CN106771733B - 一种多芯测井电缆的模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多芯测井电缆的模拟装置，该多芯测井电缆的模拟装置包括第一个电缆接头，多根缆芯，N个基本模拟单元与第二个电缆接头。所述N个基本模拟单元串联连接后形成的整体分别通过多根缆芯与两个电缆接头连接构成一种多芯测井电缆的模拟装置。本发明具有与真实多芯测井电缆相同的信号冲激响应，所述N个基本模拟单元均包含电阻电容印制电路板和耦合磁孔阵列，可以准确地模拟真实测井电缆在不同频率下的信号衰减及信号耦合特性。调整衰减电阻、耦合电容和磁芯参数可以模拟不同性能的测井电缆。从而在传输特性上，可以灵活地和准确地模拟真实测井电缆。简化测井仪器的开发及测试过程，降低测井仪器的测试成本。

Description

一种多芯测井电缆的模拟装置
技术领域
本发明涉及测井技术，具体涉及一种多芯测井电缆的模拟装置。
背景技术
在石油、天燃气等矿产资源开采之前，往往需要对地层进行钻井取样和使用测井仪器进行测量。电缆测井(Wireline logging)是最常用的测井工作方式。测井电缆往往安装在测井车的绞盘上，测井电缆主要有两种用途：①作为测井仪器沿井上下移动的机械连接装置；②作为井下仪器供电和数据传输媒介。多芯电缆是应用最多的测井电缆。常用的多芯测井电缆主要由三部分组成，即电缆铠装，缆芯及缆芯间的绝缘填充层，以七芯测井电缆为例，其电缆横截面如图1所示。本发明专利针对测井电缆的供电和数据传输用途提出一种多芯测井电缆模拟装置。
实际的多芯测井电缆体积庞大且非常笨重，多芯测井电缆长度一般为2000～7000米，其重量约为500Kg/Km。测井仪器在实验室组装、调试和测试时，使用实际测井电缆非常不便。尤其是对新型测井仪器的电性能开发及测试造成了困难，采用真实多芯测井电缆进行采集数据传输测试和分析的成本很高，因此有必要发展能够替代真实测井电缆的轻便模拟装置以简化测井仪器的开发及测试过程，缩短测井仪器的开发周期，降低测井仪器的数据传输测试成本。
测井电缆模拟装置的设计难点在于尽可能准确地模拟真实测井电缆的信号衰减及信号耦合特性。传统的测井电缆模拟装置主要由衰减电阻和耦合电容构成。传统测井电缆模拟装置的每根缆芯均串联一只衰减电阻以模拟真实测井电缆的信号衰减特性，并根据测井仪器发送及接收信号的相对幅度确定其每根缆芯上的衰减电阻参数。传统测井电缆模拟装置只考虑不同缆芯之间的电容耦合效应，没有考虑实际电缆缆芯间的互耦电感引起的信号串扰。因此传统测井电缆模拟装置不能准确地模拟真实测井电缆，尤其是在高速数据传输上，这使得传统测井电缆模拟装置对测井仪器数据传输能力的评估测试产生较大偏差，降低了测井电缆模拟装置的实用性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够准确表征真实多芯测井电缆信号衰减和串扰特性的模拟装置。
本发明解决以上技术问题所采用的技术方案是：一种多芯测井电缆的模拟装置，包括第一个电缆接头，多根缆芯，N个基本模拟单元与第二个电缆接头；所述N个基本模拟单元串联连接后形成的整体上部通过多根缆芯与第一个电缆接头连接，N个基本模拟单元串联连接后形成的整体下部通过多根缆芯与第二个电缆接头连接构成一种多芯测井电缆的模拟装置；调节基本模拟单元的串联数量可以模拟不同长度的测井电缆；所述一种多芯测井电缆的模拟装置的信号冲激响应与真实多芯测井电缆的信号冲激响应相同，其特征在于各基本模拟单元均包含电阻电容印制电路板和耦合电感磁孔阵列。
进一步的是，所述N个基本模拟单元上部均包含电阻电容印制电路板，并且电阻电容印制电路板上包含多只功率电阻，多只功率电阻上端分别通过多根缆芯与上一基本模拟单元下部连接，多只功率电阻下端分别通过多根缆芯与耦合电容网络的节点连接，耦合电容网络相邻节点间接有耦合电容。
进一步的是，所述N个基本模拟单元下部均包含耦合电感磁孔阵列，所述耦合电容网络的节点分别接有一根缆芯，缆芯穿过耦合电感磁孔阵列的一个磁孔并由磁孔内的填充介质固定在磁环中央，穿过耦合电感磁孔阵列后的缆芯与下一基本模拟单元上部连接。
进一步的是，所述耦合电感磁孔阵列由磁性介质烧结而成，其中包含多个磁孔并在同一平面上形成磁孔阵列。
本发明的有益效果：通过将测井电缆模拟装置拆分为N个基本模拟单元，且每个模拟单元可以模拟真实测井电缆在不同频率下的信号衰减及信号串扰特性。每个基本模拟单元中的衰减电阻网络可以较好的模拟真实测井电缆对传输信号的衰减，电阻电容印制电路板中的耦合电容可以模拟多芯测井电缆相邻缆芯间的电容耦合特性。通过任一根测井电缆缆芯的变化电流信号会产生交变磁场，该交变磁场会在其他缆芯上产生感应信号，这种耦合串扰是互耦电感效应产生的。真实测井电缆缆芯间是低导磁率的绝缘介质，这种耦合通过整个长电缆的互耦综合而成，本发明专利利用高导磁率的磁芯介质，可以上千倍地缩短电缆长度的情况下真实地模拟测井电缆缆芯间的互耦电感效应。调节基本模拟单元的串联数量可以模拟不同长度的测井电缆。调整衰减电阻、耦合电容和磁芯参数可以模拟不同性能的测井电缆。从而在传输特性上，可以灵活地和准确地模拟真实测井电缆。
