CN102979512B - 一种获取测井电缆传输特性的黑箱分析方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种获取测井电缆传输特性的黑箱分析方法及装置，所述获取测井电缆传输特性的黑箱分析方法包括：获取样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗；根据所述样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，计算并获取所述样本测井电缆的电气特性转移参数；获取长距离测井电缆与所述样本测井电缆的等效长度关系；根据所述样本测井电缆的电气特性转移参数，及所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的长度关系，计算并获取所述长距离测井电缆的电气特性转移参数。本发明实施例达到了如下的技术效果：提供了一种较为实用、方便、准确的测井电缆传输特性预估的实现方案。

Description

一种获取测井电缆传输特性的黑箱分析方法及装置

技术领域

本发明涉及测井技术领域，尤其涉及一种获取测井电缆传输特性的黑箱分析方法及装置。

背景技术

随着现代钻井技术的发展，连续油管钻井（CTD）技术已日益广泛地应用于再钻井和多分支井的钻井中。在连续油管的钻井过程中，要对井斜方位角、工具面角等定向参数和地质参数进行实时监测，以便及时了解底部钻具组合的当前状态与底层信息，保证钻头能够在目标层中穿行。随着现代随钻技术的发展，测量参数不断增多，这就要求携带大数据量的随钻测量数据必须快速、稳定、实时的传递到地面系统。

随钻测量数据传输的方式主要分为无线传输和有线传输两大类。无线传输的通信线路构成的成本低、结构简单、使用方便，但数据传输的速率低，抗干扰能力弱，无法实现大宽带的信号传输；有线传输的测井技术发展起步较早，技术相对稳定，应用范围广，传输速率快；由于连续油管钻井工艺采用了无接头、易弯曲的连续油管连接地面控制设备与底部钻具结合，因此可以考虑采用传输速率较高、抗拉伸能力较强的电缆信号传输系统。

测井电缆作为井底仪器和地面控制系统通信最常用的手段，在测井作业中测井电缆的长度一般为3000-7000米，常用的测井电缆主要有七芯电缆、四芯电缆和单芯电缆，测井电缆一般外加铠装保护，从钻柱内部深入井下与井下随钻测量仪器连接，使用测井电缆作为数据传输信道的优点是数据在电缆上的传输速率高，而且可以实现全双工通信，同时还能解决井下仪器设备的供电问题，目前很多国外成熟的测井系统采用的就是七芯电缆传输方式。测井电缆的电气性能是电缆传输信道的主要特性，其性能的优劣直接影响了传输信号的接收质量。为提高信号传输速率，要求测井电缆能提供足够宽的信号带宽。七芯电缆作为信息传输媒介，其电磁特性是相当差的。当其中一根缆芯加有信号，在其余缆芯上都要出现感应信号，其幅度、极性和相位各不相同，而电缆固有的分布参数也会造成高速信号传输产生的信号畸变。

经典的数据传输电缆建模采用传输线模型进行分析，传输线模型具有分布参数特性，将均匀传输线假定由许多个尺寸极小的集总参数短节级联来逼近和模拟具有分布参数的真实传输线，其中每一短节的参数包括单位长度电缆上的衰减电阻R₀(Ω/m)、缆芯旋转缠绕产生的电感L₀(H/m)、两平行芯线电容C₀(F/m)和两芯线间的泄漏电导G₀(S/m)，且将电缆传输线视为均匀传输线，即沿线的原参数处处相等。设想均匀电缆传输线是由一系列集总元件构成，有许多无穷小的长度元dx组成，每一长度元dx具有电阻R₀dx和电感L₀dx，而两导线间具有电容C₀dx和电导G₀dx，从而得到终端电压和电流的传输线方程，根据边界条件，由该方程可以求得电压和电流的分布情况。

传输线经典解法在实际应用中有较大的难度，这主要表现在单位长度的电缆参数R₀、L₀、C₀和G₀不易测量。现在一般的方法是选取一定长度电缆，分别测量终端开路与短路时的输入阻抗，通过公式求得电缆的原参数。但是，现有技术的测井电缆传输特性预估方法不实用、不方便。

