Способ приема информации при скважинной телеметрии (варианты)

Изобретение относится к области передачи информации в полупроводниковых средах и может быть использовано при скважинной телеметрии по электрическому беспроводному каналу связи. Заявлен способ приема информации при скважинной телеметрии. Предварительно в зоне приема информации определяют примерное число помех, подлежащих подавлению, проводят одновременно измерение уровней суммарного сигнала в N точках в окрестности скважины, где N больше числа помех, подлежащих подавлению, формируя таким образом один многокомпонентный замер (МКЗ). Затем повторяют процесс формирования МКЗ с частотой, не меньшей удвоенной максимальной частоты спектра суммарного сигнала, и накапливают сформированные МКЗ в количестве, определяемом оператором. Используют накопленные МКЗ как исходные данные для вычисления коэффициентов адаптивного сумматора. Продолжают процесс измерения, формируя из каждого последующего МКЗ с использованием коэффициентов адаптивного сумматора один отсчет полезного сигнала. При недостаточном уровне подавления помех повторяют всю последовательность действий, изменив при необходимости число и/или расположение точек приема сигнала, критерий аппроксимации и т.п. Вариант способа отличается числом точек приема сигнала и способом формирования МКЗ. Число точек приема сигнала уменьшают до 1-3, а необходимое число отсчетов для каждого МКЗ набирают путем искусственного изменения электрического сопротивления в зоне расположения точек приема сигнала. Технический результат: повышение помехоустойчивости приема информации. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемое решение относится к системам каротажа в процессе бурения электромагнитным каналом связи и используется преимущественно при бурении горизонтальных и наклоннонаправленных скважин.

Известен способ распознавания принятой на поверхности скважинной информации путем полосовой фильтрации (пат. США 4885722, G 01 V 1/40), либо путем сравнения с эталонными сигналами и вычисления вероятности правильного распознавания сигналов (пат. США 5955966, G 01 V 3/00). Способ уменьшения шума в телеметрической системе (пат. США 4986682, G 01 V 1/00) предполагает определение на поверхности уровня помех с помощью датчика шума и сигнального датчика в отсутствие информационного сигнала с забоя скважины и использование измеренных данных для компенсации шумовой составляющей на выходе системы при измерении информационного сигнала.

Известен способ приема информации в условиях значительного уровня помех на скважине, предлагающий использовать несколько точек приема сигналов, расположенных в окрестности скважины, и компенсировать помехи на выходе системы (Молчанов А.А. Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин. - М.: Недра, 1983 - С.85, рис.46 - прототип).

Все известные способы приема информации при скважинной телеметрии не обеспечивают необходимого уровня устойчивого выделения полезного сигнала и, как следствие, устойчивого приема информации с больших глубин скважины, когда уровень сигнала значительно слабеет.

Цель предлагаемого изобретения - повышение помехоустойчивости приема информации и, как следствие, повышение дальности действия канала связи.

Предлагаемый способ приема информации при скважинной телеметрии по электрическому беспроводному каналу связи в условиях действия поверхностных помех заключается в приеме сигнала в нескольких точках в окрестности скважины и компенсации помех на выходе системы. Предварительно, по возможности более точно, определяют число помех, подлежащих подавлению, проводят одновременное измерение уровней сигнала в N точках в окрестности скважины, где N больше числа помех, подлежащих подавлению, формируя таким образом один многокомпонентный замер (МКЗ). Затем повторяют процесс формирования МКЗ с частотой, не меньшей удвоенной максимальной частоты спектра принимаемого сигнала, и накапливают сформированные МКЗ в количестве, определяемом оператором. Используют накопленные МКЗ как исходные данные вычислительного процесса, заключающегося в представлении каждого МКЗ точкой в многомерном пространстве и вычислении по критерию минимального средне-квадратичного отклонения или иному критерию аппроксимации, установленному оператором, коэффициентов адаптивного сумматора как компонентов многомерного вектора-нормали к гиперплоскости, наилучшим образом аппроксимирующей весь набор многомерных точек. Продолжают процесс измерения, формируя из каждого последующего МКЗ с использованием коэффициентов адаптивного сумматора один отсчет полезного сигнала. При недостаточном уровне подавления помех повторяют всю последовательность действий, изменив при необходимости любой из параметров, необходимых для расчета коэффициентов адаптивного сумматора, например, число и/или расположение точек приема сигнала, критерий аппроксимации и т.п.

Способ приема информации при скважинной телеметрии (вариант) отличается от предыдущего варианта числом точек приема сигнала и способом формирования МКЗ. Предложено уменьшить число точек приема сигнала до 1-3, что намного удобнее в аппаратурном исполнении и эксплуатации, а необходимое число отсчетов для каждого МКЗ набирать путем искусственного изменения электрического сопротивления в зоне расположения точек приема сигнала, измерение уровней сигнала производить при разных значениях этого сопротивления. При повторении формирования МКЗ отсчеты сигнала производить при тех же значениях электрических сопротивлений и с той же частотой, что при первом МКЗ. Остальной процесс измерения и обработки сигналов происходит аналогично первому варианту.

