一种应用于海上测井平台的地层测试数据双向有线传输系统的制作方法

1.本实用新型属于油井测井技术领域，具体涉及一种应用于海上测井平台的地层测试数据双向有线传输系统。


背景技术：

2.在油气田勘探、开发过程中，钻井之后必须进行测井，以便了解地层的含油气情况。目前国内通常是在钻井完工之后，下放存储式井下测量终端进行测试，存储式井下测量终端能够采集接收测井信号并对该测井信号进行存储，在测井施工结束后，将存储式井下测量终端取出，由专用的测井数据资料的软件将仪器存储器中的数据读取出来，测井数据只能在测井结束之后才能够获取，无法在测井过程中实时获取，试油测试效率较低，在井下出现复杂情况，存储压力计等测量终端可能面临无法取出地面等情况，则无法及时获取数据，则需要进行二次试油作业等，大幅增加了测井成本。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种应用于海上测井平台的地层测试数据双向有线传输系统。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
4.一种应用于海上测井平台的地层测试数据双向有线传输系统，包括：地面控制子系统、井下遥传托筒和井下通信子系统；
5.所述井下遥传托筒，包括：上连接接头、下连接接头、外护筒、电缆驱动器、第二控制器、ofdm调制器、fsk解调器和第一单总线驱动器；
6.所述外护筒，一端与上连接接头固定连接，另一端与下连接接头固定连接；所述电缆驱动器、所述第二控制器、所述ofdm调制器、所述fsk解调器和所述第一单总线驱动器均固设在外护筒内；
7.所述井下通信子系统，包括：多个井下通信短节、单总线线缆、多个终端通信总线和多个井下测量终端；
8.所述第二控制器，输入端与所述fsk解调器的输出端电连接，输出端与所述ofdm调制器的输入端电连接，所述第二控制器与所述第一单总线驱动器双向通信连接；
9.所述fsk解调器，输入端与所述电缆驱动器的输出端电连接；
10.所述ofdm调制器，输出端与所述电缆驱动器的输入端电连接；
11.所述电缆驱动器通过测井电缆与所述地面控制子系统双向通信连接；
12.所述第一单总线驱动器通过所述单总线线缆与多个所述井下通信短节双向通信连接；
13.所述井下通信短节通过所述终端通信总线与多个所述井下测量终端双向通信连接。
14.在本实用新型的一个实施例中，所述地面控制子系统包括：第一控制器、ofdm解调
器、fsk调制器、井下接口和上位机接口；
15.所述第一控制器，与所述上位机接口双向通信连接，输出端与所述fsk调制器的输入端电连接，输入端与所述ofdm解调器的输出端电连接；
16.所述fsk调制器，输出端与所述井下接口的输入端电连接；
17.所述ofdm解调器，输入端与所述井下接口的输出端电连接；
18.所述井下接口通过所述测井电缆与所述电缆驱动器双向通信连接。
19.在本实用新型的一个实施例中，所述地面控制子系统，还包括：井下供电电源；
20.所述井下供电电源通过所述井下接口与所述测井电缆电连接，以实现对所述井下遥传托筒和所述井下通信子系统供电。
21.在本实用新型的一个实施例中，所述井下遥传托筒，还包括：dc
‑
dc电源；
22.所述dc
‑
dc电源，输入端与所述电缆驱动器电连接，输出端与所述第一单总线驱动器、所述ofdm调制器、所述fsk解调器、所述第二控制器电连接。
23.在本实用新型的一个实施例中，所述井下通信短节，包括：第三控制器、第二单总线驱动器、终端通信总线驱动器和终端接口组件；
24.所述第二单总线驱动器通过所述单总线线缆与所述第一单总线驱动器双向通信连接；
25.所述第三控制器，与所述第二单总线驱动器和所述终端通信总线驱动器双向通信连接；
26.所述终端通信总线驱动器，与所述终端接口组件双向通信连接；
27.所述终端接口组件通过所述终端通信总线与多个所述井下测量终端双向通信连接。
28.在本实用新型的一个实施例中，所述井下通信短节还包括：终端电源、电源转换器和备用电源接口；
29.所述终端电源，输入端与所述第二单总线驱动器的输出端电连接，输出端与所述电源转换器的输入端、所述第三控制器和所述终端通信总线驱动器电连接；
