專利名稱：突發(fā)qam井下遙測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將數(shù)據(jù)從井下鉆機組件發(fā)射到井的表面的遙測系統(tǒng)。并且具體的說，本發(fā)明涉及一種用于在聯(lián)接于井下發(fā)射機和井上接收機之間的信息管道上發(fā)信號的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代的石油鉆井和生產(chǎn)操作需要大量關(guān)于井下參數(shù)和條件的信息。這種信息通常包括由鉆井孔(wellbore)所穿過的地球地巖層特性，以及關(guān)于鉆孔本身的大小和結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^若干方法來執(zhí)行關(guān)于井下條件的信息收集，這通常稱為“測井”提到。
在現(xiàn)有的油井電纜測井中，在對一些或全部的井進行鉆孔之后，將裝有信息傳感器的探頭或“探測器”放下到井下，并且該探頭或“探測器”用于確定鉆井孔所穿過的某些地巖層特性。探測器的上端附裝到傳導(dǎo)電纜上，該電纜在鉆井孔中懸掛探測器。通過傳導(dǎo)電纜將電力傳送到在探測器中的傳感器和儀器。類似的，探測器中的儀器經(jīng)電纜通過所發(fā)射的電信號來和表面?zhèn)魉托畔ⅰ?br> 通過電纜獲得井下測量的問題是，在可以獲得所需的鉆孔信息之前，必須從被鉆孔的鉆孔中移去或“松開”鉆機組件。這既消耗了時間又極度提高了成本，并且特別是在已經(jīng)鉆了井的大部分的情況下。在這種條件下，需要移去上千英尺的管道并且將其堆積在平臺上(如果是海面上的)。通常，是以相當?shù)某杀景慈諄碜庥勉@井裝備。因此，鉆井的成本和完成鉆井過程所需要的時間直接成比例。移去上千英尺的管道來插入電纜測井工具是十分昂貴的事情。
結(jié)果，對在鉆井過程中的數(shù)據(jù)的收集日益強調(diào)。在鉆井過程中收集并處理數(shù)據(jù)消除了移去或松開鉆機組件來插入電纜測井工具的需要。因此，允許鉆井者如所需的做出精確的修改和校正，以最優(yōu)化性能，同時最小化下降時間。用于在鉆井的同時測量包括鉆機組件移動和位置的井下條件的設(shè)計已經(jīng)已知是“隨鉆測量”(measurement-while-drilling)技術(shù)，或“MWD””。更多地集中在地巖層參數(shù)測量上的類似技術(shù)通常被作為“隨鉆測井”技術(shù)，或“LWD”提到，雖然MWD和LWD之間存在區(qū)別，但是，通?？苫Q的使用術(shù)語MWD和LWD。為了這個公開的目的，使用術(shù)語MWD，同時了解這個術(shù)語包括收集地巖層參數(shù)和收集關(guān)于鉆機組件移動和位置的信息。
當鉆油井或其它鉆孔時，經(jīng)常必需或需要確定鉆頭和井下電機的方向和傾角，使得可以按正確方向來操縱組件。另外，需要關(guān)于被鉆孔地層特性的信息，比如地巖層電阻率、孔隙度、密度和它的伽馬輻射測量。還經(jīng)常需要知道其它的井下參數(shù)，例如，諸如在鉆孔基底部的溫度和壓力。一旦在鉆孔底部收集了這些數(shù)據(jù)，通常將其發(fā)射到表面，以由鉆井者使用和分析。
在LWD系統(tǒng)中，傳感器或換能器通常位于鉆桿柱的下端。當進行鉆井時，這些傳感器持續(xù)地或間歇地監(jiān)控預(yù)先確定的鉆井參數(shù)以及地巖層數(shù)據(jù)，并且將該信息以一些遙測的形式發(fā)射到表面檢測器。通常，在MWD應(yīng)用中采用的井下傳感器位于圓柱鉆鋌中，該圓柱鉆鋌位于靠近鉆頭。然后，MWD系統(tǒng)采用遙測系統(tǒng)，其中將由傳感器所獲得的數(shù)據(jù)發(fā)射到位于表面的接收機。在現(xiàn)有技術(shù)中有若干遙測系統(tǒng)，這些遙測系統(tǒng)尋求將關(guān)于井下參數(shù)的信息向上發(fā)射到表面，而不需要使用電纜線纜。在這些當中，泥漿脈沖系統(tǒng)(mud pulse system)是MWD應(yīng)用中最廣泛使用的遙測系統(tǒng)之一。
