一種電纜測井地面輔助信號仿真測試裝置的設計和應用

李志林(中海油田服務股份有限公司，廣東 湛江 524057)

1 設計思路

測井作業過程中張力棒和直線器分別提供張力、深度、磁性記號(磁性記號(MMD))等輔助信號，通過拖撬的Interface(接口)板中轉到采集面板處理，然后分別在測井系統和絞車面板顯示，以便作業人員掌控測井過程[1]。針對深度、張力、磁性記號輔助信號在絞車面板上顯示值錯誤和絞車面板通訊時好時壞等問題，導致現場無法正常作業。同時，由于實驗室條件有限，作業繁忙時也沒有空閑的測井托撬可以使用，導致實驗室對輔助信號故障的維修較難進行等。為解決實驗室檢測輔助信號的窘境，設計了電纜測井地面輔助信號測試系統，用來模擬深度、張力和磁性記號輔助信號，讓輔助信號的故障排查更加順利，也為輔助信號的采集面板維修帶來便利，本文分步介紹該系統的設計思路和使用方法。

1.1 使用配件及特性

1.1.1 馬達

110 VDC供電直流馬達，馬達內部含有減速機構，可以根據輸入電壓的大小實現轉速快慢調節；同時也能通過輸入正電壓或者負電壓實現正反轉。

1.1.2 深度編碼器馬丁代克

測井電纜穿過馬丁代克，運行的測井電纜帶動馬丁代克的測量輪旋轉，同步旋轉的光電編碼器輸出脈沖信號，計量電纜運行的深度、速度。供電5 V，輸出脈沖為1 280 脈沖/m，轉動一圈為0.5 m[2]。采用鈦合金材料，具有強度高，結構簡單，工作可靠的特點。緊固件均采用不銹鋼材料，防腐、防磁化、可快速

拆裝測量輪。同時測量輪采用防磁處理，裝入或脫離電纜時，可拆下測量輪，而一般的電纜接頭或明顯記號可直接通過。

1.1.3 霍爾傳感器

霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器，霍爾效應是磁電效應的一種。

1.1.4 多功能記測器

采用單片機控制實現等精度測量， 10位LED顯示(8位數據位，2位指數值)可實現高計數采集，測量速度達到20次/s具有高性價比，高可靠性等特點。

1.1.5 開關電源

開關電源是一種高頻化電能轉換裝置，其功能是將一個位準的電壓，透過不同形式的架構轉換為用戶端所需求的電壓或電流，本文使用的開關電源的輸入是110 VAC交流電源，輸出該裝置需要的直流電源。

1.1.6 絞車面板

絞車面板是中海油田服務股份有限公司自主研發設計的深度、張力、磁性記號(MMD)等輔助信號顯示面板，該面板能夠給絞車操作者提供直觀、詳細的參考參數，同時兼具報警功能，保障測井儀器上提、下放過程安全[3]。

1.2 裝置設計總成

1.2.1 馬達控制部分

測試裝置中深度編碼器通過一個110 VDC供電的直流馬達來控制轉動，通過頂絲固定編碼器的轉軸，電機轉動帶動編碼器轉軸轉動，從而實現該部分主要完成電機轉速控制和電機正反轉控制的功能。

1.2.2 轉動圈數采集部分

測試裝置中馬達轉動帶動深度編碼器轉動，而深度編碼器的轉動骨架上焊接一塊磁鐵，采用霍爾傳感器和ZN4896多功能記測器配合使用采集深度編碼器轉動的圈數，以便計算深度數值。霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器。該部分主要完成深度編碼器轉動圈數的采集，深度編碼器每圈轉動深度為0.5 m，通過圈數*0.5 m可以計算深度信號是否準確。

