本技術(shù)涉及石油鉆井開采勘探測量，尤其涉及一種井下隨鉆測量短接的控制方法及控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、井下隨鉆測量短接廣泛應(yīng)用于石油鉆井作業(yè)中，真實地反映了井下的實際情況。在目前的非深井中地面人員控制井下隨鉆測量短接的通信方式包括：泥漿脈沖通信、電磁通信、聲波通信和光纖/線纜等有線通信。

2、未來隨鉆測量技術(shù)都朝著深井和超深井方向不斷發(fā)展，地面人員控制井下隨鉆測量短接的通信方式也將受到一定的限制，例如泥漿脈沖通信容易受到外界噪聲干擾，在鉆井液中傳輸衰減嚴(yán)重，且傳輸信號容易失真；電磁通信受井壁材質(zhì)和介質(zhì)影響較大，傳輸距離受到限制；聲波通信容易受到環(huán)境噪聲和介質(zhì)的影響；光纖/線纜等有線通信需要在井筒中布置光纖或線纜，光纖/線纜布置和維護(hù)復(fù)雜，容易損傷光纖/線纜，且維護(hù)成本高，特別是在深井、超深井中實現(xiàn)對井下隨鉆測量短接的控制更加難以實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了在地面就能夠控制井下隨鉆測量短接的工作狀態(tài)和工作方式，本技術(shù)提供了一種井下隨鉆測量短接的控制方法及控制系統(tǒng)，該方法應(yīng)用于井下隨鉆測量作業(yè)中，通過在地面控制鉆柱轉(zhuǎn)速，并進(jìn)行指令編碼、預(yù)處理和解碼等處理方法，從而實現(xiàn)了在地面就能夠?qū)⒅噶畎l(fā)送給井下隨鉆測量短接的技術(shù)效果，完成了井下隨鉆測量短接的遠(yuǎn)程控制。

2、第一方面，本技術(shù)提供了一種井下隨鉆測量短接的控制方法，一種井下隨鉆測量短接的控制方法應(yīng)用于一種井下隨鉆測量短接的控制系統(tǒng)，該方法包括：通過控制鉆柱轉(zhuǎn)速從而實現(xiàn)對井下隨鉆測量短接工作狀態(tài)的控制和工作方式的控制，其中，所述工作狀態(tài)包括不同功耗下的工作狀態(tài)，所述工作方式包括不同頻率下的工作方式，所述工作狀態(tài)和工作方式都需要通過控制鉆柱轉(zhuǎn)速進(jìn)行編碼，生成對應(yīng)的鉆柱轉(zhuǎn)速指令編碼。井下隨鉆測量短接對接收到的鉆柱轉(zhuǎn)速指令編碼進(jìn)行預(yù)處理，其中，所述預(yù)處理包括：基于鉆柱轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)的總個數(shù)和有效個數(shù)計算平均轉(zhuǎn)速；根據(jù)預(yù)處理后的鉆柱轉(zhuǎn)速指令編碼進(jìn)行解碼，并識別對應(yīng)的工作狀態(tài)指令和工作方式指令；井下隨鉆測量短接的控制系統(tǒng)執(zhí)行對應(yīng)的工作狀態(tài)指令和工作方式指令。

3、具體可以理解，地面人員可以通過對鉆柱轉(zhuǎn)速進(jìn)行編碼，表示將工作狀態(tài)指令和工作方式指令通過鉆柱的旋轉(zhuǎn)方向和鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行編碼；編碼后的指令信號會經(jīng)過鉆桿傳遞給井下隨鉆測量短接，井下隨鉆測量短接會接收到工作狀態(tài)指令和工作方式指令；但是，此時接收到的工作狀態(tài)指令和工作方式指令在傳輸過程中有鉆桿的扭轉(zhuǎn)干擾、鉆桿的粘滑振動干擾以及鉆井液的阻力干擾等，因此，必須對這些信號進(jìn)行預(yù)處理，得到一定范圍內(nèi)的鉆柱轉(zhuǎn)速；其中，將得到的鉆柱轉(zhuǎn)速進(jìn)行解碼，就得到井下隨鉆測量短接的工作狀態(tài)指令和工作方式指令；最后執(zhí)行對應(yīng)的指令，并存儲數(shù)據(jù)。因此，通過控制鉆柱轉(zhuǎn)速向井下隨鉆測量短接發(fā)送工作狀態(tài)指令和工作方式指令，該控制方法能夠適應(yīng)更加復(fù)雜的地質(zhì)條件鉆井、深井和超深井等；數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性高；同時能夠控制井下隨鉆測量短接處于低功耗工作狀態(tài)，節(jié)約電池能量，延長井下隨鉆測量短接的控制系統(tǒng)的續(xù)航時間；通過控制井下隨鉆測量短接處于高頻采集方式，能夠在復(fù)雜地層采集更多的井下工程參數(shù)，更加有利于優(yōu)化鉆井，提高鉆井效率。

