一种钻井液连续波平滑相位调制方法及系统与流程 专利技术说明

土层或岩石的钻进;采矿的设备制造及其应用技术1.本发明涉及一种钻井液连续波平滑相位调制方法及系统。背景技术：2.随着自动化钻井技术的发展，人们需要快速实时地获取尽可能多的 井下信息，使得随钻测量技术成为实现关键。目前随钻测量技术受制于 较低的信息上传速率，难以为现场决策提供有效帮助，因此井下信息传 输技术成为研究的重点。在井下信息传输技术中，钻井液连续波传输方 式属于频带传输，速率相对较高，抗干扰能力较强，具有广阔的应用前 景，因此在随钻测量技术中应用最为广泛。实现连续波信息传输的关键 之一是连续波信号的调制，现有连续波信号调制方式主要有振幅键控 (amplitude-shift keying，ask)、频移键控(frequency-shift keying，fsk) 和相移键控(phase-shift keying，psk)，其中psk可以实现更高的带宽 利用率，且调制简单，有利于信号传输速率的提升，因此应用较为广泛。技术实现要素：3.本发明的发明人发现，现有技术中基于相移键控的剪切阀型钻井液 连续波调制方法，存在钻井液信号相位改变过程中剪切阀转速突变以及 剪切阀停止转动等待信号相位变化的问题。鉴于上述问题，本发明实施 例有必要提出一种钻井液连续波平滑相位调制方法及系统以解决或部 分解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：4.第一方面，本发明实施例提供一种钻井液连续波平滑相位调制方法， 包括：5.根据井下传感器采集到的井下信息确定目标连续波信号；6.根据预设调制规则确定所述井下信息对应的当前载波周期内驱动 电机所需旋转角度；7.根据预设速度规划方法确定所述井下信息对应的当前载波周期内 驱动电机转速变化趋势；8.根据所述目标连续波信号、所述驱动电机所需旋转角度和所述驱动 电机转速变化趋势，通过下述压力波调制方程，确定驱动电机各时刻转 速结果：[0009][0010]其中，s(t)为不同时刻目标连续波信号值，a为连续波信号幅值，n 为剪切阀叶片数，为驱动电机初始旋转角度，且以剪切阀开度最大时 作为零位置点，为驱动电机各时刻转速，为连续波信号初始相位；[0011]根据所述驱动电机各时刻转速结果控制驱动电机带动剪切阀的转 子相对定子转动，产生钻井液连续波信号。[0012]在一个或一些实施例中，所述根据预设调制规则确定所述井下信息 对应的当前载波周期内驱动电机所需旋转角度，包括：[0013]将所述井下信息进行编码得到对应的编码数据；[0014]根据所述预设调制规则，确定所述编码数据对应的当前载波周期内 驱动电机所需旋转角度。[0015]在一个或一些实施例中，所述根据所述预设调制规则，确定所述编 码数据对应的当前载波周期内驱动电机所需旋转角度，包括：[0016]根据所述预设调制规则，确定所述编码数据对应的当前载波周期内 连续波信号相位差；[0017]根据所述预设调制规则，确定所述当前载波周期内连续波信号相位 差对应的驱动电机所需旋转角度。[0018]在一个或一些实施例中，所述预设调制规则包括第一预设调制规则 和第二预设调制规则，所述第一预设调制规则为建立编码数据与连续波 信号相位偏移量的第一映射关系，所述第二预设调制规则为建立连续波 信号相位偏移量与驱动电机所需旋转角度的第二映射关系；[0019]所述根据所述预设调制规则，确定所述编码数据对应的当前载波周 期内驱动电机所需旋转角度，包括：[0020]根据所述第一映射关系，确定所述编码数据对应的连续波信号相位 偏移量；[0021]根据所述第二映射关系，确定所述连续波信号相位偏移量对应的驱 动电机所需旋转角度。[0022]在一个或一些实施例中，所述编码数据包括当前编码数据和上次编 码数据，且所述当前编码数据和所述上次编码数据均为二进制数据；[0023]所述根据所述预设调制规则，确定所述编码数据对应的当前载波周 期内驱动电机所需旋转角度，包括：[0024]若当前编码器数据与上次编码数据均为0，则连续波信号相对载波 信号相位的偏移量为0，通过下式确定驱动电机所需旋转角度：[0025][0026]若当前编码器数据与上次编码数据均为1，则连续波信号相对载波 信号相位的偏移量为π，通过下式确定驱动电机所需旋转角度：[0027][0028]若当前编码器数据与上次编码数据不相同，通过下式确定驱动电机 所需旋转角度：[0029][0030]其中，n为剪切阀叶片数，为上次连续波信号相对载波信号相位 的偏移量，为当前连续波信号相对载波信号相位的偏移量。