電纜測井封井器移位報(bào)警裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用

汪俊琦

(中國石化集團(tuán)華北局測井公司 河南新鄉(xiāng))

電纜測井封井器移位報(bào)警裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用

汪俊琦

(中國石化集團(tuán)華北局測井公司 河南新鄉(xiāng))

針對油氣田勘探開發(fā)過程中,電纜測井施工時(shí)井口封井器意外移位而導(dǎo)致發(fā)生的工程事故,設(shè)計(jì)了一種井口封井器位置發(fā)生改變后就自動(dòng)報(bào)警的裝置。文章詳細(xì)介紹了該報(bào)警裝置的工作原理、制作工藝和使用方法,并通過實(shí)際應(yīng)用進(jìn)一步證實(shí)了該裝置的安全性與實(shí)用性。

電纜測井;封井器;報(bào)警;移位

0 引 言

隨著油氣勘探開發(fā)進(jìn)程的加快和勘探程度的提高,對測井工藝、測井效率和測井施工安全也提出了較高的要求。與其他方法相比,電纜測井能夠以較低的成本提供更多的數(shù)據(jù)而被廣泛的應(yīng)用于各大油氣田。但是由于電纜測井時(shí),通常測井絞車與實(shí)際井位有較遠(yuǎn)的一段距離,而井口平臺(tái)與地面也有5 m～10 m的高度,因此絞車操作人員很難觀察到井口用于防止落物和清潔出井電纜的卡盤式封井器安全狀況。氣溫較低時(shí),封井器下部泥漿結(jié)冰成塊,電纜與封井器之間的間隙減小,摩擦力增大,使得封井器隨電纜上升離開安全位置,甚至上升到天滑輪切斷電纜發(fā)生事故;同樣,溫度較高時(shí),封井器下部泥漿凝固僵化,也會(huì)使電纜與封井器之間的間隙減小,摩擦力增大,尤其是在夜間或大風(fēng)大霧環(huán)境施工,這種不安全因素更為突出。

封井器位移報(bào)警裝置正確安裝后,一旦封井器離開安全位置,就立刻報(bào)警提示,絞車操作人員即使觀察不到井口,也能夠及時(shí)得知封井器工作狀態(tài)并采取相應(yīng)措施,從而有效避免工程事故,大大降低施工風(fēng)險(xiǎn),提高測井效率。

1 工作原理

封井器位移報(bào)警裝置主要由報(bào)警傳感器裝置、主控電路裝置和聯(lián)結(jié)電纜線組成。報(bào)警傳感器裝置如圖1所示,主要由一塊永久磁鐵和一個(gè)干簧管組成。永久磁鐵通常固定在卡盤式封井器(可將測井電纜由一側(cè)刻槽卡入、并且中央可放置電纜吹氣裝置的剛性圓形蓋板)一側(cè),干簧管安裝在一個(gè)便攜式保護(hù)座上,兩端引線制作成快速連接器。

圖1 報(bào)警傳感器示意圖

報(bào)警裝置主控電路通常封裝在一個(gè)保護(hù)盒內(nèi),它是由觸發(fā)裝置、單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路、報(bào)警聲發(fā)生器、音頻功放電路、燈光控制電路和電源電路等部分組成。

2 開發(fā)設(shè)計(jì)

封井移位報(bào)警器的主要作用就是在電纜測井過程中,封井器發(fā)生非正常移動(dòng)后能夠及時(shí)地產(chǎn)生報(bào)警信號(hào),并將報(bào)警信號(hào)以聲、光方式傳送到測井設(shè)備操作臺(tái)。工作原理框圖如圖2所示。整個(gè)裝置啟動(dòng)后就處于待報(bào)警狀態(tài)(由井臺(tái)工作指示燈及操作間工作指示燈顯示),井臺(tái)封井器移動(dòng)后使得報(bào)警裝置的傳感器干簧管內(nèi)部導(dǎo)通,產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào),然后再通過專用電纜線反饋到主控電路,主控電路在固定電源的驅(qū)動(dòng)下首先驅(qū)動(dòng)單穩(wěn)態(tài)電路并產(chǎn)生兩路信號(hào),一路直接觸發(fā)燈光報(bào)警信號(hào),另一路驅(qū)動(dòng)觸發(fā)控制電路,產(chǎn)生燈光信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)音頻發(fā)生器,并經(jīng)過音頻功放電路產(chǎn)生音頻報(bào)警提示信號(hào)。

