CN117749311A - 基于甚低频电磁波的时分复用方法、装置、设备和介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于甚低频电磁波的时分复用方法、装置、设备和介质，所述方法包括：对数据MSK信号或指令MSK信号进行解调和调制，转换为在甚低频电磁波上传输的MSK调制信号；根据中继节点、第一终端节点和第二终端节点的时隙构成传输所述MSK调制信号；其中，所述中继节点的时隙由第一信号接收时隙和第一信号转发时隙循环构成；所述第一终端节点的时隙由第一发射信号时隙、第一休眠时隙和第一接受指令时隙循环构成；所述第二终端节点的时隙由第二信号接收时隙和第一指令发射时隙循环构成。本发明所提供了一种新的中继架构的搭建形式和时分复用方式，能够有效提高传输信号距离，增强了该技术的适应性，同时可有效抵抗井场强干扰。

Description

基于甚低频电磁波的时分复用方法、装置、设备和介质

技术领域

本发明涉及录井技术领域，具体来讲，涉及一种基于甚低频电磁波的时分复用方法、一种基于甚低频电磁波的时分复用装置、以及实现基于甚低频电磁波的时分复用方法的设备和计算机可读存储介质。

背景技术

随着油气勘探开发的深入，对油气藏生产资料的录取质量要求越来越高。在常规的试油和生产动态试井中，通常将电子压力计在地面按时间段和采样间隔进行编程，然后装入压力计托筒随测试工具下入到井筒的测试深度；测试结束后，起出压力计，通过计算机回放数据，获得井下压力、温度数据，再结合施工过程进行试井分析解释，现场不能确定其工作状态和井底真实情况，从而无法实时掌握井下生产动态，给现场测试施工带来很多不可预见的问题，也不能满足数字油田建设需求和当前大规模油气勘探开发的紧迫性。因此，国内外发展出了可直接读取井下数据的方法，目前主要存在有线方式和无线方式。其中，有线方式由于需要采用电缆、光纤等物理介质，下入难度大、井下工况复杂，易损坏，成本高，仅限于探索应用，大规格推广难度高。另一种无线方式，具备施工简单快捷的优点。在油气生产井作业中，可采用低频电磁波/声波等把井底压力计数据等以低频电磁波的方式实时传送地面，主要有两种：1)将测试阀下部的压力通过压力通道或无线方式传输到测试阀上端，然后通过电磁感应等短途无线的方式将数据传输至接收器，再通过电缆将数据传输至地面，其主要代表产品为DataLatch工具、EMROD工具。2)井下数据至地面所有的传输过程均为无线方式，可将井底压力温度数据无线传输地面传至地面，其主要代表产品为哈里伯顿ATS声波遥测***、EnACT***。第一种方式实现简单，但其部分工具(如DataLatch工具)都需要改变测试阀的结构，且信号短距离传输，在100m左右，其主要是依靠入井电缆传输信号，通用性不强，适用工况少，仅能在井口压力不高、流量不大情况下作业，无法满足各种井眼的测试。第二种方法技术复杂，采用的无线传输方式包括声波、低频电磁波等多种方式，实现困难，但其具有不依赖测试工具的类型，不受测试工况限制，目前，ATS声波遥测***的一次性声发射传输距离小于2000m，EnACT***的传输范围达到1828.8～3200m，但是，随着勘探开发井深越来越深，传输距离的增加，井下电磁信号在井筒内也会衰减严重，超过了现有识别技术的极限，需要进一步创新破解不同电磁波频段在油气生产井筒的传输特性和适应性，摸索油气生产井筒中基于中继架构的搭建形式和信号编码解码方式的信号传输方法，可以降低信号干扰的同时保证信号的远距离传输。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够有效抗干扰和高传输效率的基于甚低频电磁波的时分复用方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种基于甚低频电磁波的时分复用方法。

所述基于甚低频电磁波的时分复用方法包括以下步骤：

对数据MSK信号或指令MSK信号进行解调和调制，转换为在甚低频电磁波上传输的MSK调制信号。

根据中继节点、第一终端节点和第二终端节点的时隙构成传输所述MSK调制信号。

其中，所述中继节点的时隙由第一信号接收时隙和第一信号转发时隙循环构成；所述第一终端节点的时隙由第一发射信号时隙、第一休眠时隙和第一接受指令时隙循环构成；所述第二终端节点的时隙由第二信号接收时隙和第一指令发射时隙循环构成。

