DSC多功能氧活化水流測(cè)井儀系統(tǒng)介紹
西安思為電子科技有限責(zé)任公司 程輝
概述:
DSC多功能氧活化水流測(cè)井儀是一套獨(dú)立的數(shù)控測(cè)井系統(tǒng)(四參數(shù)測(cè)井、中子壽命測(cè)井、氧活化水流測(cè)井),自問(wèn)世以來(lái),由于它能夠定性地測(cè)量注入剖面、產(chǎn)出剖面、找漏等,加之它發(fā)揮了核測(cè)井的優(yōu)勢(shì),可以測(cè)量管外流,故在各油田的生產(chǎn)測(cè)井領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。
該儀器由一套獨(dú)立的地面數(shù)控生產(chǎn)測(cè)井系統(tǒng)和一套(兩支)井下儀器組成。
部分:地面系統(tǒng)
一、地面系統(tǒng)的組成:
地面系統(tǒng)由兩個(gè)機(jī)箱組成:上機(jī)箱(標(biāo)準(zhǔn)6U機(jī)箱)
下機(jī)箱(標(biāo)準(zhǔn)4U機(jī)箱)
1、 上機(jī)箱:
以上機(jī)箱中的接口電路插件可以根據(jù)需要選配,目前,絕大多數(shù)用戶只配有工控機(jī)主板、深度接口板和脈沖中子板(也稱PCM解碼板或通信接口板)。
關(guān)于A/D張力板:由于其設(shè)計(jì)上的缺陷,在其輸入端沒(méi)有設(shè)計(jì)信號(hào)處理電路,只能接收+5V的張力信號(hào),而一般張力計(jì)的輸出都是很微弱的小信號(hào),故一般用戶都無(wú)法選配。
特點(diǎn):ISA總線;獨(dú)立供電;自帶繪圖儀;自帶深度系統(tǒng);自帶液晶屏顯示;采用WINDOWS98操作系統(tǒng)平臺(tái)。
2、 下機(jī)箱:
下機(jī)箱為一標(biāo)準(zhǔn)的4U機(jī)箱,僅設(shè)計(jì)為供電系統(tǒng),是一穩(wěn)定性很高的直流開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源,只用于給井下儀器供電。其指標(biāo)為:供電電流為0~1A;供電電壓為0~300V。
3、 軟件配置: a. 測(cè)井軟件;
b. 測(cè)試軟件;
c. 流量計(jì)算軟件(解釋軟件)。
4、測(cè)井工藝:A、四參數(shù)測(cè)井:只連接井下儀器的遙傳短節(jié),供電后直接拉曲線并記錄;
B、中子壽命測(cè)井:
a.連接井下儀器三節(jié),其順序?yàn)椋哼b傳短節(jié)+采集短節(jié)+下發(fā)生器。
b.地質(zhì)條件要求:孔隙度至少10%以上;礦化度至少10萬(wàn)PPM以上;
c.儀器供電,待發(fā)生器電離穩(wěn)定(Ia=85uA左右)后,加靶壓85KV左右,然后拉曲線并記錄;
d.重復(fù)c項(xiàng)工作。
C、氧活化水流測(cè)井:
a.連接井下儀器四節(jié),其順序?yàn)椋哼b傳短節(jié)+上發(fā)生器+采集短節(jié)+下發(fā)生器;
b.校深:先拉一條四參數(shù)曲線,用GR或CCL與原始蘭圖進(jìn)行比較,然后給面板深度“+”或“-”;
c.選點(diǎn)測(cè)量。
二、地面脈沖中子板:
地面脈沖中子板(也稱PCM解碼板或通信接口板),其主要作用是地面系統(tǒng)和井下儀器的通信。其通信采用PCM編碼方式(脈沖編碼調(diào)制方式),每秒20幀數(shù)據(jù),每幀數(shù)據(jù)占50MS,且分成5個(gè)部分,其結(jié)構(gòu)如下:
地面脈沖中子板的電路原理圖如下:
注:配電纜時(shí),主要是調(diào)RP1、RP2、RP3。其中RP1是調(diào)地面接收井下儀器上傳信號(hào)的幅度;RP2主要是調(diào)地面接收信號(hào)的門檻,既要合適的信號(hào)通過(guò),又要傳給單片機(jī)89S52的信號(hào)是真正的方波;而RP3的主要作用是調(diào)整地面下發(fā)給井下儀器命令的幅度。在配電纜時(shí),若單獨(dú)接遙傳短節(jié),其命令碼在壽命方式下,NG16為4的整倍數(shù)(對(duì)應(yīng)不同的F因子);而在水流方式下,其命令碼NG16為變化的4的整倍數(shù)。
三、地面深度接口板:
地面深度接口板的功能主要是將接收到的馬丁代克送來(lái)的光電脈沖編碼信號(hào)經(jīng)過(guò)處理,一方面通過(guò)ISA總線傳送給工控機(jī)主板供測(cè)井軟件讀取使用;另一方面將經(jīng)過(guò)處理的該信號(hào)送顯示面板用來(lái)顯示當(dāng)前的儀器深度。
地面深度接口板的電路原理圖如下:
注:地面深度接口板上跳接線的功能:
光電脈沖信號(hào)不通過(guò)光耦。
光電脈沖信號(hào)通過(guò)光耦。
第二部分:井下儀器
井下儀器一套,包括兩支遙傳短節(jié),兩支采集短節(jié)和兩支發(fā)生器短節(jié)。測(cè)雙向水流時(shí)全連接的總長(zhǎng)度為6.76米(其中遙傳短節(jié)的長(zhǎng)度為2.16米;采集短節(jié)長(zhǎng)度為2.20米;兩支發(fā)生器的總長(zhǎng)度為1.20×2=2.40米)。
一、遙傳短節(jié):
遙傳短節(jié)的功能如下:
1、 與地面系統(tǒng)進(jìn)行通信,接收地面系統(tǒng)下發(fā)的命令并上傳數(shù)據(jù);
2、 與其它短節(jié)進(jìn)行通信,傳遞命令并接受其它短節(jié)的數(shù)據(jù);
3、 實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、節(jié)篐和自然伽瑪信號(hào)的數(shù)據(jù)采集;
4、 提供+90V直流穩(wěn)壓電源,為本短節(jié)和其它供電。
溫度、壓力、節(jié)篐信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)整后變?yōu)殡妷盒盘?hào),又經(jīng)過(guò)V/F(AD650)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào);而自然伽瑪信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和門檻鑒別后轉(zhuǎn)變成脈沖信號(hào)。
TU2單片機(jī)——對(duì)壓力和GR信號(hào)計(jì)數(shù);
TU3單片機(jī)——對(duì)溫度和節(jié)篐信號(hào)計(jì)數(shù),同時(shí)對(duì)+90V直流電源的采樣信號(hào)Viw進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,得到穩(wěn)壓電流Iw,還根據(jù)坪檢狀態(tài)用D/A轉(zhuǎn)換輸出GR的門檻電壓,正常時(shí)輸出+2.5V,正坪檢時(shí)輸出+5V,負(fù)坪檢時(shí)輸出0V,分別對(duì)應(yīng)GR門檻為:-300mV;-250 mV和-350 mV。