На фиг.1 изображена схема устройства, реализующего способ по п.1. Приемные электроды 1...1, выполняющие роль точек приема сигнала, помещают вокруг скважины и соединяют с блоком формирования выборок 2, соединенным, в свою очередь, через переключатель 3 с адаптивным сумматором 4 и с буфером фоновых замеров 5, связанным с вычислительным устройством 6, второй вход которого связан также с адаптивным сумматором 4.

На фиг.2 приведена схема устройства, реализующего способ по п.2 формулы с одним приемным электродом 1 и блоком управляемых сопротивлений 7, соединенным с приемным электродом 1 и блоком формирования выборок 2. Дальнейшая часть устройства совпадает с устройством по фиг.1.

На фиг.3 приведена схема включения трех приемных электродов 1 и трех блоков управляемых сопротивлений 7, блоки управляемых сопротивлений 7 размещены между электродами 1, соединенными между собой по принципу треугольника.

Осуществление способа базируется на том, что источники помех и полезного сигнала, располагаются в разных точках объема полупроводящей среды, следовательно, векторы плотности тока на поверхности будут, в общем случае, отличаться по направлению и величине из-за неодинаковости сопротивления поверхности, значит потенциалы между электродами, установленными на поверхности, будут иметь разную величину. При начале работы размещают в окрестностях скважины приемные электроды 1...1 в количестве, превышающем количество помех, подлежащих подавлению, хотя бы на единицу. По команде блока формирования выборок 2 производят одновременное измерение уровня сигналов на приемных электродах 1...1, формируя таким образом один многокомпонентный замер (МКЗ), и повторяют измерения с частотой, не меньшей удвоенной частоты спектра суммарного сигнала, накапливают сформированные МКЗ в буфере фоновых замеров 5, в количестве, определяемом оператором или автоматически. Оно должно превышать число помех, подлежащих подавлению, примерно в 10-20 раз. Таким образом, накапливают достаточное количество отсчетов суммарного сигнала, репрезентативно-описывающих поведение суммарного сигнала в пространстве и времени, накопленные данные поступают в вычислительное устройство 6 и подвергаются адаптивной обработке для вычисления коэффициентов адаптивного сумматора 4. Каждый МКЗ представляется при этом точкой в многомерном пространстве с координатами, зависящими от величины конкретной помехи или полезного сигнала на данном электроде (точке отсчета). Если реальное число помех больше, чем предположено в начале процесса измерения, то составляющие суммарного сигнала, вносящие меньшее искажение, учитываться не будут. Обработка идет по критерию минимального средне-квадратичного отклонения или иному критерию аппроксимации, установленному оператором, коэффициенты адаптивного сумматора 4 представлены при этом в качестве компонентов многомерного вектора-нормали к гиперплоскости, обеспечивающей минимальное значение отслеживаемых помех. Остальные параметры последовательности МКЗ (частота и их количество), также выбираемые в зависимости от обрабатываемого суммарного сигнала, обеспечивают достоверное отслеживание поведения принимаемого сигнала за определенный период, отвечающий условию эргодичности принимаемого сигнала. Каждый МКЗ представляют как точку в многомерном пространстве (мерность пространства соответствует числу компонент замера). Через набор точек, соответствующих замерам, накопленным в буфере фоновых замеров 2, проводят гиперплоскость. При этом расчет параметров гиперплоскости производят с условием минимизации среднеквадратичного отклонения гиперплоскости от опорного набора точек. Координаты вектора нормали к этой гиперплоскости являются искомыми коэффициентами адаптивного сумматора 4.

После накопления необходимого числа МКЗ в буфере фоновых замеров 5 и вычисления вычислительным устройством 6 коэффициентов адаптивного сумматора 4 с помощью переключателя 3 переключают блок формирования выборок 2 на вход адаптивного сумматора 4, начиная режим измерений, и повторяют процесс формирования МКЗ, формируя из каждого последующего МКЗ с использованием коэффициентов адаптивного сумматора 4 один отсчет полезного сигнала. При недостаточном качестве полученного полезного сигнала повторяют процесс формирования МКЗ, изменив при необходимости любой из параметров формирования МКЗ и обеспечив тем самым изменение оценки помеховой обстановки в зоне приема полезного сигнала.

Рассмотренный выше вариант приема информации при скважинной телеметрии по беспроводному электрическому каналу связи не всегда удобен, особенно при большом количестве подавляемых помех или в условиях Западной Сибири, где мало свободной земли, пригодной для установки приемных электродов.

