CN105579668B - 优化电磁遥测传输 - Google Patents

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Abstract

一种电磁遥测***调节遥测参数以实现可靠数据传输并且节省功率，遥测参数可以包括载波频率、信号幅度和/或数据编码协议。在一些实施方式中，扫频信号传输载波频率的范围，以及部分地通过分析所接收的扫频信号来确定参数。在一些实施方式中，基于钻井的模式来自动地选择不同参数。

Description

优化电磁遥测传输
技术领域
本申请涉及地下钻井，具体地涉及用于通过电磁遥测向井下装备和从井下装备传递数据的方法和设备。实施方式能够应用于用于获得碳氢化合物的钻井。
背景技术
从地下区域获得碳氢化合物通常涉及钻井井筒。
使用地表定位的钻井装备来形成井筒，该钻井装备驱动钻柱，钻柱从地表装备最终延伸至所关注的地层(formation)或地下区域。钻柱可以在地表下方延伸数千英尺或数千米。钻柱的末端包括用于钻出井筒(或使井筒延伸)的钻头。通常呈钻井“泥浆”形式的钻井液一般被泵送通过钻柱。钻井液对钻头进行冷却和润滑并且携带钻屑返回地表。钻井液还可以用于辅助控制井底压力，以抑制碳氢化合物从地层流入井筒以及在地表处可能的井喷。
井底组件(BHA)是对位于钻柱末端处的装备指定的名称。除钻头以外，BHA还可以包括元件如：用于操纵钻井方向的设备(例如，可操纵的井下泥浆马达或旋转可操纵***)；用于测量周围地质构造的特性的传感器(例如，用于在测井时使用的传感器)；用于在钻井进行时测量井下情形的传感器；用于将数据遥测至地表的一个或更多个***；稳定装置；重型钻铤；脉冲装置等。BHA通常通过金属的管状柱(钻杆)被推进至井筒中。
现代钻井***可以包括BHA中或其他井下位置处的较广范围的机械/电子***中的任意***。这样的电子***可以被封装成井下探管的一部分。井下探管可以包括在井下工作的任何有效的机械、电子和/或机电***。探管可以提供较广范围的功能中的任意功能，非限制性地包括：数据获取；测量周围地质构造的特性(例如，测井)；在钻井进行时测量井下情形；控制井下装备；监测井下装备的状态；双向钻井应用；随钻测量(MWD)应用；随钻测井(LWD)应用；测量井下流体的特性等。探管可以包括用于以下用途的一个或更多个***：将数据遥测至地表；借助于传感器(例如，用于在测井中使用的传感器)来收集数据，所述传感器可以包括以下中的一个或更多个：振动传感器、磁力计、倾斜计、加速度计、核粒子探测器、电磁探测器、声学探测器等；获取图像；测量流体流量；确定方向；发射信号、粒子或场用于由其他装置检测；与其他的井下装备交互；对井下流体取样等。井下探管通常悬挂在钻柱的位于钻头附近的钻柱的腔孔中。
井下探管可以通过遥测向地表传递较广范围的信息。遥测信息对于高效钻井操作来说会是非常宝贵的。例如，遥测信息可以被钻机操作人员使用，以对关于控制和操纵钻头进行判定，从而基于数个因素(包括法定边界，现有井的位置，地层特性、碳氢化合物的规模和位置等)来优化钻井速度和轨迹。在必要时，操作人员可以基于在钻井过程期间从井下传感器收集并且通过遥测传输至地表的信息来从计划的路径做出有意偏离。从井下位置获得并传输可靠数据的能力允许相对更经济且更高效的钻井操作。
遥测数据可以包括与钻头的当前定向有关的数据(有时称为“工具面”数据)。遥测信息可以包括从监测围绕井筒的地层的特性的传感器取回的数据(“测井”数据)。遥测信息可以包括与钻井自身有关的信息(例如，与井下振动、正钻井的井筒的特性、钻井液的流速、井下压力等有关的信息)。
存在若干已知的遥测技术。这些遥测技术包括通过在钻孔中的流体中产生振动来传输信息(例如，声学遥测或泥浆脉冲(MP)遥测)，以及借助于至少部分地通过地球传播的电磁信号来传输信息(EM遥测)。其他遥测技术可以使用硬线钻杆、光纤线缆或钻铤声学遥测以将数据传送至地表。
EM遥测相对于MP遥测的优点包括：一般更快的波特率、由于无移动的井下零件导致的可靠度增大、对堵漏剂(LCM)高阻抗的用途，以及对于空气钻井/欠平衡钻井的适应性。EM遥测***可以在无需连续的液柱的情况下传输数据；因此在无钻井液流动时是有用的。这在钻井操作人员在添加新钻杆区段时是有利的，这是因为在钻井操作人员添加新管道时EM信号可以传输信息(例如，双向信息)。
在穿过地球地层较长距离时EM传输被严重衰减，EM遥测会具有不期望的短程的缺点。此外，EM遥测可以获得相对大量的电力，尤其是在从深井筒或从具有相对较高电导率的地层内尝试EM遥测的情况下。
用于电磁遥测的常规结构使用钻柱的部分作为天线。通过在钻柱中包括隔离连接件或连接器(“绝缘短节”)可以将钻柱分成两个导电的区段。绝缘短节一般放置在BHA的顶部以使得钻柱中BHA上方的金属钻杆用作一个天线元件，并且在BHA中的金属区段用作另一天线元件。然后可以通过在两个天线元件之间施加电信号来传输电磁遥测信号。信号一般包括以对信息进行编码从而传输至地表的方式来施加的超低频AC信号。使用低频是因为较高频率信号比较低频率信号更严重衰减。例如可以通过测量钻柱或延伸至地中的金属套管与一个或更多个接地柱之间的电势差来在地表处检测电磁信号。
对于可靠并高效的遥测存在需求。对于高性能EM遥测***存在特别需要。
发明内容
本发明具有多个方面。一个方面提供了用于EM遥测的方法。一些这样的方法包括动态地调节EM遥测信号的载波频率和/或信号幅度以实现性能目标。性能目标例如可以包括期望数据率和期望功耗中的一个或更多个。另一方面提供了EM遥测***及其部件。例如，一个方面提供了用于EM遥测***的控制器。另一方面提供了井下EM遥测单元。另一方面提供了完整的EM遥测***。另一方面提供了包括多个井下EM遥测***的钻柱。
示例方面提供了一种用于井下钻井操作中的井下电磁(EM)遥测的方法。该方法包括：将来自位于井下位置处的井下EM遥测***的EM扫频信号的集合发送至位于地表位置处的井口***。EM扫频信号的集合包括多个不同频率的信号。该方法确定在井口***是否接收到EM扫频信号中的每一个，并且针对所接收的EM扫频信号，测量所接收的EM扫频信号的参数。参数包括信号强度和信噪比中至少一个。至少部分地基于所接收的EM扫频信号和所测量的参数，该方法确定用于井下数据传输的协议，该协议指定下述协议参数，所述协议参数包括信号频率、信号幅度和数据编码方案中的一个或更多个；以及将井下EM遥测***配置成使用该协议向井口***传输数据。
在一些实施方式中，数据编码方案包括多个周期的EM信号以用来对用于传输的符号进行编码；以及确定该协议包括对要用来对用于传输的信号进行编码的周期数进行设定。
在一些实施方式中，该方法包括确定钻井操作的模式以及至少部分地基于钻井操作的模式来确定协议。例如，取决于井筒处于安静(无流动且钻柱不旋转)、以滑动模式工作(有流动而钻柱不旋转或旋转被限制)还是以全速钻井模式工作(有流动并且钻柱从地表旋转)，可以使用不同协议。在一些实施方式中，给钻井操作的每个模式分配预设协议。
在一些实施方式中，在井口***处通过处理器来确定协议，并且使用下行传输***将该协议传递至井下EM遥测***。可选地，可以在井口***处通过用户输入结合处理器来确定协议。
在非限制性示例实施方式中，井下EM遥测***中存储有预设协议的集合，并且确定用于井下数据传输的协议包括：至少部分地基于钻井操作的模式、所接收的EM信号以及所测量的参数中的一个或更多个，在井口***处生成索引，所述索引标识存储在井下EM遥测***中的预设协议中的一个；使用下行传输***将索引传递至井下EM遥测***；以及至少部分地基于所传递的索引来选择存储在井下EM遥测***中的预设协议中的一个。
