一種電纜測(cè)井地面輔助信號(hào)仿真測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

李志林(中海油田服務(wù)股份有限公司，廣東 湛江 524057)

1 設(shè)計(jì)思路

測(cè)井作業(yè)過(guò)程中張力棒和直線器分別提供張力、深度、磁性記號(hào)(磁性記號(hào)(MMD))等輔助信號(hào)，通過(guò)拖撬的Interface(接口)板中轉(zhuǎn)到采集面板處理，然后分別在測(cè)井系統(tǒng)和絞車面板顯示，以便作業(yè)人員掌控測(cè)井過(guò)程[1]。針對(duì)深度、張力、磁性記號(hào)輔助信號(hào)在絞車面板上顯示值錯(cuò)誤和絞車面板通訊時(shí)好時(shí)壞等問(wèn)題，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法正常作業(yè)。同時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)室條件有限，作業(yè)繁忙時(shí)也沒(méi)有空閑的測(cè)井托撬可以使用，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室對(duì)輔助信號(hào)故障的維修較難進(jìn)行等。為解決實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)輔助信號(hào)的窘境，設(shè)計(jì)了電纜測(cè)井地面輔助信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)，用來(lái)模擬深度、張力和磁性記號(hào)輔助信號(hào)，讓輔助信號(hào)的故障排查更加順利，也為輔助信號(hào)的采集面板維修帶來(lái)便利，本文分步介紹該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和使用方法。

1.1 使用配件及特性

1.1.1 馬達(dá)

110 VDC供電直流馬達(dá)，馬達(dá)內(nèi)部含有減速機(jī)構(gòu)，可以根據(jù)輸入電壓的大小實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速快慢調(diào)節(jié)；同時(shí)也能通過(guò)輸入正電壓或者負(fù)電壓實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。

1.1.2 深度編碼器馬丁代克

測(cè)井電纜穿過(guò)馬丁代克，運(yùn)行的測(cè)井電纜帶動(dòng)馬丁代克的測(cè)量輪旋轉(zhuǎn)，同步旋轉(zhuǎn)的光電編碼器輸出脈沖信號(hào)，計(jì)量電纜運(yùn)行的深度、速度。供電5 V，輸出脈沖為1 280 脈沖/m，轉(zhuǎn)動(dòng)一圈為0.5 m[2]。采用鈦合金材料，具有強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠的特點(diǎn)。緊固件均采用不銹鋼材料，防腐、防磁化、可快速

拆裝測(cè)量輪。同時(shí)測(cè)量輪采用防磁處理，裝入或脫離電纜時(shí)，可拆下測(cè)量輪，而一般的電纜接頭或明顯記號(hào)可直接通過(guò)。

1.1.3 霍爾傳感器

霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器，霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種。

1.1.4 多功能記測(cè)器

采用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)等精度測(cè)量， 10位LED顯示(8位數(shù)據(jù)位，2位指數(shù)值)可實(shí)現(xiàn)高計(jì)數(shù)采集，測(cè)量速度達(dá)到20次/s具有高性價(jià)比，高可靠性等特點(diǎn)。

1.1.5 開(kāi)關(guān)電源

開(kāi)關(guān)電源是一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置，其功能是將一個(gè)位準(zhǔn)的電壓，透過(guò)不同形式的架構(gòu)轉(zhuǎn)換為用戶端所需求的電壓或電流，本文使用的開(kāi)關(guān)電源的輸入是110 VAC交流電源，輸出該裝置需要的直流電源。

1.1.6 絞車面板

絞車面板是中海油田服務(wù)股份有限公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)的深度、張力、磁性記號(hào)(MMD)等輔助信號(hào)顯示面板，該面板能夠給絞車操作者提供直觀、詳細(xì)的參考參數(shù)，同時(shí)兼具報(bào)警功能，保障測(cè)井儀器上提、下放過(guò)程安全[3]。

1.2 裝置設(shè)計(jì)總成

1.2.1 馬達(dá)控制部分

測(cè)試裝置中深度編碼器通過(guò)一個(gè)110 VDC供電的直流馬達(dá)來(lái)控制轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)頂絲固定編碼器的轉(zhuǎn)軸，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)編碼器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)該部分主要完成電機(jī)轉(zhuǎn)速控制和電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的功能。

1.2.2 轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)采集部分

測(cè)試裝置中馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)深度編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)，而深度編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)骨架上焊接一塊磁鐵，采用霍爾傳感器和ZN4896多功能記測(cè)器配合使用采集深度編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，以便計(jì)算深度數(shù)值?；魻杺鞲衅魇歉鶕?jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器。該部分主要完成深度編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的采集，深度編碼器每圈轉(zhuǎn)動(dòng)深度為0.5 m，通過(guò)圈數(shù)*0.5 m可以計(jì)算深度信號(hào)是否準(zhǔn)確。

ZN4896多功能記測(cè)器通過(guò)220 VAC供電，產(chǎn)生一個(gè)直流12 VDC電壓給霍爾傳感器供電，而霍爾傳感器安裝在深度編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)桿的正上方，每當(dāng)深度編碼器帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)霍爾傳感器時(shí)，霍爾傳感器產(chǎn)生一個(gè)電壓脈沖信號(hào)到ZN 4896記測(cè)器中，記測(cè)器計(jì)數(shù)加1，通過(guò)數(shù)碼顯示管顯示計(jì)數(shù)[4]。

