CN104121015B - 挂接井下测井仪器的方法以及测井地面系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挂接井下测井仪器的方法，包括：配置步骤，根据所要挂接的井下测井仪器的测井模式对用于传输信号的电路进行配置，形成与所述测井模式对应的通路；设置步骤，将关于所述井下测井仪器的编解码协议设置在可配置模块中，所述可配置模块根据所述编解码协议对通过所述通路的来自所述井下测井仪器发送的测井信号进行处理。本发明通过根据当前井下测井仪器的服务表，配置用于传输信号的通路，以及将该井下测井仪器的编解码协议设置在可配置模块中，使得在不改变当前测井地面系统的前提下，通过更改硬件电路的配置，自动适应不同协议的井下仪器，达到使用一套测井地面系统就可挂接多种不同测井仪器的目的。

Description

挂接井下测井仪器的方法以及测井地面系统

技术领域

本发明涉及石油测井技术领域，尤其涉及一种挂接井下测井仪器的方法以及测井地面系统。

背景技术

我国的石油测井技术起步相对世界发达国家较晚，通过走引进、消化、吸收和仿制的技术路线，并经过多年的积极探索，已取得了明显进步和发展。

20世纪90年代相继推出了自主研发的多种型号的数控测井系统，如仿斯伦贝谢CSU-D的中船环鼎公司研发的HH520、HH2530，仿阿特拉斯CLS3700的中电22所研发的SDZ3000、中石化胜利测井公司研发的SL3000等。进入21世纪以来，国内相继推出了一批新型先进的数控测井系统装备，例如中石油中油测井的EILOG、长城钻探的LEAP80，中石化胜利伟业的SL6000，中海油ELIS，中船环鼎的HH2530，中电22所的SDZ5000等。中国石化前期引进的多种制式成像测井系统，如贝克休斯ECLIPS-5700成像测井系统和哈里伯顿EXCELL-2000成像测井系统等，各自成体系、互不兼容、各具特点、优劣并存，因此为了获取高质量、满足地质评价目标需要的完整的测井资料，常常一口重点井需要采用两套或两套以上不同成像测井装备才能采集质高齐全的资料，造成测井周期长、成本增加。为适应油田复杂勘探开发条件下对测井技术的新要求，国内各家测井仪器生产商正在大幅度增加对测井仪器的自主研发投入，利用先进的科学技术手段，加紧研制兼容性更强、可靠性更高、配套性更完备的成套成像测井装备。

目前已有的相关专利申请记载如下：

专利申请CN201110149784.0提供了一种用于随钻测量系统数据报报文封装的方法，尤其是提供了将石油随钻测量系统井下测量的参数封装成数据报的一种方法。主要通过：①对数据报进行编号，确定具体类型的数据报；②对数据域进行定界，主要规则是根据各参数域的长度计算“数据域定界”字段的值和③对数据报进行分类，将数据报分为随钻测量参数、数据传输模式、Huffman编码数据报三个步骤来实现，用于石油钻井、测井、录井等随钻测量系统中进行报文的封装，实现了灵活、通用、高效的数据传输协议。

国外各测井公司测井数据传输方面都有其独特的方式，如专利US4592033、US6956370、US7782460、US20030074139和US20110209402等所记载。

但是上述现有技术仅针对某一种测井数据传输协议提高传输速率或进行数据编解码进行分析，未揭露如何针对不同测井数据传输协议的挂接方法。

因此，亟需一种方案来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种能够针对不同测井模式挂接不同测井仪器的挂接井下测井仪器的方法以及测井地面系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种挂接井下测井仪器的方法，包括：配置步骤，根据所要挂接的井下测井仪器的测井模式对用于传输信号的电路进行配置，形成与所述测井模式对应的通路；设置步骤，将关于所述井下测井仪器的编解码协议设置在可配置模块中，所述可配置模块根据所述编解码协议对通过所述通路的来自所述井下测井仪器发送的测井信号进行处理。

在一个实施例中，在所述配置步骤中，加载所述井下测井仪器的服务表，根据所述服务表中的测井模式对所述电路进行配置，将传输的电信号和数据信号切换到配置后的通路中。

在一个实施例中，在所述设置步骤中，进一步包括，根据所述服务表调用相应的编解码协议，将所述编解码协议设置在所述可配置模块中。

在一个实施例中，所述编解码协议包括，关于不同频率特征曼彻斯特码的通信传输协议、关于加载第三方调制的曼彻斯特编码或脉冲的通信传输协议、关于微分形式或源码形式的曼彻斯特码的通信传输协议、关于模拟的通信传输协议和/或关于模拟低频ADSL宽带及其正交调制的通讯传输协议。

