專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用ofdm技術(shù)在鉆井中進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油工程技術(shù)領(lǐng)域，進(jìn)一步涉及智能鉆井技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用OFDM技術(shù)在鉆井中進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)姆椒ā?br> 背景技術(shù)：
智能鉆井是現(xiàn)在石油工程技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，無(wú)論地質(zhì)導(dǎo)向鉆井和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井， 鉆井過(guò)程中，地面與井下的之間的信息傳輸是非常重要的組成部分。隨鉆數(shù)據(jù)傳輸包括上行通道和下行通道，上行通道是由井下向地面發(fā)送信息的通道，可將井下近鉆頭傳感器隨鉆測(cè)得的地質(zhì)和工程參數(shù)傳送到地面供鉆井工程師實(shí)時(shí)了解井下鉆進(jìn)情況。下行通道是由地面向井下發(fā)送信息的通道，下行通道發(fā)送鉆井工程師調(diào)控井眼軌跡變化的指令等，隨鉆信息通道是提高鉆井效率和提高經(jīng)濟(jì)效益的重要組成。目前，無(wú)線隨鉆通訊信道主要有三種實(shí)現(xiàn)方法一種是利用泥漿脈沖發(fā)生器的隨鉆信息傳輸?shù)姆椒?，它也是目前唯一有商業(yè)化設(shè)備隨鉆信息通道，其數(shù)據(jù)傳輸速率很低，典型為2-;3bitS/S ；第二種方法是利用電磁輻射穿透巖石地層來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，自20世紀(jì)40年代開(kāi)始俄羅斯有研究、陸續(xù)應(yīng)用的報(bào)導(dǎo)。電磁波信息傳輸存在的主要問(wèn)題是電磁輻射與地層電阻率息息相關(guān)，電磁信號(hào)穿過(guò)某些巖性地層后衰減很大，導(dǎo)致長(zhǎng)距離傳輸信息時(shí)很不穩(wěn)定。第三種方法是利用聲波信號(hào)通過(guò)鉆桿來(lái)實(shí)現(xiàn)雙向通訊，由于鉆桿的周期性結(jié)構(gòu)和鉆具組合的多樣性導(dǎo)致能在鉆桿中長(zhǎng)距離傳播的聲波振動(dòng)頻率具有很強(qiáng)的選頻性和變化性，因此利用聲波傳輸信息非常不可靠，穩(wěn)定性很差。但其中唯一可實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的利用泥漿脈沖發(fā)生器的隨鉆信息傳輸?shù)姆椒ù嬖诘膯?wèn)題是因?yàn)閭鬏斔俾事?，因此雖然實(shí)時(shí)采集了各種信息，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的信息傳輸，因此導(dǎo)致地面獲得信息的實(shí)時(shí)性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要提供一種利用OFDM技術(shù)在鉆井中進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)姆椒?，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的信息傳輸，導(dǎo)致地面獲得信息的實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題。為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種利用OFDM技術(shù)在鉆井中進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)姆椒ǎㄕ{(diào)制步驟和解調(diào)步驟，首先在調(diào)制步驟中，待傳輸?shù)男盘?hào)先經(jīng)編碼調(diào)制后插入導(dǎo)頻，再經(jīng)快速逆傅立葉變換后加上周期前綴，最后經(jīng)并串變換、數(shù)模轉(zhuǎn)換后經(jīng)換能器轉(zhuǎn)換為聲波信號(hào)，聲波信號(hào)利用鉆桿作為上行或下行通道，然后進(jìn)入解調(diào)步驟， 被接收的聲波信號(hào)先經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)串并變換后，再去掉周期前綴后經(jīng)快速傅立葉變換，最后經(jīng)信道估計(jì)后再進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)得到接收信號(hào)。所述聲波信道的通帶為鉆桿內(nèi)設(shè)置的多個(gè)子通帶，將多個(gè)子通帶組合傳輸數(shù)據(jù)； 在各個(gè)子通帶內(nèi)應(yīng)用OFDM技術(shù)，在子通帶間采用頻率分集處理。OFDM技術(shù)中，其子載波是正交的，在時(shí)域上表現(xiàn)是在一個(gè)OFDM符號(hào)周期內(nèi)T與每個(gè)子載波的周期是整數(shù)倍的關(guān)系，在頻域上的表現(xiàn)是相鄰子載波的頻率間隔Df與OFDM符號(hào)周期T是倒數(shù)關(guān)系。子載波的正交性允許各子載波的頻譜可以重疊，卻不互相干擾，從而大大地提高了頻帶的利用效率。這樣的特性特別適用于頻譜資源緊張的鉆井信道分段子集合式的頻譜特性，鉆桿子通帶寬度有限，且子通帶內(nèi)存在平坦衰落和頻率選擇性衰落，應(yīng)用OFDM技術(shù)可以有效地克服信道衰落和碼間干擾，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用OFDM技術(shù)，采用鉆桿作為信道，信息傳輸速率得到極大地提高，使得地面可實(shí)時(shí)獲得較大的信息量，可以做到實(shí)時(shí)傳輸。