在本发明基于甚低频电磁波的时分复用方法的一个示例性实施例中，所述中继节点可包括一个或多个中继节点。

在本发明基于甚低频电磁波的时分复用方法的一个示例性实施例中，当所述第一终端节点处于所述第一休眠时隙时，所述中继节点可处于第一信号转发时隙。

在本发明基于甚低频电磁波的时分复用方法的一个示例性实施例中，所述第一终端节点可默认处于所述第一发射信号时隙，当所述第一终端节点接收到指令后，可根据所述指令判断是否发射数据的调制信号。

其中，若所述指令为发射当前数据指令，所述第一终端节点可发射当前数据的调制信号。

若所述指令为停止发射数据指令，所述第一终端节点可停止发射当前数据的调制信号。

若所述指令为读取历史指令，所述第一终端节点可发送全部历史数据的调制信号后继续发射当前数据的调制信号。

若所述指令为清除指令，所述第一终端节点可清除全部历史数据后继续发射当前数据的调制信号。

若所述指令为测试指令，所述第一终端节点可发送当前测试数据的调制信号。

在本发明基于甚低频电磁波的时分复用方法的一个示例性实施例中，所述中继节点可默认处于第一信号接收时隙，当接收到MSK调制信号，对所述MSK调制信号进行转发。

在本发明基于甚低频电磁波的时分复用方法的一个示例性实施例中，所述数据可被调制为载频为6～10Hz、码元速率为5bit/s的MSK调制信号；所述指令可被调制为载频为4～6Hz、码元速率为4bit/s的MSK调制信号。

在本发明基于甚低频电磁波的时分复用方法的一个示例性实施例中，所述指令可为8位的二进制代码；所述数据可包括实时数据、历史数据和测试数据，所述实时数据的格式可依次为第一时间数据、第一压力值数据、第一温度值数据、第一接收电平值数据和第一发射电平值数据，所述历史数据的格式可为一组第二时间数据、六组第二压力值数据和第二温度值数据，所述测试数据的格式可为第三时间数据、第一测试数据、第二测试数据、第二接收电平值数据和第二发射电平值数据。

本发明又一方面提供了一种基于甚低频电磁波的时分复用装置。

其中，数据解调和调制模块，可被配置为对数据MSK信号或指令MSK信号进行解调和调制，转换为在甚低频电磁波上传输的MSK调制信号。

数据传输模块可与所述数据解调和调制模块相连，可被配置为根据中继节点、第一终端节点和第二终端节点的时隙构成MSK传输信号。

其中，所述中继节点的时隙可由第一信号接收时隙和第一信号转发时隙循环构成；所述第一终端节点的时隙可由第一发射信号时隙、第一休眠时隙和第一接受指令时隙循环构成；所述第二终端节点的时隙可由第二信号接收时隙和第一指令发射时隙循环构成。

本发明再一方面提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括：

处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，可实现如上所述的基于甚低频电磁波的时分复用方法。

本发明再一方面提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时实现如上所述的基于甚低频电磁波的时分复用方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

(1)本发明所提供的基于甚低频电磁波的时分复用方法，根据不同电磁波频段在油气生产井筒的传输特性和适应性，提供了一种新的中继架构的搭建形式和时分复用方式，能够有效提高传输信号距离，其单极传输距离达到4500m，增强了该技术的适应性。

(2)本发明所提供的基于甚低频电磁波的时分复用方法，可以基于实时数据进行精准的分析，和传输命令到井下设备，确保能够最快的做出相应措施。

(3)本发明所提供的基于甚低频电磁波的时分复用方法，基于所创建的时分复用方式，可在单位时间将更多的信息传输到地面，同时抵抗井场强干扰。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明的基于甚低频电磁波的时分复用方法的一个示例性实施例的流程示意图。

图2示出了本发明的基于甚低频电磁波的时分复用方法的一个示例性实施例的装置示意图。

图3示出了本发明的基于甚低频电磁波的时分复用方法的一个示例的模块示意图。

图4示出了本发明的基于甚低频电磁波的时分复用方法的一个示例的时分复用协议示意图。

图5示出了本发明的基于甚低频电磁波的时分复用方法的一个示例的第一终端模块状态转换示意图。

图6示出了本发明的基于甚低频电磁波的时分复用方法的一个示例的中继模块状态转换示意图。

附图标记说明：

100-数据解调和调制模块；110-数据传输模块；1-第一终端模块；2-中继模块；3-第二终端模块。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的基于甚低频电磁波的时分复用方法、装置、设备和介质。

需要说明的是，“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“步骤1”、“步骤2”、“步骤3”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。

