一种随钻声波数据交互装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种随钻声波数据交互装置，所述装置包括供电模块、网络接口模块、井下仪器供电调压模块、高速传输处理模块、井下仪器接口模块和处理器。本实用新型的装置具有高速数据传输功能，可以完成随钻声波测井仪和地面系统的双向数据交互，同时增强了井下仪器的远程测试性能和可维护性；本装置的井下仪器供电调压模块可以向井下仪器供电，并对其工作电压进行调整；并且本实用新型装置可以与四种不同类型的电缆连接，以适应测井现场不同环境下的应用。
【专利说明】一种随钻声波数据交互装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及随钻声波测井技术，尤其涉及一种随钻声波数据交互装置。
【背景技术】
[0002]声波测井是以岩石弹性力学和井孔声学为理论基础的测井方法。在随钻声波测井中，施工过程中测井仪为间歇工作方式，每次测量循环中，处理结果通常有几十个字节，原始波形的数据量则以千字节计；并且需要测量的参数也要比其他方式测井需要测量的参数多。受泥浆泵的实时传输速率的限制，除了少量处理结果被实时传送到地面外，大量处理结果和原始声波波形数据以及实时监控参数等存储于随钻声波测井仪的井下存储电路中，一次测井过程会产生2GB大小数据，这些数据在仪器出井后需要导出进行进一步精细处理。但要待仪器起钻后，上位机才能读取存储在井下仪器电路中的数据，使得这些存储数据不能及时被导出。同时，井下仪器结构复杂，拆卸困难，直接读取数据和对井下仪器维护和性能测试耗时费力。
【发明内容】
[0003]为了解决上述问题，本发明提出了一种随钻声波数据交互技术，能够使得随钻声波井下仪器和地面系统及时进行双向数据交互，增强了井下仪器远程测试性能和可维护性。
[0004]为了达到上述目的，本发明提出了一种随钻声波数据交互装置，所述随钻声波数据交互装置包括依次相连的网络接口模块、处理器、高速传输处理模块和井下仪器接口模块，以及与所述网络接口模块、所述处理器、所述高速传输处理模块和所述井下仪器接口模块分别相连的供电模块；其中:
[0005]所述供电模块，用于为所述网络接口模块、所述处理器、所述高速传输处理模块和所述井下仪器接口模块提供所需的直流电源。
[0006]所述网络接口模块，用于在该网络接口模块所连接的上位机和所述处理器之间传输数据。
[0007]所述处理器，用于对通过所述网络接口模块从所述上位机接收的参数数据进行比较判决，并将修正后的参数数据发送至所述高速传输处理模块；以及，对所述高速传输处理模块发送来的井下数据进行处理，并将处理后的井下数据通过所述网络接口模块发送至所述上位机。
[0008]所述高速传输处理模块，用于提升从所述处理器接收的所述修正后的参数数据的高频分量，并将处理后的参数数据通过所述井下仪器接口模块和其连接的电缆发送至随钻声波测井仪；以及对通过所述电缆和所述井下仪器接口模块接收到的所述随钻声波测井仪的高频数据信号进行处理，形成适合所述处理器处理的所述井下数据，并发送给所述处理器。
[0009]所述井下仪器接口模块，用于在所述随钻声波测井仪和所述高速传输处理模块之间通过所述电缆实时传输数据。
[0010]优选地，所述参数数据包括地层特征参数和处理参数数据。
[0011]所述处理器还用于根据所述地层特征参数调用预存的对应参数数据和接收到的参数数据进行比较判决、修正后，将所述修正后的参数数据发送至所述高速传输处理模块。
[0012]优选地，所述处理器还用于通过如下方式对所述高速传输处理模块发送来的井下数据进行处理:对所述井下数据进行校验、分组、打包处理。
[0013]优选地，所述高速传输处理模块包括多个串联连接的均衡网络、第一差分转换电路和第一多路开关；其中:
[0014]所述多个串联连接的均衡网络的一端与所述井下仪器接口模块相连，并用于接收所述随钻声波测井仪的所述高频数据信号；所述多个串联连接的均衡网络中的每一个均衡网络的输出端分别与其串联连接的下一个均衡网络的输入端和所述第一多路开关的各开关相连；其中，每个均衡网络的输出端输出的输出信号作为与该均衡网络串联连接的下一个均衡网络的输入端的输入信号以及所述第一多路开关对应开关的输入信号，每个均衡网络的输入端接收所述高频数据信号或来自前一个均衡网络的所述输出信号，以及每个均衡网络对其接收到的所述高频数据信号或来自前一个均衡网络的所述输出信号进行均衡、整形处理并将均衡、整形处理后的数据输出到所述第一多路开关。
[0015]所述第一多路开关与所述多个串联的均衡网络、所述第一差分转换电路和所述处理器分别相连，将从各个开关获取的所述均衡、整形处理后的数据发送至所述第一差分转换电路，以及接收所述处理器发送来的第一开关控制信号以根据所述电缆的类型控制各个开关的打开关闭。
[0016]所述第一差分转换电路与所述第一多路开关和所述处理器相连接，用于将表现为差分电平信号的、从所述第一多路开关接收的所述均衡、整形处理后的数据转换为表现为TTL电平信号的、适合所述处理器处理的所述井下数据发送到所述处理器。
[0017]优选地，所述高速传输处理模块还包括多个高频提升网络、第二差分转换电路和第二多路开关；其中:
[0018]所述第二差分转换电路与所述处理器和所述第二多路开关相连接，用于将表现为TTL电平信号的、从所述处理器发送的所述修正后的参数数据转换为表现为差分电平信号的参数数据。
[0019]所述第二多路开关与所述多个高频提升网络、所述第二差分转换电路和所述处理器分别相连，用于接收经所述表现为差分电平信号的参数数据，并根据从所述处理器接收的第二开关控制信号的指示打开相应的开关以将所述表现为差分电平信号的参数数据发送至对应的所述高频提升网络。
[0020]所述多个高频提升网络的每一个的输入端分别与所述第二多路开关的各开关相连接，所述多个高频提升网络的每一个的输出端分别与所述井下仪器接口模块相连接，每个高频提升网络用于接收来自所述第二多路开关的所述参数数据，对所述参数数据的高频分量进行提升后通过所述井下仪器接口模块和所述电缆发送至所述随钻声波测井仪，其中各个所述高频提升网络分别与不同类型的电缆相对应。
[0021]优选地，所述电缆包括:外层采用柔软橡胶的实验室使用短缆、海上平台使用电缆、陆地现场使用电缆、或外层铠装的恶劣条件使用电缆。
[0022]优选地，所述随钻声波数据交互装置还包括井下仪器供电调压模块，其与外部交流电源和所述井下仪器接口模块分别相连，用于通过所述外部交流电源获得所需的交流电源，以及通过所述井下仪器接口模块所连接的所述电缆为所述随钻声波测井仪提供所需的工作电压。
[0023]优选地，所述井下仪器供电调压模块包括整流子模块、电压输出子模块、取样子模块、基准判断子模块以及电压调节子模块；其中:
[0024]所述整流子模块的输入端与所述外部交流电源相连接，输出端与所述电压输出子模块的输入端相连接，用于对其输入端输入的电源信号进行整流处理，并向所述电压输出子模块输出直流工作电压。
[0025]所述电压输出子模块的输出端与所述井下仪器接口模块相连，用于将所述直流工作电压通过所述井下仪器接口模块和所述电缆发送到所述随钻声波测井仪为其供电。
[0026]所述取样子模块的输入端与所述井下仪器接口模块相连接，输出端与所述基准判断子模块的输入端相连接，用于接收所述随钻声波测井仪通过所述电缆和所述井下仪器接口模块反馈的反馈电压，并将所述反馈电压输入到所述基准判断子模块。
[0027]所述基准判断子模块的输出端与所述电压调节子模块的输入端相连接，用于将所述反馈电压与预先设定的基准电压进行比较，根据比较结果产生一个电平调节信号，并将所述电平调节信号输入到所述电压调节子模块。
[0028]所述电压调节子模块的输出端与所述电压输出子模块相连接，用于根据所述电平调节信号调节所述电压输出子模块输出的所述直流工作电压。
[0029]优选地，所述电压输出子模块为直流-直流DC-DC变换电路，包括金属氧化物半导体型晶体管MOS管、电感、二极管、第一电容；所述电感的输入端与所述整流子模块的输出端相连，所述电感的输出端一路与所述二极管的输入端相连，所述二极管的输出端作为所述电压输出子模块的输出端与所述井下仪器接口模块相连；所述电感的输出端另一路与所述MOS管的漏极相连，所述MOS管的源极与所述第一电容的一端相连，所述第一电容的另一端与所述二极管的输出端相连；所述MOS管的源极与所述第一电容的连线之间接地。
[0030]优选地，所述基准判断子模块包括第一比较器和稳压二极管。
[0031]所述第一比较器的负输入端与所述取样子模块的非接地端相连，用于接收所述取样子模块的所述反馈电压，所述第一比较器的正输入端连接所述稳压二极管，用于接收来自所述稳压二极管的稳定电压值，所述稳压二极管的稳定电压值是随钻声波测井仪的预定工作电压值。
[0032]优选地，所述电压调节子模块包括RC网络和第二比较器，以及所述RC网络包括第二电容，第一电阻和第二电阻。
[0033]所述第二比较器的正输入端连接所述基准判断子模块，用于接收所述基准判断子模块产生的电平信号，所述第二比较器的负输入端分别与所述第二电容的一端和所述第一电阻的一端相连。
[0034]所述第二电容的另一端接地，所述第一电阻的另一端与所述第二比较器的输出端相连。
[0035]所述第二电阻的一端与所述第二比较器的输出端相连，所述第二电阻的另一端接地，并且所述第二比较器的输出端与所述电压输出子模块的MOS管的栅极连接。
[0036]优选地，所述井下仪器供电调压模块还包括显示子模块。
[0037]所述显示子模块的输入端与所述电压输出子模块的输出端相连，所述显示子模块的输出端与所述取样子模块的输入端相连，用于将所述电压输出模块输出的电压电流通过数字方式显示出来，并用所述电压电流监控调节电压。
[0038]与现有技术相比，本发明的装置具有高速数据传输功能，通过网络和地面系统连接，通过电缆和随钻声波测井仪连接，完成仪器和地面系统的双向数据交互，增强了井下仪器的远程测试性能和可维护性；本发明采用的装置还可以向井下仪器供电，对其工作电压进行调整稳定；并且本发明的装置还可以与不同类型的电缆连接，以适应测井现场不同环境下的应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]下面对本发明实施例中的附图进行说明，实施例中的附图是用于对本发明的进一步理解，与说明书一起用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限制。