圖1為實(shí)施例1中的某一參數(shù)條件下的鉆桿信道的頻譜結(jié)構(gòu)圖； 圖2為OFDM解調(diào)過(guò)程的處理流程； 圖3為仿真信息傳輸?shù)恼`碼率隨信噪比變化圖； 圖4為對(duì)輸入信號(hào)戰(zhàn)灼分組處理過(guò)程圖； 圖5為各子通帶信號(hào)進(jìn)行OFDM解調(diào)處理的過(guò)程圖。
具體實(shí)施例方式
下面將通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。實(shí)施例1 鉆桿信道是不連續(xù)信道，通帶與阻帶是相間的，并且不是均勻分隔，聲波信號(hào)能否遠(yuǎn)距離傳播決定于聲波信號(hào)的頻率，只有聲波振動(dòng)頻率位于通帶內(nèi)的信號(hào)才能遠(yuǎn)距離傳播。聲波信道通帶范圍決定于鉆桿信道的組成結(jié)構(gòu)。因此，要想實(shí)現(xiàn)利用鉆桿進(jìn)行聲波通訊，必須根據(jù)鉆柱整體的組成結(jié)構(gòu)，分析其通帶頻率，然后確定聲波傳播信號(hào)的頻率與傳播方法。假設(shè)有300根相同的鉆桿連接成一個(gè)鉆桿信道，鉆桿的參數(shù)如表1所示，其第300節(jié)鉆桿頻譜結(jié)構(gòu)如圖1所示。表1鉆桿參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種利用OFDM技術(shù)在鉆井中進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)姆椒?，包括調(diào)制步驟和解調(diào)步驟，其特征是首先在調(diào)制步驟中，待傳輸?shù)男盘?hào)先經(jīng)編碼調(diào)制后插入導(dǎo)頻，再經(jīng)快速逆傅立葉變換后加上周期前綴，最后經(jīng)并串變換、數(shù)模轉(zhuǎn)換后經(jīng)換能器轉(zhuǎn)換為聲波信號(hào)，聲波信號(hào)利用鉆桿作為上行或下行通道，然后進(jìn)入解調(diào)步驟，被接收的聲波信號(hào)先經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)， 該信號(hào)串并變換后，再去掉周期前綴后經(jīng)快速傅立葉變換，最后經(jīng)信道估計(jì)后再進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)得到接收信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用OFDM技術(shù)在鉆井中進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)姆椒?，其特征在?所述聲波信道的通帶為鉆桿內(nèi)設(shè)置的多個(gè)子通帶，將多個(gè)子通帶組合傳輸數(shù)據(jù)；在各個(gè)子通帶內(nèi)應(yīng)用OFDM技術(shù)，在子通帶間采用頻率分集處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用OFDM技術(shù)在鉆井中進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)姆椒ā，F(xiàn)有技術(shù)中傳輸速率慢，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的信息傳輸導(dǎo)致地面獲得信息的實(shí)時(shí)性差。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種利用OFDM技術(shù)在鉆井中進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)姆椒ǎㄕ{(diào)制步驟和解調(diào)步驟，首先在調(diào)制步驟中，待傳輸?shù)男盘?hào)先經(jīng)編碼調(diào)制后插入導(dǎo)頻，再經(jīng)快速逆傅立葉變換后加上周期前綴，最后經(jīng)并串變換、數(shù)模轉(zhuǎn)換后經(jīng)換能器轉(zhuǎn)換為聲波信號(hào)，聲波信號(hào)利用鉆桿作為上行或下行通道，然后進(jìn)入解調(diào)步驟，被接收的聲波信號(hào)先經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)串并變換后，再去掉周期前綴后經(jīng)快速傅立葉變換，最后經(jīng)信道估計(jì)后再進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)得到接收信號(hào)。本發(fā)明信息傳輸速率高，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸。
文檔編號(hào)H04L27/26GK102457462SQ20101052693
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者付鑫生, 周靜, 尚海燕, 謝海明 申請(qǐng)人:西安石油大學(xué)