CN202565292U

CN202565292U - 一种测井井下仪器总线***

Info

Publication number: CN202565292U
Application number: CN 201120210505
Authority: CN
Inventors: 陈文轩; 陈文�; 肖加奇; 汪新国; 岳宏图; 裴彬彬
Original assignee: CNPC Great Wall Drilling Co
Current assignee: CNPC Great Wall Drilling Co
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2021-06-21

Abstract

本实用新型涉及一种测井井下仪器总线***。本实用新型提供一种测井井下仪器总线***，包括井下遥传、至少一个井下仪器，其特征在于：所述井下遥传和至少一个井下仪器采用同轴电缆以太网总线连接，形成一局域网；其中所述井下遥传包含作为该局域网的网关网元的井下遥传通讯板，其与同轴电缆以太网总线接口，以实现地面***的数据与同轴电缆以太网总线上的同轴信号之间的转换；并且所述井下仪器分别包含各自的、作为该局域网的普通网元的井下仪器通讯板，各井下仪器通讯板具有各自预定义的静态IP地址和MAC地址，并且与同轴电缆以太网总线接口，以实现相应的井下仪器的原始数据与同轴电缆以太网总线上的同轴信号之间的转换。

Description

一种测井井下仪器总线***

技术领域

本实用新型涉及一种石油测井***中的井下仪器总线***。

背景技术

测井，也叫地球物理测井或石油测井，是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性，测量地球物理参数的方法，属于应用地球物理方法（包括重、磁、电、震、测井）之一。一般按所探测的岩石物理性质或探测目的可分为电法测井、声波测井、放射性测井、地层倾角测井、气测井、地层测试测井、钻气测井等。把利用电、磁、声、热、核等物理原理制造的各种测井仪器，由测井电缆下入井内，使地面电测仪可沿着井筒连续记录随深度变化的各种参数。通过表示这类参数的曲线，来识别地下的岩层，如油、气、水层、煤层、金属矿床等。

为了提高地层的测量分辨率和适应复杂地层测井，当今测井仪器具有越来越多的种类，并且实现越来越复杂。测井时需要将多个井下仪器组合成一串下井测量，每一个井下仪器都需要与地面软件通讯，包含上传数据和下传控制命令、配置参数等。这在测量过程中也产生了大量的原始数据。目前，测井***中正在大量使用的井下仪器总线有：DTB总线，通讯速率约为100Kbps；1553B总线，通讯速率约为400Kbps；RS485总线，通讯速率约为500Kbps；CAN总线，通讯速率约为800Kbps。这些设备流量小，限制了很多井下仪器的数据传输，致使不得不放弃了大量的原始数据，从而对测井数据的事后分析造成了很大障碍。此外，井下仪器总线是和电缆传输***进行配合的，一般总线的通讯速率要大于电缆数据传输***，这样才能充分地发挥电缆数据传输***的性能。Leap800新一代测井***中的电缆传输***传输速率在1000Kbps以上，这样井下仪器的总线速率必须在2000Kbps以上才能满足新一代的测井仪器大数据量的传输需求。

实用新型内容

为了保证所有的井下仪器能够与地面***快速、可靠的通讯，必须建立一套完整的、可靠的、能够满足仪器数据传输要求的井下仪器总线***。

同轴电缆以太网总线技术出现在以太网发展的早期，具有高带宽和极好的噪声抑制特性，是局域网中最常见的技术之一。

为了把大量的数据传输到地面，使用本实用新型的***将同轴电缆以太网技术应用于测井井下仪器的通讯，从而提高了井下仪器总线的通讯速率。

本实用新型一方面涉及一种测井井下仪器总线***，包括井下遥传、至少一个井下仪器，其特征在于：所述井下遥传和至少一个井下仪器采用同轴电缆以太网总线连接，形成一局域网;其中所述井下遥传包含作为该局域网的网关网元的井下遥传通讯板，其与同轴电缆以太网总线接口，以实现地面***的数据与同轴电缆以太网总线上的同轴信号之间的转换；并且所述井下仪器分别包含各自的、作为该局域网的网元的井下仪器通讯板，各井下仪器通讯板具有各自预定义的静态IP地址和MAC地址，并且与同轴电缆以太网总线接口，以实现相应的井下仪器的原始数据与同轴电缆以太网总线上的同轴信号之间的转换。