遙測的泥漿脈沖系統(tǒng)在鉆井操作中通過鉆桿柱來在鉆井流體中創(chuàng)建“聲的”壓力信號，該鉆井流體在壓力下循環(huán)。按照在泥漿流中壓力脈沖形成的合適定時來發(fā)射由井下傳感器所獲得信息。由位于表面的壓力換能器和計算機來接收和解碼該信息。
在泥漿壓力脈沖系統(tǒng)中，以通常被稱為脈沖發(fā)生器或泥漿脈沖發(fā)生器的閥和控制機構(gòu)的方式來調(diào)制在鉆桿柱中的鉆井泥漿壓力。通常將脈沖發(fā)生器裝配在特別地適配的鉆鋌中，其中該鉆鋌位于鉆頭之上。所產(chǎn)生的壓力脈沖在泥漿中以聲速在鉆桿柱內(nèi)部沿泥漿柱向上傳播。根據(jù)所使用的鉆井流體的類型，該速度在大約3000英尺每秒和5000英尺每秒之間變化。但是，因為脈沖擴散、變形、衰減、調(diào)制速率限制、以及其它比如鉆桿柱中的周邊噪聲的破壞力，使得數(shù)據(jù)的傳輸速率相對低。通常的脈沖速率處于一個脈沖每秒(1Hz)的級別。
隨著近來鉆井者可用的測定和操縱技術(shù)的發(fā)展，僅僅以1比特每秒的定時方式傳送到表面的數(shù)據(jù)量很明顯是不適合的了。作為用于增加數(shù)據(jù)傳輸速率的一個方法，提出了使用鉆桿柱管道壁中的振動來發(fā)射數(shù)據(jù)，而不是取決于鉆井流體中的壓力脈沖。但是，因為鉆井過程造成的在鉆桿柱中已有振動的存在嚴重阻礙了對以這種方式發(fā)射的信號進行檢測。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在這里公開了一種井下遙測系統(tǒng)，其將突發(fā)QAM上行鏈路信號發(fā)射到井的表面。在優(yōu)選實施例中，和一對導(dǎo)線聯(lián)接的井下儀器將突發(fā)QAM上行鏈路信號發(fā)射到類似的和一對導(dǎo)線聯(lián)接的表面系統(tǒng)。突發(fā)QAM信號優(yōu)選的包括一系列攜帶遙測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀。每一數(shù)據(jù)幀之前優(yōu)選的有一靜止間隔(這時不存在信號)、一定時同步序列、以及一訓(xùn)練序列。定時同步序列設(shè)計成用于在表面進行方便的定時恢復(fù)，并且訓(xùn)練序列設(shè)計馬輔助均衡器的適配。數(shù)據(jù)幀本身優(yōu)選的包括同步字段、數(shù)據(jù)計數(shù)、以及數(shù)據(jù)相加的校驗和。優(yōu)選的采用直接數(shù)字合成來調(diào)制上行鏈路信號。


當結(jié)合附圖詳細描述下面的本發(fā)明優(yōu)選實施例時，可以更好的理解本發(fā)明，附圖中圖1是其中采用遙測系統(tǒng)的油井的示意圖；圖2A是具有其中包括有螺旋纏繞的信息導(dǎo)管的合成管部分的等尺寸示意圖；圖2B是其中包括有電纜線纜的管部分的等尺寸視圖；圖3是聯(lián)接遙測信號和管的電路的示意圖；圖4是表面計算機系統(tǒng)的功能性方框圖；圖5是在督導(dǎo)部分(supervisory sub)中的井下通信模塊的功能性方框圖；圖6是上行鏈路遙測數(shù)據(jù)幀的示例性實施；圖7是上行鏈路遙測發(fā)射機的功能性方框圖；圖8是上行鏈路遙測接收機的功能性方框圖；圖9是其中可能采用遙測系統(tǒng)的電纜系統(tǒng)的示意圖；圖10示出了七個導(dǎo)線的電纜線纜的截面圖；并且圖11示出了單一導(dǎo)線的電纜線纜的截面圖。
因為本發(fā)明可以有多種更改的和替代的形式，因此，在附圖中以實例的方式示出了它的特定實施例，并且將在這里詳細描述。但是，應(yīng)該理解附圖和詳細描述不意在將本發(fā)明限定為公開的特定形式，而是相反的，本發(fā)明意在覆蓋如附加的權(quán)利要求所定義的所有在本發(fā)明范圍中的更改、等效和替換。
具體實施例方式