目前，在常规的试油和生产动态试井中，通常采用存储式电子压力计测试井底流动压力和井底关井压力，然后装入压力计托筒随测试工具下入到井筒的测试深度；测试结束后，起出压力计，通过计算机回放数据，才能获得井下压力、温度数据。现有的斯伦贝谢开发的EnACT无线遥测传输***基于低频的电磁信号，其传输范围达到1828.8～3200m，但是，随着勘探开发井深越来越深，传输距离的增加，井下电磁信号在井筒内也会衰减严重，需要传输距离更加远的数据传输方式。

针对上述问题，发明人提出了基于甚低频电磁波的时分复用方法，其创新性的结合中继架构运用了时分复用协议，能够保证终端节点和中继节点在传输信号时互不干扰。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种基于甚低频电磁波的时分复用方法。

示例性实施例1

在本发明的基于甚低频电磁波的时分复用方法的一个示例性实施例中，如图1所示，基于甚低频电磁波的时分复用方法包括以下步骤：

对数据MSK信号或指令MSK信号进行解调和调制，转换为在甚低频电磁波上传输的MSK调制信号。

根据中继节点、第一终端节点和第二终端节点的时隙构成传输MSK调制信号。

其中，中继节点的时隙由第一信号接收时隙和第一信号转发时隙循环构成；第一终端节点的时隙由第一发射信号时隙、第一休眠时隙和第一接受指令时隙循环构成；第二终端节点的时隙由第二信号接收时隙和第一指令发射时隙循环构成。

在本示例性实施例中，中继节点还可包括一个或多个中继节点，多个中继节点相互连接。

在本示例性实施例中，当第一终端节点处于第一休眠时隙时，中继节点可处于第一信号转发时隙。

在本示例性实施例中，第一终端节点可默认处于第一发射信号时隙，当第一终端节点接收到指令后，可根据指令判断是否发射数据的调制信号。其中，若指令为发射当前数据指令，第一终端节点可发射当前数据的调制信号。若指令为停止发射数据指令，第一终端节点可停止发射当前数据的调制信号。若指令为读取历史指令，第一终端节点可发送全部历史数据的调制信号后继续发射当前数据的调制信号。若指令为清除指令，第一终端节点可清除全部历史数据后继续发射当前数据的调制信号。

在本示例性实施例中，中继节点可默认处于第一信号接收时隙，当接收到MSK调制信号，对MSK调制信号进行转发。

在本示例性实施例中，数据可被调制可为载频为6～10Hz，例如，载频可为6Hz、8Hz、10Hz，码元速率可为5bit/s的MSK调制信号。指令可被调制为载频可为4～6Hz，例如，载频可为4Hz、5Hz、6Hz，码元速率可为4bit/s的MSK调制信号。

若指令为测试指令，第一终端节点可发送当前测试数据的调制信号。

示例性实施例2

本发明又一方面还提供了一种基于甚低频电磁波的时分复用装置，如图2所示，装置包括数据解调和调制模块100和数据传输模块110。

数据解调和调制模块100，被配置为对数据MSK信号或指令MSK信号进行解调和调制，转换为在甚低频电磁波上传输的MSK调制信号。

数据传输模块110可与数据解调和调制模块100相连，可被配置为根据中继节点、第一终端节点和第二终端节点的时隙构成传输MSK信号。

其中，中继节点的时隙可由第一信号接收时隙和第一信号转发时隙循环构成；第一终端节点的时隙可由第一发射信号时隙、第一休眠时隙和第一接受指令时隙循环构成；第二终端节点的时隙可由第二信号接收时隙和第一指令发射时隙循环构成。

示例性实施例3

本发明又一方面还提供了一种计算机设备。该计算机设备包括处理器和存储器。存储器用于存储计算机程序。计算机程序被处理器执行使得处理器执行根据本发明的示例性实施例1中的基于甚低频电磁波的时分复用方法中的至少一者的计算机程序。

示例性实施例4

本发明又一方面还提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行根据本发明的示例性实施例1中的基于甚低频电磁波的时分复用方法的计算机程序。该计算机可读记录介质是可存储由计算机***读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例和附图对其进行进一步说明。