在一个实施例中，所述测井模式包括：关于WTS总线协议的测井模式、关于DITS总线协议的测井模式、关于1C单芯的测井模式和关于ADSL的测井模式。

根据本发明另一方面，还提供了一种测井地面系统，包括：

存储器，其存储关于各种井下测井仪器的编解码协议；

上位机，其选择与所要挂接的井下测井仪器对应的服务表，加载所述服务表并发送与所述服务表相关的指令；

下位机嵌入式子系统，其根据接收到的来自所述上位机的指令，根据所述服务表中的测井模式对电路进行配置，形成与所述测井模式对应的通路；以及根据所述服务表从所述存储器中调用相应的编解码协议，将所述编解码协议设置在可配置模块中；

所述电路，其用于实现所述测井地面系统和所述井下测井仪器之间的信号传输；

所述可配置模块，其根据设置在其内部的所述编解码协议对通过所述通路的来自所述井下测井仪器发送的测井信号进行处理。

在一个实施例中，所述电路包括线控单元，所述下位机嵌入式子系统对所述线控单元中的转换开关和继电器阵列进行配置，实现不同测井模式的电缆供电和对井下测井仪器上传的测井信号的获取。

在一个实施例中，所述可配置模块对不同井下测井仪器上传的测井信号进行硬件程控预处理，然后对处理后的测井信号进行A/D转换，将转换后的信号分离并还原为多路脉冲逻辑信号，再对所述多路脉冲逻辑信号进行解码。

在一个实施例中，所述可配置模块包括FPGA和DSP。

在一个实施例中，所述测井模式包括：关于WTS总线协议的测井模式、关于DITS总线协议的测井模式、关于1C单芯的测井模式和关于ADSL的测井模式。

在一个实施例中，所述上位机还根据服务表对井下测井仪器的各仪器参数进行工程刻度、深度对齐和/或按照服务表的特定要求绘图和数据存盘。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

本发明提供的测井地面系统，通过根据当前井下测井仪器的服务表，配置用于传输信号的通路，以及将该井下测井仪器的编解码协议设置在可配置模块中，使得在不改变当前测井地面系统的前提下，通过更改硬件电路的配置，自动适应不同协议的井下仪器，达到使用一套测井地面系统就可挂接多种不同特种测井仪器的目的。

另外，根据本发明的上位机选定的服务表，能够动态配置相应测井协议编解码电路。实现了不同协议井下仪器的配接，可以有效的解决测井装备不统一的问题。而且，系统集成于现场，大大缩短测井数据采集时间，降低测井成本，减少工程事故。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一实施例的测井地面系统的结构示意图；

图2是根据本发明一实施例的挂接井下测井仪器的方法的流程示意图；

图3是关于WTS总线协议的电路示意图；

图4是关于DITS总线协议的电路示意图；

图5是根据本发明一示例的测井地面系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明一实施例的测井地面系统的结构示意图，下面参考图1来详细说明本系统的各个组成部分及其功能。

如图1所示，本系统主要包括上位机10、下位机嵌入式子系统20、可配置模块30、全局存储器40和局部存储器50。本实施例中，可配置模块30优选包括可配置的现场可编程门阵列（Field－Programmable Gate Array，简称FPGA）和数字信号处理器（DigitalSignal Processor，简称DSP）。

需要说明的是，本实施例的系统不仅能够实现现有技术中的测井地面系统的功能，还能实现对不同通信传输协议的井下测井仪器进行挂接的功能，下面结合图1和图2详细说明该挂接功能。

上位机10，其选择与所要挂接的井下测井仪器（简称井下仪器）对应的服务表，加载该服务表并通过通讯接口向下位机嵌入式子系统20发送与服务表相关的指令（步骤S210）。