30.所述电源转换器，输入端还与所述备用电源接口电连接，输出端与所述终端接口组件电连接。
31.在本实用新型的一个实施例中，所述单总线线缆的通信方式为ami通信方式；
32.所述终端通信总线的通信方式为rs
‑
485通信方式。
33.在本实用新型的一个实施例中，所述测井电缆为单芯铠装电缆或单芯钢管电缆；所述单总线线缆为单芯铠装电缆或单芯钢管电缆。
34.本实用新型的有益效果：
35.本实用新型通过地面控制子系统与井下遥传托筒之间采用测井电缆进行双向通信连接，井下遥传托筒与井下通信子系统之间采用单总线线缆进行双向通信连接，实现了井下测量终端的检测数据能够实时传输至地面控制子系统中，进而可以实时传输至后台上位机中进行数据的使用，能够实时监测井下施工过程(开关井、压力恢复、射孔、酸化压裂、排液作业等)，实时真实的反馈井底情况，测试期间的井下测量终端采集的压力恢复数据等资料可以实时获取，大幅提高了试油测试效率，节约了成本。
36.以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
37.图1是本实用新型实施例提供的一种应用于海上测井平台的地层测试数据双向有线传输系统的结构示意图；
38.图2是本实用新型实施例提供的井下遥传托筒的结构示意图；
39.图3是本实用新型实施例提供的一种应用于海上测井平台的地层测试数据双向有线传输系统的结构示意图；
40.图4是本实用新型实施例提供的地面控制子系统的结构示意图；
41.图5是本实用新型实施例提供的井下遥传托筒的结构示意图；
42.图6是本实用新型实施例提供的井下通信短节的结构示意图；
43.图7是本实用新型实施例提供的一种应用于海上测井平台的地层测试数据双向有线传输系统的结构示意图。
44.附图标记说明：
45.10
‑
地面控制子系统；11
‑
第一控制器；12
‑
ofdm解调器；13
‑
fsk调制器；14
‑
井下接口；15
‑
上位机接口；16
‑
井下供电电源；20
‑
井下遥传托筒；21
‑
电缆驱动器；22
‑
ofdm调制器；23
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第二控制器；24
‑
fsk解调器；25
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第一单总线驱动器；26
‑
上连接接头；27
‑
下连接接头；28
‑
外护筒；29
‑
dc
‑
dc电源；30
‑
井下通信短节；31
‑
单总线线缆；32
‑
终端通信总线；33
‑
井下测量终端；34
‑
第二单总线驱动器；35
‑
第三控制器；36
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终端通信总线驱动器；37
‑
终端接口组件；38
‑
终端电源；39
‑
电源转换器；40
‑
备用电源接口；50
‑
测井电缆。
具体实施方式
46.下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
47.实施例一
48.请参见图1和图2，一种应用于海上测井平台的地层测试数据双向有线传输系统，包括：地面控制子系统10、井下遥传托筒20和井下通信子系统。井下遥传托筒20，包括：电缆驱动器21、第二控制器23、ofdm调制器22、fsk解调器24和第一单总线驱动器25。井下遥传托筒20还包括上连接接头26、下连接接头27和外护筒28，外护筒28的一端与上连接接头26固定连接且密封，另一端与下连接接头27固定连接且密封，电缆驱动器21、第二控制器23、ofdm调制器22、fsk解调器24和第一单总线驱动器25均固设在外护筒28内。井下通信子系统，包括：多个井下通信短节30、单总线线缆31、多个终端通信总线32和多个井下测量终端33。