AMI编码电缆通信系统在生产测井系统的设计与实现

张宇

摘要：当好“保健医”的要求，通过测试服务“前移”和“后延”，推动测试和油田开发深度融合，实现监测方案制定、测试资料应用一体化，提升测试资料价值，而先行者生产测井地面系统与MCT-38单芯遥测配合正是基于此背景下产生，并呈现出了很好的效果。

关键词：地面系统；单芯电缆遥测

随着对油田地下“侦察兵”的要求越来越高，为满足油田检测而提供可靠的数据支撑和保证，需要一套能够用于注入剖面、产出剖面和工程测井等生产测井施工领域的地面系统。该系统通过研发功能全面的地面系统，制定地面通讯标准与规范、配合新研发的电缆遥测仪器，解决现有生产测井仪器种类繁多，标准不统一，系统间不兼容等问题。先行者生产测井地面系统正是基于此背景下研制出的地面系统。

一、地面系统设计

1.1　总体设计方案

先行者生产测井地面系统需要满足以下要求：第一，配接多种编码形式的生产井井下仪器；第二，电路尽量简单；第三，编码扩展性强。

1.2　工作原理

上传数据信号经过信号分离电路后，在信号预处理电路中进行信号的各种处理，经过信号的预处理后进入高速AD进行采集，采集后的AD数经过信号处理，处理成分辨率、幅度和传输速度达标的数据，上传给上位机进行进一步的计算和显示工作。

井口信号包括：张力、磁记号、接箍和深度，经过信号处理后同时进入并行AD中进行AD采集，深度信号同时进入处理器中进行深度的计算，最后按照协议组成50ms一包的数据传给上位机。

上位机在接收到井口信号的数据和高速AD采集的数据后进行计算、解码、对深和显示工作。

图 1.1 系统工作原理框图

二、 MCT-38单芯遥测

2.1  系统方案

地面系统通过单芯电缆总线为遥测提供70-210V的直流供电，遥测将其转换成18V为仪器总线供电及±15V、+5V为遥测仪供电。电缆总线调制解调器完成单芯电缆总线的下行解码和上行编码，上、下采用频分双工模式，在时域上互不相干，下行使用300bps编码，上行使用108kbps编码，通过选频网络将上、下行信号进行隔离，电缆总线协议在电缆总线调制解调器中实现。仪器总线调制解调器完成单芯仪器总线的下行编码和上行解码，上、下行采用时分双工模式，遥测仪总线调制解调器为主站，其他井下仪总线调制解调器为从站，采用主从模式工作，主站按照采集表给从站下发采集命令和获得采集数据，仪器总线协议在仪器总线调制解调器中完成。

2.2   设计过程

遥测硬件电路的标准化、模块化设计，将遥测电气功能进行合理拆分。将电缆总线的信号处理电路及总线协议管理等集成到电缆总线接口板；将仪器总线的信号处理电路、频率量采集处理和总线协议管理等集成到仪器总线接口板；将伽玛、井温、压力、磁定位等四参数信号处理电路集成到信号处理板。

采用温度性能优异的dsPIC33FJ256系列芯片作为内核处理器，保证175℃高温环境下能够稳定工作；同时，高达80MHz的工作主频和丰富的外设接口，提高了内核芯片的设计冗余，便于以后进行功能扩展。

GR高压电路将高压滤波及电压调整相关电路独立成板，实现高压和低压电源相互隔离，一方面可以解决175℃高温下板材电气绝缘度降低可能造成的高压漏电现象；另一方面有利于高压电路的调试与维护，提升可操作性和安全性。

单芯电缆总线协议的合理制定，确保数据快速透传、仪器自适应配接、协议具备强的鲁棒性和扩展性。单芯仪器总线协议的合理制定，确保第三方仪器的扩展和快速挂接，协议具备强的鲁棒性和扩展性。

三、 室内试验

采用模拟电缆配接遥测和地面仪，对遥传功能进行试验，试验指标为误帧率小于10-4，误码率小于10-6。

试验结果如下：拷机3644.4S，出现1个错误帧，上传总帧数为36440*2=72800帧，误帧率为1.3*10-5。符合指标要求；上传的总数据量5204773个双字，字校验错误个数为0，符合10-6的误码率要求。

四、上井试验

在X厂标准井对遥测及四参数进行验证。验证过程中分别采用单芯电缆和三芯电缆进行测井，测井结果如下：

单芯电缆重复测井，第一趟从900m测到500m，第二趟从1200m测到500m，单芯电缆全井数据帧上传52467帧，空帧上传52470帧，共上传104937帧，接收CRC错误帧数2帧。

三芯电缆重复测井，第一趟从1200m测到500m，第二趟从700m测到500m，全井数据帧上传52095帧，空帧上传52101帧，共上传104196，接收CRC错误帧6个，遥传性能满足测井需求。

五、结论

（1）系统硬件电路简单，仅包含程控增益调整电路和抗混叠滤波，极大简化了硬件电路，硬件成本显著降低。

（2）针对不同井况，设计相应的测井工艺，选用不同的仪器短节，各相关参数进行相互验证，从而反映出油水井真实井况。

（3）使用AMI编码的生产测井仪器串电缆遥测通信系统具有广阔的应用前景，在油田动态监测中具有独特的优势，为满足油田监测需求、提质增效提供可靠的数据支撑与保证。

参考文献

[1]刘和平等．dsPIC通用数字信号控制器原理及应用．北京航空航天大学出版社，2007．

[2] AD21161 TechRefManual.美国AD公司.

[3] SDZ-8000成像测井地面设计报告.中国电子科技集团第22所703室.

[4]LOGIQ资料.哈里伯顿公司.