在一个优选实施例中，本实用新型所述的局域网采用T型拓扑结构。

在又一优选实施例中，本实用新型所述的局域网采用TCP和/或UDP协议进行通信。

在又一优选实施例中，在所述的测井井下仪器总线***中，所述井下仪器通讯板每一个均包括：第一嵌入式处理器、第一同步串口、第一存储器、第一数字信号处理器、第一以太网控制芯片、第一以太网差分—同轴信号转换芯片以及第一隔离变压器，其中

所述第一嵌入式处理器连接在相应的第一同步串口和相应的第一以太网控制芯片之间，以将经由第一同步串口从相应的井下仪器所获取的数据转换并发送给相应的第一以太网控制芯片以及将从相应的第一以太网控制芯片所获取的数据转换并经由第一同步串口发送给相应的第一井下仪器；

所述第一以太网控制芯片连接在相应的第一嵌入式处理器和相应的第一以太网差分—同轴信号转换芯片之间，以接收来自相应的第一嵌入式处理器的数据并将数据转换为以太网差分信号以发送给相应的第一以太网差分—同轴信号转换芯片以及从相应的第一以太网差分—同轴信号转换芯片接收信号；

所述第一以太网差分—同轴信号转换芯片连接在相应的第一以太网控制芯片和同轴电缆以太网总线之间，以将来自相应的第一以太网控制芯片的差分信号转换为同轴信号以发送至同轴电缆以太网总线上以及从同轴电缆以太网总线接收同轴信号并转换为差分信号；

所述第一隔离变压器连接在相应的第一以太网控制芯片和第一以太网差分—同轴信号转换芯片之间，用于隔离差分信号与同轴信号；

第一存储器，连接到所述第一嵌入式处理器，用于存储所获取的数据；

第一数字信号处理器，连接到所述第一嵌入式处理器从而对嵌入式处理器所获取的、并存储在存储器中的数据进行计算和处理;

并且其中所述井下遥传包括：第二嵌入式处理器、第二同步串口、第二存储器、第二数字信号处理器、第二以太网控制芯片、第二以太网差分—同轴信号转换芯片以及第二隔离变压器，其中

所述第二嵌入式处理器连接在第二同步串口和第二以太网控制芯片之间，以将经由第二同步串口从所述地面***所获取的数据转换并发送给第二以太网控制芯片以及将从第二以太网控制芯片所获取的数据转换并经由第二同步串口发送给所述地面***；

所述第二以太网控制芯片连接在第二嵌入式处理器和第二以太网差分—同轴信号转换芯片之间，以接收来自第二嵌入式处理器的数据并将数据转换为以太网差分信号以发送给第二以太网差分—同轴信号转换芯片以及从第二以太网差分—同轴信号转换芯片接收信号；

所述第二以太网差分—同轴信号转换芯片连接在第二以太网控制芯片和同轴电缆以太网总线之间，以将来自第二以太网控制芯片的差分信号转换为同轴信号以发送至同轴电缆以太网总线上以及从同轴电缆以太网总线接收同轴信号并转换为差分信号；

所述第二隔离变压器连接在第二以太网控制芯片和第二以太网差分—同轴信号转换芯片之间，用于隔离差分信号与同轴信号；

第二存储器，连接到所述第二嵌入式处理器，用于存储所获取的数据；

第二数字信号处理器，连接到所述第二嵌入式处理器从而对嵌入式处理器所获取的、并存储在存储器中的数据进行计算和处理。

在又一优选实施例中，在所述的测井井下仪器总线***中，所述第一存储器和第二存储器分别进一步包括第一、第二随机存取存储器（RAM）和第一、第二闪存（FLASH），所述第一、第二闪存（FLASH）中存储着事先编写好的程序，在所述通讯板上电后，将各自闪存（FLASH）中的程序分别引导到第一、第二随机存取存储器（RAM）中运行，以分别对存储在在所述第一、第二随机存取存储器（RAM）中的所获取的数据进行计算和处理。

在又一优选实施例中，在所述的测井井下仪器总线***中，所述井下仪器通讯板和井下遥传通讯板在结构上是完全相同的。

通过使用同轴电缆以太网总线，提升了总线速率和可靠性，同轴线以太网本身可以达到10Mbps甚至更高的通讯速率。另外，采用T型拓扑结构通讯板上原始信号与同轴信号隔离，总线上任一仪器故障均不会影响其它仪器通讯，仍然可以继续工作，而且总线故障不会沿总线传播至其它仪器，从而避免了因此而损坏其它仪器和电路板。再有，成熟的TCP和UDP协议可供软件使用，可以方便的与外部网络连接，为远程更新升级仪器提供了网络基础。此外，各个通讯板在结构上可以相同的，这使得仪器生产方便快捷，便于维护。

