CN201571116U

CN201571116U - 在石油测井电缆上实现高速数据传输的装置

Info

Publication number: CN201571116U
Application number: CN2009202512206U
Authority: CN
Inventors: 李成军; 王金贵; 赵文福
Original assignee: Tianjin Taihua Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Tianjin Taihua Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2019-12-02

Abstract

本实用新型涉及石油测井领域中，通过测井电缆实现高速数据传输的方法，特别是涉及在石油测井电缆上实现高速数据传输的装置，为提供一种在石油测井电缆上实现高速数据传输的装置，解决下行数据的高速传输问题。本实用新型采用的技术方案是：在石油测井电缆上实现高速数据传输的装置，分为地面部分和井下部分，地面部分的构成为：依次相连的数字信号处理器、SHDSL收发芯片、模拟前端和传输驱动网络，传输驱动网络通过电缆和井下部分相连；井下部分的构成为：井下依次相连的数字信号处理器、SHDSL收发芯片、模拟前端和传输驱动网络，井下传输驱动网络通过电缆和井上部分相连。本实用新型主要用于石油测井信号传输场合。

Description

在石油测井电缆上实现高速数据传输的装置

技术领域

本实用新型涉及石油测井领域中，通过测井电缆实现高速数据传输的方法，特别是涉及到地面测井***和井下仪器之间通过测井电缆进行高速数据传输的装置。

技术背景

石油是经济发展的重要支柱，世界上每个国家都在积极寻找新的油藏，各产油国也在通过各种技术手段努力提高每一口油井的产量。测井是石油开采工程中的重要环节，测井质量直接影响到开采质量和产油率，测井技术也因此而得到迅猛发展。为更真实反映井下地质构成情况，需要井下仪器能够获取更多的地层信息传输到地面***进行处理和计算，如成像测井仪。按照测井信息传输技术划分，测井技术的发展大致经历了四个阶段：

1)模拟信号传输阶段。井下仪器是通过传感器获取地层信息的，初期的测井仪器功能简单，在测井时将传感器的模拟信号通过电缆直接传送给地面***，由地面***进行采集处理，长距离的传输严重影响了信号的质量，而且，受到缆芯数量的限制，上传的信息量很少。该阶段应处于上世纪60年代之前。

2)数字化传输初级阶段。60年代后，测井信息开始在井下仪器中进行数字化，然后通过数字编码技术传输到地面***，解决了模拟信号长线传输干扰的问题。虽然当时的传输速率很低，但是为测井信息的数字化研究奠定了基础。

3)数字化传输发展阶段。80年代是测井信息数字化传输研究的发展阶段，先后开发出了多种传输方式，如：阿特拉斯公司开发出传输率达到8Kbps的脉冲编解码方式和传输率接近100Kbps的曼彻斯特编解码方式，以及斯伦贝谢公司的相移键控调制和解调方式。该阶段的技术也存在一些缺陷，如：只实现了单向传输，不能下发命令到井下仪器中；传输速率较低，无法实现声波等测井仪的数字化。典型代表为阿特拉斯公司的PCM3502、PCM3506、PCM3508等数传测井仪。

4)智能化和高速数字化传输阶段。随着电子技术的飞速发展，90年代开始了高速数字化的研究。有代表意义的包括：哈里伯顿公司的EXCELL-2000成像测井***采用了通信速率为217.6Kbps数传平台；阿特拉斯公司的ECLIPS-2000成像测井***的数传速率为230Kbps；斯伦贝谢公司的MAX-500成像测井***的数传速率为500Kbps。在提高了传输速率的同时，也实现了双向数据传输，但下行的传输率较低。

以上四个阶段表明，测井理论和方法的发展需求推动了测井数据传输技术的进步，如成像测井仪的应用需要更高的数据传输率。目前，石油测井电缆数据传输所采用的技术仅仅提高了上行的传输速率，并没有解决下行数据的高速传输技术。下行数据传输的高速化实现能够为更先进的测井原理和方法提供条件。

实用新型内容

为克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种在石油测井电缆上实现高速数据传输的装置，解决下行数据的高速传输问题。