发明内容

本发明实施例提供一种获取测井电缆传输特性的黑箱分析方法及装置，以提供一种较为实用、方便、准确的测井电缆传输特性预估的实现方案。

一方面，本发明实施例提供了一种获取测井电缆传输特性的黑箱分析方法，所述获取测井电缆传输特性的黑箱分析方法包括：

获取样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗；

根据所述样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，计算并获取所述样本测井电缆的电气特性转移参数；

获取长距离测井电缆与所述样本测井电缆的等效长度关系；

根据所述样本测井电缆的电气特性转移参数，及所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的长度关系，计算并获取所述长距离测井电缆的电气特性转移参数。

可选的，在本发明一实施例中，所述获取样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，包括：利用电压、电流测量仪器，获取样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗。

可选的，在本发明一实施例中，所述根据所述样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，根据如下公式，计算并获取所述样本测井电缆的电气特性转移参数：

$\left.\begin{array}{cc}{A}_{11}=\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}& A_{12}=Z_s\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}\\ A_{21}=\frac{1}{\sqrt{Z_o(Z_o-Z_s)}}& A_{22}=\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}\end{array}\right\},$

其中，所述样本测井电缆的开路阻抗为Z_o，短路阻抗为Z_s；A₁₁是两个电压的比值，是一个无量纲的量；A₁₂是短路转移阻抗；A₂₁是开路转移导纳；A₂₂是两个电流的比值，也是个无量纲的量。

可选的，在本发明一实施例中，所述获取长距离测井电缆与所述样本测井电缆的等效长度关系，包括：将所述长距离测井电缆视为数段等效长度的所述样本测井电缆串联链接而成，从而获取所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的等效长度关系。

可选的，在本发明一实施例中，所述根据所述样本测井电缆的电气特性转移参数，及所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的长度关系，计算并获取所述长距离测井电缆的电气特性转移参数，包括：根据所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的长度关系，将数段等效长度的所述样本测井电缆的电气特性转移参数矩阵进行级联相乘，以计算并获取所述长距离测井电缆的电气特性转移参数。

另一方面，本发明实施例提供了一种获取测井电缆传输特性的黑箱分析装置，所述获取测井电缆传输特性的黑箱分析装置包括：

获取单元，用于获取样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，并获取长距离测井电缆与所述样本测井电缆的等效长度关系；

计算单元，用于根据所述样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，计算并获取所述样本测井电缆的电气特性转移参数；根据所述样本测井电缆的电气特性转移参数，及所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的长度关系，计算并获取所述长距离测井电缆的电气特性转移参数。

可选的，在本发明一实施例中，所述获取单元，进一步用于利用电压、电流测量仪器，获取样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗。

可选的，在本发明一实施例中，所述计算单元，进一步用于根据所述样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，根据如下公式，计算并获取所述样本测井电缆的电气特性转移参数：

$\left.\begin{array}{cc}{A}_{11}=\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}& A_{12}=Z_s\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}\\ A_{21}=\frac{1}{\sqrt{Z_o(Z_o-Z_s)}}& A_{22}=\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}\end{array}\right\},$

其中，所述样本测井电缆的开路阻抗为Z_o，短路阻抗为Z_s；A₁₁是两个电压的比值，是一个无量纲的量；A₁₂是短路转移阻抗；A₂₁是开路转移导纳；A₂₂是两个电流的比值，也是个无量纲的量。

可选的，在本发明一实施例中，所述获取单元，进一步用于将所述长距离测井电缆视为数段等效长度的所述样本测井电缆串联链接而成，从而获取所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的等效长度关系。

可选的，在本发明一实施例中，所述计算单元，进一步用于根据所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的长度关系，将数段等效长度的所述样本测井电缆的电气特性转移参数矩阵进行级联相乘，以计算并获取所述长距离测井电缆的电气特性转移参数。

上述技术方案具有如下有益效果：因为采用获取样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗；根据所述样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，计算并获取所述样本测井电缆的电气特性转移参数；获取长距离测井电缆与所述样本测井电缆的等效长度关系；根据所述样本测井电缆的电气特性转移参数，及所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的长度关系，计算并获取所述长距离测井电缆的电气特性转移参数的技术手段，所以达到了如下的技术效果：提供了一种较为实用、方便、准确的测井电缆传输特性预估的实现方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种获取测井电缆传输特性的黑箱分析方法流程图；

