（测试计量技术及仪器专业论文）eilog05地面系统自检装置研究.pdf

中文摘要 论文题目： 专业： 硕士生： 指导教师： 指导教师： e i l o g - 0 5 地面系统自检装置研究 测试计量技术 宋文禧( 签名) 鲁保平( 签名) 张家田( 签名) 乏经当垡翌 摘要 近年来，国内的测井仪器得到快速发展，中国石油集团公司已经成功自主研发了 e i l o g 成套测井装备。该装备现已服务于各大油田，但由于在初始研发的过程中，没有 考虑到测井仪器的自检问题，因此在客户的使用过程中，逐渐暴露出了该仪器在此方面 的不足，使得仪器在现场使用受到了很多限制。鉴于此，e i l o g 0 5 地面系统自检装置的 研究具有现实意义。 为了模拟e i l o g 成套测井装备的井下仪器，本课题采用d s p 和c p l d 作为系统的处 理核心，选用a d 公司的a d s p 2 1 8 9 m 和a l t e r a 公司的e p m 7 0 6 4 s 作为硬件平台，使用 m a x + p l u s l i 和v i s u l d s p + + 作为编程工具。最终制作完成了e i l o g 0 5 地面系统自检装置， 并且给出了具体的硬件和软件设计。 该自检装置能够模拟目前e i l o g 成套装备井下仪器的工作状态，能将井下仪器的模 拟数据及模拟声波信号送入地面系统，并且可以执行地面系统命令，例如仪器选择、数 据帧长度变换、微球双侧向的换档、微球辟h 密的模拟、推靠器的工作等。该装置另一个 主要功能是：与地面系统建立通讯后，接收地面系统的命令，并响应该命令，然后向地 面系统发送相应的模拟数据。 ， 该自检装置在制作完成后，送至中国石油集团公司联机进行功能性测试，经中石油 专家认定，功能测试完全通过。后经中国石油质量检测中心进行系统达标性测试，达标 性测试完全通过。该装置的研发的成功，产生了很大的社会效益，极大的方便了现场仪 器测试。该自检装置现已被装配到中国石油集团公司所有e i l o g 成套测井装备中。 关键词：e i l o g ；自检装置；c t s 遥测系统 论文类型：应用研究 ( 本文得到了中国石油集团公司的资金支持) n 英文摘要 s u b j e c t ：s t u d yo ne i l o g 。0 5g r o u n ds e l f - t e s te q u i p m e n t s p e c i a l i t y ：m e a s u r i n g & t e s t i n gt e c h n o l o g ya n di n s t r u m e n t n a m e ： s i g n a t u 托衄兰9 写比x ； i n s t r u c t o r ：s i g n a t u r e 邕! 丝q m i n s t r u c t o r ：s i g n a t u r e础幽王丝f 叭 、ja b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，d o m e s t i cl o g g i n gi n s t r u m e n t sh a v ed e v e l o p e dr a p i d l y a ne i l o gs e to f l o g g i n ge q u i p m e n t sh a sb e e ns u c c e s s f u l l yd e v e l o p e db yc n p ci n d e p e n d e n t l y t h ee q u i p m e n t h a sb e e nw i d e l yu e s di ns o m el a r g eo i lf i e l d s i te x p o s e di t sf a u l tg r a d u a l l yi nt h ep r o c e s so f u s i n gt h i se q u i p m e n t t h ef a u l ti st h a ti td i dn o tt e s tt h ew h o l es y s t e mb yi t s e l fb e f o r ei t c o n n e c t s 、j r i mt h eg r o u ds y s t e m i t sa p p l i c a t i o nh a sb e e nl i m i t e d a si nt h eb e g i n n i n gs t a g eo f t h ee q u i p m e n td e v e l o p m e n t ，s e l f - t e s tw e r en o tt a k e ni n t oa c c o u n t f o rt h i sr e a s o n , t h er e s e a r c h a n dd e v e l o p m e n to fe i l o g - 