小型化KGXX3516通訊適配儀的研制

張雄輝 蔡志明 常 周 游 暢 楊永剛 吉 兆 羅曉密

(川慶測井公司 重慶)

小型化KGXX3516通訊適配儀的研制

張雄輝 蔡志明 常 周 游 暢 楊永剛 吉 兆 羅曉密

(川慶測井公司 重慶)

小型化KGXX3516通訊適配儀是一種配接ECLIPS5700成像測井系統(tǒng)的下井儀器。它耐高溫200℃、耐高壓160 MPa、直徑最小可達76 mm、測量精度高、結構緊湊,可掛接非WTS儀器如雙側向、井徑、薄層電阻率等測井儀器。文章對該測井儀的研制進行了介紹。

KGXX3516;通訊適配儀;小型化

0 引 言

近年來,川渝地區(qū)加大了超深井開發(fā)力度,7 000 m左右的高溫、高壓井越來越多,鉆到井底時井眼已經(jīng)小到105 mm左右,急需小直徑耐高溫高壓測井儀器來滿足勘探開發(fā)需要;同時川慶測井公司90年代從國外引進的耐溫175℃、耐壓140Mpa的ECLIPS5700成像測井系統(tǒng)的井下儀器在滿足勘探開發(fā)需求上已存在著較多問題:①設備老化,電路陳舊,需更新;②國外技術封鎖,配件難尋;③該類儀器系國外90年代產(chǎn)品,耐溫、耐壓指標難以滿足目前高溫高壓井測井要求。為了滿足勘探開發(fā)的生產(chǎn)需要,以現(xiàn)有5700地面測井系統(tǒng)為基礎,研制超高溫、超高壓井下測井儀,滿足在超深井的超高溫、超高壓的環(huán)境條件下的施工測井要求,因此研制小型化KGXX3516通訊適配儀[1]具有重要現(xiàn)實意義。

1 設計思路

隨著電子技術的飛速發(fā)展,出現(xiàn)了超高溫低功耗元器件、厚模電路、CPLD/FPGA大規(guī)模邏輯可編程技術、DSP數(shù)字濾波、PSOC[2、3]可編程片上系統(tǒng)等新技術,為研制小型化KGXX3516通訊適配儀提供了有利條件。

可編程片上系統(tǒng)(PSOC)是一種微控制器,是一種基于混合信號SOC基本原理的全新器件,具有靈活性高、可編程等優(yōu)點;采用可編程片上系統(tǒng)可以大大縮小儀器電路的體積,提高儀器可靠性、增強抗干擾能力、降低功耗、減少發(fā)熱量,提高儀器耐溫性能。

小型化KGXX3516通訊適配儀采用PSOC(可編程片上系統(tǒng))單片微處理器控制等最新電子技術,能夠在芯片內部完成命令解碼、數(shù)據(jù)編碼、信號放大、濾波、A/D采樣等功能,簡化了儀器的模擬、數(shù)字電路,大大縮小儀器體積。

2 儀器功能與結構

2.1 儀器功能

KGXX3516在ECLIPS5700地面系統(tǒng)的控制下工作。地面系統(tǒng)下發(fā)給KGXX3516的命令發(fā)至3514遙測通訊儀的復述板,命令在復述板上被放大整形,轉換成標準的曼徹斯特碼,再送到3514下部的儀器總線上,KGXX3516從儀器總線上接收命令信號,在信號處理板上由PSOC(可編程片上系統(tǒng))內軟件進行曼碼解碼,根據(jù)命令中的地址確認命令,發(fā)出相應的控制,控制本儀器工作。KGXX3516的功能框圖如圖1所示,儀器按功能包括:

圖1 小型化KGXX3516的功能框圖

電源單元:產(chǎn)生+5 V工作電源和+180 V、-180 V換檔電源;

控制單元:用于命令接收、數(shù)據(jù)上傳、控制換檔、控制采集,主要由PSOC(可編程片上系統(tǒng))來實現(xiàn);

采集單元:采集模擬、脈沖信號,主要由PSOC(可編程片上系統(tǒng))來實現(xiàn);

換擋繼電器單元:用于實現(xiàn)不同的儀器組合和下傳換檔電壓。

2.2 儀器結構

KGXX3516采用了較小的保溫瓶結構,在保溫瓶里主要有以PSOC(可編程片上系統(tǒng))芯片為核心的控制電路、通訊電路、信號采集電路、繼電器換擋電路。直流穩(wěn)壓電源板及電源變壓器等放在保溫瓶外。

3 軟件設計

KGXX3516控制軟件主要由兩部分構成,一是上位機程序,完成的主要功能有實時接收遙測通訊儀3514轉發(fā)的系統(tǒng)命令,并準確地實現(xiàn)解碼,根據(jù)命令控制下位機采集模擬信號、脈沖信號,控制相關的下部儀器進行換檔以及上傳采集的數(shù)據(jù);二是下位機程序,在上位機控制下進行采集模擬信號與脈沖信號。

