CN103236845A - 一种随钻测井泥浆脉冲传输的数据压缩方法 - Google Patents

Abstract

一种随钻测井泥浆脉冲传输的数据压缩方法，包括以下步骤：步骤一、井下仪器采用的编码方法是PPM编码；步骤二、对井下仪器进行相应的测井参数及传输速率的配置；步骤三、测井仪器各个测量短节开始采集数据；步骤四、对后续采集到的数据，与第一组数据首先进行求差运算，用一个字节来存储差值；步骤五、如果差值溢出，则将溢出时采集到的这组数据作为第一组数据，依次循环；如果差值没有溢出，则把差值作为数据经PPM编码后发送到地面并依次循环；直至检测到关泵信号，则结束该阶段的数据采集与上传工作。本发明提高了井底信号的上传速率，从而进行地质导向和地层评价以提高现场钻井的决策能力。

Description

一种随钻测井泥浆脉冲传输的数据压缩方法

技术领域

本发明属于石油地质勘探技术，特别涉及一种随钻测井泥浆脉冲传输的数据压缩方法。

背景技术

随钻测井(Logging While Drilling，简称LWD)则是在石油钻井的同时不仅测量井斜角、方位角、工具面角等工程参数外，还测量电阻率、自然伽马、中子孔隙度、密度等常规测井中测量的地层岩石物理参数，并用数据遥测系统将测量结果实时送到地面进行处理，得到实时数据的一种测井方法。该技术要求测井仪器应能够安装在钻铤内较小的空间里，并能承受高温、高压和钻井时产生的强烈震动。随钻测井资料是在地层侵入之前或很浅时测量的，更客观地反映了地层特征。随钻测井能够实时确定井眼轨迹，进行地质导向和地层评价，提高了现场钻井决策能力。随钻测井还可进行时间推移测井，分析侵入随时间的变化，能得到区别油水层的信息。在非常规井中或在特殊地质环境（如膨胀粘土或高压地层）下，常规电缆测井困难或风险很大以至不能作业时，随钻测井就显示出相对于常规电缆测井的优势。

目前，国内通常采用基于泥浆正脉冲压力波的形式来实现井底压力信号的实时传输。采用泥浆作为信道传输速率通常只有1～2bps，但是随钻测井技术已经快速发展到随钻成像以实现地质导向的阶段，需要传输的参数越来越多，所谓的“实时”已经不是井底的实时工况了。因此，对井底数据进行压缩处理是提高传输速率的一个重要途径。

根据解压缩后数据与原始数据是否完全一致，数据压缩方法划分为两类：1.有损压缩法，是指使用压缩后的数据进行解压缩，解压之后的数据与原来的数据有所不同，但不会让人对原始资料表达的信息造成误解。2.无损压缩法，无损压缩是指使用压缩后的数据进行重构(或者叫做还原，解压缩)，且解压之后的数据与原来的数据完全相同。因此，为了准确获得井底工况，采用无损压缩法对泥浆脉冲压力波信号进行压缩编码。

中国专利申请201110162446.0公开了一种“随钻测井仪数据帧存储”的数据压缩存储方法，该方法针对测量参数的数目多，而空间狭小无法安装更多数量存储器的条件下，提出了对开、管泵信号进行帧存储，即不存储开关泵信号本身的数据，而采用计时器来计算开关泵次数并将其存储来节省井底数据存储空间的方法。该方法在国内第一次提出了随钻数据压缩的概念，但是只是针对其中的开关泵信号进行了帧存储，而并没有对其实测参数进行压缩处理。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种随钻测井泥浆脉冲传输的数据压缩方法，结合现有的泥浆脉冲信号传输系统，对实测参数进行无损压缩，减少数据的冗余同时提高泥浆脉冲的传输速率，不仅能使在井下仪器的内存在有限的存储空间里存储更多的测量参数，而且提高了井底信号的上传速率，使得地面工程师能够更加及时获得井下工况，从而进行地质导向和地层评价以提高现场钻井的决策能力。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种随钻测井泥浆脉冲传输的数据压缩方法，包括以下步骤：