[0031]在一个或一些实施例中，所述编码数据包括当前编码数据和上次编 码数据；[0032]所述根据预设速度规划方法确定所述井下信息对应的当前载波周 期内驱动电机转速变化趋势，包括：[0033]获取当前编码数据和上次编码数据；[0034]基于所述当前编码数据和所述上次编码数据根据预设速度规划方 法确定当前载波周期内驱动电机转速变化趋势。[0035]在一个或一些实施例中，所述基于所述当前编码数据和所述上次编 码数据根据预设速度规划方法确定当前载波周期内驱动电机转速变化 趋势，包括：[0036]若当前编码数据与上次编码数据均为0，驱动电机起始转速与驱动 电机结束转速均为0，驱动电机转速以s曲线先增加后减小；[0037]若当前编码数据与上次编码数据均为1，驱动电机起始转速与驱动 电机结束转速均不为0，且需经过零转速点，驱动电机转速先以s曲线 减速至0，到达零转速点后以s曲线反向加速；[0038]若上次编码数据为0，当前编码数据为1，驱动电机起始转速为0， 驱动电机结束转速不为0，驱动电机以s曲线加速运动；[0039]若上次编码数据为1，当前编码数据为0，驱动电机起始转速不为0， 驱动电机结束转速为0，驱动电机以s曲线减速运动。[0040]第二方面，本发明实施例提供一种钻井液连续波平滑相位调制参数 确定装置，包括：[0041]目标连续波信号确定模块，用于根据井下传感器采集到的井下信息 确定目标连续波信号；[0042]驱动电机所需旋转角度确定模块，用于根据预设调制规则确定所述 井下信息对应的当前载波周期内驱动电机所需旋转角度；[0043]驱动电机转速变化趋势确定模块，用于根据预设速度规划方法确定 所述井下信息对应的当前载波周期内驱动电机转速变化趋势；[0044]驱动电机各时刻转速结果确定模块，用于根据所述目标连续波信号、 所述驱动电机所需旋转角度和所述驱动电机转速变化趋势，通过下述压 力波调制方程，确定驱动电机各时刻转速结果：[0045][0046]其中，s(t)为不同时刻目标连续波信号值，a为连续波信号幅值，n 为剪切阀叶片数，为驱动电机初始旋转角度，且以剪切阀开度最大时 作为零位置点，为驱动电机各时刻转速，为连续波信号初始相位。[0047]第三方面，本发明实施例提供一种钻井液连续波平滑相位调制系统， 包括连续波信号发生器和如上所述的钻井液连续波平滑相位调制参数 确定装置，所述连续波信号发生器与所述钻井液连续波平滑相位调制参 数确定装置连接；[0048]所述连续波信号发生器包括控制器、驱动电机和剪切阀；[0049]所述控制器，用于根据所述钻井液连续波平滑相位调制参数确定装 置确定的驱动电机各时刻转速结果控制驱动电机带动剪切阀的转子相 对定子转动，产生钻井液连续波信号。[0050]在一个或一些实施例中，所述剪切阀包括同轴设置的定子和转子， 所述定子和转子具有相同数量的叶片和相同开口角度的阀口。[0051]第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储 有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的钻井液连续波平 滑相位调制方法。[0052]第五方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器，处理器 及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行 所述程序时实现如上所述的钻井液连续波平滑相位调制方法。[0053]基于上述技术方案，本发明较现有技术而言的有益效果为：[0054]本发明实施例提供的钻井液连续波平滑相位调制方法，根据井下传 感器采集到的井下信息确定目标连续波信号；根据预设调制规则确定井 下信息对应的当前载波周期内驱动电机所需旋转角度；根据预设速度规 划方法确定井下信息对应的当前载波周期内驱动电机转速变化趋势；结 合预设调制规则以及预设速度规划方法在保证连续波信号相位按既定 传统规则变化的条件下，平滑驱动电机的转速，同时保证驱动电机运动 的连续性，改善振荡剪切阀型连续波发生器中驱动电机速度的平稳性； 根据目标连续波信号、驱动电机所需旋转角度和驱动电机转速变化趋势， 通过压力波调制方程，确定驱动电机各时刻转速结果，采用预设速度规 划方法实现驱动电机平滑转动，并通过压力波调制方程来规划全过程中 的驱动电机转速，进而建立波形相位与剪切阀中转子转速和位置之间的 关系，以便于实现钻井液连续波发生器中的驱动电机控制。