4、在一種優(yōu)選的設(shè)計中，控制鉆柱轉(zhuǎn)速包括：控制鉆柱的軸向力、鉆柱的旋轉(zhuǎn)方向和鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度，具體包括：在調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度之前需要在地面井口上提鉆柱，從而減小鉆柱的軸向力；通過地面的驅(qū)動系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)方向，控制所述鉆柱的旋轉(zhuǎn)方向為正向，所述正向為鉆柱工作時的旋轉(zhuǎn)方向；通過地面的驅(qū)動系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)速度，實現(xiàn)控制鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度，鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度范圍有：鉆柱正向旋轉(zhuǎn)最大速度，其中，表示在具體轉(zhuǎn)速編碼值中采集到第個鉆柱轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)?？梢岳斫獾模刂沏@柱的旋轉(zhuǎn)速度，鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度可選擇：低速度到正向最大速度之間的旋轉(zhuǎn)速度。地面人員能夠控制鉆柱轉(zhuǎn)速的相關(guān)參數(shù)有鉆柱的旋轉(zhuǎn)方向和鉆柱的旋轉(zhuǎn)速度，其中，在控制鉆柱轉(zhuǎn)速前需要將鉆柱上提，減少鉆柱的軸向力到最小，這樣就能夠減少工作狀態(tài)指令和工作方式指令在傳輸過程中的干擾。

5、在一種優(yōu)選的設(shè)計中，控制鉆柱轉(zhuǎn)速進(jìn)行編碼，具體對井下隨鉆測量短接的工作狀態(tài)和工作方式進(jìn)行指令編碼，其中，工作狀態(tài)包括：低功耗工作狀態(tài)和連續(xù)工作狀態(tài)；低功耗工作狀態(tài)下可以減少電池能耗，同時，低功耗工作狀態(tài)是一種可以被中斷信號喚醒的工作狀態(tài)，包括但不限于處理器的睡眠模式、待機模式和停止模式；連續(xù)工作狀態(tài)表示處理器處于激活狀態(tài)，同時，控制系統(tǒng)及其電路處于工作狀態(tài)；工作方式包括：低頻采集方式、中頻采集方式和高頻采集方式。

6、其中，控制井下隨鉆測量短接的工作狀態(tài)有很多實際應(yīng)用價值。低功耗工作狀態(tài)可以提高井下隨鉆測量短接的控制系統(tǒng)的續(xù)航時間，因此，在鉆井的非重要階段可以將井下隨鉆測量短接的控制系統(tǒng)設(shè)置成低功耗工作狀態(tài)，減少電量的消耗。連續(xù)工作狀態(tài)中，井下隨鉆測量短接工作在3種工作方式中的一種，包括：低頻采集方式、中頻采集方式和高頻采集方式。

7、同時，井下隨鉆測量短接的工作方式也有很重要的實際應(yīng)用價值，例如：在振動數(shù)據(jù)低于一定閾值a時，井下隨鉆測量短接的工作方式采用低頻采集方式；在振動數(shù)據(jù)大于一定閾值a時，且低于一定閾值b時，井下隨鉆測量短接的工作方式采用中頻采集方式；在振動數(shù)據(jù)大于一定閾值b時，井下隨鉆測量短接的工作方式采用高頻采集方式。其中振動數(shù)據(jù)大于閾值b的高頻采集方式階段是鉆井作業(yè)中容易出現(xiàn)事故的階段，因此需要通過高頻采集方式來采集更加詳細(xì)的井下工況參數(shù)。其中，b>a，a、b為加速度的絕對值,具體表示為：若a>0，則a=a；若b>0,則b=b；若a<0，則a=-a；若b<0,則b=-b。從而能夠在未出現(xiàn)異常的情況下為地面人員提供更多詳細(xì)的分析數(shù)據(jù)，為減小振動提供數(shù)據(jù)支撐，優(yōu)化鉆井效率；如果在高頻采集方式階段出現(xiàn)了異常，那么可以通過采集到的詳細(xì)數(shù)據(jù)來分析異常的原因。

