固定式測(cè)井電纜自動(dòng)做磁記號(hào)裝置設(shè)計(jì)

賈志超 (中石油大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司,黑龍江大慶 163414)

固定式測(cè)井電纜自動(dòng)做磁記號(hào)裝置設(shè)計(jì)

賈志超 (中石油大慶油田有限責(zé)任公司測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司,黑龍江大慶 163414)

針對(duì)基于單片機(jī)的自動(dòng)做磁記號(hào)裝置存在的問題,設(shè)計(jì)了固定式測(cè)井電纜自動(dòng)做磁記號(hào)裝置。介紹了該裝置的總體設(shè)計(jì)內(nèi)容,包括裝置主要構(gòu)成和自動(dòng)做磁記號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法,詳細(xì)闡述了相關(guān)電路的具體設(shè)計(jì),同時(shí)說明了控制裝置精度的基本措施。該裝置電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高,能夠一次完成測(cè)井電纜磁記號(hào)的制作,具有良好的工作效率,因而適用于油田測(cè)井生產(chǎn)施工中。

測(cè)井;消磁器;激磁器

磁記號(hào)是測(cè)井資料中重要的深度標(biāo)記,尤其在井徑等工程井測(cè)井施工過程中,磁記號(hào)是唯一的深度標(biāo)記,因而磁記號(hào)制作的質(zhì)量關(guān)系到測(cè)井資料的質(zhì)量。目前,制作電纜磁記號(hào)主要使用測(cè)井電纜自動(dòng)作記號(hào)裝置,該裝置采用單片機(jī)程序控制,可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,但該設(shè)備存在操作復(fù)雜、需要多次修正參數(shù)、記號(hào)間距不一致、受電纜狀況和氣候影響較大等缺點(diǎn),使電纜磁記號(hào)的制作精度有所降低。針對(duì)上述問題,筆者對(duì)固定式測(cè)井電纜自動(dòng)做磁記號(hào)裝置進(jìn)行了研究,以便提高磁記號(hào)的制作質(zhì)量和效率。

1 裝置總體設(shè)計(jì)

固定式測(cè)井電纜自動(dòng)做磁記號(hào)裝置主要由控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。控制器是裝置的核心部分,其主要功能是檢測(cè)電纜磁性記號(hào)、輸出激磁信號(hào)、輸出消磁電流、顯示已做記號(hào)的電纜長(zhǎng)度等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由消磁器 (用于測(cè)井電纜消磁)、激磁器組和記號(hào)器 (用于電纜主記號(hào)的檢測(cè))構(gòu)成,其中激磁器組由主激磁器、副1激磁器、副2激磁器組成,主激磁器負(fù)責(zé)測(cè)井電纜每20m的電纜主記號(hào)激磁,副激磁器負(fù)責(zé)整百米時(shí)電纜副記號(hào)的激磁(見圖1)。

圖1 固定式測(cè)井電纜自動(dòng)做磁記號(hào)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2 自動(dòng)做磁記號(hào)的實(shí)現(xiàn)方法

圖2 控制序列和磁記號(hào)圖

使用主激磁器手動(dòng)激磁后,記號(hào)器檢測(cè)到電纜磁記號(hào),隨后控制器指令主激磁器激磁做下一個(gè)主記號(hào)。由于主激磁器和記號(hào)器的間隔為20m,所以記號(hào)間距為20m[1]。當(dāng)電纜做磁記號(hào)段長(zhǎng)度為100m的奇數(shù)倍時(shí),主激磁器與副1激磁器同時(shí)激磁作主記號(hào)和1個(gè)副記號(hào);當(dāng)電纜作磁記號(hào)段長(zhǎng)度為100m的偶數(shù)倍時(shí)主激磁器與副1、副2激磁器同時(shí)激磁作主記號(hào)和2個(gè)副記號(hào)(見圖2)。

3 相關(guān)電路設(shè)計(jì)

固定式測(cè)井電纜自動(dòng)做磁記號(hào)裝置電路主要由4部分組成,即磁信號(hào)檢測(cè)電路、計(jì)數(shù)及顯示電路、消磁激磁電路和手動(dòng)控制電路[2]。