[0055]本发明实施例提供的钻井液连续波平滑相位调制方法，根据驱动电 机各时刻转速结果控制驱动电机带动剪切阀的转子相对定子转动，产生 钻井液连续波信号，实现了驱动电机转速平滑变化条件下连续波信号相 位的改变，解决了连续波信号相位调制时符号相位变化时信号相位直接 跳变的问题。附图说明[0056]一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明， 这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标 号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例 限制。[0057]图1为本发明实施例提供的钻井液连续波平滑相位调制方法的流程 示意图；[0058]图2为本发明提供的符号与连续波信号相位的映射表；[0059]图3a为发明实施例提供的振荡剪切阀定子结构图；[0060]图3b为发明实施例提供的振荡剪切阀转子结构图；[0061]图4为本发明中驱动电机工作时转角—时间的函数关系示意图；[0062]图5为本发明中驱动电机转子工作时转速—时间的函数关系示意图；[0063]图6为本发明实施例中平滑调制时的连续波波形示意图；[0064]图7为本发明提供的钻井液连续波平滑相位调制参数确定装置的结 构示意图；[0065]图8为本发明提供的钻井液连续波平滑相位调制系统的结构示意图；[0066]图9为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。具体实施方式[0067]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附 图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的 具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的 实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所 有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0068]需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互 结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了 功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以 以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步 骤。再者，本发明所采用的“第一”、“第二”、“第三”等字样并不对数 据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项 进行区分。[0069]在井下信息传输技术如石油钻井井下信息传输技术中，钻井液连续 波传输方式属于频带传输，速率相对较高，抗干扰能力较强，具有广阔 的应用前景，因此在随钻测量技术中应用最为广泛。钻井液连续波信息 传输系统按连续波信号产生方式主要分为振荡剪切阀式和旋转阀式，其 中振荡剪切阀式连续波信息传输系统(以下简称连续波信息传输系统)具 有信号传输速率高、鲁棒性强的特点而具有更好的应用前景。该系统主 要包含井下传感器、井下波形发生单元、钻井液信道、地面信号接收与 处理单元，其中，井下波形发生单元的核心部件是振荡剪切阀式连续波 信号发生器(以下简称连续波发生器)，主要包含剪切阀、驱动电机、信 号调制与控制模块，其中剪切阀包含一对定子和转子。当连续波信息传 输系统工作时，井下信息经井下传感器测量、编码后转换为预设数制数 据如二进制数据并传输至井下波形发生单元中的信号调制与控制模块， 该模块根据信号调制方式生成调制信息并控制驱动电机驱动转子相对 定子往复摆动，从而周期性地阻断钻井液地流通路径，在定子上游形成 具有一定规律地钻井液压力波动，该压力波动称为连续波，将预设数制 数据如二进制数据转换为连续波的过程称为连续波信号调制，随后连续 波通过钻井液信道传输至地面，地面信号接收与处理单元接收连续波并 将其还原为井下信息。