分層注水測(cè)控系統(tǒng)井下電路設(shè)計(jì)

黃志龍

【摘 要】目前石油注水井分注工藝無(wú)法避免投撈偏心注水器的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，為了提高分注水平，開(kāi)展了注水技術(shù)研究，提出分層注水測(cè)控系統(tǒng)的方案，設(shè)計(jì)了分層注水測(cè)控系統(tǒng)井下的控制電路，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，便于擴(kuò)展與移植。

【關(guān)鍵詞】注水井；分層注水；智能控制

（Xian Technological University， Xian Shaanxi 710021， China）

【Abstract】The oil to separate water injection technology current status is inevitable for eccentric injector salvage operation risk，Also unable to accomplish real-time monitoring and control.TO enhance injection level，was carried out by water injection technology research put forward the measure and control system in the layered water injection scheme，injection measurement and control system is designed downhole control circuit， the method of modular design， easy to expand and transplant.

【Key words】Injection well；Seperate layer water injection；Intelligent control

為了滿足油田的實(shí)際需要，促使了分層注水工藝研究和配套工具不斷地改進(jìn)和優(yōu)化。國(guó)內(nèi)研究了空心分注、油套分注等多種分層注水工藝，逐漸形成空心分注、橋式偏心分注、油套分注和偏心分注等主要的分注工藝技術(shù)[1-2]。常規(guī)的偏心工藝應(yīng)用較成熟，橋式偏心分注技術(shù)是在偏心工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展的，是目前油田分注技術(shù)的主體技術(shù)，能夠完成多級(jí)的分層注水，明顯的減少層與層之間的干擾，提高了測(cè)試精度和工作效率，但是仍然沒(méi)有擺脫水嘴工作量大、周期長(zhǎng)的問(wèn)題[3-4]。

針對(duì)目前分層注水工藝技術(shù)存在的不足，本文提出了分層注水測(cè)控系統(tǒng)的方案，并進(jìn)行了系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，便于擴(kuò)展與移植。

1 分層注水測(cè)控系統(tǒng)的方案

分層注水測(cè)控系統(tǒng)的方案原理圖如圖1所示，該方案主要由地面控制系統(tǒng)、操作工具系統(tǒng)、井下測(cè)控系統(tǒng)三個(gè)部分構(gòu)成。在注水井正常分注狀態(tài)下，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，按照一定的時(shí)間間隔自動(dòng)記錄各層的注水量、壓力等參數(shù)，井下控制器可以根據(jù)注水量變化狀態(tài)定時(shí)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在分層注水讀取井下測(cè)試數(shù)據(jù)工作狀態(tài)時(shí)，需要向井下伸入電纜并攜帶操作工具，通過(guò)操作工具在井下與智能配水器進(jìn)行無(wú)線通訊，可以讀取井下存儲(chǔ)器中的流量、壓力等數(shù)據(jù)，地面電腦可以顯示注水量曲線、注水層壓力變化曲線。

2 井下電路設(shè)計(jì)

井下電路主要完成壓力、溫度、流量信息的采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及對(duì)電機(jī)的控制。單片機(jī)選用STC12C5A60S2，該芯片具有高速、低功耗及強(qiáng)抗干擾的特點(diǎn)，可產(chǎn)生2路的PWM，內(nèi)部含有復(fù)位電路和10位的A/D。井下電路原理圖如圖2所示。

2.1 信號(hào)采集電路

溫度數(shù)據(jù)通過(guò)溫度傳感器直接采集，再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行處理；壓力數(shù)據(jù)采用壓力變送器進(jìn)行采集，其內(nèi)部集成有測(cè)量電路，輸出為標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)；流量數(shù)據(jù)是通過(guò)差壓傳感器測(cè)得注水口的壓力差進(jìn)而標(biāo)定的。

2.1.1 溫度信號(hào)采集

根據(jù)井下工作空間狹小、工作溫度高等要求，選用DS18B20進(jìn)行溫度測(cè)量，它是線式數(shù)字溫度傳感器，體積很小，測(cè)量溫度范圍為-55～125℃，可以編程選擇12位的A/D轉(zhuǎn)換精度，分辨率可以達(dá)0.0625℃，直接串行輸出數(shù)字量，可與單片機(jī)相連。由于DS18B20內(nèi)部集成了A/D模塊，簡(jiǎn)化了外圍電路的設(shè)計(jì)，因此電路應(yīng)用非常簡(jiǎn)單。