本实施例中，地面控制子系统10与外部的上位机电连接，在进行测井工作时，上行数据传输过程为：井下测量终端33进行井下参数的检测采集，井下测量终端33所采集的井下数据通过终端通信总线32传输至井下通信短节30中，井下通信短节30将井下数据通过单总线线缆31传输至井下遥传托筒20，然后，井下遥传托筒20将井下数据通过测井电缆50传输至地面控制子系统10，地面控制子系统10将井下数据传输至上位机中，上位机对数据进行处理和保存等。下行数据传输过程为：地面的控制指令由上位机传输至地面子系统，地面子系统将控制指令通过测井电缆50传输至井下遥传托筒20中，然后井下遥传托筒20将控制指令通过单总线线缆31传输至井下通信短节30中，井下通信短节30接收控制指令或通过终端通信总线32转发至井下测量终端33中，井下测量终端33根据控制指令进行工作。
49.第二控制器23的输入端与fsk解调器24的输出端电连接，第二控制器23的输出端与ofdm调制器22的输入端电连接，第二控制器23与第一单总线驱动器25双向通信连接。fsk解调器24的输入端与电缆驱动器21的输出端电连接。ofdm调制器22的输出端与电缆驱动器21的输入端电连接。电缆驱动器21通过测井电缆50与地面控制子系统10双向通信连接。第一单总线驱动器25通过单总线线缆31与多个井下通信短节30双向通信连接。井下通信短节30通过终端通信总线32与多个井下测量终端33双向通信连接。
50.本实施例中，井下通信短节30向第二控制器23发送井下数据后，通过ofdm(orthogonal frequency division multiplexing，正交频分复用)调制器将井下数据调制成ofdm编码并通过电缆驱动器21驱动至测井电缆50进而传输至地面控制子系统10中。地面控制子系统10向井下遥传托筒20发送控制指令时，测井电缆50将控制指令经过电缆驱动器21传输至fsk(frequency shift keying，频移键控)解调器中，fsk解调器24将控制指令解调成二进制数据传输至第二控制器23中，第二控制器23响应该控制指令和/或将控制指令传输至第一单总线驱动器25，第一单总线驱动器25将控制指令驱动至单总线线缆31上传输至通信短节30中。
51.在该实施例中，通过地面控制子系统10与井下遥传托筒20之间采用测井电缆50进行双向通信连接，井下遥传托筒20与井下通信子系统之间采用单总线线缆31进行双向通信连接，实现了井下测量终端33的检测数据能够实时传输至地面控制子系统10中，进而可以实时传输至后台上位机中进行数据的使用，能够实时监测井下施工过程(开关井、压力恢复、射孔、酸化压裂、排液作业等)，实时真实的反馈井底情况，测试期间的井下测量终端33采集的压力恢复数据等资料可以实时获取，大幅提高了试油测试效率。现场作业能够实时进行控制调节，提高操控的准确性和有效性，节约成本。
52.同时，通过ofdm调制器22和fsk解调器24对传输的数据进行调制解调，保证了系统数据快速有效的进行传输。
53.在一种可行的实现方式中，如图3所示，单总线线缆31可以分为总路线缆和多个支路，多个支路均与总路电连接且可以进行双向数据传输，每个井下通信短节30与一个支路线缆电连接且可以进行双向数据传输，所有井下通信短节30进行上行传输数据均经过总路线缆进行发送，下行传输数据均经过总路线缆进行发送至每个支路线缆连接的井下通信短节30中。其中，井下测量终端33包括但不限于压力计和压力计适配器。
54.在一种可行实现方式中，一个井下通信短节30可以连接多个井下测量终端33。井下通信短节30的数量可以为1至8个，一个井下通信短节30可以连接的井下测量终端33的数量为1至4个。
55.在一种可行的实现方式中，测井电缆50的一端与地面控制子系统10电连接，另一端穿入上连接接头26进入外护筒28中与电缆驱动器21电连接，单总线线缆31的一端穿入下连接接头27进入外护筒28内与第一单总线驱动器25电连接，另一端与井下通信短节30电连接。井下遥传托筒20和井下通信子系统均位于井下。
56.实施例二
57.如图4所示，在实施例一的基础上，本实施例还进一步限定了地面控制子系统10包括：第一控制器11、ofdm解调器12、fsk调制器13、井下接口14和上位机接口15。第一控制器11与上位机接口15双向通信连接，第一控制器11的输出端与fsk调制器13的输入端电连接，