一些实施方式将来自井下EM遥测***的EM扫频信号的周期性扫频发送至井口***；在井口***处检测EM扫频信号；以及基于所检测到的EM扫频信号，确定是否调节协议参数中的一个或更多个。这样的实施方式可以操作以通过下述方式节省井下EM遥测***处的电力，所述方式为：通过在所检测到的EM扫频信号指示更高效节能的协议将提供恰当性能时切换至更高效节能的协议。作为示例，更高效节能的协议使用每符号更高频率和/或更小周期来实现更高数据率，以使得在井下EM遥测***的更短的操作时段内可以给井口传输给定量的数据，和/或选择在使用较低传输幅度传输时在地表处可以接收到的频率。
另一示例方面提供了用于在地表位置与井下位置之间的井筒中传递信号的EM遥测***。EM遥测***包括：信号处理器，其被配置成在井下位置发送EM扫频信号的扫频；接收器，其被配置成在地表位置处接收EM扫频信号；以及处理器，其耦接至接收器和信号发生器，该处理器被配置成：确定在接收器处是否接收到扫频中的EM扫频信号中的每一个，并且针对所接收的EM扫频信号中的每一个，记录EM扫频信号的参数，参数包括信号强度和信噪比中的至少一个，处理器还被配置成确定用于在井下位置和地表位置之间的数据传输的协议，该协议包括下述协议参数，所述协议参数包括信号频率、信号幅度和数据编码方案中的一个或更多个；以及下行传输***，其耦接至处理器和信号发生器，下行传输***将所确定的协议传递至信号发生器。
另一示例方面提供了一种井下EM遥测***，包括：控制电路；EM信号发射器；多个EM遥测协议；以及一个或更多个传感器。控制电路被配置成基于来自一个或更多个传感器的信号来确定钻井操作的状态并且基于所确定的钻井操作的状态来应用多个EM遥测协议中的一个用于由EM信号发射器对数据的传输。
另一示例方面提供了一种用于井下钻井操作中的井下电磁(EM)遥测的方法。该方法包括：响应于确定钻井操作处于安静模式，将井下EM遥测***配置成使用以第一数据率传输数据的第一协议来向井口***传输数据，在安静模式中，钻井液的流动被阻断并且钻柱不被旋转。该方法使用第一协议传输第一数据。在一些实施方式中，第一数据是调查数据。在传输第一数据之后，该方法将井下EM遥测***配置成：使用以低于第一数据率的第二数据率传输数据的第二协议来向井口***传输数据，以及使用第二协议传输第二数据。在一些实施方式中，确定钻井操作处于安静模式包括处理来自井下***处的一个或更多个传感器的信号。在一些实施方式中，传感器可以包括流体流量传感器和旋转或方向传感器。
本发明的其他方面和示例实施方式的特征在附图中示出和/或在以下描述中进行描述。
附图说明
附图示出了本发明的非限制性的示例实施方式。
图1是钻井操作的示意图。
图2示出了扫频信号的示例。
图3示出了在地表处检测到的扫频信号的示例。
图4是示出了用于调节EM遥测参数的示例方法的流程图。
图5是示出了用于调节EM遥测参数的另一示例方法的流程图。
具体实施方式
在以下描述中，陈述了特定细节以便为本领域技术人员提供更透彻的理解。然而，已知元件可以不被示出或详细描述以避免不必要地混淆本公开内容。对本技术的示例的以下描述并非意图穷举或者将***限制为示例实施方式的具体形式。因此，说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的意义。
图1示意性地示出了示例钻井操作。钻机10驱动钻柱12，钻柱12包括延伸至钻头14的钻杆区段。所示出的钻机10包括用于支承钻柱的井架10A、钻台10B以及绞车10C。钻头14在直径上大于钻头上方的钻柱。围绕钻柱的环形区域15通常填充有钻井液。钻井液通过钻柱中的腔孔被泵送至钻头，并且携带钻井操作导致的钻屑通过环形区域15返回至地表。在钻井时，在井筒中可以形成套管16。在套管的顶端处支承有防喷器17。图1中所示的钻机仅为示例。本文中描述的方法和设备不特定于任何特定类型的钻机。
绝缘短节100例如可以布置在BHA顶部。绝缘短节100将钻柱划分成彼此电隔离的两个导电部分。这两个部分形成双极子天线结构。例如，双极子的一个部分可以由BHA至电隔离间隙形成，以及双极子的另一部分可以由钻柱的从间隙延伸至地表的部分来形成。
超低频交流(AC)电信号19A由EM遥测信号发生器18生成并且跨绝缘短节100被施加。低频AC信号对地通电并且创建电场19A，这导致钻柱12的顶部与一个或更多个接地电极(如接地柱或接地板)之间的可测量的电压差。电信号19A以对用于通过遥测来传输的信息进行编码的方式来变化。
在地表处检测到EM遥测信号。通信线缆13A将钻柱的顶部与位于钻场周围的一个或更多个接地电极13B之间的可测量电压差传输至信号接收器13。接地电极13B可以位于任何适当位置。信号接收器13对传输的信息进行解码。显示器11显示所接收的信息中的一些或全部。例如，显示器11可以向钻机操作员显示在钻井时所接收的测量结果信息。
在地表处是否能够可靠地检测到来自井下源的EM遥测传输可以取决于许多因素。这些因素中的一些不得不与地下地层的特性有关，井筒穿过所述地下地层，从井筒起进行电磁遥测。地下环境的电导率会在电磁遥测的高效性方面起重要作用(电导率越高——尤其是在绝缘短节100附近——往往使EM遥测信号衰减)。地下环境的平均电导率以及电导率可以因地而异地变化的方式二者会起重要作用。
可以影响电磁遥测的另一因素是开始进行电磁遥测的深度。通常，电磁遥测信号随着开始传输电磁遥测信号的深度增加而变得更加衰减。
可以影响在地表处接收EM遥测传输的成功的另一因素是设置在地表处的信号检测器的特定结构(例如，接地柱和在地表处使用的其他设备的特定结构，以及用于检测EM遥测信号的电路***的灵敏度)。
影响EM遥测传输的高效性的另一因素在于是否使用了钻井液以及使用了多少钻井液(例如，欠平衡钻井会使用较少钻井液和/或密度较小的钻井液；在基于空气的欠平衡钻井中，井筒会被空气填充)，所使用的钻井液的本质(钻井液是油性的还是水性的)，以及所使用的任何钻井液的特定特性。
其他因素包括：井筒是否被围住，以及如果井筒被围住，套管延伸多深；以及EM遥测信号发生器所位于的钻孔的部分的倾斜度。更具挑战性的是，从被围住的水平井筒而非从未被围住的竖直井筒实现高效EM遥测传输。
可以影响EM遥测信号传输的成功的另一因素在于在传输时发生的钻井活动。例如，钻井通常具有多个阶段。在一个阶段中(通常包括钻柱的新部分被添加或取走钻柱时)，钻孔是安静的。钻井液未被泵送通过钻柱(“停泵”)。在钻井操作的其他阶段中，钻井液被泵送通过钻柱。激活的钻井可以包括不同操作模式。在一些操作模式下，随钻井行进，整个钻柱在旋转。在另一“滑动”操作模式下，由井下泥浆马达来旋转钻头，并且钻柱不旋转，除非对操纵钻头行进的方向来说旋转是必要的或者是期望的。这些模式中发生的模式可以通过建立电噪声等来影响EM遥测。
所有以上因素的组合建立了对于EM遥测的具有挑战性的环境，尤其是在期望将EM遥测最优以节省电力并且在期望情形中使数据吞吐量最大的情况下。
在EM遥测更困难的情形下，例如，因为诸如以上中的一个或更多个的因素(以及以上中的若干个的最一般的组合)，可以调节EM遥测信号的本质以提高EM遥测信道的可靠度。EM遥测信号自身的特性可以影响其至地表的成功传输。具有特定重要度的一个特性是EM遥测信号极性和/或大小交替的频率。
通常，与较高频率EM遥测信号相比，从较深位置处可以成功地传输较低频率EM遥测信号。出于此原因，EM遥测信号通常具有超低频率。例如，EM遥测信号通常具有频带低于24赫兹的频率。例如，根据本发明的一些实施方式的EM遥测信号具有大约1/10赫兹至大约20赫兹的范围内的频率。这些范围的精确端点并不极其重要。
对于EM遥测使用较高频率的一个优势在于：在较高频EM遥测信号中可以对数据编码的速率大于在较低频EM遥测信号中可以对数据编码的速率。因此，在以下方面存在权衡：通过使用超低频率来增大可以从给定深度成功地传输EM信号的可能性，以及通过使用较高频率来保持增大的数据率。此外，如果频率太高，则EM信号会被严重衰减导致没有实际的检测器能够在地表处接收到EM信号。