2.1.2 壓力信號(hào)采集

考慮到開(kāi)發(fā)周期的問(wèn)題，直接采用壓力變送器來(lái)設(shè)計(jì)，它是由壓力傳感器、測(cè)量電路和過(guò)程連接三部分組成。根據(jù)井下壓強(qiáng)大、空間小的要求，選用CYB-21S超小型壓力變送器，它的溫度使用范圍為0～125℃，加上精心設(shè)計(jì)的電子線路和一體化結(jié)構(gòu)，輸出為1～5V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，適合在油氣井等惡劣的環(huán)境中使用。

2.1.3 流量信號(hào)采集

本次采用孔板流量計(jì)，它是利用節(jié)流孔（孔板）的作用使孔板上下產(chǎn)生壓差，然后通過(guò)差壓計(jì)測(cè)量壓差來(lái)計(jì)算出流量。根據(jù)對(duì)尺寸的要求，選用HT20硅壓阻式差壓傳感器，它采用全316L不銹鋼一體結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品性能穩(wěn)定、可靠，耐高靜壓，性價(jià)比高。根據(jù)實(shí)際情況HT20的量程選擇為0～200KPa，為了實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，同時(shí)考慮成本等原因限制，采用AD 8638進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，然后將輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)分辨率為16位的AD976進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，最后將數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)處理。

2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路

在井下需要對(duì)采集過(guò)來(lái)的溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以供用戶日后查看。本次采用2片AT24C512進(jìn)行擴(kuò)展，它的容量為64KB，是電擦除的存儲(chǔ)器，所以能夠存儲(chǔ)128KB。該芯片與單片機(jī)連接方便，只需要三根線，可以有效的減少I(mǎi)/O口的占用。

2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

在井下電機(jī)的作用是調(diào)節(jié)水嘴大小，進(jìn)而改變噴水口的截面積，實(shí)現(xiàn)注水量的調(diào)節(jié)?？紤]到電機(jī)有足夠大的輸出轉(zhuǎn)矩和注水井管道內(nèi)部狹小的空間對(duì)電機(jī)的外形尺寸的限制，電機(jī)選用RE-max 21電機(jī)，與減速箱GP22C組合使用，最大瞬間轉(zhuǎn)矩為3Nm，標(biāo)稱功率為6w，額定電壓為12V，最高連續(xù)轉(zhuǎn)速為5rpm。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路是由STC12C5A60S2和 L298N共同構(gòu)成，采用PWM波控制電機(jī)，通過(guò)單片機(jī)的 P2.1和P2.2口控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

3.1 溫度信號(hào)采集實(shí)驗(yàn)

溫度信號(hào)采集實(shí)驗(yàn)是在室內(nèi)進(jìn)行的，通過(guò)DS18B20測(cè)量室內(nèi)的溫度，再利用LCD 1602來(lái)顯示其溫度值，此過(guò)程包含了溫度傳感器的采集、A/D轉(zhuǎn)換以及LCD的顯示。溫度數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)如圖3所示，此時(shí)顯示溫度是19.5℃。

3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)

電路焊接調(diào)試好后，在室內(nèi)對(duì)直流電機(jī)做控制實(shí)驗(yàn)，通過(guò)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)水嘴的開(kāi)合大小。如圖4所示，實(shí)驗(yàn)表明該電機(jī)可以驅(qū)動(dòng)和控制水嘴開(kāi)合的大小。

4 結(jié)論

針對(duì)目前分層注水工藝技術(shù)存在的不足，本文提出了分層注水測(cè)控系統(tǒng)的方案，采用無(wú)線+電纜的方式實(shí)現(xiàn)井下與地面的信息傳輸，并設(shè)計(jì)了注水井井下的控制電路，實(shí)現(xiàn)流量、壓力、溫度信號(hào)的采集以及電機(jī)的控制，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證溫度信號(hào)采集和電機(jī)控制的正確性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]高照敏，程時(shí)清，等.分注工藝技術(shù)在長(zhǎng)慶油田的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)[J].石油石化節(jié)能，2011，11（3）：19-21.

[2]劉永勝.注水井分層智能聯(lián)動(dòng)調(diào)配系統(tǒng)[J].石油儀器，2007，21（1）：62-63.

[3]鄧剛，王琦，高哲.橋式偏心分層注水及測(cè)試新技術(shù)[J].油氣井測(cè)試，2002（03）：23-27.