0 5g r o u n d s y s t e ms e l f - t e s ti n s t r u m e n th a sav e r yp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e i no r d e rt os i m u l a t et h ee i l o gs e to fu n d e r g r o u n dl o g g i n ge q u i p m e n t s ，t h i ss u b j e c t c h o o s e sd s pa n dc p l da st h ec o r eo ft h ew h o l es y s t e mw i t hs e l e c t i n ga dc o r p o r a t i o n s a d s p 218 9 ma n da l t e r a se p m 7 0 6 4a s t h eh a r d w a r ep l a t f o r m ，a n du s e sm a x + p l u s l ia n d v i s u l d s p + + a sap r o g r a m m i n gt 0 0 1 a l lo fa b o v ec o m p l e t ee i l o g 一0 5g r o u n ds y s t e ms e l f - t e s t i n s t r u m e n t t h ed e s i g no fh a r d w a r ea n ds o f t w a r ea r eg i v e ni nd e t a i l e i l o g - 0 5g r o u n ds y s t e ms e l f - t e s ti n s t r u m e n tc a ns i m u l a t et h ep r e s e n ts t a t u so fe i l o g e q u i p m e n tu n d e r g r o u n di n s t r u m e n t ，a n ds e n dt h es i m u l a t i o nd a t ao fs e v e r a li n s t r u m e n t si n t o t h eg r o u n ds y s t e m ，a n di ta l s oc a ni m p l e m e n t e dt h eo r d e r sf r o mt h eg r o u n ds y s t e m ，s u c ha s e q u i p m e n ts e l e c t i o n ，c h a n g i n gl e n g t ho fd a t af r a m e ，c h a n g i n gs h i f tb e t w e e nm i c r o b a l l o o na n d b i l a t e r a l ，s i m u l a t em i c r o b a l l o o n s u p p l e m e n t a t i o n ，s i m u l a t i n gt h ew o r k i n gp r o c e s so fp o w e r s e c t i o n s p r e s s i n g t h ei n s t r u m e n ta l s oh a se x p a n d e df u n c t i o n , i tc a nc o m m u n i c a t ew i t ht h e g r o u n ds y s t e m ，r e c e i v eo r d e r sf r o mt h eg r o u n ds y s t e m ，a n dr e s p o n dt h e s eo r d e r sb ys e n d i n g c o r r e s p o n d i n gs i m u l a t i o nd a t at ot h eg r o u n ds y s t e m t h i ss e l f - t e s ti n s t r u m e n tw a sc o n d u c t e do n - l i n ef u n c t i o n a lt e s t i n gi nc n p c t h e ni tw a s s e n tt oc n p cq u a l i t yi n s p e c t i o nc e n t e rf o rs t a n d a r d st e s t i n g s t a n d a r d st e s t i n gc o m p l e t e l y p a s s e d t h es u c c e s so ft h i ss e l f - t e s ti n s t r