用于井下单芯长电缆通讯的数据传输方法

摘要

本发明公开了一种用于井下单芯长电缆通讯的数据传输方法，采用的编码规则为，将利用8个不同的频率分为A、B两组对数据进行编码，每组4个，A组中的一个频率与B组中的一个频率组合代表一个特定代码，共形成包括0～9、小数点、奇数验证码、偶数验证码、频率超范围的负值符号、启停控制指令和备用码的共16个代码；传输数据时，首先发送一个特定的波形作为信号的同步起始码，然后根据编码规则发送代码，每个代码由两个与所述编码规则对应的频率段组成，每个频率段均包括数量相同的多个周期的波形。本发明中的用于井下单芯长电缆通讯的数据传输方法，传输效率高、可靠性强，而且应用其的调制解调器体积小、功耗低、性能稳定、维修方便。

说明书

技术领域

本发明涉及油气井测试技术领域，具体而言，涉及一种用于井下单芯长电 缆通讯的数据传输方法。

背景技术

目前,油气田测试作业中的地面-井下通讯多采用单芯铠装电缆传输方式。 该方式成本较低，但受传输介质、制造工艺和井下高温、高压等恶劣环境的影 响，存在传输速度慢、信息量少、信号衰减、失真大等问题，而且电缆传输信 道的衰减和相移随信号频率的增加和电缆长度的增加而急剧增加。

现有依靠电缆通讯的井下仪器普遍存在速度慢、数据传送不可靠等问题， 为后续数据分析带来障碍。实际应用中，为解决设备电缆配接问题，多采用将 实际使用的电缆与仪器进行配接调试的方法。但该方法存在电缆或仪器更换后 必须重新调配电路、调试温度难以确定、配接调试中电缆卷曲状态与展开状态 特性不同等问题，难以解决井下仪器电缆通讯可靠性难以保证的问题，且增加 了工作量和劳动强度。

单芯电缆的基带传输已经不能满足测试、测井等作业的高速数据传输需求， 需要采用先进的调制解调技术，以提高频带利用率，实现数据的高速可靠传输。 采用频率方式进行的电缆通讯较为可靠，并具有较高的电缆适应能力，但其传 输速率有限，难以满足高速数据传输需求。而且由于井下条件限制，对调制解 调器有体积小、功耗低、耐高温(150℃以上)及抗震性高等要求。市场上尚无 耐高温性超过150℃的成品通讯集成电路，而依据现有信号通讯方式采用散件自 制调制解调器，电路过于复杂，元件应用较多，不能满足油田应用要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于,提供一种用于井下单芯长电缆通讯的数 据传输方法，传输效率高、可靠性强，而且应用其的调制解调器体积小、功耗 低、性能稳定、维修方便。

因此，本发明的技术方案如下：

一种用于井下单芯长电缆通讯的数据传输方法，采用的编码规则为，将利 用8个不同的频率分为A、B两组对数据进行编码，每组4个，A组中的一个频 率与B组中的一个频率组合代表一个特定代码，共形成包括0～9、小数点、奇 数验证码、偶数验证码、频率超范围的负值符号、启停控制指令和备用码的共 16个代码；

传输数据时，首先发送一个特定的波形作为信号的同步起始码，然后根据 编码规则发送代码，每个代码由两个与所述编码规则对应的频率段组成，每个 频率段均包括数量相同的多个周期的波形。

在该技术方案中，能够实现远距离井下单芯电缆的高速、高可靠性通讯， 应用该方法设计能够大大简化电路设计，应用该技术的调制解调器具有体积小、 功耗低、性能稳定、维修方便等优势，且避免了采用通讯专用集成电路不耐高 温电路难以设计的技术难题；该方法有效解决了油田中采用单芯铠装电缆进行 通讯的井下仪器与电缆不适应的问题，提高了信号传输的速度和可靠性，传输 速度足以满足目前行业需要的大多数测井仪器的通信需求，通信性能稳定，适 应性较强，免去了施工作业前电缆与仪器进行配接调试的步骤。

在该技术方案中，采用自适应盲均衡的电路设计方法，使用专门的调制解 调器进行井下仪器与地面的通讯，调制解调器采用频率调制与双音多频DTMF格 式相结合的新型“类DTMF”信号格式，“解决了通讯速度较低、电缆适应能力和 可靠性较差的问题。

在数据传输中，由于存在信号干扰，所以每个频率段均包括多个周期可以 有效地抵抗干扰，但是每个频率段中包括太多的周期又会影响数据的传输速率。 根据实践经验总结，每个频率段包括的波形的周期数量采用5～10个，既可以 保证传输数据的可靠性，又可以保证满足实际需要的传输速率。

