·儀器設備與應用·

模塊化工程測井應用的高速遙測技術

徐俊龍1張友明1徐粵州2

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

摘要：G·SHDSL網(wǎng)絡通訊技術具有通訊速率高、適應性強、技術成熟的特點，是未來測井高速遙測技術的重要發(fā)展方向之一。文章介紹了G·SHDSL的技術的特點，給出了基于G·SHDSL的高速遙測技術設計方法，并通過實驗驗證，證明了該設計是可行的，可用于模塊化工程測井應用。

關鍵詞：G·SHDSL；網(wǎng)絡通訊；高速遙測；模塊化工程測井應用

作者簡介：第一徐俊龍，男，1965年生，技師，畢業(yè)于東北石油大學石油工程專業(yè)，現(xiàn)在大慶油田測試技術服務分公司監(jiān)測技術研發(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雜化，單獨的一項技術檢測的結果有時具有較大的片面性，多參數(shù)綜合分析效果更好。模塊化工程測井應用技術可以滿足此要求，它基于高速遙測及井下總線技術將工程測井系列設計成獨立的應用模塊，統(tǒng)一機電接口、供電方式、數(shù)據(jù)編碼格式、遙測總線接口，實現(xiàn)模塊間按需任意組合應用，解決了技術單獨應用實效性差、成本高，影響包括水平井、深井等非常規(guī)井井身檢查技術的規(guī)模應用，不利于精細解釋與綜合分析的難題。在工程測井應用技術模塊化設計開發(fā)中，合適的高速遙測技術是關鍵的支撐平臺之一。

1高速遙測技術特點

常規(guī)的遙測技術多采用單載波或有限載波調(diào)制技術，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，即使采用復雜的均衡技術、纜芯利用技術，傳輸速率也很難突破500 kbps[1]，成為測井數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹捌款i”問題。

隨著網(wǎng)絡通訊技術的迅猛發(fā)展和成熟，網(wǎng)絡通訊速率不斷提升，通訊硬件要求不斷簡化，相關技術，如xDSL、OFDM等網(wǎng)絡高速通訊技術，已開始在測井領域的高速遙測上應用，也是目前國內(nèi)外開發(fā)測井電纜高速遙測通訊技術的新方向。如哈里伯頓的LOGIQ采用ADSL技術在7 000 m測井電纜上實現(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)絡通訊技術來開發(fā)應用于模塊化套損檢測的高速遙測系統(tǒng)。

1．1G·SHDSL技術簡介

G.SHDSL(單對高速數(shù)字用戶線)是一種傳輸層技術，其技術標準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，采用了先進的編/解碼算法和電纜匹配均衡技術，可通過一對銅雙絞線在應用模塊間實現(xiàn)高達5.6 Mbps的高可靠數(shù)據(jù)通訊[2]，可用于點對點的高速數(shù)據(jù)傳輸。

1.2G·SHDSL技術特點

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

(1)電纜適應性較強

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。實驗表明，G·SHDSL也支持信號在測井電纜的一對纜芯上傳送。由于它可對電纜進行自動均衡和一定程度的頻帶擴展，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，所以能適應不同電纜的電氣特性和長度，自動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，其上行下行使用相同的信道，可以同時通訊，互不干擾。這種模式使得測井應用中命令的下發(fā)變得十分簡單，實時性也更強。

(3)抗干擾能力強

G·SHDSL選擇了TC-PAM編碼技術[4]，這是一種多電平的網(wǎng)格編碼脈沖幅度調(diào)制技術。TC-PAM編碼技術將編碼和調(diào)制結合在一起。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”，從而改進了存在干擾或串音時數(shù)字信號的性能。在信號噪聲較大時，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應用系統(tǒng)設計與檢測

2.1系統(tǒng)設計

圖1是地面--井下高速遙測系統(tǒng)的設計框圖。STU-C(局端收發(fā)送器，井下)與STU-R(遠端收發(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，實現(xiàn)鏈路激活、線路均衡、碼元的定時提取和恢復、回波抵消，從而實現(xiàn)TC-PAM編解碼，根據(jù)要求的速率、電纜長度可以人為設定或自動設定成TC-PAM16、TC-PAM32、TC-PAM128等不同編碼模式，達到不同通訊速率及最佳通訊效果，滿足應用需求。電纜界面電路主要完成D/A、A/D 變換、濾波、線路驅(qū)動、增益控制等功能。其中線路驅(qū)動包括線路的發(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)設計框圖

由于G·SHDSL技術的廣泛應用和相對成熟，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的第三代應用芯片，集成了G·SHDSL應用的核心功能，提供了與通用微處理器、標準以太網(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)動能力強。微處理器控制單元采用OPL-06750網(wǎng)絡專用控制芯片，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、電纜長度來設置編-解碼DSP的編-解碼參數(shù)，同時，配合片外DDR存儲器，還可對遙測數(shù)據(jù)流進行緩存。以太網(wǎng)接口單元，采用的是網(wǎng)絡交換芯片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實際測試效果

為方便應用，STU-C(局端收發(fā)送器，井下)與STU-R(遠端收發(fā)送器，地面)分別設計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)機箱的PXI總線擴展槽中，井下模塊則設計成電路板形式，安放在井下遙測短接的電路支架上。測試時，按圖2所示連接方式對二者之間的實際通訊進行了測試。表1是在某通訊公司按網(wǎng)絡通訊檢測標準、將STU-C與STU-R之間用規(guī)格為26AWG的標準雙絞線連接時得到的數(shù)據(jù)，參照的技術標準為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，還進行了過實際測井電纜的測試，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結束語

表1　標準雙絞線測試結果

圖3　5 000 m測井電纜檢測結果

G·SHDSL高速網(wǎng)絡應用技術，具有傳輸速率高、抗干擾能力強、與測井電纜兼容性好的特點，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)。通過設置合理的調(diào)制解調(diào)參數(shù)、設計有效的降噪模型等技術措施，解決好工程應用中實際問題(如提高耐溫指標、適應滑環(huán)噪聲等)，該技術將是一種速率超過1 Mbps的實用測井電纜高速遙測技術，可以很好地滿足模塊化工程測井應用的需求。

參 考 文 獻

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

[2] 成際鎮(zhèn),林曉勇，邵園園,等. SHDSL接入技術研究進展與網(wǎng)絡應用[J]. 信息安全與通信保密,2007,29(1):74-76.

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

[4] 譚文群, 侯友國, 李院民. G·SHDSL技術在小型水電站自動監(jiān)控中的應用[J]. 微計算機信息,2007,25(7):39-41.