用于多导线纲索电缆的模态传输方法与设备技术

一种用于多导线钢索电缆的模态传输方法与设备，它是在传统的钢索测井电缆中传输多个独立的电信号而又能避免习惯方法遇到的带宽限制问题的设备和方法，每个信号在多个对称排列的导线对（例如两对）中传送，从而使耦合到未用导线中的净信号为零。由于没有耦合，从而有效地消除了与频率有关的互阻抗损耗。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于寻找地球内的石油储藏的，更具体地说，是关于一种改进的通讯系统和方法，用于显著地增加用通常的测井电缆所能传输数据的数量(传送速率)和质量，从而适用于钻井深入到地层中对地层的性质进行复杂的、大数据量的测量。尽管多年来对地球物质的认识以及对更多更好的地层测量的要求增加了，但传送钻井测量记录和测量数据的方法却没有与之相适应，硅集成电路微处理器已经使十年前几乎想象不到的测量和控制功能成为可能，而现有的在钻井中完成测量的能力远远超过了把数据传送到地面的能力。虽然有一些公司目前正致力于发展用于钻井中的光纤电缆，但这项工作看来已遇到了比预期要多的问题。而且，一种可靠的光纤通讯系统可能还得要一些年之后才能问世。再有，通常的钢索型(Wirelinetype)电缆在钻井工业中应用非常广泛，以致要替换它们得付出巨大代价。因此，如果要继续使用标准电缆，同时在测井工具中有越来越多的测量与控制功能实现数字化，并使传输的数据速率和频谱宽度相应地增大，就必须找到通过这些标准电缆的更好的数据传送装置。在传统的钻孔测井工作中，测井工业一般使用一种有7根导线的铠装电缆(通常称为“钢索缆(Wireline)”)向井中提供电源和控制信号，从井中接收数据，并用来悬吊测井工具。这种电缆每一段的长度可能超过7600米。它有6根绝缘铜导线螺旋缠绕在一根中心导线周围，并嵌入半导电橡胶中，外围是两层反向螺旋缠绕的高强度钢丝绳。电缆的直径一般为1.2厘米，其断裂强度约为71×103牛顿。在生产过程中，诸如导线的排列和间距等电缆特性受到仔细地控制以保持一致不变。当前，这种高超的生产工艺还只有少数公司能够实现。在钢索缆中导线的平行排列以及长度过长带来了一些特殊的电性问题，这些问题在一般的电子工业领域(如计算机设计)通常不会遇到，但这些问题长期以来引起电力输送工业和远程电话线等方面的注意。然而，奇怪的是在这些工业所开展的工作似乎并没有引起试图解决钢索缆测井工业中存在的数据传输问题的那些实干家们的注意。对于从测井工具中获得内容更广泛、数据更多的数据的这种需求在日益增长。从这一角度来看，现有的7导线钢索缆所表现出的性能显然正变得不能接受。特别是当传输高速数字化数据而其信号频谱可能展布在一个很宽的频带时，钢索缆的那些响应特性尤其不合要求。而且，对于各种可能性的严密检验将表明，这个问题不只是信号导线选择不当的问题，因为这里并不存在一个导线对不易于与其他导线对相耦合的。不幸的是，对于单对导线的不好的响应特性也很难予以补偿，因为测井电缆受到变化范围很大而且不能预测的温度与压力变化的影响。反过来，那些变化所引起的传输与耦合响应的变化仅在电缆的一端又很难进行追踪。因此，本专利技术提供了一种通过这类电缆传输数据的方法，它包括a)在至少一对导线中传输彼此反向的数据，从而使电缆中几乎所有没被选用的导线与所选用的载有相反方向数据的导线之间的耦全基本上相等。于是，传输的数据因电感性的和电容性的向未选用导线的耦合，就每根未选用导线而言，是在两个方向(或者说极性)上基本相等的耦合。这样，从所选导线耦合到每根未选导线中的数据信号是对称存在而符号相反的，结果这些耦合信号实际上彼此抵消了，从而有效地抑制了测井电缆中由互阻抗引起的有限带宽对与频率有关的信号的衰减，同时改善了在钻井中使用电缆时传输数据的带宽，使之不依赖于温度，并使导线间耦合不随环境而变化。b)接收通过电缆传输的数据。本专利技术进一步提供了通过这类电缆在相互独立的多个通道上以改进的带宽传送多道相互独立的数据信号的一种方法，包括a)对每一个通道，选择至少两对导线，在每对线上传输相同的数据，从而ⅰ)在电缆中基本上所有未选导线对于所选载有相反流向数据的导线的耦合是基本上相等的。于是，传输数据因感性和电容性向未选用导线的耦合，就每根未选用导线而言，是在两个方向(或者说极性)上基本相等的。