图2为本发明实施例一种获取测井电缆传输特性的黑箱分析装置结构示意图；

图3为本发明应用实例样本测井传输电缆等网络传输结构示意图；

图4为本发明应用实例两段样本数据传输电缆串联链接结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明实施例一种获取测井电缆传输特性的黑箱分析方法流程图，所述获取测井电缆传输特性的黑箱分析方法包括：

101、获取样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗；

102、根据所述样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，计算并获取所述样本测井电缆的电气特性转移参数；

103、获取长距离测井电缆与所述样本测井电缆的等效长度关系；

104、根据所述样本测井电缆的电气特性转移参数，及所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的长度关系，计算并获取所述长距离测井电缆的电气特性转移参数。

可选的，在本发明一实施例中，所述获取样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，包括：利用电压、电流测量仪器，获取样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗。

可选的，在本发明一实施例中，所述根据所述样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，根据如下公式，计算并获取所述样本测井电缆的电气特性转移参数：

$\left.\begin{array}{cc}{A}_{11}=\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}& A_{12}=Z_s\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}\\ A_{21}=\frac{1}{\sqrt{Z_o(Z_o-Z_s)}}& A_{22}=\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}\end{array}\right\},$

其中，所述样本测井电缆的开路阻抗为Z_o，短路阻抗为Z_s；A₁₁是两个电压的比值，是一个无量纲的量；A₁₂是短路转移阻抗；A₂₁是开路转移导纳；A₂₂是两个电流的比值，也是个无量纲的量。

可选的，在本发明一实施例中，所述获取长距离测井电缆与所述样本测井电缆的等效长度关系，包括：将所述长距离测井电缆视为数段等效长度的所述样本测井电缆串联链接而成，从而获取所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的等效长度关系。

可选的，在本发明一实施例中，所述根据所述样本测井电缆的电气特性转移参数，及所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的长度关系，计算并获取所述长距离测井电缆的电气特性转移参数，包括：根据所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的长度关系，将数段等效长度的所述样本测井电缆的电气特性转移参数矩阵进行级联相乘，以计算并获取所述长距离测井电缆的电气特性转移参数。

对应于上述方法实施例，如图2所示，为本发明实施例一种获取测井电缆传输特性的黑箱分析装置结构示意图，所述获取测井电缆传输特性的黑箱分析装置包括：

获取单元21，用于获取样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，并获取长距离测井电缆与所述样本测井电缆的等效长度关系；

计算单元22，用于根据所述样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，计算并获取所述样本测井电缆的电气特性转移参数；根据所述样本测井电缆的电气特性转移参数，及所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的长度关系，计算并获取所述长距离测井电缆的电气特性转移参数。

可选的，在本发明一实施例中，所述获取单元21，进一步用于利用电压、电流测量仪器，获取样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗。

可选的，在本发明一实施例中，所述计算单元22，进一步用于根据所述样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，根据如下公式，计算并获取所述样本测井电缆的电气特性转移参数：

$\left.\begin{array}{cc}{A}_{11}=\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}& A_{12}=Z_s\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}\\ A_{21}=\frac{1}{\sqrt{Z_o(Z_o-Z_s)}}& A_{22}=\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}\end{array}\right\},$

其中，所述样本测井电缆的开路阻抗为Z_o，短路阻抗为Z_s；A₁₁是两个电压的比值，是一个无量纲的量；A₁₂是短路转移阻抗；A₂₁是开路转移导纳；A₂₂是两个电流的比值，也是个无量纲的量。

可选的，在本发明一实施例中，所述获取单元21，进一步用于将所述长距离测井电缆视为数段等效长度的所述样本测井电缆串联链接而成，从而获取所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的等效长度关系。

可选的，在本发明一实施例中，所述计算单元22，进一步用于根据所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的长度关系，将数段等效长度的所述样本测井电缆的电气特性转移参数矩阵进行级联相乘，以计算并获取所述长距离测井电缆的电气特性转移参数。

本发明实施例上述技术方案具有如下有益效果：因为采用获取样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗；根据所述样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，计算并获取所述样本测井电缆的电气特性转移参数；获取长距离测井电缆与所述样本测井电缆的等效长度关系；根据所述样本测井电缆的电气特性转移参数，及所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的长度关系，计算并获取所述长距离测井电缆的电气特性转移参数的技术手段，所以达到了如下的技术效果：提供了一种较为实用、方便、准确的测井电缆传输特性预估的实现方案。