u m e n th a sal o to fs o c i a lb e n e f i t s ，a n db r i n gg r e a t c o n v e n i e n c ef o rt e s t i n ge q u i p m e n s ti no i l f i e l d s a l lt h ee i l o gs e to fu n d e r g r o u n dl o g g i n g e q u i p m e n t si nc n p c h a v ee q u i p p e dt h i si n s t r u m e n t k e yw o r d s ：e i l o g ；s e l f - t e s ti n s t r u m e n t ；c t st e l e m e t r ys y s t e m t h e s i s ：a p p l i c a t i o ns t u d y ( t h i sa r t i c l eg e tf i n a n c i a ls u p p o r tf r o mc n p c ) 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：! 诬 日期：潮石 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大 学。 论文作者签名：盟 导师签名：妞亏和 导师签名：璺纽名刍护附移 日期： 卯留 日期：肥金：! 垒：多 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 第一章绪论 第一章绪论 1 1e i l o g 0 5 地面系统自检装置开发背景 由于石油高端测井装备为国外大公司所垄断，使得我国在这一领域长期受制于人。 测井市场的竞争实际就是测井技术装备的竞争。随着我国油气勘探开发步伐的加快和中 国石油实施开拓国际市场的战略需要，国产石油工程技术装备的相对落后，越来越成为 制约发展的瓶颈。 e i l o g 成套测井装备是中国石油集团公司安排的测井重大科研项目，由中国石油测 井有限公司研制出的具有自主知识产权、满足油田勘探开发需要的快速与成像测井系统， 其主要包括综合化地面系统、集成化常规测井、国产化成像测井和综合化解释平台，具 有系统集成度高、作业效率高、资料分辨率高、测量可靠性高、井场快速解释等特点， 整体上接近国际上在用设备的先进水平。这项技术装备的研制成功，不仅打破了外国大 公司的垄断，而且提升了中国石油在国际市场上的竞争力。 “该设备技术先进、性能优越、可靠性强、应用效果好，达到引进成像装备水平， 推广价值大。这是用户使用e i l o g 成套测井装备之后反馈的信息。因此，该产品获2 0 0 5 年国家重点新生产证书和2 0 0 6 中国石油集团技术创新一等奖【l 。2 。 但是e i l o g 成套测井装备有一个明显的不足之处，最初的设计和生产阶段，由于没 有考虑到设计测试和维修的方便性，它本身并没有自检装置，而在测井工人测井时，由 于测井仪器会受到运输、环境、人为操作失误等因素的影响，仪器可能会发生损坏。在 石油工人将测井仪器拉到油井处进行测井之前，仪器还没有和井下仪器建立通讯，所以 无法预知地面测井系统是否能够正常工作，进而可能会导致石油工人费力地将测井仪器 的地面系统运到油井处并和井下仪器连接进行测井时，却发现地面系统根本无法正常工 作的后果。这样就会给测井单位带来一定的人力和物力的损失，严重影响了测井工作人 员的正常测井作业。所以，在测试井下仪器的时候，就暴露了该设备的不足之处。为了 弥补这个缺陷，改变这种局面，设计一套能够让e i l o g 成套测井装备的地面仪器不需要 和井下仪器互联就可以使地面仪器能够进行自我检测的自检装置就具有重要的意义。 1 2e i l o g 0 5 地面系统自检装置的开发目标 e i l o g 0 5 地面系统自检装置是用来检测e i l o g 成套测井装备地面系统工作是否正常 的仪器设备。它能够模拟目前e i l o g 成套装备现有的井下仪器工作状态，将这几种仪器 的模拟数据及模拟声波信号送入地面系统，并且可以执行地面系统命令，例如仪器选择、 数据帧长度变换、微球双侧向的换档、微球件l 、密的模拟、推靠器的工作等。 e i l o g 0 5 地面系统自检装置的研究是在e i l o g 成套测井装备地面系统上增加一个为 其提供自检手段的箱体，安装在地面系统的机柜上，并尽量减少对现有地面系统的改动。 该装置必须满足一定的技术指标，使得该仪器可以在仪修车间，测井现场正常工作，自 两安彳i 油人学硕士学位论文 检装置具体的技术指标如表1 1 所示。 表1 1自检装置的技术指标 工作温度 2 0 一8 0 湿度1 0 - 9 5 ( 非凝露状态) 震动( 5 - 5 0 0 h z ) o 5 g r m s 随机震动( 5 - 2 0 h z )0 0 0 1 t o o 0 1 g 2 h z 随机震动( 2 0 5 0 0 h z ) 0 0 1 g 2 h z 冲击2 0 g ( 1 1 毫米周期止弦波) 1 3 本课题的研究工作 本课题主要完成的工作如下： ( 1 ) 系统构建。