基于以同轴电缆作为发送介质的信号衰减实时表征的井下智能通讯系统的制作方法
【专利说明】
[0001]技术领域和
【背景技术】
[0002]石油储备的热力学和地质物理学参数的井下测量是越来越深入且热门的，其在石油储备中是进行适当提炼的一个重要因素。这些参数的测量是使用经特殊设计以承受在不利环境中应用的使用工具来执行的。由这些工具提供的一些重要的参数是温度、压力、流速和震动等。这些参数的记录用于表征储量，因为这些工具都直接与地层接触。
[0003]油井的深度逐渐加深，如今在有些情况下其超过7000米。因此，在这些深度处，可存在高温高压的环境。温度可以超过200°C而压力可以超过20，000psi。可以认为高温是高于150°C而高压是高于10 OOOpsi。
[0004]石油储量的表征的测量和记录带动了具有专业的电子设备和创新的通信系统的测量工具的设计和实施。通信系统的挑战，包括噪声干扰，电缆衰减和无源电子元件的热漂移等，在这些恶劣环境中会导致获得很差的信噪比(SNR)。
[0005]实践的状态是由使用线缆连接进行通信和电力发送的技术集成的。各种通信技术已被说明，例如:
[0006]专利US 4107644描述了一种井下测量信息的数字传输系统和方法；通过线缆传输的数字信号在基带上(没有调制)通过同步系统的相位编码执行。然而，这里介绍的智能通信系统没有用于以同轴电缆作为连接介质的双向通信系统的衰减响应的实时表征、调整发送和接收频率以保持通信具有最大信噪比、以及与参照衰减响应进行比较的电子电路或方法。
[0007]专利US 4355310描述了一个用于井下数据采集的通信系统系统，其使用通用互联和寻址的双向通信，基于寻址识别设备发出的控制指示。
[0008]然而，不同于本申请的智能通信系统，该专利没有公开用于以同轴电缆作为连接介质的双向通信系统的衰减响应的实时表征、调整发送和接收频率以保持通信具有最大信噪比、以及与参照衰减响应进行比较的电子电路或方法。
[0009]专利US 4415895描述数据发送传输系统，其通过PCM脉冲编码调制进行双向发送-接收。然而，该专利并未考虑到用于以同轴电缆作为连接介质的双向通信系统的衰减响应的实时表征、调整发送和接收频率以保持通信具有最大信噪比、以及与参照衰减响应进行比较的电子电路或方法。
[0010]专利US 5838727描述了一个在通信道上发送和接收数字数据的设备和方法。它包含用于发送和接收调幅和QAM调相相结合的方法和设备。然而，该专利并未考虑用于以同轴电缆作为连接介质的双向通信系统的衰减响应的实时表征、调整发送和接收频率以保持通信具有最大信噪比、以及与参照衰减响应进行比较的电子电路或方法。
[0011]专利US 2010/0052940以大于400kHz频率的切换电力线通信，并以低频率发送通信信号，使切换电力发送不干扰通信。然而，不同于本申请的智能通信系统，该专利没有公开用于以同轴电缆作为连接介质的双向通信系统的衰减响应的实时表征、调整发送和接收频率以保持通信具有最大信噪比、以及与参照衰减响应进行比较的电子电路或方法。
[0012]上述专利并未考虑到使用同轴电缆作为连接介质的通信用的合适的双向发送接收通信设备，其具有一发送器，所述发送器可基于数据发送用通信链路的实时频率响应和用于数据传输的信噪比评估的实时频率响应对操作波段进行自动调整；使用可调耦合滤波设备以发送和接收波段；一个控制模块，所述控制模块能够测量发送、接收中的衰减响应以确定工作频率；以及一个智能接收器，所述智能接收器具有工作波段自动调整功能，最适用于数据发送、接收中的调制技术。
[0013]此外，上述专利未提供用于以同轴电缆作为连接介质的双向通信系统的衰减响应的实时表征方法，该方法包括:测试具有已知的宽谱频段的音频或时域窄脉冲信号来表征覆盖发送和接收波段的所关注波段的扫频信号的生成、处理和测量所接收的信号、与参照响应进行比较、调整发送和接收频率以保持通信具有最大信噪比。
