一種基于adsl通信的智能鉆柱雙工信息傳輸系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于隨鉆測(cè)井技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于ADSL通信的智能鉆柱雙工信息傳輸系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]如今，隨鉆測(cè)量技術(shù)雖然已經(jīng)在很大程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)井眼幾何參數(shù)、定向參數(shù)、井下工況參數(shù)等進(jìn)行測(cè)試。然而始終無(wú)法實(shí)現(xiàn)井下測(cè)控設(shè)備和地面控制中心之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信，井下的參數(shù)信息無(wú)法及時(shí)傳送給控制中心，相應(yīng)的地面的控制信息也沒(méi)辦法及時(shí)傳送到井下的控制器件中。因此，井下設(shè)備同地面控制中心之間的雙工通信是必須解決的問(wèn)題。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)以及其存在的缺陷:
[0004](I)鉆井液壓力脈沖法
[0005]鉆井液壓力脈沖法提出最早，也是目前發(fā)展最成熟、應(yīng)用最廣泛的傳輸方法。主要用于隨鉆測(cè)量(MWD)和隨鉆測(cè)井(LWD)中。它是運(yùn)用鉆桿內(nèi)的鉆井液作為傳輸介質(zhì)進(jìn)行信息傳輸?shù)摹毫Σㄔ阢@井液中的傳輸速度約為1200m/s，再加上調(diào)制方式的限制以及傳輸過(guò)程中壓力波的損耗，要得到有效的解調(diào)，傳輸速率一般只有3 - 5bps，最快也只有30 - 40bpsο該方法不但速度慢延遲時(shí)間長(zhǎng)，而且是單向通信，也無(wú)法用于欠平衡鉆井。
[0006](2)聲波法
[0007]這種傳輸方式是根據(jù)聲波能夠沿鉆柱傳輸?shù)脑磉M(jìn)行設(shè)計(jì)的。鉆桿內(nèi)安裝有聲波脈沖發(fā)生器，測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)其產(chǎn)生的聲波脈沖序列進(jìn)行調(diào)制，被調(diào)制的聲波脈沖波沿井筒上傳，并在地面對(duì)其進(jìn)行解調(diào)，從而獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。聲波在鉆柱中的傳輸速度約為500m/s，再加上調(diào)制方式的限制以及傳輸過(guò)程中聲波的損耗，要得到有效的解調(diào)，傳輸速率一般只有20_30bps。
[0008](3)電磁波法
[0009]電磁波法的提出也比較早，可以追溯到20世紀(jì)40年代，我國(guó)對(duì)電磁波傳播在20世紀(jì)90年代也進(jìn)行了有關(guān)研宄，取得了一定成果，但至今未進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用。2005年，俄羅斯推出的電磁波隨鉆測(cè)量系統(tǒng)(EM-MWD)在勝利油田進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，效果亦不盡如人意。其基本工作原理就是通過(guò)在井底下發(fā)送低頻電磁波沿井筒傳輸?shù)降孛鎸?shí)現(xiàn)信息的傳輸。其使用有兩大限制，一是載波頻率只能是低頻，一般為30Hz以下，數(shù)據(jù)傳輸速率很難提高；二是傳輸深度受地層電阻率影響較大，要求地層有較高的電阻率，因此，很難推廣使用。
[0010]以上各種方法都是無(wú)線傳輸，傳輸速度慢，實(shí)時(shí)性差，工藝復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下鉆井參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種基于ADSL通信的智能鉆柱雙工信息傳輸系統(tǒng)及方法，旨在解決現(xiàn)有的鉆井通信方法傳輸速度慢，實(shí)時(shí)性差，工藝復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下鉆井參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)控的問(wèn)題。
[0012]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于ADSL通信的智能鉆柱雙工信息傳輸系統(tǒng)包括地面電力輸送模塊、市電電源、計(jì)算機(jī)、井下電力接受處理模塊、電力供給模塊、導(dǎo)向工具控制電路、井下控制模塊、井下信號(hào)調(diào)理電路、井下參數(shù)測(cè)試電路、井下傳感器、井下ADSL載波信號(hào)處理端、地面ADSL載波信號(hào)處理端；
[0013]所述的計(jì)算機(jī)控制地面電力輸送模塊將市電轉(zhuǎn)化為一定電壓的直流電并通過(guò)電力線輸送給井下電力接受處理模塊，井下電力接受處理模塊通過(guò)電力供給模塊將直流電轉(zhuǎn)化為所需要的電壓后與導(dǎo)向工具控制電路、井下控制模塊、井下信號(hào)調(diào)理電路、井下參數(shù)測(cè)試電路、井下傳感器、井下ADSL載波信號(hào)處理端連接，并為其供能；
