模塊化工程測井應(yīng)用的高速遙測技術(shù)

·儀器設(shè)備與應(yīng)用·

模塊化工程測井應(yīng)用的高速遙測技術(shù)

徐俊龍1張友明1徐粵州2

(1.大慶油田測試技術(shù)服務(wù)分公司黑龍江大慶163453;2.大慶油田第三采油廠 黑龍江大慶163453)

摘要：G·SHDSL網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)具有通訊速率高、適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)成熟的特點(diǎn)，是未來測井高速遙測技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。文章介紹了G·SHDSL的技術(shù)的特點(diǎn)，給出了基于G·SHDSL的高速遙測技術(shù)設(shè)計(jì)方法，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了該設(shè)計(jì)是可行的，可用于模塊化工程測井應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：G·SHDSL；網(wǎng)絡(luò)通訊；高速遙測；模塊化工程測井應(yīng)用

作者簡介：第一徐俊龍，男，1965年生，技師，畢業(yè)于東北石油大學(xué)石油工程專業(yè)，現(xiàn)在大慶油田測試技術(shù)服務(wù)分公司監(jiān)測技術(shù)研發(fā)中心從事測井儀器研制工作。E-mail:dlts_xujl@petrochina.com.cn

文章編號：中圖法分類號：TN914

收稿日期：(2014-11-13編輯：屈憶欣)

High-speed Telemetry Technology Used in Modular Engineering LoggingXU JunlongZHANG YoumingXU Yuezhou

(Logging&TestingServicesCom-panyofDaqingOilfieldCompanyLtd.，Daqing，Heilongjiang163453，China;

NO.3OilProductionoftheDaqingOilfield，Daqing，Heilongjiang163453，China)

Abstract：The Net Communication Technology based on SHDSL is a mature technology with high communication rate, well adaptability ,and will be one of the main developing direction for High-speed Telemetry Technology used in well logging. The paper introduces the technologic parameters of G·SHDSL, gives the design method of High-speed Telemetry Technolog based on G·SHDSL. at last , experiment results verify that the design method is feasible ,and can be used in Modular Engineering Logging.

Key word：G·SHDSL,net communication technology,high-speed telemetry technology,modular engineering logging technology

0引言

隨著油田開發(fā)的不斷深入，井下套管狀況更加復(fù)雜化，單獨(dú)的一項(xiàng)技術(shù)檢測的結(jié)果有時(shí)具有較大的片面性，多參數(shù)綜合分析效果更好。模塊化工程測井應(yīng)用技術(shù)可以滿足此要求，它基于高速遙測及井下總線技術(shù)將工程測井系列設(shè)計(jì)成獨(dú)立的應(yīng)用模塊，統(tǒng)一機(jī)電接口、供電方式、數(shù)據(jù)編碼格式、遙測總線接口，實(shí)現(xiàn)模塊間按需任意組合應(yīng)用，解決了技術(shù)單獨(dú)應(yīng)用實(shí)效性差、成本高，影響包括水平井、深井等非常規(guī)井井身檢查技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用，不利于精細(xì)解釋與綜合分析的難題。在工程測井應(yīng)用技術(shù)模塊化設(shè)計(jì)開發(fā)中，合適的高速遙測技術(shù)是關(guān)鍵的支撐平臺(tái)之一。

1高速遙測技術(shù)特點(diǎn)

常規(guī)的遙測技術(shù)多采用單載波或有限載波調(diào)制技術(shù)，采用傳統(tǒng)編碼調(diào)制方式(如曼碼、雙相位碼、QAM等)，由于測井電纜帶寬有限的，傳輸速率受限，即使采用復(fù)雜的均衡技術(shù)、纜芯利用技術(shù)，傳輸速率也很難突破500 kbps[1]，成為測井?dāng)?shù)據(jù)傳輸?shù)摹捌款i”問題。

隨著網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展和成熟，網(wǎng)絡(luò)通訊速率不斷提升，通訊硬件要求不斷簡化，相關(guān)技術(shù)，如xDSL、OFDM等網(wǎng)絡(luò)高速通訊技術(shù)，已開始在測井領(lǐng)域的高速遙測上應(yīng)用，也是目前國內(nèi)外開發(fā)測井電纜高速遙測通訊技術(shù)的新方向。如哈里伯頓的LOGIQ采用ADSL技術(shù)在7 000 m測井電纜上實(shí)現(xiàn)了800 kbps上傳速率。經(jīng)廣泛調(diào)研與論證，決定采用基于G·SHDSL高速網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)來開發(fā)應(yīng)用于模塊化套損檢測的高速遙測系統(tǒng)。

