固定式测井电缆自动做磁记号装置设计

贾志超 (中石油大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司,黑龙江大庆 163414)

固定式测井电缆自动做磁记号装置设计

贾志超 (中石油大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司,黑龙江大庆 163414)

针对基于单片机的自动做磁记号装置存在的问题,设计了固定式测井电缆自动做磁记号装置。介绍了该装置的总体设计内容,包括装置主要构成和自动做磁记号的实现方法,详细阐述了相关电路的具体设计,同时说明了控制装置精度的基本措施。该装置电路结构简单、成本低、可靠性高,能够一次完成测井电缆磁记号的制作,具有良好的工作效率,因而适用于油田测井生产施工中。

测井;消磁器;激磁器

磁记号是测井资料中重要的深度标记,尤其在井径等工程井测井施工过程中,磁记号是唯一的深度标记,因而磁记号制作的质量关系到测井资料的质量。目前,制作电缆磁记号主要使用测井电缆自动作记号装置,该装置采用单片机程序控制,可以减轻工人的劳动强度,但该设备存在操作复杂、需要多次修正参数、记号间距不一致、受电缆状况和气候影响较大等缺点,使电缆磁记号的制作精度有所降低。针对上述问题,笔者对固定式测井电缆自动做磁记号装置进行了研究,以便提高磁记号的制作质量和效率。

1 装置总体设计

固定式测井电缆自动做磁记号装置主要由控制器和执行机构组成。控制器是装置的核心部分,其主要功能是检测电缆磁性记号、输出激磁信号、输出消磁电流、显示已做记号的电缆长度等。执行机构由消磁器 (用于测井电缆消磁)、激磁器组和记号器 (用于电缆主记号的检测)构成,其中激磁器组由主激磁器、副1激磁器、副2激磁器组成,主激磁器负责测井电缆每20m的电缆主记号激磁,副激磁器负责整百米时电缆副记号的激磁(见图1)。

图1 固定式测井电缆自动做磁记号装置结构示意图

2 自动做磁记号的实现方法

图2 控制序列和磁记号图

使用主激磁器手动激磁后,记号器检测到电缆磁记号,随后控制器指令主激磁器激磁做下一个主记号。由于主激磁器和记号器的间隔为20m,所以记号间距为20m[1]。当电缆做磁记号段长度为100m的奇数倍时,主激磁器与副1激磁器同时激磁作主记号和1个副记号;当电缆作磁记号段长度为100m的偶数倍时主激磁器与副1、副2激磁器同时激磁作主记号和2个副记号(见图2)。

3 相关电路设计

固定式测井电缆自动做磁记号装置电路主要由4部分组成,即磁信号检测电路、计数及显示电路、消磁激磁电路和手动控制电路[2]。

3.1 磁记号检测电路

磁信号检测电路的功能是处理记号器检测到的已做好的磁记号,并将其处理转换成正脉冲,用以驱动计数及显示电路工作。磁记号检测电路主要由运算放大器LM393构成,通过对记号器输出的磁记号脉冲进行放大,整形将磁记号信号转化成方波信号,作为激磁控制信号。记号检测电路中设置一个LED对记号器的工作状态和信号输出状态进行监测 (见图3)。

图3 磁记号检测电路示意图

3.2 计数及显示电路

计数及显示电路在信号检测电路输出的正脉冲控制下对记号器检测到的磁记号进行计数并显示,根据计数的结果输出激磁脉冲,驱动激磁消磁电路控制激磁器工作。计数及显示电路分为2部分,即计数电路和显示电路。

1)计数电路 该电路主要由加法器MC14008和4位缓存器MC14076构成,通过缓存器的输出端和加法器的输入端相连接,将被加数设置为0010(2)在激磁信号或手动置数信号的控制下实现+2计数。运用门电路和JK触发器CD4027组成的逻辑判断电路实现在电缆长度为100m的奇数倍时副激磁器1工作,在电缆长度为100m的偶数倍时副激磁器1和副激磁器2同时工作,最终完成大记号的制作。计数电路图如图4所示。

