专利名称：基于双绞线以太网的测井井下仪器总线系统及测井方法
技术领域：
本发明涉及ー种石油测井系统中的测井井下仪器总线系统及测井方法，更具体地涉及基于双绞线以太网的测井井下仪器总线系统及测井方法，用于完成地面系统与各井下仪器间以及井下仪器相互之间的通讯功能。
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，測量地球物理參数的方法，属于应用地球物理方法(包括重、磁、电、震、测井)之一。一般按所探測的岩石物理性质或探測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參数。通过表示这类參数的曲线，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測量，每ー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、配置參数等。这在测量过程中也产生了大量的原始数据。目前，测井系统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。此夕卜，井下仪器总线是和电缆传输系统进行配合的，一般总线的通讯速率要大于电缆数据传输系统，这样才能充分地发挥电缆数据传输系统的性能。LeapSOO新一代测井系统中的电缆传输系统传输速率在IOOOKbps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。
发明内容
为了保证所有的井下仪器能够与地面系统快速、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系统。双绞线以太网总线技术是局域网中常见的技术之一，它具有10M/100MbpS甚至更高的通讯速率，成熟的通讯协议及配套设备、芯片等。鉴于以上特性，可以对双绞线以太网总线进行设计和调试以应用至井下仪器总线系统中。从而，为了把大量的数据传输到地面，使用本发明的系统和方法将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。在一个实施例中，本发明涉及一种基于双绞线以太网的测井井下仪器总线系统，包括
井下仪器，包括通讯板；井下遥传，包括作为网关和路由模块的通讯板；
其中所述井下仪器与所述井下遥传之间采用双绞线以太网作为井下总线来可通讯地连接，从而构成局域网；
其特征在于所述通讯板与井下总线对接并且所述通讯板进ー步包括
-嵌入式处理器，通过与同步串ロ通讯获取井下仪器的数据；
-数字信号处理器，连接到所述嵌入式处理器从而对嵌入式处理器所获取的数据进行计算和处理；
-以太网控制芯片，连接到所述嵌入式处理器，从而接收经过数字信号处理器计算和处理并由嵌入式处理器调整格式后的数据，随后根据通讯协议将该数据转换为以太网数据包；
-以太网交换芯片，将以太网数据包信号转换为双绞线信号发送至井下总线上；
-隔离变压器，连接在以太网控制芯片和以太网交换芯片之间，用于不同以太网络之间的信号耦合和电平隔离。本发明还涉及ー种使用上文所述的测井井下仪器总线系统进行测井的方法，其特征在于包括获取井下仪器的数据并转发至井下总线的步骤。本发明的有益效果是提升了总线速率和可靠性，双绞线以太网通讯速率更高，且可以使用成熟的TCP和UDP协议从而方便与外部网络连接，为远程更新升级仪器提供了网络基础。另外，采用T型拓扑结构，总线上任ー仪器故障均不会影响其它仪器的通讯，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。此外，统一的通讯板使得仪器生产方便快捷，便于维护。
当连同所附附图一起理解吋，从本发明的详细描述中，本发明的前面的和其他目的、特征、方面和优点将变得显而易见，其中 图I是根据本发明实施例的示例性的基于双绞线以太网的测井井下仪器总线系统100的方框 图2是用于图I所示出的测井井下仪器总线系统100的通讯板的框图。在图中，相同的标号一般表示相同的、功能类似的和/或结构类似的特征。