[4]徐廣天，米忠慶，張傳軍，孫宇飛.注水井高效測(cè)調(diào)技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].石油科技論壇，2010（06）：123-127.

[責(zé)任編輯：湯靜]

【摘 要】目前石油注水井分注工藝無(wú)法避免投撈偏心注水器的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，為了提高分注水平，開(kāi)展了注水技術(shù)研究，提出分層注水測(cè)控系統(tǒng)的方案，設(shè)計(jì)了分層注水測(cè)控系統(tǒng)井下的控制電路，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，便于擴(kuò)展與移植。

【關(guān)鍵詞】注水井；分層注水；智能控制

（Xian Technological University， Xian Shaanxi 710021， China）

【Abstract】The oil to separate water injection technology current status is inevitable for eccentric injector salvage operation risk，Also unable to accomplish real-time monitoring and control.TO enhance injection level，was carried out by water injection technology research put forward the measure and control system in the layered water injection scheme，injection measurement and control system is designed downhole control circuit， the method of modular design， easy to expand and transplant.

【Key words】Injection well；Seperate layer water injection；Intelligent control

為了滿足油田的實(shí)際需要，促使了分層注水工藝研究和配套工具不斷地改進(jìn)和優(yōu)化。國(guó)內(nèi)研究了空心分注、油套分注等多種分層注水工藝，逐漸形成空心分注、橋式偏心分注、油套分注和偏心分注等主要的分注工藝技術(shù)[1-2]。常規(guī)的偏心工藝應(yīng)用較成熟，橋式偏心分注技術(shù)是在偏心工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展的，是目前油田分注技術(shù)的主體技術(shù)，能夠完成多級(jí)的分層注水，明顯的減少層與層之間的干擾，提高了測(cè)試精度和工作效率，但是仍然沒(méi)有擺脫水嘴工作量大、周期長(zhǎng)的問(wèn)題[3-4]。

針對(duì)目前分層注水工藝技術(shù)存在的不足，本文提出了分層注水測(cè)控系統(tǒng)的方案，并進(jìn)行了系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，便于擴(kuò)展與移植。

1 分層注水測(cè)控系統(tǒng)的方案

分層注水測(cè)控系統(tǒng)的方案原理圖如圖1所示，該方案主要由地面控制系統(tǒng)、操作工具系統(tǒng)、井下測(cè)控系統(tǒng)三個(gè)部分構(gòu)成。在注水井正常分注狀態(tài)下，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，按照一定的時(shí)間間隔自動(dòng)記錄各層的注水量、壓力等參數(shù)，井下控制器可以根據(jù)注水量變化狀態(tài)定時(shí)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在分層注水讀取井下測(cè)試數(shù)據(jù)工作狀態(tài)時(shí)，需要向井下伸入電纜并攜帶操作工具，通過(guò)操作工具在井下與智能配水器進(jìn)行無(wú)線通訊，可以讀取井下存儲(chǔ)器中的流量、壓力等數(shù)據(jù)，地面電腦可以顯示注水量曲線、注水層壓力變化曲線。

2 井下電路設(shè)計(jì)

井下電路主要完成壓力、溫度、流量信息的采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及對(duì)電機(jī)的控制。單片機(jī)選用STC12C5A60S2，該芯片具有高速、低功耗及強(qiáng)抗干擾的特點(diǎn)，可產(chǎn)生2路的PWM，內(nèi)部含有復(fù)位電路和10位的A/D。井下電路原理圖如圖2所示。

2.1 信號(hào)采集電路

溫度數(shù)據(jù)通過(guò)溫度傳感器直接采集，再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行處理；壓力數(shù)據(jù)采用壓力變送器進(jìn)行采集，其內(nèi)部集成有測(cè)量電路，輸出為標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)；流量數(shù)據(jù)是通過(guò)差壓傳感器測(cè)得注水口的壓力差進(jìn)而標(biāo)定的。

2.1.1 溫度信號(hào)采集

根據(jù)井下工作空間狹小、工作溫度高等要求，選用DS18B20進(jìn)行溫度測(cè)量，它是線式數(shù)字溫度傳感器，體積很小，測(cè)量溫度范圍為-55～125℃，可以編程選擇12位的A/D轉(zhuǎn)換精度，分辨率可以達(dá)0.0625℃，直接串行輸出數(shù)字量，可與單片機(jī)相連。由于DS18B20內(nèi)部集成了A/D模塊，簡(jiǎn)化了外圍電路的設(shè)計(jì)，因此電路應(yīng)用非常簡(jiǎn)單。