3.1 上位機程序設計

上位機程序運用C語言和M8C匯編語言混合設計實現(xiàn)。程序采用結構化程序設計,程序主要實現(xiàn)以下幾方面的功能:初始化,控制下位機采集數(shù)據(jù),與系統(tǒng)之間建立通訊,采集部分信號,實現(xiàn)對繼電器和高壓換檔電源的控制。

以上程序模塊中,通訊程序是上位機軟件的核心,整個軟件運行的穩(wěn)定性與可靠性,均依賴這兩個程序,通訊程序要求很高的實時性,程序的運行時間精度要達到微妙級誤差,故程序采用匯編語言編寫。上位機的核心程序是對曼徹斯特編碼的命令解碼及對曼徹斯特編碼的數(shù)據(jù)編碼上傳。整個上位機程序在運行時處于不間斷循環(huán)運行的狀態(tài),隨時接收系統(tǒng)發(fā)來的命令,儀器受控于測井系統(tǒng)。上位機程序流程如圖2所示。

圖2 上位機程序流程

3.2 下位機軟件程序設計

下位機軟件程序運用C語言來設計實現(xiàn)。程序結構采用結構化程序設計,程序主要實現(xiàn)以下幾方面的功能:初始化,與上位機之間建立通訊,采集模擬、脈沖信號,對采集的信號實現(xiàn)格式轉換,校正采集數(shù)據(jù)等處理。下位機程序流程如圖3所示。

圖3 下位機程序流程

4 儀器主要技術指標

供電電源: AC180 V±10 V,25 mA±5 mA

最大環(huán)境工作溫度:200℃(2 h)

最大環(huán)境工作壓力:160 MPa

最小工作井眼直徑:100 mm(外徑為Φ76 mm時)

儀器直徑:Φ76 mm∽Φ92.2 mm

儀器長度:1 640 mm

最高測速:60 m/min

5 應用效果

小型化KGXX3516通訊適配儀研制完成后,先后在川慶測井公司教學實驗井及川渝地區(qū)三口井與5700系列的進口儀器進行了現(xiàn)場對比測井,該儀器所測得的雙側向曲線、井徑曲線與原裝進口3516儀器所測得的曲線一致,證明了KGXX3516能夠正確、穩(wěn)定地實現(xiàn)下井儀器與地面系統(tǒng)的通信,并把非WTS儀器的信號準確地采集后上傳到地面系統(tǒng);測井曲線質量良好;儀器的一致性、重復性和穩(wěn)定性都達到設計指標,通過了測井資料驗收。四臂井徑、恒功率雙側向測井資料對比如圖4所示。

圖4 四臂井徑、恒功率雙側向測井資料對比

6 結 論

小型化KGXX3516通訊適配儀與ECLIPS5700成像地面測井系統(tǒng)掛接,充分利用ECLIPS5700系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和處理軟件的現(xiàn)有功能,提供針對超深井勘探的測井服務。該儀器經(jīng)過多次測井,證明儀器已達到設計指標,完全兼容5700成像測井系統(tǒng),與進口3516XA相比,其可靠性、穩(wěn)定性同等。

[1] Baker Atlas.Manual of 3516XA WTS SLAM ADAPTER.2001(資料)

[2] 葉朝輝,華成英.可編程片上系統(tǒng)(PSoC)原理與實訓[M].北京:高等教育出版社,2008

[3] Cypress Semiconductor Corporation.DataSheet of CY8C29-X66_E.2004-2006(資料)

PI,2010,24(6):17～18,21

KGXX3516 is a compacted WTS Slam Adapter for ECLIPS5700.With diameter only 76 mm it can bear maximumpressure of 160 MPa and run in environment of 200℃for 2 hours.Instruments such as DLL(The Dual Laterolog),caliper and TBRt(Thin Bed Resistivity)etc are KGXX3516 compatible.This article introduces the design of KGXX3516.

Key words:compacted;KGXX3516;WTS Slam Adapter

Design of a compacted WTS slam adapter KGXX3516.

Zhang Xionghui , Cai Zhiming , Chang Zhou , You Chang , Yang Yonggang , Ji Zhao and Luo Xiaomi.

P631.8+1

B

1004-9134(2010)06-0017-02

張雄輝,男,1965年生,高級工程師,1991年畢業(yè)于江漢石油學院電子儀器及測量技術專業(yè),獲學士學位?，F(xiàn)在川慶測井公司從事石油儀器的研發(fā)和生產(chǎn)管理工作。郵編:400021

2010-07-12編輯:姜 婷)