对于EM遥测信号的载波频率的选择可以具有除向地表传输特定量的数据所需的时间量以外的结果。例如，以较高频率传输会大大影响传输特定量的数据所需的电力量。对于此的一个原因是：如果数据可以被快速地传输，则在数据被传输之后(或者在不必要在传输数据的另外的时段中)，可以将特定电路关闭以节省电力。此外，因为EM遥测发射器查看到的电阻抗一定程度取决于频率，所以维持EM遥测信号所需的电力量也一定程度取决于频率。另一方面，较高频率比较低频率更严重衰减，并且这样的较高频信号会需要以更高幅度来传输(由此需要更多电力)。
影响EM遥测传输的成功的另一因素是EM遥测信号的幅度。幅度增大的信号在地表处更容易被检测到。然而，EM遥测信号的幅度可能被井下EM遥测发射器的容量所限制。例如，如果EM遥测传输电路可以递送仅最高达最大电流，则EM遥测信号的幅度也将被限制。
其他限制由最大电压施加，最大电压可以由井下天线元件上的EM遥测发射器施加。EM遥测信号的电压会被EM遥测信号发生器及其电源的本质所限制。在一些情况下，电压可能出于安全原因被设计限制成低于阈值电压。例如，在一些实施方式中，电压可能被限制成50伏特的电压或更小的电压以降低在地表处处理EM遥测信号发生器的人员可能被暴露于电击的可能性和/或降低EM信号发生器可能用作点火源的可能性。
可以跨EM遥测天线元件施加的电压还可以取决于间隙的特性。通常，对于较长间隙，可以在不超过EM遥测信号发生器的电流容量的情况下施加较大电压。除以上以外，增大EM遥测信号的幅度通常导致电力消耗增大。因此，理想的是，不传输具有远大于所需的幅度的EM遥测信号。
用于传输EM遥测信号的编码方案也会在EM遥测信号可以被成功接收中起作用。例如，如果编码方案为使得至少部分地通过传输不同幅度的EM遥测信号来编码信息，则对于作为编码方案的一部分的所有不同幅度可能必须在地表处能够被检测到，以使EM遥测传输能够被成功地接收。如果在地表处仅接收到幅度的一些部分，则可能不可以在地表处获得(recover)所传输的信息。
作为另一示例，不同编码方案可以使用不同周期数来对用于传输的符号进行编码。例如，在低噪声环境中，能够使用以两个周期的EM遥测信号传输一个符号的编码方案来成功地传输EM遥测符号。在较高噪声环境中，能够期望或者必须使用以三个或更多个周期的EM遥测信号来传输一个符号的编码方案。
本发明的一个方面提供了用于通过在选择适当EM遥测参数中自动地选择或辅助用户来优化EM遥测的方法和***，EM遥测参数可以包括以下中的一个或更多个：EM遥测信号载波频率、EM遥测信号幅度以及EM遥测信号数据编码方案。
根据本发明的一些示例实施方式的设备和方法被配置成执行和/或在使用中时***作以执行以下中的一项或更多项(以任何组合)：
·传导测量结果来评估不同频率的EM遥测传输的高效性，以及使用所获得的信息来针对数据吞吐量和电力节省中的一项或更多项优化EM遥测传输。
·检测当前的钻井模式，以及至少基于所检测到的钻井模式来在EM遥测参数的一个或更多个集合之间自动地切换。
·至少部分地基于剩余电力量来选择和/或推荐EM遥测参数的集合的选项。
·使用两个或更多个不同EM遥测载波频率传输特定数据(或者同时或者在不同时间)。
在一些实施方式中，从井下EM遥测信号发生器周期性地传输频率扫频(例如，每几分钟一次至每几小时一次)。频率扫频可以通过时间、事件(停泵情形开始)或其组合来触发。此处，“周期性地”不需要频率扫频之间存在固定时间。时间可以一定程度变化。可以足够经常地传导频率扫频以检测在井下EM遥测发射器沿前进的井筒移动时EM遥测情形的显著变化。
频率扫频是在不同时间以不同频率传输的电磁遥测传输。尽管这样做并不总是有利，但是在一些情况下，同时传输两个或更多个频率。同时仅传输若干个频率(例如，2个至3个频率)具有以下优势：使得能够给每个频率分配更高功率(保持在EM信号发生器的电流/电压容量内)，以及使得在地表处更容易检测到不同频率的信号。传输通过EM遥测信号路径的不同频率之间的微分衰减和相移可以使将所接收的信号分成不同频率分量变得困难。
扫频可以覆盖EM遥测***能够生成的频率的整个范围，或者如以下进一步描述的那样，在一些实施方式中可以传输仅这样的频率的子集。图2示出了扫频30的示例。图3示出了地表处检测到的扫频信号的示例。
扫频30示出了具有第一、较低频率的EM遥测信号在第一时间段31A中被传输，其他频率的EM遥测信号在后续时间段31B、31C、31D和31E中被传输。
图3中可以看出，所接收的信号的幅度随频率快速降落到未成功接收到最高频率信号的点。在扫频中一次一个地传输频率的优势在于可以以下述方式将所接收的信号显示给用户，所述方式为清楚地示出不同频率处的衰减量以及每个频率的能够使用的信号是否被接收。图3是一个可能的显示的示例。这又使得在选择用于EM信号传输的频率时有更大置信度。
示例EM遥测***具有以多个阶梯形式的1/10赫兹至16赫兹的频率范围。例如，***可以被配置成能够以1/10赫兹、1/2赫兹、1赫兹、2赫兹、4赫兹、8赫兹、12赫兹和16赫兹来传输EM遥测信号。扫频可以由以这些不同频率的传输的序列构成。每个传输可能持续给定时间、给定周期数等。在一些实施方式中，将每个频率传输相同的时间长度。
不同频率传输不需要以任何特定顺序发生。其可以按照以下顺序来传输：较高频率至较低频率；或者较低频率至较高频率；或者未必是频率顺序方面的其他结构。以较低频率至较高频率的顺序进行传输具有以下优势：相比较高频率，在地表处通常更容易接收到较低频率。因此，以较低频率开始扫频使得地表装备能够确保在扫频开始处正检测EM遥测。地表装备然后可以按照依次更高的频率来检测传输质量。
井下电磁遥测装备可以被配置成在指定时间或者在钻井操作的指定阶段期间生成扫频。例如，当检测到“停泵”情形(也称为“流动关闭”情形)(例如可以通过流量传感器或与井下电磁遥测***相关联的其他传感器来检测到停泵情形)，EM遥测***可以自动地生成扫频。例如可以在停泵情形开始之后几秒(例如，10秒至50秒，在示例实施方式中为30秒)生成扫频。可以在每次井下EM遥测***检测到腔孔是安静的(旋转和流动都关闭)时自动地传输扫频。
地表装备可以检测扫频中传输的一些或所有频率。对于所检测的频率中的每一个，地表装备可以测量各种因素，如信号强度、信噪比等。
至少部分地基于对所接收的扫频信号的分析，***可以将井下EM遥测***设置成使用指定的EM遥测协议(EM遥测参数的指定集合)来传输数据，和/或选择性地改变一个或更多个EM遥测参数。协议例如可以指定：一个或更多个EM遥测载波频率和/或一个或更多个指定的EM遥测信号幅度和/或一个或更多个EM遥测数据编码方案。
确定井下EM遥测信号发生器将使用什么协议来传输数据的一个或更多个位置在不同实施方式中可以不同。在一些实施方式中，由位于地表处的计算机***或者通过应用算法如以下描述的算法或者通过应用算法结合人工输入来确定。之后可以通过某种形式的下行遥测将该确定传输至井下EM遥测***。在一些实施方式中，井下EM遥测***存储预定协议的集合，并且下行遥测传输标识用于使用的预定协议中的一个的索引。在其他实施方式中，下行遥测针对要使用的协议传输EM遥测参数。
可以通过EM遥测来进行下行传输，但是也可以或者替代地使用另一遥测类型来传输。可以用于下行遥测的示例性可替换遥测类型包括：泥浆脉冲遥测、钻柱声学遥测或者通过操作钻井装备(例如，通过使钻柱旋转和/或开启或关闭钻井液的流动或者以井下EM遥测信号发生器处的传感器能够检测到的模式来调整钻井液的流动)进行的遥测。
在其他实施方式中，井口***可以将扫频的结果传输至井下EM遥测***。井下EM遥测***处的处理器可以基于扫频的结果来应用算法以确定要用于EM遥测的协议。