由此可以看出，实现连续波信息传输的关键之一 是连续波信号的调制。基于此，本发明实施例提供一种钻井液连续波平 滑相位调制方法，其中，平滑表示在连续波信号相位变化过程中驱动电 机转角、转速曲线连续可导，如图1所示，包括：[0070]s101、根据井下传感器采集到的井下信息确定目标连续波信号；[0071]上述步骤s101中，获取井下传感器采集的井下信息如井斜角、方 位角、钻压及扭矩等数据，将井下信息转化为预设数制如二进制的数据， 从而将井下信息转化为一串编码符号。基于二进制数据对载波信号进行 叠加得到连续波信号相位，确定目标连续波信号。[0072]s102、根据预设调制规则确定所述井下信息对应的当前载波周期内 驱动电机所需旋转角度；[0073]上述步骤s102中根据预设调制规则建立所述预设数制的数据与钻 井液连续波信号的相位之间的关系，根据目标连续波信号通过改变驱动 电机所需旋转角度改变钻井液连续波信号的相位。将所述预设数制的数 据如二进制数据划分符号，建立符号与码元相位映射表如图2所示，具 体是，建立符号与连续波信号相位偏移量和转子相对初始位置旋转角度 也即驱动电机所需旋转角度的一一对应关系。由此，根据接收的编码符 号即可确定驱动电机所需旋转角度。通过驱动电机转动逐步达到驱动电 机所需旋转角度，从而连续改变连续波信号相位，解决了相位调制时符 号相位变化时相位直接跳变的问题。[0074]s103、根据预设速度规划方法确定所述井下信息对应的当前载波周 期内驱动电机转速变化趋势；[0075]上述步骤s103中，根据井下信息对应的预设数制数据，通过预设 速度规划方法基于预设数制数据确定对应的驱动电机转速变化趋势，在 保证连续波信号相位按既定传统规则变化的条件下，平滑驱动电机的转 速，同时保证驱动电机运动的连续性，改善振荡剪切阀型连续波发生器 中驱动电机速度的平稳性。[0076]s104、根据所述目标连续波信号、所述驱动电机所需旋转角度和所 述驱动电机转速变化趋势，通过下述压力波调制方程，确定驱动电机各 时刻转速结果：[0077][0078]其中，s(t)为不同时刻目标连续波信号值，a为连续波信号幅值，n 为剪切阀叶片数，为驱动电机初始旋转角度，且以振荡剪切阀开度最 大时作为零位置点，为驱动电机各时刻转速，为连续波信号初始 相位；[0079]上述步骤s104中，将目标连续波信号代入所述压力波调制方程， 根据所述驱动电机所需旋转角度和所述驱动电机转速变化趋势得到载 波周期内驱动电机各时刻转速结果，使驱动电机在速度平滑变化的条件 下转动相应的角度。通过所述压力波调制方程来规划全过程中的驱动电 机转速，进而建立波形相位与振荡剪切阀中转子转速和位置之间的关系， 以便于实现钻井液连续波发生器中的驱动电机控制。[0080]s105、根据所述驱动电机各时刻转速结果控制驱动电机带动剪切阀 的转子相对定子转动，产生钻井液连续波信号。[0081]上述步骤s105中，由于振荡剪切阀由驱动电机直接驱动，驱动电 机转速即为剪切阀转速，驱动电机根据所述驱动电机各时刻转速结果带 动剪切阀的转子相对定子转动，从而在定子上方按照所述预设调制规则 产生钻井液压力波，将预设进制数据调制到钻井液压力波中，产生的钻 井液压力波为连续压力波，产生的钻井液连续波信号即为目标连续波信 号。[0082]本发明实施例提供的钻井液连续波平滑相位调制方法，结合调制规 则以及速度规划方法在保证连续波信号相位按既定传统规则变化的条 件下，平滑驱动电机的转速，同时保证驱动电机运动的连续性，改善振 荡剪切阀型连续波发生器中驱动电机速度的平稳性；根据目标连续波信 号、驱动电机所需旋转角度和驱动电机转速变化趋势，通过压力波调制 方程，确定驱动电机各时刻转速结果，采用速度规划实现编码符号之间 的驱动电机平滑转动，并通过压力波调制方程来规划全过程中的驱动电 机转速，进而建立波形相位与剪切阀中转子转速和位置之间的关系，以 便于实现钻井液连续波发生器中的驱动电机控制。[0083]本发明实施例提供的钻井液连续波平滑相位调制方法，综合考虑钻 井液连续波产生的物理过程，在编码符号之间，采用调相的方式，实现 了驱动电机转速平滑变化条件下连续波信号相位的改变，解决了相位调 制时符号相位变化时转速直接跳变的问题。