测井电缆注磁标定测控系统设计

靳 娟,叶献方,肖海霞,姚全敏

(1.长江大学电子与信息工程学院,湖北荆州434023;2.新疆油田公司百口泉采油厂工艺研究所,新疆克拉玛依834011)

0 引 言

国内现有的测井电缆注磁标定系统大都难以解决电缆累计误差与深度记号间隔不均匀的问题。文献[1]提出了一种以标准井套管为依据的测井电缆注磁新方法,虽然标定精度较高,但其硬件结构复杂,开发工作量大。本文提出了一种集成化、全自动的测井电缆注磁标定测控系统设计方案。该系统采用水平(室内)标定模式,具有测控系统结构简单、标定精度较高的特点。在注磁标定过程中,系统能为用户提供可视化的操作与管理平台,可实现参数设置、工艺流程显示、自动报警与报警信息显示、报表业务管理等功能。

1 测井电缆注磁标定系统结构与工作原理

测井电缆注磁标定装置包括固定式电缆绞车、导向轮、测力滑轮、张力滚筒、光电编码器、消磁器、注磁器、检磁器、牵引导向轮、拖动电缆绞车(见图1)。图1中粗线表示多芯测井电缆装置流程,细线则为单芯测井电缆装置流程。系统中多芯、单芯测井电缆分别通过各自的机构进行注磁标定。系统的基本工作原理是直流电机拖动电缆绞车旋转,电缆从测井车内的绞车先经过导向轮、装有张力传感器的测力滑轮转向,再经过张力滚筒、光电编码器、消磁器、注磁器,测力滑轮再转向,最后通过牵引导向轮到拖动电缆绞车上。

图1 装置示意图

图2 标准尺修正流程图

国内测井电缆深度记号标定方法主要有2种,一种是将深度记号接收器和深度记号注磁器之间的距离设定为20 m,并以此为标尺对电缆进行深度记号的标定;另一种是以编码器的脉冲个数确定20 m的距离并进行深度记号标定[1]。

系统设计选用第2种标定方法且采用室内标定模式,系统要求测井电缆每20 m标注1个磁记号,在100 m的整数倍处标注3个磁记号,在500 m的奇数倍处标注5个磁记号。标准井刻度尺(简称标准尺)文件由测井公司提供,它表征了每2个相邻注磁点的间隔脉冲数。在注磁标定过程中,系统根据该参数对测井电缆进行注磁标定。在测井电缆注磁标定完成后,需要在标准井检验标定结果,该结果包括已标注电缆的整体长度标定偏差与数10个特殊节箍点的局部标定偏差。系统将依据此检验结果对标准尺中的注磁脉冲数进行全局与局部修正,以达到减少或消除磁记号的非均匀性与累积误差的目的。此外,IDW轮的磨损量与电缆形变也可以在系统管理程序中适当补偿或修正。如果该注磁标定结果满足要求,则下次标定时可以直接采用本次标准尺。标准尺修正流程图见图2。

2 测井电缆注磁标定系统电气结构

测井电缆注磁标定测控系统的电气结构见图3。该系统以PCI-1784、PCL-818HG、PCL-727卡为核心,实现了测井电缆注磁标定系统的所有测控功能。PCI-1784卡为四轴正交编码器和计数器卡,支持4路编码器信号的测量。该系统将IDW的2路编码器设为1组,单芯测井电缆和多芯测井电缆各1组。PCL-818HG卡具有对16路模拟信号测量功能,用于检测测井电缆标定张力、测井电缆回提张力、电枢电流、缆速手动控制电压、张力手动控制电压;PCL-727卡具有12路模拟信号输出功能,其中2路分别用于直流电机调速与直流调功(或电缆张力)。PCLD-785、PCLD-782为PCL-727的扩展端子板,PCLD-785支持16位继电器隔离输出,用于注磁与报警提示;PCLD-782支持16位隔离输入,用于检测缆速控制及张力控制的手动/自动切换开关状态。

图3 电气结构图

3 测井电缆注磁标定软件设计

3.1 软件环境与功能要求

测井电缆注磁标定测控系统运行于Windows 2000与RTX平台。Windows系统的界面功能丰富,而RTX提供了与Win32环境兼容的实时编程接口[2],支持Win32的应用程序接口(API),还能满足硬实时系统严格响应时间的要求[3]。Windows系统和RTX构成了实时操作系统的开发环境。