[0040]图1随钻声波数据交互装置的结构框图；
[0041]图2随钻声波数据交互装置的详细电路框图；
[0042]图3电压输出子模块电路框图；
[0043]图4电压调节子模块电路框图。
【具体实施方式】
[0044]为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述，并不能用来限制本发明的保护范围。
[0045]在随钻声波测井中，受泥浆泵的实时传输速率的限制，除了少量处理结果被实时传送到地面外，大量处理结果和原始声波波形数据以及实时监控参数等存储于随钻声波测井仪的井下存储电路中，不能及时导出进行进一步精细处理。
[0046]所以需要一个装置作为接口电路，解决在不拆卸仪器的现场应用环境下，不影响正常测井工作的前提下读取井下仪器存储的大量数据，从而提高测井效率。为此，提出了随钻声波数据读取装置，使得随钻声波井下仪器和地面系统及时进行数据双向交互，并且增强井下仪器远程测试性能和可维护性。
[0047]为了解决上述问题，本发明提出了一种随钻声波数据交互技术，能够使得随钻声波井下仪器和地面系统及时进行数据双向交互，并且增强井下仪器远程测试性能和可维护性。
[0048]本发明提出了一种随钻声波数据交互装置100，其结构框图如图1所示。该装置具有高速数据传输功能，通过网络和地面系统连接，通过电缆和随钻声波测井仪连接，完成仪器和地面系统的双向数据交互。所述装置采用便携式结构，方便在井场和实验室携带。下面结合随钻声波数据交互装置100的结构框图1和随钻声波数据交互装置100的详细电路框图2对本装置做进一步说明。
[0049]如图1所示，所述装置包括供电模块101、网络接口模块102、井下仪器供电调压模块103、高速传输处理模块104、井下仪器接口模块105和处理器106。
[0050]所述供电模块101，用于为所述网络接口模块102、所述处理器106、所述高速传输处理模块104和所述井下仪器接口模块105提供所需的直流电源。
[0051]优选地，所述供电模块包括多路输出的交流-直流AC-DC电源模块，将输入的110-220V交流电源转换为所述其他模块和处理器需要的各种直流电源。
[0052]所述网络接口模块102，用于在该网络接口模块102所连接的上位机和所述处理器106之间传输数据。
[0053]优选地，所述网络接口模块102用于完成数据网络协议的解码的编码；将上位机下发的网络协议数据解码提取通过并行总线传输给所述随钻声波数据交互装置100的所述处理器106，并将所述处理器106发送的数据编码成网络协议数据通过网线传输给上位机。
[0054]所述井下仪器接口模块105，包括电缆接口和多种接驳电缆。用于在所述随钻声波测井仪和所述高速传输处理模块104之间通过所述电缆实时传输数据。
[0055]优选地，所述井下仪器接口模块105中的所述电缆接口采用带锁紧的可插拔装置，方便不同条件下电缆切换；所述电缆均为7芯电缆，一根为供电输出正端，一根为供电输出地线，一根为仪器返回电压，两根差分数据输入，两根差分数据输出。根据不同的环境配置为四种类型的电缆:外层采用柔软橡胶的实验室使用短缆、海上平台使用电缆、陆地现场使用电缆、外层铠装的恶劣条件使用电缆。所述四种类型的电缆用于在不同工作场景中和井下随钻声波测井仪连接，具体如下:
[0056]1、实验室使用短缆，长度5米，内部7芯，外层采用柔软橡胶，满足实验室使用时的轻便易移动要求。
[0057]2、海上平台使用电缆，长度50米，满足平台拖撬和钻台连接长度要求。
[0058]3、陆地现场使用电缆，长度200米，满足陆地工作间和钻台连接长度要求。
[0059]4、恶劣条件使用电缆，长度300米，外层铠装，满足需要较长连接距离和防碰防压要求。
[0060]随钻声波数据交互装置100还可以为随钻声波测井仪供电。由于不同电缆类型和长度具有不同的电阻，以及随钻声波测井仪在不同工作状态下工作电流不同，如声波发射或高压充电时，相比数据采集时电流增大6倍。在不同的条件下，线缆上的压降各有不同且相差很大。随钻声波数据交互装置100的井下仪器供电调压模块103，自动根据接驳不同电缆和仪器不同工作状态调节输出电压，保证在随钻声波测井仪上保持固定的仪器设定工作电压。
[0061]所述井下仪器供电调压模块103，与所述供电模块和井下仪器接口模块105相连，包括整流子模块331、电压输出子模块332、电压调节子模块333、基准判断子模块334、取样子模块335和显不子模块336。
[0062]优选地，在所述井下仪器供电调压模块103中，所述整流子模块331与所述电压输出子模块332的输入端相连，向所述电压输出子模块331提供直流输入电压，所述电压输出子模块332的输出端分别与所述显示子模块336和所述井下仪器接口模块105相连，用于显示输出的直流电压并向井下仪器供电，所述取样子模块335连接于所述井下仪器接口模块105和所述基准判断子模块334之间，接收井下仪器返回的电压，并将所述返回电压输入所述基准判断子模块334，所述基准判断子模块334将所述返回电压与基准电压比较后产生一个电平信号，输入到与其连接的所述电压调节子模块333，所述电压调节子模块333的输出端与所述电压输出子模块332相连，所述电压调节子模块333根据所述电平信号调节所述电压输出子模块332的输出电压。
