井下測(cè)井電纜的自動(dòng)切換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣開采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種井下測(cè)井電纜的自動(dòng)切換方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石油天然氣開采過程中，井下傳感設(shè)備可以測(cè)量出井下的多個(gè)物理量的數(shù)值，例如井下的壓力和溫度值，根據(jù)這些測(cè)量值可以更好地判斷地下儲(chǔ)層變化情況及井下設(shè)備工況，從而確定合理的開采制度及檢栗措施，對(duì)石油天然氣的開采具有非常重要的意義。井下傳感設(shè)備通常通過測(cè)井電纜與地面通道進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)井下數(shù)據(jù)的上傳。
[0003]由于油氣井井柱結(jié)構(gòu)的多樣性、開采設(shè)備的多樣性，井筒內(nèi)的工況異常復(fù)雜，測(cè)井電纜很容易受到摩擦、拉扯、擠壓、腐蝕等而受到嚴(yán)重?fù)p傷，從而使地面和井下傳感設(shè)備之間的通訊出現(xiàn)中斷。而更換測(cè)井電纜的作業(yè)費(fèi)用很昂貴，并且還會(huì)導(dǎo)致停產(chǎn)更換電纜所造成的生產(chǎn)損失。市場(chǎng)上絕大多數(shù)系統(tǒng)地面和井下設(shè)備之間都為單路通訊，所采用的為雙芯或單芯鎧裝電纜，一旦其中一芯發(fā)生短路或斷路故障，則系統(tǒng)完全失效。
[0004]有些系統(tǒng)的地面和井下設(shè)備都采用了雙通道設(shè)計(jì)，采用了四芯或者三芯鎧裝電纜，實(shí)現(xiàn)了 1+1備份，進(jìn)一步提升了該系統(tǒng)的可靠性。但是由于四芯中每對(duì)芯和設(shè)備兩個(gè)通道是固定對(duì)應(yīng)關(guān)系，一旦每對(duì)芯中各有一根纜芯發(fā)生故障，則兩個(gè)通道的通訊都會(huì)發(fā)生中斷。例如，在四芯電纜中(如圖1所示)，該四芯電纜是A、B、C、D四根芯組成，其中AB芯組成一對(duì)芯(即第一路通訊線路)，⑶芯組成另一對(duì)芯(即第二路通訊線路)，由于設(shè)備的通道U1和通道U2分別對(duì)應(yīng)著兩對(duì)芯，當(dāng)每對(duì)芯中各有一根芯發(fā)生故障，則兩個(gè)通道的通訊都會(huì)發(fā)生中斷，這樣就造成兩路測(cè)量值上傳均失效，因此雙通道1+1備份的設(shè)計(jì)還沒有達(dá)到最優(yōu)化的狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要提供一種井下測(cè)井電纜的自動(dòng)切換方法，當(dāng)四芯測(cè)井電纜或三芯鎧裝電纜的任意兩芯出現(xiàn)故障，可通過地面及井下設(shè)備的自動(dòng)檢測(cè)及切換，使得另外兩個(gè)無故障纜芯配對(duì)，從而恢復(fù)井下和地面之間的一路通訊。
[0006]解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
[0007]—種井下測(cè)井電纜的自動(dòng)切換方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1，通過地面控制及數(shù)據(jù)處理單元、通信電纜以及井下傳感單元，建立地面通道與井下傳感通道之間的至少兩路通訊；
[0009]步驟2，地面控制及數(shù)據(jù)處理單元和/或井下傳感單元對(duì)地面通道與井下傳感通道間的通訊狀態(tài)檢測(cè)；
[0010]步驟3，若步驟2檢測(cè)通訊出現(xiàn)異常時(shí)，則地面控制及數(shù)據(jù)處理單元和/或井下傳感單元判斷通訊異常路數(shù)是否為兩路中的一路；
[0011]步驟4，若步驟3的判斷結(jié)果為否，即兩路通訊都出現(xiàn)異常，且檢測(cè)為通信電纜異常，則地面控制及數(shù)據(jù)處理單元控制該單元中的電纜芯交換矩陣進(jìn)行輪詢切換，井下傳感單元控制該單元中的電纜芯交換矩陣進(jìn)行輪詢切換，使兩路電纜芯進(jìn)行新的配對(duì)；