测井电缆注磁标定测控系统的主要功能要求包括,①系统配置参数设置:设置 PCI-1784、PCL-818HG、PCL-727卡的基地址、单芯/多芯测井电缆的张力折算系数、IDW米脉冲数,以及IDW测量轮的磨损量;②传感器特性描述;设置单芯/多芯测井电缆的注磁张力传感器与回提张力传感器的特性参数;③工艺参数:选择测井电缆的名称、标准尺、测井电缆类型、IDW选项,设置测井电缆状况、标定期望缆速、标定期望张力、回提期望张力;④注磁参数:打开标准尺文件,显示每个注磁点处的测井电缆的长度以及相邻注磁点的间隔脉冲数;⑤标准井参数:修正测井电缆注磁标定的整体偏差与局部偏差;⑥标准尺编辑:对选定的标准尺进行修改或编辑;⑦报警参数:分别设置单芯/多芯测井电缆的最大标定张力、最大回提张力、最大电枢电流、最大标定缆速;⑧自动测试:实现测井电缆的自动标定、自动回提、模拟标定;⑨历史记录:可按不同速度回放历史注磁标定过程中的速度曲线、张力曲线、注磁曲线以及注磁点磁信号的强度波形;⑩在线帮助:支持用户在线阅读测井电缆注磁标定测控系统的使用手册。

3.2 实时测控

在注磁标定过程中,系统实时采集检测现场张力、转速等信号,实现直流电机的转速、电缆张力的自动控制,并根据测井电缆当前计量的长度实时控制注磁器的状态。系统实时显示测井电缆当前运行深度、标定速度、张力值与张力曲线、速度曲线、磁信号波形。当系统运行参数超越报警值或出现故障时,系统将以声、光的形式报警,同时显示报警信息,提示操作人员进行维修或采取相应的措施。系统具有自动保护功能,当发生如电机电枢电流过大、测井电缆标定张力过大这些能导致严重后果的异常现象时,系统将自动保护。

在测井电缆注磁标定过程中,测井电缆所承受的张力与测井电缆运行的速度相互影响。当增加测井电缆张力时,测井电缆运行速度将降低;反之,测井电缆运行速度将提高。当提高测井电缆运行速度时,测井电缆张力将增加;反之,测井电缆张力将减小。对于张力与速度的控制,如果采用常规的控制算法难以保证控制质量,甚至可能造成张力超过极限导致测井电缆损坏。因此,在该系统中引入统计过程控制算法(SPC),SPC算法是将被控参数在一定时间内的统计值信号作为调节依据。该系统中将测井电缆张力信号和测井电缆运行速度信号在5 s内的统计值作为系统判断的依据。该方法与人工调节思想一致,但比人工调节速度/张力方式更加科学,控制精度更高。

3.3 标准尺文件管理

标准尺是测井电缆注磁标定的依据,测井电缆的标定结果很大程度上取决于标准尺的准确性,因此,要求标准尺具有针对性、发展性、继承性。针对性是因测井电缆自身特性以及新旧程度的不同,对不同的测井电缆不能采用统一的标准尺进行标定。该系统将为所有测井小队分别建立独立的文件夹,并将其专用的标准尺置于该文件夹下,以利于该小队电缆标定与管理。发展性是为进一步改进标准尺的准确性,经过标定后的测井电缆在标准井检验后的结果(局部偏差与全局偏差)将用于对标准尺进行全局和局部修正,修正后的标准尺保存在当天的文夹中。继承性是对于上次标定结果达标的标准尺,下次可以直接使用。

3.4 历史数据管理

测井电缆注磁标定系统需要管理的参数与文档比较多。该系统提供了方便的文件数据管理功能,用户可以选择测井电缆注磁标定的小队与标准井刻度尺,系统自动生成以队名为名的文件夹,同时在该文件夹中再生成以当天日期为名的子文件夹。该子文件夹将自动保存用于注磁标定的标准尺在标定过程中检磁器所检测到所有磁信号波形、测井电缆标定的速度、电缆张力等数据文件。此外,系统还支持历史数据回放功能,它自动打开用户指定的历史记录,动态显示测井电缆运行的深度,速度曲线、张力曲线与磁信号波形,并且可以随时选择回放速度。

4 结 论

测井电缆注磁标定测控系统运行稳定可靠,具有电缆标定准确性高、系统操作简便、文件管理方便的特点。同时,系统还配置了1套测井电缆标定信号模拟器与电缆标定系统板卡集成测试软件,便于操作培训、系统维护。该测井电缆注磁标定测控系统于2009年2月在新疆某测井公司投入试用,测井电缆注磁后经标准井检验,其标定精度达到0.008%,磁记号间隔均匀,2个磁记号间的误差小于±0.20 m,注磁强度均为6～8 mT,完全解决了电缆深度记号累计误差与深度记号不均匀的问题。

[1] 刘江伟,李建华,叶文军,等.测井电缆深度记号标定新方法实现的研究与应用 [J].测井技术,2007,31 (6):580-582

[2] Venturcom.RTX 6.0 Runtime Documentation[EB/ OL].2004,http:∥www.vci.com/embedded/products.aspx?ID=214.

[3] 吴 勇,熊振华,丁 汉.基于RTX和MFC的后封装平台数据采集和控制系统[J].系统工程与电子技术, 2004(9):1257-1261