[0014]所述的井下控制模塊與導(dǎo)向工具控制電路、井下信號(hào)調(diào)理電路、井下ADSL載波信號(hào)處理端連接；
[0015]所述的井下傳感器、井下參數(shù)測(cè)試電路、井下信號(hào)調(diào)理電路順次連接；
[0016]所述的井下ADSL載波信號(hào)處理端通過(guò)同軸電纜與地面ADSL載波信號(hào)處理端連接，地面ADSL載波信號(hào)處理端與計(jì)算機(jī)連接；
[0017]井下ADSL載波信號(hào)處理端、地面ADSL載波信號(hào)處理端用來(lái)完成對(duì)用戶數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換、組織成幀、信號(hào)調(diào)制發(fā)送與接收解調(diào)。
[0018]進(jìn)一步，雙工信息傳輸包括地面信號(hào)下傳和井下信號(hào)上傳；
[0019]地面信號(hào)下傳過(guò)程為:計(jì)算機(jī)發(fā)送信號(hào)，地面ADSL載波信號(hào)處理端實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)發(fā)送前的預(yù)處理，同軸電纜完成信號(hào)的傳輸，井下ADSL載波信號(hào)處理端負(fù)責(zé)從同軸電纜中獲取信號(hào)，并將獲取的信號(hào)傳輸給井下控制模塊，井下控制模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，輸出控制參數(shù)通過(guò)導(dǎo)向工具控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆井參數(shù)的修正，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆進(jìn)軌跡的控制；
[0020]井下信號(hào)上傳過(guò)程為:井下傳感器捕獲表征井下鉆井工況的參數(shù)，井下參數(shù)測(cè)試電路將井下傳感器捕獲到的參數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并將該電信號(hào)傳給井下信號(hào)調(diào)理電路，井下信號(hào)調(diào)理電路完成對(duì)電信號(hào)調(diào)理，井下控制模塊對(duì)調(diào)理后的信號(hào)進(jìn)行分析處理，當(dāng)鉆進(jìn)軌跡偏離預(yù)定軌跡時(shí)，井下控制模塊將信號(hào)傳給井下ADSL載波信號(hào)處理端，井下ADSL載波信號(hào)處理端完成對(duì)信號(hào)發(fā)送相關(guān)的處理，然后通過(guò)同軸電纜將信號(hào)傳輸?shù)降孛妫孛鍭DSL載波信號(hào)處理端從同軸電纜上獲取信號(hào)，并傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理。
[0021]進(jìn)一步，所述的井下ADSL載波信號(hào)處理端和地面ADSL載波信號(hào)處理端包括順次連接且雙向通信的數(shù)據(jù)接口電路、ATM信元轉(zhuǎn)換及接口電路、R-S編譯碼與DMT調(diào)制解調(diào)模塊、程控放大器、線路驅(qū)動(dòng)、模擬接口電路。
[0022]進(jìn)一步，所述的地面電力輸送模塊和井下電力接受處理模塊包括依次連接的計(jì)算機(jī)、地面MCU、地面ADSL調(diào)制解調(diào)模塊、地面發(fā)送/接收器外圍電路、地面耦合電路、井下耦合電路、井下發(fā)送/接收器外圍電路、井下ADSL調(diào)制解調(diào)模塊、井下MCU、存儲(chǔ)器/控制設(shè)備。
[0023]一種基于ADSL通信的智能鉆柱雙工信息傳輸方法，包括:
[0024]步驟一、地面MCU將來(lái)自計(jì)算機(jī)的用戶指令傳送給地面ADSL調(diào)制解調(diào)模塊，地面ADSL調(diào)制解調(diào)模塊按照發(fā)送要求對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行打包、濾波、調(diào)制、D/A轉(zhuǎn)換處理；
[0025]步驟二、經(jīng)步驟一處理后的信號(hào)進(jìn)入地面發(fā)送/接收器外圍電路，經(jīng)過(guò)低通濾波、功率放大后，信號(hào)由地面耦合電路發(fā)送到信號(hào)線網(wǎng)絡(luò)；
[0026]步驟三、來(lái)自信號(hào)線的載波信號(hào)由井下耦合電路進(jìn)入井下發(fā)送/接收器外圍電路，信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器濾除在傳輸過(guò)程中引入的噪聲，并根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱由自動(dòng)增益控制放大電路進(jìn)行放大或衰減處理，使信號(hào)滿足解調(diào)需要；
[0027]步驟四、經(jīng)步驟三處理后的信號(hào)在井下ADSL調(diào)制解調(diào)模塊中解調(diào)出用戶指令，通過(guò)井下MCU將數(shù)據(jù)發(fā)送給存儲(chǔ)器/控制設(shè)備；
