ПРОГРАММНЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
SOFTWARE APPLICATIONS FOR DATA TRANSMISSION

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] Для измерения и/или каротажа различных характеристик буровой скважины и/или породных формаций, окружающих скважину, операторы буровых установок часто применяют средства для проведения измерений во время бурения (MWD) и каротажа во время бурения (LWD), а также вспомогательные устройства для проведения буровых работ. Совместно с MWD/LWD средствами для передачи данных на поверхность в процессе бурения в реальном времени применяют широкий спектр датчиков для выборки и агрегирования цифровых величин. Схема передачи и передающая среда канала могут быть различными. Например, они могут включать телеметрию по гидроимпульсному каналу связи (MPT) с помощью воды и бурового раствора, электромагнитную телеметрию (ЕМТ) через породные формации и акустическую телеметрию (AT) через бурильную колонну. Для повышения надежности передачи данных через соответствующую среду в каждой из схем, как правило, применяют различные формы модуляции (например, фазоимпульсную модуляцию (РРМ), мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) и широкополосную модуляцию с прямым расширением спектра (DSSS)).
[0002] Поскольку отношение сигнал/шум (SNR) для данного канала связи часто зависит от характеристик формации и глубины бурения скважины, могут часто меняться наиболее применимые параметры схемы модуляции (например, количество битов на поднесущую, скорость кода и др.). Когда это происходит, скважинный передатчик принимает новую конфигурационную информацию от оборудования на поверхности для изменения режима работы оборудования. Поскольку канал связи в формации имеет очень низкую пропускную способность, желательно минимизировать количество отправляемой передатчику информации о конфигурации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0003] На Фиг. 1 проиллюстрированы примеры скремблерных преобразований в передатчике и приемнике в соответствии с разными вариантами реализации изобретения.
[0004] На Фиг. 2 проиллюстрирован формат битовой последовательности, в которой объединены пакеты фиксированной длины со значениями SEED и POLY в соответствии с разными вариантами реализации изобретения.
[0005] На Фиг. 3-4 проиллюстрированы блок-схемы передатчиков и приемников в соответствии с разными вариантами реализации изобретения.
[0006] На Фиг. 5 представлена блок-схема устройства и системы в соответствии с разными вариантами реализации изобретения.
[0007] На Фиг. 6 представлена блок-схема, поясняющая некоторые способы в соответствии с разными вариантами реализации изобретения.
[0008] На Фиг. 7 проиллюстрирован вариант реализации системы с каротажным кабелем.
[0009] На Фиг. 8 проиллюстрирован вариант реализации системы буровой установки.
[0010] На Фиг. 9 представлена блок-схема изделия в соответствии с разными вариантами реализации изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
[0011] Как было описано выше, для измерения и/или каротажа различных характеристик буровой скважины и/или породных формаций, окружающих скважину, операторы буровых установок часто применяют средства для измерения во время бурения (MWD) и каротажа во время бурения (LWD), а также вспомогательные устройства для проведения буровых работ. Совместно с MWD/LWD средствами для передачи данных на поверхность в процессе бурения в реальном времени применяют широкий спектр датчиков для выборки и объединения цифровых величин. Схема передачи и передающая среда канала могут быть различными. Одним из применяемых способов является электромагнитная телеметрия (EMT) через породные формации. Для повышения надежности передачи данных через эту среду могут применять различные формы модуляции.
[0012] Таким образом, для кодирования данных в сигнал могут применять различные способы модуляции, некоторые с применением нескольких поднесущих, при этом формацию, как правило, используют в качестве канала связи. OFDM является одной из схем модуляции, благодаря которой достигают высокой надежности и высокой скорости передачи данных. В случае применения OFDM, перед передачей на поверхность каждая поднесущая может загружаться с различной комбинацией битов.
[0013] Таким образом, для передачи данных при OFDM применяют несколько поднесущих, которые могут скремблировать перед процессом модуляции. Данные, такие как фаза и амплитуда, кодируют на каждой поднесущей, и передают с помощью символов. Новая фаза и амплитуда для каждого символа передается на каждой поднесущей. Как правило, количество бит, которые могут передаваться на каждой поднесущей, зависит от отношения сигнал/шум для данной поднесущей. При применении OFDM модема целесообразно выбрать конфигурацию каждого канала, включая скорость кода, при которой обеспечивается максимальная скорость передачи данных, причем вероятность ошибки сохраняется ниже фиксированного значения. Также могут изменять мощность, выделенную для каждой поднесущей.
[0014] Во избежание чрезмерной задержки передачи, любой процесс, применяемый для выбора наиболее подходящей конфигурации, должен быть эффективным. Кроме того, с целью максимального применения доступной полосы пропускания информация о конфигурации должна быть компактной, насколько это возможно. Устройства, системы и способы, описанные в данной заявке, приводятся с целью устранения данных недостатков, а также для определения конфигурации комбинации и скорости кода, при которой обеспечивают максимальную суммарную скорость передачи данных в пределах фиксированного общего бюджета мощности, при этом максимально уменьшается число битов, применяемых для передачи информации о конфигурации (в данной заявке именуется как “описание конфигурации”). Этот последний фактор является весьма полезным применительно к OFDM передачам данных, которые реализуют между точками, соединенными посредством, по сути, “медленного” канала передачи данных, например, нижней частью бурильной колонны (ВНА) и поверхностью, которые соединены посредством геологической формации, используемой в качестве канала передачи данных.
[0015] Некоторые особенности алгоритма поиска включают рассмотрение трех параметров: какие поднесущие следует применять, какие сигнальные созвездия следует применять на каждой поднесущей и какую скорость кода следует применять. С помощью алгоритма размер описания конфигурации уменьшают таким образом, чтобы влияние на общую скорость передачи данных было минимальным. Применительно к данной заявке “описание конфигурации” означает набор битов, определяющий по меньшей мере: число поднесущих, число бит на поднесущую и скорость кода.
[0016] В некоторых вариантах реализации изобретения описан способ оптимизации сервиса ЕМТ с помощью OFDM сигнализации в условиях пласта с помощью ограничения объема данных обратной связи. В частности, с помощью данного способа можно выбрать и настроить кодовую схему OFDM модуляции (MSC). Выбор конфигурации является полезным, поскольку позволяет более эффективно применять имеющуюся мощность и пропускную способность (обусловленную каналом связи, например, породными формациями) с целью максимального увеличения информационной скорости передачи данных, с учетом требований ограничения количества ошибок и мощности. Другими словами, применение передатчика, в котором к скорости передачи данных предъявляются высокие требования, приведет к увеличению количества ошибок на приемном конце канала передачи данных. С другой стороны, при применении передатчика, в котором к скорости передачи данных не предъявляются высокие требования, обнаруживают слишком высокую потребляемую мощность и/или не эффективное применение доступной полосы пропускания, что приводит к передаче информации с меньшей, чем это возможно, скоростью передачи данных.
[0017] В случае применения OFDM в системах ЕМТ требуется определить следующее: распределение/доступность поднесущих, распределение мощности, распределение битов, скорости кода при кодировании с коррекцией ошибок (ECC)/скорости кода при кодировании с прямой коррекцией ошибок (FEC) (т.е. отношение информационной скорости к общей скорости передачи данных, включая информационные биты и биты четности) и, при наличии, размещение ошибок. В механизме, описанном в данной заявке, применяют измерение отношения сигнал/шум (SNR) на входе приемника с целью определения конфигурации для оптимального применения спектра и мощности либо на поверхности, либо в условиях пласта, при условии, что характеристики мощности передатчика известны заранее. Из-за того, что мощность шумов и отклик канала передачи данных могут быть неоднородными для всех поднесущих OFDM системы, важно знать, какие применяют несущие и сколько битов используют для каждой несущей. Для эффективного применения избыточности корректирующего кода при коррекции информационной скорости передачи данных эти элементы должны определяться системой при выборе кода ECC/FEC.
[0018] Эффективным способом увеличения эффективной пропускной способности канала связи между скважинным передатчиком и приемником на поверхности в системе связи ЕМТ является применение кодирования с коррекцией ошибок (например, сверточного кодирования). Это может помочь увеличить эффективную скорость передачи данных как по восходящему, так и по нисходящему каналу связи.