根据自检装置所需要完成的功能，对自检装置进行系统级的设计， 将系统划分成各个模块，对各模块进行初步设计，包括7 0 0 0 米模拟电缆、电缆驱动电路、 主控电路以及辅助电路等。 ( 2 ) 系统硬件电路设计。详细了解各模块的功能，并根据各个功能要求进行硬件设 计。包括硬件处理平台的考虑，元器件的选型，印制电路板的绘制，元器件的购买，硬 件电路板的焊接和系统的调试等。 ( 3 ) 软件系统的设计。使用s u a l d s p + + 环境对d s p 编程。实现系统的各控制功 能，包括接收命令，识别命令并根据命令组帧，发送数据，c r c 校验，时序控制，推靠 臂打开和关闭指示灯的实现电路等。使用m a x + p l u s l i 环境对c p l d 进行编程，实现对双 相移键控码的调制和解调工作，并产生适合d s p 串行接收的帧格式。 ( 4 ) 系统调试。软件和硬件系统的联合调试，仿真，并到中国石油现场进行调试， 和地面仪器进行联机，寻找潜在的问题，并找出解决问题的方法，实现项目的总体要求。 在功能测试完成之后，到中国石油质量检测中心进行达标性测试，使之满足工业级的产 品要求。 全文的构架如下： 第一章介绍e i l 0 9 0 5 自检装置的开发背景。讲述e i l o g 测井仪器在国内的测井仪器 界的地位，以及e i l o g 测井仪器的不足之处，介绍了研究自检装置对于e i l o g 成套测井 装备仪器的重要的意义。 第二章介绍地面系统自检装置的基础知识。主要介绍了c t s 遥测系统，测井常用的 编码调制方式，七芯电缆的传输方式，幻象供电的原理，数据传输的循环冗余校验等。 第三章介绍系统的总体方案设计。首先讲述了系统的总体结构框图，并且对总体结 构图划分模块，然后分块讲述了每个模块的功能和每个模块的设计方法。 第四章介绍系统的硬件设计。介绍了主控电路的设计，包括c p l d 单元电路，d s p 单元电路部分。阐述了电缆驱动电路和模拟电缆部分，讲述了辅助电路的设计和实现。 2 第一章绪论 第五章介绍系统的软件设计。包括对c p l d 的编程部分和d s p 的编程部分。c p l d 的编程部分包括内部帧同步信号模块，b p s k 调制模块，b p s k 解调模块；d s p 的编程 部分包括：帧头检测，c r c 校验，命令接收，识别，组帧，数据发送，时序控制等。 第六章结论和建议。现场测试的功能测试结果和达标性测试结果和以及进一步提高 系统的结论和建议。 两安石油人学硕十学位论文 第二章测井信息传输基础知识 2 1c t s 遥测系统的简介1 3 - 5 1 e i l o g 的测井仪器，所使用的测井电缆信息传输系统是斯伦贝谢的c t s 遥测系统， c t s 是法国斯伦贝谢公司2 0 世纪末开发的半双工测井信息传输系统，它由地面模块 ( t c m ) 和井下电子遥测短节( t c c ) 组成。操作人员可以控制p c 机通过t c m 对t c c 进行控制。而t c c 作为井下的一台通讯主设备，可以管理多个具有井下仪器总线接口 ( d t b ) 的下井仪器，c t s 遥测系统框图如图2 1 所示。 地面遥测模块 井 下 遥 测 短 节 图2 1c t s 遥测系统框图 4 第二章测井信息传输基础知识 由图2 1 可见，在电缆以上的部分为地面遥传模块( t c m ) ，电缆以下的部分为井下 遥传短节( t c c ) 。t c c 的里面所包含的井下d t b 总线上串接各个井下仪器。各个井下 仪器都通过d t b 总线与c t s 遥测短节交换信息。在d t b 总线上，信息传输速率为 1 0 0 k b s 。对井下仪器采一次样，叫做一帧，帧频有5 0 次s 和1 2 5 次s 两种。如果有模 拟声波信号需要传送，在每帧中传送完各道数据后，由握手信号控制，使声波波形能直 接通过电缆送往地面，以便进一步处理。当井下不向地面传输数据或声波波形时，主机 便可通过遥传模块把命令传送到井下，结束一帧的通讯。下传命令时，主机把各井下仪 器( 包括遥测单元本身) 都看成是它的外设，可按各自的地址分别发送指令。 本课题所要研究的e i l o g 0 5 地面系统自检装置就是能够模拟井下的t c c 和井下的 各个仪器，使地面的t c m 模块直接和e i l o g 0 5 地面系统自检装置连接而不用和井下仪 器连接就能够进行自检。 2 2 常用的编码调制方式1 6 9 1 为了时分多路传输大数据量的测井信息，充分利用测井电缆的频带宽度，提高信息 传输速率，各种测井的数字化信息，先要进行编码和调制，再经电缆传至地面。下面介 绍几种电缆测井中常用的信号编码调制方式。 2 2 1 脉冲编码调制方式( p c m ) 脉冲编码调制方式( p c m ) 是双极性归零制( 见图2 2 ) 。其优点是不含直流成分， 易于传输。 