可以基于以下来选择协议：
·在当前操作情形下在地表处可以接收到的一个或更多个频率和幅度的集合；和/或，
·对于特定数据的期望数据率(例如，可以期望使用高数据率来传输“工具面”信息——指定钻头的当前定向的信息——以使得在地表处可以小等待时间接收到信息)；和/或
·由期望节省电力和/或可用电力保留所施加的限制。
例如，在特定情况下，可能期望将工具面信息快速地传输至地表。根据扫频，***可以确定出对于12赫兹或16赫兹的传输频率在地表处没有接收到能够可靠地检测的信号。8赫兹信号能够在地表装备的限制内被检测到(地表装备一般可以在地表处检测到几百微伏的信号)。然而，可以必要的是，使用大传输电压(对应于相对高的传输功率)以使得在地表处能够检测到8赫兹信号。2赫兹信号能够在地表处在更缓和的EM信号传输幅度的情况下被检测到。***可以在使用8赫兹载波频率传输工具面数据的功率使用方面，平衡具有将工具面数据快速传输至地表的愿望和消耗。
在另一示例实施方式中，一些可用的EM遥测协议使用以两个或更多个频率的传输。在这样的实施方式中可以应用扫频的结果以确定是否使用这样的协议(例如，如果没有两个能够使用的频率可用，则不会使用这样的协议)，以及如果使用这样的协议，则确定所选择的协议要使用哪两个或更多个频率。例如，在扫频示出了在地表处清楚地接收到处于16Hz和12Hz二者处的信号的情况下，则双频协议可以使用12Hz和16Hz的频率。在地表处可以可靠地接收的可用频率仅为1/2Hz的另一情况下，则可以使用利用1/2Hz信号的单频协议。
在一些实施方式中，***确定不同可用频率/幅度组合的每比特的消耗，其中，消耗由功耗表示。不同类型的数据可能具有不同值。例如，可以以最高达每比特阈值消耗的较高数据率来传输工具面信息，而对于快速接收较为次要的其他信息可以具有较小值并且可以使用具有每比特较低消耗的协议来传输。
在一些实施方式中，基于扫频的结果来增量式地调节一个或更多个EM遥测参数。例如，如果在地表处非常强烈地接收到扫频信号，则：
·可以增大EM遥测信号的载波频率；和/或
·可以切换至以相同或不同频率的、产生较高数据率的数据传输协议；和/或
·可以减小EM遥测信号的幅度(电压)。
在所接收的扫频信号为弱的情况下可以进行相反调节。在每次传导扫频时，***可以判定是否以增量式方式增大或减小这些参数中的一个或更多个。
在一些实施方式中，***被配置成首先调节频率以获得可以被高效接收的EM遥测信号。***可以从当前频率开始并且在直至发生接收为止使频率阶跃式降落。如果这不起作用，则***可以将EM遥测信号的幅度增加到极限以试图找到将成功传输信号的频率和信号强度的组合。
图4示出了图示根据一个示例实施方式的方法40的流程图。在块42中，将***初始化。EM信号发射器初始地被设置成默认频率例如12赫兹或者表示期望工作频率的某一其他频率。块43进行检查以查看信号的接收是否良好。如果不良好，则块44确定是否可以减小频率。如果良好，则块45A将频率降落至较低频率例如4赫兹，并且***返回至块43以测试信号质量是否良好。
如果块44确定不能够有进一步的频率减小，则方法进行至块44A，块44A进行检查以查看是否可以增加EM遥测信号的电压(电流)。在一些实施方式中，块44A将基于可用电池电力进行确定。在其他实施方式中，多个电压设置是可用的，并且块44A确定***是否已经处于最高电压(电流)设置。如果***不处于最高电压(电流)设置，则块45B将电压增大到下一电平，并且方法返回至块43。如果不能够增大电压，则块45C指示遥测类型的变化(例如，***可以切换成泥浆脉冲遥测)。
可以看出，如果信号质量不是能够接受的，则方法40将重复地切换至较低频率直至选择最低可用频率为止，并且方法40然后将尽力增加信号幅度直至选择最高可用信号幅度为止。如果信号质量仍是不能接受的，则方法40切换成可替换的遥测类型(或者采取可替换的动作，如中断)。
如果块43确定信号质量是能够接受的，则方法40进行至块46。块46确定数据率是否为能够接受的。块46可以将其确定部分地基于可用于传输的数据的本质(例如，数据对于传输为高优先级还是低优先级)以及预定最小数据率来进行。如果块46确定数据率是能够接受的，则方法40进行至块49，块49保持当前EM遥测参数。否则，方法进行至块47，块47进行检查以查看是否可以增大频率。在一些实施方式中，块46仅在自上一个时间块46被执行起改变了预定最小数据量的情况下可以引导对块47的执行。在这样的实施方式中，在尚未改变最小数据率的情况下，块46可以进行至块49。
在一些实施方式中，应用信噪比(SNR)和/或所接收的信号强度的测量结果来确定可用数据率。例如，如果SNR低，则数据率可以被限制在对于较高SNR能够实现的数据率以下。如果所接收的信号功率低，则也可以限制数据率(例如，如果所接收的信号功率为低则可以要求使用每比特更多周期的传输协议)。图4示出了对SNR和所接收的信号功率进行评估的块46A和46B。可以参照块46A和/或46B中获得的结果来确定块46中的判定和/或块47中的可用频率。块46和/或47可以包括查找能够适用的数据率和/或与块46A和46B中检测到的SNR和/或信号强度对应的传输频率。在一些实施方式中，这样的查找操作还使用当前传输参数例如频率并且传输功率以查找适当数据率和/或频率。
如果块47确定可以增大频率，则方法40进行至块48，块48增大要用于EM遥测的频率。在一些实施方式中，块48可以被执行足够多次以将频率增大到16Hz或甚至更高频率。
图5示出了根据本发明的另一替选实施方式的方法500，方法500包括用于调节信号传输协议的额外步骤。在图5中，块52确定所接收的信号是否足够强。块52例如可以包括确定比特能量(bit energy)(其可以通过比特持续时间和所接收的信号功率的乘积来给出)。如果所接收的信号不足够强(例如，具有低于阈值的比特能量)，则块53减小所传输的信号的频率和/或增大所传输的信号的幅度。块53例如可以如方法40的块44至45C中所示那样起作用。在一些实施方式中，块53首先试图通过减小频率然后增大信号幅度来实现能够接受的所接收的信号。
如果块52确定信号质量是能够接受的，则块54确定所接收的信号的强度是否不必要地高。如果所接收的信号的强度不必要地高，则执行块55。块55增大所传输的信号的频率和/或减小所传输的信号的幅度。块55可以类似于块53来操作。块55可以通过首先尽力减小所传输的信号的幅度然后尽力增大所传输的信号的频率来起作用，或者可以颠倒来起作用。在一些实施方式中，块55可以通过尽力增大频率直至达到最大频率为止来操作。
如果块54确定信号强度不过度，则块56进行检查以查看数据率是否是能够接受的。如果数据率是不能接受的，则块57进行检查以查看是否可以减小每符号的周期数。在一些实施方式中，块57进行检查以查看是否可以在不将比特能量减小到阈值以下的情况下减小每符号的周期数。如果可以这样，则在块58B中改变传输协议以减小每符号的周期数。否则，在块58A中增大频率(如果可以)。如果块56确定数据率是能够接受的，则在块59中保持当前EM遥测参数。
在一些实施方式中，能够根据在类似情形下钻井先前井筒的经验容易地预测对于EM遥测的高效度、有用频率等。在这样的实施方式中，能够接受的是，在钻井操作的特定部分期间抑制扫频(其中，根据先前经验可以容易地预测EM遥测特性的情况)。在这样的实施方式中，例如，可以每N个停泵情形(N为整数)执行一次扫频。
在示例实施方式中，在预期与先前钻井的探井或与另一先前钻井的开发井具有非常类似特性的开发井中，井下EM遥测***可以被配置成基于根据预定方案的深度来自动地选择EM遥测协议(例如可以通过来自压力传感器的读数来确定深度)。EM遥测***可以周期性地但是比以其他方式可能进行的更不频繁地向地表传输扫频。地表处对扫频的检测可以与用于调节改变EM遥测协议随深度的方案的预期的读数和结果进行比较。