[0019] Также важным фактором являются затраты на бурение. Поскольку характеристики канала связи для различных формаций различаются, в данной технологии следует предусмотреть быструю перенастройку в случае изменения условий бурения. Для достижения этой цели в большинстве реализаций изобретения предусмотрено ограничение общего числа битов, используемых в описании конфигурации. Заголовок с минимальным числом бит имеет еще большее значение в случаях, если пропускная способность канала связи существенно ограничена, особенно в случае применения OFDM или другой мультипотоковой сигнализации. В следующих разделах описывают некоторые варианты реализации механизма ограничения числа необходимых конфигураций, которые иногда являются неоптимальными, но во многих случаях очень близки к оптимальным.
[0020] В данной заявке “скремблер” означает устройство обработки сигналов, содержащее электронное оборудование, служащее для управления потоком данных перед передачей в канал связи. На приемном конце канала связи с помощью “десклембрера” выполняют обратные преобразования. Скремблеры могут быть аддитивными и мультипликативными.
[0021] Скремблирование широко применяют в системах спутниковой, радиорелейной связи, а также в модемах телефонных сетей общего пользования (PSTN). В некоторых вариантах реализации изобретения скремблер размещают непосредственно перед FEC-кодером (кодером прямой коррекции ошибок) или могут размещать после FEC-кодера, непосредственно перед модулятором или линейным кодером. Скремблер в данном контексте не имеет ничего общего с шифрованием, поскольку его назначением является не сделать сообщение неразборчивым, а придать передаваемому сигналу полезные свойства. Например, с целью снижения вероятности возникновения нежелательных последовательностей в скремблере может выполняться преобразование цифровых последовательностей в другие последовательности без удаления нежелательных последовательностей.
[0021] Таким образом, некоторые варианты реализации изобретения могут содержать систему для передачи данных через породную формацию, которая содержит передатчик, выполненный с возможностью модуляции тока с помощью преобразованных цифровых данных и передачи модулированного тока через горную породу. Модулированный ток может состоять из наложения множества сигналов волнообразной формы. Система может дополнительно содержать приемник, выполненный с возможностью демодуляции тока, выбора преобразования из множества преобразований, а также применения выбранного преобразования для обработки демодулированной информации, обеспечения с помощью кода обнаружения ошибок цифровых данных, образующих часть по меньшей мере одного пакета.
ПЕРЕДАЧА И ПРИЕМ ДАННЫХ
[0023] На Фиг. 1 проиллюстрированы примеры скремблерных преобразований 100, 102, 104, 106 в передатчике и приемнике в соответствии с разными вариантами реализации изобретения. При этом, в одном из вариантов реализации изобретения в передатчике применяют преобразование, выбранное из множества преобразований 100, 104, при этом передатчик содержит регистр сдвига с линейной обратной связью (LFSR), выполненный по методу полиномиального дескриптора. Каждый регистр может принимать начальное состояние значения/показателя для элементов памяти в LFSR. Количество элементов памяти может указывать на максимально возможное количество элементов множества преобразований. Таким образом, передатчик может содержать по меньшей мере один скремблер 108, выполняющий одно или более преобразований 100, 104, возможно, выполненный в виде LSFR, для преобразования, например, скремблирования, цифровых значений в зависимости от полиномиального показателя и начального значения, возможно, с применением арифметики поля Галуа (GF), например, арифметики по модулю 2. Преобразования 100, 102, 104, 106 также могут быть реализованы с помощью аппаратных средств или аппаратных средств, выполняющих команды программного/микропрограммного обеспечения, обеспечивающих одинаковое преобразование сферических кодов, и других матричных преобразований.
[0024] На Фиг. 2 проиллюстрирован формат битовой последовательности 400, в которой пакеты фиксированной длины 401, 402, 403 объединяются со значениями SEED и POLY 409, 410 в соответствии с разными вариантами реализации изобретения. Каждый пакет 401, 402, 403 содержит информацию в виде данных 404 (например, биты, байты или слова 406, 407, 408), информацию для проверки с помощью циклического кода 405, значение SEED 409 и значение POLY 410, которое представляет полиномиальный дескриптор для выбранного преобразования, возможно, реализованный с помощью LFSR.В некоторых вариантах реализации изобретения пакеты 401, 402, 403 не являются пакетами фиксированной длины. В некоторых вариантах реализации изобретения передача значений SEED, POLY и/или CRC является необязательной. Текущее описание конфигурации может быть отправлено с помощью одного из пакетов 401, 402, 403, возможно, как данные 404.
[0025] Таким образом, с помощью передатчиков могут выбирать различные значения начального заполнения, или SEED, для одного или более LSFR. С помощью передатчиков, реализованных подобным образом, возможно преобразование имеющегося набора исходных бит цифровых данных разными способами, применяя при этом различные значения SEED. Затем, как проиллюстрировано на фигуре, передатчик может добавить выбранное значение SEED в модулированную для передачи битовую последовательность.
[0026] Контроллер передатчика может быть выполнен с целью вычисления начального значения показателя SEED, возможно, в рамках вычисления метрики оптимизации для каждого возможного значения SEED, предоставленного LSFR, который выполнен с возможностью реализации конкретного полиномиального дескриптора POLY. Таким образом, в некоторых вариантах реализации изобретения в передатчиках могут применять заранее определенный критерий оптимизации. В других вариантах реализации изобретения значения SEED и/или POLY, относящиеся к применяемому в передатчике преобразованию, могут добавлять или могут не добавлять в форматированную битовую последовательность и/или кодированные, модулированные сигналы. Кроме того, в различных вариантах реализации приемника для декодирования переданных пакетов в приемнике могут применять или могут не применять любые значения SEED и/или POLY. Данный компромисс может привести к дополнительному усложнению приемника (требуется больше вычислений), потому что проверяются различные возможные комбинации значений SEED и/или POLY с целью определения значений, с помощью которых формируются последовательности корректно дескремблированных пакетов.
[0027] В некоторых вариантах реализации изобретения с помощью контроллера рассчитывают по меньшей мере одну метрику оптимизации, относящуюся к заданному критерию (например, при выборе допустимого порогового значения коэффициента ошибок) по меньшей мере для одного преобразования из множества преобразований. Контроллер может содержать запоминающее устройство для хранения одной или более метрик оптимизации, определяемых заданным критерием.
ПЕРЕДАТЧИКИ И ПРИЕМНИКИ
[0028] На Фиг. 3 проиллюстрирована блок-схема передатчика 610 и приемника 612в соответствии с разными вариантами реализации изобретения. Можно отметить, что передатчик может производить действия над объединенной последовательностью данных 620 (включая значения SEED и POLY, а также данные полезной нагрузки 622, которые могут содержать описание конфигурации, как отмечено ниже).
[0029] Для вычисления и добавления значения CRC к данным 620 CRC процессор 624 передатчика может производить действия над данными, поступающими на его вход (в данном случае данными 620). FEC-кодер 630 может производить действия над данными, поступающими на его вход (данными 620, дополненными соответствующим значением CRC, которые в данном случае представлены дополненными данными 626) для вычисления и добавления кода(ов) коррекции ошибок к дополненной информации 626, для предоставления дополнительных данных 628.
[0030] Выходные данные FEC-кодера 630 (т. е. дополнительные данные) шифруют с помощью скремблера 632, который может выполнять одно или более преобразований (например, преобразования 100, 104), возможно, выполненного в виде LFSR. На работу скремблера 632 могут оказывать влияние значения POLY и SEED, выбранные при помощи селектора передатчика 634, который в свою очередь выполнен с возможностью выбора постоянных или переменных значений, возможно, в зависимости от вычислений оптимизации метрики. Выбранные значения SEED и POLY могут быть добавлены к комбинированной последовательности 620, а также поданы на скремблер 632.
[0031] Выходные данные скремблера 632 модулируют с помощью модулятора 636 (например, модулятора OFDM или DSSS) перед подачей в канал связи 614 (например, формацию или бурильную колонну) в виде преобразованных данных 638.Преобразованные данные 638 могут быть усилены с помощью усилителя мощности (на выходе передатчика 610, не показан).
[0032] С помощью приемника 612 могут осуществлять прием преобразованных данных 638, которые демодулируют посредством демодулятора 656 для получения демодулированных данных. Дескремблер 652 (может быть аналогичным или идентичным скремблеру 632) может производить действия над демодулированными данными для получения дескремблированных данных. FEC декодер 650 может применять корректирующий(ие) код(ы) к дескремблированным данным для получения декодированной последовательности данных 640, которая может содержать описание конфигурации.
[0033] В демодуляторе 656 может быть реализовано жесткое или мягкое решение. В случае применения мягкого решения биты полезной информации могут оценивать с помощью блока оценки 642 и избирательно выбирать с помощью селектора 644, на вход которого подается корректное значение CRC, вычисленное с помощью CRC процессора передатчика 646.