0l0ll100l0 n 勉厂 几广 p c m 图2 2p c m 码编码方式 2 2 2 曼彻斯特码( m a n c h e s t e ri i ) 曼彻斯特码用位元中央的电平跳变来表示“0 和“1 ，电平由低跳到高代表 “0 ，由高跳到低代表“l 。当传输一连串“0 ”和“l 时，不存在直流成分。另外， 接收端还可利用所接收信号的跳变沿来恢复传输时钟。 图2 3 是一个2 0 位曼彻斯特字的波形图。前三位为同步位，紧跟着是1 6 位数据， 最后为奇偶校验位。根据在同步位中部电平跃变方向，可区分数据同步或命令同步，因 而得知所带的1 6 位是数据或是命令。 两安石油人学硕十学位论文 0 l00l0 0 l 10lll0000 位周期 i i l lliiilll ll i lli iiii 触字 n n 几八几1n 几几几几n 厂 、_ - 一弋 命令同步 敷据 奇儡位( 奇控验) 位周期 敦嚣字 001 1 0 l0 0 1l0011 0 11 l iiill | il | li i iii i i i 、- 、- 一一一、_ 、v _ 一， 致据同步敦据 奇饵位( 奇控验) 图2 - 3 曼彻斯特码波形图 2 2 3 双相移键控( b p s k ) 调制 正弦信号的三个基本参数是振幅，频率和相位。因此基本的调制方式就有振幅调制， 频率调制和相位调制。相位调制方式不但抗噪声性能优于前二者，还能提高信带频道的 利用率，在c t s 系统中采用了双相位相移键控调制( b p s k ) 方式。 01 ol11 00l0 n r z 图2 4 调制波形图 经b p s k 编码调制后的波形如图2 - 4 所示。n r z 是自然码，b p s k 是双相移键控码。由 图可见，b p s k 码所代表的值中，“0 只在位边界处有电平跳变，而“1 ”在位边界和位 中央都有电平跳变。即是用码元中间有变化来代替l ，中间无变化来代替0 ，而在码元的 边界处都有跳变。对0 来说，有1 8 0 d 的相移，对1 来说则无相移，b p s k 调制只有0 0 和1 8 0 0 两种相移。 由图2 5 可以更清晰的看到数字信号的0 和l 对应的调制完成的波形的相位关系。 6 第二章测井信息传输基础知识 、 八八八八 wvw 图2 5b p s k 数字信号和1 言号调制后的波形对比 使用b p s k 的调制方式有以下好处： ( 1 ) 这是一种“自时钟码，它无需单独的时钟道和精确的时间传输。时钟瞬时频 率即使有较大的变化( 2 0 3 0 ) ，也不会影响所传输的数据码值。 ( 2 ) b p s k 波形中没有直流成分，易于传输和处理。 1 ( 3 ) b p s k 调制能有效利用电缆的频带宽度，其位速率与最大传输率之比为1 。 2 2 4 四相移键控( q p s k ) 调制 q p s k 有四种相移o o 、9 0 0 、1 8 0 0 和2 7 0 0 ，分别代表两位信息0 0 、1 0 、1 1 和0 1 。与 b p s k 相比较，q p s k 的传输速率可增大一倍。实际上，调制时，把数字信息分为两路， 分别用0 0 和9 0 0 的载波进行调制，然后再合成为q p s k 信号。q p s k 的调制和解调电路 比较复杂。系统中没有用到这种调制方式，故不再详细叙述。 2 2 5 双二进制、调制双二进制及不调制变形双二进制方式 图2 - 6 给出载波为5 4 4 k h z 时不同传输速率的双二进制码和调制双二进制码的波形。 双二进制码是用不同电平来表示“0 和“l 的，“0 总是用零电平表示，而“l 用正 电平或负电平表示。其规律是：相邻两个“1 之间“o 的个数如为偶数，后一个“1 与前一个“l 的极性相同；反之，相邻两个“1 之间“0 的个数为奇数，后一个“1 的极性与前一个“l 相反。 对于调制双二进制码，还是用零电平表示“o ，而“1 以载波频率表示，在图2 - 6 中，载波频率为5 4 4 k h z 。从图2 - 6 中可以看出，当传输速率等于载波频率时，一个完整 的载波周期就代表一个“l ，载波的相位取决于双二进制码的极性。当传输速率为 2 7 2 k b s 时，两个完整的载波周期代表一个“l ，其余类推。当传输速率为1 0 8 8 k b s 时， 由于双二进制码的一位仅占载波的半个周期，不能被其完整地调制。这是调制双二进制 码的一种特殊情况，其波形如图2 - 6 所示。图2 - 6 的最下方为不调制变形双二进制码的 波形。这种码的特点是，用同样的带宽，可传输两倍数据量。也就是说，在带宽为0 7 西安彳i 油火学硕十学位论文 1 0 8 8 k h z 时，传输速率可达2 1 7 6 k b s 。所花代价是信噪比降低，在接收端恢复信号要更 困难型7 1 。 载波5 4 4 k h zr 厂 厂 r 厂 nr nn 厂 r r r 几r 厂 n 双进制码 调制的双进制码 ( 10 8 8 k b p s ) 2 7 2 k b p s 不调制变形进制码 ( 2 1 7 6 k b p s ) 图2 - 6 各种双二进制码波形图 2 2 6 正交振幅调制( q a m ) 由于码元在带宽为b 信道上的极限传输速率为2 b 。