摘要：随着社会科技的快速发展，人们石油的需求也与日俱增，测井是石油勘测开采过程中一个至关重要的环节。其中，测井传输系统的性能决定着测井的效率与质量，当前电缆传输以其传输距离远、稳定性好的优势成为主要测井传输方式，OFMD调制技术在测井传输网络中的使用，提高了电缆传输速率的同时，也带来了传输时延的问题，本文即对电缆传输测井高速网络中的关键问题进行了研究，首先分析测井及其主要传输技术其次分析了测井网络的通信量，最后提出了测井网络的时间同步方法。
关键词：电缆传输；测井网络；时间同步；OFDM
1 引言
随着我国经济的飞速发展，石油在能源工业当中的战略地位也越来越重要，发展速度也随之加快，但是石油是不可再生的资源，随着人们的才开会逐渐减少。为了能够充分利用石油资源，减少开采过程中的损失，我国将许多先进的技术应用在油气勘探和开采当中，以提升石油开采的效率。其中，测井是此过程中一个关键的环节，测井传输系统主要指的是通过适当的通信方式将地面控制中心的命令传送到井下的仪器，并将其采集的数据再传输回地面控制中心，因此，测井传输的性能对测井质量有着至关重要的影响。
2 测井及其主要传输技术分析
石油测井主要是应用岩层表现出的物理特性来测量地球物理参数，在油气勘探开采过程中可以获取到地质信息，并进行资源评价。测井的工作流程，首先是将可以感知仪器工作状态与地层信息的传感器使用钻杆或者电缆送到井下，地面上的仪器可以通过电缆控制井下仪器测量反映井内的地质情况以及其他工程相关数据信息，并以一定的形式表现出来。井下仪器的电子线路将测量信号放大处理之后，通过电缆传输到地面。地面仪器将这些数据进行分析处理，绘制成测井图。测井数据一般都会传输到测井分析中心进行分析处理，测井分析中心收到测量数据之后，做出该井的单井分析结果，并提供油气藏特性等工程信息。测量的结果经过一定的分析处理之后，可以得到地质工程参数以用于油气勘探开发。
完整的测井系统可以对多种藏物属性进行采集、传输、分析、存储等功能。其中数据传输是指井下仪器和地面设备之间传输数据以及控制命令的传输通讯单元，随着计算机网络技术的发展，数据传输更多指的是测井数据远程传输的数据远程通讯单元等。
常见的测井传输技术主要包括泥浆传输测井、钻杆传输测井、无线电磁波传输测井、光纤传输测井以及电缆传输测井。其中电缆传输测井是指以测井电缆作为数据传输介质的测井技术。目前电缆传输技术作为测井技术的主流技术，在石油探测中占有重要的位置。
在电缆传输技术中常见的编码调制方法有脉冲编码调制、二相键控编码调制、二相差分键控、交替传号反转码编码以及离散多音调制技术。目前主要以离散多音调制技术为主。根据测井工程的不同选择合适的测井传输技术，要综合考虑各方面的条件。
3 测井网络的通信量分析
所谓测井网络通信量指的是在测井网络运行过程中的某一个时刻，到达一些特点节点的相关数据字节的具体数量。这些数据分为根据不同的特征有不同的分组，最终经过网络汇集成相应的数据包，而且其特征也呈现多样性，与时间长度、网络协议层次、网络业务类型以及负载都有关系。测井网络的通信量主要分为以下几种：第一种通信量是测井仪器与路由器之间的时间同步数据传输产生，且符合严格的周期性；第二种通信量是遥传子网下行的控制命令和它的TCP协议确认信息产生的，这部分的通信量较少；第三种是由测井仪器上传的测井数据产生的，这部分的通信量是最多的，且在长时间范围内具有周期性，在短时间范围具有突发性。每个测井仪器可以看作是独立源，在共享式的以太网当中，如果不考虑网络节点将数据帧送入总线前的缓存时间，可以把网络的通信量看作是M个ON/OFF周期性数据源的叠加。设每个测井仪器每英尺的采集深度点个数为N，测井电缆每分钟上升或讲录偶的速度为N米，每次采集的数据长度为L字节，相邻两个节点的采样间隔为TP毫秒，实际的采样间隔为TM毫秒，则平均码率与瞬时码率分别如下：
TP=60*1000/（（V*100/（2.45*12））*N）
Rave=(v*100)/(2.54*12)*(N*L*8)/60
Rcur=L*8(TM*1000)
由上式子可以看到，因为通常情况下，实际的采样间隔较小，所以在每个测井仪器采集数据的平均速率小于瞬时速率，结合测井网络通信量的内在机制，以及仿真结果，可以将仪器子网的通信量使用泊松过程n(t)来描述，在{t0,t0+t}时间间隔以内，以太网到达n个数据包的概率为：
由上式可以得出，测井网络通信量可以使用单队列单服务员的排队模型M/G/1/ ，每个仪器的输入是泊松流，分组服务时间是相互独立的，且服从一般概率分布，系统是单独的一个服务员。
4测井网络的时间同步方法
为了能够提供准确的地面与井下统一的时间信息，可以使用OFDM调制的同步传输技术实现，OFDM是一种将码流进行转换调制的复用技术，能够将测井网络运行中的串行码流转换为并行码流，速度也会明显降低。主要使用训练符号实现以下三个同步：首先是地面和井下的采样时钟同步，使用导频CP和采样时钟同步环路实现地面与井下的晶体振荡器进行同频振荡；其次是OFDM符号同步，主要利用训练符号的自相关和互相关特性实现收发两端的符号同步；最后是帧同步，利用超帧的同步帧来实现收发两端的同步。
经过OFDM同步后，可以在启动数据传输时就得到一个起止时刻，在地面和井下在开始数据传输时，同时的发出一个启动信号启动实时时钟RTC进行计时，其基准时钟信号就是采样时钟，即可为地面调制器和井下解调器的时间同步提供支持。
5 结语
近年来，测井技术愈加高速、精确、经济，虽然有新兴的测井传输系统出现，但是由于新技术并不能很好的解决传输系统的自身问题，电缆测井传输仍然是当下主要的测井模式。对电缆传输测井高速网络中存在的问题进行研究，可以解决电缆传输在调制编码技术时信道传输速率增加，并且同时解决由于传输延迟造成数据准确性较低的问题。另一方面还要解决分组数据延时抖动、遥传链路使用率较低的问题。以便于进一步提升网络化测井传输的技术水平，提升测井作业速度，提高油气矿藏的勘测准确度。
参考文献
[1]秦伟.单芯电缆数据采集与传输系统设计.西北工业大学硕士学位论文.2002:1-5.
[2]朱江,陈四平.电缆遥测技术.江汉石油职工大学学报.2004,17(4):45- 48.
论文作者:田学元
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/11/16
标签：电缆论文; 井下论文; 技术论文; 数据论文; 仪器论文; 网络论文; 地面论文; 《基层建设》2017年第24期论文;