一种用于深井高速数据传输系统的电缆及使用方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于深井高速数据传输系统的电缆及使用方法。七芯电缆在长度大于3000米时，仅能允许同时用一对绞合线进行高速稳定数据传输，即第7芯线与其相邻线，而第1-6芯线相互间为平行关系，不利于长线传输。一种用于深井高数据传输系统的电缆及使用方法，所述电缆为七芯缆芯结构的铠装电缆，包括第一芯线、第二芯线、第三芯线、第四芯线、第五芯线、第六芯线及第七芯线，第一芯线和第二芯线绞合为第一绞合芯线，第四芯线和第五芯线绞合为第二绞合芯线，第一绞合芯线、第三芯线、第二绞合芯线和第六芯线分别与第7芯线常规绞合。本发明可同时使用两对绞合线进行高速数据传输且能够提高深井数据传输率。
【专利说明】一种用于深井高速数据传输系统的电缆及使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于深井数据测量【技术领域】，具体涉及一种用于深井高速数据传输系统的电缆及使用方法。
【背景技术】
[0002]在石油天然气、非常规油气及煤层气田勘探开发中微地震水力压裂监测测井技术，是一种勘探开发新方法。当使用水力压裂技术，对几千米深井中的含油气地层进行高压(大约40MPa上下)水力压裂时，含油气地层岩石会在天然裂缝基础上形成更大规模的裂缝网，当裂缝张开或闭合时，就会产生微小的天然地震(声发射事件)，用井下高灵敏度三分量检波器阵列接收并定位这些微地震事件，就能测绘出裂缝网形状，用以监测水力压裂所形成裂缝的位置及油气运移范围，以预测油气产量。由于微地震事件的数据都是唯一的，要求通过超长距离电缆(中间不可能增音)实时采集数据、高速传输、精确定位并测绘下来。
[0003]同类仪器还可用于井间地震成像测量(Cross well Seismic data imaging)和变偏移距垂直地震剖面法勘探技术等(Walkaway Vertical Seismic profiling或W-VSP)。此类仪器目前几乎全为进口，例如:法国的Sercel公司，其价格是国产的145% ;英国的Avalon公司，其对电缆要求高,故障多；而美国的Schlumberger只提供技术服务不卖仪器，其服务价是国产的2至3倍。因此，进口仪器价格及技术服务不仅昂贵，还有使用维修困难、使用周期短、成本高等缺陷。
[0004]除此之外，在地球物理综合测井，特别是微地震水力压裂监测测井中，要求将地层水力压裂过程中只产生一次的微地震事件尽量不漏的记录下来，这就要求高的采样率、高的数据传输率和低的传输误码率。现有(国产)长距离5000-7000米铠装电缆数传系统的传输速率一般为500khz / s，若提高传输速率则因误码太多(要求误码小于10_7)而失败。
[0005]参见图2:现有深井数据传输系统的电缆为7芯缆芯结构的铠装电缆，分别为均布于外围6根芯线，中间为芯线7，6根芯线一般沿顺时针与芯线7为绞合关系，顺序命名为第6芯线，其分配方式为--第1，7芯线用于进行数据传输(可达到500khz/s—7000m，Imhz/s—5500m);第2，3芯线用于井下数传短节及10级接收短节供电(加电时5000M电缆瞬间电流可达IA以上，电缆压降约83VDC);第4芯线用于进行CCL，GAMMA供电及深度测量；第5，6芯线用于进行10级接收短节推靠臂推靠电机供电、制动检测及自动推收；如果使用3000米电缆500Khz/S其任意两相邻线都可稳定传输；如果是5000米电缆500Khz/S; IMhz/S:则只有中心线，即第7芯线与其相邻线可稳定传输；如果使用7000米电缆500Khz/S:则只有中心线第7芯线与其相邻线可稳定传输。其最大缺憾是当电缆长度大于3000米后，仅能允许同时用一对绞合线进行高速稳定数据传输，即第7芯线与其相邻线，因第7芯线与第1-6芯线为绞合关系，而第1-6芯线相互间为平行关系，不利于长线传输。