[0034] На Фиг. 4 проиллюстрирована блок-схема передатчика 1410 и приемника 1412в соответствии с разными вариантами реализации изобретения. В данном случае был изменен проиллюстрированный на Фиг. 3 порядок компонентов передатчика 610 и приемника 612. Также были изменены расположение и структура объединенной последовательности 1474, благодаря чему изменилась структура декодированной последовательности данных 1478. Данная блок-схема позволяет обрабатывать данные (например, исходные биты 622), полученные способом, отличным от способа на блок-схеме на Фиг. 3, при этом применяют принципиально разные комбинации компонентов передатчика/приемника 1410, 1412, а также отдельный блок оценки исходных и CRC битов 962. Безусловно, для реализации различных вариантов изобретения могут применять множество других конфигураций компонентов, проиллюстрированных на Фиг. 3-4.
УСТРОЙСТВО
[0035] На Фиг. 5 представлена блок-схема устройства 2502 и систем 2500в соответствии с разными вариантами реализации изобретения. В некоторых вариантах система 2500 содержит корпус 2504. Корпус 2504 может быть выполнен в виде корпуса инструмента, опускаемого в скважину на тросе, или скважинного снаряда. Процессор(ы) 2530 системы 2500 могут располагаться на поверхности 2566 (например, наземные процессоры 2530'') как часть наземного каротажного оборудования 2556 или в системе сбора данных 2524, которая может находиться над или под поверхностью Земли 2566 (например, помещены в корпус 2504 в качестве скважинных процессоров 2530').
[0036] Система 2500 может дополнительно содержать приемопередатчик данных 2544 (например, мультипотоковый передатчик 2542, такой как OFDM передатчик и приемник) для передачи информации от датчика 2570 (например, измеренной скорости продольных волн и другой информации), полученной от датчиков S, наземному каротажному оборудованию 2556. Другой приемопередатчик 2544 может находиться на поверхности 2566, возможно, как часть наземного каротажного оборудования 2556. Каждый из приемопередатчиков 2544 может содержать один или более передатчиков и приемников, аналогичных или идентичных передатчикам и приемникам, проиллюстрированным на Фиг. 3-4.
[0037] Таким образом, устройство 2502 может содержать один или более передатчиков и/или приемников, проиллюстрированных на Фиг. 3-4. Кроме того, один или более передатчиков и/или приемников, проиллюстрированных на Фиг.3-4, может содержать скремблеры, с помощью которых реализуют одно или более преобразований, проиллюстрированных на Фиг. 1. При необходимости, могут применять битовую последовательность со структурой, аналогичной или идентичной проиллюстрированной на Фиг. 2.
[0038] Логику 2540 (например, логика сбора данных) могут применять для получения данных 2570 в виде сигналов, которые могут кодировать в соответствии с различными способами модуляции, описанными в данной заявке. Полученные данные 2570, а также другие данные могут храниться в памяти 2550, возможно, в составе базы данных 2534.В некоторых вариантах реализации изобретения базу данных 2534 также могут применять для хранения описаний конфигурации и/или таблиц, в которых выигрыш в отношении сигнал/шум (SNR) является функцией скорости передачи данных.
[0039] В некоторых вариантах реализации изобретения функции процессоров 2530 могут выполняться одним процессором или группой процессоров, находящихся в одном месте - или на поверхности 2566, или в скважине. Функции процессора(ов) 2530 могут также быть разделены, как проиллюстрировано на Фиг. 5.
[0040] Например, в некоторых вариантах реализации изобретения расположенный в скважине первый набор процессоров 2530' выполняет следующие функции: кодирование битов с помощью выбранного кода коррекции ошибок (например, с помощью модуля коррекции ошибок ECC), сопоставление битов с точками сигнального созвездия с помощью модуля планировщика MAP и преобразование комплексных точек сигнального созвездия в сигнал в режиме реального времени (например, с помощью модуля преобразования IFFT, который может содержать модуль обратного быстрого преобразования Фурье). Сигнал в режиме реального времени может передаваться ко второму набору процессоров 2530'' по первичному (восходящему) каналу связи 2512, такому как формация ниже поверхности 2566.
[0041] В данных вариантах реализации изобретения второй набор процессоров 2530'', расположенный на поверхности 2566, выполняет следующие функции: вычисление затухания сигнала и отношения сигнал/шум (SNR) для первичного канала 2512, вычисление наилучшей загрузки битовой последовательности полезной информацией, вычисление максимальной скорости кода, вычисление оптимального числа несущих и передачу наилучшей конфигурации в порядке, предусмотренном в описании конфигурации, обратно первому набору процессоров 2530' с помощью вторичного (нисходящего) канала связи 2514, например, по гидроимпульсному каналу связи.
[0042] Различная информация может храниться в памяти, например, памяти каротажной станции 2556 (не показана), или в памяти 2550. Такая информация может содержать таблицу, которая содержит значения выигрыша в отношении сигнал/шум (SNR) (см. Таблицу 1 в данной заявке), определенные эмпирически, запас помехоустойчивости (SNR), суммарную доступную мощность и т.д.
[0043] Передатчик 2542 может содержать OFDM передатчик с модулем коррекции ошибок ECC, модулем планировщика MAP и модулем преобразования IFFT. Модуль коррекции ошибок ЕСС может функционировать как кодер, в котором к информационным битам, полученным от источника данных (например, любой комбинации датчиков S), добавляются биты четности в соответствии с выбранной схемой ЕСС.
[0044] Выход модуля коррекции ошибок ЕСС соединен с модулем планировщика MAP. Модуль планировщика MAP предназначен для отбора числа битов, выделенных для каждой поднесущей, и их преобразования в комплексное число в частотной области на основании сигнального созвездия, выбранного для данной поднесущей. Модуль планировщика MAP могут также применять для увеличения или уменьшения мощности каждой поднесущей путем увеличения или уменьшения амплитуды поднесущей путем изменения коэффициента усиления. Выход модуля планировщика MAP соединен с модулем преобразования IFFT, который принимает все эти комплексные числа и преобразует их в сигнал во временной области.
[0045] В наиболее общем случае необходимое для описания конфигурации в описании конфигурации количество битов B может быть вычислено, как показано в формуле (1):
QUOTE , (1)
где N представляет собой общее число всех применяемых поднесущих, М - число доступных вариантов числа битов на поднесущую. L представляет собой число уровней мощности, допустимых для каждой поднесущей. NC представляет собой это допустимое число скоростей кода (ЕСС), причем скорость кода (ЕСС)ik=K/N, где K представляет собой среднее число информационных битов, а N - общее число информационных битов плюс общее число битов четности.
[0046] Максимально возможное значение скорости кода (ЕСС) составляет 1,0 (например, если не применяют коррекцию ошибок). В случае, если применяют коррекцию ошибок (ЕСС), значение скорости кода (ЕСС) R меньше 1,0. В одном из вариантов реализации изобретения N=32, M=6, L=8 и NC=5. Это позволяет применять описание конфигурации с B=195 бит. Описанный в данной заявке механизм предназначен для уменьшения этого значения.
[0047] Одним из способов уменьшения значения B является применение упрощающих допущений. Первое упрощение заключается в том, что передаваемая мощность остается практически постоянной. Если число битов на поднесущую изменяется так, что отношение сигнал/шум (SNR) остается близким к постоянной величине, потери передаваемой мощности будут относительно небольшими. В результате, некоторые варианты реализации изобретения имеют только один уровень мощности для каждой поднесущей, а это означает, что log2(L) в формуле (1) умножается на 1 вместо N.
[0048] Второе упрощение происходит из признания того, что повышения скорости передачи данных можно достичь путем загрузки различных несущих с различным количеством битов при условии, если применение ECC также является очень незначительным. Применение коррекции ошибок позволяет исправлять ошибки, возникающие в каналах с низким значением SNR. Это означает, что использование одинакового числа битов на поднесущую для всех несущих (т. е. log2(M+1) умножается на 1 вместо N в формуле (1)) снова приведет к незначительному снижению скорости передачи данных.
[0049] Третье упрощение происходит из рассмотрения формации в качестве канала связи, соединенного с фильтром низких частот. Это означает, что поиск поднесущих может быть ограничен максимальной частотой несущей, которая может быть применена на заданной глубине, поскольку для поднесущих, имеющих более высокую частоту, величина затухания также будет более высокой. Это также предполагает отсутствие “пропусков” в списке несущих, которые могут быть применимыми или неприменимыми в случае, если присутствуют мощные интерференционные сигналы. При этом, можно также предположить, что возникшие в связи с этим ошибки будут устранены с помощью механизма ECC.