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，圖9示出了在電纜測井操作中的井。鉆井平臺902裝備有支撐起重機906的鉆塔904。油井和氣井的鉆探通常由鉆管柱來執(zhí)行，該鉆管柱是由“工具”接頭連接在一起，從而形成鉆桿柱，該鉆桿柱通過轉(zhuǎn)盤912放下到鉆井孔914中。在圖9中，將鉆桿柱臨時從鉆井孔914中移去，以允許將探測器916通過電纜908放下到鉆井孔914中。通常，將探測器916放下到感興趣區(qū)域的底部，并且之后以恒定速度向上拉起。在向上行進過程中，探測器916在經(jīng)過和鉆井孔相鄰的地巖層919時測量它們。將測量數(shù)據(jù)傳送到測井設(shè)施920以進行存儲、處理和分析。在另一選擇的情況中(例如，高度偏離或水平的井)，可采用螺紋式或連續(xù)式管柱來傳遞探測器通過該孔。在這個情況中，電纜可以蔓延通過管柱的內(nèi)部，或附裝到管柱的外部。
圖10示出了具有多個導(dǎo)線1002的典型電纜線纜的截面圖。每一導(dǎo)線由絕緣護套1004包圍。在傳導(dǎo)性不好的外罩1005中將絕緣導(dǎo)線捆扎在一起，該外罩1005由兩層相反纏繞的金屬鎧裝線1006包圍。因為由金屬制造，因此，該鎧裝線是導(dǎo)電的，并且可以用作第八導(dǎo)線。在套管井和水泥井的電纜測井中，優(yōu)選的使用如圖11所示的單一導(dǎo)線的測井線纜。該單一導(dǎo)線的線纜通常單一的多絞合導(dǎo)線1102，該多絞合導(dǎo)線1102裝入絕緣材料1104，并且纏繞在織物襯套1106內(nèi)，該織物襯套1106接下來纏繞在雙層相反纏繞的金屬鎧裝線1108中。通常在單一線纜上在一起傳遞電力和遙測。在單一導(dǎo)線的線纜中，通常將電力作為低頻信號發(fā)射，而遙測信號在更高的頻帶發(fā)射。在多導(dǎo)線線纜中，通過使用正交的傳輸模式可以進一步改進信號隔離。在由發(fā)明人G.Baird，C.Dodge，T.Henderson和F.Velasquez提出的、名稱為“High-Power Well Logging Method And Apparatus”的共同未決申請no.09/437,594中更為詳細的公開了這種用途的正交模式和電路，并且將其在合并這里并作為參考。
因此，至少有兩種用于建立用于井下通信的通信信道的方法?？梢允褂萌舾烧粋鬏斈Ｊ街械囊环N來在多導(dǎo)線線纜上攜帶遙測信號，或者使用單一導(dǎo)線的線纜來以正常的方式攜帶遙測信號。圖1示出了采用嵌入在合成管壁中的導(dǎo)線的第三方法。
圖1示出了具有合成或鋼管104的卷盤102的井，通過噴射器106將該管104插入鉆井孔。將管104插入到通過堵塞器108以及防噴器110，并且通過外殼112進入鉆井孔。在井中，井下儀器114可以和合成管104聯(lián)接，并且設(shè)置其成經(jīng)過嵌入包含在合成管104中的信息導(dǎo)管來和表面計算機系統(tǒng)116通信。另一選擇是，對于鋼管104，將井下儀器設(shè)置成用來通過包含在管104內(nèi)部的電纜線纜來和表面計算機系統(tǒng)116通信。提供電源118，以通過在合成管104或電纜線纜中的電力導(dǎo)管來向井下儀器114提供電力。
將表面計算機系統(tǒng)116設(shè)置成用來和井下儀器114通信。井下儀器114可以是，例如，用于底部孔鉆機組件的督導(dǎo)部分。該部分可以和井下傳感器和/或控制裝置相聯(lián)接，該控制裝置可設(shè)置成分別測量和設(shè)置井下參數(shù)。傳感器的實例包括溫度、壓力、密度和流速傳感器?？刂蒲b置的實例包括閥、可變孔徑端口、加熱器、以及人造提升裝置。
優(yōu)選的由軟件120設(shè)置表面計算機系統(tǒng)116，以監(jiān)控并控制井下儀器114。系統(tǒng)116可以包括顯示裝置122和用戶輸入裝置124，從而允許人類操作者和系統(tǒng)控制軟件120交互。
在圖2A中示出了合成管104的等尺寸表示。如名稱所示，合成管104是具有主要由合成材料(例如，諸如玻璃纖維或碳化纖維)制成的壁202的管，盡管其它合適材料也是已知和可預(yù)期的?？梢詫?dǎo)管204嵌入在合成管的壁中。為減少導(dǎo)管泄漏的可能性，優(yōu)選的將該導(dǎo)管螺旋形地纏繞在合成管壁內(nèi)的管孔周圍。優(yōu)選的，纏繞的角度是在導(dǎo)管材料和合成材料之間應(yīng)力系數(shù)差的函數(shù)。