附图说明

通过参考以下描述和用于示出各个实施例的附图可以最好地理解实施例。在附图中：

图1是本实用新型的总线***的结构图。

图2是本实用新型所使用的井下仪器通讯板的结构框图。

具体实施方式

图1是本实用新型的总线***10的结构图。***10包括井下遥传100，至少一个井下仪器200₁-200_n和同轴电缆以太网总线300。井下遥传100和井下仪器200₁-200_n构成一个局域网。该局域网可以采用已知的TCP和/或UDP协议等作为通信协议。在每个井下仪器200₁-200_n中分别包括通讯板400₁-400_n，其与总线300连接，作为该局域网的普通网元。在井下遥传100中包含另外的通讯板500，其与总线连接（我们把这个接口叫做网关网元）。多个普通网元和网关网元之间通讯方式即井下总线。***10的局域网的拓扑结构可以为星型拓扑结构或T型拓扑结构，优选T型拓扑结构，如图1所示。在图1中，井下遥传内的通讯板500作为该局域网的网关和路由，地面***的测井PC可以通过井下遥传与井下仪器通讯，以实现地面***的数据与同轴电缆以太网总线300上的同轴信号之间的转换。而每一个井下仪器则作为该局域网的T型节点，只是由于井下仪器的串接方式决定了最下方的仪器必须通过上方仪器中的贯通线相连，但是从拓扑结构上来说仍然属于T型总线结构，即使有一个节点故障，也不会影响其它节点正常工作。每一个井下仪器的通讯板400₁-400_n具有各自预定义好的静态IP地址和MAC地址，以实现相应的井下仪器200₁-200_n的原始数据与同轴电缆以太网总线300上的同轴信号之间的转换。通讯板不仅完成井下仪器与地面***的通讯功能，还能够通过网络远程在线更新通讯板内固件程序。各个井下仪器的通讯板400₁-400_n在结构上可以不同，只要在功能上能够实现以太网通讯的差分信号和同轴信号间的相互转换即可，这样的功能是通过图2所示的基本结构实现的。但是为了生产和维护方便，优选地，我们在设计时将其做成统一的形式，这样还有一个更大的好处就是各个仪器的通讯板之间可以互换，这对于现场维修具有重要的意义。***10还包括底鼻600，其是同轴网络的匹配电阻，它使用在同轴网络的起点和终点，在遥传通讯板中也有一个匹配电阻（未示出）。

图2是井下仪器的通讯板400₁-400_n的基本结构框图。如图所示，第一嵌入式处理器402连接在相应的第一同步串口404和相应的第一以太网控制芯片410之间；所述第一以太网控制芯片410连接相应的第一以太网差分—同轴信号转换芯片；第一以太网差分—同轴信号转换芯片414连接以太网总线300；第一隔离变压器412连接在相应的第一以太网控制芯片410和第一以太网差分—同轴信号转换芯片414之间；另外，连接到所述第一嵌入式处理器402的还有第一存储器406以及第一数字信号处理器408。

在构建了通讯板的硬件结构后，对通讯板进行软件编程。使得通讯板的主要功能一方面是获取井下仪器数据并转发至以太网总线；另一方面是按照所述静态IP地址和MAC地址从以太网总线接收信号并转发给井下仪器。为了实现第一方面，由井下仪器通讯板的第一嵌入式处理器402通过与井下仪器200₁-200_n间的井下仪器通讯板的第一同步串口404通讯获取井下仪器200₁-200_n的数据；将第一嵌入式处理器402所获取的数据存储在井下仪器通讯板的第一存储器406中；由井下仪器通讯板的第一数字信号处理器408（DSP）对第一嵌入式处理器所获取的、并存储在第一存储器406中的数据进行计算和处理;由井下仪器通讯板的第一以太网控制芯片410接收经过第一数字信号处理器408计算和处理并由第一嵌入式处理器调整格式后的数据并且可以根据TCP或UDP协议将数据转换为以太网差分信号；由井下仪器通讯板的第一以太网差分—同轴信号转换芯片414将来自所述第一以太网控制芯片410的、并经过井下仪器通讯板的第一隔离变压器412的差分信号转换为同轴信号以发送至同轴电缆以太网总线300上。优选地，所述第一存储器进一步包括第一随机存取存储器（RAM）和第一闪存（FLASH），所述第一闪存（FLASH）中存储着事先编写好的程序，在所述通讯板上电后，将闪存（FLASH）中的程序分别引导到第一随机存取存储器（RAM）中运行，以对存储在在所述第一随机存取存储器（RAM）中的所获取的数据进行计算和处理，此后程序执行过程中的所有数据包括处理器所获取的仪器的原始数据以及经过第一数字信号处理器408计算和处理后的数据都会存储在随机存取存储器（RAM）中。

