鎧裝測井電纜傳輸性能的研究

2020-08-12 10:44:12張家田秦宏偉

云南化工 2020年7期

張家田，秦宏偉

（西安石油大學電子工程學院陜西省油氣井測控技術重點實驗室，陜西西安 710065）

隨著國民經濟的發展，石油作為能源工業的戰略地位已經到了舉足輕重的地位，在石油勘探開發方面，測井電纜傳輸技術就顯得格外重要［1］。

要想在井下電視中得到流暢的視頻圖像，測井電纜的傳輸性能尤為重要，其電纜的種類、品牌、纜芯的數量等都是制約其傳輸性能的關鍵因素。只要能減少外界或自身對測井電纜的干擾，電纜的傳輸性能就會提高，井下電視的視頻圖像會更流暢，其中可見光井下電視測井技術發揮了巨大的作用，主要的可見光井下電視經歷了以下幾個發展階段：同軸電纜井下電視、光纖井下電視、鷹眼井下電視、測井電纜彩色全幀率井下電視［2］。隨著現代通信技術和視頻編碼技術的發展，在普通鎧裝測井電纜上傳輸彩色流暢的視頻圖像成為了可能，為新一代井下電視技術的研發打下了堅實的基礎［3］。井下電視測井系統的高速傳輸系統對傳輸性能起到關鍵作用，與不同電纜的匹配有不同的傳輸速率，對視頻圖像的清晰度有非凡的意義。

1 鎧裝測井電纜傳輸性能的影響因素

測井電纜主要有單芯電纜、3芯電纜、4芯電纜和7芯電纜，國內主要使用的測井電纜有CAMESA電纜和華能電纜。通過實驗研究得知不同電纜有不同的傳輸性能。

1.1 電阻的影響

查資料顯示，隨著溫度的升高，銅芯的電阻率不斷增大，不同纜芯的電纜單位阻值逐漸升高；電纜纜芯直徑越大，電阻越小；當電纜的阻值變大時，其信號傳輸速率會下降。

1.2 信號衰減的影響

電纜對信號的衰減參數要考慮以下幾個方面：1）電纜傳輸介質；2）電纜的彎曲程度；3）電纜的施工工藝；4）直線的粗糙度導致損失；5）電纜的長度，即傳播距離，傳播距離越長，信號衰減越大。由于這些因素的存在，會對電纜的傳輸性能造成影響。

1.3 信噪比的影響

由香農定理揭示了信道能夠傳輸的最大信息速率與信道信噪比和帶寬的關系式［4］。從式（1）看出，在系統帶寬系數H確定的情況下，通過提高信噪比S／N來提高信道容量C。

式中：C為信道容量，即信道能夠實現的最高傳輸速率，單位為 bit／s；H為信道帶寬，單位為Hz；S為信號功率，單位為W；N為噪聲功率，單位為W。

根據香農定理，得出幾種提高電纜傳輸速率的途徑和辦法：1）增加信帶帶寬。2）提高信噪比。3）提高頻帶利用率。

在傳輸中，可通過改善傳輸手段和增大設備能力來實現電纜的傳輸性能。

1.4 串音干擾的影響

串音干擾有近端串音和遠端串音。遠端串音影響不大，因為隨著距離大增大，遠端串音會衰減。而近端傳音剛開始就有，影響較大。

近端串音衰減B的公式為：

1.5 碼間干擾的影響

碼間干擾主要有符號間干擾（ISI）和信道間干擾（ICI）。在實際的電纜傳輸過程中，ISI影響最大，有時候會把“0”錯誤判決為“1”或者把“1”變成“0”，使得線性失真嚴重，波形畸變。

1.6 結構回波損耗的影響

在測井電纜的制造過程中，難免會使電纜結構不均勻，使其阻抗不匹配，在不均勻的地方產生信號，接收端收到的脈沖信號就會有重疊現象發生，對信號的發射產生干擾。

1.7 發射功率的影響

發射功率越大，通信距離越大。從理論上說，發射功率可無限制地增加，但實際上由于受成本和實際條件的制約，發射機的輸出功率也是有限的，特別是對于低功耗系統的要求。

2 鎧裝測井電纜傳輸系統研究

在可見光測井領域中，傳輸介質主要有電纜和光纜，電纜的傳輸頻帶和傳輸速率都比較低，光纜有極寬的傳輸頻帶，但是由于光纜的機械性能差、造價比較昂貴，所以沒有大規模推廣使用。另外隨著電纜遙傳技術的發展，電纜也具有較高的傳輸速率。

2.1 測井電纜傳輸技術和傳輸模式

測井電纜高速數據傳輸系統中用到的關鍵技術主要有正交頻分復用（OFDM）、正交振幅按鍵（QAM）和自適應（SRA），各種技術在文獻［4］中有詳細介紹。

數據傳輸模式是基于STU-C和STU-R建立的，在文獻［5］中有詳細介紹有關SHDSL的技術。現代網絡高清井下電視采用一種TC-PAM編碼調制方式，其通過鏈路收發單元（STU）實現。鏈路收發單元由用戶端收發單元（STU-R）和局端收發單元（STU-C）兩大塊組成。圖1為鏈路收發單元參考模型。STU-C和STU-R中間有放置再生器（SRU），形成一個完整的傳輸鏈路。