[0063]优选地，所述整流子模块331通过二极管全桥整流和电容滤波将输入的交流转换为直流电压。
[0064]优选地，所述电压输出子模块332为直流-直流DC-DC变换电路，用于对输入电压进行电压变换并输出，如图3所示，所述电压输出子模块332包括金属氧化物半导体型晶体管MOS管3323、电感3321、二极管3322、第一电容3324 ;所述电感3321的输入端与所述整流子模块331的输出端相连，所述电感3321的输出端与所述二极管3322的输入端和所述MOS管3323的漏极D相连，所述二极管3322的输出端作为所述电压输出子模块332的输出端与所述井下仪器接口模块105相连；所述MOS管3323的源极S与所述第一电容3324的一端相连并接地，所述第一电容3324的另一端与所述二极管3322的输出端相连。
[0065]当所述MOS管3323截止时，输入直流电压通过所述电感3321给所述第一电容3324充电，当所述MOS管3323导通时，由于所述二极管3322的截止，所述第一电容3324无法放电，基本保持原有电压；当所述MOS管3323再截止时，由于输入直流电压的充电，就会在第一电容3324上出现升压，从而完成电压变换。
[0066]优选地，所述取样子模块335是一个一端接地的1M欧姆电阻。
[0067]所述取样子模块335将井下随钻声波测井仪的返回电压通过一个1M欧姆的电阻接地，由于接驳线缆的电阻为54欧姆/千米，对于最长的接驳电缆其电阻为16欧姆，随钻声波测井仪在采集时输入电阻为110欧姆，在声波发射和高压充电时输入电阻为21欧姆左右。此电阻相比1M欧姆很小，因此在1M欧姆电阻上的电压近似为随钻声波测井仪输入工作电压。
[0068]优选地，所述基准判断子模块334包括第一比较器和稳压二极管。
[0069]所述第一比较器的负输入端与所述取样子模块335的非接地端相连，用于接收所述取样子模块335的所述反馈电压，所述第一比较器的正输入端连接所述稳压二极管，用于接收来自所述稳压二极管的稳定电压值，所述稳压二极管的稳定电压值是随钻声波测井仪的预定工作电压值。
[0070]所述稳压二极管是例如21V的稳压二极管，取样子模块335的1M欧姆上的取样电压输入第一比较器的负输入端，2IV稳定电压输入第一比较器的正输入端,2IV也是随钻声波测井仪的预定工作电压。
[0071]优选地，所述基准判断子模块334的工作原理是，当所述取样子模块335返回的电压低于所述稳压二极管的稳定电压值21V时，比较器输出高电平；所述高电平作为所述电压调节子模块333的输入电压，并入电压调节子模块333第二比较器的基准电源端，即正输入端，作为反馈信号来控制电压输出子模块332最后输出电压的大小，使得随钻声波测井仪端电压稳定在所述稳压二极管的稳定电压值，即21V。
[0072]优选地，如图4所示，所述电压调节子模块333包括RC网络和第二比较器3331，以及所述RC网络包括第二电容3333，第一电阻3334和第二电阻3335。
[0073]所述第二比较器3331的正输入端连接所述基准判断子模块334，用于接收所述基准判断子模块产生的电平信号，即，基准电平，所述第二比较器3331的负输入端分别与所述第二电容3333的一端和所述第一电阻3334的一端相连。
[0074]所述第二电容3333的另一端接地，所述第一电阻3334的另一端与所述第二比较器3331的输出端相连。
[0075]所述第二电阻3335的一端与所述第二比较器3331的输出端相连，所述第二电阻3335的另一端接地3336，并且所述第二比较器3331的输出端与所述电压输出子模块3332的MOS管3323的栅极G连接。
[0076]优选地，所述电压调节子模块333实现对所述电压输出子模块332的输出电压调节，具体为，当RC网络充放电震荡时，第二比较器3331输出会产生周期性的高低电平，所述高低电平接入所述MOS管的栅极G极，控制所述MOS管的导通和关闭周期，MOS管的导通和关闭周期的比例决定了电压输出子模块332输出电压的大小，从而完成电压调节。
[0077]优选地，显示子模块336可以将电压输出子模块332输出的电压电流通过数字方式显示出来，作为调节电压的监控，并且可以实时观察随钻声波测井仪工作状况，作为故障判断的一种辅助方式。
[0078]井下仪器供电调压模块103的具体工作流程如下:
[0079]步骤S101、交流电压整流后分压，产生的直流电压为电压输入模块332 (DC-DC)的输入。
[0080]步骤S102、DC-DC输出电压经过井下仪器接口模块105通过接驳电缆输出给井下随钻声波测井仪。
[0081]步骤S103、当随钻声波测井仪在声波发射和高压充电时电流很大，在接驳电缆上造成较大压降，该压降也会因为不同接驳电缆电阻不同而不同，总之使得随钻声波测井仪上的工作电压小于21V。
[0082]步骤S104、随钻声波测井仪上工作电压通过该仪器的返回电压电缆进入随钻声波数据交互装置100，在取样子模块335的1M电阻上产生小于21V的采样电压，因此基准判断子模块334的第一比较器输出高电平。
