固定式測井電纜自動做磁記號裝置設計

賈志超 (中石油大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司,黑龍江大慶 163414)

固定式測井電纜自動做磁記號裝置設計

賈志超 (中石油大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司,黑龍江大慶 163414)

針對基于單片機的自動做磁記號裝置存在的問題,設計了固定式測井電纜自動做磁記號裝置。介紹了該裝置的總體設計內容,包括裝置主要構成和自動做磁記號的實現方法,詳細闡述了相關電路的具體設計,同時說明了控制裝置精度的基本措施。該裝置電路結構簡單、成本低、可靠性高,能夠一次完成測井電纜磁記號的制作,具有良好的工作效率,因而適用于油田測井生產施工中。

測井;消磁器;激磁器

磁記號是測井資料中重要的深度標記,尤其在井徑等工程井測井施工過程中,磁記號是唯一的深度標記,因而磁記號制作的質量關系到測井資料的質量。目前,制作電纜磁記號主要使用測井電纜自動作記號裝置,該裝置采用單片機程序控制,可以減輕工人的勞動強度,但該設備存在操作復雜、需要多次修正參數、記號間距不一致、受電纜狀況和氣候影響較大等缺點,使電纜磁記號的制作精度有所降低。針對上述問題,筆者對固定式測井電纜自動做磁記號裝置進行了研究,以便提高磁記號的制作質量和效率。

1 裝置總體設計

固定式測井電纜自動做磁記號裝置主要由控制器和執行機構組成。控制器是裝置的核心部分,其主要功能是檢測電纜磁性記號、輸出激磁信號、輸出消磁電流、顯示已做記號的電纜長度等。執行機構由消磁器 (用于測井電纜消磁)、激磁器組和記號器 (用于電纜主記號的檢測)構成,其中激磁器組由主激磁器、副1激磁器、副2激磁器組成,主激磁器負責測井電纜每20m的電纜主記號激磁,副激磁器負責整百米時電纜副記號的激磁(見圖1)。

圖1 固定式測井電纜自動做磁記號裝置結構示意圖

2 自動做磁記號的實現方法

圖2 控制序列和磁記號圖

使用主激磁器手動激磁后,記號器檢測到電纜磁記號,隨后控制器指令主激磁器激磁做下一個主記號。由于主激磁器和記號器的間隔為20m,所以記號間距為20m[1]。當電纜做磁記號段長度為100m的奇數倍時,主激磁器與副1激磁器同時激磁作主記號和1個副記號;當電纜作磁記號段長度為100m的偶數倍時主激磁器與副1、副2激磁器同時激磁作主記號和2個副記號(見圖2)。

3 相關電路設計

固定式測井電纜自動做磁記號裝置電路主要由4部分組成,即磁信號檢測電路、計數及顯示電路、消磁激磁電路和手動控制電路[2]。

3.1 磁記號檢測電路

磁信號檢測電路的功能是處理記號器檢測到的已做好的磁記號,并將其處理轉換成正脈沖,用以驅動計數及顯示電路工作。磁記號檢測電路主要由運算放大器LM393構成,通過對記號器輸出的磁記號脈沖進行放大,整形將磁記號信號轉化成方波信號,作為激磁控制信號。記號檢測電路中設置一個LED對記號器的工作狀態和信號輸出狀態進行監測 (見圖3)。

圖3 磁記號檢測電路示意圖

3.2 計數及顯示電路

計數及顯示電路在信號檢測電路輸出的正脈沖控制下對記號器檢測到的磁記號進行計數并顯示,根據計數的結果輸出激磁脈沖,驅動激磁消磁電路控制激磁器工作。計數及顯示電路分為2部分,即計數電路和顯示電路。

1)計數電路 該電路主要由加法器MC14008和4位緩存器MC14076構成,通過緩存器的輸出端和加法器的輸入端相連接,將被加數設置為0010(2)在激磁信號或手動置數信號的控制下實現+2計數。運用門電路和JK觸發器CD4027組成的邏輯判斷電路實現在電纜長度為100m的奇數倍時副激磁器1工作,在電纜長度為100m的偶數倍時副激磁器1和副激磁器2同時工作,最終完成大記號的制作。計數電路圖如圖4所示。

