一种新型产出剖面遥测井温压力磁定位仪的研制

张秋平

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163513)

0 引 言

KH-WYC-II型脉冲井温压力磁定位仪在产出剖面测井中判断主产液层具有至关重要的作用[1]。大庆油田从2013年下半年到2015年上半年，运用该仪器累计测井1 700井次，有故障652支次，故障率达到38.4%，其中井温干扰磁定位占14.13%；井温压力信号输出不稳占到55.90%；供电电路烧坏占17.58%；配接注入集流电磁流量计配接下井后进水，占8.00%；测试高台子、头台油田深度超过1 500 m的深井，信号衰减严重[2]，占5.39%。基于以上原因，自主全新设计研制了应用标准曼码遥测[3-4]的产出剖面遥测井温压力磁定位仪，并在大庆油田推广应用。

1 设计方案

1.1 技术方案及技术参数

1)KH-WYC-II型脉冲井温压力磁定位仪的磁定位信号没有处理电路，导致井温干扰定位严重；井温压力信号由RC振荡电路控制进行反复合，导致井温压力信号输出不稳；当井深超过1 500 m，在高温条件下，脉冲信号衰减严重。新仪器设计采用波特率为5.729 kbps的标准曼码传输信号，井温、压力、磁定位经仪表放大电路和压频转换电路处理后[5]，由单片机DSPIC3013进行编码，经控制曼码合成和功率放大耦合后发送至地面测井仪。标准曼码遥测方案解决了井温压力输出不稳、井温干扰磁定位和信号衰减问题。

2)KH-WYC-II型脉冲井温压力磁定位仪PC板采用喷锡工艺，焊盘易脱落，24 V稳压管和LM7912易烧毁。新仪器PC板采用沉金工艺，耐温150 ℃，供电采用2N3440提供5 V供电，同时采用38 V和5 V稳压，解决了供电电路PC板易烧毁问题。

3)新仪器主体采用冷拔无缝钢管0Cr16Ni14加工，耐压由40 MPa提高到80 MPa，解决仪器进水问题。

4)技术参数

工作电流为85～95 mA，压力测量范围为0～60 MPa，压力测量精度≤0.5%，耐压80 MPa。温度测量范围为-20～+125 ℃，温度测量分辨率为0.02 ℃，温度测量精度为±0.5 ℃，耐温125 ℃。信号传输方式为曼彻斯特编码，传输波特率5.729 kbps。输出信号幅度为±10～±12 V，遥测通道为0道-调试用、4道-温度、5道-压力、9道-磁定位。

1.2 电路设计

电路原理框图如图1所示，由供电电路、仪表放大电路、压频转换电路、,单片机电路、曼码合成电路、功率放大信号耦合电路组成。

供电电路输入电压+36 VDC，仪器额定工作电流90 mA，以三极管2N3440为主要电子元件，为电路提供+5 VDC的电压。仪表放大电路和压频电路组成温度、压力、定位检测电路。仪表放大电路以AD8552为主要电子元件，压频转换电路以AD7741为主要电子元件构成。温度放大电路增益不是常数，满足式(1)。如图2所示标记7个点A、B、C、D、E、F、G，G点的电压是温度传感器阻值的函数。

图1 新型产出剖面遥测井温压力磁定位仪电路原理框图

图2 温度检测电路

VG=f(Rt)

(1)

当温度传感器电阻为1 100 Ω，对应温度约为25.97 ℃时，计算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。

压力仪表放大电路增益满足式(2)，为164倍，式(2)中R见图3。定位仪表放大电路增益满足式(3)，为-5倍，(3)式中R见图4。温度、压力、定位输出频率满足(4)式。单片机电路以DSPIC3013为主，进行解码编码。曼码合成电路以OP37为主对曼码信号进行合成，三极管ZTX653、ZTX753对曼码信号进行功率放大，2个6.8 μF/125 V钽电容串联作为耦合电容将曼码信号加载到信号总线上。

图3 压力检测电路

图4 定位检测电路

(2)

(3)

F=(0.4×Vin/Vref+0.05)×CLK

=(0.4×Vin/2.5+0.05)×400K

(4)

(4)式中，Vin为AD7741管脚5输入电压；Vref为AD7741管脚6参考电压(2.5 V)。

2 室内校准和现场应用

从2016年4月30日至2018年8月10日，推广应用10支标准曼码遥测井温压力磁定位仪。

校准人员使用0.05级压力标准器和0.1级温度标准器，采用标准表法对标准曼码遥测井温压力磁定位仪进行室内校准。表1为2017年校准数据，由表1可知，压力示值误差最大引用误差为0.25%，小于最大允许误差0.50%，温度示值最大绝对误差为0.22 ℃，小于最大允许误差0.5 ℃，相关系数最小为0.999 9，所以校准数据合格。

2017年1月至2018年8月，累计测试产出剖面1 000井次，磁定位600井次，创经济效益接近4 000万元。1 600井次发生故障80井次，仪器故障率降低到5%，测井效率提高了33.4%，避免了重复施工，降低了劳动强度，提高了资料质量。图5为现场测井曲线，各曲线清晰稳定，温度曲线拐点变化明显，磁定位曲线无干扰。

表1 推广应用遥测井温压力磁定位仪2017年校准结果

图5 现场测井曲线

3 结束语

通过室内校准和现场应用，新型产出剖面遥测井温压力磁定位仪解决了原来井温压力磁定位仪信号输出不稳，井温干扰磁定位、供电电路烧坏、信号衰减、机械总成进水等问题，达到了设计要求。该仪器还能够下挂其它遥测测量短节，为产出剖面仪器遥测化打下坚实的基础。产液剖面是采油厂目前了解油井产液剖面及措施效果的主要方法之一，随着外围井深的增加和超越地面仪的推广，标准曼码传输的遥测井温压力定位仪因其良好的信号稳定性、耐高压、耐高温特性，具有明显优势。