一種雙向遠(yuǎn)程控制試井系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

摘要：本系統(tǒng)針對(duì)目前壓力測(cè)井系統(tǒng)井下交互操作難以實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套基于無(wú)線擴(kuò)頻調(diào)制方式進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)能浻布?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/系統(tǒng)">系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)了地面控制系統(tǒng)和井下壓力計(jì)的實(shí)時(shí)交互通信。系統(tǒng)主要包括地面控制系統(tǒng)、下井控制器和井下控制器三部分，并采用了一種高精度和特定計(jì)算方法的壓力計(jì)模型。實(shí)際測(cè)量應(yīng)用表明能夠準(zhǔn)確地反映井下油氣儲(chǔ)存情況，滿足了遠(yuǎn)距離試井的實(shí)地操作需求，并在很大程度上提高了整個(gè)測(cè)井的實(shí)際效率。
關(guān)鍵詞：無(wú)線傳輸；擴(kuò)頻調(diào)試；雙向通信；地面控制；壓力計(jì)模型

0 引言
對(duì)于井下油氣儲(chǔ)存量、油井生產(chǎn)狀況及壽命的評(píng)價(jià)，一個(gè)重要的依據(jù)即是能夠準(zhǔn)確有效地獲取待測(cè)井的壓力、溫度等參數(shù)數(shù)據(jù)及變化趨勢(shì)。目前油氣井測(cè)試采用的主要方式仍是基于井下存儲(chǔ)方式，即將測(cè)量參數(shù)設(shè)置好的井下探測(cè)器放置在待測(cè)地層段采集相關(guān)數(shù)據(jù)，待整個(gè)測(cè)試周期完成后回收至地面并讀取數(shù)據(jù)。鑒于上述方式無(wú)法有效提取油井實(shí)時(shí)信息，在一定程度上降低了對(duì)油井相關(guān)操作的效率。本文介紹的試井系統(tǒng)借助下井控制器與井下探測(cè)器，通過(guò)無(wú)線傳輸方式實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的雙向交互通信，能夠?qū)崟r(shí)提取井下存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，有效提高測(cè)井的時(shí)效性和傳輸速率，并很好地滿足不同井深及井下各種惡劣環(huán)境的測(cè)試需要。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)概述

硬件部分如圖1所示，主要包括地面控制系統(tǒng)、下井控制器和井下控制器三部分。地面控制系統(tǒng)有三種工作模式：地面模式、中轉(zhuǎn)模式、直接模式。地面模式下主要功能是進(jìn)行壓力計(jì)的地面配置和測(cè)試。中轉(zhuǎn)模式下，地面控制系統(tǒng)是PC機(jī)和井下控制器的連接單元，本身不主動(dòng)發(fā)送指令，但可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)顯示。直接模式下地面控制器可以獨(dú)立控制井下系統(tǒng)，無(wú)需PC機(jī)參與操作，大大提高了油井現(xiàn)場(chǎng)操作的便攜性，主要功能包括井下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算顯示，下井命令發(fā)送，井下命令接收和相應(yīng)井下數(shù)據(jù)的回傳存儲(chǔ)。下井控制器是針對(duì)下井壓力計(jì)的功能設(shè)計(jì)的，主要實(shí)現(xiàn)下井過(guò)程中的壓力實(shí)時(shí)跟蹤，完成壓力計(jì)的連接保持和壓力數(shù)據(jù)回傳。井下控制器是針對(duì)井下壓力計(jì)設(shè)計(jì)的，主要功能是接收并執(zhí)行地面控制系統(tǒng)發(fā)出的操作指令，完成壓力計(jì)的電源管理、模式切換、數(shù)據(jù)回讀等一系列功能。

2 遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸原理
本文所述方法具有許多技術(shù)難點(diǎn)，其中之一是長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸。井下和下井壓力計(jì)、電路板工作于距離地面4000～6000m的油井中，井下壓力、溫度、濕度、噪聲與地面有很大不同，此外，由于傳輸距離太長(zhǎng)，傳輸線的分布電阻和分布電容較大，對(duì)所承載的信號(hào)衰減很大，另外還存在阻抗調(diào)制、脈沖噪聲、等幅震蕩波干擾等不利因素，難以達(dá)到高速傳輸。為此模擬長(zhǎng)線傳輸做了大量的實(shí)驗(yàn)，并在現(xiàn)場(chǎng)用實(shí)際電纜做實(shí)驗(yàn)，最終采用較為可靠的擴(kuò)頻通信(Spread Spectrum Conummicadon)作為傳送命令和數(shù)據(jù)的方式。
擴(kuò)頻通信指?jìng)鬏斚到y(tǒng)中用于傳送信息的信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的通信方式，即將待傳送基帶信號(hào)用擴(kuò)頻序列發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)編碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制從而將頻譜擴(kuò)展，形成擴(kuò)展帶寬的低功率譜密度信號(hào)進(jìn)行傳輸。接收端采用同樣偽隨機(jī)編碼通過(guò)相關(guān)處理恢復(fù)成窄帶信號(hào)，再解調(diào)數(shù)據(jù)恢復(fù)出原始信號(hào)數(shù)據(jù)。
從香農(nóng)公式我們可以了解擴(kuò)頻通信的理論來(lái)源，在受到加性高斯白噪聲的信道中，信道容量由下式描述：

在給定的信道容量下可以用不同帶寬和信噪比的組合來(lái)傳輸，若減小其中一項(xiàng)則勢(shì)必要增大另一項(xiàng)以平衡信道固有的容量。因此，當(dāng)信噪比太小不能保證通信質(zhì)量時(shí)，常采用寬帶系統(tǒng)，即用增加帶寬(展寬頻譜)來(lái)提高信道容量，擴(kuò)展信號(hào)頻譜降低功率譜密度，從而使信號(hào)幅度降低且隱蔽性好以改善通信質(zhì)量，這就是通常所謂用帶寬換取功率的通信方法。