另外，该上位机10还可以实现测井仪器服务表选择、编辑、操作、测井曲线展示存储等功能。其中，服务表是测井方式详细描述的存盘文件，它包括所选择的测井模式、连接向下位机下载数据编解码程序代码的子文件和路径、说明井下仪各参数仪器组串位置、参数数据包地址、数据包中参数数据段长度的数据包组合形式，说明连接各参数工程刻度的刻度文件的名称路径和说明各参数绘图显示的方式和图中位置等。

在本实施例中，将不同测井模式的有关于下位机嵌入式子系统20和可配置模块30的程序代码存储在局部存储器50，该存储器优选为flash非易失存储器。其中，测井模式包括关于WTS总线协议的测井模式、关于DITS总线协议的测井模式、关于1C单芯的测井模式和关于ADSL的测井模式。

在一个实施例中，按照Unilog8000成像测井系统的要求，该flash存储器按功能分为“MODAL/WTS”、“DITS”、“1C单芯”、“INSITE/ADSL”和“扩展备用”五个区块，每个区块可由上位机单独下载，每个区块还包括不同的详细测井模式，如“1C单芯”还包括DDLⅢ类、Sondex类、单芯声波类，过套管电阻率等。

如图3所示，关于WTS总线协议的测井模式包括以下六种：

（1）铠装七芯电缆，定义缆芯位置为在其截面上，缆芯L1、L2、L3、L4、L5、L6均匀分布在铠皮内部的外侧，缆芯L7处在截面的中心位置。

（2）定义缆芯L2和缆芯L5组合为A组，缆芯L3和缆芯L6组合为B组，用M2脉冲信号变压器，向A组和B组两个回路的电缆上下异步并联传输遥传的曼彻斯特编码信号，其中下传频率20.833KHz，上传41.6KHz。

（3）通过M2脉冲变压器输出的A组中心抽头和B组的中心抽头，定义两个抽头再组合为C组，用M5脉冲信号变压器，通过缆芯L25（L2&L5）和L36（L3&L6）接收井下仪上传的曼彻斯特编码信号，信号频率91KHz。

（4）通过C组M5信号变压器的中心抽头和缆芯L7组合，定义为D组，用M7脉冲信号变压器，通过D组电缆上传曼彻斯特编码信号，信号频率91KHz。

（5）缆芯L1和缆芯L4组合，定义为E组，连接交流电源变压器的隔离输出，通过E组缆芯，对井下仪器交流主供电（井下仪器电子线路等用电）。

（6）通过E组交流电源输出的隔离升压变压器的中心抽头和C组M5信号变压器的中心抽头，再组合定义为F组。F组电缆作为井下仪器辅供电回路，可以供第二交流电源或直流电源，为井下仪器开收腿、励磁供电等。

具体地，如图4所示，关于DITS总线协议的测井模式包括以下六种：

（1）铠装七芯电缆，定义缆芯位置为在其截面上，缆芯L1、L2、L3、L4、L5、L6均匀分布在铠皮内部的外侧，缆芯L7处在截面的中心位置。

（2）定义缆芯L1和缆芯L2组合为A组，缆芯L4和缆芯L5组合为B组，缆芯L3和缆芯L6组合为C组。

（3）定义A组和B组的四根电缆，为给井下仪器交流主供电的并联主回路，两个回路相互隔离，分别占用地面电源变压器输出的一半绕组和给井下电源变压器的输入也分别提供一半的绕组电压。两个回路在地面同时接在电源变压器输出上，缆芯L1&L4接变压器同名正端，缆芯L2&L5接变压器同名负端。

（4）用W6/DITS脉冲信号变压器，串连在A、B、C三组六根电缆缆芯中，每根电缆连接变压器的两端，都作为W6变压器的信号输出端，其中，缆芯L1、L3、L5接W6按绕线正同名端接入，缆芯L2、L4、L6接W6按绕线负同名端接入。在脉冲变压器连接地面主供电的一侧，在回路A和回路B缆芯中，和电源变压器的输出端分别并联一个1uF2000V的无级性电容，在C电缆回路中，也短接一个5uF的电容，这样，方便高频的下发命令信号经过电源变压器时旁路和短路连接。DITS的下发命令信号，接W6脉冲变压器的输入端，经过W6变压器和六根电缆及三个并联的电缆回路，把命令送到井下仪器；井下仪器同样有DITS信号脉冲变压器，用和地面镜像的连接方式接收地面命令。