在一些实施方式中，至少部分地基于当前钻井模式来确定EM遥测传输频率和/或EM遥测协议的其他要素。例如，取决于是否存在停泵情形以及如果不存在停泵情形取决于正在以滑动模式还是以整个钻柱都被旋转的旋转模式执行钻井，可以使用不同EM遥测协议。
例如，在特定条件下，可以按照以下频率来执行EM遥测：当井是安静的时(无流动“停泵”情形)以16赫兹；当在滑动情形下钻井时以8赫兹；以及在钻柱旋转时的“全速”钻井期间以2赫兹。在不同钻井模式中使用的特定频率可能在其他情况下不同。这些特定频率例如可以部分地基于扫频的结果来确定。
在示例实施方式中，根据在扫频期间传输的信息来确定要使用的最大频率。在井筒是安静的(无流动，钻柱不旋转)的时间期间可以使用最大频率。当钻柱活动时可以自动地选择较低频率来进行使用。可以取决于钻柱是以滑动模式(流动开启而钻柱无充分旋转)还是以全速钻井模式(流动开启以及钻柱在旋转)操作而使用不同频率。这些不同频率可以被自动地选择。例如，可以获得指示钻井液是否在流动以及钻柱是否在旋转的传感器读数。可以基于传感器读数来选择通信频率。在无流动且无旋转的情况下可以选择第一频率F1。在有流动无旋转的情况下可以选择第二频率F2。在流动和旋转的情况下可以选择第三频率F3。当检测到滑动模式时被选择用于使用的频率可以高于在检测到全速钻井模式时被选择用于使用的频率。在一些情况下，F1>F2>F3。
在一些实施方式中，在一些钻井模式中使用比其他钻井模式更多的频率。例如，当井筒是安静的时，可以使用两个或更多个频率来传输数据，而在全速钻井期间，可以使用仅一个频率来传输数据。
本发明的实施方式可以采用用于对EM遥测信号中的数据进行编码的任何能够适用的方案。一种这样的方案是QPSK(四相相移键控)。另一方案是BPSK(双相相移键控)。PSK(相移键控)编码方案可以使用多个周期(以当前频率)来传输每个符号。用于传输每个符号的周期数可以变化。例如，在低噪声环境中，能够使用每符号两个周期来成功地传输EM遥测信号。在较高噪声环境中，能够期望或者必须使用三个周期(或更多个周期)来传输每个符号。在一些实施方式中，基于在最近的扫频中测量到的信噪比(SNR)来选择用于对符号进行编码的周期数。其他编码方案包括FSK(频移键控)、QAM(正交幅度调制)、8ASK(8幅移键控)、APSK(幅度相移键控)等。可以应用使用相位、幅度、脉冲定时和/或频率的改变的任何能够适用的组合来传递数据的方案。
在一些实施方式中，基于钻井模式自动地选择不同编码方案。例如，与在全速钻井期间用于遥测的每符号的周期相比，在停泵情形期间可以使用每符号更少的周期用于遥测。因为在井下EM遥测***和地表二者处容易地确定当前钻井模式，所以不必须提供井下遥测***与地表之间的明确通信以指示EM遥测传输正使用另一EM遥测协议，因为钻井模式已改变。
在一些实施方式中，在井下EM遥测***处的配置文件中指定用于EM遥测的协议。井下传感器可以向EM遥测***提供读数。例如，井下遥测***可以访问来自旋转传感器(检测钻柱的旋转的任何传感器)和检测钻井液的流动的流量传感器的读数。基于这些传感器的输出，EM遥测***可以确定钻柱是安静的(未检测到旋转，未检测到流动)还是钻柱以滑动模式在操作(未检测到旋转，但是检测到流动)，还是钻柱以全速钻井模式在操作(旋转和流动二者都检测到)。井下***可以根据来自传感器的读数在不同配置文件之间自动地切换。
解释如何对信号编码的信息可以在地表装备处已经已知，或者该信息可以从井下EM遥测***传输到地表装备。例如，数据传输协议可以包括其中包括有ID的标头(header)，标头指示正使用哪个EM遥测协议(或者EM遥测协议的哪个集合)来对数据编码(因此，地表装备应该如何对数据解码)。标头可以以容易解码的方式例如BPSK来传输。
在一些实施方式中，井下EM遥测***在扫频已经传导以后自动地等待下行信号。下行信号例如可以指定要使用的EM遥测协议。如果未检测到下行信号，则井下EM遥测信号可以自动地复原成默认“最坏情况”协议。默认协议例如可以指定超低频，例如小于1/2赫兹或小于0.1赫兹，或者甚至小到1赫兹的几百分之一(以使在地表处会接收到所传输的信号的可能性最大化)。
在一些实施方式中，使用较低载波频率和较高载波频率二者通过EM遥测(或者从地表或者从井下EM遥测***或从二者)传输相同数据。这些信号可以按序列或同时传输。如果较高频率信号在其目的地处被成功接收，则不需要等待直至接收到较低频率信号为止就可以执行。所使用的频率中的一个可以是在最坏情况下最可能被检测到的超低频。可以以较高频来传输其他信号。
例如，在井下EM遥测***接收到使用高频EM遥测信号发送的下行数据的情况下，则井下EM遥测***可以根据下行信号数据中的命令来配置自身，而不需要等待对较低频信号的相同命令的传输完成。
类似地，在钻井员在等待数据(例如，工具面数据)以继续进行的情况下，如果从井下EM遥测***成功地接收到使用高频EM遥测信号发送的数据，则钻井员不需要等待借助于较低频EM遥测传输接收相同数据。钻井员一接收到所需数据，钻井员就可以开始钻井。在一些实施方式中，在钻井员开始钻井时低频传输继续进行的情况下，可以响应于检测到钻柱的旋转而截断低频传输。
在一些实施方式中，EM遥测协议可以指定井下EM遥测***要传输的数据应当被分割并且使用不同EM遥测频率(或者同时或者按给定序列)而被传输。可以对地表处检测到的信号进行滤波以分开不同频率。可以针对每个频率提供不同滤波器。
在一些实施方式中，在***根据扫频的结果或其他方式确定多个EM遥测频率能够使用时，***可以被配置成使用两个或更多个不同载波频率通过EM遥测来同时发送数据。在优先级为低等待时间通信的情况下，可以使用最高频率来发送较高优先级数据，以及可以使用较低频率来发送较低优先级数据。在地表处，在不同频率接收的数据可以使用能够适用的滤波器被分开并且然后被分开地同时显示、被存储和/或以其他方式被处理。在对可靠通信给定优先级的情况下，则可以使用一个或更多个较低频率来发送较高优先级数据，以及可以使用较高频率来发送较低优先级数据。
在一些实施方式中，在井安静时的流动关闭情形期间，可以使数据吞吐量增大以更快速地传输特定数据(例如，测井数据或调查数据)。可以使用下述EM遥测协议来传输这样的数据，所述EM遥测协议提供较高数据率(以增大的功耗的最可能消耗)以减小将数据传输至地表所需的时间。在已传输了调查数据或调查数据的期望部分之后，则***可以切换成提供减小的功耗的可替换的EM遥测协议。
一些实施方式利用除EM遥测以外的其他遥测模式。例如，可以使用泥浆脉冲遥测来传输下行信号和/或传输上行信号。该性能可以用以使得至井下EM遥测***或从井下EM遥测***的通信能够可靠地进行并且还提供具有相对低的等待时间以实现井下EM遥测***的快速响应的一种通信模式。例如，可以使用快速EM下行遥测非常迅速地实现井下EM遥测***的行为的快速变化如在配置文件之间切换。要传输至EM遥测***的时间敏感度更小的数据可以通过更慢但在所有情形下可能更可靠的数据传输模式来传输。不同模式进行的传输可以同时(一齐)发生或者在时间上交叠或者可以在不用时间进行。
在一些实施方式中，对适当数据传输协议的选择至少部分地基于对电磁遥测***供电的井下电池的当前电荷状态。
在一些实施方式中，使用扫频自身来对数据编码。例如，不同频率被传输的顺序和/或不同频率被传输的幅度和/或传输的每个不同频率的周期数可以以对数据编码的方式变化。该数据可以在地表处被接收到。该数据例如可以包括：将用于借助于EM遥测对所传输的数据编码的编码方案；要传输的数据(例如，工具面数据)；与井下EM遥测***或另一井下***的状态有关的数据等。
