CN109995433A - 一种用于石油测井设备的光纤数据传输装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于石油测井设备的光纤数据传输装置，包括地面终端、井下终端和光电混合缆，其中，地面终端包括顺次连接的USB接口、FPGA数据处理和控制模块、光电转换模块和光电混合接口，USB接口与地面主机及地面存储设备互联，井下终端包括顺次连接的光电混合接口、光电转换模块、FPGA数据处理和控制模块、桥接模块和测井设备数据接口，测井设备数据接口与测井设备互联，桥接模块用于实现数据的传输过渡，避免因传输协议以及传输速率差异而导致数据传输失败。本装置能够实现石油测井仪器井下与地面之间高速实时的数据传输，便于工作人员在地面对仪器进行实时监测与控制。

Description

一种用于石油测井设备的光纤数据传输装置

技术领域

本发明涉及石油测井领域，尤其涉及一种用于石油测井设备的光纤数据传输装置。

背景技术

石油测井技术是指利用测井设备获取地层介质信息，并将测井设备采集的大量传感数据通过电缆或者光纤传输到地面进行分析，从而得到钻井的地质剖面，并以此来判断钻井的质量。目前石油测井方式有缆测模式、离线模式以及两者相结合的测井模式三种。

缆测模式是指将测井设备的传感数据直接通过电缆传到地面，目前常采用的井下与地面之间数据传输的协议是CAN总线，而CAN总线的传输速率不超过1Mbps，因此缆测方式只能用于小数据量的石油测井设备中，而无法满足现有以及未来大规模高精度测井设备的数据传输容量需求。

离线模式是考虑到在数据量过大时，可以将采集到的数据事先贮存到测井设备的存储器中，等仪器从地下取出后再对数据进行处理。但这种方式无法做到在地面对仪器状态进行实时监测；存储器容量有限最终会影响仪器的工作时长；受高温以及仪器尺寸的限制，存储芯片的成本会极高；以及在读取存储芯片内容时需要将仪器取回地面并拆开仪器，这样会影响仪器的使用寿命。

采用缆测和离线相结合的测井模式是将仪器采集到的所有数据保存在存储器中，并按周期选择一部分数据通过电缆上传到地面，以便地面对仪器状态进行监测，这种方式相对前两种控制较复杂，仪器成本也较高，并且仪器工作时间也会受到存储器的容量限制。

随着新技术以及传感器的应用，测井设备内部传感器的规模和需要传输的数据量都急剧增加，传统测井方式已经无法满足需要，而光纤传输因极大的带宽、不易受电磁干扰在测井领域将会有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种用于石油测井设备的光纤数据传输装置，主要采用光纤作为传输介质来解决石油测井设备井下大容量数据上传时链路带宽不足以及离线测量时测井设备存储容量有限影响仪器工作时长的问题，并设计一套光纤数据传输装置来实现井下测井设备与地面数据处理设备的高速互联，满足测井工作人员能够实时监测测井设备状态与及时处理仪器数据获取地层介质信息。

根据本发明的一方面，提供了一种用于石油测井设备的光纤数据传输装置，包括地面终端、井下终端和光电混合缆，

其中，地面终端包括顺次连接的USB接口、FPGA数据处理和控制模块、光电转换模块和光电混合接口，USB接口与地面主机及地面存储设备互联，

井下终端包括顺次连接的光电混合接口、光电转换模块、FPGA数据处理和控制模块、桥接模块和测井设备数据接口，测井设备数据接口与测井设备互联，桥接模块用于实现数据的传输过渡，避免因传输协议以及传输速率差异而导致数据传输失败，

地面终端和井下终端的光电混合接口分别通过光电接插件与光电混合缆的两端连接。

在一些实施例中，所述桥接模块可以包括双口RAM，井下终端与测井设备分别控制双口RAM一端数据的读写，并采用独立的时钟来控制读写的速率。

在一些实施例中，所述光电混合缆上可设置有光电混合滑环。

在一些实施例中，所述光电混合缆由光纤和电缆绞合在一起后加铠装钢丝组装而成。

在一些实施例中，井下终端与测井设备可封装在金属管壳里并依次排布在金属管壳的骨架上。

在一些实施例中，金属管壳依次可包括由鱼雷头密封的顶端、截锥壳以及管壳，井下终端的光电接插件设置在鱼雷头上，其光电转换模块的电路板卡布置在截锥壳中，其FPGA数据处理和控制模块布置在靠近截锥壳的管壳中。