（5）在缆芯A回路和B回路连接地面供电一侧的变压器上，A回路和B回路的两个变压器中心抽头，再组合为D回路，可引出连接到井下仪器辅供电的电源上，辅供电可以是第二交流电(或可使用和主供电不同的供电频率)，也可以使用正或负的直流电，为井下仪开收腿、励磁供电等。

（6）在DITS-D4TG模式，井下仪上传的信号经过缆芯L7对缆皮L10（电缆铠皮），上传可调制的曼彻斯特编码信号，频率13/54/108/217KHz。根据不同的测井项目和不同的上传数据量，井下仪自动选择合适的上传频率。

下位机嵌入式子系统20，其根据接收到的来自上位机10的指令，根据服务表中的测井模式对电路进行配置，形成与测井模式对应的通路（步骤S220），以将传输的电信号和数据信号切换到配置后的通路中。该电路用于实现井下测井仪器和测井地面系统之间的电信号和数据信号的传输。

下位机嵌入式子系统20根据服务表从全局存储器40中调用相应的编解码协议，将编解码协议设置在可配置模块30中，然后可配置模块30根据其内部的编解码协议对通过通路的来自井下仪器发送的测井信号进行处理（步骤S230）。

需要说明的是，全局存储器40用于存储各种井下测井仪器的编解码协议。编解码协议为至少以下协议之一或几个组合：关于不同频率特征曼彻斯特码的通信传输协议；关于加载第三方调制的曼彻斯特编码或脉冲的通信传输协议；关于微分形式或原码形式的曼彻斯特编码通讯传输协议；关于模拟的通信传输协议；关于模拟低频ADSL宽带及其正交调制的通讯传输协议。

具体地，下位机嵌入式子系统20通过通讯通道（一般为总线），从全局存储器40中下载相应的测井协议到可配置FPGA中。

最后，上位机10还可以根据服务表对井下测井仪器的各仪器参数（可配置模块30处理后的信号）进行工程刻度、深度对齐和/或按照服务表的特定要求绘图和数据存盘。

举例而言，针对WTS井下测井仪器来说，如图5所示，上位机10首先加载WTS仪器相应测井仪器服务表，需要说明的是，在加载服务表之前可以根据需要对服务表中的不同仪器组串（例如1515、1678或者二者组合）进行删减、重新命名并存盘。上位机10根据服务表选择的测井模式，通过TCP/IP网线向数据采集箱51中的下位机嵌入式子系统20（以下简称子计算机）发送指令。根据指令，子计算机20调用非易失内存（存储器510）中的WTS编解码协议代码，写入可配置模块30中的FPGA，重构WTS协议的解码方式。

测井中，子计算机20通过RS485串口线，配置并监控线控单元52中的继电器阵列521和转换开关520，执行相应测井模式的电缆供电，并用线控单元52中的模式变压器522分离电缆中井下测井仪器上传的测井信号，然后把分离的测井信号传递给数据采集箱51的可配置模块30。

在数据采集箱51中，对测井数据信号进行程控预处理和A/D数字化转换之后，经DSP和FPGA解码，再通过TCP/IP网线把解码并打包的数据传递给上位机10。另一方面，子计算机511把下发给井下仪器的控制和采集命令，通过可配置模块30进行D/A转化、信号放大和电流驱动的操作后，传递到线控单元52，然后利用模式变压器522加载到电缆上，最后通过电缆以WTS外总线的形式下传到井下仪器。井下仪器串顶部的3514仪器，一边解码WTS外总线发来的命令，把命令通过内总线下传给下边的各支井下仪，一边把内总线上各支井下仪传来的数据打包整理，再转手送出，经过放大和电流驱动，通过外总线上传给地面系统。

为了进一步说明本实施例的特征和优点，下面以测井模式为DITS模式类型号为D4TG井下测井仪器为例，说明本系统进行对接的处理过程。

DITS模式下的下发命令信号较为特别，下发命令方式属于单次下发成功后，持续上传数据。测井地面系统的上位机10通过TCP/IP通讯协议和数据采集箱51中的下位机嵌入式子系统20，例如型号为MVME7100进行通讯，发送关于所选择的服务表的指令。然后上位机10加载DITS类服务表，对线控单元52的继电器阵列521和转换开关521以及数据采集箱51进行控制，形成DITS模式的通路。下位机嵌入式子系统20将下发命令通过DITS通路连接至DITS模式变压器，再经过模式变压器耦合到缆芯1、2、3、4、5、6，然后经过电缆下发至D4TG井下仪器。D4TG在正确接收命令后，会自动上传相应的采集到的测井信号。

