測井電纜注磁標(biāo)定測控系統(tǒng)設(shè)計

靳 娟,葉獻方,肖海霞,姚全敏

(1.長江大學(xué)電子與信息工程學(xué)院,湖北荊州434023;2.新疆油田公司百口泉采油廠工藝研究所,新疆克拉瑪依834011)

0 引 言

國內(nèi)現(xiàn)有的測井電纜注磁標(biāo)定系統(tǒng)大都難以解決電纜累計誤差與深度記號間隔不均勻的問題。文獻[1]提出了一種以標(biāo)準(zhǔn)井套管為依據(jù)的測井電纜注磁新方法,雖然標(biāo)定精度較高,但其硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,開發(fā)工作量大。本文提出了一種集成化、全自動的測井電纜注磁標(biāo)定測控系統(tǒng)設(shè)計方案。該系統(tǒng)采用水平(室內(nèi))標(biāo)定模式,具有測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、標(biāo)定精度較高的特點。在注磁標(biāo)定過程中,系統(tǒng)能為用戶提供可視化的操作與管理平臺,可實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、工藝流程顯示、自動報警與報警信息顯示、報表業(yè)務(wù)管理等功能。

1 測井電纜注磁標(biāo)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

測井電纜注磁標(biāo)定裝置包括固定式電纜絞車、導(dǎo)向輪、測力滑輪、張力滾筒、光電編碼器、消磁器、注磁器、檢磁器、牽引導(dǎo)向輪、拖動電纜絞車(見圖1)。圖1中粗線表示多芯測井電纜裝置流程,細(xì)線則為單芯測井電纜裝置流程。系統(tǒng)中多芯、單芯測井電纜分別通過各自的機構(gòu)進行注磁標(biāo)定。系統(tǒng)的基本工作原理是直流電機拖動電纜絞車旋轉(zhuǎn),電纜從測井車內(nèi)的絞車先經(jīng)過導(dǎo)向輪、裝有張力傳感器的測力滑輪轉(zhuǎn)向,再經(jīng)過張力滾筒、光電編碼器、消磁器、注磁器,測力滑輪再轉(zhuǎn)向,最后通過牽引導(dǎo)向輪到拖動電纜絞車上。

圖1 裝置示意圖

圖2 標(biāo)準(zhǔn)尺修正流程圖

國內(nèi)測井電纜深度記號標(biāo)定方法主要有2種,一種是將深度記號接收器和深度記號注磁器之間的距離設(shè)定為20 m,并以此為標(biāo)尺對電纜進行深度記號的標(biāo)定;另一種是以編碼器的脈沖個數(shù)確定20 m的距離并進行深度記號標(biāo)定[1]。

系統(tǒng)設(shè)計選用第2種標(biāo)定方法且采用室內(nèi)標(biāo)定模式,系統(tǒng)要求測井電纜每20 m標(biāo)注1個磁記號,在100 m的整數(shù)倍處標(biāo)注3個磁記號,在500 m的奇數(shù)倍處標(biāo)注5個磁記號。標(biāo)準(zhǔn)井刻度尺(簡稱標(biāo)準(zhǔn)尺)文件由測井公司提供,它表征了每2個相鄰注磁點的間隔脈沖數(shù)。在注磁標(biāo)定過程中,系統(tǒng)根據(jù)該參數(shù)對測井電纜進行注磁標(biāo)定。在測井電纜注磁標(biāo)定完成后,需要在標(biāo)準(zhǔn)井檢驗標(biāo)定結(jié)果,該結(jié)果包括已標(biāo)注電纜的整體長度標(biāo)定偏差與數(shù)10個特殊節(jié)箍點的局部標(biāo)定偏差。系統(tǒng)將依據(jù)此檢驗結(jié)果對標(biāo)準(zhǔn)尺中的注磁脈沖數(shù)進行全局與局部修正,以達到減少或消除磁記號的非均勻性與累積誤差的目的。此外,IDW輪的磨損量與電纜形變也可以在系統(tǒng)管理程序中適當(dāng)補償或修正。如果該注磁標(biāo)定結(jié)果滿足要求,則下次標(biāo)定時可以直接采用本次標(biāo)準(zhǔn)尺。標(biāo)準(zhǔn)尺修正流程圖見圖2。

2 測井電纜注磁標(biāo)定系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)