1．1G·SHDSL技術(shù)簡介

G.SHDSL(單對高速數(shù)字用戶線)是一種傳輸層技術(shù)，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)G.991.2由國際電信聯(lián)盟ITU于2001年通過。它基于多頻調(diào)制解調(diào)技術(shù)，采用了先進(jìn)的編/解碼算法和電纜匹配均衡技術(shù)，可通過一對銅雙絞線在應(yīng)用模塊間實(shí)現(xiàn)高達(dá)5.6 Mbps的高可靠數(shù)據(jù)通訊[2]，可用于點(diǎn)對點(diǎn)的高速數(shù)據(jù)傳輸。

1.2G·SHDSL技術(shù)特點(diǎn)

對基于測井電纜的遙測系統(tǒng)而言，電纜適應(yīng)性、抗干擾能力、雙向通訊等方面是重要的衡量指標(biāo)。G·SHDSL技術(shù)針對測井應(yīng)用而言，具有下列特點(diǎn)：

(1)電纜適應(yīng)性較強(qiáng)

G·SHDSL支持在一對銅質(zhì)雙絞線上G·SHDSL提供從192 kbps到5.6 Mbps的可變速率。由于測井電纜的幀頻特性與雙絞線比較類似[3]，只是有效頻帶寬度要低于后者。實(shí)驗(yàn)表明，G·SHDSL也支持信號在測井電纜的一對纜芯上傳送。由于它可對電纜進(jìn)行自動(dòng)均衡和一定程度的頻帶擴(kuò)展，并能根據(jù)處理后的信道特征采用適合的編碼級數(shù)和通訊速率，所以能適應(yīng)不同電纜的電氣特性和長度，自動(dòng)選擇合適的較高傳輸速率。

(2)全雙工通訊

這是一種對稱的通訊技術(shù)，其上行下行使用相同的信道，可以同時(shí)通訊，互不干擾。這種模式使得測井應(yīng)用中命令的下發(fā)變得十分簡單，實(shí)時(shí)性也更強(qiáng)。

(3)抗干擾能力強(qiáng)

G·SHDSL選擇了TC-PAM編碼技術(shù)[4]，這是一種多電平的網(wǎng)格編碼脈沖幅度調(diào)制技術(shù)。TC-PAM編碼技術(shù)將編碼和調(diào)制結(jié)合在一起。它與常規(guī)的編碼方式相比具有較大的編碼增益且不降低頻帶利用率，即提供了額外的“編碼收益”，從而改進(jìn)了存在干擾或串音時(shí)數(shù)字信號的性能。在信號噪聲較大時(shí)，可通過壓縮傳輸頻譜來提高抗噪性能，延長傳輸距離，所以特別適合有限帶寬信道(如測井電纜)的信號傳輸。

2應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與檢測

2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1是地面--井下高速遙測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖。STU-C(局端收發(fā)送器，井下)與STU-R(遠(yuǎn)端收發(fā)送器，地面)基本相同，只是對外的接口有差別，STU-C與總線控制模塊通過以太網(wǎng)接口連接，STU-R與地面系統(tǒng)則通過PXI或USB接口連接。微處理器控制單元實(shí)現(xiàn)遙測數(shù)據(jù)-命令的收發(fā)控制，并控制編-解碼DSP的編-解碼參數(shù)。TC-PAM編/解碼DSP根據(jù)微處理器給定的參數(shù)，完成調(diào)制解調(diào)的功能，實(shí)現(xiàn)鏈路激活、線路均衡、碼元的定時(shí)提取和恢復(fù)、回波抵消，從而實(shí)現(xiàn)TC-PAM編解碼，根據(jù)要求的速率、電纜長度可以人為設(shè)定或自動(dòng)設(shè)定成TC-PAM16、TC-PAM32、TC-PAM128等不同編碼模式，達(dá)到不同通訊速率及最佳通訊效果，滿足應(yīng)用需求。電纜界面電路主要完成D/A、A/D 變換、濾波、線路驅(qū)動(dòng)、增益控制等功能。其中線路驅(qū)動(dòng)包括線路的發(fā)送和接收，發(fā)送功放、接收放大、線路阻抗匹配等功能。