因此，要进一步提高信号传输 速率，就必须利用载波的幅度参数。实际上，在利用现有电话线路的数字网络中，早已 采用了这一原理。在i s d n ( 综合业务数字网) 中，就采用了2 b l q ( t w ob i n a r yo n eq u a r t e r y ) 8 第二章测井信息传输基础知识 编码方式。从图2 7 可以看出，每个码元( 一种电平) 代表两个二进制位。这样，数据传 输速率是码元传输速率( 即符号传输速率) 的二倍。 0 11 0l l0 00 0l l1 00 00 1 图2 72 8 1 q 编码 从上例还可看出，如用一个电平代表1 1 个二进制位，传输速率可提高1 1 倍，必须传 送2 n 层电平。显然，电平层次越多，传输和接收就越困难。对测井电缆来说，传送和恢 复8 层电平的信号( 相当于n = 3 ) ，将会十分困难。在数字通信中，采用正交振幅调制( q a m ) 来解决这一困难。所谓q a m ，就是用两个独立的基带波对两个相互正交的载波进行抑 制载波的双边带调制。利用已调信号在相同的带宽内使频谱正交，实现两路并行的数据 信号传输，从而把信号传输率提高一倍。例如，采用四层电平的q a m 方式调制，即所 谓的1 6 q a m ，每个电平可代表4 个二进制位，信号传输速率就是符号传输速率的四倍。 设符号传输速率为7 0 k h z ，信号传输速率就达2 8 0 k b s 。 2 3 七芯电缆的传输方式 测井作业常用的电缆有七芯电缆、单芯电缆和同轴电缆等。单芯电缆主要用于生产 测井。七芯电缆使用非常广泛，亦可取代单芯电缆进行生产测井。、七芯电缆的通带宽度 大约为1 5 0 k h z ，使用它来传输正弦信号要比传输数字信号效果要好的多，因此，要把要 传输的数字信号进行调制之后进行传输。在接收端再把接收的信号进行解调，恢复到原 来的数字信息。 七芯电缆由七根缆芯组成，缆芯7 在中央，其外围分别为缆芯1 到缆芯6 。测井电 缆的最外层是钢丝编织成的电缆皮，用以增强电缆的抗拉能力。每根缆芯都有一定电阻 值，此值与电缆长度成正比，还与缆芯的直径和材料有关，一般为1 5 0 - - 2 5 0 q 。测井电 缆的电阻将会造成测井信号传输的损失。另外，每根缆芯都有具有一定的固有电感，七 根缆芯平行排列数千米，分布电容很大，各缆芯相互之间的“串音 干扰不可忽视。所 有这些因素都会造成电缆上的传输信号发生畸变。当在某一缆芯上传输信号时，其余六 根缆芯上都要出现感应信号，其幅度、极性和相位各不相同。因此，任何缆芯上的瞬时 电压值，就是加在它上面的电压信号与其它六根缆芯对它感应的电压的矢量和。 9 两安彳j 油大学硕十学位论文 根据测井信息传输系统的要求，图2 8 所示为七芯电缆传输方式，七根缆芯除了要 传输信息外，还要同时向井下仪器供电；恰当地组合这些缆芯，便可减少供电回路与信 号传输回路之间以及被传信号之间的相互干扰。常见的七种电缆传输方式，各种方式的 特点如下： 方式1 方式2 + l 方式3 + l j 图2 - 8 七芯电缆传输方式 方式1 ：由于把外围六根缆芯并联使用，与缆皮构成回路，这种方式的缆芯电阻最 小，分布电容却最大，带宽最小。这是一种不对称的方式，很少采用。 方式2 ：由于缆芯2 、3 和缆芯5 、6 相距较远，相互间绝缘性能好，适于做电源通 道。这种接法对缆皮来说是对称的，故可减少供电缆芯对其它缆芯的串音干扰。 方式3 ：这种方式对信号驱动的要求比较复杂，一般不采用。 方式4 ：这是两种信号的非平衡驱动方式，很少采用。 1 0 第二章测井信息传输基础知识 方式5 ：与方式2 相似，只不过电缆是交叉相连。方式5 可与方式2 相配合，作为 另一种向井下供电的方式。由于方式5 的频带较宽，故常用做信息传输通道。 方式6 ：此种接法的缆芯电阻值较低，传输速率高，频带亦较宽，可用来传输数据 命令。 方式7 ：缆芯7 居中，与缆皮间的分布电容最小。因此，方式7 具有最平坦的传输 特性，适合用来传输速率高的信息。 在c t s 遥测系统中，方式5 所使用的缆芯较少，传输性能好，串音少，衰减小，所 以使用这种传输方式【l 们。 2 4 幻象供电原理 由于缆芯数目有限，供电和信息传输需要共用缆芯。利用平衡原理，巧妙地联接各 个回路，可使供电和信息传输互不干扰。这种平衡的供电方式，就叫做幻象供电。 图2 - 9 是信息传输及井下探头供电的复用缆芯示意图。在这里，信号传输采用的是 方式5 ，探头电源利用同样的四根缆芯和缆皮送往井下。因为供电回路是对称的，供电 对遥传系统传输信息无影响。 探头 缆心2 缆一0 6 缆心5 缆心3 井下探头电源 l - - o 图2 9 信号传输和供电共用缆心 图2 1 0 为供电与信号传输共用缆芯的实例，在图示的幻象供电中，有两组电源通过 缆芯1 、2 、4 、5 送往井下，仪器电源p l 以方式5 供电，辅助电源p 2 是以方式2 供电。 由于变压器绕制得很对称，二者互不干扰( p i 和p 2 的频率不同) 。下传信息是通过缆芯l 到6 以方式6 传输的。地面和井下的变压器t 3 都是有六个次级绕组1 ：1 的方式变压器。 