[0083]步骤S105、初始时电压调节子模块333的第二比较器3331输入负电压为低，当基准判断子模块334的第一比较器输出高电平，电压调节子模块333的第二比较器3331的比较器输入电平(此电平作为第二比较器3331的基准电平)为高，使得第二比较器3331输出高，从而使得MOS管3323导通。第二比较器3331输出高电平通过电阻3334给电容3333充电，使得第二比较器3331输入负端电压逐渐增大，最后使得第二比较器3331输出低。整个过程增加了 MOS管3323的导通时间，增加了输出电压。电容又会通过电阻3334和电阻3335对地缓慢放电，使得第二比较器3331输入负端电压恢复为低电平，回到初始状态。
[0084]步骤S106、当随钻声波测井仪上工作电压高于21V时，产生跟上述相反的过程，减小输出电压。最后达到使随钻声波测井仪上工作电压稳定在21V。
[0085]由于不同电缆类型和长度具有不同的阻抗，对于高频信号传输具有不同的衰减特性，本发明的随钻声波数据交互装置100具有自适应高速电路传输匹配模块104，当接驳不同电缆时，不需要做任何调节，便可保证数据在2Mb/s的速率下稳定传输，能够在半小时内完成测井仪中存储数据的读出，大大节约钻台占用时间。
[0086]这里钻台指钻井平台，当顶驱将仪器如随钻声波测井仪吊在井口进行操作时，不能进行其他钻井流程，只能等待仪器操作完成，这段时间称为钻台占用时间。
[0087]所述高速传输处理模块104，用于提升从所述处理器106接收的所述修正后的参数数据的高频分量，并将处理后的参数数据通过所述井下仪器接口模块105和其连接的电缆发送至随钻声波测井仪；以及对通过所述电缆和所述井下仪器接口模块105接收到的所述随钻声波测井仪的高频数据信号进行处理，形成适合所述处理器处理的所述井下数据，并发送给所述处理器106。
[0088]所述高速传输处理模块104包括多个串联连接的均衡网络441、第一差分转换电路4431和第一多路开关4441 ;其中:
[0089]所述多个串联连接的均衡网络441的一端与所述井下仪器接口模块105相连，并用于接收所述随钻声波测井仪的所述高频数据信号；所述多个串联连接的均衡网络441中的每一个均衡网络441的输出端分别与其串联连接的下一个均衡网络441的输入端和所述第一多路开关4441的各开关相连；其中，每个均衡网络441的输出端输出的输出信号作为与该均衡网络441串联连接的下一个均衡网络441的输入端的输入信号以及所述第一多路开关4441对应开关的输入信号，每个均衡网络441的输入端接收所述高频数据信号或来自前一个均衡网络441的所述输出信号，以及每个均衡网络441对其接收到的所述高频数据信号或来自前一个均衡网络441的所述输出信号进行均衡、整形处理并将均衡、整形处理后的数据输出到所述第一多路开关4441。
[0090]所述第一多路开关4441与所述多个串联的均衡网络441、所述第一差分转换电路4431和所述处理器106分别相连，将从各个开关获取的所述均衡、整形处理后的数据发送至所述第一差分转换电路4431，以及接收所述处理器106发送来的第一开关控制信号以根据所述电缆的类型控制各个开关的打开关闭。
[0091]所述第一差分转换电路4431与所述第一多路开关4441和所述处理器106相连接，用于将表现为差分电平信号的、从所述第一多路开关4441接收的所述均衡、整形处理后的数据转换为表现为TTL电平信号的、适合所述处理器106处理的所述井下数据发送到所述处理器106。
[0092]优选地，所述N个串联的均衡网络441可以由串联电阻和并联电容组成的T型网络，用于对传输信号的高频信号进行累加衰减。
[0093]其中，每个均衡网络441都是由串联电阻和并联电容组成的T型网络，可以对传输/[目号的闻频幅度有一定裳减。均衡网络441串联可以对闻频/[目号做累加裳减。由于随钻声波测井仪在其信号发送端人为对高频信号做了提升满足最长电缆对高频信号的衰减，均衡网络441可以补偿实际接驳电缆对于高频衰减的不足。
[0094]串联均衡网络不同的抽头信号设计正好可以补偿三种其他电缆，使得随钻声波测井仪发送的信号在抽头处正好均衡。具体地，如图2所示，N个串联的均衡网络441，除了具有相互串联的信号通路外，每一级都有一个输出接到第一多路开关4441，这每一个输出就是一个抽头信号。抽头信号共有三个，加上最后均衡网络441串联的总输出信号共四个信号，对高频信号做了不同程度的衰减，用于对四种电缆(本装置接驳四种电缆1、实验室使用短缆；2、海上平台使用电缆；3、陆地现场使用电缆；4、恶劣条件使用电缆)实际不同的高频衰减进行补偿。在此，抽头信号和总输出信号不限于四个，这里接驳四种电缆，如果接驳电缆种类增多，抽头数量可以增加以满足需求。
[0095]N个均衡网络441串联的总输出信号补偿最短的电缆，即1、实验室使用短缆。其他中间级的输出信号，即不同的抽头信号可以补偿2、3、4这三种电缆。
[0096]所述高速传输处理模块104还包括多个高频提升网络442、第二差分转换电路4432和第二多路开关4442 ;其中，
[0097]所述第二差分转换电路4432与所述处理器106和所述第二多路开关4442相连接，用于将表现为TTL电平信号的、从所述处理器106发送的所述修正后的参数数据转换为表现为差分电平信号的参数数据。