另外,單片機(jī)TU3上有上電復(fù)位和看門狗功能,它用P1.7腳給TU1和TU2單片機(jī)提供復(fù)位信號(hào),平時(shí)監(jiān)視TU1和TU2單片機(jī)的工作狀態(tài),當(dāng)TU1和TU2不能正常工作時(shí),使它們復(fù)位。
單片機(jī)TU1以50 mS的幀周期進(jìn)行工作,通過(guò)6條片內(nèi)通信線(D0~D3、幀同步信號(hào)FR和字節(jié)同步信號(hào)SYNC)與單片機(jī)TU2和TU3進(jìn)行通信,得到TEM、PRE、CCL、GR和Iw的值,同時(shí),接收地面的PCM命令并進(jìn)行解碼,得到地面命令,并通過(guò)UART串行口與其它短節(jié)通信(COM),傳遞地面的命令,也接收其它短節(jié)的數(shù)據(jù)。UART串行口設(shè)計(jì)為9位多機(jī)通信方式,其波特率為25KBIT。,TU1將所有數(shù)據(jù)同樣以PCM方式編碼輸出,通過(guò)SIGA(正脈沖)和SIGB(負(fù)脈沖)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路和PCM驅(qū)動(dòng)電路送到電纜并上傳給地面系統(tǒng)。
+90V直流穩(wěn)壓電源當(dāng)電纜電壓高于+90V時(shí)方能工作,給整個(gè)儀器提供穩(wěn)定的+90V供電,并可根據(jù)需要,儲(chǔ)存足夠大的Iw(一定要理解這段話。
低壓電源模塊產(chǎn)生+5V、+15V和-15V電源供本短節(jié)使用;
高壓電源模塊產(chǎn)生0~1800V的可調(diào)直流高壓給GR探頭使用。
附圖1:遙傳短節(jié)電原理圖
二、采集短節(jié):
采集短節(jié)的功能如下:
1、實(shí)現(xiàn)四個(gè)測(cè)量探頭GR1、GR2、GR3、GR4、陽(yáng)極電壓Vam和電離電流Ia的數(shù)據(jù)采集(Ia的采樣信號(hào)實(shí)際是Vj);
2、接收遙傳短節(jié)中TU1轉(zhuǎn)發(fā)的地面系統(tǒng)的命令,以實(shí)現(xiàn)壽命測(cè)井方式與水流測(cè)井方式;上、下水流方式;以及在不同譜周期、不同占空比、不同活化時(shí)間之間的轉(zhuǎn)換;
3、產(chǎn)生陽(yáng)極電壓Vau(Vad)(+1800V)和燈絲電流Ifu(Ifd)供中子發(fā)生器工作,并利用氣控電路控制中子發(fā)生器的電離電流Ia;
4、與遙傳短節(jié)進(jìn)行通信,將采集到的數(shù)據(jù)(GR1~GR4、Vam和Ia)經(jīng)遙傳短節(jié)的TU1發(fā)送給地面系統(tǒng)。
單片機(jī)SU1起門定時(shí)的作用,產(chǎn)生基本信號(hào)NB、/NB和NBD,供離子源電路的陽(yáng)極脈沖電路工作;同時(shí)產(chǎn)生字節(jié)同步信號(hào)SYNC供采集短節(jié)的內(nèi)部單片機(jī)SU2和U5進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送;還產(chǎn)生16個(gè)遠(yuǎn)、近門定時(shí)序列;另外,還根據(jù)地面命令控制儀器工作在壽命測(cè)井方式或者水流測(cè)井方式,是上水流還是下水流,以及對(duì)應(yīng)命令的F因子的狀態(tài)等。
如:對(duì)應(yīng)命令的四個(gè)F因子狀態(tài)是:
(01)H: 對(duì)應(yīng) F=1;
(05)H: 對(duì)應(yīng) F=√3;
(06)H: 對(duì)應(yīng) F=1/√3;
(07)H: 對(duì)應(yīng) F=3.
