井下测井仪器数据总线的设计及应用

大庆油田测试技术服务分公司 崔洪源

大庆油田第四采油厂 崔 蕾

井下测井仪器数据总线的设计及应用

大庆油田测试技术服务分公司 崔洪源

大庆油田第四采油厂 崔 蕾

随着时代的不断发展和进步，我国在石油井下测井方面也得到了一定的发展和进步，测井系统所具有的传输速率目前已经能够达到1Mbps之上。本文通过对井下测井仪器数据总线进行分析探究，并且提出相应的设计和应用方案。

井下测井仪器；数据总线；设计；应用

引言

在实际的测井工作中，井下测井仪器在采集数据的过程中，主要就是运用数据总线将数据传送到遥传仪器上，然后在通过遥传仪器将数据成功的传输到地面主控；之后，地面主控再将各项控制口令通过数据总线传输到井下测井仪器中，完成整个环节的井下测井工作。通常情况下，井下测井仪器中的数据总线在数据传输方面要具有双向性特点，才能保证传输的顺畅。而且结合测井的特点分析，地面主控的传输速率要比井下测井仪器的传输速率高出很多。

1 井下测井仪器数据总线

遥传仪器的地面主控传输速率为1Mbit/s以上时，为了将遥传仪器所具有的高速传输作用充分发挥出来，井下测井仪器的传输速率应该达到2Mbit/s。新型的遥传系统中，其井下测井仪器数据总线通常会选用10-Base2类型的以太网总线，它的数据传输速率可以达到101Mbit/s，而且这种类型的总线具有开发周期较短、软硬件发展成熟以及通讯协议相对完善等优点，可以充分满足当前井下测井工作对数据传输的更高速率的要求[1]。但以太网存也在着一定的缺点，其主要体现在民用产品的应用中，市场上出现的以太网芯片温度几乎都是在工业级或者商业级的等级范围，并不适合应用在高温的井下测井工作中，使得测井仪器的整体适用范围受到了限制。测井工作中所用到的遥传系统作为一种传输系统，具有非对称性的特点，通过TCP方法来进行数据的传输，容易延迟信号的等待和确认，这使得遥传系统的数据传输效率降低。

2 设计分析

2.1 设计要求

1)设计应该满足通用性要求。测井电缆主要包括单芯电缆和多芯电缆等两种类型，其中单芯电缆主要应用在生产测井方面，其遥传系统所具有的传输速率几乎都在400kbit/s以下；而多芯电缆主要用在裸眼井的测井工作中，其遥传系统所具有的数据传输速率已经能够达到1Mbit/s之上[2]。因此，总线设计必须要同时适应这两种应用。

2)设计应该满足易实现性要求。井下测井工作环境空间狭小，环境恶劣，所以在总线和相关控制协议方面的设计应该尽量简单有效。那些复杂繁琐的总线会增强测井仪器的复杂程度，延长仪器的整个开发周期的同时，还会增加仪器发生故障的概率。要想实现总线设计可以借助现有的器件进行完成，并且保证控制协议要尽可能的可靠和简单，不需要使用性能较高的处理器。如果处理器的性能过高，那么其在高温环境下的功耗就会越大，这时器件所具有的耐高温性很难满足井下测井工作的要求。

2.2 总体方案

结合以上各级要求，本文设计了一套井下测井仪器数据总线的具体方案，如图1所示。

图1 总线的设计方案

该方案中主要用到了两条双绞线，且都具有非屏蔽性，其中一条主要运用CAN总线，是一种具有双向接口类型的总线；而另一条则是为RS-485总线，是一种单向接口类型的总线[3]。每一个测井仪器都需要经过CAN总线来接受命令；而相对于地面主控数据来说，它的数据传输应该通过CAN总线发送，并且保证平均速率在100kbit/s以下；当数据的平均传输速率在150kbit/s以上时，则需要通过RS-485总线来进行传输，需要结合仪器的要求自由选择这两种总线类型进行传输。