ZN4896多功能記測器通過220 VAC供電，產生一個直流12 VDC電壓給霍爾傳感器供電，而霍爾傳感器安裝在深度編碼器轉動桿的正上方，每當深度編碼器帶動磁鐵轉動經過霍爾傳感器時，霍爾傳感器產生一個電壓脈沖信號到ZN 4896記測器中，記測器計數加1，通過數碼顯示管顯示計數[4]。

1.2.3 電源控制部分

電源采用開關電源，輸入110 VAC，輸出+110 VDC、+5 VDC、+12 VDC、-12 VDC和24 VDC。其中110 VDC電源是通過輸入的交流電源直接經過整流及RC濾波得到。其他直流電源通過變壓器變壓之后再經過整流濾波、高頻變換器和調寬方波整流濾波之后輸出所需的直流電壓，而控制電路部分主要提供一個電壓反饋，從而得到穩定的電壓值。

1.2.4 輔助信號采集部分

測試裝置主要功能就是產生深度、張力和磁性記號(MMD)輔助信號，信號經過J2(插頭)到ELIS采集面板的DPH(深度處理板)采集，通過主機和絞車面板顯示。該部分主要功能就是產生深度、張力和磁性記號(MMD)信號，具體電路圖如圖1所示。

圖1 輔助信號采集電路圖

圖1 中FAN為散熱風扇，通過電源板產生的12 VDC供電工作；Encoder為深度編碼器，通過一個110 VDC的直流馬達帶動轉動，產生PHASEA1-、PHASEB1-、PHASEA1+和PHASEB1+信號到J 2。磁性記號(MMD) SET(SW3)為磁性記號(MMD)開關，當開關按下時，磁性記號(MMD)+和磁性記號(MMD)-產生一個0.75 V的直流信號，每次按下產生的直流電壓到J 2的pin 6和pin 7，產生一次磁性記號(MMD)信號。TEN(張力)SET(SW4)開關為三檔開關，默認為兩端均斷開，往上撥時TEN(張力)+和TEN(張力)-為+0.75 V直流電壓到J 2的pin 9和pin 8，產生一個100 00l bs信號；往下撥時TEN(張力)+和TEN(張力)-為-0.75 V直流電壓到J 2的pin 9和pin 8，產生一個-100 00l bs信號。圖1中的0.75 V為24 V電壓經過R1和ZD1穩壓到3.3 V，再經過R2和R3分壓到0.75 V；-0.75 V與+0.75 V類似，通過-12 V電壓經過穩壓和分壓之后產生-0.75 V。

2 功能測試

該裝置功能主要是產生標準的深度、張力和磁性記號信號，深度信號主要通過深度編碼器馬丁代客產生，而張力和磁性記號信號為模擬電壓信號，通過電源分壓網絡實現。

2.1 深度信號測試

深度編碼器(0.5 m/圈)轉動1 000 圈時深度為500.005 m，相差0.005 m，說明深度信號能夠正常產生且測量準確。

2.2 磁性記號(MMD)信號測試

設定每轉10 圈按一次磁性記號(MMD)開關， 磁性記號(MMD) Depth為20.24 m，磁性記號(MMD)為5.05 m(10圈為5 m)，由于人工按壓開關，有一點點誤差，不過在正常允許范圍，磁性記號(MMD)信號正常。

2.3 張力信號測試

2.3.1 100 00l bs測試

將張力撥檔開關SW4往上撥，TEN+& TEN-兩端電壓為0.75 V，深度采集板采集到的張力信號為99 98l bs，相差2l bs，100 00l bs信號準確；

2.3.2 -100 00l bs測試

將張力撥檔開關SW4往下撥，TEN+& TEN-兩端電壓為-0.75 V，深度采集板采集到的張力信號為-100 03l bs，相差3l bs，-100 00l bs信號準確。

3 結語

通過實驗測試，電纜測井地面輔助信號仿真測試裝置能準確模擬深度、張力和磁性記號(MMD)信號，為輔助信號故障的維修保養提供了信號來源，讓維修保養更加方便準確，解決了實驗室輔助信號維修保養困難的問題。