上传信息以方式7 由缆芯7 传送到地面。 两安石油人学硕十学位论文 t t 2 、 ， 缆辊、u v一卜_ o 缆秘一 缆芯4i l l 3 , 0 5t i 廖 l l k k 厂- if l 黔鱼一 r 、1 一、l3 下 上传数据 缆芯7 上传数据 电源 图2 1 0 供电与信号传输共用缆芯实例 图2 1 1 是用同轴电缆的幻象供电连接图。由于同轴电缆中心线与屏蔽层的阻抗不 同，同样的供电电流流过它们时，二者之间就要产生电位差。显然，这将对信号传输造 成干扰。恰当地选择变压器的抽头位置，可以解决这一问题【l i - 13 1 。 下井 屏蔽层 中心线 屏蔽层 电缆皮 井下电源 图2 1 l同轴电缆幻象供电。 2 5 循环冗余校验( c r c ) 数据在传输过程中可能会受到干扰，丢码或产生错误码。为了控制传输质量和检查 二进制码的错误，在每帧信息的末尾要加上校验码。下面介绍循环冗余校验码( c r c ) 的原理和方法。 c r c 校验的基本思路是利用线性码原理，对需要进行传输的原始k 位二进制数据按 照一定的规则处理，产生一个r 位的校验码并附加在原始数据后面，形成一个n ( 其中 n = k + r ) 位的二进制数据，最后一起发送出去。其编码过程如下：设t ( x ) 为编出的码组， 1 2 第二章测井信息传输基础知识 码组长度为n ；a ( x ) 为信息多项式，信息位长度为k ；g ( x ) 为编码多项式，其中x 的最高 次数为( n k ) 。 ( 1 ) 乘法运算：给信息多项式“x ) 乘以x ( n k ) 得x ( n k ) a ( x ) ( 2 ) 除法运算：按照式( 2 1 ) 处理信息多项式： x n - k ) a ( x ) ：q ( x ) 4 - 盟 g ( x ) 、 g ( x ) ( 2 1 ) 处理的结果会产生商函数q ( x ) 和余函数r ( x ) ，其中余函数r ( x ) 即为校验码。， ( 3 ) 加法运算：按照式( 2 2 ) 生成编码组。 丁( x ) = x c n - k ) a ( x ) + r ( x ) ( 2 2 ) 下面举例说明： 例如：1 1 = 1 2 ，k = 8 ，贝0 ( n k ) = 1 2 8 = 4 ，最口 a ( x ) = x 7 + x 5 + x 2 + 1 = 1 0 1 0 0 1 0 1g ( x ) = 一+ x 2 + 1 = 1 0 1 0 1 ( 1 ) 乘法运算：信息多项式a ( x ) = x 7 + x 5 + x 2 + 1 乘以x ( n k ) 制表示，得( 2 3 ) 式： x 4 ( 石7 + x 5 + x 2 + 1 ) = x 1 1 + x 9 + x 6 + x 4 = 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 这一步运算实际上是把信息多项式左移( n k ) 位。 ( 2 ) 除法运算：用上一步产生的结果除以编码多项式得( 2 - 4 ) 式 竺要：竿：1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 = 1 0 0 0 111 0 + 业 x + x + l1 0 1 0 l1 0 1 0 1 具体运算过程见( 2 5 ) 式： 1 0 0 0 1 11 0 1 0 1 0 1 ) 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 ! q ! q 1 0 0 0 11 ，并用相应的二进 ( 2 3 ) ( 2 4 ) 0 11 0 一r ( x ) ( 2 5 ) 式中采用的是模2 除法，其做法与算术除法类似，但每一位除( 减) 的结果不影响 其它位，实质上就是异或。即首先用除数对被除数最高几位做模2 减，不向上一位借位。 然后除数右移一位，若余数最高位为1 ，商为l ，并对余数做模2 减；若余数最高位为0 ， 一0一一o 0 一 一o l m 叭而堇l 咖一；一m一m一。一 一 两安彳i 油人学硕十学位论文 商为0 ，除数继续右移一位。直到余数的位数等于( n k ) 时停止，若余数位数小于( n k ) 则 在余数前补“0 ”使其等于( n k ) ，该余数r ( x ) 就是最终所要求的c r c 校验码。 ( 3 ) 加法运算：用第一步的结果加上上一步所生成的c r c 校验码得( 2 6 ) 式 丁( x ) = 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 + 0 11 0 = 1 0 1 0 0 1 0 10 11 0 、 7 、- _ _ _ 。一，_ _ _ _ 一l - _ - 一 a ( x ) crc(2-6) 即将产生的校验码附加在原始数据后面生成编码组。 当计算完c r c 码后，将它传送到数据接收端，在接收端用同样的编码多项式对信息 多项式“x ) 按上述步骤计算，也得到一个余项c r c 。接收端对计算的c r c 与发送端传 送来的c r c 码二者加以比较。