具体实施例方式下面将參考附图描述用于实施本发明的最佳方式。首先，參考图1，将描述根据本发明实施例的示例性的基于双绞线以太网的测井井下仪器总线系统100。所述测井井下仪器总线系统100包括井下仪器I1, V·· In ;井下遥传2 ;以及将井下仪器I1, V·· In与井下遥传2可通讯地连接的、作为井下总线的双绞线以太网3。井下仪器I1, “…In可包括通讯板^ 4^··4η，用干与井下总线进行数据传输。在优选实施例中，所述通讯板んも…も可以是统一的。所述井下遥传2可以包括作为网关和路由模块的通讯板5，用干与井下仪器I1, V·· In以及地面系统的测井计算机进行数据传输。在本发明的实施例中，井下仪器包括多种类型，包括但不限于磁定位仪、自然伽马仪、流体密度仪、压カ仪、温度仪、持水率仪、流量计、井径仪。如图I所示，ー个或多个井下仪器与井下遥传2构成ー个局域网，优选地，该局域网采用采用T型拓扑结构，此外，该局域网采用可以采用已知的TCP和UDP协议等作为通讯协议。如图I所示出的，井下遥传2的网关和路由模块(未示出)作为该局域网的网关和路由器，而井下仪器则作为该局域网的T型节点。优选的，每ー个所述井下仪器均有预定义好的静态IP地址和MAC地址且相同的井下仪器IP地址一致，而每ー个通讯板均具有不同的唯一的MAC地址。在本发明的优选实施例中，所述通讯板还包括存储有固件的存储器，所述固件能通过网络进行远程在线更新。图2是用于图I所示出的测井井下仪器总线系统100的通讯板的框图。如图2所示，以图I的通讯板も为例，通讯板包括嵌入式处理器42，其通过与井下仪器的同步串ロ 41通讯而获取井下仪器的数据；数字信号处理器(DSP) 43，连接到所述嵌入式处理器42从而对嵌入式处理器42所获取的数据进行计算和处理；以太网控制芯片45，连接到所述嵌入式处理器42，从而接收经过数字信号处理器43计算和处理并由嵌入式处理器42调整格式后的数据，随后根据通讯协议将该数据转换为以太网数据包；以太网交换芯片47，将以太网数据包信号转换为双绞线信号发送至井下总线上；隔离变压器46，连接在以太网控制芯片和以太网交换芯片之间，用于隔离为以太网差分信号的以太网数据包信号与双绞线信号。隔离变压器46的主要作用在于信号电平耦合和信号隔离，尤其是用于第一，增强信·号，使信号的传输距离更远；第二，使以太网控制芯片45与外部隔离，大大增强了该芯片45的抗干扰能力，而且对该芯片45增强了保护；第三，当通信板接到不同电平的网络时，不会对彼此设备造成影响。通讯板も的主要功能是获取仪器数据并转发至以太网总线。如图2所示，通讯板I的核心是嵌入式处理器42和数字信号处理器43。在本发明的实施例中，ー种使用测井井下仪器总线系统进行测井的方法可以包括以下步骤由嵌入式处理器42通过与同步串ロ 41通讯而获取仪器数据，所获取的数据可以存储在存储器44中，所述存储器例如为随机存取存储器(RAM)或闪存(FLASH);随后通过连接到嵌入式处理器42的数字信号处理器43对所获取的数据进行计算和处理；所得到的结果经过嵌入式处理器42调整数据格式发送给以太网控制芯片47 ;再由以太网控制芯片47根据协议(例如TCP/UDP等)将数据转换为以太网差分信号的数据包，该数据包通过隔离变压器46进行隔离，再由以太网交换芯片47将以太网数据包信号转换为双绞线信号发送至井下总线3上。双绞线以太网一般收发分开的差分信号，以太网交换芯片47的作用就是将总线上行信号、总线下行信号和本身的上行信号、下行信号分别处理后再与总线进行通讯，否则本身的上行信号、下行信号将与总线上的信号冲突。整个实现方案的优点如下
I、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，以便借助于TCP/IP协议远程操作、控制总线系统，并且可以远程地维护设备、仪器，以及对设备、仪器的固件等进行更新。2、井下仪器组网非常简单方便，只要配置好IP地址就可以通讯。3、网络带宽高，适合后续拓展开发。井下总线带宽具有10M/100MbpS甚至更高的通讯速率。要明白，为清楚起见在单独实施例的上下文中描述的、发明的某些特征也可以被组合地提供在单个实施例中。相反，为简洁起见在单个实施例的上下文中描述的、发明的某些特征也可以被单独地或以任何合适的子组合提供。尽管发明结合其特定实施例进行了描述，但是显然许多更改、修改和变型对本领域的技术人员将是显而易见的。因此，_在涵盖所有这样的落入所附权利要求的精神和宽 泛范围内的更改、修改和变型。另外，在本申请中的任何參考的引用或标识不应被解释为承认这样的參考可用作本发明的现有技术。
权利要求