8、其中，鉆柱轉(zhuǎn)速指令編碼是通過鉆柱的不同旋轉(zhuǎn)速度組合實現(xiàn)。其中，在鉆柱轉(zhuǎn)速指令編碼過程中，每一位編碼的旋轉(zhuǎn)速度包括兩種狀態(tài)：高速度狀態(tài)和低速度狀態(tài)，其中，,的值可以為，并且，。其中高速度和低速度都在鉆柱的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)選擇，表示選擇速度相對高低的兩個狀態(tài)，不是一個絕對的值。并且，進(jìn)行編碼時選擇的高速度的個數(shù)可以是一個速度或多個速度，其中，選擇出的一個速度或多個速度為轉(zhuǎn)速編碼元素，轉(zhuǎn)速編碼元素的具體個數(shù)根據(jù)編碼方式的需要來確定，其中，表示鉆柱正向旋轉(zhuǎn)最大速度。

9、并且，對于鉆柱轉(zhuǎn)速指令編碼的協(xié)議報文中，協(xié)議報文包括但不限于：幀頭、報文指令、目標(biāo)設(shè)備標(biāo)識、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)、校驗、幀尾等內(nèi)容，同時，可以對協(xié)議報文內(nèi)容選擇性地自由組合，例如：當(dāng)鉆桿中只有一個井下隨鉆測量短接時，可以選擇幀頭、報文指令、幀尾組合成協(xié)議報文；當(dāng)鉆桿中有多個井下隨鉆測量短接時，可以選擇幀頭、報文指令、目標(biāo)設(shè)備地址、幀尾組合成報文協(xié)議；當(dāng)鉆桿中有多個井下隨鉆測量短接并需要傳輸更多數(shù)據(jù)時，可以選擇幀頭、報文指令、目標(biāo)設(shè)備標(biāo)識、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)、校驗、幀尾組合成協(xié)議報文；還可以根據(jù)需要自行添加協(xié)議報文內(nèi)容。

10、?因此，通過旋轉(zhuǎn)方向和多個旋轉(zhuǎn)速度的組合實現(xiàn)編碼，則地面人員發(fā)送的指令組合種類更多，數(shù)據(jù)的傳輸效率更高。

11、在一種優(yōu)選的設(shè)計中，井下隨鉆測量短接對接收到的鉆柱轉(zhuǎn)速指令編碼進(jìn)行預(yù)處理，其中，預(yù)處理的原理根據(jù)公式：

12、，

13、式中，為鉆柱的平均轉(zhuǎn)速；表示在具體轉(zhuǎn)速編碼值中采集到第個鉆柱轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)；為鉆柱轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)的個數(shù)；為鉆柱轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)的有效個數(shù)，；所述鉆柱轉(zhuǎn)速可以通過轉(zhuǎn)速傳感器直接獲取或者通過陀螺儀傳感器的角速度間接計算獲??；

14、在一種優(yōu)選的設(shè)計中，若通過轉(zhuǎn)速傳感器直接獲取鉆柱轉(zhuǎn)速，則可以通過處理器讀取轉(zhuǎn)速傳感器上的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)的輸出方式包括但不限于模擬輸出、數(shù)字脈沖輸出和總線協(xié)議輸出；

15、若通過所述陀螺儀傳感器的角速度間接計算獲取鉆柱轉(zhuǎn)速，則其中，所述計算的公式為：

16、，

17、式中，為鉆柱第個轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，單位：r/min；為陀螺儀傳感器的第個角速度；其中，為大于等于1的正整數(shù)；

18、其中，對井下隨鉆測量短接接收到的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，可以減少指令數(shù)據(jù)在傳輸過程中受到鉆桿的扭轉(zhuǎn)干擾、鉆桿的粘滑振動干擾以及鉆井液的阻力干擾。

19、在一種優(yōu)選的設(shè)計中，對預(yù)處理后的鉆柱轉(zhuǎn)速指令編碼進(jìn)行解碼，解碼后的指令存儲在控制系統(tǒng)的緩存區(qū)。通過設(shè)置緩存區(qū)，可以暫時保存指令數(shù)據(jù)，方便隨時調(diào)用，同時也節(jié)約了存儲器的存儲容量空間。

20、在一種優(yōu)選的設(shè)計中，識別對應(yīng)的工作狀態(tài)指令和工作方式指令，從緩存區(qū)讀取指令；識別出工作狀態(tài)指令和工作方式指令，包括：低功耗工作狀態(tài)指令、連續(xù)工作狀態(tài)指令、低頻采集方式指令、中頻采集方式指令、高頻采集方式指令；控制系統(tǒng)將解碼后的指令和控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)指令進(jìn)行對比匹配，若控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)指令匹配成功，則將指令存儲在控制系統(tǒng)的存儲器中。

21、在一種優(yōu)選的設(shè)計中，控制系統(tǒng)執(zhí)行對應(yīng)的工作狀態(tài)指令和工作方式指令，其中，執(zhí)行工作方式指令后，若控制系統(tǒng)在沒有接收到新的工作方式指令時，控制系統(tǒng)的工作方式將選擇存儲器中存儲的工作方式指令執(zhí)行；若控制系統(tǒng)在啟動后接收到新的工作方式指令，則控制系統(tǒng)將執(zhí)行新的工作方式指令。

