电缆测井封井器移位报警装置设计及应用

汪俊琦

(中国石化集团华北局测井公司 河南新乡)

电缆测井封井器移位报警装置设计及应用

汪俊琦

(中国石化集团华北局测井公司 河南新乡)

针对油气田勘探开发过程中,电缆测井施工时井口封井器意外移位而导致发生的工程事故,设计了一种井口封井器位置发生改变后就自动报警的装置。文章详细介绍了该报警装置的工作原理、制作工艺和使用方法,并通过实际应用进一步证实了该装置的安全性与实用性。

电缆测井;封井器;报警;移位

0 引 言

随着油气勘探开发进程的加快和勘探程度的提高,对测井工艺、测井效率和测井施工安全也提出了较高的要求。与其他方法相比,电缆测井能够以较低的成本提供更多的数据而被广泛的应用于各大油气田。但是由于电缆测井时,通常测井绞车与实际井位有较远的一段距离,而井口平台与地面也有5 m～10 m的高度,因此绞车操作人员很难观察到井口用于防止落物和清洁出井电缆的卡盘式封井器安全状况。气温较低时,封井器下部泥浆结冰成块,电缆与封井器之间的间隙减小,摩擦力增大,使得封井器随电缆上升离开安全位置,甚至上升到天滑轮切断电缆发生事故;同样,温度较高时,封井器下部泥浆凝固僵化,也会使电缆与封井器之间的间隙减小,摩擦力增大,尤其是在夜间或大风大雾环境施工,这种不安全因素更为突出。

封井器位移报警装置正确安装后,一旦封井器离开安全位置,就立刻报警提示,绞车操作人员即使观察不到井口,也能够及时得知封井器工作状态并采取相应措施,从而有效避免工程事故,大大降低施工风险,提高测井效率。

1 工作原理

封井器位移报警装置主要由报警传感器装置、主控电路装置和联结电缆线组成。报警传感器装置如图1所示,主要由一块永久磁铁和一个干簧管组成。永久磁铁通常固定在卡盘式封井器(可将测井电缆由一侧刻槽卡入、并且中央可放置电缆吹气装置的刚性圆形盖板)一侧,干簧管安装在一个便携式保护座上,两端引线制作成快速连接器。

图1 报警传感器示意图

报警装置主控电路通常封装在一个保护盒内,它是由触发装置、单稳态延时电路、报警声发生器、音频功放电路、灯光控制电路和电源电路等部分组成。

2 开发设计

封井移位报警器的主要作用就是在电缆测井过程中,封井器发生非正常移动后能够及时地产生报警信号,并将报警信号以声、光方式传送到测井设备操作台。工作原理框图如图2所示。整个装置启动后就处于待报警状态(由井台工作指示灯及操作间工作指示灯显示),井台封井器移动后使得报警装置的传感器干簧管内部导通,产生一个触发信号,然后再通过专用电缆线反馈到主控电路,主控电路在固定电源的驱动下首先驱动单稳态电路并产生两路信号,一路直接触发灯光报警信号,另一路驱动触发控制电路,产生灯光信号控制和驱动音频发生器,并经过音频功放电路产生音频报警提示信号。

电路工作原理是,报警装置传感器在井口正确安装后通过电缆线和测井绞车上的主控电路相连,工作指示灯LED1发亮,永久磁铁(固定在封井器侧缘)和常闭型干簧管(安装在便携座上)靠得很近,磁铁的磁力线导致干簧管内两触片分离,b、c两端子开路状态,在警器装置主控电路中(图3所示),IC1A的⑥脚呈高电平,IC1A处于复位状态,其输出端⑤脚为低电平,双向可控硅VS无触发电流而阻断,故示警灯H处于熄灭状态。此时三极管VT1亦无偏压而截止, VT2则导通,使IC1B的12脚和⑧脚呈高电平(大于2/3电源电压),故IC1B的⑨脚亦输出低电平,音响集成电路IC2无电源不工作。

图2 报警器工作原理框图

图3 报警器主控电路图

当测井封井器发生移动位置变化后,致使永久磁铁和干簧管分离,干簧管内两触片自然接通,导致IC1A的⑥脚变为低电平(低于1/3电源电压),此时IC1A立即置位,IC1A的⑤脚由原来的低电平变为高电平[1],它分为两个支路:一路使双向可控硅VS触发导通,示警灯H即刻点亮,提示封井器发生移位。另一路电流使三极管VT1导通,导致VT2截止,C4的短接状态解除,电源通过 R6向 C4充电,此时IC1B的12脚和⑧脚电位越来越低,当其电位低于1/3电源电压时,IC1B的输出端⑨脚变为高电平,此时IC2获得电源而工作。IC2的T0端不断有脉冲电流产生,经三极管VT3放大后,推动继电器J1的触点j1-1闭和开,这样就使原来恒亮的照明灯变成了闪烁灯,以增强报警时的紧张气氛,同时,IC2的O/P端输出报警音频信号,经VT4、VT5放大后,推动扬声器BL发出宏亮的声音。