附图说明
图(1)为真实七芯测井电缆的横截面示意图。
图(2)为本发明一种多芯测井电缆模拟装置的结构框图。
图(3)为本发明一种多芯测井电缆模拟装置的一个基本模拟单元结构详图。
图(4)为本发明一种多芯测井电缆模拟装置的总体结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图2所示，该多芯测井电缆的模拟装置，包括第一个电缆接头，多根缆芯，N个基本模拟单元与第二个电缆接头。所述N个基本模拟单元串联连接后形成的整体上部通过多根缆芯与第一个电缆接头连接，N个基本模拟单元串联连接后形成的整体下部通过多根缆芯与第二个电缆接头连接构成一种多芯测井电缆的模拟装置。所述一种多芯测井电缆的模拟装置的信号冲激响应与真实多芯测井电缆的信号冲激响应相同。
如图3所示，所述基本模拟单元均包含电阻电容印制电路板和耦合电感磁孔阵列。所述多只功率电阻下端分别通过多根缆芯与耦合电容网络的节点连接，耦合电容网络相邻节点间联接有一只耦合电容。所述基本模拟单元下部均包含耦合电感磁孔阵列，耦合电容网络的节点与多根缆芯相连，其每个网络节点引出的缆芯穿过耦合电感磁孔阵列的一个磁孔并由磁孔内的填充介质固定在磁孔中央，穿过耦合磁孔阵列后的缆芯与下一基本模拟单元上部连接。耦合磁孔阵列由磁性介质烧结而成，其中包含多个磁孔并在同一平面上形成磁孔阵列。
为了灵活准确地模拟真实测井电缆在不同频率下的信号衰减及信号耦合特性，增强模拟测井电缆在信号频率维度上的模拟性能，将模拟测井电缆拆分为N个基本模拟单元，每个基本模拟单元能够准确模拟一定长度(如1Km)真实测井电缆的信号衰减及耦合特性，可以灵活实现测井电缆的模拟。基本模拟单元之间借助多根缆芯串联连接组成模拟测井电缆的主体。
为了模拟真实测井电缆对传输信号的衰减特性，该模拟测井电缆借助每个基本模拟单元中的衰减电阻网络减弱输入模拟测井电缆的传输信号。基本模拟单元中的耦合电容网络可以模拟多芯测井电缆缆芯间的电容耦合特性。通过任一根测井电缆缆芯的信号在穿过耦合磁孔阵列时会在磁孔中产生感应磁场，该感应磁场会使得其他磁孔的缆芯产生感应信号，进而对测井电缆其他缆芯中的传输信号产生作用，更加准确地模拟真实测井电缆中的电感耦合特性。调节基本模拟单元的串联数量可以模拟不同长度的测井电缆。调整衰减电阻、耦合电容和磁芯参数可以模拟不同性能的测井电缆。从而在传输特性上，可以灵活地和准确地模拟真实测井电缆。
实施例
如图4所示，本实施例为一种七芯测井电缆的模拟装置，其中包含5个基本模拟单元。每个基本模拟单元模拟1Km某种七芯测井电缆。每个基本模拟单元中的衰减电阻阻值为33欧姆，最大功率为50瓦；耦合电容为68nF；耦合磁孔阵列直经为10mm，长度为100mm，单个磁孔内径为1mm，介质磁导率为10000。5个这种基本模拟单元串联，可模拟5000m某种七芯测井电缆。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种多芯测井电缆的模拟装置，包括第一个电缆接头，多根缆芯，N个基本模拟单元与第二个电缆接头；所述N个基本模拟单元串联连接后形成的整体上部通过多根缆芯与第一个电缆接头连接，N个基本模拟单元串联连接后形成的整体下部通过多根缆芯与第二个电缆接头连接构成一种多芯测井电缆的模拟装置；调节基本模拟单元的串联数量可以模拟不同长度的测井电缆；所述一种多芯测井电缆的模拟装置的信号冲激响应与真实多芯测井电缆的信号冲激响应相同，其特征在于各基本模拟单元均包含电阻电容印制电路板和耦合电感磁孔阵列。
2.如权利要求1所述的一种多芯测井电缆的模拟装置，其特征在于所述N个基本模拟单元上部均包含电阻电容印制电路板，并且电阻电容印制电路板上包含多只功率电阻，多只功率电阻上端分别通过多根缆芯与上一基本模拟单元下部连接，多只功率电阻下端分别通过多根缆芯与耦合电容网络的节点连接，耦合电容网络相邻节点间接有耦合电容。
3.如权利要求1所述的一种多芯测井电缆的模拟装置，其特征在于所述耦合电感磁孔阵列由磁性介质烧结而成，其中包含多个磁孔并在同一平面上形成磁孔阵列。
4.如权利要求2所述的一种多芯测井电缆的模拟装置，其特征在于所述N个基本模拟单元下部均包含耦合电感磁孔阵列，所述耦合电容网络的节点分别接有一根缆芯，缆芯穿过耦合电感磁孔阵列的一个磁孔并由磁孔内的填充介质固定在磁环中央，穿过耦合电感磁孔阵列后的缆芯与下一基本模拟单元上部连接。
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