在一些实施例中，本装置采用I EEE-1394b作为高速数据传输的协议。

在一些实施例中，地面主机还可以包括控制软件，用于实现对地面终端进行控制从而下发控制指令。

本发明的有益效果：

1)本发明采用的光纤传输方式可以实现地面对井下的直接控制与实现井下数据的实时上传，既能够使得仪器的控制变得简单，还能够节省井下高温存储器的使用，最终使测井设备的结构变得简单，可以加快仪器的开发周期。

2)本发明的光纤数据传输装置可以解决地面与测井设备网络之间在高温、油污以及需抗拉抗压环境下的数据互联问题，实现石油测井设备井下与地面之间高速实时的数据传输，便于工作人员在地面对测井设备进行实时监测与控制。

附图说明

图1是本发明的一实施例的石油测井光纤传输系统的结构示意图。

图2是本发明的一实施例的光纤数据传输装置的结构示意图。

图3是本发明的一实施例的地面终端与地面数据采集系统的接线示意图。

图4是本发明的一实施例的光纤数据传输装置的井下终端的结构布局图。

图5是本发明的一实施例的光纤数据传输装置的井下终端的接线示意图。

图6是本发明的一实施例的双口RAM的接线示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请的实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本申请。

如图1所示，本发明的石油测井光纤传输系统包括地面和井下两大部分，地面部分包括主机、存储设备与光纤数据传输装置的地面终端等，井下部分包括测井设备网络与光纤数据传输装置的井下终端。其中，光纤数据传输装置是实现地面主机、存储设备与测井设备信息交互的桥梁，不仅需要传输带有指令与数据信息的光信号，还需要为井下设备提供电能。如图2所示，光纤数据传输装置由地面终端、井下终端、光电接插件、光电混合缆以及光电滑环组成，光电混合缆一端连接着井下终端，一端连接着地面终端，从而将整个仪器构成了一个整体。工作时，测井设备网络将采集到的数据打包发送到光纤网络井下终端后转换成光信号，通过光纤数据传输装置将信号传输到地面主机以及存储单元，从而完成井下数据的采集。

特别地，由于测井工作环境的特殊性，例如高温、油污以及需抗拉抗压环境，传输光信号的光纤以及提供电能的电缆需要绞合在一起后加铠装钢丝组装成光电混合缆以提高承重能力。并且，为了时光电混合缆在相对转动时还能够正常传输能量和光信号，这时需要在光电混合缆中间加入光电混合滑环。

地面终端如图3所示，其包括顺次连接的USB3.0接口、FPGA数据处理和控制模块、光电转换模块和光电混合接口，USB3.0接口与地面主机及地面存储设备互联。井下的数据经光纤传输到地面终端后，再通过FPGA模块调整由USB3.0接口上传到地面主机以及存储单元，另外地面主机也可以通过控制软件实现对地面终端进行控制从而下发控制指令。

井下终端如图4所示，井下终端包括顺次连接的光电混合接口、光电转换模块、FPGA数据处理和控制模块、桥接模块和测井设备数据接口，测井设备数据接口与测井设备互联。测井设备与井下终端都封装在金属管壳里，并依次排布在管壳的骨架上。特别地，金属管壳的顶端由鱼雷头进行密封，外部的光纤与电缆通过鱼雷头上的光电接插件实现与仪器内部的井下终端以及设备连接。特别地，为了避免光纤在管壳内部的对折与扭转，井下终端的电路板卡应该尽可能接近光电接插件位置，但由于鱼雷头的尺寸限制，将井下终端分成一块小尺寸的光电转换模块板卡和一块尺寸稍微大点的FPGA数据处理和控制模块板卡。在图4所示的示例中，金属管壳依次可包括由鱼雷头密封的顶端、截锥壳以及管壳，光电转换模块的电路板卡布置在截锥壳中，FPGA数据处理和控制模块布置在靠近截锥壳的管壳中。这样光信号经过光电转换模块转换成电信号之后传输到FPGA数据处理与控制模块进行处理，相对的，井下的电信号也可以经过光电转换模块变成光信号后传输出去。