電路工作原理是,報(bào)警裝置傳感器在井口正確安裝后通過電纜線和測井絞車上的主控電路相連,工作指示燈LED1發(fā)亮,永久磁鐵(固定在封井器側(cè)緣)和常閉型干簧管(安裝在便攜座上)靠得很近,磁鐵的磁力線導(dǎo)致干簧管內(nèi)兩觸片分離,b、c兩端子開路狀態(tài),在警器裝置主控電路中(圖3所示),IC1A的⑥腳呈高電平,IC1A處于復(fù)位狀態(tài),其輸出端⑤腳為低電平,雙向可控硅VS無觸發(fā)電流而阻斷,故示警燈H處于熄滅狀態(tài)。此時(shí)三極管VT1亦無偏壓而截止, VT2則導(dǎo)通,使IC1B的12腳和⑧腳呈高電平(大于2/3電源電壓),故IC1B的⑨腳亦輸出低電平,音響集成電路IC2無電源不工作。

圖2 報(bào)警器工作原理框圖

圖3 報(bào)警器主控電路圖

當(dāng)測井封井器發(fā)生移動(dòng)位置變化后,致使永久磁鐵和干簧管分離,干簧管內(nèi)兩觸片自然接通,導(dǎo)致IC1A的⑥腳變?yōu)榈碗娖?低于1/3電源電壓),此時(shí)IC1A立即置位,IC1A的⑤腳由原來的低電平變?yōu)楦唠娖絒1],它分為兩個(gè)支路:一路使雙向可控硅VS觸發(fā)導(dǎo)通,示警燈H即刻點(diǎn)亮,提示封井器發(fā)生移位。另一路電流使三極管VT1導(dǎo)通,導(dǎo)致VT2截止,C4的短接狀態(tài)解除,電源通過 R6向 C4充電,此時(shí)IC1B的12腳和⑧腳電位越來越低,當(dāng)其電位低于1/3電源電壓時(shí),IC1B的輸出端⑨腳變?yōu)楦唠娖?此時(shí)IC2獲得電源而工作。IC2的T0端不斷有脈沖電流產(chǎn)生,經(jīng)三極管VT3放大后,推動(dòng)繼電器J1的觸點(diǎn)j1-1閉和開,這樣就使原來恒亮的照明燈變成了閃爍燈,以增強(qiáng)報(bào)警時(shí)的緊張氣氛,同時(shí),IC2的O/P端輸出報(bào)警音頻信號(hào),經(jīng)VT4、VT5放大后,推動(dòng)揚(yáng)聲器BL發(fā)出宏亮的聲音。

3 電子元器件選擇與制作

根據(jù)上述電路圖的設(shè)計(jì)和報(bào)警器應(yīng)用范圍,電阻、電容均選用常規(guī)元器件,見表1,質(zhì)量較好但精度不要求很高。

表1 電子電容元器件

而半導(dǎo)體及集成塊元器件,見表2,則需要選擇精度較高、性能穩(wěn)定以保障整個(gè)電路正常工作。

表2 晶體管元器件表

其中所用電阻除R2＊選用貼片電阻,其余各電阻均采用線繞電阻,功率范圍為0.5 W～10 W,阻值范圍0.01Ω～10 kΩ,誤差±1～10%,溫度系數(shù)25～100 ppm/°C,并且選定的電阻使用前要用測量工具測定確認(rèn)是否與設(shè)計(jì)相符。電容的種類有很多,本次設(shè)計(jì)中除電容 C2和 C5用采用塑料介質(zhì)的滌綸電容,其余電容均采用普通鋁電解電容。晶體管在用時(shí)為防損壞,必須使它工作在安全區(qū),選擇時(shí)首先要考慮元器件自身的工作電壓值、電流值、功率值和頻率值等特性參數(shù),同時(shí)還要考慮在具體的電路中工作特點(diǎn)[2]。

4 調(diào)試和檢測

4.1 主控電路的制作

制作和調(diào)試是電子線路設(shè)計(jì)的重要部分,所用元器件按照要求選定后,首先進(jìn)行規(guī)格和性能檢測確認(rèn),然后進(jìn)行布線、焊接和安裝[3]。

集成電路在安裝時(shí),為防止集成電路芯片受損,在插入和拔出芯片時(shí)要非常細(xì)心。插入時(shí)應(yīng)使器件的方向一致,缺口對應(yīng),使所有引腳均對準(zhǔn)插座板上的小孔,均勻用力按下;拔出時(shí),必須用專用拔鉗,夾住集成塊兩端,垂直向上拔起,或用小起子對撬,以免使其引腳因受力不勻而彎曲或斷裂。

