本文是一篇电气自动化论文，本课题基于 VideoLog 测井系统，以提高系统传输性能为目标，通过对 VideoLog 井下供电电源的负载特性研究，设计了一款 VideoLog 井下供电电源测控软件。
第一章 绪论
1.1 研究目的及意义
我国经济飞速发展，对能源的消耗巨大，油气资源作为重要的能源基础和化工原料，是国家发展不可或缺的重要资源。随着对油气资源的开采，油气资源的天然储备已显著减少，在这种背景下，为了提高现役油气井的采收率以及挖掘老旧油气井的潜力，当前油气资源已从新油田的开采逐渐转向了油气井的修复与治理，与此同时，相关的石油测井技术也在不断的发展。现阶段我国石油测井技术主要可分为声波、成像和电法等三种测井技术。其中成像测井技术是一种综合性较强的技术，在面对地质条件复杂的情况时获得的测井资料非常全面，相比其它技术有着准确可靠、易于理解的优势[1, 2]。井下电视是成像测井技术在油田勘探开发中的应用，它通过井下摄像机直接获取井下视频，通过获取到的井下视频图像可以观察井下内壁与套管的真实状态，与其它工程测井仪器间接测量解释成像的测井方法相比，井下电视的测井结果直观、真实、可靠，可谓“眼见为实、一目了然”[3]。
VideoLog 测井系统是一种面向油气田的，在铠装电缆上传输高清图像数据的一种新型井下电视技术。该系统整体上分为三大部分：井下系统、测井电缆、地面系统。地面系统用于控制整个测井系统的工作以及提供电源，测井电缆用来传输图像数据和承担井下仪器的供电工作，井下系统完成相关图像与数据的采集。
目前VideoLog 测井系统采用地面系统机箱内的直流稳压电源经铠装电缆向井下仪器进行供电，七芯测井电缆同时传输信号与电源，平行缆芯间会产生耦合现象，并且在实际测井工作中测井电缆长度一般是数千米，在这种情况下产生的串扰现象会对信号传输速率造成较大的影响，有时出现视频“掉线”、“卡顿”等情况，严重影响系统的稳定性，并且井下仪器的负载状态会根据测井情况发生变化，不同工作状态下系统性能受影响的程度也会发生变化。现阶段，电源输出的调节方式是手动操作，通过旋转旋钮及按键方式实现电源开关、电压与电流的设置及调整，这种手动操作的方式不仅速度慢，而且在设置时可能出现误操作；另外，由于测井情况复杂，井下仪器处于不同负载状态下所需的电压都是依靠人工经验进行粗略的调节，这种调节方式会造成电源的输出与仪器负载大小不匹配的情况，长期采用这样的供电方式还可能对电源和仪器都会造成损坏。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 井下电视技术国内外研究现状
国外对于井下电视技术的研究相比于国内要较早一些。20 世纪 50 年代，国外出现了应用井下视频摄相机的专利产品，但在油田恶劣的工作环境和技术水平的限制下，很多开发的检测设备的测试结果无法满足实际项目的应用要求[4]。80 年代，可应用于石油天然气行业中浅层、低压井的井下电视已经发展到可以传输动态的图像，但由于传输技术受限，图像帧率较低且延时较大。90 年代末，美国 DHV 公司研制了一款“鹰眼”井下电视，鹰眼系统可以通过铠装电缆传输图像，具有每 3.5s 传输一幅图像的快数据速率，且不受电缆长度影响[5]。2015 年，EVCAM 公司推出了一款全帧率井下电视，该系统传输速率为 200kps，能够得到彩色的高质量图像。但是，该技术的实际检测过程对井液透光要求比较苛刻，在实际测井工况下使用效果并不理想[6]，2021年，EVCAM 公司研发了 Optis 实时视频系统，该系统可在任意单芯或多芯电缆上实时提供生动、高帧率的彩色电视，EV Optis 技术能通过简单的修井解决方案快速有效的评估复杂的油井问题。