3.1 磁記號(hào)檢測(cè)電路

磁信號(hào)檢測(cè)電路的功能是處理記號(hào)器檢測(cè)到的已做好的磁記號(hào),并將其處理轉(zhuǎn)換成正脈沖,用以驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)及顯示電路工作。磁記號(hào)檢測(cè)電路主要由運(yùn)算放大器LM393構(gòu)成,通過對(duì)記號(hào)器輸出的磁記號(hào)脈沖進(jìn)行放大,整形將磁記號(hào)信號(hào)轉(zhuǎn)化成方波信號(hào),作為激磁控制信號(hào)。記號(hào)檢測(cè)電路中設(shè)置一個(gè)LED對(duì)記號(hào)器的工作狀態(tài)和信號(hào)輸出狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè) (見圖3)。

圖3 磁記號(hào)檢測(cè)電路示意圖

3.2 計(jì)數(shù)及顯示電路

計(jì)數(shù)及顯示電路在信號(hào)檢測(cè)電路輸出的正脈沖控制下對(duì)記號(hào)器檢測(cè)到的磁記號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)并顯示,根據(jù)計(jì)數(shù)的結(jié)果輸出激磁脈沖,驅(qū)動(dòng)激磁消磁電路控制激磁器工作。計(jì)數(shù)及顯示電路分為2部分,即計(jì)數(shù)電路和顯示電路。

1)計(jì)數(shù)電路 該電路主要由加法器MC14008和4位緩存器MC14076構(gòu)成,通過緩存器的輸出端和加法器的輸入端相連接,將被加數(shù)設(shè)置為0010(2)在激磁信號(hào)或手動(dòng)置數(shù)信號(hào)的控制下實(shí)現(xiàn)+2計(jì)數(shù)。運(yùn)用門電路和JK觸發(fā)器CD4027組成的邏輯判斷電路實(shí)現(xiàn)在電纜長(zhǎng)度為100m的奇數(shù)倍時(shí)副激磁器1工作,在電纜長(zhǎng)度為100m的偶數(shù)倍時(shí)副激磁器1和副激磁器2同時(shí)工作,最終完成大記號(hào)的制作。計(jì)數(shù)電路圖如圖4所示。

圖4 計(jì)數(shù)電路圖

2)顯示電路 該電路由LED顯示模塊和7段碼譯碼器MC14511構(gòu)成,通過在十位上接入計(jì)數(shù)模塊的輸出信號(hào)和門電路組成的進(jìn)位電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜長(zhǎng)度的顯示。顯示電路圖如圖5所示。

3.3 激磁消磁電路

圖5 顯示電路圖

激磁消磁電路的功能是控制激磁器和消磁器對(duì)電纜進(jìn)行消磁和激磁。激磁消磁電路主要由繼電器構(gòu)成,在計(jì)數(shù)及顯示電路輸出的激磁信號(hào)控制下,經(jīng)過脈寬調(diào)整電路將激磁信號(hào)整形為一定寬度的正脈沖,該脈沖經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行電流放大,通過繼電器完成對(duì)激磁器和消磁器的驅(qū)動(dòng)。每個(gè)激磁器和消磁器控制電路中均設(shè)置一個(gè)發(fā)光LED對(duì)激磁器消磁器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。激磁消磁電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

圖6 激磁消磁電路示意圖

3.4 手動(dòng)控制電路

手動(dòng)控制電路用于信號(hào)的補(bǔ)做和校正,通過輸出脈沖以改變顯示電路所顯示的電纜長(zhǎng)度。手動(dòng)控制電路包括復(fù)位電路和手動(dòng)置數(shù)電路組成。