СПОСОБЫ
[0050] На Фиг. 6 представлена блок-схема, поясняющая некоторые способы 2611 в соответствии с разными вариантами реализации изобретения. Способы 2611 могут включать способы, реализованные с помощью процессора, для выполнения на одном или более процессоров (например, процессорах 2530 на Фиг. 5), с помощью которых реализуют способы. Данные способы 2611 могут применять в качестве алгоритма поиска для определения содержимого описания конфигурации на основании измеренного SNR и могут применять к различным конфигурациям устройства 2502 и систем 2500, проиллюстрированных на Фиг. 5.
[0051] В некоторых вариантах реализации способ 2611 может начинаться с блока 2621 установкой определенных начальных значений, связанных с определенными поднесущими. Во-первых, предполагают, что доступно всего N поднесущих. Во-вторых, значение скорости кода (ЕСС) выбирают минимально возможным. А именно, сигнальное созвездие выбирают с минимально возможной скоростью кода. Например, из множества доступных скоростей кода (ЕСС), содержащего элементы {1/2, 2/3, 3/4, 5/6}, выбирают скорость ik=1/2, причем элементы множества обозначаются как отношение a/b=a информационных битов к b сумме информационных битов и битов четности. В-третьих, выбирают минимально возможное число битов на поднесущую. Например, если доступные значения битов на поднесущую являются частью множества, содержащего элементы {1,2,4,6}, выбирают элемент, который имеет наименьшее число битов на поднесущую BPC=1 (один бит на поднесущую).
[0052] В блоке 2625 отношение мощность/поднесущая выбирают как P/N, где P является суммарной мощностью, доступной для всех поднесущих. Максимальной суммарной скоростью передачи информационных бит выбирается 0.
[0053] В блоке 2629 вычисляют общий запас помехоустойчивости (SNR)T как функцию текущего сигнального созвездия и скорости кода (ЕСС). Это описывают формулой (2) следующим образом:
QUOTE  (2)
где id является текущим сигнальным созвездием, а ik является текущей скоростью кода (ЕСС).
[0054] Таким образом, T является общим запасом помехоустойчивости для сигнального созвездия id (т. е. BPC) и скорости кода (ЕСС) ik, причем ir является индексом, который пробегает все применяемые несущие (например, ir ε{1:15}), причем MSE является среднеквадратической ошибкой или средней погрешностью для этой несущей по всем битам, при этом ошибка является расстоянием между полученной точкой и точкой сигнального созвездия на комплексной плоскости. dmin=½ минимального расстояния между точками на комплексной плоскости для текущего сигнального созвездия.
[0055] snr_gain является величиной, зависящей от скорости кода (ЕСС)ik и сигнального созвездия. Значение snr_gain могут определять эмпирически путем моделирования (например, методом Монте-Карло) распространения сигнала в заданном канале связи, таком как геологическая формация.
[0056] Например, в таблице I показаны значения, применяемые для конкретной реализации алгоритма затухания для определения частотной характеристики формации. В правой части таблицы слева направо и сверху вниз расположены значения скорости кода (ЕСС)ik. В левой части таблицы сверху вниз расположены значения битов на поднесущую BPC, которыми определяют размер сигнального созвездия.
Таблица I
Выигрыш в отношении сигнал/шум (SNR) (в дБ) как функция скорости передачи данных в формации
Скорость кода (ECC)
Битов на поднесущую
1/2
2/3
3/4
5/6
1
9,0
8,8
8,1
6,0
2
7,4
7,1
6,7
5,0
4
8,5
6,7
5,4
3,8
6
9,8
7,9
6,5
4,6
[0057] Power_gain является добавочной мощностью, которую добавляют к мощности каждой несущей после удаления одной или более поднесущих (в блоке 2637).Значению Power-gain присваивают первоначальное нулевое значение, затем с каждым разом при удалении поднесущей в блоке 2637 это значение увеличивают.
[0058] SNR_THRESHOLD является константой, которая зависит от допустимого в системе связи коэффициента кадровых ошибок (FER).Эта константа зависит от размера сигнального созвездия, числа применяемых поднесущих, а также константы, известной специалистам в данной области техники как “потери на аппаратную реализацию”. В одном из вариантов реализации изобретения применяют значение SNR_THRESHOLD величиной 20 дБ. Как известно специалистам в данной области техники, для вычисления значения SNR_THRESHOLD для желаемого FER могут применять качественную функцию Q с предполагаемым Гауссовым распределением шума.
10
[0059] Общий запас помехоустойчивости T должен превышать нулевое значение, Если это не так, как определено в блоке 2633, для подбора количества несущих, применяемых для передачи информации, в блоке 2637 удаляют последнюю поднесущую. Это означает, что для сохранения значения суммарной мощности постоянным мощность на поднесущую может быть увеличена на множитель N/N-1. Увеличение мощности означает увеличение SNR на тот же множитель (предполагают, что шум не зависит от сигнала). В блоке 2641 прирост мощности 10*log(N/N-1) суммируют с запасом помехоустойчивости (SNR) каждой поднесущей, затем в блоке 2629 пересчитывают общий запас помехоустойчивости Т.
[0060] Как только в блоке 2633 суммарное граничное значение Т окажется выше нуля, в блоке 2645 вычисляют новую скорость передачи данных BR с помощью формулы (3), как указано ниже:
BR=BPC*ik* N/t (3)
где BPC является числом бит на поднесущую, ik является скоростью кода (ЕСС), N является числом поднесущих, а t является временем, которое требуется для передачи каждого символа (например, символа OFDM).
[0061] Новую скорость передачи данных BR вычисляют и сопоставляют с максимальной скоростью до тех пор, пока она не достигнет максимального значения в блоке 2649. Если новая вычисленная скорость выше текущей скорости, то, как показано в блоке 2649, текущую скорость обновляют до новой вычисленной скорости, и описание конфигурации изменяют с целью отображения новой конфигурации в блоке 2653. Если новая вычисленная скорость передачи данных BR не превышает текущую максимальную скорость, тогда текущая скорость сохраняется, и описание конфигурации не будет изменяться.
[0062] В блоке 2657 текущую скорость кода (ЕСС)ik сопоставляют с максимально возможной скоростью кода (ЕСС).Если текущая скорость кода (ЕСС)ik не является максимальной текущей скоростью кода (например, 5/6 в таблице I), тогда скорость кода (ЕСС)ik в блоке 2663 увеличивают до значения следующей более высокой скорости в таблице, причем число несущих N сбрасывают к максимально возможному значению, и процесс вычисления общего запаса помехоустойчивости Т, скорости передачи данных и скорости кода (ЕСС)ik начинается снова с блока 2625.
[0063] С другой стороны, если текущая скорость кода (ЕСС)ik равна максимально возможной скорости, тогда скорость кода (ЕСС)ik сбрасывают к минимально возможному значению (например, 1/2 в таблице I) в блоке 2667, и число битов на поднесущую сопоставляют с максимально возможным значением в блоке 2671.
[0064] Таким образом, в блоке 2671 количество бит на поднесущую сопоставляют с максимально возможным значением (например, “6” в таблице I). Если максимальное число битов на поднесущую не выбрано, то число битов на поднесущую увеличивают до следующего более высокого значения, и процесс вычисления начинается снова с блока 2625.
[0065] Напротив, если число битов на поднесущую равно максимально возможному значению, как определено в блоке 2671, тогда способ 2611 завершается, потому что была найдена наилучшая конфигурация.