这样，从所选导线耦合到每根未选导线中的数据信号是对称存在而符号相反的，结果这些耦合信号实际上彼此抵消了，从而有效地抑制了测井电缆中由互阻抗引起的有限带宽对与频率有关的信号衰减，同时改善了在钻井中使用电缆时传输数据的带宽，使之不依赖于温度，并使导线间的耦合不随环境而变化。ⅱ)对于每一通道所用的导线，尽管允许与其他通道共用，但仍是那一通道的唯一导线组。b)对每一通道，传输该通道的数据，ⅰ)这些数据在每一对选用的导线中基本上是相等的，从而在一对导线中的一根导线上的数据信号电平基本上等于其他对导线中一根导线上的电平，而在每对导线中另一根导线上的电平也基本上彼此相等，而在每一对中的导线对数据信号而言是彼此反向的导线。ⅱ)同时在每一个选用导线上可有多个不同的数据信号彼此迭加，而与那些同特定的数据信号相联系的各种通道没有关系。c)通过从相互迭加的信号中提取出属于各个通道的各种数据信号，接收通过电缆传输的数据。本专利技术还提供了一种通过电缆传输数据的设备，包括a)一个装置，在至少一对导线中传输彼此反向的数据，从而使电缆中几乎所有未被选用的导线与所选用的载有数据的彼此反向的导线之间的耦合基本上相等。于是，传输数据因感性和容性向未选用导线的耦合，就每根未选用导线而言，是在两个方向(或者说极性)上基本相等的耦合。这样，使从所选导线耦合到每根未选导线中的数据信号是对称存在而符号相反的，结果这些耦合信号实际上彼此抵消了，从而有效地抑制了测井电缆中由互阻抗引起的有限带宽对与频率有关信号的衰减，同时改善了在钻井中使用电缆时传输数据的带宽，使之不依赖于温度并使导线间耦合不随环境而变化。b)接收通过电缆传输的数据的装置。本专利技术的另一个实施例提供了通过这类电缆在相互独立的多个通道上以改进的带宽传送多个相互独立的数据信号的一种设备，包括a)对每一个通道选择至少两对导线，并在每对线上传输相同数据的装置，从而ⅰ)在电缆中几乎所有未选导线对于所选载有相反方向数据导线的耦合是基本相等的。于是，传输数据因电感性和电容性向未选用导线的耦合，就每根未选用导线而言，是在两个方向(或者说极性)上基本相等的耦合。这样，使从所选导线耦合到每根未选用导线中的数据信号是对称存在而符号相反的，结果这些耦合信号实际上彼此抵消了，从而有效地抑制了测井电缆中由互阻抗引起的有限带宽对与频率有关信号的衰减，同时改善了在钻井中使用电缆时传输数据的带宽，使之不依赖于温度，并使导线间耦合不随环境而变化。ⅱ)对于每一通道所用的导线，尽管允许与其他通道共用，但仍是那一通道的唯一导线组。b)对每一个通道有为在该通道传输数据的装置ⅰ)这些数据在每一对选用的导线中基本相等，从而在一对导线中的一根导线上的数据信号电平基本上等于其他对导线中的一根导线上的电平，在每对导线中另一根导线上的电平也基本上彼此相等，而在每一对中的导线对数据信号而言是彼此反向的导线。ⅱ)同时在每一个选用导线上可有多个不同的数据信号彼此迭加，而与同那些特定的数据信号相联系的那些各种通道没有关系。c)接收通过电缆传输的数据的装置，用以从相互迭加的信号中提取出属于各个通道的各种数据信号。本专利技术的其它目的与优点通过下面结合附图的介绍、将明显地看出来。附图说明图1是一种典型的现有的7导线铠装测井电缆的截面图。图2是如图1所示的电缆中一对导线的传输响应振幅和相位的曲线图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过电缆传输数据的一种方法，包括：ａ）在至少一对导线中传输彼此反向的数据，从而便电缆中几乎所有没被选用的导线与所选用的载有数据的相互反向的导线之间的耦合基本上相等，于是，传输数据因电感性和电容性向未选用导线的耦合，就每根未选用导线而言， 是在两个方向（或者说极性）上基本相等的耦合，这样，从所选导线耦合到每根未选导线中的数据信号是对称存在而符号相反的，结果这些耦合信号实际上彼此抵消了，从而有效地抑制了测井电缆中由互阻抗引起的有限带宽对与频率有关信号的衰减，同时改善了在钻井中使用电缆时传输数据的宽度，使之不依赖于温度，并使导线间耦合不随环境而变化。ｂ）接收通过该电缆传输的数据。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：查理斯多夫史密斯科尔，杰克逊皮里莱维里，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]