[0084]在一个或一些实施例中，上述步骤s102中所述的根据预设调制规 则确定所述井下信息对应的当前载波周期内驱动电机所需旋转角度，具 体包括：[0085]s1021、将所述井下信息进行编码得到对应的编码数据；[0086]上述步骤s1021中，将井下信息进行编码转化为预设数制的数据， 得到对应的编码数据，如可以是二进制数据，可以根据实际需要将井下 信息转化为不同数制的数据。[0087]s1022、根据所述预设调制规则，确定所述编码数据对应的当前载 波周期内驱动电机所需旋转角度。[0088]上述步骤1022中，根据井下信息对应的编码数据，根据所述预设 调制规则，即可确定对应的驱动电机所需旋转角度。[0089]在一个实施例中，上述步骤s1022所述的根据所述预设调制规则， 确定所述编码数据对应的当前载波周期内驱动电机所需旋转角度，具体 包括：[0090]s10221a、根据所述预设调制规则，确定所述编码数据对应的当前 载波周期内连续波信号相位差；[0091]s10222a、根据所述预设调制规则，确定所述当前载波周期内连续 波信号相位差对应的驱动电机所需旋转角度。[0092]在一个实施例中，所述预设调制规则包括第一预设调制规则和第二 预设调制规则，如图2所示，所述第一预设调制规则为建立编码数据与 连续波信号相位偏移量的第一映射关系，所述第二预设调制规则为建立 连续波信号相位偏移量与驱动电机所需旋转角度的第二映射关系；[0093]上述步骤s1022所述的根据所述预设调制规则，确定所述编码数据 对应的当前载波周期内驱动电机所需旋转角度，具体包括：[0094]s10221b、根据所述第一映射关系，确定所述编码数据对应的连续 波信号相位偏移量；[0095]上述步骤s10221b中，根据如图2所示的映射表，若编码数据为0 对应连续波信号相位偏移量为0，编码数据为1对应连续波信号相位偏 移量为π。[0096]s10222b、根据所述第二映射关系，确定所述连续波信号相位偏移 量对应的驱动电机所需旋转角度。[0097]上述步骤s10222b中，根据如图2所示的映射表，若编码数据为0 对应驱动电机所需旋转角度为0°或者60°，编码数据为1对应驱动电 机所需旋转角度为30°。[0098]现有连续波信号调制方式主要有振幅键控(amplitude-shift keying， ask)、频移键控(frequency-shift keying，fsk)、相移键控(phase-shiftkeying，psk)，其中psk可以实现更高的带宽利用率，且调制简单，有 利于信号传输速率的提升，因此应用较为广泛。以采用bpsk调制为例， 现有的基于二进制相移键控(binary phase shift keying，bpsk)的信号调 制方式是使连续波信号相位在检测点突变，由于连续波信号的相位由转 子的转角决定，若调制出的波形存在相位的不连续，则在不连续点需要 转子的转速发生突变，但由于转子转动惯量的存在，转速是连续的。由 于振荡剪切阀的转子相对定子往复摆动，当转子转动一定角度后需反向 旋转，因此转子转速曲线存在双零点。旋转阀是连续转动的，以连续旋 转为基础的旋转阀型信号调制方法无法适用于往复摆动，因此现有的旋 转阀型连续波发生器信号调制方法无法应用于剪切阀型连续波信号发 生器。同时若采用转子在转速零点等待连续波信号相位变化的方式实现 信号调制的方式会显著降低信号传输的速率。综上所述，提出一种电机 连续、平滑运动条件下连续波信号相位调制的方法对于实现连续波信号 高速稳定传输具有重要意义。[0099]在一个实施例中，为使连续波信号相位改变过程中驱动电机转速平 滑变化，本发明采用速度规划的方法设计驱动电机的转速。以二进制相 移键控调制为例，发送二进制数据0时，连续波信号相位相对载波信号 偏移量为0，此时钻井液在剪切阀区域流通面积最大，连续波信号幅值 最小；发送二进制数据1时，连续波信号相位相对载波信号偏移量为π， 此时钻井液在剪切阀区域流通面积最小，连续波信号幅值最大。