способ передачи данных измерений бескабельной телеметрической системой в процессе бурения скважин

Формула изобретения

Способ передачи данных измерений бескабельной телеметрической системой (забойная телесистема) в процессе бурения скважин, включающий кодирование и передачу информации фазоманипулированным сигналом в виде последовательности импульсов, синхронизацию сигнала, прием кодированной информации наземным приемником, отличающийся тем, что осуществляют разовую синхронизацию фаз прецизионных кварцевых генераторов передатчика забойной телесистемы и наземного приемника путем накопления статистики перехода сигнала через ноль и разовую синхронизацию сигналов с использованием априорной информации забойной телесистемы на текущий момент времени, при этом длительную устойчивость синхронизации указанных генераторов обеспечивают коррекцией фазы кварцевого генератора наземного приемника относительно статически определяемого перехода через ноль сигнала передатчика забойной телесистемы.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области бурения скважин и предназначено для передачи геофизической информации по электромагнитному или гидравлическому каналу связи.

При использовании беспроводного электромагнитного или гидравлического канала связи осуществляется измерение забойных параметров, их кодирование и передача на поверхность. Передача осуществляется кодированием информации, например, шумоподобным сигналом с помощью фазовой манипуляции сигнала, частота которого находится в пределах от долей до единиц герц.

Известные способы синхронизации передачи данных между приемником и передатчиком предполагают наличие синхропосылки.

Известна программа посимвольной и пословной синхронизации с применением пилот-сигнала (Мухаметов З.В., Розеншмидт О.М., Сабаев Е.А. Токарский В.Р. и Кузнецов Г.Ф. Информационная и вычислительная структура аппаратуры ЗИТ - 1 // Геофизические исследования в процессе бурения и испытания скважин (Тр. ВНИИнефтепромгеофизики). - Уфа, 1989. - Вып.19, стр.102).

В этом методе синхропосылка занимает 16% времени всего цикла передачи и представляет собой фазоманипулированный сигнал, состоящий из 61 символа. Сообщение с забойной информацией следует сразу же по окончании синхропосылки. Вхождение в синхронизм осуществляется путем последовательного шагового поиска. На каждом шаге происходит вычисление корреляционной суммы принимаемого и образцового сигнала. Решение о наличии или отсутствии синхропосылки в принимаемом сигнале принимается на основе сравнения корреляционной суммы с двумя порогами, а положение синхропосылки в принимаемом сигнале определяется по максимуму этой суммы. Так как при согласованном приеме максимум корреляционной суммы приходится на момент окончания синхропосылки в принимаемом сообщении, то его нахождение означает, что далее следует передаваемая забойная информация. Посимвольная и пословная синхронизация осуществляется путем подсчета дискрет от конца синхропосылки. По окончании всего сообщения, состоящего из 5 слов, процесс повторяется заново, начиная с поиска синхропосылки.

Недостатком известного метода является наличие синхропосылки в каждом блоке передаваемых данных, что снижает пропускную способность канала, а также необходимость повторной синхронизации в условиях неустойчивого приема, требующего при этом не только приема блока синхропосылки, но и всего пакета геотехнологических данных.

Известен способ формирования пакетов данных измерений бескабельной телеметрической системы в процессе бурения скважины (пат. РФ № 2351960, опубл. 10.04.2009 г.).

Способ включает кодирование каждых четырех бит информации шумоподобным сигналом (ШПС) длиной 16 бит и передачу закодированной информации с помощью фазоманипулированного сигнала. Для передачи информации могут быть использованы несущие частоты 10,17; 5,09; 2,54; 1,27 или 0,64 Гц, модулированные по фазе. Каждый передаваемый пакет содержит в начале синхропосылку, состоящую из четырех ШПС, которые не встречаются среди ШПС, которыми кодируются данные измерений. Биты зенита, азимута и отклонителя разнесены по разным группам, кодируемым в ШПС независимо. Передача информации происходит в следующей последовательности: синхропосылка, отклонитель, зенит, отклонитель, азимут, отклонитель, дополнительный параметр, отклонитель. Каждое значение отклонителя передают двумя последовательностями из четырех бит. Значение зенитного угла и азимута передают тремя последовательностями из четырех бит. Значение дополнительного параметра передают двумя последовательностями из четырех бит. В дополнительном канале могут быть переданы обороты генератора, температура, номер кадра статического замера, признак разряда батарей прибора или один из каротажных параметров.

Известен способ формирования пакетов данных измерений бескабельной телеметрической системы в процессе бурения скважины, включающий кодирование каждых четырех бит информации шумоподобным сигналом длиной 16 бит, передачу информации с помощью фазоманипулированного сигнала, причем каждый передаваемый пакет содержит синхронопосылку, зенит, азимут, отклонитель и дополнительный параметр, при этом передача информации происходит блоками, содержащими два типа пакетов: обычный пакет и специальные пакеты, передаваемые по битам (Патент РФ № 2394257, приор. 12.11.2008 г., опубл. 17.07.2010 г., Е21В 47/12) (принят в качестве прототипа).