在優(yōu)選實施例中，在合成管中包括的導(dǎo)管204是電導(dǎo)線，盡管該一個或多個導(dǎo)管也可以另外是光纖或液壓導(dǎo)管。優(yōu)選的，提供六個沿圓周分開的導(dǎo)線，其中兩個相鄰的導(dǎo)線專用于攜帶遙測信號?？梢砸圆煌问降倪b測導(dǎo)管，例如，諸如光纖或液壓導(dǎo)管來類似地代替用于在電纜線纜中攜帶遙測的電導(dǎo)線。
在圖2B中示出了鋼管104的等尺寸視圖。在這個實例中，示出電纜線纜延伸穿過該管的內(nèi)部。這減少了因為鉆井孔中線纜的磨損或“擠壓”而產(chǎn)生導(dǎo)管泄漏的可能性。信息導(dǎo)管可以是電或光導(dǎo)管。
圖3示出了允許上行鏈路遙測信號和下行鏈路遙測信號共享電導(dǎo)管的一個電路設(shè)置。在聯(lián)接電路設(shè)置的井下部分中，隔離變壓器302優(yōu)選的聯(lián)接電纜或管的遙測信號導(dǎo)線與井下儀器。中心抽頭的次級繞組的一個端子端通過發(fā)射電阻RT和高通濾波器(HPF)304相聯(lián)接，并且另一端子端通過分路電阻RR和低通濾波器(LPF)306聯(lián)接接地。中心抽頭通過用于阻抗匹配目的的阻抗模塊308和地相聯(lián)接。
HPF304阻止在上行鏈路信號截止頻率以下的信號，由此防止任何上行鏈路信號能量干擾下行鏈路信號。通過LPF306來從下行鏈路信號中屏蔽掉上行鏈路信號能量，該LPF306阻止任何在下行鏈路信號截止頻率以上的信號能量。
注意到期望上行鏈路和下行鏈路信號的能量是可以兼容到井下的。這不是在表面的情況，在那里期望下行鏈路信號能量實質(zhì)上大于上行鏈路信號能量。為了防止下行鏈路信號覆蓋上行鏈路信號檢測器，在該聯(lián)接電路設(shè)置的井上部分中使用橋接布置。
該聯(lián)接電路設(shè)置的表面部分優(yōu)選的使用隔離變壓器310，以聯(lián)接電纜或管的遙測信號導(dǎo)線。次級繞組的一個端子和地聯(lián)接，而另一端子通過電阻R和發(fā)射信號節(jié)點312聯(lián)接。匹配阻抗314的一個端子也和地相聯(lián)接，且另一端子相同的第二電阻R和節(jié)點312相聯(lián)接。將下行鏈路信號通過低通濾波器316和功率放大器318提供到節(jié)點312。在節(jié)點312上的下行鏈路信號電壓引起類似的電流流過兩個支路，并具有由上行鏈路信號引起的小差值?？梢砸栽谥返闹虚g節(jié)點之間的電壓差值的形式來檢測到這個上行鏈路信號差值。差分放大器320放大這個差值，并且將其提供到高通濾波器322進行濾波。由差分放大器的共模拒絕來輔助高通濾波器322在過濾掉下行鏈路信號中進行的鑒別。
雖然描述了特定的聯(lián)接電路設(shè)置，但是，應(yīng)認識到可以使用其它聯(lián)接技術(shù)。其它合適的“4線到2線”聯(lián)接設(shè)置是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的，并且可以使用。另一選擇是，可以在分開的導(dǎo)線組上攜帶上行鏈路和下行鏈路信號，或者將其轉(zhuǎn)換為光信號或用于其它導(dǎo)管類型的壓力信號。
圖4示出了表面計算機系統(tǒng)116(其可能包括在表面設(shè)施920中)的一個實施例。系統(tǒng)116包括和系統(tǒng)存儲器404通過電橋406聯(lián)接的中央處理單元402。系統(tǒng)存儲器404存儲用于由處理器402執(zhí)行的軟件408。電橋406還聯(lián)接處理器402和外圍總線410。外圍總線410支持向/從處理器402的數(shù)據(jù)傳送。和外圍總線410連接的外設(shè)可以由此向處理器402提供到外部世界的入口。在所示的實施例中，信號調(diào)節(jié)板412和數(shù)字解碼器板414和外圍總線410相聯(lián)接。
信號調(diào)節(jié)板412還和遙測管道聯(lián)接。將處理器402希望發(fā)送到井下儀器114的下行鏈路數(shù)據(jù)提供給信號調(diào)節(jié)板412的總線接口邏輯422。接口邏輯422依據(jù)總線協(xié)議進行處理，并且從被提供到頻移鍵控(FSK)調(diào)制器424的總線信號中提取下行鏈路數(shù)據(jù)。FSK調(diào)制器424將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬下行鏈路信號，之后將其提供到LPF316，以屏蔽掉任何高頻分量。隔離變壓器310將下行鏈路信號放在遙測導(dǎo)管上，并提取上行鏈路信號，將其傳遞到屏蔽掉任何低頻分量的HPF322。由放大器432放大上行鏈路信號，并且將其提供到在數(shù)字解碼器卡414上的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)442。