[0066] Описание конфигурации содержит по меньшей мере три константы: наилучшее сигнальное созвездие, максимальную скорость кода (ЕСС) и число применяемых поднесущих. В одном из вариантов реализации изобретенияприменяют32 поднесущих с NC=5 различными скоростями кода (ЕСС)ik и M=5 различными сигнальными созвездиями. Как отмечалось выше, принимая во внимание упрощения, общее число битов, необходимых для передачи соответствующего описания конфигурации, представлено в формуле (4) следующим образом:
QUOTE  (4)
[0067] Действительно, в некоторых вариантах реализации изобретения можно увидеть, что некоторые из комбинаций являются избыточными. Например, комбинация из четырех бит на поднесущую со скоростью кода (ЕСС)ik=3/4 приводит к эффективной скорости передачи трех битов данных на поднесущую. Та же эффективная скорость передачи данных получается при применении комбинации 6 бит на несущую и скорости кода (ЕСС) 1/2. При этом последняя комбинация имеет более низкое значение SNR_gain, поэтому она может быть удалена из списка конфигурации. Путем удаления всех дополнительных избыточных комбинаций (например, удаления тех избыточных конфигураций в таблице I, с помощью которых обеспечивается одинаковая эффективная скорость передачи данных, при этом остается конфигурация с наилучшим отношением сигнал/шум (SNR)) было установлено, что в данном случае для описания всех применяемых конфигураций достаточно десяти битов. Например, в таблице I две конфигурации являются избыточными: (a) R=½ и k=4 и (b) R=2/3 и k=3; причем каждая из них имеет эффективную скорость передачи данных два бита на поднесущую.
[0068] Способ 2611 является одним из процессов, которые могут применять для нахождения оптимальной конфигурации сигнального созвездия и скорости кода, при условии постоянства мощности, с целью минимизации числа битов, необходимых для описания конфигурации. В некоторых случаях с помощью способа 2611 было достигнуто уменьшение числа битов, применяемых для описания конфигурации, почти в двадцать раз с незначительной потерей пропускной способности канала связи.
[0069] В некоторых вариантах реализации изобретения на основании полученных данных с помощью компьютера, находящегося на поверхности, можно определить затухание канала для вычисления нового описания конфигурации, которое может быть возвращено скважинному передатчику посредством гидроимпульсного канала связи. Процесс может быть разделен на множество отдельных этапов. Таким образом, очевидно, что может быть реализовано множество вариантов реализации изобретения, и некоторые из них, содержащие по меньшей мере некоторые из этих признаков, будут далее описаны более подробно.
[0070] На Фиг. 5 и 6 представлена базовая система, содержащая два процессора 2530' и 2530'', которые обмениваются данными, а также передатчик (например, входящий в состав приемопередатчика 2544), выполненный с возможностью передачи информации от одного процессора 2530' другому процессору 2530'' с помощью восходящего канала связи 2512. В большинстве вариантов реализации способы, представленные на Фиг. 6, могут применять для поиска новой конфигурации при передаче данных от процессора 2530'', находящегося на поверхности, к скважинному процессору 2530' с помощью нисходящего канала связи 2514, после получения и анализа восходящего сигнала с помощью процессора 2530'', находящегося на поверхности.
[0071] По восходящему каналу связи 2512 к процессору 2530'', расположенному на поверхности, передают данные и другую определенную скважинным оборудованием информацию, при этом канал связи может включать буровой раствор, формацию, каротажный кабель, бурильную колонну и/или ретрансляторы. По нисходящему каналу связи (каналу обратной связи) 2514 передают описание конфигурации 2516 от скважинного процессора 2530', применяемое для форматирования информации восходящего канала связи. Описание конфигурации 2516 периодически обновляется в соответствии с затуханием и отношением сигнал/шум в канале восходящей связи 2512, причем эти значения вычисляют с помощью расположенного на поверхности процессора 2530'', с учетом характеристик восходящего сигнала и шума на поверхности. В нисходящем канале связи 2514 могут применять любой из механизмов передачи данных, применяемых в восходящем канале связи 2512. Например, нисходящий канал связи (канал обратной связи) 2514 может включать буровой раствор, формацию, каротажный кабель, бурильную колонну и/или ретрансляторы, возможно, при этом формируя канал телеметрии по гидроимпульсному каналу связи.
[0072] В некоторых вариантах реализации изобретения формацию могут использовать либо как восходящий канал связи 2512, либо как нисходящий канал связи 2514, или как восходящий и нисходящий каналы связи, в одном из двух режимов - полудуплексном (например, TDM - мультиплексирование с разделением по времени) или полнодуплексном (например, FDM - мультиплексирование с разделением по частоте). В технологии TDM применяют временные интервалы, выделенные для каждого направления передачи данных, например, секундный временной интервал для восходящего сигнала, чередующийся с полусекундным интервалом для нисходящего сигнала. В FDM, как сигнал восходящего канала связи, так и сигнал нисходящего канала связи могут передавать одновременно на разных частотах. Существуют также и другие варианты видов связи, например, CDMA (множественный доступ с кодовым разделением). Таким образом, могут быть реализованы многие варианты реализации изобретения.
[0073] Например, на Фиг. 5 представлена система 2500, которая может содержать первый процессор 2530' и второй процессор 2530''. Также система 2500 может содержать передатчик (например, в составе приемопередатчика 2544) для передачи сигнала по восходящему каналу связи от первого процессора 2530' ко второму процессору 2530''.
[0074] Первый процессор 2530’ может быть выполнен с возможностью кодирования полученных в скважине данных от датчика 2570 в сигнал восходящего канала связи (передается по восходящему каналу связи 2512), причем кодирование выполняют согласно описанию конфигурации, содержащему описание конфигурации 2516.
[0075] Второй процессор 2530'' может быть выполнен с возможностью вычисления затухания канала, обусловленного сигналом канала восходящей связи, и для определения одинакового числа битов на поднесущую, а также скорости кода, входящих в состав конфигурации системы, с целью максимального повышения эффективной битовой скорости передачи, при этом минимизируют размер описания конфигурации. Это может быть достигнуто путем использования в описании конфигурации заданного числа битов с заданным числом, определенным с помощью различных способов, описанных в данной заявке. Описание конфигурации включает информацию, определяющую по меньшей мере число битов на поднесущую, скорость кода и число поднесущих.
[0076] В некоторых вариантах реализации изобретения могут применять кодер с коррекцией ошибок, причем его действие обусловлено скоростью кода. Таким образом, система 2500 может содержать кодер с коррекцией ошибок ECC для приема битов данных и добавления битов четности к битам данных, исходя из скорости кода.
[0077] В некоторых вариантах реализации изобретения могут применять планировщик для распределения доступной мощности между числом поднесущих, которое определяется общим запасом помехоустойчивости. Таким образом, система 2500 может содержать планировщик MAP для регулировки мощности с целью равномерного распределения мощности между поднесущими, в зависимости от общего запаса помехоустойчивости, применяемого для определения числа поднесущих.
[0078] В некоторых вариантах реализации изобретения модуль преобразования, например, модуль IFFT, могут применять для приема входных данных от планировщика и формирования сигнала, который после приема могут применять для определения затухания канала. Таким образом, система 2500 может содержать модуль преобразования IFFT (с помощью которого, в частности, может быть реализован процесс обратного быстрого преобразования Фурье) для получения комплексных чисел от планировщика MAP и преобразования комплексных чисел в сигнал, содержащий часть сигнала временной области, для передачи по восходящему каналу связи 2512.
[0079] В некоторых вариантах реализации изобретения могут применять память для хранения таблицы значений выигрыша в отношении сигнал/шум, таких как в таблице I, которую прямо или косвенно применяют для определения числа поднесущих. Таким образом, система 2500 может содержать память 2550 для хранения таблицы подстановки (например, в базе данных 2534) выигрыша в отношении сигнал/шум, определенного эмпирически, причем выигрыш в отношении сигнал/шум применяют для определения общего запаса помехоустойчивости, который в свою очередь применяют для определения числа поднесущих.
[0080] В некоторых вариантах реализации изобретения система может содержать скважинный снаряд. Таким образом, система 2500 может содержать скважинный снаряд (например, образующий корпус 2504) для размещения в нем первого процессора и передатчика.
[0081] В некоторых вариантах реализации изобретения могут применять акустический датчик (например, преобразователь) для приема акустических сигналов, взаимодействующих с формацией вокруг корпуса 2504. Таким образом, система 2500 может состоять из одного или более датчиков S, например, акустического датчика, закрепленного на корпусе 2504. Датчики S могут применять для приема акустических сигналов, обусловленных измеренными данными скорости продольных волн. Среди прочего, корпус 2504 может содержать инструмент, спускаемый в скважину на тросе, или скважинный снаряд, например, инструмент для каротажа во время бурения или инструмент для измерения во время бурения.
[0082] Процессоры 2530 в системе 2500 могут размещаться в корпусе 2504 или в наземном оборудовании обработки данных 2556, или в корпусе и наземном оборудовании, в зависимости от того, где должны выполняться различные вычисления. Таким образом, обработку данных во время различных процессов, выполняемых системой 2500, могут выполнять как в скважине, так и на поверхности 2566. Каждый из процессоров 2530 может содержать несколько вычислительных блоков, причем некоторые из них находятся в скважине, а некоторые - на поверхности 2566.