在一些实施方式中，从扫频中忽略不可能被接收到的频率。例如，当井筒被钻井到某深度使得扫频中的最高频率不再被接收到时，可以将一个或更多个最高频率从扫频中省略以节省时间和功率。在一些实施方式中，即使在情形改变成使得最高频率能够被再次接收到的情况下仍以每几个扫频一次或者每隔一个扫频等来传输最高频率。在另一示例实施方式中，在存在使频率不能够用于EM遥测或者不能够期望的电噪声的情况下，则可以将该频率从扫频中省略。
本文中描述的实施方式使用多个频率从井下位置传输EM信号。除在评估EM遥测要使用的最适当频率方面的应用以外，这样的信号还可以应用以引起邻近的井中与EM遥测的干扰。因为可以使用定向钻井来使井筒水平地延伸达较长距离，所以定向钻机的操作员可以有意地或无意地钻出以下井筒，该井筒延伸至操作员未被授权钻井进入的地层(例如，相邻租契上的地层)。可以应用本文中描述的技术以从这样的破坏性的(rogue)操作员生成与EM遥测干扰的EM信号，并且防止在如上所述生成扫频的井筒附近由EM遥测辅助的对井筒的钻井。
在一些实施方式中，地表装备包括滤波器，滤波器被配置成阻挡除被用于从井下数据遥测的那些频率以外的频率。因为针对数据遥测分配的一个或更多个频率可以随时间变化，如本文中所描述的那样，地表装备处的滤波器可以被复位以使当前数据遥测信号频率通过。可以在每次选择新数据遥测信号频率时自动地执行该复位。
在一些实施方式中，至少部分地基于不同频率的信噪比来选择数据遥测信号频率。噪声可能源自钻机装备，相邻井中的遥测(通过破坏性的操作员或其他方式)或者其他源。在一些实施方式中，响应于识别其上存在显著噪声的频率(例如，噪声超过阈值以及/或者SNR低于阈值)，在地表装备处自动地配置阻挡滤波器以阻挡一个或更多个噪声频率并且其他的频率被选择用于数据遥测。这样的一个或更多个噪声频率可以在如上所述分析所接收的扫频信号期间被识别。
可以在除地表装备以外的位置处接收到扫频信号。例如，可以由沿钻柱与第一件井下装备间隔开的第二件井下装备来检测到由第一件井下装备发送的扫频信号。在一个位置生成的扫频信号可以在两个或更多个其他位置处被接收到。这些可能性利于多个可能的应用。一个可能的应用是将用于通信的不同EM遥测参数设定成不同端点。例如，井下探管可以使用用于通信至地表装备的EM遥测参数(一个或更多个频率、数据编码方案等)的集合，以及用于传递至另一井下探管的EM遥测参数的另一集合。可以根据如本文中描述的方法基于所接收的扫频信号来选择EM遥测参数的每个集合。
多件井下装备可以被配置成生成扫频信号以及接收由其他件井下装备生成的扫频信号。该可能性的应用是针对EM传输被严重衰减的区域匹配钻孔。例如，考虑沿钻柱存在若干间隔开的(例如，4至10个***)的情况，每个***能够生成扫频信号并且能够接受扫频信号。当高EM信号衰减的区位于井下最远的两个***之间时，两个最远的井下***可以由对方检测经衰减的扫频信号，而另外的***因为高衰减不可以检测来自最远井下***的扫频信号。与高衰减的区的位置有关的信息可以用以预测沿井筒的整个长度的衰减。该信息可以应用于选择遥测类型(例如，对于位于高衰减的区中的***可以使EM遥测失效并且可以代替为使用其他遥测类型——例如，泥浆脉冲遥测)。
尽管以上论述了多个示例性方面和实施方式，但是本领域技术人员将认识到其特定修改、置换、添加和子组合。因此意在将以下所附权利要求书以及下文中引入的权利要求书解释为包括在其真正的精神和范围内的全部这些修改、置换、添加和子组合。
术语的解释
除非在上下文清楚地要求之外，否则贯穿说明书和权利要求书：
·“包括”、“包含”等被解释为包括的含义，而不是排他的或穷举的意义；也就是说，为“包括但不限于”的意义。
·“连接”、“耦接”或其任何变化形式意为在两个或更多个元件之间直接的或者间接的任何连接或耦接；在元件之间的耦接或连接可以是物理的、逻辑的或其组合。
·“本文中”、“以上”、“以下”以及类似含义的措辞，当用于描述本说明书时应指的是本说明书全部而非本说明书的任何特定部分。
·在引用两个或更多个项目的列表时，“或”覆盖以下对词语的全部解释：列表中的项目的任意项、列表中的项目的全部项，以及列表中的项目的任意组合。
·单数形式“一(a)”、“一(an)”以及“该”也包括任何适当的附属形式的意义。
在本说明书和任何所附权利要求书中(如果存在的情况下)使用的指示方向的词语，比如“竖向”、“横向”、“水平”、“向上”、“向下”、“向前”、“向后”、“向内”、“向外”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“下方”、“上方”、“下面”等，根据所描述的并且示出的设备的特定定向。本文中描述的主题可以假设多种替代性的定向。因此，这些方向术语不严格地限定并且不应该被狭义地解释。
当如上提及部件(例如，电路、模块、组件、装置、钻柱部件、钻机***等)时，除非另有说明，提及的部件(包括提及的“装置”)应当被解释为包括执行所描述的部件的功能的作为该部件的等同替代的任何部件(即，功能性等同替代)，包括执行本发明的示例性实施方式中的功能但在结构上不等同于所公开的结构的部件。
出于说明的目的，在本文中已经对***、方法和设备的特定示例进行了描述。这些仅仅是示例。本文中提供的技术可以被应用于除上述示例***之外的***。在本发明的实施范围内许多变更、修改、添加、省略及置换是可能的。本发明包括对本领域技术人员而言明显的所描述的实施方式的变化形式，包括通过以下方式获得的变化方式：用等同特征、元件和/或动作替换特征、元件和/或动作；混合和匹配不同实施方式的特征、元件和/或动作；将本文中描述的实施方式的特征、元件和/或动作与其他技术的特征、元件和/或动作组合；和/或从所描述的实施方式省略组合的特征、元件和/或动作。
因此，意在于以下所附权利要求和此后引入的权利要求被解释为包括可以合理地推断出的全部修改、置换、添加、省略及子组合。权利要求书的范围不应限于示例中阐述的优选实施方式，而应作为整体被赋予与说明书一致的最宽泛的解释。

Claims (63)

1.一种用于井下钻井操作中的井下电磁遥测的方法，所述方法包括以下步骤：
确定所述钻井操作的模式；
将来自位于井下位置的井下电磁遥测***的电磁扫频信号的集合发送至位于地表位置的井口***，所述电磁扫频信号中的每一个具有不同频率；
确定在所述井口***处是否接收到所述电磁扫频信号中的每一个，并且针对所接收的电磁扫频信号，测量所接收的电磁扫频信号的参数，所述参数包括信号强度和信噪比中的至少一个；
至少部分地基于所述钻井操作的模式、所接收的电磁扫频信号以及所测量的参数来确定用于井下数据传输的协议，所述协议指定用于配置所述井下电磁遥测***的传输参数，所述传输参数包括信号频率、信号幅度和数据编码方案中的一个或更多个；以及
将所述井下电磁遥测***配置成使用所述协议向所述井口***传输数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：所述数据编码方案包括多个周期的电磁信号以用来对用于传输的符号进行编码；并且确定所述协议包括对要用来对用于传输的信号进行编码的周期数进行设定。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述钻井操作的每个模式分配预设协议。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，至少部分地基于期望数据率和期望功耗中的一个或更多个来确定所述协议。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述井口***处通过处理器来确定所述协议，并且使用下行传输***将所述协议传递至所述井下电磁遥测***。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述井口***处通过用户输入结合所述处理器来确定所述协议。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述井下电磁遥测***中存储有预设协议的集合，并且确定用于井下数据传输的所述协议包括：