[0012]步驟5，重新配對(duì)時(shí)，檢測(cè)是否至少可恢復(fù)一路通訊。
[0013]優(yōu)選地，所述通信電纜為四芯電纜或者三芯鎧裝電纜。
[0014]優(yōu)選地，步驟1中，兩路通訊配置為:
[0015]第一路為:地面通道一的第一子通道依次通過第一電纜芯、井下通道一的第一子通道與井下傳感通道一進(jìn)行通訊；地面通道一的第二子通道依次通過第二電纜芯、井下通道一的第二子通道與井下傳感通道一進(jìn)行通訊；
[0016]第二路為:地面通道二的第一子通道依次通過第三電纜芯、井下通道二的第一子通道與井下傳感通道二進(jìn)行通訊；地面通道二的第二子通道依次通過第四電纜芯、井下通道二的第一子通道與井下傳感通道二進(jìn)行通訊。
[0017]優(yōu)選地，步驟2中，地面控制及數(shù)據(jù)處理單元在檢測(cè)到通訊出現(xiàn)異常后檢測(cè)通信電纜的阻值及工作電流，以此判斷通信電纜是否受損。
[0018]優(yōu)選地，在步驟3中，若異常通訊是兩路中的一路，則上報(bào)故障所在通道的告警信息，且上報(bào)通訊正常一路的數(shù)據(jù)。
[0019]優(yōu)選地，步驟4中，地面控制及數(shù)據(jù)處理單元控制該單元中的電纜芯交換矩陣進(jìn)行輪詢切換時(shí)間，與井下傳感單元控制該單元中的電纜芯交換矩陣進(jìn)行輪詢切換時(shí)間不相等。
[0020]優(yōu)選地，井下傳感單元對(duì)該單元中的電纜芯交換矩陣進(jìn)行輪詢切換時(shí)間，至少是地面控制及數(shù)據(jù)處理單元控制該單元中的電纜芯交換矩陣進(jìn)行輪詢切換時(shí)間的3倍。
[0021]優(yōu)選地，步驟4的輪詢切換過程中，地面控制及數(shù)據(jù)處理單元以周期時(shí)間向井下發(fā)送通信幀并等待井下傳感單元的應(yīng)答幀，地面控制及數(shù)據(jù)處理單元向下發(fā)送通信幀的周期時(shí)間，與井下傳感單元控制該單元中的電纜芯交換矩陣進(jìn)行輪詢切換時(shí)間不相等。
[0022]優(yōu)選地，地面控制及數(shù)據(jù)處理單元向下發(fā)送通信幀的周期時(shí)間，小于井下傳感單元控制該單元中的電纜芯交換矩陣進(jìn)行輪詢切換時(shí)間。
[0023]優(yōu)選地，電纜芯交換矩陣為電子開關(guān)或者微機(jī)械開關(guān)。
[0024]通過本發(fā)明的檢測(cè)，當(dāng)只有一路發(fā)生通訊故障，電纜兩端的電纜芯交換矩陣并不進(jìn)行切換動(dòng)作。整個(gè)系統(tǒng)仍然可以通過另一路通訊正常的通道進(jìn)行井下數(shù)據(jù)上傳。同時(shí)有故障通道的告警指示。當(dāng)兩路通訊都發(fā)生異常，且檢測(cè)為電纜異常，則啟動(dòng)電纜芯自動(dòng)檢測(cè)及配對(duì)程序。如果四芯中只有兩芯有故障而另外兩芯是好的，則通過電纜芯自動(dòng)檢測(cè)及配對(duì)程序，可以恢復(fù)一路通訊，保持井下數(shù)據(jù)上傳。同時(shí)可指示出故障兩芯的位置。當(dāng)電纜有三芯以上出現(xiàn)故障，則電纜芯自動(dòng)檢測(cè)及配對(duì)程序也無法恢復(fù)通訊，此時(shí)地面設(shè)備上報(bào)井下通訊完全故障告警提示。當(dāng)電纜兩端由于接線錯(cuò)誤而造成通訊異常，也可通過同樣的方法自動(dòng)恢復(fù)通訊，從而降低了系統(tǒng)操作維護(hù)的復(fù)雜度。
[0025]綜上所述，通過本發(fā)明的方法，當(dāng)四芯測(cè)井電纜(或三芯鎧裝電纜)的任意兩芯出現(xiàn)故障，可通過地面及井下設(shè)備的自動(dòng)檢測(cè)及切換，使得另外兩個(gè)無故障纜芯配對(duì)，從而恢復(fù)井下和地面之間的一路通訊，使得井下測(cè)量值能夠順利地上傳至地面設(shè)備，從而大幅提升了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。
【附圖說明】