以下举应用实例进行详细说明：

本发明应用实例黑箱分析只需要通过外部观测和试验去认识其功能和特性的系统，不必纠结于其内部实际或等效结构。把外部对黑箱的影响称为黑箱的输入，把黑箱对外部的反应称为黑箱的输出；等效电路是指同一个电路的不同表示方法。当电路中某一部分用其等效电路代替之后，未被代替的部分电压和电流均不发生变化，也就是说电压和电流不变的部分只是等效部分以外的电路；开路阻抗定义为传输负载端开路时激励端看进去的输入阻抗；短路阻抗定义为传输负载端短路时激励端看进去的输入阻抗。

本发明应用实例提供一种利用样本测井电缆进行长距离测井电缆传输特性的分析方法，以提供一种较为实用、方便、准确的测井电缆传输特性预估的实现方案，具体方法如下：

在分析测井传输电缆的传输特性时，仅对电流、电压之间的关系感兴趣，对于传输电缆的内部构造，阻抗等等效电路并不是必须的。本发明应用实例假定测井数据传输电缆为无源、线性的传输网络，对于选取的某一段样本电缆，其流入电流等于流出电流，不失一般性，在分析中按正弦电流电路的稳态情况考虑，假定把电压和看作是外加的电压源，对这个电路写出回路电流方程。如图3所示，为本发明应用实例样本测井传输电缆等网络传输结构示意图；取回路1、2，则第一和第二回路电流恰好就是和所得的一组回路电流方程的右边除了第一和第二回路外都应等于零，而第一和第二回路方程的右边则分别为和这组方程将是（设独立回路数是l）：…………………

$Z_{11}{\stackrel{\·}{I}}_1+Z_{12}{\stackrel{\·}{I}}_2+...+Z_{1l}{\stackrel{\·}{I}}_l={\stackrel{\·}{U}}_1$

$Z_{21}{\stackrel{\·}{I}}_1+Z_{22}{\stackrel{\·}{I}}_2+...+Z_{2l}{\stackrel{\·}{I}}_l={\stackrel{\·}{U}}_2---\left(1\right)$

$Z_{l1}{\stackrel{\·}{I}}_1+Z_{l2}{\stackrel{\·}{I}}_2+...+Z_{\mathrm{ll}}{\stackrel{\·}{I}}_l=0$

由上式解出

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_1=\frac{{\mathrm{\Δ}}_{11}}{\mathrm{\Δ}}{\stackrel{\·}{U}}_1+\frac{{\mathrm{\Δ}}_{21}}{\mathrm{\Δ}}{\stackrel{\·}{U}}_2=Y_{11}{\stackrel{\·}{U}}_1+Y_{12}{\stackrel{\·}{U}}_2\\ {\stackrel{\·}{I}}_2=\frac{{\mathrm{\Δ}}_{12}}{\mathrm{\Δ}}{\stackrel{\·}{U}}_1+\frac{{\mathrm{\Δ}}_{22}}{\mathrm{\Δ}}{\stackrel{\·}{U}}_2=Y_{21}{\stackrel{\·}{U}}_1+Y_{22}{\stackrel{\·}{U}}_2\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中Y₁₁、Y₁₂、Y₂₁、Y₂₂只与数据传输电缆内部等效小段的参数及其结构有关，为电缆的Y参数，属于复导纳性质，而这些参数与结构又决定于构成这些回路的各支路复阻抗。

根据（2）式，本发明应用实例可以得到

$Y_{11}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_1}{{\stackrel{\·}{U}}_1}{|}_{{\stackrel{\·}{U}}_2=0}$ $Y_{12}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_1}{{\stackrel{\·}{U}}_2}{|}_{{\stackrel{\·}{U}}_1=0}$ $Y_{21}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_2}{{\stackrel{\·}{U}}_1}{|}_{{\stackrel{\·}{U}}_2=0}$ $Y_{22}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_2}{{\stackrel{\·}{U}}_2}{|}_{{\stackrel{\·}{U}}_1=0}$

