一種用于深井高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電纜及使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于深井高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電纜及使用方法。七芯電纜在長(zhǎng)度大于3000米時(shí)，僅能允許同時(shí)用一對(duì)絞合線進(jìn)行高速穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸，即第7芯線與其相鄰線，而第1-6芯線相互間為平行關(guān)系，不利于長(zhǎng)線傳輸。一種用于深井高數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電纜及使用方法，所述電纜為七芯纜芯結(jié)構(gòu)的鎧裝電纜，包括第一芯線、第二芯線、第三芯線、第四芯線、第五芯線、第六芯線及第七芯線，第一芯線和第二芯線絞合為第一絞合芯線，第四芯線和第五芯線絞合為第二絞合芯線，第一絞合芯線、第三芯線、第二絞合芯線和第六芯線分別與第7芯線常規(guī)絞合。本發(fā)明可同時(shí)使用兩對(duì)絞合線進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸且能夠提高深井?dāng)?shù)據(jù)傳輸率。
【專利說明】一種用于深井高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電纜及使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于深井?dāng)?shù)據(jù)測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于深井高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電纜及使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油天然氣、非常規(guī)油氣及煤層氣田勘探開發(fā)中微地震水力壓裂監(jiān)測(cè)測(cè)井技術(shù)，是一種勘探開發(fā)新方法。當(dāng)使用水力壓裂技術(shù)，對(duì)幾千米深井中的含油氣地層進(jìn)行高壓(大約40MPa上下)水力壓裂時(shí)，含油氣地層巖石會(huì)在天然裂縫基礎(chǔ)上形成更大規(guī)模的裂縫網(wǎng)，當(dāng)裂縫張開或閉合時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生微小的天然地震(聲發(fā)射事件)，用井下高靈敏度三分量檢波器陣列接收并定位這些微地震事件，就能測(cè)繪出裂縫網(wǎng)形狀，用以監(jiān)測(cè)水力壓裂所形成裂縫的位置及油氣運(yùn)移范圍，以預(yù)測(cè)油氣產(chǎn)量。由于微地震事件的數(shù)據(jù)都是唯一的，要求通過超長(zhǎng)距離電纜(中間不可能增音)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、高速傳輸、精確定位并測(cè)繪下來。
[0003]同類儀器還可用于井間地震成像測(cè)量(Cross well Seismic data imaging)和變偏移距垂直地震剖面法勘探技術(shù)等(Walkaway Vertical Seismic profiling或W-VSP)。此類儀器目前幾乎全為進(jìn)口，例如:法國(guó)的Sercel公司，其價(jià)格是國(guó)產(chǎn)的145% ;英國(guó)的Avalon公司，其對(duì)電纜要求高,故障多；而美國(guó)的Schlumberger只提供技術(shù)服務(wù)不賣儀器，其服務(wù)價(jià)是國(guó)產(chǎn)的2至3倍。因此，進(jìn)口儀器價(jià)格及技術(shù)服務(wù)不僅昂貴，還有使用維修困難、使用周期短、成本高等缺陷。