示例1

在本示例中，基于甚低频电磁波的时分复用方法可通过第一终端模块1、中继模块2和第二终端模块3实现，如图3所示，第一终端模块1、中继模块2和第二终端模块3依次通过甚低频电磁波相互连接。其中，第一终端模块1用于收集井下的动态数据，并可将井下的动态数据进行压缩编码和调制为数据的MSK调制信号，或者，还可以接收命令MSK调制信号，并将接收到的命令的MSK调制信号进行解调。中继模块2用于接收数据的MSK调制信号和命令的MSK调制信号，并对接收的数据的MSK调制信号或命令的MSK调制信号进行解调，解调后再压缩编制和调制后再进行转发。第二终端模块3用于接收数据的MSK调制信号并对数据的MSK调制信号进行解调，或者将命令代码进行压缩编码和调制后向井下发送。第一终端模块1、中继模块2和第二终端模块3均可在调制前采用差分脉冲编码调制算法进行压缩编码，可通过对比相邻时间采集的压力/温度数据，计算压力/温度的变化量，通过传输压力/温度的变化量，达到数据压缩的目的。采用最小频移键控MSK信号的正交调制来调制MSK信号。采用MSK等效为四相PSK的前馈时钟估计算法对MSK信号进行解调，以互补来缩小最终估算的同步信息的误差。基于前馈的直接估计法能够快速捕获误差信息，收敛速度较快，适用于井下信号突发传输***，通过这个过程在一定程度上可缩小误差，并且算法复杂度也较低。第一终端模块1、中继模块2和第二终端模块3中还包括至少一个信号扩大器或者功率扩大器，用于扩大接收到的MSK调制信号或者发送的MSK调制信号。

本示例的基于甚低频电磁波的时分复用方法采用时分复用协议传输数据，第一终端模块1和中继模块2组合工作时的时分复用流程可如图4和图5所示。图4中，第一终端模块1的时隙分为为发射信号时隙、仪器休眠时隙、接收上端控制指令时隙，三个时隙循环构成。中继模块2的时隙分为信号接收时隙、信号转发时隙，二个时隙循环构成。第二终端模块3的时隙分为信号接收时隙、控制指令转发时隙，二个时隙构成。其中，第一终端模块1处于仪器休眠时隙时，中继模块2则处于信号转发时隙，避免了中继模块2转发信号时，第一终端模块1发送信号对其干扰。中继模块2处于信号接收时隙时，如果有信号进来，就对其转发。第二终端模块3的时隙可由工作人员控制。第一终端模块1可由第二终端模块3的指令信号控制，第一终端模块1状态转换如图5所示，图中a为收到发射当前数据指令，b为收到停止发射指令，c为收到读取历史指令，d为收到清除历史数据指令，e为收到测试指令。具体包括以下步骤：

步骤1、第一终端通电后，默认一直往外通过甚低频电磁波发射当前采集的井下实时数据，并根据地面下传指令更改发射状态，例如停止或继续发射等。

步骤2、第一终端模块1收到发射当前数据的指令，就发射当前数据。

步骤3、第一终端模块1收到停止发射命令时，就停止信号数据发射，使功放电源关闭，进入休眠。

步骤4、第一终端模块1收到测试指令5次，开始发送当前测试数据。

步骤5、第一终端模块1收到读取历史数据命令，全部发完储存器里的全部历史数据，然后进入当前数据发射模式。

步骤6、第一终端模块1收到2次清除历史数据指令，清除历史数据，然后进入当前数据发射模式。

而中继模块2不受指令控制，始终处于信号接收和信号发射的转化中，如图6所示，当判断有信号进来就转发。

上述指令以8位数的二进制代码执行，载频可为5Hz，码元速率可为4bit/s的MSK调制信号，其中，发射当前数据指令可为00000000，停止发射指令可为11111111，读取历史数据指令可为00001111，清除历史数据指令可为01010101，测试指令可为00110011。数据的载频可为6.25Hz，码元速率可为5bit/s的调制信号，数据分为实时数据、历史数据和测试数据，其中，实时数据的格式可为：时间(10bit)、压力值(10bit)、温度值(10bit)、接收电平值(10bit)和发射电平值(10bit)，共50bit，在进行编码后160bit，加同步头32bit，发送时间38.4秒。历史数据的格式可为：时间(10bit)、六组压力值(10bit)和温度值(10bit)，共130bit，编码后416bit，加上同步头32bit，发送时间为89.6秒。测试数据的格式可为：时间(10bit)、全0(10bit)、全0(10bit)、接收电平值(10bit)和发射电平值(10bit)，共50bit，编码后160bit，加同步头32bit，发送时间38.4秒。测数据一般可连发5组。发送实时数据和测试数据时，发送间隔都是90s；发送历史数据时，发送间隔2s，发送测试数据时，采用测试数据格式，连续发送5次。