2.1.2 壓力信號(hào)采集

考慮到開(kāi)發(fā)周期的問(wèn)題，直接采用壓力變送器來(lái)設(shè)計(jì)，它是由壓力傳感器、測(cè)量電路和過(guò)程連接三部分組成。根據(jù)井下壓強(qiáng)大、空間小的要求，選用CYB-21S超小型壓力變送器，它的溫度使用范圍為0～125℃，加上精心設(shè)計(jì)的電子線路和一體化結(jié)構(gòu)，輸出為1～5V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，適合在油氣井等惡劣的環(huán)境中使用。

2.1.3 流量信號(hào)采集

本次采用孔板流量計(jì)，它是利用節(jié)流孔（孔板）的作用使孔板上下產(chǎn)生壓差，然后通過(guò)差壓計(jì)測(cè)量壓差來(lái)計(jì)算出流量。根據(jù)對(duì)尺寸的要求，選用HT20硅壓阻式差壓傳感器，它采用全316L不銹鋼一體結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品性能穩(wěn)定、可靠，耐高靜壓，性價(jià)比高。根據(jù)實(shí)際情況HT20的量程選擇為0～200KPa，為了實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，同時(shí)考慮成本等原因限制，采用AD 8638進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，然后將輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)分辨率為16位的AD976進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，最后將數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)處理。

2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路

在井下需要對(duì)采集過(guò)來(lái)的溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以供用戶日后查看。本次采用2片AT24C512進(jìn)行擴(kuò)展，它的容量為64KB，是電擦除的存儲(chǔ)器，所以能夠存儲(chǔ)128KB。該芯片與單片機(jī)連接方便，只需要三根線，可以有效的減少I(mǎi)/O口的占用。

2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

在井下電機(jī)的作用是調(diào)節(jié)水嘴大小，進(jìn)而改變噴水口的截面積，實(shí)現(xiàn)注水量的調(diào)節(jié)?？紤]到電機(jī)有足夠大的輸出轉(zhuǎn)矩和注水井管道內(nèi)部狹小的空間對(duì)電機(jī)的外形尺寸的限制，電機(jī)選用RE-max 21電機(jī)，與減速箱GP22C組合使用，最大瞬間轉(zhuǎn)矩為3Nm，標(biāo)稱功率為6w，額定電壓為12V，最高連續(xù)轉(zhuǎn)速為5rpm。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路是由STC12C5A60S2和 L298N共同構(gòu)成，采用PWM波控制電機(jī)，通過(guò)單片機(jī)的 P2.1和P2.2口控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

3.1 溫度信號(hào)采集實(shí)驗(yàn)

溫度信號(hào)采集實(shí)驗(yàn)是在室內(nèi)進(jìn)行的，通過(guò)DS18B20測(cè)量室內(nèi)的溫度，再利用LCD 1602來(lái)顯示其溫度值，此過(guò)程包含了溫度傳感器的采集、A/D轉(zhuǎn)換以及LCD的顯示。溫度數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)如圖3所示，此時(shí)顯示溫度是19.5℃。

3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)

電路焊接調(diào)試好后，在室內(nèi)對(duì)直流電機(jī)做控制實(shí)驗(yàn)，通過(guò)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)水嘴的開(kāi)合大小。如圖4所示，實(shí)驗(yàn)表明該電機(jī)可以驅(qū)動(dòng)和控制水嘴開(kāi)合的大小。

4 結(jié)論

針對(duì)目前分層注水工藝技術(shù)存在的不足，本文提出了分層注水測(cè)控系統(tǒng)的方案，采用無(wú)線+電纜的方式實(shí)現(xiàn)井下與地面的信息傳輸，并設(shè)計(jì)了注水井井下的控制電路，實(shí)現(xiàn)流量、壓力、溫度信號(hào)的采集以及電機(jī)的控制，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證溫度信號(hào)采集和電機(jī)控制的正確性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]高照敏，程時(shí)清，等.分注工藝技術(shù)在長(zhǎng)慶油田的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)[J].石油石化節(jié)能，2011，11（3）：19-21.