国内相关的最早的文献记录时间在 1992 年，由东北石油大学（前大庆石油学院）翻译的一本介绍国外井下电视的书，书中较为完整的介绍了电缆组成、传输结构等，是国内关于井下电视的第一个中文参考资料[7]。上世纪 90 年代初，为修复地质井并进行施工，经过宁夏回族自治区地质局的研究，一款名为 NDT-1 的微型井下电视仪成功诞生，但 NDT-1 的工作深度只有 500 米。2000 年左右，我国的各大油田为提高测井效率，纷纷引进了国外先进的设备，比如 DHV 公司研发的“鹰眼”井下电视。2004 年，西安光机所研制的名为 JX-3500 型井下电视，系统最高工作温度可达 125℃，测试深度可达 3500 米，但由于传输速率受限，因此无法传送数据量大的信息。2017 年，西安石油大学在某测井技术交流会议上，首次发布了“VideoLog可视化测井系统”。VideoLog 测井系统是能够实现在铠装电缆上传输高清图像数据的一种新型井下电视系统，其实现了井下可视化、信息化和网络化。该系统采用以太网接口，实现了测井电缆网络透明传输，耐温 125℃，耐压 35MPa，传输速率高达 2MB/s 以上，具有可调分辨率性能。2018年，VideoLog测井系统分别应用于解决长庆某油田的套损检查、中国中部某油田的落物捕捞、中国西部的钻井事故核查中，并在这些场景中都取得了不错的效果[8]。
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第二章 理论基础及相关技术研究
2.1 VideoLog 测井系统
可视化测井技术能利用井下视频图像观察井下的实际状态，是一种通过高清摄像机直接获取井下视频图像的油气井检测技术，VideoLog 测井系统最大的两个特点是“眼见为实、一目了然”。通过真实、可靠、直观的井下实况图像，可以使测井者观察到井下的状况，实现油套管完整性检测、射孔产出检测、鱼顶检测等目的[29]。
2.1.1 系统整体介绍
VideoLog 可视化测井系统是一种面向油气田的,在铠装电缆上传输高清图像数据的一种新型井下电视技术，VideoLog 测井系统结构框图如图2-1所示。
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由图2-1可知，VideoLog 系统整体上分为三大部分，分别是地面控制系统、测井电缆以及井下系统。
地面控制系统中主要包含3个部分，包括地面机箱、PC 以及可选的液晶显示器。其中地面机箱内主要包含 VideoLog 的总控制系统以及可程控电源。在地面控制系统中，PC 与地面机箱通过网线连接，将测井电缆传输的视频数据进行处理可以达到预览、存储和回放视频图像的目的，地面控制系统通过机箱内可程控电源经测井电缆为井下仪器供电，与此同时，液晶显示器通过VGA视频线与地面控制系统连接，其作用是显示已添加深度等信息的图像，使用 PC 可实现同样的功能，故液晶显示器在此处是可选项。
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2.2 电缆高速传输技术研究
在 VideoLog 测井系统中，为了保证信号能够在复杂的环境中实现高速、稳定的传输，需要对电缆高速传输技术进行研究与分析。
2.2.1 电缆传输基本理论
数字通信系统由信源、信道和收信者组成，其系统结构如图2-8所示。信号在信道中传输中会受到外界干扰因素的影响，故需要一套校验机制来确保发送与接收的可靠性，在数字通信系统中此机制为信号的编码与译码，同时，为了在有限的资源中实现高速的信号传输，使用调制将信号进行处理，随后使用解调将信号恢复。编/译码过程与调制/解调过程提高了通信系统的抗干扰性与传输速率[30]。
在 VideoLog 测井系统中，测井电缆将地面控制系统与井下仪器连接起来，作为信道用于信号的传输。在实际测井作业中，测井电缆所处的环境复杂且恶劣，常常处于高温、高压、强腐蚀性的环境中，且井下仪器并不是平稳运行的，测井电缆还应当具有较好的抗震性能与抗拉性能。同时，部分测井任务中，测井电缆还要根据井下仪器的特性来传输电能，因此，在测井系统中测井电缆选择的重要性不言而喻。目前，在测井行业中使用的测井电缆的主要有同轴电缆、光纤电缆与铠装电缆