Y₁₁表示2-2’短接时在1-1’处的输入导纳或入端导纳，Y₁₂表示1-1’短接时在2-2’处的转移导纳，Y₂₁表示2-2’短接时在1-1’处的转移导纳，Y₂₂表示1-1’短接时在2-2’处的入端导纳；通过推到过程易得将和互换，对于推导结果中的Y参数无影响，即Y₁₂=Y₂₁；对于测井数据传输电缆的传输网络模型，从任一端口看去，其电气特性是一样的，因而可将测井电缆视为电气上对称的，可知Y₁₁=Y₂₂。

将（2）式写成矩阵形式，有

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_1\\ {\stackrel{\·}{I}}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{Y}_{11}& Y_{12}\\ Y_{21}& Y_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_1\\ {\stackrel{\·}{U}}_2\end{array}\right]---\left(3\right)$

同理可推导出传输网路的Z参数方程组，在此不再重复，如下：

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_1\\ {\stackrel{\·}{U}}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{Z}_{11}& Z_{12}\\ Z_{21}& Z_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_1\\ {\stackrel{\·}{I}}_2\end{array}\right]---\left(4\right)$

通过比较公式（3）与公式（4）可知，Y参数矩阵与Z参数矩阵互逆，其中， $Z_{11}=\frac{Y_{22}}{\mathrm{\ΔY}},$ $Z_{12}=-\frac{Y_{12}}{\mathrm{\ΔY}},$ $Z_{21}=-\frac{Y_{21}}{\mathrm{\ΔY}},$ $Z_{22}=\frac{Y_{11}}{\mathrm{\ΔY}},$ ΔY＝Y₁₁Y₂₂-Y₁₂Y₁₁；Z₁₁表示2-2’开路时在1-1’处的输入阻抗或称为入端阻抗，Z₁₂表示1-1’开路时在2-2’处的转移阻抗，Z₂₁表示2-2’开路时在1-1’处的转移阻抗，Z₂₂表示1-1’开路时在2-2’处的入端阻抗，其中Z₁₁=Z₂₂，Z₂₁=Z₁₂。由（3）、（4）式可知，对一段数据传输电缆，如果知道了其中一组参数，那么，其他的参数也可以通过计算得到。

上述为经典的网络参数方程，在实际设计计算中，有时只能够根据样本电缆去测得有限长电缆的电气特性，根据样本电缆得到的电气特性，本发明应用实例希望给出整条电缆的电气特性。因此，在本发明中引入数据传输电缆的A参数，A参数是根据一个端口的电压与电流关系去描述另一个端口电压与电流的特性参数。这就是根据已知的这一端的电流和电压和去求电缆那一端和电流和电压的问题。将（2）式的第二式化为

${\stackrel{\·}{U}}_1=-\frac{Y_{22}}{Y_{21}}{\stackrel{\·}{U}}_2+\frac{1}{Y_{21}}{\stackrel{\·}{I}}_2$

然后把它代入（2）式中的第一式，经整理有

${\stackrel{\·}{I}}_1=(Y_{12}-\frac{Y_{11}{Y}_{22}}{Y_{21}}){\stackrel{\·}{U}}_2+\frac{Y_{11}}{Y_{21}}{\stackrel{\·}{I}}_2$

把以上二式改写成如下形式：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_1=A_{11}{\stackrel{\·}{U}}_2-A_{12}{\stackrel{\·}{I}}_2\\ {\stackrel{\·}{I}}_1=A_{21}{\stackrel{\·}{U}}_2-A_{22}{\stackrel{\·}{I}}_2\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中，

$\left\{\begin{array}{cc}{A}_{11}=-\frac{Y_{22}}{Y_{21}}& A_{12}=-\frac{1}{Y_{21}}\\ A_{21}=Y_{12}-\frac{Y_{11}{Y}_{22}}{Y_{21}}& A_{22}=-\frac{Y_{11}}{Y_{21}}\end{array}\right.---\left(6\right)$

A₁₁、A₁₂、A₂₁、A₂₂称为数据传输电缆的A参数，它们所表示的物理概念可分别用下式说明：

$A_{11}=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{{\stackrel{\·}{U}}_2}{|}_{{\stackrel{\·}{I}}_2=0}$ $A_{12}=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{-{\stackrel{\·}{I}}_2}{|}_{{\stackrel{\·}{U}}_2=0}$