[0026]圖1為現(xiàn)有通信電纜與地面控制及數(shù)據(jù)處理單元和井下傳感單元連接的示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明的通信電纜與地面控制及數(shù)據(jù)處理單元和井下傳感單元連接的具體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明測(cè)井電纜的自動(dòng)切換方法的示意圖；
[0029]圖4為通訊故障時(shí)地面控制及數(shù)據(jù)處理單元中的電纜芯交換矩陣進(jìn)行輪詢切換示意圖；
[0030]圖5為通訊故障時(shí)地面井下傳感單元中的電纜芯交換矩陣進(jìn)行輪詢切換示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]如圖2所示，本發(fā)明在硬件上包括井下地面控制及數(shù)據(jù)處理單元、井下傳感單元以及連接兩端的通信電纜。地面控制及數(shù)據(jù)處理單元與通信電纜的一端相連，地面控制及數(shù)據(jù)處理單元包含處理器、兩路獨(dú)立的通訊通道、電纜檢測(cè)單元以及1個(gè)4x4電纜芯交換矩陣，電纜檢測(cè)單元具有檢測(cè)通信電纜的阻值及工作電流的功能，以此來判斷通信電纜是否受損。井下傳感單元與通信電纜的另一端相連，井下傳感單元至少包括兩組相互備份的傳感檢測(cè)通道，以及1個(gè)4x4電纜芯交換矩陣，兩組相互備份的傳感檢測(cè)通道中均有處理器，井下傳感單元通過四芯或三芯鎧裝電纜分別上傳兩路實(shí)時(shí)檢測(cè)的數(shù)據(jù)。通信電纜為四芯測(cè)井電纜或者三芯鎧裝電纜。上述4x4電纜芯交換矩陣可以是電子開關(guān)或者微機(jī)械(MEMS)開關(guān)。
[0032]如圖2至圖5所示，本發(fā)明的井下測(cè)井電纜的自動(dòng)切換方法，包括以下步驟:
[0033]步驟1，程序初始化，通過地面控制及數(shù)據(jù)處理單元、通信電纜以及井下傳感單元，建立地面通道與井下傳感通道之間的至少兩路通訊，即為1+1備份式的數(shù)據(jù)傳遞，如果其中一路故障，另一路仍然可以上傳數(shù)據(jù)。在本發(fā)明中，以通信電纜采用四芯電纜為例進(jìn)行說明，本步驟中，兩路通訊的具體配置為(如圖4和圖5中的第一幅圖):第一路為:地面通道一的第一子通道U1_A依次通過第一電纜芯A、井下通道一的第一子通道D1_A與井下傳感通道一進(jìn)行通訊；地面通道一的第二子通道U1_B依次通過第二電纜芯B、井下通道一的第二子通道D1_B與井下傳感通道一進(jìn)行通訊。
[0034]第二路為:地面通道二的第一子通道U2_A依次通過第三電纜芯C、井下通道二的第一子通道D2_A與井下傳感通道二進(jìn)行通訊；地面通道二的第二子通道U2_B依次通過第四電纜芯D、井下通道二的第一子通道D2_B與井下傳感通道二進(jìn)行通訊。
[0035]步驟2，地面控制及數(shù)據(jù)處理單元和/或井下傳感單元對(duì)地面通道與井下傳感通道間的通訊狀態(tài)檢測(cè)；步驟2中，地面控制及數(shù)據(jù)處理單元在檢測(cè)到通訊出現(xiàn)異常后檢測(cè)通信電纜的阻值及工作電流，以此判斷通信電纜是否受損。
[0036]步驟3，若步驟2檢測(cè)通訊出現(xiàn)異常時(shí)，則地面控制及數(shù)據(jù)處理單元和/或井下傳感單元判斷通訊異常的路數(shù)是否為兩路中的一路。在步驟3中，若異常通訊是兩路中的一路，則上報(bào)故障所在通道的告警信息，且上報(bào)通訊正常一路的數(shù)據(jù)。這說明兩路中的一路通訊異常時(shí)，而另一路通訊是完好的，完好的一路可以將檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，對(duì)系統(tǒng)的工作不造成影響。
[0037]步驟4，若步驟3的判斷結(jié)果為否，即兩路通訊都出現(xiàn)異常，且檢測(cè)為通信電纜異常，說明兩路通訊中每一路至少有一根電纜芯損壞或故障，這時(shí)需要將兩路中完好的電纜芯重新進(jìn)行配置，用來恢復(fù)通訊。具體過程為:
[0038]地面控制及數(shù)據(jù)處理單元控制該單元中的電纜芯交換矩陣進(jìn)行輪詢切換，井下傳感單元控制該單元中的電纜芯交換矩陣進(jìn)行輪詢切換，使兩路電纜芯進(jìn)行新的配對(duì)。即通過地面