本实用新型采用的技术方案是：在石油测井电缆上实现高速数据传输的装置，分为地面部分和井下部分，地面部分的构成为：依次相连的数字信号处理器、SHDSL收发芯片、模拟前端和传输驱动网络，传输驱动网络通过电缆和井下部分相连；井下部分的构成为：井下依次相连的数字信号处理器、SHDSL收发芯片、模拟前端和传输驱动网络，井下传输驱动网络通过电缆和井上部分相连。

SHDSL收发芯片通过高速串行数字接口AFE与模拟前端连接，模拟前端包括发送通道和接收通道两部分，发送通道包括依次相连的数字滤波器、数模转换器、开关电容滤波器、可变增益线驱动器，接收通道包括依次相连的回波抵消器、可变增益放大器、模数转换器、数字滤波器；数字信号处理器通过并行接口与SHDSL收发芯片内置的双口RAM接口连接，数字信号处理器的多路串口与SHDSL收发芯片的PCM接口连接，数字信号处理器通过地面总线接口实现与装置外设备之间的通信。

井下SHDSL收发芯片通过AFE串行接口与井下模拟前端连接，井下SHDSL收发芯片通过高速串行数字接口AFE与井下模拟前端连接，井下模拟前端包括发送通道和接收通道两部分，发送通道包括依次相连的数字滤波器、数模转换器、开关电容滤波器、可变增益驱动器，接收通道包括依次相连的回波抵消器、可变增益放大器、模数转换器、数字滤波器；井下数字信号处理器通过并行接口与井下SHDSL收发芯片内置的双口RAM接口连接，井下数字信号处理器的多路串口与井下SHDSL收发芯片的PCM接口连接，井下数字信号处理器通过井下总线接口实现与装置外井下设备之间的通信。

SHDSL收发芯片内部由双口RAM、只读存储器ROM、可读写存储器RAM、DSL成帧器和数字信号处理DSP组成，SHDSL收发芯片内部包含一个用来进行SHDSL收发芯片启动、DSL成帧器控制、中断处理等操作的8051内核，DSL成帧器通过PCM接口与所述数字信号处理器相连，数字信号处理DSP通过高速串行数字接口AFE与片外通信，双口RAM、只读存储器ROM、可读写存储器RAM、DSL成帧器和数字信号处理DSP通过内部总线相互连接。

传输驱动网络由可变增益线驱动器、阻抗匹配网络、折衷平衡电路、抗混叠滤波电路和信号变压器构成，信号变压器接收到的信号通过阻抗匹配网络、折衷平衡混合电路传送到所述的回波抵消器，信号变压器接收到的信号还通过抗混叠接收滤波传输到所述的回波抵消器，来自所述可变增益线驱动器信号经阻抗匹配网络、信号变压器进行输出。

本实用新型具有以下技术效果：本实用新型采用SHDSL(Symmetrical High-Speed DigitalSubscriber Line)对称高速数字用户线路技术，该技术是由ITU-T定义的在单对通信线上提供传输双向对称带宽数据业务的一种技术，符合国际电工联合会G.991.2推荐标准，由于采用性能优越的多电平网格编码脉冲幅度调制(TC-PAM)技术，压缩了传输频谱，提高了抗噪性能，延长了传输距离，因而本实用新型实现了下行数据的高速传输，下行数据传输的高速化实现能够为更先进的测井原理和方法提供条件。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2所示为本实用新型的地面SHDSL收发器电原理图。

图3所示为本实用新型的井下SHDSL收发器电原理图。

图4所示为本实用新型的SHDSL收发器芯片构成框图。

图5所示为本实用新型的模拟前端芯片构成框图。

具体实施方式

本实用新型针对目前石油测井电缆数据传输所采用的技术的不足之处，而提出了一种运用SHDSL对称高速数字用户线路接入技术的方法。

SHDSL(Symmetrical High-Speed Digital Subscriber Line)对称高速数字用户线路是由ITU-T定义的在单对通信线上提供传输双向对称带宽数据业务的一种技术，符合国际电工联合会G.991.2推荐标准，由于采用性能优越的多电平网格编码脉冲幅度调制(TC-PAM)技术，压缩了传输频谱，提高了抗噪性能，延长了传输距离，因此，与ADSL、HDSL技术相比有着明显的技术优势。