[0098]所述第二多路开关4442与所述多个高频提升网络442、所述第二差分转换电路4432和所述处理器106分别相连，用于接收经所述表现为差分电平信号的参数数据，并根据从所述处理器106接收的第二开关控制信号的指示打开相应的开关以将所述表现为差分电平信号的参数数据发送至对应的所述高频提升网络442。
[0099]所述多个高频提升网络442的每一个的输入端分别与所述第二多路开关4442的各开关相连接，所述多个高频提升网络442的每一个的输出端分别与所述井下仪器接口模块105相连接，每个高频提升网络442用于接收来自所述第二多路开关4442的所述参数数据，对所述参数数据的高频分量进行提升后通过所述井下仪器接口模块105和所述电缆发送至所述随钻声波测井仪，其中各个所述高频提升网络442分别与不同类型的电缆相对应。
[0100]优选地，所述四个高频提升网络442是由并联电阻和串联电容组成的Π型网络，对信号的高频部分进行放大，用来抵消传输损耗对信号波形的影响。
[0101]优选地，所述四个高频提升网络442的阻容设置分别针对四种不同的传输电缆，使得信号经过某种传输电缆和其对应的高频提升网络后，在随钻声波测井仪端接收的信号均衡。
[0102]优选地，所述第一差分转换电路4431和所述第二差分转换电路4432均由差分驱动芯片组成，所述第一差分转换电路4431将差分电平信号转为单端TTL电平信号，所述第二差分转换电路4432将单端TTL电平信号转为差分电平信号。
[0103]优选地，多路开关可以通过控制电平高低控制输出端和某一路输入端相连。
[0104]高速传输处理模块104工作原理和流程如下:
[0105]步骤S11、首先随钻声波测井仪发送2Mb/s频率的差分时钟信号，该信号经过井下仪器接口模块105处的接驳电缆及电缆接口进入随钻声波数据交互装置100。
[0106]步骤S12、该信号通过电缆接口的双绞线接入N级串联均衡网络441，在每个抽头端均有信号输出。这些信号输出就是对该信号做了不同程度的高频提升之后的信号。
[0107]步骤S13、随钻声波数据交互装置100的处理器106发出控制码，使得第一多路开关4441输出选通第一个抽头信号，第一多路开关4441输出信号经过第一差分转换电路4431转换为单端TTL信号。
[0108]在此，如前所述，针对四种电缆共有四个抽头信号，N个均衡网络串联，第一个抽头信号为第一个均衡网络的输出信号，该输出信号对于高频信号衰减最少，用于接驳最长的电缆(即电缆4)时补偿其高频衰减。
[0109]步骤S14、此单端信号输入到处理器106，使用高频时钟读取。通过高低位个数是否一致判断当前抽头信号端经过均衡网络441补偿后是否高低频信号已经均衡，若不是，处理器106改变控制码，使得第一多路开关4441输出选通下一个抽头信号，再进行比较，直到找到合适的抽头信号。由于设置高频提升网络442在第二多路开关4442输入端的接入顺序和第一多路开关4441的输入端一致，使得第二多路开关4442选择的高频提升网络正好匹配当前接驳电缆。比如当前接驳实验室短缆，那么最后一级均衡网络抽头信号正好均衡。此时多路开关I控制码为11，选择最后一路输入信号输出。而多路开关2控制码也为11，接通最后一路高频提升网络，而该高频提升网络亦设置正适合和实验室短缆组合完成信号均衡。
[0110]具体地，可参考图2及前面对抽头信号的描述，来理解通过差分转换电路443和多路开关444匹配接驳电缆的过程:当接驳电缆通过所述井下仪器接口模块105与随钻声波测井仪连接后，输入信号通过双绞线接驳电缆接入N级均衡网络441的输入，然后在每个抽头和串联总输出端都会产生一个输出信号，每个输出信号都是对输入信号做了不同程度的高频衰减之后的信号，这多个输出信号接到第一多路开关4441的输入，通过处理器106发出多路开关控制码，选择一路信号接入第一差分转换电路4431。
[0111]步骤S15、处理器106固定多路开关控制码，其发送信号经过第二差分转换电路4432变为差分电平信号，该信号经过第二多路开关4442选择的高频提升网络442后通过双绞线和电缆接口经由接驳电缆发送到随钻声波测井仪端。经过上述过程自动判断选择，在信号发送端和接收端均可以高低频平衡，满足高速数据传输匹配需求。需要说明的是，和均衡网络N级串联不同，高频提升网络为多个并联，个数和接驳电缆种类个数相同,每个高频提升网络对应一个接驳电缆，本实施例为4个。
[0112]其中，处理器106固定多路开关控制码是指第一多路开关4441和第二多路开关4442使用同一个多路开关控制码，处理器106通过步骤4确定了多路开关I的控制码，再使用同一个控制码控制第二多路开关4442。如同步骤4第一段最后所描述的“此时多路开关I控制码为11，选择最后一路输入信号输出。而多路开关2控制码也为11”。
[0113]所述处理器106包括ARM处理器和外围电路，所述外围电路包括外扩存储器、时钟电路。
[0114]所述处理器106，用于对通过所述网络接口模块102从所述上位机接收的参数数据进行比较判决，并将修正后的参数数据发送至所述高速传输处理模块103 ;以及，对所述高速传输处理模块104发送来的井下数据进行处理，并将处理后的井下数据通过所述网络接口模块102发送至所述上位机。
[0115]所述参数数据包括地层特征参数和处理参数数据。