【发明内容】
[0006]本发明目的是提供一种能够同时使用两对绞合线进行高速数据传输且能够提高深井数据传输率的用于深井高速数据传输系统的电缆及使用方法。
[0007]为克服现有技术存在的问题，本发明提供的技术方案是:一种用于深井高数据传输系统的电缆，所述电缆为七芯缆芯结构的铠装电缆，包括第一芯线、第二芯线、第三芯线、第四芯线、第五芯线、第六芯线及第七芯线，所述第一芯线、第二芯线、第三芯线、第四芯线、第五芯线及第六芯线沿第七芯线圆周方向依次均布，所述第一芯线和第二芯线绞合为第一绞合芯线，所述第四芯线和第五芯线绞合为第二绞合芯线，第一绞合芯线、第三芯线、第二绞合芯线和第六芯线分别与第7芯线常规绞合，其绞合距为7.0cm且绞合点依次错开。
[0008]所述电缆为七芯缆芯结构的铠装电缆，分别为第一芯线、第二芯线、第三芯线、第四芯线、第五芯线、第六芯线及第七芯线，所述第一芯线、第二芯线、第三芯线、第四芯线、第五芯线及第六芯线沿第七芯线圆周方向依次均布，其特征在于:所述第一芯线和第二芯线绞合为第一绞合芯线，第七芯线与第三芯线、第四芯线、第五芯线及第六芯线中任一芯线绞合为第二绞合芯线，其绞合距为7.0cm0
[0009]所述铠装电缆型号为W7-11.8-B。
[0010]一种用于深井高速数据传输系统的电缆的使用方法，所述深井高速数据传输率系统包括高温稳压电源及通过电缆分别连接的两组单数传系统，每组单数传系统包括井下数传短节和井上数传短节，所述第一组井下数传短节和井上数传短节通过第一绞合芯线连接，第二组井下数传短节和井上数传短节通过第二绞合芯线连接，第三绞合芯线连接高温稳压电源。
[0011]与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果:
1.本发明通过改变7芯铠装电缆的缆芯结构，将第1，2芯线和第4，5芯线分别绞合，再实现7缆芯的常规绞合及铠装电缆的完成，这样的电缆的优点是:对于5500米电缆，可监测5200米以下深度的井，可涵盖现有石油天然气井深范围的80%以上(指2Mhz/S的传输率)，扩大了又优化了国产仪器的应用范围。对5500米以上到7000米电缆，I, 2线和4，5线并用两套数传系统可以达到IMhz/S的传输率。此种结构的电缆将原有电缆只允许同时使用一对绞合线进行高速数据传输改造为可同时使用两对绞合线进行数据传输，在不改变原有电缆直径、单位长度自重及抗拉强度的情况下，将原有电缆中另5芯的功能，用运动、定位静止分时分配的办法及在井下增加一个高温稳压电源在井上用直流高压传输的办法减小电流实现用3芯电缆来完成，省出两芯电缆绞合用于双数传系统。
[0012]2.第一绞合芯线和第二绞合芯线并用两套数传系统可以达到2Mhz/S的传输率(原数传率为500Khz/S)，与7芯标准铠装测井电缆保持了通用性，节约了成本；
3.本发明中电缆链接的双数传系统仍沿用原已成功应用的数传方式，保证了稳定可靠，减低了成本又达到提高数传率的目的，并用两套单数传系统，可以提高数传速率一倍
或三倍。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明电缆连接的深井高数据传输率系统示意图；
图2为七芯标准铠装测井电缆截面图。