$A_{21}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_1}{{\stackrel{\·}{U}}_2}{|}_{{\stackrel{\·}{I}}_2=0}$ $A_{22}=\frac{{\stackrel{\·}{I}}_1}{-{\stackrel{\·}{I}}_2}{|}_{{\stackrel{\·}{U}}_2=0}$

A₁₁是两个电压的比值，是一个无量纲的量；A₁₂是短路转移阻抗；A₂₁是开路转移导纳；A₂₂是两个电流的比值，也是个无量纲的量。A₁₁、A₁₂、A₂₁、A₂₂都具有转移参数性质，四个参数中只有三个是独立的，因为按式(6)可得

$A_{11}{A}_{22}-A_{12}{A}_{21}=\frac{Y_{11}{Y}_{22}}{{Y_{21}}^2}+\frac{1}{Y_{21}}\frac{Y_{12}{Y}_{21}-Y_{11}-Y_{22}}{Y_{21}}=\frac{Y_{12}}{Y_{21}}=1$

对于数据传输电缆，由于Y₁₁＝Y₂₂，故由式(6)将有A₁₁＝A₂₂。

如果按照Y参数或一般参数所表示的物理概念，用实验方法直接测定这些参数，那么必须同时测出数据传输电缆两端电压、电流的有效值和它们之间的相位差。对于长达数千米的数据传输电缆来说，测定电缆两端的电压和电流的相位差往往不易做到。为此，引入数据传输电缆开路阻抗、短路阻抗。根据数据传输电缆的A参数，可以分别写出端口1、2的开路阻抗Z_o和短路阻抗Z_s。

$\left\{\begin{array}{cc}{Z}_{o1}=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{{\stackrel{\·}{I}}_1}{|}_{{\stackrel{\·}{I}}_2=0}=\frac{A_{11}}{A_{21}}& Z_{s1}=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_1}{{\stackrel{\·}{I}}_1}{|}_{{\stackrel{\·}{U}}_2=0}=\frac{A_{12}}{A_{22}}\\ Z_{o2}=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_2}{{\stackrel{\·}{I}}_2}{|}_{{\stackrel{\·}{I}}_1=0}=\frac{A_{22}}{A_{21}}& Z_{s2}=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_2}{{\stackrel{\·}{I}}_2}{|}_{{\stackrel{\·}{U}}_2=0}=\frac{A_{12}}{A_{11}}\end{array}\right.---\left(7\right)$

对数据传输电缆来说，由于其结构上的对称性，有A₁₁＝A₂₂；Z_o1＝Z_o2＝Z_o及Z_s1＝Z_s2＝Z_s。因此，可以根据开路阻抗Z_o和短路阻抗Z_s来求出A参数。

$\left\{\begin{array}{c}\frac{Z_s}{Z_o}=\frac{\frac{A_{12}}{A_{11}}}{\frac{A_{11}}{A_{21}}}=\frac{A_{12}{A}_{21}}{A_{11}^2}\\ A_{11}^2-A_{12}{A}_{21}=1\end{array}\right.$

整理后可得

$\left.\begin{array}{cc}{A}_{11}=\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}& A_{12}=Z_s\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}\\ A_{21}=\frac{1}{\sqrt{Z_o(Z_o-Z_s)}}& A_{22}=\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}\end{array}\right\}---\left(8\right)$

如果测得了样本电缆的开路阻抗Z_o和短路阻抗Z_s，样本电缆的电气特性也就可以掌握了。

本发明应用实例提供了一种由一段样本测井电缆的传输特性预测长距离测井电缆的整体电气传输特性的黑箱方法；下面给出根据样本电缆的电气特性，去估计整条电缆电气特性的方法：

假设样本电缆的电气特性由A参数来表征，那么，现在就是由A参数表达的电气特性如何链接的问题。

当两条电缆Cable₁和Cable₂按链接方式连接后，它们就构成一条复合数据传输电缆，参见图4所示，为本发明应用实例两段样本数据传输电缆串联链接结构示意图。设电缆Cable₁和Cable₂的A参数分别为A’和A”，即