图4 计数电路图

2)显示电路 该电路由LED显示模块和7段码译码器MC14511构成,通过在十位上接入计数模块的输出信号和门电路组成的进位电路实现对电缆长度的显示。显示电路图如图5所示。

3.3 激磁消磁电路

图5 显示电路图

激磁消磁电路的功能是控制激磁器和消磁器对电缆进行消磁和激磁。激磁消磁电路主要由继电器构成,在计数及显示电路输出的激磁信号控制下,经过脉宽调整电路将激磁信号整形为一定宽度的正脉冲,该脉冲经过驱动电路进行电流放大,通过继电器完成对激磁器和消磁器的驱动。每个激磁器和消磁器控制电路中均设置一个发光LED对激磁器消磁器的工作状态进行监控。激磁消磁电路结构示意图如图6所示。

图6 激磁消磁电路示意图

3.4 手动控制电路

手动控制电路用于信号的补做和校正,通过输出脉冲以改变显示电路所显示的电缆长度。手动控制电路包括复位电路和手动置数电路组成。

1)复位电路 复位电路实现控制盒的上电复位和手动复位功能。手动置数电路用于补做记号及控制盒出错复位时的重新置数。复位电路由电阻、电容核按钮开关组成。在系统上电时该电路产生一个正脉冲,经驱动电路放大,分别输入到显示电路模块的测试端和计数电路的复位端,从而完成对电路的复位和LED的检测。当LED处于正常状态时显示数字 “8”。在做记号过程中,需要对设备进行复位操作时,按下按钮同样可以产生一个正脉冲来实现电路的复位操作。复位电路示意图如图7所示。

图7 复位电路示意图

手动置数电路用于补做记号及控制盒出错复位时的重新置数。手动置数电路由脉冲产生电路、单稳态触发器和振荡器构成,通过脉冲产生电路、单稳态触发器和门电路所组成的逻辑电路实现2种手动置数方式的输出,即单按一次按钮输出单个脉冲,长按按钮超过3s后输出连续脉冲对计数电路进行快速连续置数,直至松开按钮为止。手动置数信号和激磁信号接入计数电路的时钟输入端,用开关实现2种信号的切换。手动置数电路图如图8所示。

图8 手动置数电路图

4 装置精度控制

运用该装置制作电缆磁记号的误差来源主要包括3个方面:①不同测速下磁记号信号幅度不同,导致控制电路触发时机出现误差;②信号处理电路和控制电路信号传输存在时延;③由于气温变化导致电缆热胀冷缩使制作的磁记号出现误差。针对以上问题,首先在信号检测电路中设置微分电路将单极性的磁记号信号转化为双极性信号,采用过零触发的方式保证控制电路触发时机的稳定,使其不随磁记号幅度的变化而变化。其次,在现场施工中通过试验对激磁器的摆放位置进行微调,并制作对应的标记,这样可以消除因信号延迟和温度变化导致的电缆磁记号误差。

5 结语

固定式测井电缆自动做磁记号装置的控制电路主要采用通用逻辑电路,与基于单片机的自动做磁记号装置相比,其电路结构简单、成本低、可靠性高,经调试安装完毕后不需对设备进行调整和参数设置即可实现磁记号制作的自动化。同时,利用该装置可以一次完成测井电缆磁记号的制作,极大地提高了工作效率。因此,该装置具有可行性,能够在油田测井施工中推广使用。

[1]Q/SY84-2003,测井工程质量技术监督及验收规范[S].

[2]李万喜,陈俊,张成柱,等.测井自动校深技术研究与应用[J].石油仪器,2012,25(1):35-37.

[编辑] 李启栋

P631.81

A

1673-1409(2014)20-0033-04

2014-03-14

贾志超(1985-),男,助理工程师,现主要从事测井仪器方面的研究工作。