示例2

在本示例将上述示例1中的基于甚低频电磁波的时分复用方法应用于A井，A井的井深结构如下表1，发射器中设置有第一终端模块，1号、2号和3号中继器中都设置有中继模块。将上述发射器和中继器运输并用于监测井场电磁环境，适应开展井下无线直读试验，同时开展天线布置。于03:40将发射器入井，信号正常，平均地面信号0.1mV；于09:30将1号中继器入井，地面能收到中继器把下端的发射器的数据传输来，平均信号强度0.11mV；于15:00将2号中继器入井，可以收到1号中继器的信号，平均地面信号强度0.15mV；于21：25将3号中继器入井，可以收到2号中继器的信号，信号强度0.13mV，监测井底压力80.65MPa，温度131.2℃，到继续下工具，下入过程最后监测到一组数据是温度167.12℃、压力110Mpa，本示例依靠无线传输数据不仅较好反映了整个施工过程动态，而且还获得了地层资料。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (10)

1.一种基于甚低频电磁波的时分复用方法，其特征在于，所述方法包括：

对数据MSK信号或指令MSK信号进行解调和调制，转换为在甚低频电磁波上传输的MSK调制信号；

根据中继节点、第一终端节点和第二终端节点的时隙构成传输所述MSK调制信号；

其中，所述中继节点的时隙由第一信号接收时隙和第一信号转发时隙循环构成；所述第一终端节点的时隙由第一发射信号时隙、第一休眠时隙和第一接受指令时隙循环构成；所述第二终端节点的时隙由第二信号接收时隙和第一指令发射时隙循环构成。

2.根据权利要求1所述的基于甚低频电磁波的时分复用方法，其特征在于，所述中继节点包括一个或多个中继节点。

3.根据权利要求1所述的基于甚低频电磁波的时分复用方法，其特征在于，当所述第一终端节点处于所述第一休眠时隙时，所述中继节点处于第一信号转发时隙。

4.根据权利要求1所述的基于甚低频电磁波的时分复用方法，其特征在于，所述第一终端节点默认处于所述第一发射信号时隙，当所述第一终端节点接收到指令后，根据所述指令判断是否发射数据的调制信号；其中，

若所述指令为发射当前数据指令，所述第一终端节点发射当前数据的调制信号；

若所述指令为停止发射数据指令，所述第一终端节点停止发射当前数据的调制信号；

若所述指令为读取历史指令，所述第一终端节点发送全部历史数据的调制信号后继续发射当前数据的调制信号；

若所述指令为清除指令，所述第一终端节点清除全部历史数据后继续发射当前数据的调制信号；

若所述指令为测试指令，所述第一终端节点发送当前测试数据的调制信号。

5.根据权利要求1所述的基于甚低频电磁波的时分复用方法，其特征在于，所述中继节点默认处于第一信号接收时隙，当接收到MSK调制信号，对所述MSK调制信号进行转发。

6.根据权利要求1所述的基于甚低频电磁波的时分复用方法，其特征在于，所述数据被调制为载频为6～10Hz、码元速率为5bit/s的MSK调制信号；所述指令被调制为载频为4～6Hz、码元速率为4bit/s的MSK调制信号。

7.根据权利要求1所述的基于甚低频电磁波的时分复用方法，其特征在于，所述指令为8位的二进制代码；所述数据包括实时数据、历史数据和测试数据，所述实时数据的格式依次为第一时间数据、第一压力值数据、第一温度值数据、第一接收电平值数据和第一发射电平值数据，所述历史数据的格式为一组第二时间数据、六组第二压力值数据和第二温度值数据，所述测试数据的格式为第三时间数据、第一测试数据、第二测试数据、第二接收电平值数据和第二发射电平值数据。

8.一种基于甚低频电磁波的时分复用装置，其特征在于，所述基于甚低频电磁波的时分复用装置包括数据解调和调制模块和数据传输模块，其中，

数据解调和调制模块，被配置为对数据MSK信号或指令MSK信号进行解调和调制，转换为在甚低频电磁波上传输的MSK调制信号；

数据传输模块与所述数据解调和调制模块相连，被配置为根据中继节点、第一终端节点和第二终端节点的时隙构成传输MSK调制信号；

其中，所述中继节点的时隙由第一信号接收时隙和第一信号转发时隙循环构成；所述第一终端节点的时隙由第一发射信号时隙、第一休眠时隙和第一接受指令时隙循环构成；所述第二终端节点的时隙由第二信号接收时隙和第一指令发射时隙循环构成。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括：

至少一个处理器；和

存储有程序指令的存储器，其中，所述程序指令被配置为由所述至少一个处理器执行，所述程序指令包括用于执行根据权利要求1～7中任意一项所述基于甚低频电磁波的时分复用方法的指令。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求中1～7任意一项所述的基于甚低频电磁波的时分复用方法。