[0004]除此之外，在地球物理綜合測(cè)井，特別是微地震水力壓裂監(jiān)測(cè)測(cè)井中，要求將地層水力壓裂過程中只產(chǎn)生一次的微地震事件盡量不漏的記錄下來，這就要求高的采樣率、高的數(shù)據(jù)傳輸率和低的傳輸誤碼率?，F(xiàn)有(國(guó)產(chǎn))長(zhǎng)距離5000-7000米鎧裝電纜數(shù)傳系統(tǒng)的傳輸速率一般為500khz / s，若提高傳輸速率則因誤碼太多(要求誤碼小于10_7)而失敗。
[0005]參見圖2:現(xiàn)有深井?dāng)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電纜為7芯纜芯結(jié)構(gòu)的鎧裝電纜，分別為均布于外圍6根芯線，中間為芯線7，6根芯線一般沿順時(shí)針與芯線7為絞合關(guān)系，順序命名為第6芯線，其分配方式為--第1，7芯線用于進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸(可達(dá)到500khz/s—7000m，Imhz/s—5500m);第2，3芯線用于井下數(shù)傳短節(jié)及10級(jí)接收短節(jié)供電(加電時(shí)5000M電纜瞬間電流可達(dá)IA以上，電纜壓降約83VDC);第4芯線用于進(jìn)行CCL，GAMMA供電及深度測(cè)量；第5，6芯線用于進(jìn)行10級(jí)接收短節(jié)推靠臂推靠電機(jī)供電、制動(dòng)檢測(cè)及自動(dòng)推收；如果使用3000米電纜500Khz/S其任意兩相鄰線都可穩(wěn)定傳輸；如果是5000米電纜500Khz/S; IMhz/S:則只有中心線，即第7芯線與其相鄰線可穩(wěn)定傳輸；如果使用7000米電纜500Khz/S:則只有中心線第7芯線與其相鄰線可穩(wěn)定傳輸。其最大缺憾是當(dāng)電纜長(zhǎng)度大于3000米后，僅能允許同時(shí)用一對(duì)絞合線進(jìn)行高速穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸，即第7芯線與其相鄰線，因第7芯線與第1-6芯線為絞合關(guān)系，而第1-6芯線相互間為平行關(guān)系，不利于長(zhǎng)線傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是提供一種能夠同時(shí)使用兩對(duì)絞合線進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸且能夠提高深井?dāng)?shù)據(jù)傳輸率的用于深井高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電纜及使用方法。
[0007]為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種用于深井高數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電纜，所述電纜為七芯纜芯結(jié)構(gòu)的鎧裝電纜，包括第一芯線、第二芯線、第三芯線、第四芯線、第五芯線、第六芯線及第七芯線，所述第一芯線、第二芯線、第三芯線、第四芯線、第五芯線及第六芯線沿第七芯線圓周方向依次均布，所述第一芯線和第二芯線絞合為第一絞合芯線，所述第四芯線和第五芯線絞合為第二絞合芯線，第一絞合芯線、第三芯線、第二絞合芯線和第六芯線分別與第7芯線常規(guī)絞合，其絞合距為7.0cm且絞合點(diǎn)依次錯(cuò)開。
[0008]所述電纜為七芯纜芯結(jié)構(gòu)的鎧裝電纜，分別為第一芯線、第二芯線、第三芯線、第四芯線、第五芯線、第六芯線及第七芯線，所述第一芯線、第二芯線、第三芯線、第四芯線、第五芯線及第六芯線沿第七芯線圓周方向依次均布，其特征在于:所述第一芯線和第二芯線絞合為第一絞合芯線，第七芯線與第三芯線、第四芯線、第五芯線及第六芯線中任一芯線絞合為第二絞合芯線，其絞合距為7.0cm0
[0009]所述鎧裝電纜型號(hào)為W7-11.8-B。
[0010]一種用于深井高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電纜的使用方法，所述深井高速數(shù)據(jù)傳輸率系統(tǒng)包括高溫穩(wěn)壓電源及通過電纜分別連接的兩組單數(shù)傳系統(tǒng)，每組單數(shù)傳系統(tǒng)包括井下數(shù)傳短節(jié)和井上數(shù)傳短節(jié)，所述第一組井下數(shù)傳短節(jié)和井上數(shù)傳短節(jié)通過第一絞合芯線連接，第二組井下數(shù)傳短節(jié)和井上數(shù)傳短節(jié)通過第二絞合芯線連接，第三絞合芯線連接高溫穩(wěn)壓電源。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下有益效果:
1.本發(fā)明通過改變7芯鎧裝電纜的纜芯結(jié)構(gòu)，將第1，2芯線和第4，5芯線分別絞合，再實(shí)現(xiàn)7纜芯的常規(guī)絞合及鎧裝電纜的完成，這樣的電纜的優(yōu)點(diǎn)是:對(duì)于5500米電纜，可監(jiān)測(cè)5200米以下深度的井，可涵蓋現(xiàn)有石油天然氣井深范圍的80%以上(指2Mhz/S的傳輸率)，擴(kuò)大了又優(yōu)化了國(guó)產(chǎn)儀器的應(yīng)用范圍。對(duì)5500米以上到7000米電纜，I, 2線和4，5線并用兩套數(shù)傳系統(tǒng)可以達(dá)到IMhz/S的傳輸率。此種結(jié)構(gòu)的電纜將原有電纜只允許同時(shí)使用一對(duì)絞合線進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸改造為可同時(shí)使用兩對(duì)絞合線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在不改變?cè)须娎|直徑、單位長(zhǎng)度自重及抗拉強(qiáng)度的情況下，將原有電纜中另5芯的功能，用運(yùn)動(dòng)、定位靜止分時(shí)分配的辦法及在井下增加一個(gè)高溫穩(wěn)壓電源在井上用直流高壓傳輸?shù)霓k法減小電流實(shí)現(xiàn)用3芯電纜來完成，省出兩芯電纜絞合用于雙數(shù)傳系統(tǒng)。
[0012]2.第一絞合芯線和第二絞合芯線并用兩套數(shù)傳系統(tǒng)可以達(dá)到2Mhz/S的傳輸率(原數(shù)傳率為500Khz/S)，與7芯標(biāo)準(zhǔn)鎧裝測(cè)井電纜保持了通用性，節(jié)約了成本；
3.本發(fā)明中電纜鏈接的雙數(shù)傳系統(tǒng)仍沿用原已成功應(yīng)用的數(shù)傳方式，保證了穩(wěn)定可靠，減低了成本又達(dá)到提高數(shù)傳率的目的，并用兩套單數(shù)傳系統(tǒng)，可以提高數(shù)傳速率一倍
或三倍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明電纜連接的深井高數(shù)據(jù)傳輸率系統(tǒng)示意圖；
圖2為七芯標(biāo)準(zhǔn)鎧裝測(cè)井電纜截面圖。
[0014]其中:1.外鎧；2.內(nèi)鎧；3.纜芯；4.第一芯線；5.第二芯線；6.第三芯線；7.第四芯線；8.第五芯線；9.第六芯線；10.第七芯線。【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本專利進(jìn)行詳細(xì)的說明:
參見圖2，一種用于深井高數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電纜，電纜為七芯纜芯結(jié)構(gòu)的鎧裝電纜，型號(hào)為W7-11.8-B，包括第一芯線4、第二芯線5、第三芯線6、第四芯線7、第五芯線8、第六芯線9及第七芯線10，第一芯線4、第二芯線5、第三芯線6、第四芯線7、第五芯線8及第六芯線9沿第七芯線10圓周順時(shí)針方向依次均勻分布，第一芯線4和第二芯線5絞合為第一絞合芯線，第四芯線7和第五芯線8絞合為第二絞合芯線，第一絞合芯線、第二絞合芯線、第三芯線5和第六芯線9與第七芯線10 (中心線)按常規(guī)絞合，第一、二芯線絞合為第一絞合芯線與第三芯線6相鄰再與第四、五芯線絞合為第二絞合芯線相鄰再與第六芯線9相鄰組成帶狀芯線再與第七芯線10 (中心線)按常規(guī)絞合，絞合距為7.0cm且絞合點(diǎn)依次錯(cuò)開。絞合后，阻抗的穩(wěn)定性提高了，對(duì)地的阻抗平衡度提高了，達(dá)到了提高傳送速率、減少干擾、增大傳輸距離的目標(biāo)。
[0016]另一種七芯纜芯的鎧裝電纜的結(jié)構(gòu)是第一芯線4和第二芯線5絞合為第一絞合芯線，第七芯線10與第三芯線6、第四芯線7、第五芯線8及第六芯線9中任一芯線絞合為第二絞合芯線，其絞合距為7.0cm0
