[发明专利]通信应用程序

说明书

发明背景

钻机操作员通常在钻井操作期间采用随钻测量(MWD)和随钻测井(LWD)钻具和服务的使用来测量和/或记录钻孔和/或包围钻孔的岩层内的各种状况。MWD/LWD钻具利用多种传感器以采样并汇集数字值以在钻井操作期间实时发射到地面。发射方案和信道介质可以不同。例如，其可以包括通过水和钻井泥浆进行的泥浆脉冲遥测技术(MPT)、通过岩层进行的电磁遥测技术(EMT)和经由钻柱进行的声波遥测技术(AT)。每一方案通常采用某种形式的调制(例如脉冲位置调制(PPM)、正交分频多路复用(OFDM)和直接序列展频(DSSS))以增加通过相关介质进行的通信的可靠性。

因为给定通信信道的信噪比(SNR)通常取决于岩层特性和钻头深度，所以调制方案的最有用配置(例如每个子载波位数、纠错率等等)可以经常改变。当此发生时，井下发射器从地面设备接收新的配置信息，使得可改变其操作模式。因为岩层内的通信带宽极低，所以希望最小化发送到发射器的配置信息量。

附图简述

图1说明根据本发明的各个实施方案的发射器和接收器处的扰频器变换的实例。

图2说明根据本发明的各个实施方案的连接固定长度数据包与SEED和POLY值的位流格式。

图3到图4说明根据本发明的各个实施方案的发射器和接收器的方框图。

图5是根据本发明的各个实施方案的设备和系统的方框图。

图6是说明根据本发明的各个实施方案的几种方法的流程图。

图7说明本发明的钢索系统实施方案。

图8说明本发明的钻机系统实施方案。

图9是根据本发明的各个实施方案的制品的方框图。

具体实施方式

介绍

如先前提及，钻机操作员通常在钻井操作期间采用MWD和LWD钻具和服务来测量和/或记录钻孔和/或包围钻孔的岩层内的各种状况。MWD/LWD钻具利用多种传感器以采样并汇集数字值以在钻井操作期间实时发射到地面。发射方案和信道介质可以不同。所使用的方法之一是通过岩层进行的EMT。为了增加通过此介质进行的通信的可靠性，可以使用不同形式的调制。

因此，各种调制技术(一些技术使用多个子载波)可用来通常使用岩层本身作为通信信道来将数据编码为信号。OFDM是用来获得高可靠性和高数据速率两者的调制方案之一。在OFDM中，每一子载波可在发射到地面之前被加载不同位群集。

OFDM因此使用多个子载波以发射数据，所述数据可能在调制之前被扰频。所述数据在每一子载波上被编码为相位和振幅且使用符元发射。对于每一符元，在每一子载波上发射新的相位和振幅。一般来说，可被加载到每一子载波上的位数取决于子载波SNR。当操作OFDM调制解调器时，其有用于选择每一信道的配置，包括纠错率，所述纠错率提供最佳总比特率同时使误差概率保持低于固定量。还可改变被分配给每一子载波的功率。

用来寻找最有用配置的任何程序应有效，使得发射将不会过度延迟。此外，配置信息应尽可能紧凑以充分利用可用带宽。为了解决一些此类挑战以及其它挑战，本文中描述用于确定群集配置和纠错率的设备、系统和方法，所述纠错率最大化固定总功率预算内的总比特率-同时尽可能多地减少用来传达配置信息(本文中指定为“配置描述”)的位数。关于发生在经由固有“慢”通信信道连接的位置(诸如由用作通信信道的地质岩层耦合的井下总成(BHA)和地面)之间的OFDM通信的此后一考虑是极有用的。

搜索算法的一些特征包括三个参数的考虑：应使用哪个子载波、使用每一子载波上的哪一个群集和使用哪一个纠错率。所述算法尝试以对总通信比特率的最小影响减小配置描述的大小。为了此文档目的，“配置描述”意指定义至少以下项的位集合：子载波数量、每个子载波位数和纠错率。

在一些实施方案中，描述一种经由有限反馈使用原位OFDM传讯优化EMT服务的方法。更具体地说，所述方法可操作来选择和配置OFDM调制编码方案(MCS)。配置选择是有用的，因为其允许更有效地使用可用功率和带宽(由通信信道(例如岩层)规定)以最大化受误差约束和有限功率约束的信息数据速率。换句话来说，过度积极地相对于数据速率配置的发射器将会在通信链路的接收端造成许多误差。另一方面，过度保守配置的发射器将会使用过多功率和/或对于可用带宽来说低效，从而造成信息发射慢于其它可能的情况。