步骤一、井下仪器采用的编码方法是PPM编码，即脉冲位置调制编码方法,数值是由连续脉冲的时间间隔确定的，除了同步字外，所有脉冲的宽度均一致；

步骤二、对井下仪器进行相应的测井参数及传输速率的配置，在地面联调中，根据井所处区块地质情况以及油田公司所需要的地质参数，确定所需测量的地质参数并通过连接线按照相应的协议将这些参数配置到井下仪器中；

步骤三、测井仪器各个测量短节开始采集数据，采用mwd技术，将采集到的第一组数据经过主控CPU完成脉冲调制编码（PulsePosition Modulation，简称PPM），从而产生相应的“1、0”信号，这些信号通过控制脉冲器的闭合、分离动作，形成泵压的升高，从而将井下数据实时上传至地面；

步骤四、首先把采集到的第一组数据作为基值并编码上传，然后把第二、三···n组值分别与基值进行求差运算，把差值传至地面，地面再进行相应的逆运算恢复出原始数据；

步骤五、如果差值溢出，则将溢出时采集到的这组数据作为第一组数据，依次循环；如果差值没有溢出，则把差值作为数据经PPM编码后发送到地面并依次循环；直至检测到关泵信号，则结束该阶段的数据采集与上传工作。

本发明基于PPM编码的随钻泥浆脉冲信号的编码技术，根据地层及钻井特性来实现脉冲信号的进一步压缩。由于地层的变化是缓慢变化以及钻井轨迹的圆滑，因此测量到的数据也是是缓慢变化的，即在相当长的时间内，数据变化量很小的。相较于原始数据，这个变化量要小得多，可以用一个字节来表达（字节最高位为正负位）。针对每种测量参数，分别进行一次原始值、后面是N次差值的方式传输数据；直到某个数据差值溢出时，此数据再次传送原始值，后续再传差值，以此循环，从而实现数据压缩的目的。

附图说明：

图1为PPM编码规则介绍示意图。

图2为PPM编码12位字示意图。

图3为基于差值运算的数据压缩传输流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理做详细叙述。

一种随钻测井泥浆脉冲传输的数据压缩方法，包括以下步骤：

步骤一、井下仪器采用的编码方法是PPM编码，即脉冲位置调制编码方法,数值是由连续脉冲的时间间隔确定的，除了同步字外，所有脉冲的宽度均一致；

参照图1，说明利用PPM编码后怎样从一个单脉冲上得到一个单独的16进制数：

ａ）脉冲位置是从前一个脉冲的后沿开始的，这也许是一个同步字的后沿，也可以是前面一个数据的后沿；

ｂ）从前面脉冲后沿开始有两个脉冲宽度的最小脉冲恢复时间；

ｃ）图上显示的脉冲时间是脉冲宽度为0.5秒的时间，如果脉冲宽度为1秒时，则脉冲时间要加倍；

ｄ）传送数据所用的时间随着要传送的数据而改变。

参照图2，图2为PPM编码12位字，这个图说明如何用3个脉冲构成一个12位字，不同位置的脉冲代表一个16进制数，数据按他们的有效位传送，既16²、16¹、16⁰。

例如：地面接收到的三个16进制脉冲数分别为4，12，3，按照有效位顺序依次接收4、12、3，然后按照如下公式把16进制数转换成10进制数。

10进制数＝（4×16²）+（12×16¹）+（3×16⁰）=1024＋192＋3＝1219，则井斜角＝（1219/2¹²）×180°＝53.6°

步骤二、对井下仪器进行相应的测井参数及传输速率的配置，在地面联调中，根据井所处区块地质情况以及油田公司所需要的地质参数，确定所需测量的地质参数并通过连接线按照相应的协议将这些参数配置到井下仪器中；

步骤三、测井仪器各个测量短节开始采集数据，采用mwd技术，将采集到的第一组数据经过主控CPU完成脉冲调制编码（PulsePosition Modulation，简称PPM），从而产生相应的“1、0”信号，这些信号通过控制脉冲器的闭合、分离动作，形成泵压的升高，从而将井下数据实时上传至地面；