第一控制器11的输入端与ofdm解调器12的输出端电连接。fsk调制器13的输出端与井下接口14的输入端电连接。ofdm解调器12的输入端与井下接口14的输出端电连接。井下接口14通过测井电缆50与电缆驱动器21双向通信连接。
58.本实施例中，在进行测井工作时，地面控制子系统10的工作过程为：井下遥传托筒20的电缆驱动器21驱动至测井电缆50的井下数据(经过ofdm调制器22调制的数据)经井下接口14传输至ofdm解调器12进行解调，ofdm解调器12将ofdm调制信号转换为数据码流传输给第一控制器11，再经上位机接口15传输至上位机中。相应的，上位机通过上位机接口15发送至第一控制器11的控制指令，经过fsk调制器13调制成fsk编码通过井下接口14传输至测井电缆50，经过遥传托筒的电缆驱动器21传输至fsk解调器24中，经过fsk解调器24解调传输至第二控制器23中。
59.其中，井下接口14还具有供电、数据耦合和数据分离的功能。测井电缆50和单总线线缆31均可以对相关的元件进行供电以及进行通信。
60.本实施例的地面控制子系统10与井下遥传托筒20相互配合进行数据的调制与解调并进行数据的传输，进一步提高了数据传输效率。
61.进一步地，如图4所示，地面控制子系统10，还包括：井下供电电源16。井下供电电源16通过井下接口14与测井电缆50电连接，以实现对井下遥传托筒20和井下通信子系统供电。井下供电电源16将市电220v的ac转换为隔离的直流电源，通过井下接口14接入测井电缆50，最终为井下遥传托筒20、井下通信短节30和井下测量终端33提供dc供电。
62.在一种可行的实现方式中，地面控制子系统的各个电子器件可以设置在地面的变频柜中。
63.进一步地，如图5所示，井下遥传托筒20，还包括：dc
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dc电源29。dc
‑
dc电源29的输入端与电缆驱动器21电连接，dc
‑
dc电源29的输出端与第一单总线驱动器25的输入端、ofdm调制器22的输入端、fsk解调器24的输入端、第二控制器23的输入端电连接。本实施例中，电缆驱动器21将电能和信号分离，电能输入dc
‑
dc电源29，dc
‑
dc电源29将测井电缆50上的dc供电转换成单总线线缆31的低压直流电，并通过第一单总线驱动器25将转换后的电能传输至单总线线缆31为井下通信短节30和井下测量终端33供电，同时为第一单总线驱动器25、ofdm调制器22、fsk解调器24、第二控制器23输入电能供电。
64.进一步地，如图6所示，井下通信短节30，包括：第三控制器35、第二单总线驱动器34、终端通信总线驱动器36和终端接口组件37。第二单总线驱动器34通过单总线线缆31与第一单总线驱动器25双向通信连接。第三控制器35与第二单总线驱动器34和终端通信总线驱动器36双向通信连接。终端通信总线驱动器36与终端接口组件37双向通信连接。终端接口组件37通过终端通信总线32与多个井下测量终端33双向通信连接。
65.本实施例中，在进行测井工作时，数据上行传输时，井下测量终端33进行井下参数的检测采集，井下测量终端33所采集的井下数据通过终端通信总线32经终端接口组件37传输至终端通信总线驱动器36，终端通信总线驱动器36将数据传输至第三控制器35中，第三控制器35将井下数据经过第二单总线驱动器34驱动至单总线线缆31进行传输至第一单总线驱动器25，然后，传输至第二控制器23中。数据下行传输时：第二控制器23将fsk解调器24解调的控制指令经过第一单总线驱动器25驱动至单总线线缆31上传输至第二单总线驱动器34，再传输至第三控制器35中，第三控制器35接收控制指令或通过终端通信总线驱动器
36和终端接口组件37经过终端通信总线32转发至井下测量终端33中，井下测量终端33根据控制指令进行工作。
66.在一种可行的实现方式中，终端组件接口包括多个终端接口，每个终端接口可以与一个井下测量终端33电连接，进行双向数据传输。