如果二者相同，表明传输的信息“x ) 正确；如果不相同， 表明传输的信息a ( x ) 有错，错误的信息删去【1 4 】。 2 6c t s 遥测系统下发命令和上传数据格式f 博1 6 l 2 6 1 下发命令 自检装置将模拟自然伽玛遥测+ 补中+ 微球辟 、密+ 双侧向+ 声波。当地面系统选择自 然伽玛遥测+ 补中+ 微球补密+ 双侧向+ 声波这一组合时，就会下发4 组命令，分别是： 遥测命令、微球命令、双侧向命令和声波命令。每组命令的格式如图2 1 2 所示。 注意：对于下发命令其“时间起头”与上传数据的标法相反。下发命令的“时间起头” 总在右边，但数据字数码最高位仍总在左边。 向下命令由5 个部分组成，前导零，同步模式字，仪器命令，c r c 字和后导零。完 整的命令是6 4 位长。下发命令格式如图2 1 2 所示。 8 个零l8 位c r c b 1 5 b 9 【b s b ob t 5b o s , 位f s p 8 个零i | 一基本指令字叶一用户字叫1 1 0 1 0 11 0 z 图2 1 2 下发命令格式 向下同步模式字是8 位长，字为1 1 0 1 0 1 1 0 2 或d 6 1 6 ( 1 6 进制表示) 。命令字格式如 图2 1 2 所示，由1 6 位的基本指令字和1 6 位的用户字组成，总共有3 2 位，前面的2 4 位 是真实的命令，第2 5 位是禁止位，用于仪器有问题时将仪器从d t b 总线上断开。最后 7 位是仪器地址。 ( 1 ) 遥测命令 遥测命令格式如图2 1 3 所示。遥测命令是专供自然伽玛遥测使用的下发命令。当 自然伽玛遥测短节接通电源时，除基本指令字n 4 被置1 外其余所有有效位都被置零。 它表示n = 1 6 ，由每帧字长为2 n 可知在电源启动时每帧的字长数为3 2 个字。 1 4 第二章测井信息传输基础知识 图2 - 1 3 遥测专用命令格式 当具有自然伽玛遥测短节地址的命令( 0 0 11 0 0 0 2 或3 0 1 6 ) 被译码时，命令中的新信 息将代替电源启动时的值。在电源启动时“w a i t 位的无命令状态为0 ，此时仪器运行 方式为同步随机运行( s f r ) 。帧由2 2 0 v 交流电源的过零点启动。如果“n o w 位被置 1 ，则按每秒5 0 次启动帧( 即2 0 m s 一帧) 。如果“n o w ”位为0 则与开启电源时一样 为每秒启动1 2 5 帧，一帧的时间为8 0 m s 。当“w a i t 为1 而“n o w 位为0 时仪器 中断向上遥测。采用“w a i t 位方式在将来很有用，如果将来某种仪器需要采集大量信 息时可用这种方式。当“w a i t 和“n o w 位都置1 时就向上送一帧数据。然后遥测 短节等待下一条命令的到来，如果下一条命令又使这两位置位则再送另一帧数据。采用 接收命令的控制方式称为命令触发帧( c t f ) 。 模拟波形( w a v e f o r m ) 使能位( w f m e n ) 在电源启动无命令时是被置零的。如 果“w f m e n 位被置1 。则h a n d s h a k e ( 握手) 线( 在下部头第1 2 芯) 就有8 0 i t s 的 时间接地。在这段时间内如果模拟信号仪器希望传送模拟波形就可根据所需时间的长短 安排h a n d s h a k e 接地时间。( 但不能超过8 0 m s ) 。在w f m e n 为高，h a n d s h a k e 为低时，电缆驱动器被转交给模拟信号仪器。电缆驱动放大器对来自w f m h i 线上的模 拟信号进行放大，并将其加到电缆的t 5 模式上。如果由于某种原因模拟波形仪使 h a n d s h 削i 江接地时间过长并影响了下帧数据传送的话，那么，“t i m e o u t ( 时间超 出) 就被置位，它使“w f m e n 位变零，从而能使下帧数据通过。“t i m e o u t 位也 同时加到遥测上传数据帧的状态字1 上。 例如，下发命令3 0 0 d 2 0 0 0 1 6 ，就表示这是给自然伽玛遥测短节的命令，上传2 6 个 字的数据，开声波握手。各种不同仪器的命令下面将详细介绍。 ( 2 ) 微球命令 微球补密是一体化仪器，它的仪器地址是：2 c 。其命令有5 种，指令仪器进行换 档、动作。具体命令如表2 1 所示。 表2 - 1 微球命令的命令字 序号基本指令字用户字动作 12 c 0 00 0 0 0 切换剑测井档 22 c 0 10 0 0 0 切换剑高刻档 32 c 0 3o o o o 切换到低刻档 42 c 0 40 0 0 0 推靠器开臂 52 c o c0 0 0 0 推靠器收臂 西安石油火学硕十学位论文 ( 3 ) 双侧向命令 双侧向的仪器地址是：5 c 。其命令有4 种，指令仪器进行换档。具体如表2 2 所示。 表2 - 2 双侧向命令的命令字 序号基本指令字 用户字动作 l5 c 0 40 0 0 0 切换到井下n 电极、测井档 25 c 1 40 0 0 0 切换剑低刻档 35 c 2 40 0 0