSL调制解调模块20、地面发送/接收器***电路21、地面耦合电路22、井下耦合电路23、井下发送/接收器***电路24、井下ADSL调制解调模块25、井下MCU26、存储器/控制设备27。

一种基于ADSL通信的智能钻柱双工信息传输方法，包括：

S101、地面MCU将来自计算机的用户指令传送给地面ADSL调制解调模块，地面ADSL调制解调模块按照发送要求对用户数据进行打包、滤波、调制、D/A转换处理；

S102、经步骤S101处理后的信号进入地面发送/接收器***电路，经过低通滤波、功率放大后，信号由地面耦合电路发送到信号线网络；

S103、来自信号线的载波信号由井下耦合电路进入井下发送/接收器***电路，信号经过带通滤波器滤除在传输过程中引入的噪声，并根据信号强弱由自动增益控制放大电路进行放大或衰减处理，使信号满足解调需要；

S104、经步骤S103处理后的信号在井下ADSL调制解调模块中解调出用户指令，通过井下MCU将数据发送给存储器/控制设备；

S105、井下MCU将来自存储器/测试设备的数据传送给井下ADSL调制解调模块，井下调制解调模块按照发送要求对数据进行打包、滤波、调制、D/A转换处理；

S106、经步骤S105处理后的信号进入井下接收/发送器***电路，经过低通滤波、功率放大后，信号由井下耦合电路发送到信号线网络；

S107、来自信号线的信号由地面耦合电路进入地面接收/发送器***电路，信号经过带通滤波器滤除在传输过程中引入的噪声，并根据信号强弱由自动增益控制放大电路进行放大或衰减处理，使信号满足解调需要；

S108、经步骤S107处理后的信号在地面ADSL调制解调模块中解调出测试数据，通过地面MCU将数据发送给计算机。

钻井过程中，智能钻柱中的电力线向井下设备供给电能，信号线实现双工信息传输，实时监测井底钻进情况。

本发明的有益效果是：

(1)ADSL以其传输速度快、传输距离远以及高可靠性在有线数据通信领域一枝独秀。

(2)ADSL在传输速率和传输距离上均满足智能钻柱的要求，尤其是ADSL在不需要中继器的条件下就可以传输较远的距离，有效提高钻杆空间利用效率。

(3)ADSL采用先进的DMT调制解调方法，该方法根据信道特性来选择相应的调制基函数，因此从信道自适应和抗干扰等方面提高了***的性能和通信可靠性。

(4)ADSL在传输线的选择上没有特殊要求，可以使用同轴电缆作为传输线。以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种基于ADSL通信的智能钻柱双工信息传输***，其特征在于，所述的基于ADSL通信的智能钻柱双工信息传输***包括地面电力输送模块、市电电源、计算机、井下电力接受处理模块、电力供给模块、导向工具控制电路、井下控制模块、井下信号调理电路、井下参数测试电路、井下传感器、井下ADSL载波信号处理端、地面ADSL载波信号处理端；

所述的计算机控制地面电力输送模块将将市电转化为直流电并通过电力线输送给井下电力接受处理模块；

井下电力接受处理模块通过电力供给模块将直流电转化为所需要的电压后与导向工具控制电路、井下控制模块、井下信号调理电路、井下参数测试电路、井下传感器、井下ADSL载波信号处理端连接，为其供能；

所述的井下控制模块与导向工具控制电路、井下信号调理电路、井下ADSL载波信号处理端连接；

所述的井下传感器、井下参数测试电路、井下信号调理电路顺次连接；

所述的井下ADSL载波信号处理端通过同轴电缆与地面ADSL载波信号处理端连接，地面ADSL载波信号处理端与计算机连接；

井下ADSL载波信号处理端、地面ADSL载波信号处理端用来完成对用户数据的格式转换、组织成帧、信号调制发送与接收解调。

2.如权利要求1所述的基于ADSL通信的智能钻柱双工信息传输***，其特征在于，双工信息传输包括地面信号下传和井下信号上传；

地面信号下传过程为：计算机发送信号，地面ADSL载波信号处理端实现对信号发送前的预处理，同轴电缆完成信号的传输，井下ADSL载波信号处理端负责从同轴电缆中获取信号，并将获取的信号传输给井下控制模块，井下控制模块对数据进行分析处理，输出控制参数通过导向工具控制电路实现对钻井参数的修正，从而实现对钻进轨迹的控制；

井下信号上传过程为：井下传感器捕获表征井下钻井工况的参数，井下参数测试电路将井下传感器捕获到的参数转化为电信号，并将该电信号传给井下信号调理电路，井下信号调理电路完成对电信号调理，井下控制模块对调理后的信号进行分析处理，当钻进轨迹偏离预定轨迹时，井下控制模块将信号传给井下ADSL载波信号处理端，井下ADSL载波信号处理端完成对信号发送相关的处理，然后通过同轴电缆将信号传输到地面，地面ADSL载波信号处理端从同轴电缆上获取信号，并传给计算机，计算机对信号进行分析处理。

3.如权利要求1所述的基于ADSL通信的智能钻柱双工信息传输***，其特征在于，所述的井下ADSL载波信号处理端和地面ADSL载波信号处理端包括顺次连接且双向通信的数据接口电路、ATM信元转换及接口电路、R-S编译码与DMT调制解调模块、程控放大器、线路驱动、模拟接口电路。

4.如权利要求1所述的基于ADSL通信的智能钻柱双工信息传输***，其特征在于，所述的地面电力输送模块和井下电力接受处理模块包括依次连接的计算机、地面MCU、地面ADSL调制解调模块、地面发送/接收器***电路、地面耦合电路、井下耦合电路、井下发送/接收器***电路、井下ADSL调制解调模块、井下MCU、存储器/控制设备。

5.一种基于ADSL通信的智能钻柱双工信息传输方法，其特征在于，所述的基于ADSL通信的智能钻柱双工信息传输方法包括：

步骤一、地面MCU将来自计算机的用户指令传送给地面ADSL调制解调模块，地面ADSL调制解调模块按照发送要求对用户数据进行打包、滤波、调制、D/A转换等处理；

步骤二、经步骤一处理后的信号进入地面发送/接收器***电路，经过低通滤波、功率放大后，信号由地面耦合电路发送到信号线网络；

步骤三、来自信号线的载波信号由井下耦合电路进入井下发送/接收器***电路，信号经过带通滤波器滤除在传输过程中引入的噪声，并根据信号强弱由自动增益控制放大电路进行放大或衰减处理，使信号满足解调需要；

步骤四、经步骤三处理后的信号在井下ADSL调制解调模块中解调出用户指令，通过井下MCU将数据发送给存储器/控制设备；

步骤五、井下MCU将来自存储器/测试设备的数据传送给井下ADSL调制解调模块，井下调制解调模块按照发送要求对数据进行打包、滤波、调制、D/A转换处理；

步骤六、经步骤五处理后的信号进入井下接收/发送器***电路，经过低通滤波、功率放大后，信号由井下耦合电路发送到信号线网络；

步骤七、来自信号线的信号由地面耦合电路进入地面接收/发送器***电路，信号经过带通滤波器滤除在传输过程中引入的噪声，并根据信号强弱由自动增益控制放大电路进行放大或衰减处理，使信号满足解调需要；

步骤八、经步骤七处理后的信号在地面ADSL调制解调模块中解调出测试数据，通过地面MCU将数据发送给计算机。