圖4 計數電路圖

2)顯示電路 該電路由LED顯示模塊和7段碼譯碼器MC14511構成,通過在十位上接入計數模塊的輸出信號和門電路組成的進位電路實現對電纜長度的顯示。顯示電路圖如圖5所示。

3.3 激磁消磁電路

圖5 顯示電路圖

激磁消磁電路的功能是控制激磁器和消磁器對電纜進行消磁和激磁。激磁消磁電路主要由繼電器構成,在計數及顯示電路輸出的激磁信號控制下,經過脈寬調整電路將激磁信號整形為一定寬度的正脈沖,該脈沖經過驅動電路進行電流放大,通過繼電器完成對激磁器和消磁器的驅動。每個激磁器和消磁器控制電路中均設置一個發光LED對激磁器消磁器的工作狀態進行監控。激磁消磁電路結構示意圖如圖6所示。

圖6 激磁消磁電路示意圖

3.4 手動控制電路

手動控制電路用于信號的補做和校正,通過輸出脈沖以改變顯示電路所顯示的電纜長度。手動控制電路包括復位電路和手動置數電路組成。

1)復位電路 復位電路實現控制盒的上電復位和手動復位功能。手動置數電路用于補做記號及控制盒出錯復位時的重新置數。復位電路由電阻、電容核按鈕開關組成。在系統上電時該電路產生一個正脈沖,經驅動電路放大,分別輸入到顯示電路模塊的測試端和計數電路的復位端,從而完成對電路的復位和LED的檢測。當LED處于正常狀態時顯示數字 “8”。在做記號過程中,需要對設備進行復位操作時,按下按鈕同樣可以產生一個正脈沖來實現電路的復位操作。復位電路示意圖如圖7所示。

圖7 復位電路示意圖

手動置數電路用于補做記號及控制盒出錯復位時的重新置數。手動置數電路由脈沖產生電路、單穩態觸發器和振蕩器構成,通過脈沖產生電路、單穩態觸發器和門電路所組成的邏輯電路實現2種手動置數方式的輸出,即單按一次按鈕輸出單個脈沖,長按按鈕超過3s后輸出連續脈沖對計數電路進行快速連續置數,直至松開按鈕為止。手動置數信號和激磁信號接入計數電路的時鐘輸入端,用開關實現2種信號的切換。手動置數電路圖如圖8所示。

圖8 手動置數電路圖

4 裝置精度控制

運用該裝置制作電纜磁記號的誤差來源主要包括3個方面:①不同測速下磁記號信號幅度不同,導致控制電路觸發時機出現誤差;②信號處理電路和控制電路信號傳輸存在時延;③由于氣溫變化導致電纜熱脹冷縮使制作的磁記號出現誤差。針對以上問題,首先在信號檢測電路中設置微分電路將單極性的磁記號信號轉化為雙極性信號,采用過零觸發的方式保證控制電路觸發時機的穩定,使其不隨磁記號幅度的變化而變化。其次,在現場施工中通過試驗對激磁器的擺放位置進行微調,并制作對應的標記,這樣可以消除因信號延遲和溫度變化導致的電纜磁記號誤差。

5 結語

固定式測井電纜自動做磁記號裝置的控制電路主要采用通用邏輯電路,與基于單片機的自動做磁記號裝置相比,其電路結構簡單、成本低、可靠性高,經調試安裝完畢后不需對設備進行調整和參數設置即可實現磁記號制作的自動化。同時,利用該裝置可以一次完成測井電纜磁記號的制作,極大地提高了工作效率。因此,該裝置具有可行性,能夠在油田測井施工中推廣使用。

[1]Q/SY84-2003,測井工程質量技術監督及驗收規范[S].

[2]李萬喜,陳俊,張成柱,等.測井自動校深技術研究與應用[J].石油儀器,2012,25(1):35-37.

[編輯] 李啟棟

P631.81

A

1673-1409(2014)20-0033-04

2014-03-14

賈志超(1985-),男,助理工程師,現主要從事測井儀器方面的研究工作。