为了实现测井设备与光纤数据传输装置之间数据的互传，需要在测井设备网络与光纤数据传输装置之间设计一个桥接模块，从而避免因传输协议以及传输速率差异而导致数据传输失败。如图5所示，本发明采用的是在光纤数据传输装置的井下终端与测井设备之间增加一个双口RAM来实现数据的传输过渡。通过井下终端的FPGA模块与测井设备分别控制RAM一端数据的读写，并采用独立的时钟来控制读写的速率，这样的好处是既可以灵活调节各个部分数据传输的速率，减小光纤数据传输装置与测井设备之间的相互干扰，又对光纤数据传输装置以及测井设备网络采用的通信协议的种类选择要求低，便于仪器的升级与扩展。

为了灵活地对测井设备数据进行采集，本发明采用图6所示的双口RAM连接方式。双口RAM存在独立的两个接口，分别面向测井设备和光纤数据传输装置井下终端，其中：FULL_A和FULL_B用来表示RAM中数据的满状态，如果为高电平表示RAM已满，则禁止写入数据；EMPTY_A和EMPTY_B表示RAM中数据的空状态，如果为高电平表示RAM为空，则禁止读取数据；ADDRESS_A和ADDRESS_B用来确定存储在RAM内部存储数据以及从RAM中读取数据的地址；DATA_A和DATA_B分别用来读写数据，其位宽是8位；SCLK_A和SCLK_B是用来读取数据的时钟，时钟的大小决定了数据读写的速率，本发明采用的时钟是50MHz和100MHz两种，完全能够满足现有测井设备数据传输的需求；ENABLE_WE_A和ENABLE_WE_B控制从RAM中写入数据，ENABLE_RE_A和ENABLE_RE_B则控制数据的读取，由于双口RAM的数据流向问题，因此需要BUSY_A和BUSY_B来控制数据的读和写，且所有控制信号中BUSY_A和BUSY_B的优先级最高。在整个装置未工作时，BUSY_A和BUSY_B都处于低电平，当测井设备的数据需要上传时，BUSY_A处于高电平，此时ENABLE_WE_A和ENABLE_RE_B都无效处于低电平，ENABLE_WE_B有效处于高电平并开始向RAM的低地址写入数据，如果EMPTY_A为低电平，则ENABLE_RE_A置高电平并开始从低地址开始读取RAM中的数据，同理，向测井设备发送控制指令也是一样操作。

本发明装置通过数据处理和转发电路实现对测井设备的控制，将测井设备传感器的数据分组标记并打包，采用协议桥实现仪器网络与光纤网络的数据交换，然后利用光电转换模块实现电信号与光信号的调制，光信号经过光纤上传到地面并被解析，由地面终端处理并最终获取整个底层构造的信息。

对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请创造构思的前提下，还可以对本发明的实施例做出若干变型和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于石油测井设备的光纤数据传输装置，其特征在于，包括地面终端、井下终端和光电混合缆，

其中，地面终端包括顺次连接的USB接口、FPGA数据处理和控制模块、光电转换模块和光电混合接口，USB接口与地面主机及地面存储设备互联，

井下终端包括顺次连接的光电混合接口、光电转换模块、FPGA数据处理和控制模块、桥接模块和测井设备数据接口，测井设备数据接口与测井设备互联，桥接模块用于实现数据的传输过渡，避免因传输协议以及传输速率差异而导致数据传输失败，

地面终端和井下终端的光电混合接口分别通过光电接插件与光电混合缆的两端连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述桥接模块包括双口RAM，井下终端与测井设备分别控制双口RAM一端数据的读写，并采用独立的时钟来控制读写的速率。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述光电混合缆上设置有光电混合滑环。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述光电混合缆由光纤和电缆绞合在一起后加铠装钢丝组装而成。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，井下终端与测井设备封装在金属管壳里并依次排布在金属管壳的骨架上。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，金属管壳依次包括由鱼雷头密封的顶端、截锥壳以及管壳，井下终端的光电接插件设置在鱼雷头上，其光电转换模块的电路板卡布置在截锥壳中，其FPGA数据处理和控制模块布置在靠近截锥壳的管壳中。

7.根据权利要求1-6之一所述的装置，其特征在于，采用I EEE-1394b作为高速数据传输的协议。

8.根据权利要求1-6之一所述的装置，其特征在于，地面主机包括控制软件，用于实现对地面终端进行控制从而下发控制指令。