ADC442優(yōu)選的將數(shù)字化的信號提供到數(shù)字信號處理器(DSP)444，以進行濾波和解碼。由軟件來設(shè)置DSP444，以執(zhí)行帶通或匹配濾波446以及均衡和定時恢復(fù)448，從而提取上行鏈路數(shù)據(jù)碼元。數(shù)據(jù)碼元被解碼450，并且將解碼的上行鏈路數(shù)據(jù)提供到處理器402，以進行分析。下面將進一步討論上行鏈路遙測信號格式和解碼的細節(jié)。
圖5示出了井下儀器遙測模塊的一個實施例。由軟件來設(shè)置DSP502來格式化和編碼504上行鏈路數(shù)據(jù)，以傳輸?shù)奖砻?。?yōu)選的以正交幅度調(diào)制(QAM)形式由直接數(shù)字合成(DDS)芯片506來調(diào)制編碼的數(shù)字數(shù)據(jù)，以提供模擬的上行鏈路信號。該模擬的上行鏈路信號被高通濾波304，并且被提供到隔離變壓器302。隔離變壓器聯(lián)接上行鏈路信號和遙測導(dǎo)管，并且聯(lián)接來自遙測導(dǎo)管的下行鏈路信號和低通濾波器306。LPF306將截止頻率以上的信號能量屏蔽掉，并且解調(diào)器508將下行鏈路信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字頻帶形式，以由DSP502解碼。
在優(yōu)選的實施例中，下行鏈路信號是使用2.4-9.6kHz頻率頻帶的FSK調(diào)制信號。優(yōu)選的使用這個信號來將命令和設(shè)置參數(shù)發(fā)射到井下儀器。上行鏈路信號優(yōu)選的是使用16-48kHz頻率頻帶的突發(fā)QAM調(diào)制信號。優(yōu)選的使用這個信號來將測量數(shù)據(jù)發(fā)射到表面。
可選的，DSP可以是來自由在Massachusetts，Norwood經(jīng)營的公司Analog Devices制造和銷售的DSP微計算機的ADSP-2100系列的芯片。可選的，DDS芯片可以是由相同公司制造和銷售的AD7008CMOS DDS調(diào)制器。
注意到上行鏈路的鏈路優(yōu)選的采用突發(fā)QAM來實現(xiàn)增加的信道容量，同時又不增加接收機的復(fù)雜性。在一個實施例中，以上行鏈路數(shù)據(jù)幀602的形式來進行突發(fā)QAM通信，如圖6所示，每一幀之前有靜止間隔604和定時同步序列606。也可以緊跟在數(shù)據(jù)幀602之前提供均衡訓(xùn)練序列608。預(yù)期的是，按照16比特字來進行上行鏈路通信，將該16比特字中每一字作為四個4比特(16-QAM)碼元來發(fā)射。預(yù)期靜止間隔604是30字(120碼元階段)，預(yù)期定時序列606是20字(80碼元)，訓(xùn)練序列608是126字(504碼元)，并且?guī)?02最大是1024字(4096碼元)。但是，應(yīng)認可，其它設(shè)置也是合適的。例如，可以采用其它的字長度，并且可以使QAM群集更大(例如，32，64，128，256，512，1024，或更多的群集點)，或更小(例如，2，4或8群集點)。
數(shù)據(jù)幀602優(yōu)選的以兩個同步字、一個數(shù)據(jù)計數(shù)字、最多1020個數(shù)據(jù)字開始，并且以校驗和字結(jié)束。數(shù)據(jù)計數(shù)字優(yōu)選的是指示數(shù)據(jù)字的數(shù)量。每幀的數(shù)據(jù)字的數(shù)量可以根據(jù)系統(tǒng)需要、和根據(jù)重新同步和重新訓(xùn)練序列的重復(fù)出現(xiàn)所需的速率來進行調(diào)整。例如，如果在上述實施例中每幀數(shù)據(jù)字的數(shù)量是1020，則定時重新同步和重新訓(xùn)練將以10次每秒出現(xiàn)。但是，在一些條件下，可能需要增加重新同步頻率到超過20次每秒。這可以通過減少每幀數(shù)據(jù)字的數(shù)量到大約512來實現(xiàn)。另一選擇是，可以增加每QAM碼元的比特數(shù)量來減少每幀的碼元數(shù)量。