[0100]所述编码数据包括当前编码数据和上次编码数据，且所述当前编码 数据和所述上次编码数据均为二进制数据；[0101]上述步骤s1022所述的根据所述预设调制规则，确定所述编码数据 对应的当前载波周期内驱动电机所需旋转角度，包括：[0102]若当前编码器数据与上次编码数据均为0，则连续波信号相对载波 信号相位的偏移量为0，通过下式确定驱动电机所需旋转角度：[0103][0104]若当前编码器数据与上次编码数据均为1，则连续波信号相对载波 信号相位的偏移量为π，通过下式确定驱动电机所需旋转角度：[0105][0106]若当前编码器数据与上次编码数据不相同，通过下式确定驱动电机 所需旋转角度：[0107][0108]其中，n为剪切阀叶片数，为上次连续波信号相对载波信号相位 的偏移量，为当前连续波信号相对载波信号相位的偏移量。[0109]本发明实施例中，通过将当前编码数据即编码器当前发送的二进制 数据与上次编码数据即编码器上次发送的二进制数据进行比较，计算当 前载波周期内连续波信号相位的偏移量及驱动电机所需旋转角度。[0110]在一个实施例中，所述编码数据包括当前编码数据和上次编码数据；[0111]上述步骤s103所述的根据预设速度规划方法确定所述井下信息对 应的当前载波周期内驱动电机转速变化趋势，具体包括：[0112]s1031、获取当前编码数据和上次编码数据；[0113]上述步骤s1031中，获取编码器上次发送的二进制数据即上次编码 数据和编码器当前发送的二进制数据即当前编码数据。[0114]s1032、基于所述当前编码数据和所述上次编码数据根据预设速度 规划方法确定所述驱动电机所需旋转角度对应的速度变化趋势。[0115]上述步骤s1032中，根据所述当前编码数据和所述上次编码数据， 规划驱动电机速度变化趋势使驱动电机在速度平滑变化的条件下转动 相应的所需旋转角度。所述预设速度规划方法可以根据实际需要进行设 置，只要能够使得驱动电机转速平滑变化。[0116]在一个实施例中，随后根据驱动电机所需旋转角度规划驱动电机转 速使其在速度平滑变化的条件下转动相应的角度，例如采用s曲线规划 驱动电机转速，规划方法如下：[0117]上述步骤s1032所述的基于所述当前编码数据和所述上次编码数据 根据预设速度规划方法确定所述驱动电机所需旋转角度对应的速度变 化趋势，包括：[0118]若当前编码数据与上次编码数据均为0，驱动电机起始转速与驱动 电机结束转速均为0，驱动电机转速以s曲线先增加后减小；[0119]若当前编码数据与上次编码数据均为1，驱动电机起始转速与驱动 电机结束转速均不为0，且需经过零转速点，驱动电机转速先以s曲线 减速至0，到达零转速点后以s曲线反向加速；[0120]若上次编码数据为0，当前编码数据为1，驱动电机起始转速为0， 驱动电机结束转速不为0，驱动电机以s曲线加速运动；[0121]若上次编码数据为1，当前编码数据为0，驱动电机起始转速不为0， 驱动电机结束转速为0，驱动电机以s曲线减速运动。[0122]应说明的是，该规划方法仅是本发明的一个具体实施例，在其它实 施例中，还可以采用其他方式，任何能够使得驱动电机转速平滑变化的 方法均在本发明实施例的保护范围之内。[0123]作为一种具体实施方式，本发明实施例提供的振荡剪切阀定、转子 结构分别如图3a、3b所示。定子、转子均包含6个均匀分布的叶片，且 初始时刻转子叶片11在定子上的投影与定子叶片9可完全重合。定子 阀口10、转子阀口12开口角度均为22.5°。安装时定子安装于转子上 游，定、转子叶片同圆心，二者间间隙为2mm。当转子叶片11在定子 上的投影与定子叶片9完全重合时钻井液在振荡剪切阀处过流面积最大， 定子上游产生的钻井液压力波幅值最小，连续波信号相位为0；当转子 叶片11在定子上的投影完全堵塞定子阀口10时，钻井液在振荡剪切阀 处过流面积最小，定子上游产生的钻井液压力波幅值最大，连续波信号 相位为π。[0124]所述预设调制规则即所述符号13、连续波信号相位偏移量14与转 子相对初始位置旋转角度15映射表如图2所示。应说明的是，连续波 信号相位偏移量14为检测时刻连续波信号的相位，转子初始位置为振 荡剪切阀开始工作时刻转子叶片11在定子上的投影与定子叶片9完全 重合时转子的位置，转子相对初始位置旋转角度15为检测时刻转子相 对初始位置的转角。以二进制相移键控bpsk为例，根据bpsk调制规 则，符号0对应连续波信号相位偏移量为0，符号1对应连续波信号相 位偏移量为π。假设连续波发生器开始工作时连续波信号相位为0，此 时定转子叶片轴向重合，钻井液过流面积最大。当发送符号0时，在载 波周期时间结束后，定、转子仍应保持轴向重合使钻井液过流面积最大， 对于实施例中的振荡剪切阀结构，转子叶片相对初始位置旋转0或60°， 当发送符号1时，此时在定子上游形成的钻井液压力波幅值最大，钻井 液在阀区域的过流面积最小，转子叶片完全堵塞定子阀口，转子叶片相 对初始位置旋转30°。