[0083] В некоторых вариантах реализации изобретения система 2500 содержит второй передатчик (например, передатчик приемопередатчика на поверхности 2544), соединенный со вторым процессором (например, процессором 2530'') для передачи нового описания конфигурации 2516 в сигнале нисходящего канала связи по нисходящему каналу связи 2514 ко второму приемнику (например, приемнику скважинного приемопередатчика 2544), связанному с первым процессором (например, процессором 2530'). Первый процессор может быть выполнен с возможностью изменения последующей передачи сигнала восходящего канала связи или конфигурации передачи сигнала во временной области по восходящему каналу связи 2512 после получения нового описания конфигурации 2516.
[0084] В некоторых вариантах реализации изобретения новое описание конфигурации содержит ограниченное число битов, которыми определяется число поднесущих, применяемых при последующей передаче вышеупомянутого восходящего сигнала или конфигурации передачи сигнала во временной области. В некоторых вариантах реализации изобретения новое описание конфигурации содержит ограниченное число битов, с помощью которых определяют скорость кода при кодировании с прямой коррекцией ошибок (FEC), применяемую при последующей передаче сигнала восходящего канала связи или конфигурации передачи сигнала во временной области. В некоторых вариантах реализации изобретения новое описание конфигурации содержит ограниченное число битов, которыми определяется применяемый одинаковый для всех поднесущих порядок модуляции, которую применяют при последующей передаче вышеупомянутого сигнала восходящего канала связи или конфигурации передачи сигнала во временной области.
[0085] В некоторых вариантах реализации изобретения в составе устройства 2502 и системы 2500 могут применять компоненты изделия 2100, проиллюстрированного на Фиг. 9. Аналогичным образом, вместо различных компонентов приемопередатчика 2544, проиллюстрированного на Фиг. 5, могут применять передатчики и приемники, проиллюстрированные на Фиг. 3-4.
[0086] На Фиг. 6 представлена реализация ряда дополнительных способов. Например, способ 2611 может включать выбор числа битов на поднесущую (применяется равномерно, так что каждая поднесущая содержит одинаковое число битов) и скорости кода из множеств ограниченного размера для максимизации эффективной битовой скорости передачи наряду с минимизацией размера описания конфигурации. Это может быть достигнуто в ходе выполнения ряда процессов.
[0087] В некоторых вариантах реализации способ 2611 включает определение одинакового числа битов на поднесущую (например, в блоке 2671) и скорости кода (например, в блоке 2657) в составе конфигурации системы передачи данных с целью максимизации эффективной битовой скорости передачи (например, в блоке 2649) наряду с минимизацией размера описания конфигурации. Описание конфигурации применяют для определения по меньшей мере числа битов на поднесущую, скорости кода и числа поднесущих.
[0088] В некоторых вариантах реализации изобретения для определения числа поднесущих могут применять общий запас помехоустойчивости (SNR). Таким образом, определение одинакового числа битов для определения числа поднесущих может включать вычисление общего запаса помехоустойчивости (SNR) (например, в блоке 2629).
[0089] Если общий запас помехоустойчивости (SNR) не является положительной величиной (например, как определено в блоке 2633), то в таком случае число поднесущих уменьшается. Таким образом, способ 2611 может включать уменьшение числа поднесущих в случае, если общий запас помехоустойчивости не превышает нулевого значения.
[0090] В случае, если число поднесущих уменьшается из-за того, что общий запас помехоустойчивости (SNR) не является положительной величиной, то коэффициент усиления по мощности для оставшихся поднесущих может быть увеличен. Таким образом, способ 2611 может включать одинаковое увеличение коэффициента усиления по мощности (например, в блоке 2641) для каждой из уменьшенного числа поднесущих.
[0091] Общий запас помехоустойчивости (SNR) может определяться эмпирически. Таким образом, вычисление общего запаса помехоустойчивости (SNR), как часть способа 2611, может включать вычисление общего запаса помехоустойчивости (SNR) как функции эмпирически определенного выигрыша в отношении сигнал/шум.
[0092] Процесс эмпирического определения может включать моделирование, например, моделирование по методу Монте-Карло. Таким образом, эмпирическое определение, как часть способа 2611, может состоять из моделирования затухания геологической формации с целью определения частотной характеристики геологической формации.
[0093] Во многих вариантах реализации изобретения в случае, если общий запас помехоустойчивости (SNR) имеет положительное значение, рассчитывается новая эффективная битовая скорость передачи данных. Таким образом, определение одинакового числа битов на поднесущую и скорости кода может включать вычисление нового значения эффективной битовой скорости передачи данных на основании положительного значения общего запаса помехоустойчивости с целью принятия решения по поводу изменения описания конфигурации.
[0094] В некоторых вариантах реализации изобретения в случае, если новая эффективная битовая скорость передачи данных превышает предыдущую, то с целью отображения новой конфигурации описание конфигурации изменяется. Таким образом, способ 2611 может включать изменение описания конфигурации в случае, если новое значение битовой скорости передачи данных превышает предыдущее значение эффективной битовой скорости передачи данных (например, в блоке 2649).
[0095] В некоторых вариантах реализации изобретения скорость кода увеличивается в случае, если доступна более высокая скорость, а описание конфигурации было изменено в связи с обнаружением более эффективной битовой скорости передачи данных. Таким образом, способ 2611 может включать увеличение скорости кода (в блоке 2663) в случае, если текущее значение скорости кода не является максимально возможной скоростью кода, а описание конфигурации было изменено в связи с обнаружением более эффективной битовой скорости передачи данных.
[0096] В некоторых вариантах реализации изобретения скорость кода уменьшается в случае, если более высокая скорость не доступна, а описание конфигурации было изменено в связи с обнаружением более эффективной битовой скорости передачи данных. Таким образом, способ 2611 может включать уменьшение скорости кода (в блоке 2667) в случае, если текущее значение скорости кода является максимально возможной скоростью кода, а описание конфигурации было изменено в связи с обнаружением более эффективной битовой скорости передачи данных.
[0097] В некоторых вариантах реализации изобретения число битов на поднесущую увеличивается в случае, если уменьшается скорость кода, и для выбора доступно большее число битов на поднесущую. Таким образом, способ 2611 может включать увеличение числа битов на поднесущую (например, в блоке 2675) в случае, если число битов на поднесущую не является максимально возможным.
[0098] В случае, если была найдена наилучшая конфигурация (например, в блоке 2679), данная конфигурация часто передается в удаленное местоположение, например, от поверхности к местоположению в скважине. Таким образом, способ 2611 может включать передачу описания конфигурации как одной из версий описания конфигурации, имеющей минимальный размер, в случае, если число битов на поднесущую является максимально возможным, при этом скорость кода является минимально возможной, а описание конфигурации было изменено с целью добавления нового значения битовой скорости передачи данных, исходя из значения общего запаса помехоустойчивости (SNR), превышающего нулевое значение.
[0099] В некоторых вариантах реализации способ 2611 может включать удаленное получение описания конфигурации, настройку конфигурации ответного сигнала передачи, форматированного согласно описанию конфигурации, и передачу ответного сигнала передачи, содержащего информационные данные от датчиков по меньшей мере в части данных, после получения вышеупомянутого описания конфигурации. В некоторых вариантах реализации способ 2611 может включать получение ответного сигнала передачи, отформатированного в соответствии с описанием конфигурации, а также вычисление информационных данных от датчиков, полученных удаленно и переданных в формате, описанном в описании конфигурации. Таким образом, в некоторых вариантах реализации способ 2611 включает передачу нового описания конфигурации в сигнале нисходящего канала связи скважинному приемнику, с целью позволить изменение последующей передачи по восходящему каналу связи или передачи конфигурации сигнала во временной области, исходя из нового описания конфигурации.
[0100] Для вычисления общего запаса помехоустойчивости (SNR), применяемого для определения числа поднесущих, могут применять индексированную таблицу подстановки (например, аналогичную или идентичную таблице I) со значениями выигрыша в отношении сигнал/шум (SNR), определенными эмпирически. Таким образом, способ 2611 может включать доступ к таблице подстановки с эмпирически определенными значениями выигрыша в отношении сигнал/шум (SNR), индексированными по числу бит на поднесущую и скорости кода с целью осуществления вычисления общего запаса помехоустойчивости (SNR) (например, в блоке 2629), который применяют для определения числа поднесущих.