測井電纜注磁標(biāo)定測控系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)見圖3。該系統(tǒng)以PCI-1784、PCL-818HG、PCL-727卡為核心,實現(xiàn)了測井電纜注磁標(biāo)定系統(tǒng)的所有測控功能。PCI-1784卡為四軸正交編碼器和計數(shù)器卡,支持4路編碼器信號的測量。該系統(tǒng)將IDW的2路編碼器設(shè)為1組,單芯測井電纜和多芯測井電纜各1組。PCL-818HG卡具有對16路模擬信號測量功能,用于檢測測井電纜標(biāo)定張力、測井電纜回提張力、電樞電流、纜速手動控制電壓、張力手動控制電壓;PCL-727卡具有12路模擬信號輸出功能,其中2路分別用于直流電機調(diào)速與直流調(diào)功(或電纜張力)。PCLD-785、PCLD-782為PCL-727的擴展端子板,PCLD-785支持16位繼電器隔離輸出,用于注磁與報警提示;PCLD-782支持16位隔離輸入,用于檢測纜速控制及張力控制的手動/自動切換開關(guān)狀態(tài)。

圖3 電氣結(jié)構(gòu)圖

3 測井電纜注磁標(biāo)定軟件設(shè)計

3.1 軟件環(huán)境與功能要求

測井電纜注磁標(biāo)定測控系統(tǒng)運行于Windows 2000與RTX平臺。Windows系統(tǒng)的界面功能豐富,而RTX提供了與Win32環(huán)境兼容的實時編程接口[2],支持Win32的應(yīng)用程序接口(API),還能滿足硬實時系統(tǒng)嚴(yán)格響應(yīng)時間的要求[3]。Windows系統(tǒng)和RTX構(gòu)成了實時操作系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境。

測井電纜注磁標(biāo)定測控系統(tǒng)的主要功能要求包括,①系統(tǒng)配置參數(shù)設(shè)置:設(shè)置 PCI-1784、PCL-818HG、PCL-727卡的基地址、單芯/多芯測井電纜的張力折算系數(shù)、IDW米脈沖數(shù),以及IDW測量輪的磨損量;②傳感器特性描述;設(shè)置單芯/多芯測井電纜的注磁張力傳感器與回提張力傳感器的特性參數(shù);③工藝參數(shù):選擇測井電纜的名稱、標(biāo)準(zhǔn)尺、測井電纜類型、IDW選項,設(shè)置測井電纜狀況、標(biāo)定期望纜速、標(biāo)定期望張力、回提期望張力;④注磁參數(shù):打開標(biāo)準(zhǔn)尺文件,顯示每個注磁點處的測井電纜的長度以及相鄰注磁點的間隔脈沖數(shù);⑤標(biāo)準(zhǔn)井參數(shù):修正測井電纜注磁標(biāo)定的整體偏差與局部偏差;⑥標(biāo)準(zhǔn)尺編輯:對選定的標(biāo)準(zhǔn)尺進行修改或編輯;⑦報警參數(shù):分別設(shè)置單芯/多芯測井電纜的最大標(biāo)定張力、最大回提張力、最大電樞電流、最大標(biāo)定纜速;⑧自動測試:實現(xiàn)測井電纜的自動標(biāo)定、自動回提、模擬標(biāo)定;⑨歷史記錄:可按不同速度回放歷史注磁標(biāo)定過程中的速度曲線、張力曲線、注磁曲線以及注磁點磁信號的強度波形;⑩在線幫助:支持用戶在線閱讀測井電纜注磁標(biāo)定測控系統(tǒng)的使用手冊。

3.2 實時測控

在注磁標(biāo)定過程中,系統(tǒng)實時采集檢測現(xiàn)場張力、轉(zhuǎn)速等信號,實現(xiàn)直流電機的轉(zhuǎn)速、電纜張力的自動控制,并根據(jù)測井電纜當(dāng)前計量的長度實時控制注磁器的狀態(tài)。系統(tǒng)實時顯示測井電纜當(dāng)前運行深度、標(biāo)定速度、張力值與張力曲線、速度曲線、磁信號波形。當(dāng)系統(tǒng)運行參數(shù)超越報警值或出現(xiàn)故障時,系統(tǒng)將以聲、光的形式報警,同時顯示報警信息,提示操作人員進行維修或采取相應(yīng)的措施。系統(tǒng)具有自動保護功能,當(dāng)發(fā)生如電機電樞電流過大、測井電纜標(biāo)定張力過大這些能導(dǎo)致嚴(yán)重后果的異?，F(xiàn)象時,系統(tǒng)將自動保護。