圖7以功能模塊的形式示出了上行鏈路信號發(fā)射路徑700。在模塊702中，通過將數(shù)據(jù)幀602逐一比特地與偽隨機序列做XOR來對它進行擾頻。偽隨機序列是很容易再現(xiàn)的掩碼，其將數(shù)據(jù)幀“隨機化”，以移去在測量數(shù)據(jù)中通常發(fā)生的可預(yù)測性、周期性的模式。如果不移去的話，這種模式可能引起不需要的光譜線，該光譜線干擾在接收機中的適配性均衡。
之后，在模塊704中，將擾頻的數(shù)據(jù)劃分為碼元，該碼元被映射到在QAM群集中的信號點。在模塊706中，將碼元調(diào)制到載波頻率上，在模塊710將其濾波和放大，并且和遙測導(dǎo)管聯(lián)接。報頭產(chǎn)生器模塊708被示出為和數(shù)據(jù)路徑并聯(lián)。報頭產(chǎn)生器708產(chǎn)生靜止階段604、定時同步序列606、以及訓(xùn)練序列608，并且將它們插入在每一數(shù)據(jù)幀之前的發(fā)射信號中。暫時參考圖5，模塊702和704可以是編碼器軟件504的一部分，模塊706和708可以由DDS芯片506實現(xiàn)，并且模塊710可以由HPF304實現(xiàn)。
圖8以功能模塊形式示出了上行鏈路信號接收路徑800。在模塊802中，濾波從遙測導(dǎo)管接收的信號，以屏蔽掉在上行鏈路信號截止頻率以下的信號能量。之后在模塊804中使上行鏈路信號數(shù)字化，并且在模塊806中匹配濾波來最大化信噪比。在模塊808中，定時恢復(fù)算法操作來將接收機定時鎖定到定時同步序列。在模塊810中，對上行鏈路信號進行均衡，以對信道效果進行校正。在均衡訓(xùn)練序列的過程中，使用訓(xùn)練序列的知識來使均衡器適于遙測信道。因此，均衡器在數(shù)據(jù)幀上顯示出改善的均衡性能。均衡器輸出是QAM碼元的序列。在模塊812中，將碼元序列轉(zhuǎn)換為16比特字序列，通過來自訓(xùn)練序列的知識來獲得合適的對準。模塊814阻止來自靜止間隔、定時序列、以及訓(xùn)練序列的無關(guān)的字，并且僅使數(shù)據(jù)幀通過。在模塊816中，反向進行擾頻操作，并且將驗證的校驗和、和數(shù)據(jù)計數(shù)、以及數(shù)據(jù)字提供為輸出。暫時參考圖4，模塊802對應(yīng)于模塊332，模塊804對應(yīng)于模塊442，模塊806對應(yīng)于模塊446，模塊808和810對應(yīng)模塊448，并且模塊812-816對應(yīng)于模塊450。
上述示例性的實施例提供了用于通過電纜和合成管中的導(dǎo)管的遙測。在合成管中的電導(dǎo)線的情況中，期望遙測信道具有最大到50,000ft的范圍，并且在該考慮的頻率范圍中具有40-45dB的衰減。期望在突發(fā)QAM信令中采用的幀結(jié)構(gòu)是提供用于定時重新同步和均衡器重新訓(xùn)練的正常重現(xiàn)機會。期望這可以顯著的提高上行鏈路信道的可靠性。
注意到在這里公開的遙測系統(tǒng)可以具有多個應(yīng)用，包括，例如，智能井。智能井是可以具有傳感器和可控制井下機構(gòu)的產(chǎn)品井。例如，可如使用傳感器來檢測密度和流速。井上系統(tǒng)可以使用這個信息來操作可控制機構(gòu)(例如，可變孔徑端口和加熱器或其它人造提升機構(gòu))，以使井的生產(chǎn)最佳。