$\left[A^{\′}\right]=\left[\begin{array}{cc}{A^{\′}}_{11}& {A^{\′}}_{12}\\ {A^{\′}}_{21}& {A^{\′}}_{22}\end{array}\right]$ $\left[A^{\′\′}\right]=\left[\begin{array}{cc}{A^{\′\′}}_{21}& {A^{\′\′}}_{12}\\ {A^{\′\′}}_{21}& {A^{\′\′}}_{22}\end{array}\right]$

则应有

$\left[\begin{array}{c}{{\stackrel{\·}{U}}^{\′}}_1\\ {{\stackrel{\·}{I}}^{\′}}_1\end{array}\right]=\left[A^{\′}\right]\left[\begin{array}{c}{{\stackrel{\·}{U}}^{\′}}_2\\ {-{\stackrel{\·}{I}}^{\′}}_2\end{array}\right]$ $\left[\begin{array}{c}{{\stackrel{\·}{U}}^{\′\′}}_1\\ {{\stackrel{\·}{I}}^{\′\′}}_1\end{array}\right]=\left[A^{\′\′}\right]\left[\begin{array}{c}{{\stackrel{\·}{U}}^{\′\′}}_2\\ -{{\stackrel{\·}{I}}^{\′\′}}_2\end{array}\right]$

但由于 ${\stackrel{\·}{U}}_1={{\stackrel{\·}{U}}^{,}}_1,$ ${{\stackrel{\·}{U}}^{,}}_2={{\stackrel{\·}{U}}^{\′\′}}_1,$ ${{\stackrel{\·}{U}}^{\′\′}}_2={\stackrel{\·}{U}}_2,$ ${\stackrel{\·}{I}}_1={{\stackrel{\·}{I}}^{,}}_1,$ ${{\stackrel{\·}{I}}^{,}}_2=-{{\stackrel{\·}{I}}^{\′\′}}_1$ 及 ${{\stackrel{\·}{I}}^{\′\′}}_2={\stackrel{\·}{I}}_2,$ 所以有

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_1\\ {\stackrel{\·}{I}}_1\end{array}\right]=\left[A^{\′}\right]\left[A^{\′\′}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_2\\ -{\stackrel{\·}{I}}_2\end{array}\right]=\left[A\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_2\\ -{\stackrel{\·}{I}}_2\end{array}\right]$

其中[A]为链接数据传输电缆的A参数矩阵，有

$\left[A\right]=\left[A^{\′}\right]\left[A^{\′\′}\right]=\left[\begin{array}{cc}{A^{\′}}_{11}{A^{\′\′}}_{11}+{A^{\′}}_{12}{A^{\′\′}}_{21}& {A^{\′}}_{11}{A^{\′\′}}_{12}+{A^{\′}}_{12}{A^{\′\′}}_{22}\\ {A^{\′}}_{21}{A^{\′\′}}_{11}+{A^{\′}}_{22}{A^{\′\′}}_{21}& {A^{\′}}_{21}{A^{\′\′}}_{12}+{A^{\′}}_{22}{A^{\′\′}}_{22}\end{array}\right]---\left(9\right)$

重复以上过程，就可以根据样本电缆的电气特性去估计整条数据传输电缆的电气特性。

本发明实施例提供一种预估测井电缆传输特性的黑箱分析方法，通过分析样本电缆的传输特性预估长距离测井数据传输电缆的传输特性，所述测井电缆传输特性分析方法包括：使用必要的电压、电流测量装备，通过计算获得样本电缆的开路阻抗与短路阻抗；使用本发明应用实例的推导公式，得到样本数据传输电缆的传输特性转移参数；将长距离测井数据传输电缆等效为数段样本电缆串联链接而成，长距离测井电缆的传输特性转移参数视为数段样本电缆的参数矩阵的级联相乘所得。本发明应用实例提供了一种简单可行、计算方便的电缆传输特性估算方法，不再需要纠结于电缆的具体构造，避免了等效电路级联造成的大数据量复杂运算。上述技术方案具有如下有益效果：在测井仪器的传输方案设计中，需要了解测井传输电缆的电气传输特性，以便于选择最优的滤波方案和信号补偿方案，以确保数据的准确传输，但是在研发阶段，提供实际应用中的长距离传输电缆以测试电气特性是较为困难的，通常能够得到的是样本电缆，本发明应用实例通过对样本电缆的电气特性的分析，来预测实际长距离测井电缆的电气传输特性，提供一种行之有效的方法；传输线经典解法在实际应用中有较大的难度，这主要表现在单位长度的电缆单位长度的参数R₀、L₀、C₀和G₀不易测量，本发明应用实例提供的黑箱分析方法分析测井电缆的特性，不再纠结于测井电缆具体结构的束缚，较之经典方程组解法，更为简单、可行。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块（illustrativelogical block），单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性（interchangeability），上述的各种说明性部件（illustrativecomponents），单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路（ASIC），现场可编程门阵列（FPGA）或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线（DSL）或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片（disk）和磁盘（disc）包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种获取测井电缆传输特性的黑箱分析方法，其特征在于，所述获取测井电缆传输特性的黑箱分析方法包括：