1.一种基于双绞线以太网的测井井下仪器总线系统(100)，包括 井下仪器(I1, I2... In)，包括通讯板(41; 42…4n)； 井下遥传(2)，包括作为网关和路由模块的通讯板(5); 其中所述井下仪器(I1, V·· In)与所述井下遥传(2)之间采用双绞线以太网作为井下总线(3)来可通讯地连接，从而构成局域网； 其特征在于所述通讯板U1,も…4n)与井下总线(3)对接并且所述通讯板U1,も…4n)进ー步包括 -嵌入式处理器(42)，通过与同步串ロ(41)通讯获取井下仪器的数据； -数字信号处理器(43 )，连接到所述嵌入式处理器(42 )从而对嵌入式处理器(42 )所获取的数据进行计算和处理； -以太网控制芯片(45)，连接到所述嵌入式处理器(42)，从而接收经过数字信号处理器(43)计算和处理并由嵌入式处理器(42)调整格式后的数据，随后根据通讯协议将该数据转换为以太网数据包； -以太网交换芯片(47)，将以太网数据包信号转换为双绞线信号发送至井下总线(3)上； -隔离变压器(46)，连接在以太网控制芯片(45)和以太网交换芯片(47)之间，用于不同以太网络之间的信号耦合和电平隔离。
2.如权利要求I所述的测井井下仪器总线系统(100)，其中所述井下总线(3)采用T型拓扑结构。
3.如权利要求I所述的测井井下仪器总线系统(100)，其中所述井下仪器(I1,V·· In)所采用的通讯板U1,も…4n)是相同的。
4.如权利要求I所述的测井井下仪器总线系统(100)，其中所述井下仪器(I1,I2-In)中的每ー个均有预定义好的静态IP地址和MAC地址且相同的井下仪器(I1, “…In)的IP地址一致,而通讯板(41；も…4n)中的每ー个均具有不同的唯一的MAC地址。
5.如权利要求I所述的测井井下仪器总线系统(100)，其中所述通讯板U1,4^··4η)还包括存储有固件的存储器(44)，所述固件能通过网络远程在线更新。
6.如权利要求I所述的测井井下仪器总线系统(100)，其中所述通讯协议包括TCP、UDP协议。
7.如权利要求I所述的测井井下仪器总线系统(100)，其中所述井下仪器(I1,V·· In)包括磁定位仪、自然伽马仪、流体密度仪、压カ仪、温度仪、持水率仪、流量计、井径仪。
8.ー种使用权利要求I所述的测井井下仪器总线系统(100)进行测井的方法，其特征在于包括获取井下仪器(しV·· In)的数据并转发至井下总线(3)的步骤。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述获取井下仪器(I1,“…In)的数据并转发至井下总线(3)的步骤包括如下子步骤 由嵌入式处理器(42)通过与同步串ロ(41)通讯获取井下仪器的数据； 由数字信号处理器(43)对嵌入式处理器(42)所获取的数据进行计算和处理； 由以太网控制芯片(45)接收经过数字信号处理器计算和处理并由嵌入式处理器(42)调整格式后的数据，随后根据通讯协议将该数据转换为以太网数据包； 由隔离变压器(46)对以太网数据包信号与双绞线信号进行隔离；以及由以太网交换芯片(47)将以太网数据包信号转换为双绞线信号发送至井下总线上。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述方法还包括网络远程在线更新存储器所存储的固件。
11.如权利要求8所述的方法，其中所述通讯协议包括TCP、UDP协议。
全文摘要
本发明涉及基于双绞线以太网的测井井下仪器总线系统及测井方法。公开了一种基于双绞线以太网的测井井下仪器总线系统，包括井下仪器，包括通讯板；井下遥传，包括作为网关和路由模块的通讯板；其中井下仪器与井下遥传之间采用双绞线以太网作为井下总线来可通讯地连接，从而构成局域网；其特征在于通讯板与井下总线对接并且通讯板进一步包括嵌入式处理器；数字信号处理器；以太网控制芯片；以太网交换芯片；隔离变压器。本发明还涉及一种使用测井井下仪器总线系统进行测井的方法。
文档编号E21B47/12GK102839972SQ20111016750
公开日2012年12月26日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者陈文轩, 陈文 , 岳宏图, 戴光明, 孙云涛, 裴彬彬 申请人:中国石油集团长城钻探工程有限公司