3 电子元器件选择与制作

根据上述电路图的设计和报警器应用范围,电阻、电容均选用常规元器件,见表1,质量较好但精度不要求很高。

表1 电子电容元器件

而半导体及集成块元器件,见表2,则需要选择精度较高、性能稳定以保障整个电路正常工作。

表2 晶体管元器件表

其中所用电阻除R2＊选用贴片电阻,其余各电阻均采用线绕电阻,功率范围为0.5 W～10 W,阻值范围0.01Ω～10 kΩ,误差±1～10%,温度系数25～100 ppm/°C,并且选定的电阻使用前要用测量工具测定确认是否与设计相符。电容的种类有很多,本次设计中除电容 C2和 C5用采用塑料介质的涤纶电容,其余电容均采用普通铝电解电容。晶体管在用时为防损坏,必须使它工作在安全区,选择时首先要考虑元器件自身的工作电压值、电流值、功率值和频率值等特性参数,同时还要考虑在具体的电路中工作特点[2]。

4 调试和检测

4.1 主控电路的制作

制作和调试是电子线路设计的重要部分,所用元器件按照要求选定后,首先进行规格和性能检测确认,然后进行布线、焊接和安装[3]。

集成电路在安装时,为防止集成电路芯片受损,在插入和拔出芯片时要非常细心。插入时应使器件的方向一致,缺口对应,使所有引脚均对准插座板上的小孔,均匀用力按下;拔出时,必须用专用拔钳,夹住集成块两端,垂直向上拔起,或用小起子对撬,以免使其引脚因受力不匀而弯曲或断裂。

布线要求合理、准确,一般应选用直径为 Ф0.5 mm～0.8 mm的单股导线,长度适中,两端绝缘皮剥去5 mm～10 mm,并剪成45°角。元器件和连线要排列整齐,一般按电路顺序直线排列,输入与输出线要远离。元器件插脚和连线要尽量短而直,以防止分布参数影响电路性能。布线时要注意在器件周围走线,不允许导线在集成块上方跨过,以免妨碍排除故障或调换器件。为使布线整洁和便于检查,电路中不同功能的导线应尽量采用不同的颜色。通常布线的顺序是先布电源线和地线,再布固定使用的规划线,最后再逐级连接控制线及各种逻辑线。并且边接线边测试,逐级进行。

4.2 电路调试和故障的检查与排除

报警器主控电路接好全部连线后,应对照电路图仔细复查一遍。检查晶体管或集成块的引脚是否插对,是否有漏线和错线,然后用万用表的“Ω×10”档检查电源与地线之间的电阻值,排除电源与地线之间的开路或短路现象。断开传感器电缆,用12 V直流电源给电路通电,然后用手触模元器件,检查有无异常发热现象、有无异味等。用万用表测量电路的电源和地两脚之间的电压,测量晶体管的工作点是否符合要求等[4],IC2的工作电压不应超过5 V,可由 R12调整,观察工作指示灯LED1是否工作。断开电源后,接上传感器连线电缆,并将永久磁铁靠近干簧管,整个报警装置处于待报警工作状态,然后移开永久磁铁,扬声器BL发出报警声,同时示警灯H开始闪烁。如果出现故障,逐级检查,还可采用不改变电路的接线,通过更换一些元器件来发现故障。

5 安装与使用

电缆测井施工过程中,永久磁铁固定在井台封井器侧缘,干簧管总成安装在便携式保护座(非铁磁性)上,并靠近磁铁。主控电路总成封装在保护盒内,安装在测井绞车操作室,以便操作人员根据报警提示及时采取安全操作措施,测井绞车与井台传感器之间用三芯绝缘电缆线联结,并且电缆两端制作成快速连接器,联结后测井绞车操作人员打开报警器工作电源,工作指示灯显示正常状态,井台传感器工作指示灯显示工作状态,报警系统处于待报警状态。通常安装完毕后,应手动移开封井器验证报警系统工作性能。

6 结束语

电缆测井封井器移位报警装置,经过大量试验和现场应用,都取得了理想的效果,特别是在大雾天气和夜间测井施工中,发挥了良好的安全预警作用,曾在塔河油田多次测井施工中及时准确的提示了井台封井器工作安全隐患,避免了工程事故的发生。该装置的最大优点是安装方便,而且干簧管总成体积小,封装在透明塑料壳中后具有良好的防水性。同时该装置还可用于其他移位安全报警领域,具有较强的实用性和推广性。

[1] 孙余凯.数字集成电路基础与应用[M].北京:电子工业出版社,2006

[2] 高 平.电子设计制作完全指南[M].北京:化学工业出版社,2009

[3] 朱定华.电子技术工艺手册[M].北京:清华大学出版社,2007

[4] 邓元庆.电子技术试验[M].北京:机械工业出版社, 2009

Wang JunQi.Application and design of the well head isolation tool shifts alarm device for wireline log.PI, 2010,24(4):7～9

In view of the project accident caused by the well head isolation tools accidental shift of the wireline log construction in the process of the oil-gas field exploration and development,the auto-alarm installment is designed if the position of the well head isolation tool is changed.This article introduces in detail the principle of work,the production process and the application method of the alarm device.And it further confirms the equipment′s security and the usability through the practical application.

wireline log;well head isolation tool;alarm;shifting

TE921+.9

B

1004-9134(2010)04-0007-03

汪俊琦,男,1975年生,工程师,1999年毕业于中国地质大学应用地球物理专业,,现在华北石油局测井公司从事技术工作。邮编: 453700

2009-12-08 编辑:刘雅铭)

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