[0116]优选地，所述处理器106还用于根据所述地层特征参数调用预存的对应参数数据和接收到的参数数据进行比较判决、修正后，将所述修正后的参数数据发送至所述高速传输处理模块104。
[0117]优选地，所述处理器106还用于通过如下方式对所述高速传输处理模块104发送来的井下数据进行处理:对所述井下数据进行校验、分组、打包处理。
[0118]综上所述，随钻声波数据交互装置100工作流程如下:
[0119]S21、使用网线和上位机连接。
[0120]S22、根据实验室还是现场切换测井现场使用长缆或实验室使用短缆和随钻声波测井仪连接。
[0121]S23、调节井下仪器供电电压调节子模块103，给随钻声波测井仪输出合适工作电压，同时通过仪器电压电流显示模块336进行监控。
[0122]数据下发过程:
[0123]S24、上位机编辑地层特征参数和处理参数数据下发，数据通过网线传输到随钻声波数据交互装置100中，先进入网络传输部分解码后从并行数据总线输入到核心处理部分，核心处理部分根据地层特征调用预存参数模块中对应的参数数据和下发数据进行比较判决，修正不合理参数，将修正后的参数经过参数下发模块发送到数据高速传输部分。
[0124]S25、数据高速传输部分进行信号整形处理后通过井下仪器连接部分的电缆接口和电缆发送到随钻声波测井仪，数据传输速率IMb/s。
[0125]数据上传过程:
[0126]S26、随钻声波测井仪存储数据经过井下仪器接口模块105的电缆接口和电缆传输到数据高速传输部分，数据传输速率IMb/s。
[0127]S27、高速传输处理模块104进行信号整形处理后发送到核心处理部分，即处理器106，处理器106进行校验、分组、打包通过并行总线传输到网络接口模块102。网络接口模块102编码后通过网线传输给上位机。
[0128]需要说明的是，以上所述的实施例仅是为了便于本领域的技术人员理解而已，并不用于限制本发明的保护范围，在不脱离本发明的发明构思的前提下，本领域技术人员对本发明所做出的任何显而易见的替换和改进等均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种随钻声波数据交互装置，其特征在于，所述随钻声波数据交互装置包括依次相连的网络接口模块、处理器、高速传输处理模块和井下仪器接口模块，以及与所述网络接口模块、所述处理器、所述高速传输处理模块和所述井下仪器接口模块分别相连的供电模块；其中， 所述供电模块，用于为所述网络接口模块、所述处理器、所述高速传输处理模块和所述井下仪器接口模块提供所需的直流电源； 所述网络接口模块，用于在该网络接口模块所连接的上位机和所述处理器之间传输数据； 所述处理器，用于对通过所述网络接口模块从所述上位机接收的参数数据进行比较判决，并将修正后的参数数据发送至所述高速传输处理模块；以及，对所述高速传输处理模块发送来的井下数据进行处理，并将处理后的井下数据通过所述网络接口模块发送至所述上位机； 所述高速传输处理模块，用于提升从所述处理器接收的所述修正后的参数数据的高频分量，并将处理后的参数数据通过所述井下仪器接口模块和其连接的电缆发送至随钻声波测井仪；以及对通过所述电缆和所述井下仪器接口模块接收到的所述随钻声波测井仪的高频数据信号进行处理，形成适合所述处理器处理的所述井下数据，并发送给所述处理器； 所述井下仪器接口模块，用于在所述随钻声波测井仪和所述高速传输处理模块之间通过电缆实时传输数据。
2.如权利要求1所述的随钻声波数据交互装置，其特征在于，所述参数数据包括地层特征参数和处理参数数据； 所述处理器还用于根据所述地层特征参数调用预存的对应参数数据和接收到的参数数据进行比较判决、修正后，将所述修正后的参数数据发送至所述高速传输处理模块。
3.如权利要求1或2所述的随钻声波数据交互装置，其特征在于，所述处理器还用于通过如下方式对所述高速传输处理模块发送来的井下数据进行处理:对所述井下数据进行校验、分组、打包处理。
4.如权利要求1所述的随钻声波数据交互装置，其特征在于，所述高速传输处理模块包括多个串联连接的均衡网络、第一差分转换电路和第一多路开关；其中， 所述多个串联连接的均衡网络的一端与所述井下仪器接口模块相连，并用于接收所述随钻声波测井仪的所述高频数据信号；所述多个串联连接的均衡网络中的每一个均衡网络的输出端分别与其串联连接的下一个均衡网络的输入端和所述第一多路开关的各开关相连；其中，每个均衡网络的输出端输出的输出信号作为与该均衡网络串联连接的下一个均衡网络的输入端的输入信号以及所述第一多路开关对应开关的输入信号，每个均衡网络的输入端接收所述高频数据信号或来自前一个均衡网络的所述输出信号，以及每个均衡网络对其接收到的所述高频数据信号或来自前一个均衡网络的所述输出信号进行均衡、整形处理并将均衡、整形处理后的数据输出到所述第一多路开关； 所述第一多路开关与所述多个串联的均衡网络、所述第一差分转换电路和所述处理器分别相连，将从各个开关获取的所述均衡、整形处理后的数据发送至所述第一差分转换电路，以及接收所述处理器发送来的第一开关控制信号以根据所述电缆的类型控制各个开关的打开关闭； 所述第一差分转换电路与所述第一多路开关和所述处理器相连接，用于将表现为差分电平信号的、从所述第一多路开关接收的所述均衡、整形处理后的数据转换为表现为TTL电平信号的、适合所述处理器处理的所述井下数据发送到所述处理器。
