一种基于单芯测井电缆的高速数据传输系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于单芯测井电缆的高速数据传输系统，包括通过单芯测井电缆连接的地面部分和井下部分；地面部分包括地面用户数据接口、OFDM解调器、AMI编码器、地面模拟前端；井下部分包括井下模拟前端、AMI解码器、OFDM调制器、井下用户数据接口；高速数据传输系统的下行通道通过地面用户数据接口、AMI编码器、地面模拟前端、单芯测井电缆、井下模拟前端、AMI解码器、井下用户数据接口顺序连接形成，上行通道通过井下用户数据接口、OFDM调制器、井下模拟前端、单芯测井电缆、地面模拟前端、OFDM解调器和地面用户数据接口顺序连接形成。本实用新型专利技术能够在单芯测井电缆上实现双向高速的数据传输速率，满足生产测井的现场需求。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种石油测井技术，具体说，涉及一种用于单芯电缆进行石油勘探的高速数据传输系统。
技术介绍
测井电缆一般有单芯、多芯。而在生产测井领域中，由于油井内管柱内径和井内工具等的限制，生产测井的仪器外径包括数据传输仪器的井下部分一般最大不能超过42毫米，因此在这种应用中，一般采用单芯电缆进行测井服务。基于这种单芯电缆的测井遥测系统国内外大多采用曼彻斯特码进行信息传输，数据传输速率只有5kbps、20kbps,目前最高不超过100kbps,也有公司如Sondex公司，上行通道和下行通道均采用AMI码井下信息传输，其上行通道最高速率不超过200kbps，下行通道的速率仅300bps，无法适应新型测井仪器的数据传输要求，并且电路设计过于复杂，造成功耗过大、实际使用不可靠等缺点。而随着组合测井和成像测井的出现致使测井数据量非常 大，特殊的井下环境又要求测井电缆遥测系统能够实时、准确地将这些数据传输到地面，目前众多基于单芯电缆的测井仪器还无法满足实际需要，从而制约了不断出现的一些高端测井仪器的使用。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种在单芯测井电缆上实现双向数据传输的系统，其能够在单芯测井电缆上大幅度提高数据传输速率，特别是上行通道的传输速率。为了方便说明本技术，首先作如下的术语定义OFDMjgOrthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用；AMI JgAlternative Mark Inversion,传号交替反转码,是通信编码中的一种，为极性交替翻转码；CANjgController Area Network,控制局域网络，一种现场总线；IFFTjgInverse Fast Fourier Transform,快速傅里叶逆变换；FFTjgFast Fourier Transform,快速傅里叶变换；RS 编码指 Reed-Solomon 编码；bps :指 bits per second,每秒传送位数；M-QAM :指多电平正交幅度调制；SNR:指信号与噪声比；PGA :指可编程增益放大器；为了解决上述问题，本技术提供了一种基于单芯测井电缆的高速数据传输系统，包括地面部分和井下部分；地面部分包括地面用户数据接口、OFDM解调器、AMI编码器、地面模拟前端；井下部分包括井下模拟前端、AMI解码器、OFDM调制器、井下用户数据接口 ；地面部分和井下部分通过单芯测井电缆连接；高速数据传输系统包括下行通道和上行通道，下行通道通过地面用户数据接口、AMI编码器、地面模拟前端、单芯测井电缆、井下模拟前端、AMI解码器、井下用户数据接口顺序连接形成；上行通道通过井下用户数据接口、OFDM调制器、井下模拟前端、单芯测井电缆、地面模拟前端、OFDM解调器和地面用户数据接口顺序连接形成。其中，地面用户数据接口与地面主机可以采用以太网接口进行数据交互，井下用户数据接口可以采用CAN总线与井下测井仪器进行数据交互。优选地，OFDM调制器包括RS编码、随机化、映射器、同步帧、频域成帧、IFFT、保护间隔插入、比特分配表。AMI编码器包括边沿检测和AMI码脉冲生成。地面模拟前端包括AD转换器、PGA、带通滤波器、第一 DA转换器、Bessel低通滤波器、功率放大器、LC高通滤波器、地面电缆耦合电路、第二 DA转换器。优选地，井下模拟前端包括DA转换器、功率放大器、上行通道信号消除电路、Bessel低通滤波器、信号判决器、判决门限产生电路和井下电缆耦合电路。地面电缆耦合电路和井下电缆耦合电路采用电容C、电阻R和电感L进行电路耦合。地面部分的地面用户数据接口、OFDM解调器和AMI编码器三个模块可以用数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)配合完成。井下部分的AMI解码器、OFDM调制器和井下用户数据接口三个模块也可以用数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)配合完成。本技术根据生产测井中用到的单芯测井电缆的传输特性及实际工程需要，采用上行和下行不同的传输体制，上行通道采用自适应调制的OFDM技术及回音消除技术，实现了在单芯测井电缆上的高速数据传输；下行通道采用简单有效的AMI码。