[0014]其中:1.外铠；2.内铠；3.缆芯；4.第一芯线；5.第二芯线；6.第三芯线；7.第四芯线；8.第五芯线；9.第六芯线；10.第七芯线。【具体实施方式】
[0015]下面结合【具体实施方式】对本专利进行详细的说明:
参见图2，一种用于深井高数据传输系统的电缆，电缆为七芯缆芯结构的铠装电缆，型号为W7-11.8-B，包括第一芯线4、第二芯线5、第三芯线6、第四芯线7、第五芯线8、第六芯线9及第七芯线10，第一芯线4、第二芯线5、第三芯线6、第四芯线7、第五芯线8及第六芯线9沿第七芯线10圆周顺时针方向依次均匀分布，第一芯线4和第二芯线5绞合为第一绞合芯线，第四芯线7和第五芯线8绞合为第二绞合芯线，第一绞合芯线、第二绞合芯线、第三芯线5和第六芯线9与第七芯线10 (中心线)按常规绞合，第一、二芯线绞合为第一绞合芯线与第三芯线6相邻再与第四、五芯线绞合为第二绞合芯线相邻再与第六芯线9相邻组成带状芯线再与第七芯线10 (中心线)按常规绞合，绞合距为7.0cm且绞合点依次错开。绞合后，阻抗的稳定性提高了，对地的阻抗平衡度提高了，达到了提高传送速率、减少干扰、增大传输距离的目标。
[0016]另一种七芯缆芯的铠装电缆的结构是第一芯线4和第二芯线5绞合为第一绞合芯线，第七芯线10与第三芯线6、第四芯线7、第五芯线8及第六芯线9中任一芯线绞合为第二绞合芯线，其绞合距为7.0cm0
[0017]参见图1:上述用于深井高速数据传输系统的电缆的使用方法，包括高温稳压电源及通过上述电缆分别连接的两套单数传系统，每套单数传系统包括井下数传短节和井上数传短节，与CPU连接的第一组井下耐高温单极数传短节接5500米以上绞合电缆的第一绞合芯线后，在与井上单机数传短节连接，通过CPU及USB接口将数据送到地面主机；同理，与CPU连接的第二组井下耐高温单极数传短节接5500米以上绞合电缆的第二绞合芯线后，再与井上单机数传短节连接，通过CPU及USB接口将数据送到地面主机，上述每套单数传系统其输入输出分别为地面下传的时断信号、命令和状态字及由井下上传的由各采集短节(10级以上)采集的，由RS485总线传来的大量数据，每秒数据可达4，320，000bit/S。该电缆应用于图1中其中一套单数传系统中时也可以完成井上和井下数据传输，并且能够维持原有数据传输率。
[0018]第三芯线和第六芯线——10级接收短节推靠臂推靠电机供电、制动检测及自动推收；当系统运动时，由第三芯线执行CCL，GAMMA供电及深度测量；当仪器到位时第三、六芯线并用执行10级接收短节推靠臂推靠电机供电，各级延时推靠并在采集结束后同时收臂；
第七芯线一一数据传输及10级接收短节供电，采用180VDC—根电缆输送到井下再变换为23VDC的办法实现对井下数传及接收短节阵列采用各级延时加电方式，这样在缆芯上的电流在IOOma以下引起的压降也不大；第三，七，六芯线及铠装外皮对第一绞合芯线及第二绞合芯线的双数据传输系统起屏蔽作用。
[0019]本发明中所用电缆型号为W7-11.8-B，铠装外径11.8mm，抗拉强度6.7KN，重量430 (kg/km),绝缘电阻兰200 (mQ.km),直流电阻兰30 Ω /km,缆芯线径0.56mm2，耐温-30-+150°C (或 200°C)。
[0020]本发明的工作原理是:(1)井下数传短节:井下数传节中的CPU从485总线收到第一个字节，将它送给第一组单数传系统，当它收到第二个字节时，将它送给第二组单数传系统，如此反复，直到计数完成。
[0021](2)地面数传系统:地面系统的CPU先监测第一组单数传系统的DRDY1，当它为真时，从其数据口读一个字节作为第一个字节。然后立即监测单数传系统2的DRDYZ2，当其为真时，从其数据口读一个字节。作为第二个字节存入缓冲区。如此反复，直到计数完成。
