超深井井壁取心枪选发器的改进及应用

2010-01-05卢世春万琼武朱艳山

石油管材与仪器 2010年5期

关键词：基极稳压深井

张亮卢世春万琼武梁丽朱艳山

(中国石油测井有限公司华北事业部廊坊项目部河北廊坊)

超深井井壁取心枪选发器的改进及应用

张亮卢世春万琼武梁丽朱艳山

(中国石油测井有限公司华北事业部廊坊项目部河北廊坊)

针对超深井井壁取心发射率低的问题,对选发器电路实施了改进,通过提高点火电流,来提高发射率,并对关键部位元器件加强了紧固。改进后的选发器可靠性、稳定性、抗震性明显提高。在超深井发射成功率大幅提高,各种性能得到了改善,满足了生产需要。

超深井;选发器;发射率

0 引言

自2007年我们使用HBQX39数控取心枪以来,由于其内部选发器设计存在着一些欠缺,只能在3 000 m以内的井中工作,另外其发射成功率也不高,为了突破3 000 m以上的超深井进行取心,并且提高井壁取心的发射成功率,我们深入讨论,对原电路几个不合适之处加以改进,其次,由于取心枪点火发射时强烈振动,电路中的一些元器件极易振松,甚至振断,影响发射成功率,我们对其重新加固。改进后的的选发器经过实测,确实收到了实效,提高了超深井井壁取心发射成功率。

1 改进思路[1]

对原电路的电源部分加以分析。电源部分电路如图1所示。

图1 原电源部分电路

E4、E5为点火变压器的次级,次级输出交流电压一般为9 V～12 V,通过桥式整流,在3、4端得到11 V～14 V脉动直流电压,该电压一端经R1连接到VR1,通过VR1(10 V)稳压,在Q40的基极得到了10 V左右基极的电压,由于Q40所用的稳压调整管是TIP122特殊三极管,该三极管为达林顿管和阻尼管,也就是说它是极间加了电阻的复合三极管。基级电压为10 V左右,集电极为11 V～14 V(视点火变压器而定),那么在发射极得到了8.6 V左右的电压,该电压经C1、C2滤波后得到了稳定的电源电压E6(Vcc),为集成块提供电源电压。现在对换挡电压加以分析,如图2所示[2]。

图2 选发器部分电路

以点第1颗为例,第1颗换挡信号E1一端经R10接到 IC1的9脚。另一端接到R11上(R11为保护电阻)。该信号经IC1解码,并行输出,再经IC2译码,从9脚通过限流电阻R12(500Ω)接到驱动电路的Q1。9脚输出电压为7.72 V左右,经限流电阻R12降至6.57 V左右,通过R12的电流也就是Q1的基极电流为2 mA,Q1的集电极C为7.6 V(E8电压)那么发射极电压为5.4 V左右,测得发射极电流Ie,也就是药饼的点火电流为1.17 A,该电流为未接绞车电缆的电流,若接上电缆,电流会降至1 A以下,点火电流在1 A以下发射成功率会降低,而1A以上发射成功率会明显提高。

2 改进方法[3]

改进方法有多种,可以采取更换点火变压器来提高E4、E5的输入电压,提高VR1的稳压值,使得输出达到12 V～15 V的稳压值,为集成块提供足够的电源电压Vcc。也可以去掉稳压电路,直接对整流电压进行滤波,从而得到足够的电源电压Vcc。我们这里采取的是直接去掉稳压电路,(电路对稳压要求又十分严格),改进后的电路如图3所示。

图3 改进后的电源部分电路

改进后的E6输出(电源电压Vcc)为12 V～14 V,使得IC2(4514)的9脚输出电压比较高。其次,由于图2中电阻R12(R12～R50为限流电阻)的限流作用,减小了Q1(驱动器)的输入电流,并且点火时,易将该电阻腿震断,我们也省略掉,这样在Q1的基极(参照图2)得到了8.6 V左右的基极电压,由于基极电压的提高(开始为6.57 V),从而使基极电流得到提高,提高到9 mA,该电流比改进前2 mA提高了很多,由于驱动电路的放大,使发射极电流也由原来未改进的1.07 A提高到1.18 A(未接绞车电缆),也就是说点火电流提高了100 mA,正是这100 mA的提高,从而使得点火发射成功率大大提高。图2中R11原为200Ω,改为620Ω后,发热严重,我们改用10 W 375Ω的铝壳电阻,即可靠又不发烫。图1中C1、C2为小圆形钽电容容量为100μF,该电容温度性能较差,井深增加后漏电严重,从而降低点火电流,影响发射,我们改用220 μF 150 V的圆柱型大钽电容,提高了耐温性和可靠性。图2中C3为1μF钽电容,该电容在实际工作中易烧坏,我们采用2个2μF钽电容串联连接,容量未改变,但耐压耐温提高了,降低了故障率。

在取心枪使用中,由于取心时点火发射的强烈振动,极易使驱动电路三极管Q1-Q39管脚震断,我们加装了固定的散热铝板,将39个三极管牢牢地固定在一起,提高了抗震性能。点火变压器也极易震松,我们重新设计了点火变压器支架,将整个支架(包括变压器在内)用螺丝紧紧地固定在选发器框架上,点火变压器再没出现脱落的现象了。另外我们对选发器重新布线,将39根点火连线放置在两块印刷线路板中央,点火线、换挡线、检查线和地线重新排列,这样在检查维修选发器时,元器件线路清晰可辨,能准确快速查找故障,给检查及维修带来极大地方便。

3 效果检验

由于以上对线路加以改进,并对线路板及元器件加强固定,在实际工作中,无论是超深井中,还是普通裸眼井中,井壁取心发射成功率大大提高,选发器故障大大减少。例60167作业队在新武5井井壁取心中,井深4 457 m,该井为超深井,使用的是982116枪,装枪39颗,点36颗,发射36颗。这样在超深井中,取心发射成功率大大提高了。随后,我们对所有取心枪选发器加以改进,所有取心枪发射率都得到了明显提高。有的枪的发射率甚至能达到100%.例090502取心枪在泉XX井,装39颗点39颗,全部发射,发射成功率达到100%,而且各取心枪故障率大大降低。