本技术的系统设计使得井下电路设计简单、高效、稳定，同时上下行通道的数据传输相互不受影响，可以在现有单芯测井电缆上大幅度提高数据传输速率，以满足井下仪器数据量传输要求。通过在7000米的Camesa铠装单芯测井电缆上进行实际测试，上行通道能达到400kbps以上的传输速率，下行通道速度为1. 14kbps。附图说明图1是本技术中用于单芯石油测井的高速数据传输系统的总体结构框图；图2是本技术中OFDM调制器109内部功能图；图3是本技术中AMI编码器104的内部功能图；图4是本技术中AMI编码器104中AMI编码示例；图5是本技术中地面模拟前端105的内部结构图；图6是本技术中井下模拟前端110的内部结构图；图7是本技术中地面部分和井下部分与单芯测井电缆111进行耦合的电路结构图；图8是本技术中上行通道和下行通道的频谱划分图。具体实施方式下面参照附图，对本技术技术方案做详细说明。如图1所示，显示了基于单芯测井电缆的高速数据传输系统。该系统包括地面部分和井下部分，其中地面部分包括地面用户数据接口 102、0FDM解调器103、AMI编码器104、地面模拟前端105 ;井下部分包括井下模拟前端110、AMI解码器108、OFDM调制器109、井下用户数据接口 107。该系统的地面部分和井下部分通过单芯测井电缆111连接，地面部分与地面主机101采用以太网接口进行数据交互，井下部分采用CAN总线与井下测井仪器106进行数据交互。该高速数据传输系统实现双通道数据传输，即包括下行传输通道和上行传输通道。其中下行传输通道采用AMI码，该通道主要完成将地面主机101产生的测井仪器的命令或数据传至井下部分的相应的井下测井仪器内，使井下测井仪器按照地面主机的指令进行测井作业，即下行数据或者信号的传输顺序为主机101 —地面用户数据接口102 — AMI编码器104—地面模拟前端105 —单芯测井电缆111 —井下模拟前端110 — AMI解码器108—井下用户数据接口 107—井下测井仪器106。；上行传输通道采用自适应的OFDM调制技术，该通道主要完成将井下测井仪器106产生的大量测井数据送至地面主机101，并通过地面主机101进行存储、处理、分析、显示、打印等各种数据操作，即上行数据的传输顺序为井下测井仪器106 —井下用户数据接口 107 — OFDM调制器109 —井下模拟前端110 —单芯测井电缆111 —地面模拟前端105 — OFDM解调器103 —地面用户数据接口102 —主机 101。如图2所示，OFDM调制器109包括RS编码201、随机化202、映射器203、同步帧204、频域成帧205、IFFT206、保护间隔插入207、比特分配表208。OFDM调制器109在接收到井下用户数据接口 107输出的测井数据后经RS编码201后送入随机化202，随机化202是对输入的物理层数据包进行能量扩散，然后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单芯测井电缆的高速数据传输系统，包括地面部分和井下部分；其特征在于，所述地面部分包括地面用户数据接口、OFDM解调器、AMI编码器、地面模拟前端；所述井下部分包括井下模拟前端、AMI解码器、OFDM调制器、井下用户数据接口；所述地面部分和所述井下部分通过单芯测井电缆连接；所述高速数据传输系统包括下行通道和上行通道，所述下行通道通过所述地面用户数据接口、所述AMI编码器、所述地面模拟前端、所述单芯测井电缆、所述井下模拟前端、所述AMI解码器、所述井下用户数据接口顺序连接形成；所述上行通道通过所述井下用户数据接口、所述OFDM调制器、所述井下模拟前端、所述单芯测井电缆、所述地面模拟前端、所述OFDM解调器和所述地面用户数据接口顺序连接形成。

【技术特征摘要】
1.一种基于单芯测井电缆的高速数据传输系统，包括地面部分和井下部分；其特征在于，所述地面部分包括地面用户数据接口、OFDM解调器、AMI编码器、地面模拟前端；所述井下部分包括井下模拟前端、AMI解码器、OFDM调制器、井下用户数据接口 ；所述地面部分和所述井下部分通过单芯测井电缆连接；所述高速数据传输系统包括下行通道和上行通道，所述下行通道通过所述地面用户数据接口、所述AMI编码器、所述地面模拟前端、所述单芯测井电缆、所述井下模拟前端、所述AMI解码器、所述井下用户数据接口顺序连接形成；所述上行通道通过所述井下用户数据接口、所述OFDM调制器、所述井下模拟前端、所述单芯测井电缆、所述地面模拟前端、所述OFDM解调器和所述地面用户数据接口顺序连接形成。2.根据权利要求1所述的高速数据传输系统，其特征在于，所述地面用户数据接口与地面主机采用以太网接口进行数据交互，所述井下用户数据接口采用CAN总线与井下测井仪器进行数据交互。3.根据权利要求1所述的高速数据传输系统，其特征在于，所述OFDM调制器包括RS编码、随机化、映射器、同步巾贞、频域成帧、IFFT、保护间隔插入、比特分配表。4.根据权利要求1所述的高速数据传输系统，其特征在于，所述AMI编码器包...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶爱华，刘西恩，陈洪海，罗瑜林，李谦，陈伟，顾庆水，伍瑞卿，
申请(专利权)人：中国海洋石油总公司，中海油田服务股份有限公司，
类型：实用新型
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