由于其技术优势，SHDSL的应用发展迅猛，在TDM、ATM、IP等领域得到广泛应用，许多专业的芯片生产厂商成功开发并生产了支持SHDSL技术的芯片组，使得SHDSL技术的应用简单化。本实用新型所涉及到的电路实现方法就是采用了支持SHDSL技术的芯片组来进行设计的，硬件电路所采用的芯片组主要包括含有线路驱动器的模拟前端AFE芯片和收发器芯片。

模拟前端芯片通过高速串行数字接口和SHDSL收发芯片连接，包括发送通道和接收通道两部分。发送通道主要包括：数字滤波器、数模转换器、开关电容滤波器、可变增益线驱动器等，将来自收发器芯片的数据帧转换为模拟信号；接收通道主要包括：回波抵消器、可变增益放大器、模数转换器、数字滤波器等，对接收信号进行数字处理，并传送给收发器芯片。SHDSL收发器芯片为智能数字化芯片，内置了高速数字信号处理器DSP，完成编码、解码、DSL成帧器、PCM高速数字通信、模拟前端通信和控制等功能，是实现SHDSL技术的核心。另外，收发器芯片还配备用于和外部主处理器的通信接口，以便用于下载固件(Firmware)、进行各种设置、读取状态信息等操作。

为了实现地面测井***和井下仪器串之间的数据通信，本实用新型在地面***和井下仪器组合串中各设计了一套SHDSL收发电路，从而构成了测井电缆通信数传接口。地面和井下的SHDSL收发电路都采用高性能微处理器和SHDSL收发芯片连接，地面的收发电路微处理器通过数据采集***总线和地面主机之间交换数据，井下的收发电路微处理器通过井下仪器总线和所组合的各测井仪之间交换数据。

下面通过附图，来进一步说明本实用新型的电路实现原理。

通过本实用新型涉及的方法所构成的高速数传***由两部分构成，如图1所示。其中，测井电缆的上方地面测井***部分；测井电缆的下方为井下测井仪部分。由于SHDSL技术是对称通信，因此，上、下两部分的电路构成很相似，不同之处在于：地面部分的数传电路需要和地面***数据采集总线连接，井下部分的数传电路需要和井下仪器总线连接。

地面部分数传电路由数字信号处理器DSP2812、SHDSL收发芯片M28950、模拟前端M28927和传输驱动网络组成，如图2所示。传输驱动网络用来连接电缆和模拟前端，由可变增益线驱动器、阻抗匹配网络、折衷平衡电路、抗混叠滤波电路和信号变压器构成。M28950通过AFE串行接口与模拟前端连接。DSP通过外部并行接口与M28950内置的双口RAM接口连接，用来设置或读取M28950的工作状态和参数。DSP的多路串口与M28950的PCM接口连接，实现数据通信。DSP通过地面总线接口，实现地面***与数传平台之间的通信。

井下部分数传电路与地面部分类似，如图3所示。该部分电路包含一个井下仪器总线接口，通过该接口与其他测井仪器进行通信。

SHDSL收发器芯片内部由双口RAM、ROM、RAM、DSL成帧器和DSP组成，如图4所示。其内部包含一个8051内核，用来进行收发器启动、DSL成帧器控制、中断处理等操作。M28950通过双口RAM与外部控制器连接，该端口称为主机接口。通过主机接口，可以对收发器进行固件下载、参数设置、状态显示等操作。ROM用来存储收发器的启动代码。RAM又分为两部分，一部分用来存储数据(RAM)，另一部分用来执行程序(PRAM)。DSL成帧器是一个高性能的比特流处理引擎，支持G.SHDSL、HDSL、HDSL2等DSL成帧模式。通过PCM接口将PCM数据帧信号经过有效载荷比特的***和提取、数据的加扰处理、比特填充等操作，输出相应的DSL帧数据流。DSP模块主要完成数据的编/解码，产生发送端码元定时和恢复提取接收端码元定时、线路均衡、回波抵消。它接收来自AFE的串行数据和比特泵发送的经过预编码的符号，同时将这些符号送到回波抵消器(EC)，然后由回波抵消器对回波响应进行评估，从AFE发来的信号中减去回波响应。同时，回波处理后的信号再通过前馈均衡和判决反馈均衡，最后由格栅编码调制译码器恢复出信息比特。***上电后，外部控制器通过主机接口将API底层操作码下载至M28950内部RAM，并通过API消息对***进行配置和状态信息读取。外部处理器通过PCM接口实现与M28950的数据交换。

