一種新型產(chǎn)出剖面遙測井溫壓力磁定位儀的研制

張秋平

(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司 黑龍江 大慶 163513)

0 引 言

KH-WYC-II型脈沖井溫壓力磁定位儀在產(chǎn)出剖面測井中判斷主產(chǎn)液層具有至關重要的作用[1]。大慶油田從2013年下半年到2015年上半年，運用該儀器累計測井1 700井次，有故障652支次，故障率達到38.4%，其中井溫干擾磁定位占14.13%；井溫壓力信號輸出不穩(wěn)占到55.90%；供電電路燒壞占17.58%；配接注入集流電磁流量計配接下井后進水，占8.00%；測試高臺子、頭臺油田深度超過1 500 m的深井，信號衰減嚴重[2]，占5.39%。基于以上原因，自主全新設計研制了應用標準曼碼遙測[3-4]的產(chǎn)出剖面遙測井溫壓力磁定位儀，并在大慶油田推廣應用。

1 設計方案

1.1 技術方案及技術參數(shù)

1)KH-WYC-II型脈沖井溫壓力磁定位儀的磁定位信號沒有處理電路，導致井溫干擾定位嚴重；井溫壓力信號由RC振蕩電路控制進行反復合，導致井溫壓力信號輸出不穩(wěn)；當井深超過1 500 m，在高溫條件下，脈沖信號衰減嚴重。新儀器設計采用波特率為5.729 kbps的標準曼碼傳輸信號，井溫、壓力、磁定位經(jīng)儀表放大電路和壓頻轉(zhuǎn)換電路處理后[5]，由單片機DSPIC3013進行編碼，經(jīng)控制曼碼合成和功率放大耦合后發(fā)送至地面測井儀。標準曼碼遙測方案解決了井溫壓力輸出不穩(wěn)、井溫干擾磁定位和信號衰減問題。

2)KH-WYC-II型脈沖井溫壓力磁定位儀PC板采用噴錫工藝，焊盤易脫落，24 V穩(wěn)壓管和LM7912易燒毀。新儀器PC板采用沉金工藝，耐溫150 ℃，供電采用2N3440提供5 V供電，同時采用38 V和5 V穩(wěn)壓，解決了供電電路PC板易燒毀問題。

3)新儀器主體采用冷拔無縫鋼管0Cr16Ni14加工，耐壓由40 MPa提高到80 MPa，解決儀器進水問題。

4)技術參數(shù)

工作電流為85～95 mA，壓力測量范圍為0～60 MPa，壓力測量精度≤0.5%，耐壓80 MPa。溫度測量范圍為-20～+125 ℃，溫度測量分辨率為0.02 ℃，溫度測量精度為±0.5 ℃，耐溫125 ℃。信號傳輸方式為曼徹斯特編碼，傳輸波特率5.729 kbps。輸出信號幅度為±10～±12 V，遙測通道為0道-調(diào)試用、4道-溫度、5道-壓力、9道-磁定位。

1.2 電路設計

電路原理框圖如圖1所示，由供電電路、儀表放大電路、壓頻轉(zhuǎn)換電路、,單片機電路、曼碼合成電路、功率放大信號耦合電路組成。

供電電路輸入電壓+36 VDC，儀器額定工作電流90 mA，以三極管2N3440為主要電子元件，為電路提供+5 VDC的電壓。儀表放大電路和壓頻電路組成溫度、壓力、定位檢測電路。儀表放大電路以AD8552為主要電子元件，壓頻轉(zhuǎn)換電路以AD7741為主要電子元件構成。溫度放大電路增益不是常數(shù)，滿足式(1)。如圖2所示標記7個點A、B、C、D、E、F、G，G點的電壓是溫度傳感器阻值的函數(shù)。

圖1 新型產(chǎn)出剖面遙測井溫壓力磁定位儀電路原理框圖

圖2 溫度檢測電路

VG=f(Rt)

(1)

當溫度傳感器電阻為1 100 Ω，對應溫度約為25.97 ℃時，計算VG：

VA=Vref×R25/(R25+R24)=0.326 V;

VB=Vref×R14/(R14+R13)=0.833 V；

VC=VB×(1+Rt/R9)=1.291 V;

VD=VB×(1+(R11+Rw1)/R10)=1.25 V；

VE-VF=((R16+R17+R18+Rw2)/(Rw2+R16))×(VC-VD)=0.178 V；

VE=VC+0.089=1.38 V

VF=VD-0.089=1.161 V

VG=((R21/R20)×(VE-VF))+VA=0.504 V。

壓力儀表放大電路增益滿足式(2)，為164倍，式(2)中R見圖3。定位儀表放大電路增益滿足式(3)，為-5倍，(3)式中R見圖4。溫度、壓力、定位輸出頻率滿足(4)式。單片機電路以DSPIC3013為主，進行解碼編碼。曼碼合成電路以OP37為主對曼碼信號進行合成，三極管ZTX653、ZTX753對曼碼信號進行功率放大，2個6.8 μF/125 V鉭電容串聯(lián)作為耦合電容將曼碼信號加載到信號總線上。

圖3 壓力檢測電路

圖4 定位檢測電路

(2)

(3)

F=(0.4×Vin/Vref+0.05)×CLK

=(0.4×Vin/2.5+0.05)×400K

(4)

(4)式中，Vin為AD7741管腳5輸入電壓；Vref為AD7741管腳6參考電壓(2.5 V)。

2 室內(nèi)校準和現(xiàn)場應用

從2016年4月30日至2018年8月10日，推廣應用10支標準曼碼遙測井溫壓力磁定位儀。

校準人員使用0.05級壓力標準器和0.1級溫度標準器，采用標準表法對標準曼碼遙測井溫壓力磁定位儀進行室內(nèi)校準。表1為2017年校準數(shù)據(jù)，由表1可知，壓力示值誤差最大引用誤差為0.25%，小于最大允許誤差0.50%，溫度示值最大絕對誤差為0.22 ℃，小于最大允許誤差0.5 ℃，相關系數(shù)最小為0.999 9，所以校準數(shù)據(jù)合格。

2017年1月至2018年8月，累計測試產(chǎn)出剖面1 000井次，磁定位600井次，創(chuàng)經(jīng)濟效益接近4 000萬元。1 600井次發(fā)生故障80井次，儀器故障率降低到5%，測井效率提高了33.4%，避免了重復施工，降低了勞動強度，提高了資料質(zhì)量。圖5為現(xiàn)場測井曲線，各曲線清晰穩(wěn)定，溫度曲線拐點變化明顯，磁定位曲線無干擾。

表1 推廣應用遙測井溫壓力磁定位儀2017年校準結果

圖5 現(xiàn)場測井曲線

3 結束語

通過室內(nèi)校準和現(xiàn)場應用，新型產(chǎn)出剖面遙測井溫壓力磁定位儀解決了原來井溫壓力磁定位儀信號輸出不穩(wěn)，井溫干擾磁定位、供電電路燒壞、信號衰減、機械總成進水等問題，達到了設計要求。該儀器還能夠下掛其它遙測測量短節(jié)，為產(chǎn)出剖面儀器遙測化打下堅實的基礎。產(chǎn)液剖面是采油廠目前了解油井產(chǎn)液剖面及措施效果的主要方法之一，隨著外圍井深的增加和超越地面儀的推廣，標準曼碼傳輸?shù)倪b測井溫壓力定位儀因其良好的信號穩(wěn)定性、耐高壓、耐高溫特性，具有明顯優(yōu)勢。