單片機(jī)SU4原設(shè)計(jì)為用于進(jìn)行探頭高壓控制,其調(diào)節(jié)范圍為0∽+5V(這就是我們?cè)诿姘迳峡吹降腍VC:+4.98V),其控制的直流高壓范圍是0∽+1800V,現(xiàn)在此項(xiàng)功能已經(jīng)取消,不再使用了。而僅用于根據(jù)收到的四個(gè)探頭的GR信號(hào),輸出坪檢信號(hào)PC,也是正常時(shí)輸出+2.5V,正坪檢時(shí)輸出+5V,負(fù)坪檢時(shí)輸出0V;分別對(duì)應(yīng)GR門檻為:-300mV;-250 mV和-350 mV。
單片機(jī)U5的功能是門計(jì)數(shù),即采集數(shù)據(jù)或根據(jù)自檢狀態(tài)產(chǎn)生數(shù)據(jù)。在測(cè)井情況下,其將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理交換給SU2,由SU2經(jīng)通信線傳送到地面,顯示于不同的門序列中,如GR1、GR2、GR3、GR4除顯示于ND1、ND2、ND3、ND4外,還被顯示于門序列的ND2、ND3、ND4和ND5中;而GR、TEM、PRE、CCL除在相應(yīng)的位置顯示外,還被顯示于門序列的FG14、FG15和NG14、NG15中。而在儀器進(jìn)行自檢時(shí),其內(nèi)部程序根據(jù)不同的情況,如壽命方式下根據(jù)不同的F因子,水流方式下根據(jù)不同的占空比產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示于相應(yīng)的門序列中。以下是該儀器正常時(shí)壽命方式下自檢的數(shù)據(jù):
條件:7#遙傳+7#采集+010#發(fā)生器;
壽命方式:V=130V,I=330mA,Iw=51∽53 Ma, Ia=80∽82Ua.
常溫自檢:F因子 FG1∽FG15(NG1∽NG15) FG16(NG16)
1 26/27 52/53
1/√3 45/46 89/90
√3 15/16 30/31
3 8/9 17/18
U5和SU2單片機(jī)通過(guò)8根數(shù)據(jù)總線D0∽D7進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
IU3單片機(jī)的主要作用是監(jiān)視離子源電路中的陽(yáng)極脈沖電路的工作狀態(tài),將其20腳采集到的數(shù)據(jù)(04版儀器為從放電回路采集的+2V信號(hào);而06版儀器是從T2變壓器次級(jí)直接采集到的+5V信號(hào))經(jīng)處理送到地面顯示于Vam,以監(jiān)視陽(yáng)極脈沖電路是否正常工作(所以,如果地面顯示Vam燈不亮的話,只與陽(yáng)極脈沖電路有關(guān),而與其它電路均沒(méi)有關(guān)系)。另外,IU3還根據(jù)地面命令輸出不同的邏輯信號(hào)以控制燈絲電流是Ifu還是Ifd,即控制是上發(fā)生器工作還是下發(fā)生器工作(04版儀器是根據(jù)IU3的13腳的輸出是0還是1來(lái)控制電磁繼電器的吸合的;而06版儀器是根據(jù)IU3的13腳和14腳是否有輸出來(lái)控制你不同的開(kāi)關(guān)器件2013來(lái)決定那個(gè)發(fā)生器工作的)。更重要的是,IU3還依據(jù)采集到的Vj信號(hào),在其3腳輸出Vout信號(hào),以控制燈絲電流If的大小,從而達(dá)到控制發(fā)生器電離電流Ia的目的,這就是所謂的氣控電路。
低壓電源模塊產(chǎn)生+5V、+15V和-15V電源供本短節(jié)使用;
高壓電源模塊產(chǎn)生0~1800V的可調(diào)直流高壓給ND1、ND2、ND3、ND4四個(gè)探頭使用。
附圖2:采集短節(jié)電原理圖。
三、發(fā)生器短節(jié):
發(fā)生器短節(jié)功能如下:
1、在陽(yáng)極電壓Vau(Vad)(+1800V)和燈絲電流Ifu(Ifd)的作用下,受離子源電路的控制進(jìn)行電離,產(chǎn)生電離電流Ia;
2、根據(jù)收到的地面命令,以改變控制脈沖寬度的方式增大或減小靶壓;
3、采樣靶壓信號(hào),并將采樣信號(hào)送地面顯示,以達(dá)到監(jiān)視靶壓的目的;
4、產(chǎn)生核反應(yīng),將周圍的物質(zhì)活化,釋放出熱中子,用于中子壽命測(cè)井或氧活化水流測(cè)井。
以下是中子發(fā)生器高控短節(jié)的功能描述:
+15V電源的作用是從+90V產(chǎn)生一個(gè)+15V為L(zhǎng)M1524供電。
HU1單片機(jī)接收TU1轉(zhuǎn)發(fā)的地面“+”、“-”靶壓命令,在其內(nèi)部程序的控制下,在其3腳輸出一基準(zhǔn)電壓給LM1524,該基準(zhǔn)電壓在0∽+5V之間變化,隨著基準(zhǔn)電壓的增加LM1524的11腳和14腳輸出的方波即變寬,加給中子發(fā)生器的靶壓也就升高;反之,則降低。
HU1單片機(jī)還對(duì)靶壓信號(hào)VT進(jìn)行采樣,采樣信號(hào)VT′經(jīng)過(guò)HU1處理由通信線送到TU1,并由TU1轉(zhuǎn)發(fā)到地面顯示。
附圖3:中子發(fā)生器高控短節(jié)部局/連線圖。
第三部分:該系統(tǒng)目前存在的問(wèn)題
目前,該系統(tǒng)還存在以下問(wèn)題,需要我們做進(jìn)一步的改進(jìn),這也是我們一直努力的方向:
1、 按照最初的設(shè)計(jì),地面系統(tǒng)應(yīng)是便攜式的,從其名稱“便攜式數(shù)控測(cè)井地面系統(tǒng)”就可以看出來(lái),但事實(shí)上并不是這樣,兩個(gè)很笨重的箱體,給從事測(cè)井工作的同志帶來(lái)了極大的不便。我們的目標(biāo)是:一個(gè)真正能手提的或者至少一個(gè)人能夠搬移的箱體+一臺(tái)筆記本電腦!實(shí)現(xiàn)真正意義上的便攜。
2、目前,所有的地面軟件都是基于WINDOWS98系統(tǒng)而編寫的,而WINDOWS98系統(tǒng)的陳舊和必然淘汰是眾所周知的,況且,WINDOWS98系統(tǒng)在資源共享方面的缺陷也給測(cè)井工作帶來(lái)了一定的困難。如非法操作;如有時(shí)測(cè)井軟件不能正常工作,需要啟動(dòng)一次測(cè)試軟件,再重新進(jìn)入測(cè)井軟件;如60秒的譜周期不能顯示,而40秒的譜周期卻能夠顯示等等。所以,一套基于更版本操作系統(tǒng)的測(cè)井軟件,也是我們所共同期待的。
3、電路設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題是,陽(yáng)極電壓Va偏低。由于該儀器是在原SMJ中子壽命儀器的基礎(chǔ)上改進(jìn)的,所以該儀器才具有中子壽命測(cè)井和氧活化水流測(cè)井兩大功能。但是,為了兼顧兩者,也帶來(lái)了一定的矛盾,即中子壽命測(cè)井方式下,靶壓是連續(xù)加給中子發(fā)生器的,而陽(yáng)極電壓Va卻是方波(這是由SU1所產(chǎn)生的基本信號(hào)決定的),這就需要離子源電路有放電回路,放電回路就必須承受與Va一樣大的耐壓,目前的放電回路主要是由3個(gè)W30N120組成的,每個(gè)W30N120承受600V的分壓,故Va最大為1800V。這樣,與中子發(fā)生器所要求的陽(yáng)極電壓Va為2200V—2400V相比,中子發(fā)生器幾乎是不能正常工作的。我認(rèn)為這就是該儀器目前不能很好的進(jìn)行中子壽命測(cè)井的主要原因,也同樣是氧活化水流測(cè)井時(shí)電離電流Ia和靶壓VT不穩(wěn)的主要原因。但若改動(dòng)SU1的程序,必然造成兩種測(cè)井功能不能兼顧;若升高陽(yáng)極脈沖變壓器T2的輸出電壓,則放電回路就會(huì)承受不了。我們也同樣在于這一問(wèn)題的改善。