[0028]步驟五、井下MCU將來(lái)自存儲(chǔ)器/測(cè)試設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送給井下ADSL調(diào)制解調(diào)模塊，井下調(diào)制解調(diào)模塊按照發(fā)送要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包、濾波、調(diào)制、D/A轉(zhuǎn)換處理；
[0029]步驟六、經(jīng)步驟五處理后的信號(hào)進(jìn)入井下接收/發(fā)送器外圍電路，經(jīng)過(guò)低通濾波、功率放大后，信號(hào)由井下耦合電路發(fā)送到信號(hào)線網(wǎng)絡(luò)；
[0030]步驟七、來(lái)自信號(hào)線的信號(hào)由地面耦合電路進(jìn)入地面接收/發(fā)送器外圍電路，信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波器濾除在傳輸過(guò)程中引入的噪聲，并根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱由自動(dòng)增益控制放大電路進(jìn)行放大或衰減處理，使信號(hào)滿足解調(diào)需要；
[0031]步驟八、經(jīng)步驟七處理后的信號(hào)在地面ADSL調(diào)制解調(diào)模塊中解調(diào)出測(cè)試數(shù)據(jù)，通過(guò)地面MCU將數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)。
[0032]本發(fā)明的有益效果是:
[0033](I)ADSL以其傳輸速度快、傳輸距離遠(yuǎn)以及高可靠性在有線數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域一枝獨(dú)秀。
[0034](2) ADSL在傳輸速率和傳輸距離上均滿足智能鉆柱的要求，尤其是ADSL在不需要中繼器的條件下就可以傳輸較遠(yuǎn)的距離，有效提高鉆桿空間利用效率。
[0035](3) ADSL采用先進(jìn)的DMT調(diào)制解調(diào)方法，從信道自適應(yīng)和抗干擾等方面提高了系統(tǒng)的性能和通信可靠性。
[0036](4) ADSL在傳輸線的選擇上沒(méi)有特殊要求，可以使用同軸電纜作為傳輸線。
【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于ADSL通信的智能鉆柱雙工信息傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的井下ADSL載波信號(hào)處理端和地面ADSL載波信號(hào)處理端的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的地面電力輸送模塊和井下電力接受處理模塊的信息通信連接圖；
[0040]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于ADSL通信的智能鉆柱雙工信息傳輸方法流程圖。
[0041]圖中:1、地面電力輸送模塊；2、市電電源；3、計(jì)算機(jī)；4、井下電力接受處理模塊；5、電力供給模塊；6、導(dǎo)向工具控制電路；7、井下控制模塊；8、井下信號(hào)調(diào)理電路；9、井下參數(shù)測(cè)試電路；10、井下傳感器；11、井下ADSL載波信號(hào)處理端；12、地面ADSL載波信號(hào)處理端；13、數(shù)據(jù)接口電路；14、ATM信元轉(zhuǎn)換及接口電路；15、R-S編譯碼與DMT調(diào)制解調(diào)模塊；16、程控放大器；17、線路驅(qū)動(dòng)；18、模擬接口電路；19、地面MCU ;20、地面ADSL調(diào)制解調(diào)模塊；21、地面發(fā)送/接收器外圍電路；22、地面耦合電路；23、井下耦合電路；24、井下發(fā)送/接收器外圍電路；25、井下ADSL調(diào)制解調(diào)模塊；26、井下MCU ;27、存儲(chǔ)器/控制設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0042]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下。
[0043]如圖1所示，一種基于ADSL通信的智能鉆柱雙工信息傳輸系統(tǒng)包括地面電力輸送模塊1、市電電源2、計(jì)算機(jī)3、井下電力接受處理模塊4、電力供給模塊5、導(dǎo)向工具控制電路6、井下控制模塊7、井下信號(hào)調(diào)理電路8、井下參數(shù)測(cè)試電路9、井下傳感器10、井下ADSL載波信號(hào)處理端11、地面ADSL載波信號(hào)處理端12 ;
[0044]所述的計(jì)算機(jī)3控制地面電力輸送模塊I將市電電源2將市電轉(zhuǎn)化為一定電壓的直流電并通過(guò)電力線輸送給井下電力接受處理模塊4，井下電力接受處理模塊4通過(guò)電力供給模塊5將直流電轉(zhuǎn)化為所需要的電壓后與導(dǎo)向工具控制電路6、井下控制模塊7、井下信號(hào)調(diào)理電路8、井下參數(shù)測(cè)試電路9、井下傳感器10、井下ADSL載波信號(hào)處理端11連接，并為其供能；
[0045]所述的井下控制模塊7與導(dǎo)向工具控制電路6、井下信號(hào)調(diào)理電路8、井下ADSL載波信號(hào)處理端11連接；
[0046]所述的井下傳感器10、井下參數(shù)測(cè)試電路9、井下信號(hào)調(diào)理電路8順次連接；