[0022](3)井下原有CCL、GAMMA的精确定深功能与原有推靠供电及制动检测功能采用分时执行的办法合并用两根电缆(分级延时推靠瞬间电流可达1A);原有短节供电，采用180VDC —根电缆输送到井下，用耐高温DC-DC变换为23VDC的办法实现，此时一根电缆电流< 100mA，对井下数传及接收短节阵分级延时列供电。
[0023]试验结果如下:
以10级三分量(30个监测道)3秒钟数据0.5毫秒采样率为例:单级三分量:每分量36位(bit),单级108位，3秒钟0.5毫秒采样率的数据量为6kX108bit=648，000bit当前每级传输时间为648，000X2 μ S=I, 296，000 μ S ^ 1.3S10级三分量传输时间约为13秒钟，即现有数传率状况可能漏掉77%的微地震压裂事件。若数传率为2MHz/S则每级传输时间
0.32S, 10级三分量传输时间约为3.2秒钟.94%的微地震压裂事件都能检测到，若用8级三分量检测(传输时间约为2.56秒钟)，就可做到实时100%检测。
[0024]采用本发明 的电缆后，并电缆长度到5500米，可将现有单数传系统的速率提高到IMHZ/,并用两套数传系统的传输速率可以达到2MHZ/S(相当原数传速率三倍)。
【权利要求】
1.一种用于深井高速数据传输系统的电缆，所述电缆为七芯缆芯结构的铠装电缆，包括第一芯线(4)、第二芯线(5)、第三芯线(6)、第四芯线(7)、第五芯线(8)、第六芯线(9)及第七芯线(10)，所述第一芯线(4)、第二芯线(5)、第三芯线(6)、第四芯线(7)、第五芯线(8)及第六芯线(9)沿第七芯线(10)圆周方向依次均布，其特征在于:所述第一芯线(4)和第二芯线(5)绞合为第一绞合芯线，所述第四芯线(7)和第五芯线(8)绞合为第二绞合芯线，第一绞合芯线、第三芯线(6)、第二绞合芯线和第六芯线(9)分别与第七芯线(10)常规绞合，其绞合距为7.0cm且绞合点依次错开。
2.一种用于深井高速数据传输系统的电缆，所述电缆为七芯缆芯结构的铠装电缆，分别为第一芯线(4)、第二芯线(5)、第三芯线(6)、第四芯线(7)、第五芯线(8)、第六芯线(9)及第七芯线(10)，所述第一芯线(4)、第二芯线(5)、第三芯线(6)、第四芯线(7)、第五芯线(8)及第六芯线(9)沿第七芯线(10)圆周方向依次均布，其特征在于:所述第一芯线(4)和第二芯线(5)绞合为第一绞合芯线，第七芯线(10)与第三芯线(6)、第四芯线(7)、第五芯线(8)及第六芯线(9)中任一芯线绞合为第二绞合芯线，其绞合距为7.0cm0
3.根据权利要求1或2所述的一种用于深井高速数据传输系统的电缆，其特征在于:所述铠装电缆型号为W7-11.8-B。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于深井高速数据传输系统的电缆的使用方法，其特征在于:所述深井高速数据传输率系统包括高温稳压电源及通过电缆分别连接的两组单数传系统，每组单数传系统包括井下数传短节和井上数传短节，所述第一组井下数传短节和井上数传短节通过第一绞合芯线连接，第二组井下数传短节和井上数传短节通过第二绞合芯线连接，第三芯线连接高温稳压电源。
【文档编号】H01B11/02GK103824645SQ201410059436
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月21日 优先权日:2014年2月21日
【发明者】姚正典, 万文曼, 赵炜 申请人:西安弘传科技开发有限责任公司