[0125]为了进一步对本发明实施例提供的钻井液连续波平滑相位调制方 法进行描述，本发明实施例以发送数据为二进制数据为例对钻井液连续 波平滑相位调制过程中驱动电机即剪切阀旋转角度、转子转速以及钻井 液连续波波形进行说明：[0126]当二进制数据为“0110”时振荡剪切阀转子转角随时间的变化如图 4所示。由振荡剪切阀运动特点可知，转子转角在0～60°间平滑变化。 定义转子转角增加为正向旋转，转角减小为反向旋转，当发送二进制数 据为0时，转子转角在载波周期t内平滑变化60°，此时转子叶片在定 子上的投影仍与定子叶片重合，钻井液过流面积最大，连续波信号相位 无变化，转子转角变化曲线如图中16所示。随后发送二进制数据1，由 于转子已到达最大旋转角度，因此按照曲线17反向旋转，经一个载波 周期旋转30°，此时转子叶片在定子上的投影与定子阀口重合，钻井液 流通面积最小，连续波信号幅值最大，信号相位偏移π。随后发送二进 制数据1，由于转子未回到初始位置，因此其先反向旋转，随后正向旋 转，最终到达转角为30°处，转角变化曲线如18所示。随后发送二进 制数据0，连续波信号相位需偏移0，幅值最小，钻井液过流面积最大， 由于转子未到达最大旋转角度，因此转子仅需沿正向在一个载波周期时 间内旋转30°即可，转角变化曲线如19所示。[0127]当二进制数据为“0110”时振荡剪切阀转子转速随时间的变化如图 5所示，图中剪切阀转子速度采用s曲线规划。初始时刻连续波信号相 位为0，当发送二进制数据0时，转子最终需旋转60°以保证在定子上 的投影与定子叶片重合，且为反向旋转，转子旋转60°后转速应为0， 因此，转子转速按照曲线20变化。随后发送二进制数据1，因转子到达 转动极限，需反转30°保证钻井液流通面积最小，此时转速变化曲线如 曲线21所示。随后发送二进制数据1，转子首先反向减速为0，随后正 向加速，保证剪切阀位置未发生变化，速度变化如曲线22。最后发送二 进制数据0，转子按照曲线23减速，最终到达转角为60°的位置。[0128]发送二进制数据为“0110”时钻井液连续波波形如图6所示。当发 送数据0时，波形如曲线24，发送数据1时，波形如曲线25，发送数 据1时，波形如曲线26，发送数据0时，波形如曲线27，由图可以看 出，当载波周期结束后，信号相位均可到达预设值。[0129]实施例二[0130]基于同一发明构思，本发明实施例提供一种钻井液连续波平滑相位 调制参数确定装置，如图7所示，包括：[0131]目标连续波信号确定模块201，用于根据井下传感器采集到的井下 信息确定目标连续波信号；[0132]驱动电机所需旋转角度确定模块202，用于根据预设调制规则确定 所述井下信息对应的当前载波周期内驱动电机所需旋转角度；[0133]驱动电机转速变化趋势确定模块203，用于根据预设速度规划方法 确定所述井下信息对应的当前载波周期内驱动电机转速变化趋势；[0134]驱动电机各时刻转速结果确定模块204，用于根据所述目标连续波 信号、所述驱动电机所需旋转角度和所述驱动电机转速变化趋势，通过 下述压力波调制方程，确定驱动电机各时刻转速结果：[0135][0136]其中，s(t)为不同时刻目标连续波信号值，a为连续波信号幅值，n 为剪切阀叶片数，为驱动电机初始旋转角度，且以振荡剪切阀开度最 大时作为零位置点，为驱动电机各时刻转速，为连续波信号初始 相位。[0137]本发明实施例提供的钻井液连续波平滑相位调制参数确定装置，基 于井下信息对应的目标连续波信号，通过预设调制规则、预设速度规划 方法和压力波调制方程来规划全过程中的驱动电机转速，进而建立波形 相位与剪切阀中转子转速和位置之间的关系，以便于实现钻井液连续波 发生器中的驱动电机控制。后续可以根据确定的驱动电机各时刻转速结 果，控制驱动电机带动剪切阀的转子相对定子旋转，在定子上方按照调 制规则产生连续波，将二进制数据调制到钻井液连续波信号中，从而产 生所述目标连续波信号。具体实现方式可以参照实施例一中关于钻井液 连续波平滑相位调制方法的相关描述，此处不再赘述。