Недостатком известного метода также является наличие синхропосылки, которая снижает пропускную способность канала связи.

Предлагаемое изобретение решает задачу увеличения пропускной способности канала связи и повышения его помехозащищенности.

Указанная задача решается тем, что в способе передачи данных измерений бескабельной телеметрической системой (забойная телесистема) в процессе бурения скважин, включающем кодирование и передачу информации фазоманипулированным сигналом в виде последовательности импульсов, синхронизацию сигнала, прием кодированной информации наземным приемником, осуществляют разовую (первоначальную) синхронизацию фаз прецизионных кварцевых генераторов передатчика забойной телесистемы и наземного приемника путем накопления статистики перехода сигнала через ноль и разовую синхронизацию сигналов с использованием априорной информации забойной телесистемы на текущий момент времени, например, значений зенитного угла, уровня гамма-излучения, уровня вибраций, напряжения батарей, при этом длительную устойчивость синхронизации указанных генераторов обеспечивают коррекцией фазы кварцевого генератора наземного приемника относительно статистически определяемого перехода через ноль сигнала передатчика забойной телесистемы.

На фигуре представлена схема устройства для осуществления способа.

Устройство содержит наземную часть и забойную телесистему.

Забойная телесистема состоит из блоков: прецизионный кварцевый генератор 1, контроллер 2, передатчик 3, блок питания 4, помещенные в корпус 5 телесистемы, излучающий диполь 6.

Наземная часть содержит: приемник сигналов информации 7 (наземный приемник), контроллер 8, компьютер 9, прецизионный кварцевый генератор 10 с автономным питанием - батареей.

При осуществлении предлагаемого способа используют два прецизионных кварцевых генератора 1 и 10 в скважинном передатчике 3 и наземном приемнике 7, которые должны быть постоянно включены и синхронизированы. От наземного приемника 7 данные передаются на компьютер 9.

Для передачи информации используется несущая частота в пределах 0,3 Гц÷10 Гц, модулированная по фазе шумоподобным сигналом в виде последовательности синусоид, сдвинутых по фазе на 180°.

Для нормального корреляционного приема сигнала допускается сдвиг фазы до четверти периода. В настоящее время нестабильность частоты термокомпенсированных кварцев достигает 0,5·10 ^-6 и далее совершенствуется. Стабильность термостатированных кварцев еще на 1-2 порядка выше. При частоте несущей 2,5 Гц и термокомпенсированных кварцах синхронизация скважинного передатчика 3 и наземного приемника 7 сохраняется более 5 суток.

Синхронизация выполняется единственный раз на поверхности, когда сигнал не искажен помехами, в два этапа: сначала сигнал синхронизируется по фазе, затем происходит синхронизация по принимаемым параметрам. Синхронизация по фазе производится по переходу сигнала через ноль, т.е. по смене его знака. Набирается необходимая статистика по переходам через ноль для повышения точности момента перехода. Так как синхронизация сигнала сохраняется сутками, то и статистику переходов можно набирать в течение длительных периодов. При работе забойной телесистемы в скважине момент перехода сигнала через ноль постоянно отслеживается и фаза наземного приемника 7 корректируется, подстраивается под кварцевый генератор 1 забойной телесистемы. Применяется ряд алгоритмов, повышающих точность определения момента перехода сигнала через ноль, т.е. повышающих точность синхронизации по фазе. Таким образом, скважинный передатчик и наземный приемник постоянно синхронизированы.

Второй этап синхронизации состоит в нахождении ожидаемых (известных) значений с заданным коридором допуска зенитного угла, уровня вибрации, уровня гамма-излучения, напряжения батарей и других известных параметров. Совпадение принимаемых значений с ожидаемым означает завершение процедуры синхронизации. При этом устойчивость приема обеспечивается привязкой к конкретному текущему значению времени бита каждого параметра.

Отличие заявляемого способа от прототипа заключается в отсутствии синхропосылки в каждом блоке передаваемых данных, а процедура синхронизации производится только перед началом работы и только один раз по известным параметрам на текущий момент времени. Устойчивость приема сигнала обеспечивается не приемом синхропосылки, а стабильностью кварцевых генераторов скважинного передатчика и наземного приемника и подстройкой их фаз с учетом точек перехода через ноль.

При осуществлении предлагаемого способа параметры доступны для приема и обработки сразу после любого сбоя (отсутствие данных в условиях неустойчивого приема, обрыва кабеля на входе наземного приемника, пропадания питания приемника, отказа наземного компьютера, пропадания питания в целом на буровой), а не в результате пересинхронизации, требующей времени приема всего блока синхропосылки вместе с геотехнологическими данными.