在从以太网总线接收信号的过程中，按照所述静态IP地址和MAC地址，由相应的井下仪器的第一以太网差分—同轴信号转换芯片接收来自同轴电缆以太网总线300上的同轴信号并将其转换为差分信号；由井下仪器的第一以太网控制芯片接收所转换的、并经过井下仪器的第一隔离变压器的差分信号并将其进行格式转换；由井下仪器的第一嵌入式处理器接收经过格式转换的数据；将经过格式转换的数据存储在井下仪器的第一存储器中；由井下仪器的第一数字信号处理器对储存在第一存储器的数据进行计算和处理；并且由井下仪器的第一嵌入式处理器将经过计算和处理的数据经由井下仪器的第一同步串口发送给相应的井下仪器。

井下遥传通讯板500基本结构与图2中所示的井下仪器的通讯板400₁-400_n的结构相同，但其他部件也可以不同，然而在优选实施例中，其二者的结构完全相同，以便于维护和更换。在这里仅以文字描述其结构和功能。

井下遥传通讯板500包括第二嵌入式处理器，连接在第二同步串口和第二以太网控制芯片之间；第二以太网控制芯片连接第二以太网差分—同轴信号转换芯片；第二以太网差分—同轴信号转换芯片连接以太网总线300；第二隔离变压器连接在第二以太网控制芯片和第二以太网差分—同轴信号转换芯片之间；另外，连接到所述第二嵌入式处理器的还有第二存储器以及第二数字信号处理器。

在构建了井下遥传通讯板500通讯板的硬件结构后，对通讯板进行软件编程。使得该通讯板的主要功能一方面是获取地面***的数据并转发至以太网总线；另一方面是从以太网总线接收信号并转发给地面***。

为了实现第一方面，由井下遥传通讯板的第二嵌入式处理器经由井下遥传通讯板的第二同步串口获取地面***的数据；将第二嵌入式处理器所获取的数据存储在井下遥传通讯板的第二存储器中；由井下遥传通讯板的第二数字信号处理器对第二嵌入式处理器所获取的、并存储在第二存储器中的数据进行计算和处理；由井下遥传通讯板的第二以太网控制芯片接收经过第二数字信号处理器计算和处理并由第二嵌入式处理器调整格式后的数据并且将数据转换为以太网差分信号；由井下遥传通讯板的第二以太网差分—同轴信号转换芯片将来自所述第二以太网控制芯片的、并经过井下遥传通讯板的第二隔离变压器的差分信号转换为同轴信号以发送至同轴电缆以太网总线上。优选地，所述第二存储器进一步包括第二随机存取存储器（RAM）和第二闪存（FLASH），所述第二闪存（FLASH）中存储着事先编写好的程序，在所述通讯板上电后，将闪存（FLASH）中的程序分别引导到第二随机存取存储器（RAM）中运行，以对存储在在所述第二随机存取存储器（RAM）中的所获取的数据进行计算和处理，此后程序执行过程中的所有数据包括处理器所获取的仪器的原始数据以及经过第二数字信号处理器计算和处理后的数据都会存储在随机存取存储器（RAM）中。

为了实现第二方面，由井下遥传通讯板的第二以太网差分—同轴信号转换芯片接收来自同轴电缆以太网总线（300）上的同轴信号并将其转换为差分信号；由井下遥传通讯板的第二以太网控制芯片接收所转换的、并经过井下遥传通讯板的第二隔离变压器的差分信号并将其进行格式转换；由井下遥传通讯板的第二嵌入式处理器接收经过格式转换的数据；将经过格式转换的数据存储在井下遥传通讯板的第二存储器中；由井下遥传通讯板的第二数字信号处理器对储存在第二存储器中的数据进行计算和处理；并且由第二嵌入式处理器将经过计算和处理的数据经由井下遥传通讯板的第二同步串口发送给地面***

总之，通过对井下仪器通讯板、井下遥传通讯板的结构进行如上配置并使用同轴电缆以太网架构，可以实现快速、可靠的测井。可以实现井下总线带宽为10M，远远超过遥传需求，而且可以随时开发到100M。另外，仪器组网非常简单方便，只要配置好IP地址就可以通信。使用TCP/IP标准协议，可以和任何网络设备对接，而且方便管理软件开发。整个总线***可以直接挂接到互联网上，通过TCP/IP协议直接操作和控制。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制。因此，在不脱离本实用新型技术方法的原理和随附权利要求书所保护范围的情况下，可以对本实用新型做出各种修改、变化。