模拟前端芯片，主要完成数字信号与SHDSL信号的转换，即D/A和A/D变换、信号滤波、增益控制和线路驱动。数字接口同M28950相连，与其内置的DSP芯片进行数字通信；模拟接口通过***线路驱动反馈电阻、阻抗匹配电阻、折中平衡混合电路、变压器和电缆连接。如图5所示。

Claims

1.一种在石油测井电缆上实现高速数据传输的装置，其特征是，分为地面部分和井下部分，地面部分的构成为：依次相连的数字信号处理器、SHDSL收发芯片、模拟前端和传输驱动网络，传输驱动网络通过电缆和井下部分相连；井下部分的构成为：井下依次相连的数字信号处理器、SHDSL收发芯片、模拟前端和传输驱动网络，井下传输驱动网络通过电缆和井上部分相连。

2.根据权利要求1所述的一种在石油测井电缆上实现高速数据传输的装置，其特征是，SHDSL收发芯片通过高速串行数字接口AFE与模拟前端连接，模拟前端包括发送通道和接收通道两部分，发送通道包括依次相连的数字滤波器、数模转换器、开关电容滤波器、可变增益线驱动器，接收通道包括依次相连的回波抵消器、可变增益放大器、模数转换器、数字滤波器；数字信号处理器通过并行接口与SHDSL收发芯片内置的双口RAM接口连接，数字信号处理器的多路串口与SHDSL收发芯片的PCM接口连接，数字信号处理器通过地面总线接口实现与装置外设备之间的通信。

3.根据权利要求1所述的一种在石油测井电缆上实现高速数据传输的装置，其特征是，井下SHDSL收发芯片通过AFE串行接口与井下模拟前端连接，井下SHDSL收发芯片通过高速串行数字接口AFE与井下模拟前端连接，井下模拟前端包括发送通道和接收通道两部分，发送通道包括依次相连的数字滤波器、数模转换器、开关电容滤波器、可变增益驱动器，接收通道包括依次相连的回波抵消器、可变增益放大器、模数转换器、数字滤波器；井下数字信号处理器通过并行接口与井下SHDSL收发芯片内置的双口RAM接口连接，井下数字信号处理器的多路串口与井下SHDSL收发芯片的PCM接口连接，井下数字信号处理器通过井下总线接口实现与装置外井下设备之间的通信。

4.根据权利要求1所述的一种在石油测井电缆上实现高速数据传输的装置，其特征是，SHDSL收发芯片内部由双口RAM、只读存储器ROM、可读写存储器RAM、DSL成帧器和数字信号处理DSP组成，SHDSL收发芯片内部包含一个用来进行SHDSL收发芯片启动、DSL成帧器控制、中断处理等操作的8051内核，DSL成帧器通过PCM接口与所述数字信号处理器相连，数字信号处理DSP通过高速串行数字接口AFE与片外通信，双口RAM、只读存储器ROM、可读写存储器RAM、DSL成帧器和数字信号处理DSP通过内部总线相互连接。

5.根据权利要求1所述的一种在石油测井电缆上实现高速数据传输的装置，其特征是，传输驱动网络由传输驱动网络由可变增益线驱动器、阻抗匹配网络、折衷平衡电路、抗混叠滤波电路和信号变压器构成，信号变压器接收到的信号通过阻抗匹配网络、折衷平衡混合电路传送到所述的回波抵消器，信号变压器接收到的信号还通过抗混叠接收滤波传输到所述的回波抵消器，来自所述可变增益线驱动器信号经阻抗匹配网络、信号变压器进行输出。