[2]劉永勝.注水井分層智能聯(lián)動(dòng)調(diào)配系統(tǒng)[J].石油儀器，2007，21（1）：62-63.

[3]鄧剛，王琦，高哲.橋式偏心分層注水及測(cè)試新技術(shù)[J].油氣井測(cè)試，2002（03）：23-27.

[4]徐廣天，米忠慶，張傳軍，孫宇飛.注水井高效測(cè)調(diào)技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].石油科技論壇，2010（06）：123-127.

[責(zé)任編輯：湯靜]

【摘 要】目前石油注水井分注工藝無(wú)法避免投撈偏心注水器的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，為了提高分注水平，開(kāi)展了注水技術(shù)研究，提出分層注水測(cè)控系統(tǒng)的方案，設(shè)計(jì)了分層注水測(cè)控系統(tǒng)井下的控制電路，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，便于擴(kuò)展與移植。

【關(guān)鍵詞】注水井；分層注水；智能控制

（Xian Technological University， Xian Shaanxi 710021， China）

【Abstract】The oil to separate water injection technology current status is inevitable for eccentric injector salvage operation risk，Also unable to accomplish real-time monitoring and control.TO enhance injection level，was carried out by water injection technology research put forward the measure and control system in the layered water injection scheme，injection measurement and control system is designed downhole control circuit， the method of modular design， easy to expand and transplant.

【Key words】Injection well；Seperate layer water injection；Intelligent control

為了滿足油田的實(shí)際需要，促使了分層注水工藝研究和配套工具不斷地改進(jìn)和優(yōu)化。國(guó)內(nèi)研究了空心分注、油套分注等多種分層注水工藝，逐漸形成空心分注、橋式偏心分注、油套分注和偏心分注等主要的分注工藝技術(shù)[1-2]。常規(guī)的偏心工藝應(yīng)用較成熟，橋式偏心分注技術(shù)是在偏心工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展的，是目前油田分注技術(shù)的主體技術(shù)，能夠完成多級(jí)的分層注水，明顯的減少層與層之間的干擾，提高了測(cè)試精度和工作效率，但是仍然沒(méi)有擺脫水嘴工作量大、周期長(zhǎng)的問(wèn)題[3-4]。

針對(duì)目前分層注水工藝技術(shù)存在的不足，本文提出了分層注水測(cè)控系統(tǒng)的方案，并進(jìn)行了系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，便于擴(kuò)展與移植。

1 分層注水測(cè)控系統(tǒng)的方案

分層注水測(cè)控系統(tǒng)的方案原理圖如圖1所示，該方案主要由地面控制系統(tǒng)、操作工具系統(tǒng)、井下測(cè)控系統(tǒng)三個(gè)部分構(gòu)成。在注水井正常分注狀態(tài)下，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，按照一定的時(shí)間間隔自動(dòng)記錄各層的注水量、壓力等參數(shù)，井下控制器可以根據(jù)注水量變化狀態(tài)定時(shí)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在分層注水讀取井下測(cè)試數(shù)據(jù)工作狀態(tài)時(shí)，需要向井下伸入電纜并攜帶操作工具，通過(guò)操作工具在井下與智能配水器進(jìn)行無(wú)線通訊，可以讀取井下存儲(chǔ)器中的流量、壓力等數(shù)據(jù)，地面電腦可以顯示注水量曲線、注水層壓力變化曲線。

2 井下電路設(shè)計(jì)

井下電路主要完成壓力、溫度、流量信息的采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及對(duì)電機(jī)的控制。單片機(jī)選用STC12C5A60S2，該芯片具有高速、低功耗及強(qiáng)抗干擾的特點(diǎn)，可產(chǎn)生2路的PWM，內(nèi)部含有復(fù)位電路和10位的A/D。井下電路原理圖如圖2所示。

2.1 信號(hào)采集電路

溫度數(shù)據(jù)通過(guò)溫度傳感器直接采集，再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行處理；壓力數(shù)據(jù)采用壓力變送器進(jìn)行采集，其內(nèi)部集成有測(cè)量電路，輸出為標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)；流量數(shù)據(jù)是通過(guò)差壓傳感器測(cè)得注水口的壓力差進(jìn)而標(biāo)定的。