Claims

1.一种测井井下仪器总线***（10），包括井下遥传（100）、至少一个井下仪器（200₁-200_n），其特征在于：

所述井下遥传（100）和至少一个井下仪器（200₁-200_n）采用同轴电缆以太网总线（300）连接，形成一局域网;其中

所述井下遥传（100）包含作为该局域网的网关网元的井下遥传通讯板（500），其与同轴电缆以太网总线（300）接口，以实现地面***的数据与同轴电缆以太网总线（300）上的同轴信号之间的转换；并且

所述井下仪器（200₁-200_n）分别包含各自的、作为该局域网的网元的井下仪器通讯板（400₁-400_n），各井下仪器通讯板（400₁-400_n）具有各自预定义的静态IP地址和MAC地址，并且与同轴电缆以太网总线（300）接口，以实现相应的井下仪器（200₁-200_n）的原始数据与同轴电缆以太网总线（300）上的同轴信号之间的转换。

2.如权利要求1所述的测井井下仪器总线***（10），其中所述局域网采用T型拓扑结构。

3.如权利要求1所述的测井井下仪器总线***（10），其中所述局域网采用TCP和/或UDP协议进行通信。

4.如权利要求1-3之一所述的测井井下仪器总线***（10），其中

所述井下仪器通讯板（400₁-400_n）每一个均包括：第一嵌入式处理器（402）、第一同步串口（404）、第一存储器（406）、第一数字信号处理器（408）、第一以太网控制芯片（410）、第一以太网差分—同轴信号转换芯片（414）以及第一隔离变压器（412），其中

所述第一嵌入式处理器（402）连接在相应的第一同步串口（404）和相应的第一以太网控制芯片（410）之间，以将经由第一同步串口（404）从相应的井下仪器（200₁-200_n）所获取的数据转换并发送给相应的第一以太网控制芯片（410）以及将从相应的第一以太网控制芯片（410）所获取的数据转换并经由第一同步串口（404）发送给相应的第一井下仪器（200₁-200_n）；

所述第一以太网控制芯片（410）连接在相应的第一嵌入式处理器（402）和相应的第一以太网差分—同轴信号转换芯片（414）之间，以接收来自相应的第一嵌入式处理器的数据并将数据转换为以太网差分信号以发送给相应的第一以太网差分—同轴信号转换芯片（414）以及从相应的第一以太网差分—同轴信号转换芯片（414）接收信号；

所述第一以太网差分—同轴信号转换芯片（414）连接在相应的第一以太网控制芯片（410）和同轴电缆以太网总线（300）之间，以将来自相应的第一以太网控制芯片（410）的差分信号转换为同轴信号以发送至同轴电缆以太网总线（300）上以及从同轴电缆以太网总线（300）接收同轴信号并转换为差分信号；

所述第一隔离变压器（412）连接在相应的第一以太网控制芯片（410）和第一以太网差分—同轴信号转换芯片（414）之间，用于隔离差分信号与同轴信号；

第一存储器（406），连接到所述第一嵌入式处理器（402），用于存储所获取的数据；

第一数字信号处理器（408），连接到所述第一嵌入式处理器（402）从而对嵌入式处理器所获取的、并存储在存储器中的数据进行计算和处理;

并且其中所述井下遥传（100）包括：第二嵌入式处理器、第二同步串口、第二存储器、第二数字信号处理器、第二以太网控制芯片、第二以太网差分—同轴信号转换芯片以及第二隔离变压器，其中

所述第二嵌入式处理器连接在第二同步串口和第二以太网控制芯片之间，以将经由第二同步串口从所述地面***所获取的数据转换并发送给第二以太网控制芯片以及将从第二以太网控制芯片所获取的数据转换并经由第二同步串口（404）发送给所述地面***；

所述第二以太网差分—同轴信号转换芯片连接在第二以太网控制芯片和同轴电缆以太网总线（300）之间，以将来自第二以太网控制芯片的差分信号转换为同轴信号以发送至同轴电缆以太网总线（300）上以及从同轴电缆以太网总线（300）接收同轴信号并转换为差分信号；

5.如权利要求4所述的测井井下仪器总线***（10），其中所述第一存储器和第二存储器分别进一步包括第一、第二随机存取存储器和第一、第二闪存。

6.如权利要求5所述的测井井下仪器总线***（10），所述井下仪器通讯板（400₁-400_n）和井下遥传通讯板（500）在结构上是完全相同的。