测井光纤链路和接口的设计与实现

摘要

测井信息传输系统是油气田测井系统的重要组成部分，它不仅能够将井下的实时监测信息传送到地面，也可以向井下发送地面控制命令。因而测井传输系统的速率对测井生产的工作效率有着至关重要的影响。高速测井传输系统中，较高的数据传输速率可以支持系统挂接更多的测井仪器，在预估油气资源、提高油井生产效率和降低生产成本等方面都具有重要价值。
　　因此，新型可靠的测井传输系统是测井领域的重要研究课题之一，只有充分了解油井内部的各项状况后，才能更好的为油气生产服务。目前，基于光纤链路的高速测井传输系统在国外已有应用，国内正逐步开展实用化研究。因而，本论文以高速测井传输系统研发为选题，开展测井光纤链路与接口的设计与开发工作。
　　本文首先介绍了常见的几种测井传输方式和应用背景，分析了各自的特点和不足之处。然后结合实际测井应用需求，充分考虑到通信速率和误码率性能，完成了基于光纤链路的高速传输系统设计。根据该设计方案，利用Altium Designer6.9设计和制作了光收发模块、USB转串口适配器接口、井下CAN总线模块等。对于设计的光收发模块，考虑到要将其安放到钻井棒狭小的内部空间中，因而收发部分的电路设计在同一块PCB板上，以做到布局结构的紧凑性。同时，作为串行光纤链路与计算机（尤其是没有预置串口的情况）的接口，设计的USB转串口适配器使得两者的连接更为灵活和方便。在将光收发模块和USB转串口适配器连接后，搭建起了测井信息的光纤传输链路，在高温环境下(110℃)进行了测试，传输速率达到115.2kbit/s。对于井下仪器CAN总线，考虑到其工作的稳定性和可靠性，采用了内置CAN控制器的C8051F04x系列芯片，完成了井下CAN总线和外围电路的硬件设计。然后，利用Labview2010设计了简洁的上位机操控界面，该界面包含数据采集部分和导向控制部分。最后搭建了高速测井光纤链路传输系统的实验测试平台，通过软、硬件部分的操作设置验证了链路及系统的可行性。
　　论文最后总结了高速光纤测井链路传输及接口的设计过程与实施结果，展望了当前测井通信技术的发展方向和趋势，提出了下一步研究需完成的工作事项。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究情况

1．3 论文的主要内容和结构

第2章 测井信息传输方案

2．1 几种测井传输方式的介绍

2．2 基于光纤链路的测井传输方案设计

第3章 光纤传输链路的设计

3．1 光收发模块设计

3．1．1 模块原理架构

3．1．2 器件的选型和要求

3．1．3 硬件电路的设计和制作

3．2 光模块的功能测试和结果

3．3 USB转串口适配器设计

3．4 适配器的硬件制作和调试

3．5 高温环境下光纤链路的测试

第4章 井下仪器CAN总线的设计

4．1 各类现场总线的介绍

4．2 基于CAN总线的井下测控方案设计

4．2．1 总线方案的原理架构

4．2．2 器件的选型和要求

4．3 硬件电路的设计和制作

4．4 模块的功能测试和结果

第5章 测试系统的构建与试验

5．1 上位机操控界面的设计方案

5．2 Labview程序的设计过程和调试

5．2．1 上位机界面的底层驱动和程序的设计

5．2．2 上位机界面程序的调试和结果

5．3 测试系统的试验过程

5．3．1 测试系统的搭建

5．3．2 调试过程和结果

5．4 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

附录1 C8051F041内部结构功能示意图

附录2 各模块实物图

附录3 CAN模块功能测试的部分代码