Предложен другой вариант, по которому при измерении устанавливают число электродов, заведомо меньшее числа подавляемых помех, минимально можно обойтись одним, а необходимое число отсчетов для формирования МКЗ, т.е. отслеживания поведения суммарного сигнала в пространстве и времени, предложено набирать путем включения в приемную сеть электродов 1 блоков управляемых сопротивлений 7. При изменении этих сопротивлений изменяется взаимное соотношение уровней помех и сигнала, и тем самым отсчеты будут эквивалентны снимаемым с отдельных электродов, как в первом варианте. Примеры такого выполнения приведены на фиг.2-е одним электродом 1, на фиг.3-е тремя электродами, причем при любом количестве электродов блоки управляемых сопротивлений 7 могут располагаться как между приемными электродами 1 и общей шиной, так и между приемными электродами (когда число электродов больше одного), что в любом случае приводит к изменению потенциалов на приемных электродах 1 при изменении сопротивления на блоке управляемых сопротивлений 7. Изменяя сопротивление произвольно или по определенному закону, например линейно, синусоидально или каким-либо другим способом, производят формирование МКЗ, набирая необходимое число отсчетов (число помех+1) через определенные промежутки времени, и повторяют процесс формирования МКЗ при тех же значениях сопротивления на блоке управляемых сопротивлений 7 и через те же временные промежутки, что и в начале процесса. Синхронизация процесса изменения сопротивлений на блоке управляемых сопротивлений 7 и отсчетов суммарного сигнала осуществляется либо автоматически, либо оператором. Остальной процесс расчета коэффициентов адаптивного сумматора 4 и измерения основного сигнала идет аналогично первому варианту. При увеличении числа электродов до двух и более увеличивается взаимное соотношение уровней принимаемых сигналов, что упрощает обработку и требует меньшей разрядности буфера фоновых замеров 5 и вычислительного устройства 6.

1. Способ приема информации при скважинной телеметрии по электрическому беспроводному каналу связи в условиях действия поверхностных помех, включающий прием сигнала в нескольких точках в окрестности скважины и компенсацию помех на выходе системы, отличающийся тем, что предварительно определяют число помех, подлежащих подавлению, проводят одновременное измерение уровней сигнала в N точках в окрестности скважины, где N больше числа помех, подлежащих подавлению, формируя таким образом один многокомпонентный замер (МКЗ), повторяют процесс формирования МКЗ с частотой, не меньшей удвоенной максимальной частоты спектра принимаемого сигнала, накапливают сформированные МКЗ в количестве, определяемом оператором, используют накопленные МКЗ как исходные данные вычислительного процесса, заключающегося в представлении каждого МКЗ точкой в многомерном пространстве и вычислении по критерию минимального среднеквадратичного отклонения или иному критерию аппроксимации, установленному оператором, коэффициентов адаптивного сумматора как компонентов многомерного вектора-нормали к гиперплоскости, наилучшим образом аппроксимирующей весь набор многомерных точек, и продолжают процесс измерения, формируя из каждого последующего МКЗ с использованием коэффициентов адаптивного сумматора один отсчет полезного сигнала, при недостаточном уровне подавления помех повторяют всю последовательность действий, изменив при необходимости любой из критериев расчета коэффициентов адаптивного сумматора.

2. Способ приема информации при скважинной телеметрии по электрическому беспроводному каналу связи в условиях действия поверхностных помех, включающий прием сигнала в нескольких точках в окрестности скважины и компенсацию помех на выходе системы, отличающийся тем, что прием сигнала производят путем накопления многокомпонентных замеров (МКЗ), для формирования каждого МКЗ искусственно изменяют электрическое сопротивление в зоне расположения точек приема сигнала, при разных значениях электрического сопротивления производят измерение уровней сигнала таким образом, чтобы число отсчетов в каждом МКЗ превышало предполагаемое число подавляемых помех, и повторяют процесс формирования МКЗ с частотой, не меньшей удвоенной максимальной частоты спектра принимаемого сигнала, причем отсчеты сигнала производят при тех же значениях электрических сопротивлений и с той же частотой, что при первом МКЗ, накапливают сформированные МКЗ в количестве, определяемом оператором, используют накопленные МКЗ как исходные данные вычислительного процесса, заключающегося в представлении каждого МКЗ точкой в многомерном пространстве и вычислении по критерию минимального среднеквадратичного отклонения или иному критерию аппроксимации, установленному оператором, коэффициентов адаптивного сумматора как компонентов многомерного вектора-нормали к гиперплоскости, наилучшим образом аппроксимирующей весь набор многомерных точек, продолжают процесс измерения, формируя из каждого последующего МКЗ с использованием коэффициентов адаптивного сумматора один отсчет полезного сигнала, при недостаточном уровне подавления помех повторяют всю последовательность действий, изменив при необходимости любой из критериев расчета коэффициентов адаптивного сумматора.