在測井電纜注磁標(biāo)定過程中,測井電纜所承受的張力與測井電纜運行的速度相互影響。當(dāng)增加測井電纜張力時,測井電纜運行速度將降低;反之,測井電纜運行速度將提高。當(dāng)提高測井電纜運行速度時,測井電纜張力將增加;反之,測井電纜張力將減小。對于張力與速度的控制,如果采用常規(guī)的控制算法難以保證控制質(zhì)量,甚至可能造成張力超過極限導(dǎo)致測井電纜損壞。因此,在該系統(tǒng)中引入統(tǒng)計過程控制算法(SPC),SPC算法是將被控參數(shù)在一定時間內(nèi)的統(tǒng)計值信號作為調(diào)節(jié)依據(jù)。該系統(tǒng)中將測井電纜張力信號和測井電纜運行速度信號在5 s內(nèi)的統(tǒng)計值作為系統(tǒng)判斷的依據(jù)。該方法與人工調(diào)節(jié)思想一致,但比人工調(diào)節(jié)速度/張力方式更加科學(xué),控制精度更高。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)尺文件管理

標(biāo)準(zhǔn)尺是測井電纜注磁標(biāo)定的依據(jù),測井電纜的標(biāo)定結(jié)果很大程度上取決于標(biāo)準(zhǔn)尺的準(zhǔn)確性,因此,要求標(biāo)準(zhǔn)尺具有針對性、發(fā)展性、繼承性。針對性是因測井電纜自身特性以及新舊程度的不同,對不同的測井電纜不能采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)尺進行標(biāo)定。該系統(tǒng)將為所有測井小隊分別建立獨立的文件夾,并將其專用的標(biāo)準(zhǔn)尺置于該文件夾下,以利于該小隊電纜標(biāo)定與管理。發(fā)展性是為進一步改進標(biāo)準(zhǔn)尺的準(zhǔn)確性,經(jīng)過標(biāo)定后的測井電纜在標(biāo)準(zhǔn)井檢驗后的結(jié)果(局部偏差與全局偏差)將用于對標(biāo)準(zhǔn)尺進行全局和局部修正,修正后的標(biāo)準(zhǔn)尺保存在當(dāng)天的文夾中。繼承性是對于上次標(biāo)定結(jié)果達標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)尺,下次可以直接使用。

3.4 歷史數(shù)據(jù)管理

測井電纜注磁標(biāo)定系統(tǒng)需要管理的參數(shù)與文檔比較多。該系統(tǒng)提供了方便的文件數(shù)據(jù)管理功能,用戶可以選擇測井電纜注磁標(biāo)定的小隊與標(biāo)準(zhǔn)井刻度尺,系統(tǒng)自動生成以隊名為名的文件夾,同時在該文件夾中再生成以當(dāng)天日期為名的子文件夾。該子文件夾將自動保存用于注磁標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)尺在標(biāo)定過程中檢磁器所檢測到所有磁信號波形、測井電纜標(biāo)定的速度、電纜張力等數(shù)據(jù)文件。此外,系統(tǒng)還支持歷史數(shù)據(jù)回放功能,它自動打開用戶指定的歷史記錄,動態(tài)顯示測井電纜運行的深度,速度曲線、張力曲線與磁信號波形,并且可以隨時選擇回放速度。

4 結(jié) 論

測井電纜注磁標(biāo)定測控系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠,具有電纜標(biāo)定準(zhǔn)確性高、系統(tǒng)操作簡便、文件管理方便的特點。同時,系統(tǒng)還配置了1套測井電纜標(biāo)定信號模擬器與電纜標(biāo)定系統(tǒng)板卡集成測試軟件,便于操作培訓(xùn)、系統(tǒng)維護。該測井電纜注磁標(biāo)定測控系統(tǒng)于2009年2月在新疆某測井公司投入試用,測井電纜注磁后經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)井檢驗,其標(biāo)定精度達到0.008%,磁記號間隔均勻,2個磁記號間的誤差小于±0.20 m,注磁強度均為6～8 mT,完全解決了電纜深度記號累計誤差與深度記號不均勻的問題。

[1] 劉江偉,李建華,葉文軍,等.測井電纜深度記號標(biāo)定新方法實現(xiàn)的研究與應(yīng)用 [J].測井技術(shù),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] 吳 勇,熊振華,丁 漢.基于RTX和MFC的后封裝平臺數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù), 2004(9):1257-1261