【发明内容】
[0014]本发明的目的是提供一基于受通信介质中温度变化的影响而产生的通信链路的信号衰减的表征的井下实时智能通信系统，所述通信系统包含一个作为连接介质的同轴电缆，以及用于执行发送、接收的功能的电子模块。
[0015]以同轴电缆作为连接介质的双向通信系统的衰减响应的实时表征方法，包含:测量通信链路实施频率响应和评估数据传输的信噪比；可调耦合滤波设备发送、接收频带的使用；一个控制模块，所述控制模块能够测量发送、接收中的衰减响应并确定工作频率；以及一个智能接收器，所述智能接收器具有工作波段自动调整功能，最适用于数据发送、接收中的调制技术。
[0016]此外，本发明的目的还在于提供一种所述方法的发展和电子电路的实现，以应用于执行发送和接收功能的单芯线缆和电子模块引起的信号衰减的特性的井下实时智能通
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【附图说明】
[0017]图1是一个测量油井中温度和压力用的整个系统的图，其中11是移动单元，13是电缆，16是测量装置，17是牵引设备，18是井下，12是旋转线轴，14是机械吊臂以及15是井口。
[0018]图2是温度和压力测量系统的放大图，其中11是移动单元，100是电脑，50是采集和控制模块，40是PLC (电力线通信)发送器模块，30是PLC接收器，20是电源，16是测量模块，66是感应模块，90是处理单元，70是发送器，60是接收器，80是电源、17是牵弓I丰旲块O
[0019]图3是示出智能通信系统的功能框图，其中11是一个地面测量模块，16是一个矿井测量系统，17是牵引设备，13是同轴电缆，20是高压电源，22是动力线源，80是井下高压降低源以及88是一个井下高压和大功率降低源，30是PLC接收器，40是PLC发送器模块，50是采集和控制模块，100是电脑，21、31和41滤波模块，110是存储模块，90是处理单元，66是感应模块，61、71和81年是滤波模块，60是接收器，70是发送器以及125是RS-485收发器模块。
[0020]图4锁定捕获频率响应，其中FeA是从地面到井下的发送载波信号的中心频率，Bff A是此类信号的带宽。实线表示滤波器在20°C的频率响应而虚线表示滤波器在200°C的频率响应。I轴表示分贝的幅值而X轴以赫兹显示频率。
[0021]图5表示发送、接收中带阻滤波器的频率响应。其中Fe A是从地面到井下的发送载波信号的中心频率，BW A是此类信号的带宽，Fe B从井下到地面的发送载波信号的中心频率，BW B是此类信号的带宽。实线表示滤波器在20°C的频率响应而虚线表示滤波器在2000C的频率响应。y轴表示分贝的幅值而X轴以赫兹显示频率。
[0022]图6是发送、接收中耦合滤波器的频率响应的过度曝光，以及滤波模块中包含的高通滤波器的频率响应。
[0023]图7是智能通信方法的流程图。
[0024]图8是时域测试信号的例子。
[0025]图9是频域测试信号响应的例子。
[0026]图10显示井下控制处理模块。其中，90是井下控制处理模块，340是PLC接收数字模块，330是PLC发送数字模块，350是存储数字模块，300是核心处理数字模块，320是测量数字模块以及310是UART收发器数字模块。
[0027]图11显示PLC接收数字模块。其中340是PLC接收数字模块，400是一个模拟数字转换器(ADC)，410是数字滤波模块，420是解调模块，430是一个数据链路和信息检测模块。
[0028]图12示出PLC发送数字模块。其中330是PLC发送数字模块，500是信息构建和分段模块以及520是信号合成器模块。
[0029]图13示出采集和控制模块。其中50是采集和控制模块，650是