[0017]參見圖1:上述用于深井高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電纜的使用方法，包括高溫穩(wěn)壓電源及通過上述電纜分別連接的兩套單數(shù)傳系統(tǒng)，每套單數(shù)傳系統(tǒng)包括井下數(shù)傳短節(jié)和井上數(shù)傳短節(jié)，與CPU連接的第一組井下耐高溫單極數(shù)傳短節(jié)接5500米以上絞合電纜的第一絞合芯線后，在與井上單機(jī)數(shù)傳短節(jié)連接，通過CPU及USB接口將數(shù)據(jù)送到地面主機(jī)；同理，與CPU連接的第二組井下耐高溫單極數(shù)傳短節(jié)接5500米以上絞合電纜的第二絞合芯線后，再與井上單機(jī)數(shù)傳短節(jié)連接，通過CPU及USB接口將數(shù)據(jù)送到地面主機(jī)，上述每套單數(shù)傳系統(tǒng)其輸入輸出分別為地面下傳的時(shí)斷信號(hào)、命令和狀態(tài)字及由井下上傳的由各采集短節(jié)(10級(jí)以上)采集的，由RS485總線傳來的大量數(shù)據(jù)，每秒數(shù)據(jù)可達(dá)4，320，000bit/S。該電纜應(yīng)用于圖1中其中一套單數(shù)傳系統(tǒng)中時(shí)也可以完成井上和井下數(shù)據(jù)傳輸，并且能夠維持原有數(shù)據(jù)傳輸率。
[0018]第三芯線和第六芯線——10級(jí)接收短節(jié)推靠臂推靠電機(jī)供電、制動(dòng)檢測(cè)及自動(dòng)推收；當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由第三芯線執(zhí)行CCL，GAMMA供電及深度測(cè)量；當(dāng)儀器到位時(shí)第三、六芯線并用執(zhí)行10級(jí)接收短節(jié)推靠臂推靠電機(jī)供電，各級(jí)延時(shí)推靠并在采集結(jié)束后同時(shí)收臂；
第七芯線一一數(shù)據(jù)傳輸及10級(jí)接收短節(jié)供電，采用180VDC—根電纜輸送到井下再變換為23VDC的辦法實(shí)現(xiàn)對(duì)井下數(shù)傳及接收短節(jié)陣列采用各級(jí)延時(shí)加電方式，這樣在纜芯上的電流在IOOma以下引起的壓降也不大；第三，七，六芯線及鎧裝外皮對(duì)第一絞合芯線及第二絞合芯線的雙數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)起屏蔽作用。
[0019]本發(fā)明中所用電纜型號(hào)為W7-11.8-B，鎧裝外徑11.8mm，抗拉強(qiáng)度6.7KN，重量430 (kg/km),絕緣電阻蘭200 (mQ.km),直流電阻蘭30 Ω /km,纜芯線徑0.56mm2，耐溫-30-+150°C (或 200°C)。
[0020]本發(fā)明的工作原理是:(1)井下數(shù)傳短節(jié):井下數(shù)傳節(jié)中的CPU從485總線收到第一個(gè)字節(jié)，將它送給第一組單數(shù)傳系統(tǒng)，當(dāng)它收到第二個(gè)字節(jié)時(shí)，將它送給第二組單數(shù)傳系統(tǒng)，如此反復(fù)，直到計(jì)數(shù)完成。
[0021](2)地面數(shù)傳系統(tǒng):地面系統(tǒng)的CPU先監(jiān)測(cè)第一組單數(shù)傳系統(tǒng)的DRDY1，當(dāng)它為真時(shí)，從其數(shù)據(jù)口讀一個(gè)字節(jié)作為第一個(gè)字節(jié)。然后立即監(jiān)測(cè)單數(shù)傳系統(tǒng)2的DRDYZ2，當(dāng)其為真時(shí)，從其數(shù)據(jù)口讀一個(gè)字節(jié)。作為第二個(gè)字節(jié)存入緩沖區(qū)。如此反復(fù)，直到計(jì)數(shù)完成。
[0022](3)井下原有CCL、GAMMA的精確定深功能與原有推靠供電及制動(dòng)檢測(cè)功能采用分時(shí)執(zhí)行的辦法合并用兩根電纜(分級(jí)延時(shí)推靠瞬間電流可達(dá)1A);原有短節(jié)供電，采用180VDC —根電纜輸送到井下，用耐高溫DC-DC變換為23VDC的辦法實(shí)現(xiàn)，此時(shí)一根電纜電流< 100mA，對(duì)井下數(shù)傳及接收短節(jié)陣分級(jí)延時(shí)列供電。
