随钻测井仪器在电缆测井系统中的测试实现.pdf

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1、 石油管材与仪器 P E T RO L E U M T U B U L A R G OOD S& I NS T R UM E N T S 2 0 1 5年 1 2月 开发设计 随钻测井仪器在电缆测井系统中的测试实现 丰 扬 李国玉 马明学 ( 中海油田服务股份有限公司北京1 0 1 1 4 9 ) 摘 要： 为方便随钻电阻率仪器挂接到电缆测井系统进行测试， 设计了实现两种通讯协议转换的仪器。通过对电缆测井仪器通 讯总线协议和随钻测井仪器通讯总线协议分析， 制定了该仪器与随钻仪器、 与电缆测井地面系统的通讯协议 内容， 并研制 出以 D S P 、 F P G A 、 H I 1 5 5 3 0

2、为核心的控制电 路， 配以相应软件代码。最终测试表明， 该仪器可以将随钻仪器所测数据实时传输至电缆测井 地面系统从而监测电缆井中随钻仪器工作状态。通过修改软件代码， 可以测试其他随钻仪器响应性能， 是一种便捷经济的随钻测 井设备实钻前试验方法。 关 键 词： 曼彻斯特编解码； F P G A； H I 1 5 5 3 0 ； D S P 中图法分类号： T N 9 1 9 文献标识码： A 文章编号： 2 0 9 6 0 0 7 7 ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 0 2 4 0 5 Re a l i z a t i o n o f Lo g W h i l e Dr i l l i n

3、g To o l Te s t e d i n W i r e l i n e Lo g g i n g S y s t e m F ENG Ya ng LI Guo y u MA Mi n g x u e ( C h i n a O i lfi e l d S e r v i c e s L i m i t e d ， B e O i n g 1 0 1 1 4 9 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n o r d e r t o c o n v e n i e n t l y t e s t t h e l o g wh i l e d ri l l i n

4、 g t o o l c o n t a c t e d t o t h e w i r e l i n e l o g g i n g s y s t e m，a t o o l wa s d e s i g n e d t o r e a l i z e c o n v e r s i o n o f t h e t wo p r o t o c o l s T h e wo r k i s b a s e d o n a n a l y s i s a n d c o mp a r i s o n o f c o mmu n i c a t i o n p r o t o c o l b

5、 e t w e e n wi r e l i n e l o g g i n g t o o l an d l o g w h i l e d ri l l i n g t o o 1 T h e c o n t r o l c i r c u i t Was d e v e l o p e d wi t h t h e c o r e o f D S P，F P G A a n d HI 1 5 5 3 0 i n s t all e d wi t h c o r r e s p o n d i n g s o f t wa r e c o d e Th e t e s t r e s u

6、 l t s p r o v e d t h a t r e a l t i me d a t a C an b e t r an s f e rre d t o w i r e l i n e l o g g i n g s y s t e m w i t h l o w s y mb o l e n o r r a t e ，w h i c h c a n mo n i t o r t h e w o r k i n g s t a t e o f l o g wh i l e d ri l l i n g t o o 1 I t c a n b e u s e d t o t e s t

7、 t h e r e s p o n s e p e rfo r ma n c e o f o t h e r l o g w h i l e d ri l l i n g t o o l b y mo d i f y i n g t h e c o d e s T h i s i s a c o n v e n i e n t a n d e c o n o mi c al t e s t me t h o d f o r l o g w h i l e d ril l i n g t o o l b e f o r e d ri l l i n g Ke y wo r d：Ma n c h

8、 e s t e r c o d i n g a n d d e c o d i n g，F P G A， HI 1 5 5 3 0， DS P 0 引 言 随钻电阻率测井对稳定性要求较高 ， 每只仪器均需 经过全面测试才能投入使用。一般情况下 随钻电阻率 仪器在进行实钻试验之前 ， 只能在车间或者室外依据试 验条件简单测量几个点的响应， 信息量有限 ； 而如果进 行实钻试验， 成本及风险都很高， 这是一对矛盾。为了 提高最终实钻试验的成功率， 本文设计的仪器可以将随 钻电阻率仪器挂接在电缆测井系统上面， 在电缆井 中测 试随钻电阻率仪器的响应性能。 1 设计方案 本文设计的仪器( 以下简称转

9、换平台) 实际是连接 随钻电阻率仪器和电缆测井地面系统的桥梁。电缆测井 地面系统的指令通过电缆传输到转换平台， 通过转换平 台转换为随钻测井仪器通讯总线协议( 即中海油服内部 定义的 T B U S 总线协议 ) 所约定的曼码数据格式下发给 随钻电阻率仪器， 仪器响应命令后将自 身测量的数据上 传到平台上， 平台将数据转换为电缆测井仪器通讯总线 协议( 即中海油服内部定义的E D I B总线协议 ) 所约定的 曼码格式上传到地面系统上， 供测井解释工程师分析仪 器响应性 能。转换平 台和其他仪器连 接关系如 图 1 所示 。 l 电 缆 测井 L ， 、 遥测 传输 短 I转 换 I 障 销电

10、l l 些 亘至 l电 姥 J l蔓 旦 签 里I 鱼 I 主 堡 墨l 图 1转换平 台和其他仪 器连接 关系 第一作者简介 ： 丰扬 ， 女， 1 9 8 3年生， 2 0 0 9年毕业于哈尔滨工业大学， 现在中海油 田服务股份有 限公 司从事感应测井仪器研发工作。 E ma i l ： f e n g y a n g 2 c o s 1 c o n e n 2 0 1 5年第 l卷 第 6期 丰扬等： 随钻测井仪器在电缆测井系统中的测试实现 2 7 脚 ， 则它的7脚输出高电平 ， 经过反向器为低电平， 再送 到 D S P的 S P I 口使能端 3 5脚 ， S P I 被使能。这样

