模块化工程测井应用的高速遥测技术

·仪器设备与应用·

模块化工程测井应用的高速遥测技术

徐俊龙1张友明1徐粤州2

(1.大庆油田测试技术服务分公司黑龙江大庆163453;2.大庆油田第三采油厂 黑龙江大庆163453)

摘要：G·SHDSL网络通讯技术具有通讯速率高、适应性强、技术成熟的特点，是未来测井高速遥测技术的重要发展方向之一。文章介绍了G·SHDSL的技术的特点，给出了基于G·SHDSL的高速遥测技术设计方法，并通过实验验证，证明了该设计是可行的，可用于模块化工程测井应用。

关键词：G·SHDSL；网络通讯；高速遥测；模块化工程测井应用

作者简介：第一徐俊龙，男，1965年生，技师，毕业于东北石油大学石油工程专业，现在大庆油田测试技术服务分公司监测技术研发中心从事测井仪器研制工作。E-mail:dlts_xujl@petrochina.com.cn

文章编号：中图法分类号：TN914

收稿日期：(2014-11-13编辑：屈忆欣)

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

随着油田开发的不断深入，井下套管状况更加复杂化，单独的一项技术检测的结果有时具有较大的片面性，多参数综合分析效果更好。模块化工程测井应用技术可以满足此要求，它基于高速遥测及井下总线技术将工程测井系列设计成独立的应用模块，统一机电接口、供电方式、数据编码格式、遥测总线接口，实现模块间按需任意组合应用，解决了技术单独应用实效性差、成本高，影响包括水平井、深井等非常规井井身检查技术的规模应用，不利于精细解释与综合分析的难题。在工程测井应用技术模块化设计开发中，合适的高速遥测技术是关键的支撑平台之一。

1高速遥测技术特点

常规的遥测技术多采用单载波或有限载波调制技术，采用传统编码调制方式(如曼码、双相位码、QAM等)，由于测井电缆带宽有限的，传输速率受限，即使采用复杂的均衡技术、缆芯利用技术，传输速率也很难突破500 kbps[1]，成为测井数据传输的“瓶颈”问题。

随着网络通讯技术的迅猛发展和成熟，网络通讯速率不断提升，通讯硬件要求不断简化，相关技术，如xDSL、OFDM等网络高速通讯技术，已开始在测井领域的高速遥测上应用，也是目前国内外开发测井电缆高速遥测通讯技术的新方向。如哈里伯顿的LOGIQ采用ADSL技术在7 000 m测井电缆上实现了800 kbps上传速率。经广泛调研与论证，决定采用基于G·SHDSL高速网络通讯技术来开发应用于模块化套损检测的高速遥测系统。

1．1G·SHDSL技术简介

G.SHDSL(单对高速数字用户线)是一种传输层技术，其技术标准G.991.2由国际电信联盟ITU于2001年通过。它基于多频调制解调技术，采用了先进的编/解码算法和电缆匹配均衡技术，可通过一对铜双绞线在应用模块间实现高达5.6 Mbps的高可靠数据通讯[2]，可用于点对点的高速数据传输。

1.2G·SHDSL技术特点

对基于测井电缆的遥测系统而言，电缆适应性、抗干扰能力、双向通讯等方面是重要的衡量指标。G·SHDSL技术针对测井应用而言，具有下列特点：

(1)电缆适应性较强

G·SHDSL支持在一对铜质双绞线上G·SHDSL提供从192 kbps到5.6 Mbps的可变速率。由于测井电缆的帧频特性与双绞线比较类似[3]，只是有效频带宽度要低于后者。实验表明，G·SHDSL也支持信号在测井电缆的一对缆芯上传送。由于它可对电缆进行自动均衡和一定程度的频带扩展，并能根据处理后的信道特征采用适合的编码级数和通讯速率，所以能适应不同电缆的电气特性和长度，自动选择合适的较高传输速率。

(2)全双工通讯

这是一种对称的通讯技术，其上行下行使用相同的信道，可以同时通讯，互不干扰。这种模式使得测井应用中命令的下发变得十分简单，实时性也更强。

(3)抗干扰能力强

G·SHDSL选择了TC-PAM编码技术[4]，这是一种多电平的网格编码脉冲幅度调制技术。TC-PAM编码技术将编码和调制结合在一起。它与常规的编码方式相比具有较大的编码增益且不降低频带利用率，即提供了额外的“编码收益”，从而改进了存在干扰或串音时数字信号的性能。在信号噪声较大时，可通过压缩传输频谱来提高抗噪性能，延长传输距离，所以特别适合有限带宽信道(如测井电缆)的信号传输。