67.进一步地，如图6所示，井下通信短节30还包括：终端电源38、电源转换器39和备用电源接口40。终端电源38的输入端与第二单总线驱动器34的输出端电连接，终端电源38的输出端与电源转换器39的输入端、第三控制器35的输入端和终端通信总线驱动器36的输入端电连接。电源转换器39的输入端还与备用电源接口40电连接，电源转换器39的输出端与终端接口组件37电连接。在该实施例中，第二单总线驱动器34将单总线线缆31上的电能与信号分离，电能输入终端电源38中，为终端电源38供电，信号输入第三控制器35中。终端电源38可以为第三控制器35、终端通信总线驱动器36和井下测量终端33提供电能。
68.本实施例中，电源转换器39通过备用电源接口40与外部的备用电源电连接，电源转换器39用于将终端电源38或备用电源通过终端接口组件37给井下测量终端33供电，电源转换器39可以将终端电源38给井下测量终端33供电，也可以切换至备用电源给井下测量终端33供电。
69.在该实施例中，正常工作状态下，终端电源38通过电源转换器39和终端接口组件37给井下测量终端33供电，当终端电源38的电缆故障时，电源转换器39可以切换为备用电源供电，以保证井下测量终端33不间断的采集数据，维持系统的正常工作。
70.本实施例中，如图7所示，在进行测井工作时，上行数据传输具体过程为：井下测量终端33进行井下参数的检测采集，井下测量终端33所采集的井下数据通过终端通信总线32经终端接口组件37传输至终端通信总线驱动器36，终端通信总线驱动器36将数据传输至第三控制器35中，第三控制器35将井下数据经过第二单总线驱动器34驱动至单总线线缆31进行传输至第一单总线驱动器25，然后，传输至第二控制器23中，第二控制器23将井下数据传输至ofdm调制器22中，通过ofdm调制器22将井下数据调制成ofdm编码并通过电缆驱动器21驱动至测井电缆50进而传输至井下接口14，经过ofdm调制器22调制的数据经井下接口14传输至ofdm解调器12进行解调，ofdm解调器12将ofdm调制信号转换为数据码流上传给第一控制器11，第一控制器11将数据经上位机接口15传输至上位机中。
71.下行数据传输具体过程为：上位机通过上位机接口15发送至第一控制器11的控制指令，经过fsk调制器13调制成fsk编码通过井下接口14传输至测井电缆50，经过电缆驱动器21传输至fsk解调器24中，控制指令经过fsk解调器24解调传输至第二控制器23中，第二控制器23响应该控制指令和/或将控制指令传输至第一单总线驱动器25，第一单总线驱动器25将控制指令驱动至单总线线缆31上传输至第二单总线驱动器34，再传输至第三控制器35中，第三控制器35接收控制指令进行响应或通过终端通信总线驱动器36和终端接口组件37经过终端通信总线32转发至井下测量终端33中，井下测量终端33根据控制指令进行工作
72.进一步地，单总线线缆31的通信方式为ami(alternate mark inversion，信号交替反转)通信方式。ami是双极性码，是一种编码方式。终端通信总线32的通信方式为rs
‑
485通信方式。
73.进一步地，测井电缆50为单芯铠装电缆或单芯钢管电缆；单总线线缆31为单芯铠装电缆或单芯钢管电缆，使得控制系统可以在高温高压工作环境下长时间稳定运行，延长
了使用寿命。
74.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
75.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
76.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
77.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
78.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
79.以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。