直读式井下压力计数据传输技术研究

　　为了合理开采地下油气田资源，需要采用井下压力计测试地层压力变化 ，描述 油气 田特 性，这对 于矿 藏经济评价和增产措施选用至关重要。 按传输方式不同，井下压力计分为两类：存储式和直读式。直读式井下压力计通过电缆将测试数据直接传输至地面;存储式压力计将测试数据存于内部存储器内，作业时取出压力计并回放数据。 直读式压力计可获得实时压力参数且操作方便。相比多芯电缆，单芯铠装测井电缆具有成本低和作业方便等优点，大量应用于井下测井仪表的数据传输[1]。

　　通常，测井仪表通过单芯 电缆给 仪表 供电 ，并将通 信载波信号耦合到电压信号中实现通信，调制解调过程常采用曼切斯特编码[ 2]。 更复杂的通信技术 ( 如正交频分复用OFDM 等 ) 研究则是为了满足高速多通道通信的需要[ 3]。

　　在 直 读 式 井 下 压 力 计 应 用 中 ， 数 据 更 新 速 度 较 低( 最快 1 S/s ) ， 原则上只需低速单工通信 ， 但由于压力计安装作业成本高，对可靠性要求较高，此外，受环境条件限制，对压力计体积 和部 件温 度有限 制 ，要 求硬件 设计尽量简化。 本文介绍了一种用简单硬件实现的单芯电缆长距离单工数字传输技术。

　　1 两线制仪表数字通信的简化

　　工业 DDZIII 型仪表采用 4 mA~20 mA 标准电流信号进行互联，进而产生了两线制变送器。 两线制变送器采用两根导线对仪表供电同时传输标准电流信号，如图 1所示。

　　变送器稳压电路为其内部测量单元供电 ，只要电路自身电流消耗小于 3.5 mA，则电压/电流(V/I)转换电路就可以调节回路电流 Io， 跟随测量值 Vout变化输出4 mA~20 mA 信号 。 可采用 HART 协议实现两线制电流环路数字信号传输[4]，但标准 HART 协议最大通信距离为 1 500 m，经特殊设计才可达 3 000 m，无法满足测井仪表需要。

　　单芯测井电缆中心为一根铜质芯线 ，外层为钢丝铠装，芯线与铠装之间 是一层 绝缘 介质 ，所以它 是一 种典型的双线传输线，可以采用两线制仪表构成通信链路。

　　本应用中，无需传输模拟信号，因而直接调节 4 mA~20 mA 信号进行信号耦合 ， 构成单工数字通信电路 。 发生端结构如图 2 所示。

　　压力测量单元为包括单片机的压力数据采集单元 ，与已产品化的存储式井下压力计采集电路类似。 与原电路相比， 增加 了两线 制芯 片 XTR115 及 信号耦 合电 路。XTR115 具有 高达 125 ℃ 的工 作温度 ， 能为 压力计 提供工作电压， 并根据 Iin输入端电压调节电流回路电路[ 5]。经开关三极管 T1及 R1和 R2的分压电路，将压力测量单元单 片 机 串 行 端 口 TXD 输 出 的 数 字 信 号 调 节 为 Vout信号，进而直接耦合数字信号到电流环路。