步骤四、由于地层的变化是缓慢变化以及钻井轨迹的圆滑，因此测量到的数据也是是缓慢变化的，即在相当长的时间内，数据变化量很小的，相较于原始数据，这个变化量要小得多，用一个字节来表达，字节最高位为正负位，基于以上思想，首先把采集到的第一组数据作为基值并编码上传，然后把第二、三···n组值分别与基值进行求差运算，把差值传至地面，地面再进行相应的逆运算恢复出原始数据；

步骤五、如果差值溢出，则将溢出时采集到的这组数据作为第一组数据，依次循环；如果差值没有溢出，则把差值作为数据经PPM编码后发送到地面并依次循环；直至检测到关泵信号，则结束该阶段的数据采集与上传工作。

本发明用流程图表示详见图3：

步骤101：开始。在该步骤中，主要完成仪器的连接装配工作；

步骤102：初始化仪器，开泵。在仪器开始测井工作之前，应完成对仪器的初始化工作，即对仪器进行相应的测井参数及传输速率的配置，完成地面模拟测试工作。同时应在井口进行测试，测试通过，待仪器下到指定位置，开泵，进行测井工作；

步骤103：采集第一组数据。测井仪器各个测量短节开始采集数据，读出第一组采集到的数据并将其存储；

步骤104：数据上传。采集到的第一组数据经过主控CPU完成PPM编码，从而产生相应的“1、0”信号，这些信号通过控制脉冲器的闭合、分离动作，形成泵压的升高，从而将井下数据实时上传至地面；

步骤105：采集数据，与第一组数据求差。对后续采集到的数据，与第一组数据首先进行求差运算，用一个字节来存储差值；

步骤106：差值溢出。若差值溢出，则将溢出时采集到的这组数据作为第一组数据，依次循环；

步骤107：差值上传。若差值没有溢出，则把差值作为数据经PPM编码后发送到地面并依次循环；

步骤108：关泵。进行关泵信号信号检测，如没有检测到关泵信号，则继续数据的采集与上传；

步骤109：结束。如检测到关泵信号，则结束该阶段的数据采集与上传工作。

基于数据间差值的数据压缩算法已经在实际钻井现场得到试用。在XX井的现场试验中，对其中一段信号进行分析，在一段连续数据中，出现了两次全基值、一次单参量基值、上升差值与下降差值各占约一半，因此可以认为，本次统计数据基本代表了全井段的平均水平。该段数据经过PPM编码后的信号需用5538个单位时间，748个脉冲来实现通讯，而经过该方法压缩后，总共需用3562个单位时间、498个脉冲来实现通讯。通讯时间较压缩前降低了36%，所需脉冲数减少为原来所需脉冲数目的67%。因此在提高传输速率、降低通讯时间的同时由于脉冲器的动作减少从而延长了电池寿命，降低了仪器的使用成本，具有一定的推广价值。

Claims (1)

1.一种随钻测井泥浆脉冲传输的数据压缩方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、井下仪器采用的编码方法是PPM编码，即脉冲位置调制编码方法,数值是由连续脉冲的时间间隔确定的，除了同步字外，所有脉冲的宽度均一致；

步骤二、对井下仪器进行相应的测井参数及传输速率的配置，在地面联调中，根据井所处区块地质情况以及油田公司所需要的地质参数，确定所需测量的地质参数并通过连接线按照相应的协议将这些参数配置到井下仪器中；

步骤三、测井仪器各个测量短节开始采集数据，采用mwd技术，将采集到的第一组数据经过主控CPU完成脉冲调制编码（PulsePosition Modulation，简称PPM），从而产生相应的“1、0”信号，这些信号通过控制脉冲器的闭合、分离动作，形成泵压的升高，从而将井下数据实时上传至地面；

步骤四、对后续采集到的数据，与第一组数据首先进行求差运算，用一个字节来存储差值：即对采集到的测量数据，首先存储第一组值作为基值并传输，然后把第二、三···n组值分别与基值进行求差运算；

步骤五、如果差值溢出，则将溢出时采集到的这组数据作为第一组数据，依次循环；如果差值没有溢出，则把差值作为数据经PPM编码后发送到地面并依次循环；直至检测到关泵信号，则结束该阶段的数据采集与上传工作。

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