1)復(fù)位電路 復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)控制盒的上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位功能。手動(dòng)置數(shù)電路用于補(bǔ)做記號(hào)及控制盒出錯(cuò)復(fù)位時(shí)的重新置數(shù)。復(fù)位電路由電阻、電容核按鈕開關(guān)組成。在系統(tǒng)上電時(shí)該電路產(chǎn)生一個(gè)正脈沖,經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大,分別輸入到顯示電路模塊的測(cè)試端和計(jì)數(shù)電路的復(fù)位端,從而完成對(duì)電路的復(fù)位和LED的檢測(cè)。當(dāng)LED處于正常狀態(tài)時(shí)顯示數(shù)字 “8”。在做記號(hào)過程中,需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行復(fù)位操作時(shí),按下按鈕同樣可以產(chǎn)生一個(gè)正脈沖來實(shí)現(xiàn)電路的復(fù)位操作。復(fù)位電路示意圖如圖7所示。

圖7 復(fù)位電路示意圖

手動(dòng)置數(shù)電路用于補(bǔ)做記號(hào)及控制盒出錯(cuò)復(fù)位時(shí)的重新置數(shù)。手動(dòng)置數(shù)電路由脈沖產(chǎn)生電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和振蕩器構(gòu)成,通過脈沖產(chǎn)生電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和門電路所組成的邏輯電路實(shí)現(xiàn)2種手動(dòng)置數(shù)方式的輸出,即單按一次按鈕輸出單個(gè)脈沖,長(zhǎng)按按鈕超過3s后輸出連續(xù)脈沖對(duì)計(jì)數(shù)電路進(jìn)行快速連續(xù)置數(shù),直至松開按鈕為止。手動(dòng)置數(shù)信號(hào)和激磁信號(hào)接入計(jì)數(shù)電路的時(shí)鐘輸入端,用開關(guān)實(shí)現(xiàn)2種信號(hào)的切換。手動(dòng)置數(shù)電路圖如圖8所示。

圖8 手動(dòng)置數(shù)電路圖

4 裝置精度控制

運(yùn)用該裝置制作電纜磁記號(hào)的誤差來源主要包括3個(gè)方面:①不同測(cè)速下磁記號(hào)信號(hào)幅度不同,導(dǎo)致控制電路觸發(fā)時(shí)機(jī)出現(xiàn)誤差;②信號(hào)處理電路和控制電路信號(hào)傳輸存在時(shí)延;③由于氣溫變化導(dǎo)致電纜熱脹冷縮使制作的磁記號(hào)出現(xiàn)誤差。針對(duì)以上問題,首先在信號(hào)檢測(cè)電路中設(shè)置微分電路將單極性的磁記號(hào)信號(hào)轉(zhuǎn)化為雙極性信號(hào),采用過零觸發(fā)的方式保證控制電路觸發(fā)時(shí)機(jī)的穩(wěn)定,使其不隨磁記號(hào)幅度的變化而變化。其次,在現(xiàn)場(chǎng)施工中通過試驗(yàn)對(duì)激磁器的擺放位置進(jìn)行微調(diào),并制作對(duì)應(yīng)的標(biāo)記,這樣可以消除因信號(hào)延遲和溫度變化導(dǎo)致的電纜磁記號(hào)誤差。

5 結(jié)語(yǔ)

固定式測(cè)井電纜自動(dòng)做磁記號(hào)裝置的控制電路主要采用通用邏輯電路,與基于單片機(jī)的自動(dòng)做磁記號(hào)裝置相比,其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高,經(jīng)調(diào)試安裝完畢后不需對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和參數(shù)設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)磁記號(hào)制作的自動(dòng)化。同時(shí),利用該裝置可以一次完成測(cè)井電纜磁記號(hào)的制作,極大地提高了工作效率。因此,該裝置具有可行性,能夠在油田測(cè)井施工中推廣使用。

[1]Q/SY84-2003,測(cè)井工程質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2]李萬喜,陳俊,張成柱,等.測(cè)井自動(dòng)校深技術(shù)研究與應(yīng)用[J].石油儀器,2012,25(1):35-37.

[編輯] 李啟棟

P631.81

A

1673-1409(2014)20-0033-04

2014-03-14

賈志超(1985-),男,助理工程師,現(xiàn)主要從事測(cè)井儀器方面的研究工作。