布線要求合理、準(zhǔn)確,一般應(yīng)選用直徑為 Ф0.5 mm～0.8 mm的單股導(dǎo)線,長度適中,兩端絕緣皮剝?nèi)? mm～10 mm,并剪成45°角。元器件和連線要排列整齊,一般按電路順序直線排列,輸入與輸出線要遠(yuǎn)離。元器件插腳和連線要盡量短而直,以防止分布參數(shù)影響電路性能。布線時(shí)要注意在器件周圍走線,不允許導(dǎo)線在集成塊上方跨過,以免妨礙排除故障或調(diào)換器件。為使布線整潔和便于檢查,電路中不同功能的導(dǎo)線應(yīng)盡量采用不同的顏色。通常布線的順序是先布電源線和地線,再布固定使用的規(guī)劃線,最后再逐級(jí)連接控制線及各種邏輯線。并且邊接線邊測試,逐級(jí)進(jìn)行。

4.2 電路調(diào)試和故障的檢查與排除

報(bào)警器主控電路接好全部連線后,應(yīng)對照電路圖仔細(xì)復(fù)查一遍。檢查晶體管或集成塊的引腳是否插對,是否有漏線和錯(cuò)線,然后用萬用表的“Ω×10”檔檢查電源與地線之間的電阻值,排除電源與地線之間的開路或短路現(xiàn)象。斷開傳感器電纜,用12 V直流電源給電路通電,然后用手觸模元器件,檢查有無異常發(fā)熱現(xiàn)象、有無異味等。用萬用表測量電路的電源和地兩腳之間的電壓,測量晶體管的工作點(diǎn)是否符合要求等[4],IC2的工作電壓不應(yīng)超過5 V,可由 R12調(diào)整,觀察工作指示燈LED1是否工作。斷開電源后,接上傳感器連線電纜,并將永久磁鐵靠近干簧管,整個(gè)報(bào)警裝置處于待報(bào)警工作狀態(tài),然后移開永久磁鐵,揚(yáng)聲器BL發(fā)出報(bào)警聲,同時(shí)示警燈H開始閃爍。如果出現(xiàn)故障,逐級(jí)檢查,還可采用不改變電路的接線,通過更換一些元器件來發(fā)現(xiàn)故障。

5 安裝與使用

電纜測井施工過程中,永久磁鐵固定在井臺(tái)封井器側(cè)緣,干簧管總成安裝在便攜式保護(hù)座(非鐵磁性)上,并靠近磁鐵。主控電路總成封裝在保護(hù)盒內(nèi),安裝在測井絞車操作室,以便操作人員根據(jù)報(bào)警提示及時(shí)采取安全操作措施,測井絞車與井臺(tái)傳感器之間用三芯絕緣電纜線聯(lián)結(jié),并且電纜兩端制作成快速連接器,聯(lián)結(jié)后測井絞車操作人員打開報(bào)警器工作電源,工作指示燈顯示正常狀態(tài),井臺(tái)傳感器工作指示燈顯示工作狀態(tài),報(bào)警系統(tǒng)處于待報(bào)警狀態(tài)。通常安裝完畢后,應(yīng)手動(dòng)移開封井器驗(yàn)證報(bào)警系統(tǒng)工作性能。

6 結(jié)束語

電纜測井封井器移位報(bào)警裝置,經(jīng)過大量試驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用,都取得了理想的效果,特別是在大霧天氣和夜間測井施工中,發(fā)揮了良好的安全預(yù)警作用,曾在塔河油田多次測井施工中及時(shí)準(zhǔn)確的提示了井臺(tái)封井器工作安全隱患,避免了工程事故的發(fā)生。該裝置的最大優(yōu)點(diǎn)是安裝方便,而且干簧管總成體積小,封裝在透明塑料殼中后具有良好的防水性。同時(shí)該裝置還可用于其他移位安全報(bào)警領(lǐng)域,具有較強(qiáng)的實(shí)用性和推廣性。

[1] 孫余凱.數(shù)字集成電路基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006

[2] 高 平.電子設(shè)計(jì)制作完全指南[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009

[3] 朱定華.電子技術(shù)工藝手冊[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007

[4] 鄧元慶.電子技術(shù)試驗(yàn)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2009

Wang JunQi.Application and design of the well head isolation tool shifts alarm device for wireline log.PI, 2010,24(4):7～9

In view of the project accident caused by the well head isolation tools accidental shift of the wireline log construction in the process of the oil-gas field exploration and development,the auto-alarm installment is designed if the position of the well head isolation tool is changed.This article introduces in detail the principle of work,the production process and the application method of the alarm device.And it further confirms the equipment′s security and the usability through the practical application.

wireline log;well head isolation tool;alarm;shifting

TE921+.9

B

1004-9134(2010)04-0007-03

汪俊琦,男,1975年生,工程師,1999年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)應(yīng)用地球物理專業(yè),,現(xiàn)在華北石油局測井公司從事技術(shù)工作。郵編: 453700

2009-12-08 編輯:劉雅銘)

·開發(fā)設(shè)計(jì)·