[0101] Следует отметить, что способы, описанные в данной заявке, не обязательно выполнять в описанном порядке или в каком-либо определенном порядке. Кроме того, различные процессы, описанные применительно к способам, описанным в данной заявке, могут выполнять циклически, последовательно или параллельно. Различные элементы каждого способа могут заменять один другим, в пределах способа и между способами. Информация, содержащая параметры, команды, операнды и другие данные, может передаваться и приниматься в виде одной или более несущих частот. Более того, может быть реализовано множество вариантов реализации изобретения.
[0102] Например, на Фиг. 7 проиллюстрирован вариант реализации изобретения, содержащий проводную систему 1864. На Фиг. 8 проиллюстрирован вариант реализации системы буровой установки 1964. Таким образом, системы 1864, 1964 содержат элементы корпуса инструмента 1870 в рамках рабочего процесса кабельного каротажа, или скважинного снаряда 1924 в рамках рабочего процесса скважинного бурения.
[0103] На Фиг. 7 проиллюстрирована скважина во время выполнения кабельного каротажа. На фигуре буровая платформа 1886 оборудована вышкой 1888, которая поддерживает подъемник 1890.
[0104] Бурение нефтяных и газовых скважин, как правило, осуществляют с применением колонны бурильных труб, соединенных вместе для образования бурильной колонны, которую опускают с помощью поворотного стола 1810 в ствол скважины или скважину 1812. Предполагается, что бурильная колонна была временно извлечена из скважины 1812 для того, чтобы опустить в скважину 1812 корпус кабельного каротажного прибора 1870, например, датчик или зонд, с помощью троса или каротажного кабеля 1874. Как правило, корпус прибора 1870 опускают на дно интересующей области, а затем поднимают вверх с практически постоянной скоростью.
[0105] Инструменты (например, устройство 2502, проиллюстрированное на Фиг. 5), находящиеся в корпусе прибора 1870, могут применять во время подъема на ряде глубин для выполнения измерений на приповерхностных геологических формациях 1814, расположенных рядом со скважиной 1812 (и корпусом прибора 1870). Данные измерений могут передаваться наземному каротажному оборудованию 1892 для хранения, обработки и анализа. Передача данных может выполняться при помощи любых систем и устройств, описанных в данной заявке. Каротажное оборудование 1892 может быть оснащено электронным оборудованием для различных видов обработки сигнала, которые могут быть реализованы с помощью любого одного или более компонентов системы 2500 или устройства 2502, проиллюстрированных на Фиг. 5. Оценочные данные аналогичных формаций могут быть собраны и проанализированы в ходе буровых работ (например, во время каротажа во время бурения и отбора проб во время бурения).
[0106] В некоторых вариантах реализации изобретения в корпусе прибора 1870 находится зонд для измерения удельного электрического сопротивления формации для получения и анализа результатов измерения удельного электрического сопротивления подземной формации через ствол скважины. Зонд для измерения удельного электрического сопротивления формации подвешивают в стволе скважины с помощью каротажного кабеля 1874, соединяющего зонд с блоком управления на поверхности (например, в составе каротажной станции 1854). Зонд для измерения удельного электрического сопротивления формации может быть размещен в стволе скважины на гибкой насосно-компрессорной трубе, соединен с бурильной трубой, жестко закреплен на бурильной трубе или размещен с помощью любого другого подходящего способа.
[0107] На Фиг. 8 представлена система 1964, которая также может являться частью буровой установки 1902, расположенной на поверхности 1904 скважины 1906. Буровая установка 1902 может обеспечивать поддержку бурильной колонны 1908. Для бурения скважины 1812 через подземные горизонты 1814 бурильная колонна 1908 может проходить через поворотный стол 1810. Бурильная колонна 1908 может содержать ведущую буровую штангу 1916, бурильную трубу 1918 и компоновку низа бурильной колонны 1920, расположенную в нижней части бурильной трубы 1918.
[0108] Компоновка низа бурильной колонны 1920 может содержать утяжеленные бурильные трубы 1922, скважинный снаряд 1924 и буровое долото 1926. Скважину 1812 можно пробурить с помощью бурового долота 1926 путем бурения поверхностных 1904 и подземных формаций 1814. Скважинный снаряд 1924 может содержать любой из ряда инструментов различных типов, включая инструменты для измерения во время бурения (MWD), инструменты для каротажа во время бурения (LWD) и другие.
[0109] При бурении скважины бурильная колонна 1908 (как правило, содержащая ведущую буровую штангу 1916, бурильную трубу 1918 и компоновку низа бурильной колонны 1920) может приводиться во вращение поворотным столом 1810. В дополнение или в качестве альтернативы компоновка низа бурильной колонны 1920 также может приводиться во вращение двигателем (например, забойным двигателем), расположенным в скважине. Для усиления давления на буровое долото 1926 могут применять утяжеленные бурильные трубы 1922. Для придания жесткости компоновке низа бурильной колонны 1920 также могут применять утяжеленные бурильные трубы 1922, с помощью которых компоновка низа бурильной колонны 1920 переносит дополнительный вес на буровое долото 1926, что облегчает бурение с помощью бурового долота 1926 поверхностных 1904 и подземных формаций 1814.
[0110] Во время буровых работ буровой насос 1932 может перекачивать буровую жидкость (также известна специалистам в данной области техники как “буровой раствор”) из резервуара для бурового раствора 1934 через шланг 1936 в бурильную трубу 1918 и вплоть до бурового долота 1926. Буровая жидкость может вытекать из бурового долота 1926 и возвращаться на поверхность 1904 по кольцевой зоне 1940 между бурильной трубой 1918 и внутренней поверхностью скважины 1812. Затем буровая жидкость может возвращаться в резервуар для бурового раствора 1934, в котором такие жидкости фильтруются. В некоторых вариантах реализации изобретения буровой раствор могут применять для охлаждения бурового долота 1926, а также в качестве смазки бурового долота 1926 во время буровых работ. Кроме того, буровой раствор могут применять для удаления бурового шлама подземной формации 1814, образованного во время вращения бурового долота 1926.
[0111] На Фиг. 1-8 можно увидеть, что некоторые варианты реализации системы 1864, 1964, 2500 могут содержать утяжеленную бурильную трубу 1922, скважинный снаряд 1924 и/или корпус кабельного каротажного прибора 1870 для размещения одного или более устройств 2502, аналогичных или идентичных устройству 2502, описанному выше и проиллюстрированному на Фиг. 5. Дополнительное устройство 2502 может входить в состав наземного каротажного оборудования, например, каротажной станции 1854. Таким образом, в данном документе под термином “корпус” может пониматься одна или более утяжеленных бурильных труб 1922, устройство скважинного снаряда 1924, а также корпус кабельного каротажного прибора 1870 (имеющие наружную стенку для размещения или крепления оборудования, датчиков, устройств для отбора проб жидкости, устройств для измерения давления, передатчиков, приемников и систем регистрации данных). Устройство 2502 может содержать скважинный снаряд, например, инструмент для каротажа во время бурения (LWD) или инструмент для измерения во время бурения (MWD). Корпус прибора 1870 может содержать кабельный каротажный прибор, включая каротажный зонд или скважинный прибор, например, соединенный с каротажным кабелем 1874. Таким образом, могут быть реализованы многие варианты реализации изобретения.
[0112] Например, в некоторых вариантах реализации системы 1864, 1964, 2500 могут содержать устройство индикации 1896 для предоставления данных исследования в скважине, как измеренных, так и прогнозируемых, а также информации из базы данных, возможно, в графической форме. Системы 1864, 1964, 2500 могут также содержать вычислительную логику, возможно, как часть наземного каротажного оборудования 1892 или компьютеризованной каротажной станции 1854 для приема сигналов от передатчиков и приемников, а также других приборов.
[0113] Таким образом, системы 1864, 1964, 2500 могут содержать скважинный снаряд 1924 и одно или более устройств 2502, прикрепленных к скважинному снаряду 1924, причем устройство 2502 проектируют и эксплуатируют, как описано выше. В состав наземного оборудования, возможно, каротажной станции 1854 может входить дополнительное устройство 2502. В некоторых вариантах реализации изобретения скважинный снаряд 1924 содержит что-то одно из инструмента, спускаемого в скважину на тросе, или инструмента для измерения во время бурения (MWD).