圖1　高速遙測系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

由于G·SHDSL技術(shù)的廣泛應(yīng)用和相對成熟，集成了核心功能(制編-解碼、信號前端處理)的片上系統(tǒng)芯片已經(jīng)問世。本例選用的PEF21628就是其中一款，它是G·SHDSL的第三代應(yīng)用芯片，集成了G·SHDSL應(yīng)用的核心功能，提供了與通用微處理器、標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)等相配接的多種接口。它使用1.5 V和3.3 V低電壓，功耗低，但驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。微處理器控制單元采用OPL-06750網(wǎng)絡(luò)專用控制芯片，它集成了高性能RISC微處理器、豐富的數(shù)據(jù)接口，用于根據(jù)遙測速率、電纜長度來設(shè)置編-解碼DSP的編-解碼參數(shù)，同時(shí)，配合片外DDR存儲(chǔ)器，還可對遙測數(shù)據(jù)流進(jìn)行緩存。以太網(wǎng)接口單元，采用的是網(wǎng)絡(luò)交換芯片AR8238，該芯片集成了VLAN單元、MAC控制器和PHY收發(fā)器，具備各種通用數(shù)據(jù)接口，完成遙測數(shù)據(jù)收發(fā)、打包、流量控制、建立VLAN等功能。

2.2實(shí)際測試效果

為方便應(yīng)用，STU-C(局端收發(fā)送器，井下)與STU-R(遠(yuǎn)端收發(fā)送器，地面)分別設(shè)計(jì)成了井下模塊和地面PXI總線板卡形式，其中地面板卡直接插入地面采集系統(tǒng)機(jī)箱的PXI總線擴(kuò)展槽中，井下模塊則設(shè)計(jì)成電路板形式，安放在井下遙測短接的電路支架上。測試時(shí)，按圖2所示連接方式對二者之間的實(shí)際通訊進(jìn)行了測試。表1是在某通訊公司按網(wǎng)絡(luò)通訊檢測標(biāo)準(zhǔn)、將STU-C與STU-R之間用規(guī)格為26AWG的標(biāo)準(zhǔn)雙絞線連接時(shí)得到的數(shù)據(jù)，參照的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為G.991.2bis，選擇有編碼方式為TCPAM-32。測試表明，通訊速率隨連接線長度增加而降低，但5 000 m長雙絞線仍能提供1 Mbps的通訊速率。在同樣條件下，還進(jìn)行了過實(shí)際測井電纜的測試，選用的7芯電纜長度5 000 m，阻值208 Ω，任意選擇2根纜芯(中間芯除外)作通訊線，穩(wěn)定通訊速率也達(dá)到了1 Mbps，誤碼率小于10-7，如圖3所示。

圖2　檢測方式示意圖

3結(jié)束語

表1　標(biāo)準(zhǔn)雙絞線測試結(jié)果

圖3　5 000 m測井電纜檢測結(jié)果

G·SHDSL高速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)，具有傳輸速率高、抗干擾能力強(qiáng)、與測井電纜兼容性好的特點(diǎn)，非常適合于開發(fā)基于測井電纜傳輸?shù)母咚龠b測系統(tǒng)。通過設(shè)置合理的調(diào)制解調(diào)參數(shù)、設(shè)計(jì)有效的降噪模型等技術(shù)措施，解決好工程應(yīng)用中實(shí)際問題(如提高耐溫指標(biāo)、適應(yīng)滑環(huán)噪聲等)，該技術(shù)將是一種速率超過1 Mbps的實(shí)用測井電纜高速遙測技術(shù)，可以很好地滿足模塊化工程測井應(yīng)用的需求。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 趙平,張美玲,劉甲辰,等. 2004-2005年國內(nèi)測井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 測井技術(shù),2006,30(5):385-389.

[2] 成際鎮(zhèn),林曉勇，邵園園,等. SHDSL接入技術(shù)研究進(jìn)展與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用[J]. 信息安全與通信保密,2007,29(1):74-76.

[3] 魏為, 孫書坤. 基于ADSL技術(shù)的測井?dāng)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 國外測井技術(shù),2007,28(1):50-52.

[4] 譚文群, 侯友國, 李院民. G·SHDSL技術(shù)在小型水電站自動(dòng)監(jiān)控中的應(yīng)用[J]. 微計(jì)算機(jī)信息,2007,25(7):39-41.