一旦完全理解了上述公開，多種修改和變更對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此權(quán)利要求意在為包括所有這種修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種通信遙測信息的方法，包括將數(shù)據(jù)幀分組，以形成數(shù)據(jù)幀；發(fā)射在每一數(shù)據(jù)幀之前的報頭；以及發(fā)射緊跟在各自報頭之后的數(shù)據(jù)幀。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中報頭包括靜止間隔。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中報頭包括定時同步序列。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中報頭包括訓(xùn)練序列。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中發(fā)射數(shù)據(jù)幀的動作包括使用正交幅度調(diào)制來將數(shù)據(jù)加在載波信號上。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括預(yù)先計劃同步字和對每一組數(shù)據(jù)字的數(shù)據(jù)字計數(shù)；以及將校驗和附加到每一數(shù)據(jù)字組。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，進一步包括通過將數(shù)據(jù)字組和掩碼組合來對每一數(shù)據(jù)字組進行擾頻。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括接收報頭；產(chǎn)生同步于報頭中定時同步序列的本地時鐘信號；以及使用報頭中的訓(xùn)練序列來更新適配濾波器的系數(shù)。
9.一種遙測發(fā)射機，包括擾頻器，其設(shè)置成用來使數(shù)據(jù)幀和掩碼進行異或；報頭產(chǎn)生器，其設(shè)置成用來提供在每一數(shù)據(jù)幀之前的報頭；調(diào)制器，其和報頭產(chǎn)生器聯(lián)接以接收報頭，并且其和擾頻器聯(lián)接以接收擾頻的數(shù)據(jù)幀，其中調(diào)制器設(shè)置成用來調(diào)制報頭和擾頻的數(shù)據(jù)幀，從而形成正交幅度調(diào)制(QAM)信號。其中幀與幀的報頭是相同的。
10.如權(quán)利要求9所述的遙測發(fā)射機，其中報頭包括靜止間隔；定時同步序列；以及訓(xùn)練序列。
11.如權(quán)利要求9所述的遙測發(fā)射機，進一步包括高通濾波器，其設(shè)置成用來阻止QAM信號的低頻分量；以及隔離變壓器，其設(shè)置成用來聯(lián)接經(jīng)過濾波的QAM信號和包括在合成管中的遙測導(dǎo)線。
12.一種井，包括電纜線纜管，其具有遙測導(dǎo)管；表面系統(tǒng)，其和遙測導(dǎo)管相聯(lián)接；以及井下儀器，其和表面系統(tǒng)通過遙測導(dǎo)管聯(lián)接，其中井下儀器設(shè)置成用來使用突發(fā)正交幅度調(diào)制(突發(fā)-QAM)來將遙測信息發(fā)射到表面系統(tǒng)。
13.如權(quán)利要求12所述的井，其中突發(fā)QAM使用16點的信號群集。
14.如權(quán)利要求12所述的井，其中電纜線纜包括多個電導(dǎo)線，其中一個或多個用作遙測導(dǎo)管。
15.如權(quán)利要求12所述的井，其中井下儀器設(shè)置成用來發(fā)射數(shù)據(jù)幀中的遙測信息，并且其中以靜止階段散布在數(shù)據(jù)幀中。
16.如權(quán)利要求12所述的井，其中井下儀器設(shè)置成用來發(fā)射數(shù)據(jù)幀中的遙測信息，并且其中每一數(shù)據(jù)幀之前有各自的定時同步序列。
17.如權(quán)利要求12所述的井，其中井下儀器設(shè)置成用來發(fā)射數(shù)據(jù)幀中的遙測信息，并且其中每一數(shù)據(jù)幀之前有各自的訓(xùn)練序列。
18.如權(quán)利要求15所述的井，其中每一數(shù)據(jù)幀包括多個同步字、數(shù)據(jù)計數(shù)字段、多個數(shù)據(jù)字、以及校驗字。
19.如權(quán)利要求12所述的井，其中井下儀器包括發(fā)射路徑，該路徑具有設(shè)置成用來發(fā)射在每一數(shù)據(jù)幀之前的報頭的報頭產(chǎn)生器。