获取样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗；

根据所述样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，计算并获取所述样本测井电缆的电气特性转移参数；

获取长距离测井电缆与所述样本测井电缆的等效长度关系；

根据所述样本测井电缆的电气特性转移参数，及所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的长度关系，计算并获取所述长距离测井电缆的电气特性转移参数；

所述获取样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，包括：

利用电压、电流测量仪器，获取样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗；

所述根据所述样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，根据如下公式，计算并获取所述样本测井电缆的电气特性转移参数：

$\left.\begin{array}{cc}{A}_{11}=\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}& A_{12}=Z_s\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}\\ A_{21}=\frac{1}{\sqrt{Z_o(Z_o-Z_s)}}& A_{22}=\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}\end{array}\right\},$

其中，所述样本测井电缆的开路阻抗为Z_o，短路阻抗为Z_s；A₁₁是两个电压的比值，是一个无量纲的量；A₁₂是短路转移阻抗；A₂₁是开路转移导纳；A₂₂是两个电流的比值，也是个无量纲的量；

所述获取长距离测井电缆与所述样本测井电缆的等效长度关系，包括：

将所述长距离测井电缆视为数段等效长度的所述样本测井电缆串联链接而成，从而获取所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的等效长度关系；所述根据所述样本测井电缆的电气特性转移参数，及所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的长度关系，计算并获取所述长距离测井电缆的电气特性转移参数，包括：

根据所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的长度关系，将数段等效长度的所述样本测井电缆的电气特性转移参数矩阵进行级联相乘，以计算并获取所述长距离测井电缆的电气特性转移参数。

2.一种获取测井电缆传输特性的黑箱分析装置，其特征在于，所述获取测井电缆传输特性的黑箱分析装置包括：

获取单元，用于获取样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，并获取长距离测井电缆与所述样本测井电缆的等效长度关系；

计算单元，用于根据所述样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，计算并获取所述样本测井电缆的电气特性转移参数；根据所述样本测井电缆的电气特性转移参数，及所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的长度关系，计算并获取所述长距离测井电缆的电气特性转移参数；

所述获取单元，进一步用于利用电压、电流测量仪器，获取样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗；

所述计算单元，进一步用于根据所述样本测井电缆的开路阻抗与短路阻抗，根据如下公式，计算并获取所述样本测井电缆的电气特性转移参数：

$\left.\begin{array}{cc}{A}_{11}=\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}& A_{12}=Z_s\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}\\ A_{21}=\frac{1}{\sqrt{Z_o(Z_o-Z_s)}}& A_{22}=\sqrt{\frac{Z_o}{Z_o-Z_s}}\end{array}\right\},$

其中，所述样本测井电缆的开路阻抗为Z_o，短路阻抗为Z_s；A₁₁是两个电压的比值，是一个无量纲的量；A₁₂是短路转移阻抗；A₂₁是开路转移导纳；A₂₂是两个电流的比值，也是个无量纲的量；

所述获取单元，进一步用于将所述长距离测井电缆视为数段等效长度的所述样本测井电缆串联链接而成，从而获取所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的等效长度关系；

所述计算单元，进一步用于根据所述长距离测井电缆与所述样本测井电缆的长度关系，将数段等效长度的所述样本测井电缆的电气特性转移参数矩阵进行级联相乘，以计算并获取所述长距离测井电缆的电气特性转移参数。