[0138]本发明实施例还提供一种钻井液连续波平滑相位调制系统，如图8 所示，包括连续波信号发生器和如实施例上所述的钻井液连续波平滑相 位调制参数确定装置，所述连续波信号发生器与所述钻井液连续波平滑 相位调制参数确定装置连接；[0139]所述钻井液连续波平滑相位调制参数确定装置包括编码器1和调制 器2；[0140]所述编码器1，用于根据井下传感器采集到的井下信息确定目标连 续波信号并传送至所述调制器2；[0141]所述调制器2，用于根据预设速度规划方法确定所述井下信息对应 的当前载波周期内驱动电机转速变化趋势；以及根据所述目标连续波信 号、所述驱动电机所需旋转角度和所述驱动电机转速变化趋势，通过下 述压力波调制方程，确定驱动电机各时刻转速结果并传输至所述控制器 3：[0142][0143]其中，s(t)为不同时刻目标连续波信号值，a为连续波信号幅值，n 为剪切阀叶片数，为驱动电机初始旋转角度，且以振荡剪切阀开度最 大时作为零位置点，为驱动电机各时刻转速，为连续波信号初始 相位；[0144]所述连续波信号发生器包括控制器3、驱动电机4和剪切阀5；[0145]控制器3，用于根据调制器2确定的驱动电机各时刻转速结果控制 驱动电机4带动剪切阀5的转子相对定子转动，产生钻井液连续波信号。[0146]在一个或一些实施例中，所述剪切阀包括同轴设置的定子和转子， 如图3a和3b所示，所述定子和转子具有相同数量的叶片和相同开口角 度的阀口。[0147]本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机 程序，该程序被处理器执行时实现如实施例一所述的钻井液连续波平滑 相位调制方法。[0148]本发明实施例还提供一种电子设备6，如图9所示，包括存储器7， 处理器8及存储在存储器7上并可在处理器8上运行的计算机程序，所 述处理器8执行所述程序时实现如实施例一所述的钻井液连续波平滑相 位调制方法。[0149]以上所描述的装置或设备实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分 离部件说明的单元模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块 单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方， 或者也可以分布到多个网络模块单元上。可以根据实际的需要选择其中 的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。[0150]通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到 各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过 硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡 献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储 在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指 令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设 备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。[0151]最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非 对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特 征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的 本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供； 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人 员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使 相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。









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