5.如权利要求4所述的随钻声波数据交互装置，其特征在于，所述高速传输处理模块还包括多个高频提升网络、第二差分转换电路和第二多路开关；其中， 所述第二差分转换电路与所述处理器和所述第二多路开关相连接，用于将表现为TTL电平信号的、从所述处理器发送的所述修正后的参数数据转换为表现为差分电平信号的参数数据； 所述第二多路开关与所述多个高频提升网络、所述第二差分转换电路和所述处理器分别相连，用于接收经所述表现为差分电平信号的参数数据，并根据从所述处理器接收的第二开关控制信号的指示打开相应的开关以将所述表现为差分电平信号的参数数据发送至对应的所述闻频提升网络； 所述多个高频提升网络的每一个的输入端分别与所述第二多路开关的各开关相连接，所述多个高频提升网络的每一个的输出端分别与所述井下仪器接口模块相连接，每个高频提升网络用于接收来自所述第二多路开关的所述参数数据，对所述参数数据的高频分量进行提升后通过所述井下仪器接口模块和所述电缆发送至所述随钻声波测井仪，其中各个所述高频提升网络分别与不同类型的电缆相对应。
6.如权利要求1所述的随钻声波数据交互装置，其特征在于，所述电缆包括:外层采用柔软橡胶的实验室使用短缆、海上平台使用电缆、陆地现场使用电缆、或外层铠装的恶劣条件使用电缆。
7.如权利要求1所述的随钻声波数据交互装置，其特征在于，所述随钻声波数据交互装置还包括井下仪器供电调压模块，其与外部交流电源和所述井下仪器接口模块分别相连，用于通过所述外部交流电源获得所需的交流电源，以及通过所述井下仪器接口模块所连接的所述电缆为所述随钻声波测井仪提供所需的工作电压。
8.如权利要求7所述的随钻声波数据交互装置，其特征在于，所述井下仪器供电调压模块包括整流子模块、电压输出子模块、取样子模块、基准判断子模块以及电压调节子模块;其中， 所述整流子模块的输入端与所述外部交流电源相连接，输出端与所述电压输出子模块的输入端相连接，用于对其输入端输入的电源信号进行整流处理，并向所述电压输出子模块输出直流工作电压； 所述电压输出子模块的输出端与所述井下仪器接口模块相连，用于将所述直流工作电压通过所述井下仪器接口模块和所述电缆发送到所述随钻声波测井仪为其供电； 所述取样子模块的输入端与所述井下仪器接口模块相连接，输出端与所述基准判断子模块的输入端相连接，用于接收所述随钻声波测井仪通过所述电缆和所述井下仪器接口模块反馈的反馈电压，并将所述反馈电压输入到所述基准判断子模块； 所述基准判断子模块的输出端与所述电压调节子模块的输入端相连接，用于将所述反馈电压与预先设定的基准电压进行比较，根据比较结果产生一个电平调节信号，并将所述电平调节信号输入到所述电压调节子模块； 所述电压调节子模块的输出端与所述电压输出子模块相连接，用于根据所述电平调节信号调节所述电压输出子模块输出的所述直流工作电压。
9.如权利要求8所述的随钻声波数据交互装置，其特征在于，所述电压输出子模块为直流-直流DC-DC变换电路，包括金属氧化物半导体型晶体管MOS管、电感、二极管、第一电容；所述电感的输入端与所述整流子模块的输出端相连，所述电感的输出端一路与所述二极管的输入端相连，所述二极管的输出端作为所述电压输出子模块的输出端与所述井下仪器接口模块相连；所述电感的输出端另一路与所述MOS管的漏极相连，所述MOS管的源极与所述第一电容的一端相连，所述第一电容的另一端与所述二极管的输出端相连；所述MOS管的源极与所述第一电容的连线之间接地。
10.如权利要求8所述的随钻声波数据交互装置，其特征在于，所述基准判断子模块包括第一比较器和稳压二极管； 所述第一比较器的负输入端与所述取样子模块的非接地端相连，用于接收所述取样子模块的所述反馈电压，所述第一比较器的正输入端连接所述稳压二极管，用于接收来自所述稳压二极管的稳定电压值，所述稳压二极管的稳定电压值是随钻声波测井仪的预定工作电压值。
11.如权利要求8所述的随钻声波数据交互装置，其特征在于，所述电压调节子模块包括RC网络和第二比较器，以及所述RC网络包括第二电容，第一电阻和第二电阻； 所述第二比较器的正输入端连接所述基准判断子模块，用于接收所述基准判断子模块产生的电平信号，所述第二比较器的负输入端分别与所述第二电容的一端和所述第一电阻的一端相连； 所述第二电容的另一端接地，所述第一电阻的另一端与所述第二比较器的输出端相连； 所述第二电阻的一端与所述第二比较器的输出端相连，所述第二电阻的另一端接地，并且所述第二比较器的输出端与所述电压输出子模块的MOS管的栅极连接。
12.如权利要求8所述的随钻声波数据交互装置，其特征在于，所述井下仪器供电调压模块还包括显示子模块； 所述显示子模块的输入端与所述电压输出子模块的输出端相连，所述显示子模块的输出端与所述取样子模块的输入端相连，用于将所述电压输出模块输出的电压电流通过数字方式显示出来，并用所述电压电流监控调节电压。
【文档编号】G01V1/44GK204028376SQ201420492715
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】仇傲, 刘西恩, 陈洪海 申请人:中国海洋石油总公司, 中海油田服务股份有限公司