11、在 D E C O D E R S H I F T C L K的上升沿 1 6 b i t 被依次输出到 S P I 的 接收缓冲寄存器 S P I R X B U F里。1 6 b i t 输出完毕后进行 奇偶校验 ， 如果正确 ， 那么在 V A L I D WO R D( 1 脚 ) 输 出 高电平表示一次解码完毕 ， 这个上升沿会触发 D S P的中 断 1 ( X I N T 1 ) ， D S P响应中断读取 S P I R X B U F里的数据并 存储在内部 R A M中。在中断 1 服务子程序里 D S P在读 出 S P I R X B U F中数据后会复位 S P I口，

12、 这是为了此时如 果 1 5 5 3 0 再次收到随钻仪器数据时， 可以继续写入到该 缓冲器内。随钻仪器会将启动一次采集后测量的数据 通过S P I 发送到D S P 存储， 当地面系统来上传数据指令 时， 数据就会通过并行数据总线( D 0至 D 1 5 ) 上传到 F P G A的三级 F I F O中， 并进行曼码编码， 然后通过 E D I B总 线上传给地面测井系统。 3 软件设计 E D I B通讯协议 是中海油服公司具有 自主知识产 权的 E L I S 测井系统所使用的通讯协议， 总线采用 C M D、 M o d e 2 、 M o d e 5 、 M o d e 7四种工作

13、模式， 其中本文用到的 C M D的传输 速率为 2 0 8 3 k b p s ， M o d e 5的传输速 率为 9 3 7 5 k b p s 。该协议上的命令和数据传输采用差分曼彻 斯特编码方式， 高电平到低电平的跳变代表“ 1 ” ， 低 电平 到高电平的跳变代表“ 0 ” 。 3 1 D S P程序设计 转换平台控制电路以 D S P( T MS 3 2 0 F 2 8 1 2 ) 为核心 ， 完成测控命令的转发和解读 ， 程序总体流程图如图 6所 示。首先是系统初始化 ， 然后开外部中断 1 、 2 ， 中断 1 是 编解码器 1 5 5 3 0收到随钻仪器数据后触发 D S

14、P产生的。 中断 2是地面系统下发指令给转换平台， 由 F P G A 解码后触发 D S P产生 的。接下来使能看门狗。然后程 序进入 w h i l e ( 1 ) 的死循环， 除非有 中断 1 或者 2到来。 某一时刻某一中断进来， 系统进行判断， 如果是中断 2 ， 执行 以下判 断语句。如果是授时指令 ， 那么 D S P通过 S H接 口将当前时间发送给 1 5 5 3 0编码后通过 T B U S总 线传送到随钻仪器上。如果是采集指令 ， 也是这样。如 果是上传数据指令 ， 每次都先检查已写入 F P G A的 F I F O 的数据长度 ， 如果当前长度小于全部数据总长度时，

15、D S P 通过 1 6位并行数据 总线将数据传输 给 F P G A的三级 F I F O， 然后跳出中断。此时 F P G A统计当前字数， 如果此 时数据长度不够 ， 会继续发来 中断2 ， D S P响应中断继续 往 F P G A内写数据， 直到所有数据写完 ， 即使 F P G A再发 中断 D S P也不会给数据。这时 F P G A将数据编码并发送 到地面系统。如果 D S P判断本次来的是中断 1 ， 表示 i 系统初始化 I _ 宿阳 I使能看门狗 喂看门狗然 I XI N后T 1 申 断 r 中 断 。 l 。_r 一 否 DS P 通 过S P I j 芰口读 取 1

16、5 5 3 0 码的仪器数据 X I N T 2 中断触发 否 否 皂 l 通过S P I 端口将米集 指令发 0 1 5 5 3 o 编 l码人 口 是 将1 5 5 3 0 通过S P I 1： ：1 传送到D S P 上的数 据 ，通过并 行数据 总线 写 I F P G A的 三级F I F O中 ，同时写入 字数 自增 1 玺 一 是 小于数据总长度? 否 否 是 图 6 D S P程 序流程 图 1 5 5 3 0收到了随钻仪器通过 T B U S上传的数据， D S P响应 中断，使能S P I 接口，将数据读进来缓存， 等待地面系统读取 数据。 3 2 F P G A程 序设

17、计 转换平台与电缆测井系统通讯所使用的曼码编解 码模块由 F P G A实现。利用 V e fi l o g H D L语言实现 F P G A 内部的编解码逻辑电路 ， 通过 Mo d e l S i m对代码进行前仿 真 ， C MD通道下发到转换平台的解码指令如图 7所示， 指令内容是 0 x 3 2 4 1 ， 表示让转换平台上传数据给电缆测 井系统 ， 在 D A T A _ WO R D输出。转换平台上传给地面系 统的编码数据( 部分截图) 如 图8所示 ， 数据开始是 8个 0 ， 然后是同步头 1 ， 然后就是依次写入 3个 F I F O的数据 0 x S A 3 C 、 0 x A C 3 5 、 0 x 3 5 C 5 。由上述波形可见， 下发指令和 上传数据都正确。