測井車測速平穩性控制

唐彥濤

（大慶油田裝備制造集團，黑龍江 大慶 163411）

測井工藝是油田開采中的一項重要環節，測井資料的準確性對于油井的后期開采工作具有非常重要的作用。目前使用常規測井車測井作業對于不同項目的測試過程中，儀器在測量段運動速度有一定的要求，甚至有些項目對測速的要求非常嚴格。操作者的技術水平、操作熟練程度、隨設備的運轉電纜旋轉半徑的變化等因素均對速度的穩定性有一定的干擾，測井作業準確程度就會受到一定的影響（圖1）。

圖1 測井車工作示意圖

1 研究的目的與意義

1.1 普通測井車的速度控制方法

（1）主要元件

機械傳動系統：減速機、滾筒。

電控系統：手柄、可編程控制器、泵比例電磁閥、馬達比例電磁閥。

液壓系統：變量馬達、變量泵。

計數系統：LED顯示面板、計數器（馬丁代克）。

（2）控制方法

手柄內裝有電位器，可以將一個5V電壓變為0～5V的變量輸出給可編程控制器，可編程控制器接收到0～5V的信號后轉換為0～5000的數值，通過程序處理將0～5000的數值分為4個區間，最終轉換為4個200～600毫安的電流輸出給變量泵和變量馬達的比例電磁閥，分別對應變量泵提升、下放和變量馬達的提升、下放控制，比例電磁閥可以隨電流的改變控制變量泵、變量馬達的傾盤傾角來改變泵和馬達的排量，從而改變減速機和滾筒的轉速，滾筒上的電纜速度也會隨之改變，電纜穿過計數器帶動計數輪轉動，與計數輪連接的光電編碼器就會將光電信號輸出給LED顯示面板，將電纜的運行速度顯示出來。操作者就可以通過觀察LED顯示面板和推動手柄來控制電纜的速度。

（3）優缺點

利用手柄控制，沒有反饋信號，需要操作者不停的觀察和調整。但操作流程簡單、靈活，可以自由測試過程中的復雜情況，遇到緊急事件可以及時作出處理。

1.2 智能化測井車的速度控制方法

（1）主要元件

機械傳動系統：減速機、滾筒。

電控和計數系統：可編程控制器、泵比例電磁閥、馬達比例電磁閥、液晶顯示面板、計數器（馬丁代克）。

液壓系統：變量馬達、變量泵。

（2）控制方法

智能化測井車是一套完整的、可以實現測井作業過程中的自動化控制，操作者只需在操作控制屏上設定測井作業項目，整套測試作業就可以按預定的程序自動進行，儀器的下放、調速、定位、測試、提升等一系列原來必須人為控制的操作均可以自動完成，不僅提高的測試數據的準確率，同時也可以大大提高作業的效率。

智能化測井車的運行速度是非常穩定的，光電編碼器的速度信號和液晶顯示器的預置速度同時傳送給可編程控制器，進行不斷地對比，控制器就會不斷地修正比例電磁閥的輸出電流來修正滾筒的轉速，從而達到穩速的目的。

（3）優缺點

通過反饋信號不斷修正可以實現速度的平穩性，但整個控制系統及其復雜，易出現失控現象，一旦出現系統無法識別的不良狀況，后果嚴重，尤其是裸眼井測井，沒有套管和油管，電纜和儀器在千米之下的淤泥中穿行，隨時出現遇阻、遇卡、儀器被淤泥包裹而無法運動的事件。雖然可以通過程序預防，但要通過大量的實驗才能完成，一般情況下這種實驗條件極其有限，而且實驗中出現不良后果的代價也是非常大。這也是我公司雖然已經開發了智能測井車而不能推廣的一個重要因素。

1.3 目的與意義

通過對智能化測井車的研制和多年來對測井工藝的研究和理解我認為，對非測量段的智能化控制沒有意義，只能造成操作系統的復雜化、提高程序編寫的難度、增加車輛失控的概率；而且用液晶顯示屏輸入預置速度，當出現意外情況時，無法及時處理。所以根據以上缺陷研究了一套新的控制方法，此控制方法就是采用手柄輸入預置速度，只針對需要穩速的測量段進行反饋恒速控制，并且可進行普通控制和恒速度控制切換，非測量段使用普通控制，此時與普通測井車操作相同，到達測量段時切換為恒速度控制，測量結束后再恢復到普通控制。下文中重點介紹測量段內的恒速度控制。

2 新型的測井車速度控制方法

2.1 主要元件選用

（1）手柄

①上下擺角45度以上；

②單電位器或霍爾電位器；

③有中位控制開關。

（2）可編程控制器

①一個可辨別方向的頻率輸入信號，用于光電編碼器輸入；

②兩個0～5V的電壓輸入信號，一個手柄輸入，一個用于張力計輸入；

③兩個開關量輸入信號，一個用于接收手柄中位輸入，一個用于自動、手動切換；

④三個模擬量輸出信號，控制兩個泵比例電磁閥和一個馬達比例電磁閥；一個開關量輸出信號，控制制動系統。

2.2 控制方法

（1）手柄輸入：5V電壓轉換為數值

手柄從最低點向最高點拉動時，通過手柄內的電位器可以將一個5V電壓變為0～5V的電壓信號，輸入給控制器，控制器自動識別為0～5000的數值。當手柄從中位向上拉動時，即表示電纜向下運行，此時控制器數值從2500～5000變化，當向下拉動時，表示電纜向上運行，數值從2500～0變化。

（2）高低速控制及手柄預置值

由于測井工藝不同，測速差異很大從30米每小時到1000米每小時不等，為了容易操作需要分級輸入。使用低速時2500～5000和2500～0都要通過程序運算轉換為0～100的數值，高速時2500～5000和2500～0都要通過程序運算轉換為0～1500的數值，轉換后的數值就是手柄的預置速度值，將其通過數據傳輸可以顯示在液晶顯示屏上。操作者可以通過觀察液晶顯示屏，將手柄停留在所需要預置速度相應的位置上。

（3）實現恒速度運行

首先系統先識別上行或下行，當手柄輸入值為2500～5000時為下行，系統就會將電流出給泵的下行比例電磁閥，數值為0～2500時，輸出給泵上行比例電磁閥。然后系統會將手柄預置速度和電纜的當前速度對比作差，得到的差值乘以系數后再與相應的比例電磁閥電流值相加，控制器對電磁閥的輸出電流增大。這樣電纜運行速度就會增加，而且越接近手柄預置速度，產生的差值就越小，那么電流增量也就越小，當手柄預置速度等于電纜運行速度時，電流增量就會為零，電纜就會保持在手柄預置速度運行，當電纜速度大于手柄預置速度時，差值就是負值，那么輸出電流就減小，電纜就會降速。所以通過系統不斷地調整電纜的速度，使其只能在手柄預置速度左右波動，就可以達到恒速的目的。測量結束后，再將手柄推回中位，手柄預置速度為0，此時0和對比電纜速度做差，差值為負數，那么輸出電流就會逐漸變小，直到為0，滾筒停止轉動，電纜也就會隨之停止運動。

3 特點及前景

本控制方法不僅可以根據現場的各種狀況，隨時使用手柄控制電纜的啟停和速度的快慢，還可以以穩定的速度進行測井作業。不僅降低了操作者的勞動強度，還提高了測井準確度和測井效率，而且具有成本低、易安裝、控制程序易編寫等優點。可以安裝于新產品，在其他已投產的測井車輛上安裝改造也非常容易，所以市場前景十分廣闊。