至少部分地基于钻井操作的模式、所接收的电磁信号以及所测量的参数中的一个或更多个，在所述井口***处生成索引，所述索引标识存储在所述井下电磁遥测***中的所述预设协议中的一个；
使用下行传输***将所述索引传递至所述井下电磁遥测***；以及
至少部分地基于所传递的索引来选择存储在所述井下电磁遥测***中的所述预设协议中的一个。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，使用从井下传感器获得的测量结果来确定所述钻井操作的模式。
9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
周期性地将来自所述井下电磁遥测***的电磁扫频信号的集合发送至所述井口***；以及
在所述井口***处检测所述电磁扫频信号；以及
基于所检测到的电磁扫频信号，确定是否调节所述传输参数中的一个或更多个。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述协议包括：
a)至少部分地基于所接收的电磁扫频信号来选择用于电磁数据传输信号的所述协议的频率和幅度；以及
b)如果所述频率和所述幅度的电磁信号在所述井口***处不被适当地接收，则通过减小所述频率直至所述频率处于最小可接受频率为止来修改所述协议，并且如果所述最小可接受频率和所选择的幅度的电磁信号在所述井口***处不被适当地接收，则增大所述协议的幅度。
11.根据权利要求10所述的方法，包括：如果所述最小可接受频率和最大可接受幅度的电磁信号在所述井口***处不被适当地接收，则切换至替选遥测***。
12.根据权利要求10所述的方法，包括：如果所述最小可接受频率和最大可接受幅度的电磁信号不具有至少阈值可接受数据率，则针对所述协议减小每个符号的周期数。
13.根据权利要求12所述的方法，包括：至少部分地基于能够用于传输的数据的本质来确定所述阈值可接受数据率。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括：检查所述电磁信号的强度是否超过阈值，并且如果所述电磁信号的强度超过阈值，则针对所述协议增大所述频率和/或减小所述幅度。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，至少部分地基于比特能量来确定所述电磁信号的强度。
16.根据权利要求15所述的方法，包括：针对所述协议减小每个符号的周期数而不将所述比特能量减小到阈值以下。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，电磁扫频信号的所述集合包括预定电磁扫频信号的集合的子集，并且所述方法包括仅将来自所述井下电磁遥测***的电磁扫频信号的所述子集发送至所述井口***。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据编码方案是以下中的一项：四相相移键控、双相相移键控、相移键控、频移键控、正交幅度调制、8幅移键控以及幅度相移键控。
19.根据权利要求1所述的方法，包括：在所述井下电磁遥测***处，在发送电磁扫频信号的所述集合之后等待来自所述井口***的下行传输，并且如果所述井下电磁遥测***在预定时段内未接收到所述下行传输，则应用默认预定协议。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，电磁扫频信号的所述集合包括具有较低频率的第一电磁扫频信号以及具有较高频率的第二电磁扫频信号，并且如果所述井口***接收到所述第二电磁信号，则仅基于所述第二电磁信号来确定所述协议。
21.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述下行传输***包括电磁遥测***或泥浆脉冲遥测***。
22.根据权利要求1所述的方法，其中，至少部分地基于对所述井下电磁遥测***进行供电的井下电池的当前电荷状态来确定所述协议。
23.根据权利要求1所述的方法，包括：对所述电磁扫频信号中的信息进行编码以及对来自所接收的电磁扫频信号的所述信息进行解码。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，对所述电磁扫频信号中的所述信息进行编码包括以下中的一项或更多项：改变所传输的频率的顺序、改变所传输的不同频率的周期数，以及调制所述电磁扫频信号中传输的所述频率。
25.根据权利要求23或24所述的方法，其中，所编码的信息包括以下中的一项或更多项：用于使用所述协议对所传输的数据进行编码的编码方案、与井下情形有关的数据以及与井下***有关的数据。
26.根据权利要求1所述的方法，其中，发送电磁扫频信号的所述集合包括同时发送所述电磁信号中的两个或更多个。
27.根据权利要求1所述的方法，包括：在停泵情形开始之后预定时间，自动地发送电磁扫频信号的所述集合。
28.根据权利要求1所述的方法，包括：从所接收的电磁扫频信号的所测量的参数确定最大频率用于电磁遥测，并且在所述钻井操作的模式是钻柱不旋转并且流体未在所述钻柱中流动的模式时使用所述最大频率。
29.根据权利要求28所述的方法，包括：当所述钻井操作的模式是所述钻柱在旋转或者流体流经所述钻柱或者所述钻柱在旋转并且流体流经所述钻柱的模式时，自动地选择一个或更多个较低频率用于使用。
30.根据权利要求28或29所述的方法，包括：取决于所述钻井操作的模式对应于滑动模式还是全速钻井模式，使用不同频率用于电磁遥测传输，在所述滑动模式中，在所述钻柱无显著旋转的情况下流体流经所述钻柱，在所述全速钻井模式中，在所述钻柱旋转的情况下流体流经所述钻柱。
31.根据权利要求28或29所述的方法，包括：基于指示钻井液是否流动以及所述钻柱是否旋转的传感器读数来确定所述钻井操作的模式。
32.根据权利要求28或29所述的方法，包括：在所述钻井操作的模式对应于所述钻柱中无流体流动并且所述钻柱不旋转的情况下选择第一频率F1用于使用；在所述钻井操作的模式对应于所述钻柱中有流体流动并且所述钻柱不旋转的情况下选择第二频率F2用于使用；以及在所述钻井操作的模式对应于所述钻柱中有流体流动并且所述钻柱旋转的情况下选择第三频率F3用于使用；其中：F1>F2>F3。
33.一种用于在地表位置与井下位置之间的井筒中传递信号的电磁遥测***，所述电磁遥测***包括：
信号发生器，所述信号发生器被配置成在所述井下位置处发送电磁扫频信号的集合；
接收器，所述接收器被配置成在所述地表位置处接收所述电磁扫频信号；以及
处理器，所述处理器耦接至所述接收器和所述信号发生器，所述处理器被配置成：确定在所述接收器处是否接收到所述集合中的所述电磁扫频信号中的每一个，并且针对所接收的电磁扫频信号中的每一个，记录所述电磁扫频信号的参数，所述参数包括信号强度和信噪比中的至少一个；
所述处理器还被配置成确定钻井操作的模式；
所述处理器还被配置成：至少部分地基于所述钻井操作的模式、所接收的电磁扫频信号以及所记录的参数，确定用于所述井下位置与所述地表位置之间的数据传输的协议，所述协议包括用于配置所述信号发生器的传输参数，所述传输参数包括信号频率、信号幅度和数据编码方案中的一个或更多个；以及
下行传输***，所述下行传输***耦接至所述处理器和所述信号发生器，所述下行传输***被配置成将所确定的协议传递至所述信号发生器。
34.根据权利要求33所述的电磁遥测***，其中，所述协议指定要用来对用于传输的符号进行编码的多个周期的电磁信号。