[0023]試驗(yàn)結(jié)果如下:
以10級(jí)三分量(30個(gè)監(jiān)測(cè)道)3秒鐘數(shù)據(jù)0.5毫秒采樣率為例:單級(jí)三分量:每分量36位(bit),單級(jí)108位，3秒鐘0.5毫秒采樣率的數(shù)據(jù)量為6kX108bit=648，000bit當(dāng)前每級(jí)傳輸時(shí)間為648，000X2 μ S=I, 296，000 μ S ^ 1.3S10級(jí)三分量傳輸時(shí)間約為13秒鐘，即現(xiàn)有數(shù)傳率狀況可能漏掉77%的微地震壓裂事件。若數(shù)傳率為2MHz/S則每級(jí)傳輸時(shí)間
0.32S, 10級(jí)三分量傳輸時(shí)間約為3.2秒鐘.94%的微地震壓裂事件都能檢測(cè)到，若用8級(jí)三分量檢測(cè)(傳輸時(shí)間約為2.56秒鐘)，就可做到實(shí)時(shí)100%檢測(cè)。
[0024]采用本發(fā)明 的電纜后，并電纜長(zhǎng)度到5500米，可將現(xiàn)有單數(shù)傳系統(tǒng)的速率提高到IMHZ/,并用兩套數(shù)傳系統(tǒng)的傳輸速率可以達(dá)到2MHZ/S(相當(dāng)原數(shù)傳速率三倍)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于深井高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電纜，所述電纜為七芯纜芯結(jié)構(gòu)的鎧裝電纜，包括第一芯線(4)、第二芯線(5)、第三芯線(6)、第四芯線(7)、第五芯線(8)、第六芯線(9)及第七芯線(10)，所述第一芯線(4)、第二芯線(5)、第三芯線(6)、第四芯線(7)、第五芯線(8)及第六芯線(9)沿第七芯線(10)圓周方向依次均布，其特征在于:所述第一芯線(4)和第二芯線(5)絞合為第一絞合芯線，所述第四芯線(7)和第五芯線(8)絞合為第二絞合芯線，第一絞合芯線、第三芯線(6)、第二絞合芯線和第六芯線(9)分別與第七芯線(10)常規(guī)絞合，其絞合距為7.0cm且絞合點(diǎn)依次錯(cuò)開。
2.一種用于深井高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電纜，所述電纜為七芯纜芯結(jié)構(gòu)的鎧裝電纜，分別為第一芯線(4)、第二芯線(5)、第三芯線(6)、第四芯線(7)、第五芯線(8)、第六芯線(9)及第七芯線(10)，所述第一芯線(4)、第二芯線(5)、第三芯線(6)、第四芯線(7)、第五芯線(8)及第六芯線(9)沿第七芯線(10)圓周方向依次均布，其特征在于:所述第一芯線(4)和第二芯線(5)絞合為第一絞合芯線，第七芯線(10)與第三芯線(6)、第四芯線(7)、第五芯線(8)及第六芯線(9)中任一芯線絞合為第二絞合芯線，其絞合距為7.0cm0
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于深井高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電纜，其特征在于:所述鎧裝電纜型號(hào)為W7-11.8-B。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于深井高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的電纜的使用方法，其特征在于:所述深井高速數(shù)據(jù)傳輸率系統(tǒng)包括高溫穩(wěn)壓電源及通過電纜分別連接的兩組單數(shù)傳系統(tǒng)，每組單數(shù)傳系統(tǒng)包括井下數(shù)傳短節(jié)和井上數(shù)傳短節(jié)，所述第一組井下數(shù)傳短節(jié)和井上數(shù)傳短節(jié)通過第一絞合芯線連接，第二組井下數(shù)傳短節(jié)和井上數(shù)傳短節(jié)通過第二絞合芯線連接，第三芯線連接高溫穩(wěn)壓電源。
【文檔編號(hào)】H01B11/02GK103824645SQ201410059436
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】姚正典, 萬文曼, 趙煒 申請(qǐng)人:西安弘傳科技開發(fā)有限責(zé)任公司