井下测井仪器上传采集信号时，该信号通过缆芯7和缆皮首先进入线控单元52，然后通过已经配置好的DITS通路输入给数据采集箱51的信号分配板进行信号的整形、放大、滤波、均衡等处理，其中信号的增益调节和均衡通道设置均是测井地面系统通过下位机嵌入式子系统20进行控制的。FPGA在得到符合解码要求的信号以后，按其协议进行解码，然后解码数据通过VME总线传输给下位机嵌入式子系统20，下位机嵌入式子系统20根据上位机10加载的服务表及配置等对数据进行分配，最后通过TCP/IP协议传送给上位机10进行计算。

地面系统在配接不同类型的井下仪时，需要对系统的解码方式进行更换，此时下位机嵌入式子系统20会自动根据上位机10加载的的服务表切换成对应的解码模式，实现对相应模式的上传信号的解码处理。

综上所述，本发明实施例的测井地面系统，通过根据当前井下测井仪器的服务表，配置用于传输信号的通路，以及将该井下测井仪器的编解码协议设置在可配置模块中，使得在不改变当前测井地面系统的前提下，通过更改硬件电路的配置，自动适应不同协议的井下仪器，达到使用一套测井地面系统就可挂接多种不同特种测井仪器的目的。

本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种挂接井下测井仪器的方法，包括：

配置步骤，根据所要挂接的井下测井仪器的测井模式对用于传输信号的电路进行配置，形成与所述测井模式对应的通路；

设置步骤，将关于所述井下测井仪器的编解码协议设置在可配置模块中，所述可配置模块根据所述编解码协议对通过所述通路的来自所述井下测井仪器发送的测井信号进行处理，

在所述配置步骤中，

加载所述井下测井仪器的服务表，根据所述服务表中的测井模式对所述电路进行配置，将传输的电信号和数据信号切换到配置后的通路中。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述设置步骤中，进一步包括，

根据所述服务表调用相应的编解码协议，将所述编解码协议设置在所述可配置模块中。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述编解码协议包括，

关于不同频率特征曼彻斯特码的通信传输协议、关于加载第三方调制的曼彻斯特编码或脉冲的通信传输协议、关于微分形式或源码形式的曼彻斯特码的通信传输协议、关于模拟的通信传输协议和/或关于模拟低频ADSL宽带及其正交调制的通讯传输协议。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测井模式包括：

关于WTS总线协议的测井模式、关于DITS总线协议的测井模式、关于1C单芯的测井模式和关于ADSL的测井模式。

5.一种测井地面系统，包括：

存储器，其存储关于各种井下测井仪器的编解码协议；

上位机，其选择与所要挂接的井下测井仪器对应的服务表，加载所述服务表并发送与所述服务表相关的指令；

下位机嵌入式子系统，其根据接收到的来自所述上位机的指令，根据所述服务表中的测井模式对电路进行配置，形成与所述测井模式对应的通路；以及根据所述服务表从所述存储器中调用相应的编解码协议，将所述编解码协议设置在可配置模块中；

所述电路，其用于实现所述测井地面系统和所述井下测井仪器之间的信号传输；

所述可配置模块，其根据设置在其内部的所述编解码协议对通过所述通路的来自所述井下测井仪器发送的测井信号进行处理。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

所述电路包括线控单元，所述下位机嵌入式子系统对所述线控单元中的转换开关和继电器阵列进行配置，实现不同测井模式的电缆供电和对井下测井仪器上传的测井信号的获取。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述可配置模块对不同井下测井仪器上传的测井信号进行硬件程控预处理，然后对处理后的测井信号进行A/D转换，将转换后的信号分离并还原为多路脉冲逻辑信号，再对所述多路脉冲逻辑信号进行解码。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述可配置模块包括FPGA和DSP。

9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述测井模式包括：

关于WTS总线协议的测井模式、关于DITS总线协议的测井模式、关于1C单芯的测井模式和关于ADSL的测井模式。

10.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

所述上位机还根据服务表对井下测井仪器的各仪器参数进行工程刻度、深度对齐和/或按照服务表的特定要求绘图和数据存盘。