20.如權(quán)利要求19所述的井，其中發(fā)射路徑包括數(shù)據(jù)擾頻器，其設(shè)置成用來將數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)字和掩碼組合，以使數(shù)據(jù)字隨機化。
21.如權(quán)利要求20所述的井，其中發(fā)射路徑包括直接數(shù)字合成調(diào)制器，其設(shè)置成用來使用正交幅度調(diào)制來調(diào)制擾頻的數(shù)據(jù)字。
22.如權(quán)利要求21所述的井，其中發(fā)射路徑包括高通濾波器，其聯(lián)接在直接數(shù)字合成調(diào)制器和隔離變壓器之間。
23.如權(quán)利要求20所述的井，其中表面系統(tǒng)包括上行鏈路接收路徑，其具有定時恢復(fù)模塊，其設(shè)置成用來產(chǎn)生時鐘信號，該時鐘信號被鎖定到遙測信號中在每一數(shù)據(jù)幀之前的定時同步序列；適配均衡器，其設(shè)置成用來響應(yīng)于遙測信號中在每一數(shù)據(jù)幀之前的訓(xùn)練序列來更新濾波器系數(shù)；成幀模塊，其設(shè)置成用來將定時同步序列和訓(xùn)練序列從遙測信號中剝離出來；以及解擾頻模塊，其設(shè)置成用來將數(shù)據(jù)幀和掩碼組合來使井下擾頻操作反向進行。
24.如權(quán)利要求23所述的井，其中將定時同步序列和訓(xùn)練序列重復(fù)至少每秒10次。
25.一種井，包括管柱，其延伸進鉆井孔；井下儀器，其裝配在管柱的下端；以及電纜線纜，其沿著管柱延伸通過內(nèi)部空間，其中該井下儀器設(shè)置成用來使用突發(fā)正交幅度調(diào)制(突發(fā)-QAM)來將遙測信息通過在電纜中的遙測導(dǎo)管發(fā)射到管柱的上端。
26.如權(quán)利要求25所述的井，其中電纜線纜包括多個電導(dǎo)線，其中一個或多個用作遙測導(dǎo)管。
27.如權(quán)利要求25所述的井，其中井下儀器設(shè)置成用來發(fā)射數(shù)據(jù)幀中的遙測信息，并且其中以靜止階段散布在數(shù)據(jù)幀中。
28.如權(quán)利要求25所述的井，其中井下儀器設(shè)置成用來發(fā)射數(shù)據(jù)幀中的遙測信息，并且其中每一數(shù)據(jù)幀之前有各自的定時同步序列。
29.如權(quán)利要求25所述的井，其中井下儀器設(shè)置成用來發(fā)射數(shù)據(jù)幀中的遙測信息，并且其中每一數(shù)據(jù)幀之前有各自的訓(xùn)練序列。
30.如權(quán)利要求27所述的井，其中每一數(shù)據(jù)幀包括多個同步字、數(shù)據(jù)計數(shù)字段、多個數(shù)據(jù)字、以及校驗字。
全文摘要
公開了一種將突發(fā)－QAM上行鏈路信號發(fā)射到井表面的井下遙測系統(tǒng)。在優(yōu)選的實施例中，和電纜或合成管柱中的一對導(dǎo)線相聯(lián)接的井下儀器將突發(fā)－QAM上行鏈路信號發(fā)射到表面系統(tǒng)。該突發(fā)－QAM信號優(yōu)選的包括一系列攜帶遙測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀(602)。每一數(shù)據(jù)幀前面優(yōu)選的有靜止間隔(604)(其中不存在信號)、定時同步序列(606)、以及訓(xùn)練序列(608)。定時同步序列設(shè)計成用于在表面進行容易的定時恢復(fù)，并且訓(xùn)練序列設(shè)計成用來輔助均衡器的適配。數(shù)據(jù)幀本身優(yōu)選的包括同步字段、數(shù)據(jù)計數(shù)、以及校驗和、以及數(shù)據(jù)。優(yōu)選的采用直接數(shù)字合成來調(diào)制上行鏈路信號。
文檔編號E21B47/12GK1599995SQ02824415
公開日2005年3月23日 申請日期2002年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月7日
發(fā)明者邁克爾·弗朗西斯·韋, 威廉·特雷納 申請人:哈利伯頓能源服務(wù)公司