[0114] Устройство 2502, а также все компоненты, находящиеся в нем, в данной заявке могут быть охарактеризованы как “модули”. Такие модули могут содержать аппаратные схемы и/или процессор, и/или схемы памяти, модули программного обеспечения и объекты и/или встроенное программное обеспечение, а также их комбинации, по желанию разработчика архитектуры устройства 2502, а также систем 1864, 1964, 2500 и, по мере необходимости, для конкретных реализаций различных вариантов изобретения. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения такие модули могут входить в состав пакета программ для моделирования работы устройства и/или системы, таких как пакет программного обеспечения для моделирования электрических сигналов, пакет программ для моделирования потребления и распределения электроэнергии, пакет программ для моделирования рассеивания мощности/тепла и/или комбинации программного обеспечения и аппаратных средств, применяемых для моделировании работы различных потенциальных вариантов реализации изобретения.
[0115] Следует также понимать, что устройство и системы из различных вариантов реализации изобретения могут применять в областях применения, отличных от геофизических исследований скважин, и, таким образом, объем изобретения не будет ограничиваться различными вариантами реализации изобретения. Графические материалы, иллюстрирующие устройство 2502 и системы 1864, 1964, 2500, предназначены для того, чтобы дать общее представление о конструкции различных вариантов реализации изобретения, а не для применения в качестве полного описания всех элементов и функций устройства и систем, которые могут быть выполнены с применением конструкций, описанных в данном документе.
[0116] Устройства, которые могут входить в состав различных вариантов реализации нового устройства и систем, включают электронные схемы, применяемые в высокоскоростных компьютерах, схемы передачи данных и обработки сигналов, модемы, процессорные модули, встраиваемые процессоры, коммутаторы данных, а также модули для специального применения. Такие устройства и системы на уровне субкомпонентов могут дополнительно входить в состав различных электронных систем, таких как телевизоры, сотовые телефоны, персональные компьютеры, рабочие станции, радиоприемники, видеоплееры, транспортные средства, средства обработки сигналов для геотермального оборудования и, среди прочего, Smart преобразователя интерфейса узла системы телеметрии. Некоторые варианты реализации изобретения включают ряд способов.
ИЗДЕЛИЯ
[0117] После прочтения содержания данного описания изобретения специалистам в данной области техники будет очевиден способ, с помощью которого, применяя машиночитаемый носитель, в компьютерной системе может быть запущена компьютерная программа для выполнения функций, определенных программным обеспечением. Специалистам в данной области техники также будут понятны различные языки программирования, которые могут применять для создания одной или более компьютерных программ, для реализации и выполнения описанных в данной заявке способов. Программы могут быть структурированы в объектно-ориентированном формате с помощью объектно-ориентированного языка программирования, например, Java или C#. В некоторых вариантах реализации программы могут быть структурированы в процедурно-ориентированном формате с помощью процедурного языка программирования, например, Ассемблер или C. Программные компоненты могут обмениваться данными при помощи любого из ряда механизмов, хорошо известных специалистам в данной области техники, таких как прикладные программные интерфейсы или методы межпроцессного взаимодействия, включая удаленные вызовы процедур. Идеи, изложенные в различных вариантах реализации изобретения, не ограничиваются каким-либо конкретным языком или средой программирования. Таким образом, могут быть реализованы различные варианты реализации изобретения.
[0118] Например, на Фиг. 9 представлена блок-схема изделия 2100 в соответствии с различными вариантами реализации изобретения, такими как компьютер, запоминающее устройство, магнитный или оптический диск, или другой носитель информации. Изделие 2100 может содержать один или более процессоров 2116, взаимосвязанных с машиночитаемым носителем, таким как память 2136 (например, съемный носитель, а также любая материальная, энергонезависимая память, в том числе электрическая, оптическая или магнитоэлектрическая), содержащим соответствующую информацию 2138 (например, команды компьютерной программы и/или данные), причем применение этой информации одним или более процессорами 2116 приводит к выполнению машиной (например, изделием 2100) каких-либо действий, описанных применительно к устройствам, системам и способам, проиллюстрированным на Фиг. 1-8.
[0119] В некоторых вариантах реализации изобретения изделие 2100 может содержать один или более процессоров 2116, соединенных с дисплеем 2118, для отображения данных, обрабатываемых процессором 2116, и/или проводной или беспроводной приемопередатчик 2544 (например, скважинный телеметрический приемопередатчик) для приема и передачи данных, обрабатываемых процессором.
[0120] Запоминающее(ие) устройство(а), входящее(ие) в состав изделия 2100, может(гут) включать память 2136, содержащую энергозависимую память (например, динамическую память с произвольным доступом) и/или энергонезависимую память. Память 2136 могут применять для хранения данных 2140, обрабатываемых процессором 2116, таких как данные, полученные от оборудования скважинного снаряда.
[0121] В разных вариантах реализации изобретения изделие 2100 может содержать устройство связи 2122, которое в свою очередь может содержать усилители 2126 (например, предварительные усилители или усилители мощности) и/или фильтры (например, интерполяционные фильтры, шумоподавляющие фильтры и т. д.). Сигналы 2142, принятые или переданные с помощью устройства связи 2122, могут обрабатываться в соответствии со способами, описанными в данной заявке.
[0122] Возможно множество вариантов реализации изделия 2100. Например, в различных вариантах реализации изделие 2100 может содержать скважинный инструмент, такой как устройство 2502 инструмента, проиллюстрированное на Фиг. 5.
[0123] Таким образом, устройства, системы и способы, описанные в данном документе, могут осуществлять выбор наилучшего описания конфигурации системы передачи данных (например, такой как система передачи данных из скважины на поверхность), так что полученная суммарная скорость передачи данных может быть максимально увеличена, причем коэффициент битовых ошибок не превышает требуемого уровня. Это достигается благодаря описанию конфигурации уменьшенного размера. В результате время, затраченное на передачу информации с поверхности в скважину, и наоборот, может быть существенно уменьшено, при этом снижается стоимость услуг, предоставляемых исследовательской/геологоразведочной компанией.
[0124] Сопроводительные графические материалы, являющиеся неотъемлемой частью данной заявки, приведены с целью пояснения, а не ограничения конкретных вариантов реализации, в которых может быть реализован предмет изобретения. Варианты реализации изобретения проиллюстрированы и описаны достаточно подробно с целью позволить специалистам в данной области техники реализовать идеи, описанные в данной заявке. Могут применять другие варианты реализации изобретения, а также вытекающие из них таким образом, что структурные и логические замены и изменения могут быть сделаны без отхода от объема данного изобретения. Поэтому данное подробное описание не следует воспринимать в смысле ограничения, а объем различных вариантов изобретения определяется только прилагаемой формулой изобретения, наряду с полным диапазоном эквивалентов, на которые ссылаются пункты формулы изобретения.
[0125] Такие варианты реализации заявленного предмета изобретения могут упоминаться в данной заявке по отдельности и/или все вместе под термином “изобретение” лишь для удобства, не имея намерения специально ограничить рамки данной заявки одним изобретением или одной идеей изобретения, если фактически раскрыто более одного изобретения или идеи. Таким образом, хотя в данной заявке были проиллюстрированы и описаны конкретные варианты реализации изобретения, следует отметить, что может быть изменена любая расстановка, которая служит для достижения одной и той же цели, для конкретных отображенных вариантов реализации изобретения. Данное описание изобретения предназначено для того, чтобы охватить любые адаптации или вариации различных вариантов реализации изобретения. Для специалистов в данной области техники при рассмотрении приведенного выше описания будут очевидны комбинации вышеупомянутых вариантов реализации изобретения, а также другие варианты, конкретно не описанные в данной заявке.
[0126] Реферат изобретения предоставлен в соответствии с §1.72(b) раздела 37 Свода федеральных правил, который требует быстрого понимания читателем характера технической стороны изобретения. Реферат предоставляют с пониманием того, что он не будет служить для интерпретации или ограничения объема или смысла формулы изобретения. Кроме того, в предшествующем подробном описании можно заметить, что с целью упрощения описания изобретения различные признаки сгруппированы вместе в одном варианте изобретения. Этот способ описания изобретения не следует интерпретировать как отражение намерения, что для заявленных вариантов реализации изобретения требуется больше признаков, чем можно недвусмысленно прочитать в каждом пункте формулы изобретения. Скорее, как отражено в последующей формуле изобретения, объект изобретения распространяется менее чем на все признаки отдельно описанного варианта реализации изобретения. Таким образом, последующая формула изобретения включена в данное подробное описание, причем каждый пункт формулы изобретения является сам по себе отдельным вариантом реализации изобретения.