2应用系统设计与检测

2.1系统设计

图1是地面--井下高速遥测系统的设计框图。STU-C(局端收发送器，井下)与STU-R(远端收发送器，地面)基本相同，只是对外的接口有差别，STU-C与总线控制模块通过以太网接口连接，STU-R与地面系统则通过PXI或USB接口连接。微处理器控制单元实现遥测数据-命令的收发控制，并控制编-解码DSP的编-解码参数。TC-PAM编/解码DSP根据微处理器给定的参数，完成调制解调的功能，实现链路激活、线路均衡、码元的定时提取和恢复、回波抵消，从而实现TC-PAM编解码，根据要求的速率、电缆长度可以人为设定或自动设定成TC-PAM16、TC-PAM32、TC-PAM128等不同编码模式，达到不同通讯速率及最佳通讯效果，满足应用需求。电缆界面电路主要完成D/A、A/D 变换、滤波、线路驱动、增益控制等功能。其中线路驱动包括线路的发送和接收，发送功放、接收放大、线路阻抗匹配等功能。

图1　高速遥测系统设计框图

由于G·SHDSL技术的广泛应用和相对成熟，集成了核心功能(制编-解码、信号前端处理)的片上系统芯片已经问世。本例选用的PEF21628就是其中一款，它是G·SHDSL的第三代应用芯片，集成了G·SHDSL应用的核心功能，提供了与通用微处理器、标准以太网等相配接的多种接口。它使用1.5 V和3.3 V低电压，功耗低，但驱动能力强。微处理器控制单元采用OPL-06750网络专用控制芯片，它集成了高性能RISC微处理器、丰富的数据接口，用于根据遥测速率、电缆长度来设置编-解码DSP的编-解码参数，同时，配合片外DDR存储器，还可对遥测数据流进行缓存。以太网接口单元，采用的是网络交换芯片AR8238，该芯片集成了VLAN单元、MAC控制器和PHY收发器，具备各种通用数据接口，完成遥测数据收发、打包、流量控制、建立VLAN等功能。

2.2实际测试效果

为方便应用，STU-C(局端收发送器，井下)与STU-R(远端收发送器，地面)分别设计成了井下模块和地面PXI总线板卡形式，其中地面板卡直接插入地面采集系统机箱的PXI总线扩展槽中，井下模块则设计成电路板形式，安放在井下遥测短接的电路支架上。测试时，按图2所示连接方式对二者之间的实际通讯进行了测试。表1是在某通讯公司按网络通讯检测标准、将STU-C与STU-R之间用规格为26AWG的标准双绞线连接时得到的数据，参照的技术标准为G.991.2bis，选择有编码方式为TCPAM-32。测试表明，通讯速率随连接线长度增加而降低，但5 000 m长双绞线仍能提供1 Mbps的通讯速率。在同样条件下，还进行了过实际测井电缆的测试，选用的7芯电缆长度5 000 m，阻值208 Ω，任意选择2根缆芯(中间芯除外)作通讯线，稳定通讯速率也达到了1 Mbps，误码率小于10-7，如图3所示。

图2　检测方式示意图

3结束语

表1　标准双绞线测试结果

图3　5 000 m测井电缆检测结果

G·SHDSL高速网络应用技术，具有传输速率高、抗干扰能力强、与测井电缆兼容性好的特点，非常适合于开发基于测井电缆传输的高速遥测系统。通过设置合理的调制解调参数、设计有效的降噪模型等技术措施，解决好工程应用中实际问题(如提高耐温指标、适应滑环噪声等)，该技术将是一种速率超过1 Mbps的实用测井电缆高速遥测技术，可以很好地满足模块化工程测井应用的需求。

参 考 文 献

[1] 赵平,张美玲,刘甲辰,等. 2004-2005年国内测井技术现状及发展趋势[J]. 测井技术,2006,30(5):385-389.

[2] 成际镇,林晓勇，邵园园,等. SHDSL接入技术研究进展与网络应用[J]. 信息安全与通信保密,2007,29(1):74-76.

[3] 魏为, 孙书坤. 基于ADSL技术的测井数据通信系统的设计[J]. 国外测井技术,2007,28(1):50-52.

[4] 谭文群, 侯友国, 李院民. G·SHDSL技术在小型水电站自动监控中的应用[J]. 微计算机信息,2007,25(7):39-41.