1.2.3 電源控制部分

電源采用開(kāi)關(guān)電源，輸入110 VAC，輸出+110 VDC、+5 VDC、+12 VDC、-12 VDC和24 VDC。其中110 VDC電源是通過(guò)輸入的交流電源直接經(jīng)過(guò)整流及RC濾波得到。其他直流電源通過(guò)變壓器變壓之后再經(jīng)過(guò)整流濾波、高頻變換器和調(diào)寬方波整流濾波之后輸出所需的直流電壓，而控制電路部分主要提供一個(gè)電壓反饋，從而得到穩(wěn)定的電壓值。

1.2.4 輔助信號(hào)采集部分

測(cè)試裝置主要功能就是產(chǎn)生深度、張力和磁性記號(hào)(MMD)輔助信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)J2(插頭)到ELIS采集面板的DPH(深度處理板)采集，通過(guò)主機(jī)和絞車面板顯示。該部分主要功能就是產(chǎn)生深度、張力和磁性記號(hào)(MMD)信號(hào)，具體電路圖如圖1所示。

圖1 輔助信號(hào)采集電路圖

圖1 中FAN為散熱風(fēng)扇，通過(guò)電源板產(chǎn)生的12 VDC供電工作；Encoder為深度編碼器，通過(guò)一個(gè)110 VDC的直流馬達(dá)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生PHASEA1-、PHASEB1-、PHASEA1+和PHASEB1+信號(hào)到J 2。磁性記號(hào)(MMD) SET(SW3)為磁性記號(hào)(MMD)開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)，磁性記號(hào)(MMD)+和磁性記號(hào)(MMD)-產(chǎn)生一個(gè)0.75 V的直流信號(hào)，每次按下產(chǎn)生的直流電壓到J 2的pin 6和pin 7，產(chǎn)生一次磁性記號(hào)(MMD)信號(hào)。TEN(張力)SET(SW4)開(kāi)關(guān)為三檔開(kāi)關(guān)，默認(rèn)為兩端均斷開(kāi)，往上撥時(shí)TEN(張力)+和TEN(張力)-為+0.75 V直流電壓到J 2的pin 9和pin 8，產(chǎn)生一個(gè)100 00l bs信號(hào)；往下?lián)軙r(shí)TEN(張力)+和TEN(張力)-為-0.75 V直流電壓到J 2的pin 9和pin 8，產(chǎn)生一個(gè)-100 00l bs信號(hào)。圖1中的0.75 V為24 V電壓經(jīng)過(guò)R1和ZD1穩(wěn)壓到3.3 V，再經(jīng)過(guò)R2和R3分壓到0.75 V；-0.75 V與+0.75 V類似，通過(guò)-12 V電壓經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓和分壓之后產(chǎn)生-0.75 V。

2 功能測(cè)試

該裝置功能主要是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的深度、張力和磁性記號(hào)信號(hào)，深度信號(hào)主要通過(guò)深度編碼器馬丁代客產(chǎn)生，而張力和磁性記號(hào)信號(hào)為模擬電壓信號(hào)，通過(guò)電源分壓網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。

2.1 深度信號(hào)測(cè)試

深度編碼器(0.5 m/圈)轉(zhuǎn)動(dòng)1 000 圈時(shí)深度為500.005 m，相差0.005 m，說(shuō)明深度信號(hào)能夠正常產(chǎn)生且測(cè)量準(zhǔn)確。

2.2 磁性記號(hào)(MMD)信號(hào)測(cè)試

設(shè)定每轉(zhuǎn)10 圈按一次磁性記號(hào)(MMD)開(kāi)關(guān)， 磁性記號(hào)(MMD) Depth為20.24 m，磁性記號(hào)(MMD)為5.05 m(10圈為5 m)，由于人工按壓開(kāi)關(guān)，有一點(diǎn)點(diǎn)誤差，不過(guò)在正常允許范圍，磁性記號(hào)(MMD)信號(hào)正常。

2.3 張力信號(hào)測(cè)試

2.3.1 100 00l bs測(cè)試

將張力撥檔開(kāi)關(guān)SW4往上撥，TEN+& TEN-兩端電壓為0.75 V，深度采集板采集到的張力信號(hào)為99 98l bs，相差2l bs，100 00l bs信號(hào)準(zhǔn)確；

2.3.2 -100 00l bs測(cè)試

將張力撥檔開(kāi)關(guān)SW4往下?lián)?，TEN+& TEN-兩端電壓為-0.75 V，深度采集板采集到的張力信號(hào)為-100 03l bs，相差3l bs，-100 00l bs信號(hào)準(zhǔn)確。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，電纜測(cè)井地面輔助信號(hào)仿真測(cè)試裝置能準(zhǔn)確模擬深度、張力和磁性記號(hào)(MMD)信號(hào)，為輔助信號(hào)故障的維修保養(yǎng)提供了信號(hào)來(lái)源，讓維修保養(yǎng)更加方便準(zhǔn)確，解決了實(shí)驗(yàn)室輔助信號(hào)維修保養(yǎng)困難的問(wèn)題。