所述8个频率的数值均介于10000Hz和12000Hz之间，既可以保证数据的 传输速度，又能够满足井下测试的数据准确度的需要。

所述的特定波形可以为一个周期预设频率的方波波形，例如采用一个周期 的1000Hz的方波作为信号的同步起始码。

附图说明

图1是根据本发明实施例的用于井下单芯长电缆通讯的数据传输方法中编 码规则的示意图；

图2是根据本发明实施例的用于井下单芯长电缆通讯的数据传输方法产生 的信号格式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。需要说明的是， 在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

根据本发明的实施例的用于井下单芯长电缆通讯的数据传输方法，采用的 编码规则为，将利用8个不同的频率分为A、B两组对数据进行编码，每组4个， A组中的一个频率与B组中的一个频率组合代表一个特定代码，共形成包括0～ 9、小数点、奇数验证码、偶数验证码、频率超范围的负值符号、启停控制指令 和备用码的共16个代码；

传输数据时，首先发送一个特定的波形作为信号的同步起始码，然后根据 编码规则发送代码，每个代码由两个与所述编码规则对应的频率段组成，每个 频率段均包括数量相同的多个周期的波形。

其中，同步起始码对应的波形其频率应当与编码规则中的8个频率不同， 以避免发生冲突，这是本领域技术人员所公知的常识，不再赘述；启停控制指 令是指向数据发送端发送该指令以控制数据发送的启动与停止，备用代码留作 备用。

编码规则具体可以如图1中所示，8个不同频率组合形成16个代码，使用 不同频率组合代表0-9十个数字，符号“*”代表小数点，A代表奇数验证码，B 代表偶数验证码，C代表启停控制指令，D为备用指令，“#”代表数值超出测量 范围的负值符号。以满量程0-10000psi，最大测温范围0-150℃，精度范围小 数点后2位的电子压力计数据传输为例，其信号格式如图2中所示，首先采用 一个周期的1000Hz的方波作为信号的同步起始码，然后每两个频率段代表一个 代码，每个频率段内均包括5个周期的波形。

在该技术方案中，能够实现远距离井下单芯电缆的高速、高可靠性通讯， 应用该方法设计能够大大简化电路设计，应用该技术的调制解调器具有体积小、 功耗低、性能稳定、维修方便等优势，且避免了采用通讯专用集成电路不耐高 温电路难以设计的技术难题；该方法有效解决了油田中采用单芯铠装电缆进行 通讯的井下仪器与电缆不适应的问题，提高了信号传输的速度和可靠性，传输 速度足以满足目前行业需要的大多数测井仪器的通信需求，通信性能稳定，适 应性较强，免去了施工作业前电缆与仪器进行配接调试的步骤。

在该技术方案中，采用自适应盲均衡的电路设计方法，使用专门的调制解 调器进行井下仪器与地面的通讯，调制解调器采用频率调制与双音多频DTMF格 式相结合的新型“类DTMF”信号格式，“解决了通讯速度较低、电缆适应能力和 可靠性较差的问题。

此项技术适用于单芯电缆油气井测试、测井作业中的地面系统与井下工具 的信号传输，能够大大简化现有的井下设备通信电路，缩小调制解调器的体积， 降低其功耗，并解决了现有通讯集成电路难以进行耐高温设计的问题，大大提 高了井下工具的远距离通讯速度、保证了其通讯稳定性和自适应性。其通讯速 度可满足行业所需，除成像测井外的所有测井仪器的通讯要求。免去了复杂的 电缆调试，简化了操作流程，保证了测井结果的准确性和可靠性。此项技术是 目前油田单芯电缆试井、测井高速传输技术的一项突破，将填补国内该类技术 的一项空白，具有乐观的推广使用前景。

在数据传输中，由于存在信号干扰，所以每个频率段均包括多个周期可以 有效地抵抗干扰，但是每个频率段中包括太多的周期又会影响数据的传输速率。 根据实践经验总结，每个频率段包括的波形的周期数量采用5～10个，既可以 保证传输数据的可靠性，又可以保证满足实际需要的传输速率。

另外，所述8个频率的大小会影响数据的传输速率和准确度，频率越小准 确性越高但是速度越慢，频率越高速度越快但是准确度降低，经过实践检验， 采用10000～12000Hz的频率段最佳，既可以保证数据的传输速度，又能够满足 井下测试的数据准确度的需要，根据统计采用图1中所示实施例的频率段误码 率低至10-6。

所述的特定波形可以为一个周期预设频率的方波波形，例如如图2中所示 采用一个周期的1000Hz的方波作为信号的同步起始码。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员 可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这种实施例都包括在 本发明的范围之内。