CAN总线属于一种现场总线，可以支持分布式类型的控制系统，其不仅可以运用非破坏性的技术，通信方式也非常灵活，而且还具有一点对多点和点对点等各种传输方法，是当前石油井下测井工作常用到的一种总线类型。

CAN总线在数据传输方面的最高速率可达1Mbit/s，但实际上它的有效数据传输速率在600kbit/s以下。所以，如果只用1路CAN总线很难满足总线的设计要求。若是运用2路CAN总线，它的数据传输速率也只能达到与高性能遥传仪器相当的速度，也降低了遥传系统对数据的传输效率。因此，本文在设计方案中，只采用了1路RS-485总线来作为测井仪器总线，同时该总线仅与成像测井仪器相连接，由于RS-485总线具有高速传输性能，基本可以满足总线的设计要求。

3 总线的测试与应用

3.1 传输性能的测试和应用

结合测井要求，选用100m的双绞线来测试，得到的传输速率为10Mbit/s.在RS-485总线的整体上挂接数据接收节点和数据发送节点，其中数据接收节点为1个，数据发送节点为3个，并且保证每一个节点上要有一块仪器模拟板。然后分别用2m和1.5m的双绞线将中间两个发送节点连接到RS-485总线。测试双绞线所具有的阻抗性，而两端的接收节点和发送节点则是选用120Ω终端来与电阻进行匹配[4]。为了进一步测试每一个节点在数据传输上的性能和效果，三个发送节点上的数据可以通过225周期的m序列优选来产生Gold序列。

当三个节点数据发送量分别达到100kbit/s、10kbit/s、200kbit/s时，由接收点来选择CAN总线来控制发送间隔，分别为200ms、50ms、500ms。同时发送数据的总量能够达到1.1Mbit/s。然后在接收节点上来对发送数据和恢复数据进行比较，最后将比较出现的错误数量和接收数量通过RS-232串口以一定的格式定时传输到CP机上进行显示。

3.2 误码率测试和应用

为进一步测试RS-483总线的误码率，只需在总线两端分别设置一个数据接收节点和数据发送节点即可。当数据发送节点能够将由Gold序列形成的数据连续以7Mbit/s的传输速率进行发送时，需要通过接收端来进行数据的接收和比较分析，最后再将比较出现的错误数量和接收数量以一定的格式传输到PC机上进行显示。

我们从接收端的信号中可以发现，每位数据的发送时间都是100ns,相当于10Mbit/s的波特率，并且会在数据接收端呈现出眼图，其中眼图中的“眼睛”会大大的张开，内部的眼线变得极为清晰，这表明100m双绞线正在RS-845总线上以10MHz的数据传输速率进行传输，其中传送码间产生的噪声和串扰影响相对较小[5]。经过20小时的连续测试，确保不会出现错误。当测试数据数量在5.0x1011之上，误码率在1.0x10-11时，说明该设计方案满足总线设计要求，并且具有较高的应用价值。

4 结论

总之，随着时代的发展和进步，我国石油勘探事业发展水平也在不断提升，而石油井下测井工作作为石油开采的重要环节，其对测井仪器数据总线的要求越来越高。因此，我们应该结合井下测井在通用性、易实现性方面的设计要求，合理制定总线设计方案，选择最为合理的总线类型，使其满足数据传输的速率要求；然后在确保方案具有较强的可用性之后，再将其应用到石油测井工作中，保证测井工作正常进行。

[1]马丽婷．井下测井仪器数据总线的研究与设计[J]．石化技术,2016(01):261．

[2]郭明亮．基于RS485的井下测井仪器高速总线的设计与实现[D]．电子科技大学,2015．

[3]顾庆水,欧莽平,张菊茜,陶爱华,陈伟,伍瑞卿．井下测井仪器数据总线的研究与设计[J]．测井技术,2015(01)

崔洪源（1988—），男，黑龙江大庆人，硕士，助理工程师。