35.根据权利要求33所述的电磁遥测***，其中，所述处理器被配置成至少部分地基于期望数据率和期望功耗中的一个或更多个来确定所述协议。
36.根据权利要求33所述的电磁遥测***，其中，所述处理器被配置成接收用户输入并且至少部分地使用所述用户输入来确定所述协议。
37.根据权利要求33所述的电磁遥测***，其中，所述处理器被配置成通过生成索引并且使用井下传输链路将所生成的索引传递至控制器来确定所述协议，所述索引标识存储在所述控制器中的预设协议中的一个，所述控制器耦接至所述信号发生器和所述处理器，其中，所述控制器基于所述索引来选择所述预设协议中的一个，并且将所选择的预设协议传递至所述信号发生器。
38.根据权利要求37所述的电磁遥测***，其中，所述处理器被配置成使用从井下传感器获得的测量结果来确定所述钻井操作的模式。
39.根据权利要求33所述的电磁遥测***，其中，所述信号发生器被配置成向所述接收器发送周期性的电磁扫频信号的集合，并且所述处理器被配置成在每次扫频之后增量式地调节所述传输参数中的一个或更多个。
40.根据权利要求33所述的电磁遥测***，其中，电磁扫频信号的所述集合包括电磁扫频信号的预定集合的子集并且所述信号发生器被配置成将电磁扫频信号的所述子集发送至所述接收器。
41.根据权利要求33所述的电磁遥测***，其中，如果所述处理器在预定时间之前不将所述协议传递至所述发生器，则所述发生器被配置成使用预定默认协议用于通过电磁遥测向所述地表位置传输数据。
42.根据权利要求33所述的电磁遥测***，其中，电磁扫频信号的所述集合包括具有较高频率的第一电磁扫频信号以及具有较低频率的第二电磁扫频信号，并且其中，所述处理器被配置成：如果在所述接收器处接收到所述第一电磁信号，则所述处理器仅基于所述第一电磁扫频信号来确定所述协议。
43.根据权利要求33所述的电磁遥测***，其中，所述下行传输***包括电磁遥测***和泥浆脉冲遥测***中的一个。
44.根据权利要求33所述的电磁遥测***，其中，所述处理器被配置成至少部分地基于对所述信号发生器进行供电的井下电池的当前电荷状态来确定所述协议。
45.根据权利要求33所述的电磁遥测***，其中，所述信号发生器被配置成对所述电磁扫频信号中的信息进行编码。
46.根据权利要求33所述的电磁遥测***，其中，所述信号发生器被配置成同时发送两个或更多个电磁扫频信号。
47.一种用于井下钻井操作中的井下电磁遥测的方法，所述方法包括以下步骤：
周期性地将来自位于井下位置处的井下电磁遥测***的电磁扫频信号的集合发送至位于地表位置的井口***，所述电磁扫频信号中的每一个具有不同频率；
确定在所述井口***处是否接收到所述电磁扫频信号中的每一个，并且针对所接收的电磁扫频信号，测量所接收的电磁扫频信号的参数，所述参数包括信号强度和信噪比中的至少一个；
确定所述钻井操作的模式；
至少部分地基于所接收的电磁扫频信号、所测量的参数以及所述钻井操作的模式，确定是否调节用于井下数据传输的协议的一个或更多个传输参数，其中，所述传输参数用于配置所述井下电磁遥测***并且包括信号频率、信号幅度和数据编码方案中的一个或更多个；以及
将所述井下电磁遥测***配置成使用所述协议向所述井口***传输数据。
48.根据权利要求47所述的方法，包括：至少部分地基于所接收的电磁扫频信号和所测量的参数，确定所述信号强度是否超过阈值，并且如果所述信号强度超过所述阈值，则增大所述信号频率。
49.根据权利要求47所述的方法，包括：至少部分地基于所接收的电磁扫频信号和所测量的参数，确定所述信号强度是否超过阈值，并且如果所述信号强度超过所述阈值，则减小所述信号幅度。
50.根据权利要求47和48中任一项所述的方法，包括：至少部分地基于所接收的电磁扫频信号和所测量的参数，确定所述信号强度是否超过阈值，并且如果所述信号强度超过所述阈值，则减小所述信号幅度并且增大所述信号频率。
51.根据权利要求47至49中任一项所述的方法，其中，所述数据编码方案包括多个周期的电磁信号以用于对用于传输的符号进行编码；并且其中，所述方法包括对要用来对用于传输的信号进行编码的周期数进行调节。
52.根据权利要求47至49中任一项所述的方法，包括：在所述井下电磁遥测***处，在发送所述扫频之后等待来自所述井口***的下行传输，并且如果所述井下电磁遥测***在预定时段内未接收到所述下行传输，则应用默认预定传输参数。
53.根据权利要求47至49中任一项所述的方法，包括：在停泵情形开始之后预定时间，自动地发送所述电磁扫频信号。
54.一种用于在地表位置与井下位置之间的井筒中传递信号的电磁遥测***，所述电磁遥测***包括：
信号发生器，所述信号发生器被配置成在所述井下位置处周期性地发送电磁扫频信号的集合；
接收器，所述接收器被配置成在所述地表位置处接收所述电磁扫频信号；以及
处理器，所述处理器耦接至所述接收器和所述信号发生器，所述处理器被配置成：确定在所述接收器处是否接收到所述集合中的所述电磁扫频信号中的每一个，并且针对所接收的电磁扫频信号中的每一个，记录所述电磁扫频信号的参数，所述参数包括信号强度和信噪比中的至少一个；
所述处理器还被配置成确定钻井操作的模式；
所述处理器还被配置成：至少部分地基于所接收的电磁扫频信号、所记录的参数以及所述钻井操作的模式，确定是否调节用于所述井下位置与所述地表位置之间的数据传输的协议的一个或更多个传输参数，其中，所述传输参数用于配置所述信号发生器并且包括信号频率、信号幅度和数据编码方案中的一个或更多个；以及
下行传输***，所述下行传输***耦接至所述处理器和所述信号发生器，所述下行传输***被配置成将经调节的传输参数传递至所述信号发生器。
55.根据权利要求54所述的电磁遥测***，其中，所述处理器被配置成：至少部分地基于所接收的电磁扫频信号和所测量的参数，确定所述信号强度是否超过阈值，并且如果所述信号强度超过所述阈值，则增大所述信号频率。
56.根据权利要求54所述的电磁遥测***，其中，所述处理器被配置成：至少部分地基于所接收的电磁扫频信号和所测量的参数，确定所述信号强度是否超过阈值，并且如果所述信号强度超过所述阈值，则减小所述信号幅度。
57.根据权利要求54所述的电磁遥测***，其中，所述处理器被配置成：至少部分地基于所接收的电磁扫频信号和所测量的参数，确定所述信号强度是否超过阈值，并且如果所述信号强度超过所述阈值，则减小所述信号幅度并且增大所述信号频率。
58.一种用于井下钻井操作中的井下电磁遥测的方法，所述方法包括以下步骤：
响应于确定钻井操作处于安静模式，将井下电磁遥测***配置成使用以第一数据率传输数据的第一协议来向井口***传输数据，在所述安静模式中，钻井液的流动被阻断并且钻柱不被旋转；
使用所述第一协议传输第一数据；
在传输所述第一数据之后，将所述井下电磁遥测***配置成使用以低于所述第一数据率的第二数据率传输数据的第二协议来向所述井口***传输数据；以及
使用所述第二协议传输第二数据。
59.根据权利要求58所述的方法，其中，所述第一数据包括调查数据。
60.根据权利要求59所述的方法，包括：在使用所述第一协议传输所有或预定量或预定比例的能够用于在所述井下***处传输的所述调查数据之后，自动地切换到所述第二协议。
61.根据权利要求59至60中任一项所述的方法，包括：将所述井下电磁遥测***配置成有条件地在所述井下***处存在能够用于传输的调查数据时使用所述第一协议向所述井口***传输数据。
62.根据权利要求58至60中任一项所述的方法，其中，与所述第一协议相比，所述第二协议每比特的传输数据使用更少的电力。
63.根据权利要求58至60中任一项所述的方法，其中，所述第一协议使用两个或更多个传输频率并且所述第二协议使用单个传输频率。
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