同轴电缆主要应用于早期测井作业中，在井深较深的环境中作业时，从同轴电缆上获取的信号质量较差，虽然可通过一些技术手段对信号进行改善，但这种方式也仅适用于3000米内的作业，且定制的成本较高，不满足市场的需求。光纤电缆在信号传输中的传输速率高是其最大的优点，但其因自身材料的限制而较为脆弱，无法在各种严苛的环境下使用，同时无法承受井下仪器的重量，并且相较其它材质的电缆而言，其价格较高，经济性差。铠装电缆因其外部材料而可以长时间工作在各种恶劣的条件下，并且其价格也相对较低，故铠装电缆基于其耐用、经济的特点目前已经成为国内外测井作业中首选的电缆类型[31]。目前铠装电缆主要有单芯测井电缆和七芯测井电缆两种类型较为常用，VideoLog 测井系统在作业中选择七芯铠装电缆。
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第三章 负载特性分析与研究 ...................................... 30
3.1 负载特性测量与分析 .................................... 30
3.1.1 负载影响因素分析 .................................... 30
3.1.2 负载特性测量方法与分析 ................................. 33
第四章 电源测控软件开发 ................................... 44
4.1 测控软件开发方案设计 ................................... 44
4.1.1 软件功能要求 ....................................... 44
4.1.2 开发框架的选择 .............................. 44
第五章 软件及系统功能测试 ........................... 60
5.1 测试方案设计 ............................................ 60
5.2 软件基本功能测试 .......................... 60
第五章 软件及系统功能测试
5.2 软件基本功能测试
在完成测控软件的开发后，需要对软件基本功能进行测试，测试的内容是基于设计需求中的基本要求展开的，在实验室中搭建测试环境，软件基本功能测试的连接图如图5-1所示。
电气自动化论文参考
如图5-1所示，其中使用一台 PC 通过 RS-232 转 USB 模块与可程控电源相连，在 PC 上运行 VideoLog 供电电源测控软件以及串口调试终端工具。测控软件基本功能测试内容为串口配置功能测试、供电数据设定功能测试以及供电数据显示功能测试三个部分。
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第六章 总结与展望
6.1 总结
本课题基于 VideoLog 测井系统，以提高系统传输性能为目标，通过对 VideoLog 井下供电电源的负载特性研究，设计了一款 VideoLog 井下供电电源测控软件。以下是本课题研究工作的总
（1）介绍了 VideoLog 测井系统的整体结构、工作原理、常见的几种井下仪器的技术参数及各自适用场合，研究了电缆高速传输理论，OFDM传输技术及井下供电电源的基本原理，对影响传输速率的因素进行了分析，对电源测控相关理论进行了研究。
（2）对负载特性及供电数据进行测量、分析，并对控制方法进行仿真。通过分析负载影响因素，在实验室搭建测试环境对三种型号的井下仪器负载特性进行测量，根据负载特性测量结果对井下仪器供电数据进行测量，通过井下仪器工作需求评价指标确定了最优供电数据，最后利用Matlab/Simulink软件对供电数据的自动控制方法进行分析与仿真。
（3）开发了 VideoLog 井下供电电源测控软件。根据软件需求提出了软件开发的要求，选择了适合的开发平台，设计了软件界面，完成了测控软件的系统初始化、供电数据测控与显示、电源急停功能等模块功能的开发，并且对技术细节进行了阐述。
（4）对软件及系统功能进行测试。设计了测试方案，对软件的基本功能以及系统的整体性能进行了测试，最终功能符合需求，且系统的传输性能有了较大的提升。
参考文献（略）