2.1.1 溫度信號(hào)采集

根據(jù)井下工作空間狹小、工作溫度高等要求，選用DS18B20進(jìn)行溫度測(cè)量，它是線式數(shù)字溫度傳感器，體積很小，測(cè)量溫度范圍為-55～125℃，可以編程選擇12位的A/D轉(zhuǎn)換精度，分辨率可以達(dá)0.0625℃，直接串行輸出數(shù)字量，可與單片機(jī)相連。由于DS18B20內(nèi)部集成了A/D模塊，簡(jiǎn)化了外圍電路的設(shè)計(jì)，因此電路應(yīng)用非常簡(jiǎn)單。

2.1.2 壓力信號(hào)采集

考慮到開(kāi)發(fā)周期的問(wèn)題，直接采用壓力變送器來(lái)設(shè)計(jì)，它是由壓力傳感器、測(cè)量電路和過(guò)程連接三部分組成。根據(jù)井下壓強(qiáng)大、空間小的要求，選用CYB-21S超小型壓力變送器，它的溫度使用范圍為0～125℃，加上精心設(shè)計(jì)的電子線路和一體化結(jié)構(gòu)，輸出為1～5V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，適合在油氣井等惡劣的環(huán)境中使用。

2.1.3 流量信號(hào)采集

本次采用孔板流量計(jì)，它是利用節(jié)流孔（孔板）的作用使孔板上下產(chǎn)生壓差，然后通過(guò)差壓計(jì)測(cè)量壓差來(lái)計(jì)算出流量。根據(jù)對(duì)尺寸的要求，選用HT20硅壓阻式差壓傳感器，它采用全316L不銹鋼一體結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品性能穩(wěn)定、可靠，耐高靜壓，性價(jià)比高。根據(jù)實(shí)際情況HT20的量程選擇為0～200KPa，為了實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，同時(shí)考慮成本等原因限制，采用AD 8638進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，然后將輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)分辨率為16位的AD976進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，最后將數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)處理。

2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路

在井下需要對(duì)采集過(guò)來(lái)的溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以供用戶日后查看。本次采用2片AT24C512進(jìn)行擴(kuò)展，它的容量為64KB，是電擦除的存儲(chǔ)器，所以能夠存儲(chǔ)128KB。該芯片與單片機(jī)連接方便，只需要三根線，可以有效的減少I(mǎi)/O口的占用。

2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

在井下電機(jī)的作用是調(diào)節(jié)水嘴大小，進(jìn)而改變噴水口的截面積，實(shí)現(xiàn)注水量的調(diào)節(jié)?？紤]到電機(jī)有足夠大的輸出轉(zhuǎn)矩和注水井管道內(nèi)部狹小的空間對(duì)電機(jī)的外形尺寸的限制，電機(jī)選用RE-max 21電機(jī)，與減速箱GP22C組合使用，最大瞬間轉(zhuǎn)矩為3Nm，標(biāo)稱功率為6w，額定電壓為12V，最高連續(xù)轉(zhuǎn)速為5rpm。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路是由STC12C5A60S2和 L298N共同構(gòu)成，采用PWM波控制電機(jī)，通過(guò)單片機(jī)的 P2.1和P2.2口控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

3.1 溫度信號(hào)采集實(shí)驗(yàn)

溫度信號(hào)采集實(shí)驗(yàn)是在室內(nèi)進(jìn)行的，通過(guò)DS18B20測(cè)量室內(nèi)的溫度，再利用LCD 1602來(lái)顯示其溫度值，此過(guò)程包含了溫度傳感器的采集、A/D轉(zhuǎn)換以及LCD的顯示。溫度數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)如圖3所示，此時(shí)顯示溫度是19.5℃。

3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)

電路焊接調(diào)試好后，在室內(nèi)對(duì)直流電機(jī)做控制實(shí)驗(yàn)，通過(guò)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)水嘴的開(kāi)合大小。如圖4所示，實(shí)驗(yàn)表明該電機(jī)可以驅(qū)動(dòng)和控制水嘴開(kāi)合的大小。

4 結(jié)論

針對(duì)目前分層注水工藝技術(shù)存在的不足，本文提出了分層注水測(cè)控系統(tǒng)的方案，采用無(wú)線+電纜的方式實(shí)現(xiàn)井下與地面的信息傳輸，并設(shè)計(jì)了注水井井下的控制電路，實(shí)現(xiàn)流量、壓力、溫度信號(hào)的采集以及電機(jī)的控制，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證溫度信號(hào)采集和電機(jī)控制的正確性。

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[責(zé)任編輯：湯靜]