22、在一種優(yōu)選的設(shè)計中，若控制系統(tǒng)處于低功耗工作狀態(tài)，則控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)只能通過中斷信號喚醒，喚醒后控制系統(tǒng)處于連續(xù)工作狀態(tài)。其中，控制系統(tǒng)處于低功耗工作狀態(tài)的時候，那么控制系統(tǒng)不會工作在進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，也就是控制系統(tǒng)不會執(zhí)行工作方式指令中低頻采集方式指令、中頻采集方式指令和高頻采集方式指令任意一種采集方式。這樣就能夠最大限度地節(jié)約電池的能量，延長了控制系統(tǒng)的續(xù)航時間。

23、可以理解的，若控制系統(tǒng)執(zhí)行任意一工作方式指令后，包括：低頻采集方式指令、中頻采集方式指令、高頻采集方式指令，則控制系統(tǒng)都將處于連續(xù)工作狀態(tài)。此時，控制系統(tǒng)處于連續(xù)工作狀態(tài)時，將通過傳感器采集角速度、加速度、溫度、壓力等井下工況參數(shù)值。通過三種不同的采集方式指令，控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制不同頻率的采樣方式，讓采樣的控制方式更加靈活。

24、第二方面，本技術(shù)提供了一種井下隨鉆測量短接的控制系統(tǒng)，井下隨鉆測量短接的控制系統(tǒng)包括：處理器、陀螺儀傳感器、加速度傳感器、流體壓力傳感器、存儲器、溫度傳感器、電源管理模塊。

25、處理器通過邏輯電路執(zhí)行代碼指令實現(xiàn)一種井下隨鉆測量短接的控制方法，包括執(zhí)行陀螺儀傳感器數(shù)據(jù)采集、加速度傳感器數(shù)據(jù)采集、流體壓力傳感器數(shù)據(jù)采集、溫度傳感器數(shù)據(jù)采集、存儲器的數(shù)據(jù)讀取及存儲。因此，處理器可以用于執(zhí)行上述井下隨鉆測量短接的控制方法的代碼指令。

26、陀螺儀傳感器用于采集鉆柱上x軸、y軸和z軸三個方向的角速度。

27、加速度傳感器用于采集鉆柱上x軸、y軸和z軸三個方向的加速度。

28、流體壓力傳感器用于采集泥漿壓力。

29、存儲器用于存儲控制系統(tǒng)的指令程序代碼以及存儲各個傳感器采集的數(shù)據(jù)，包括但不限于內(nèi)部存儲器和外部存儲器。

30、溫度傳感器包括流體溫度傳感器和板載溫度傳感器，流體溫度傳感器用于測量泥漿的溫度，板載溫度傳感器用于測電子倉中控制系統(tǒng)的控制板溫度。

31、電源管理模塊的輸入端接高溫電池，經(jīng)過電源管理模塊電路進(jìn)行對應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換后，并且，輸出端給控制系統(tǒng)電路提供對應(yīng)的電壓。

32、在一種優(yōu)選的設(shè)計中，處理器與控制系統(tǒng)其余各部分電性連接，連接的接口包括但不限于數(shù)字i/o接口、模擬i/o接口和總線協(xié)議接口，并且，陀螺儀傳感器可以是分體式的傳感器組合而成，也可以是集成式的傳感器；加速度傳感器可以是分體式的傳感器組合而成，也可以是集成式的傳感器。

33、本技術(shù)實施例一種井下隨鉆測量短接的控制方法，其具有的實質(zhì)性特點和進(jìn)步在于：地面發(fā)送的信號是鉆柱的轉(zhuǎn)速，傳輸?shù)慕橘|(zhì)是鉆柱，因此，該控制方法能夠適應(yīng)更加復(fù)雜的地質(zhì)條件鉆井、深井和超深井等；對鉆柱轉(zhuǎn)速編碼，抗干擾和噪聲能力強，便于數(shù)據(jù)的預(yù)處理，同時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性高；同時能夠控制井下隨鉆測量短接處于不同功耗工作狀態(tài)，可以滿足節(jié)約電池能量，延長井下隨鉆測量短接的控制系統(tǒng)的續(xù)航時間；通過地面遠(yuǎn)程控制井下隨鉆測量短接的工作方式，可以自主選擇任意不同頻率下的采集方式，并且，該方法能夠在復(fù)雜地層采集更多的井下工程參數(shù)，更加有利于優(yōu)化鉆井，提高鉆井效率。