便携式油田电缆打标装置的研究

薛国民，高杨，汝继伟中国石油大庆油田有限责任公司技术监督中心（黑龙江　大庆　163453）



便携式油田电缆打标装置的研究

薛国民，高杨，汝继伟
中国石油大庆油田有限责任公司技术监督中心（黑龙江大庆163453）

对下井电缆进行磁记号标定是保证下井仪器设备准确到达地层指定位置的重要手段，便携式油田电缆深度打标装置通过计算控制各传感器协同工作，实现装置功能。该装置可以在测井现场对电缆进行在线打标，有速度测量、深度测量、误差修正功能，同时具有便于携带、易操作，防打滑的特点。该装置在大庆油田深度标准井进行多次实验，实验结果表明，在1 200m/h 和3 000m/h的电缆运行速度下，通过硬件精调修正和软件延时修正，精度可达到±0.2m以内。

标准井；电缆打标装置；电缆深度；刻度

在测井、射孔、修井和测试工作中，需要通过记录下井电缆的深度保证下井仪器设备准确到达地层指定位置。电缆深度记号的准确与否是关系到工程技术施工作业质量好坏的重要因素[1]，目前采用的电缆深度准确度保障措施是下井电缆深度打磁标记（简称打标）的方式，每20m或者25m注入一个磁记号作为刻度，打标工作需要作业车辆开到深度标准井打标或者打标实验室完成[2]。按照行业标准规定在测井超过10口，或者电缆出现退磁等问题时[3]，电缆需要重新打标。现在的打标方式存在3个方面问题：一是标准井打标需要在室外进行，并且需要通过马丁代克[4]来传递长度值，在冬季低温环境以及当电缆上有油污时，马丁代克会打滑造成计量误差偏大[5]；二是不同矿区和油田有各自的深度标准井，深度量值没有统一的溯源，跨区作业时必须对电缆重新打标；三是深度标准井数量少、作业车辆多，作业车辆需要经常往返作业井和深度标准井（或者打标实验室），尤其是到较远的作业场所或者跨区作业时，给深度打标工作带来很大的工作量，造成人力、物力和财力的巨大消耗。本文提出了一种新型的便携式电缆打标装置可以有效地解决上述难题，在提高电缆打标准确度的同时，大幅度提高了劳动效率。

1　工作原理

便携式电缆打标装置的原理如图1所示，电缆由左向右运行，依次通过以下几个部分：消磁器1号、注磁器1号、读磁器1号、读磁器2号、消磁器2号、注磁器2号、读磁器3号。装置主要实现3个主要功能：对测井电缆进行长度测量；对测井电缆进行速度测量；对测井电缆进行打标。

图1　电缆打标装置工作原理示意图

1.1长度测量

1号注磁器与2号读磁器之间的距离是0.5m，1号注磁器注磁后2号读磁器读到磁记号，控制1号注磁器再打一个磁标记，依次循环。通过记录读到磁标记的次数n即可计算出电缆长度L。

式中：L为电缆长度，m；n为读磁标记的次数。

1.2速度测量

同时使用1号、2号读磁器检测测井电缆上的磁标记，通过互相关算法可以算出2个读磁器读到磁标记的时间差t，2个读磁器的距离0.1m，可计算测井电缆的速度V：

式中：V为测井电缆的速度，m/s；t为2个读磁器读到磁标记的时间差，s。

1.3对测井电缆进行打标

1号注磁器注磁后，磁记号运行到2号读磁器，读到磁记号后控制1号注磁器再打一个磁标记，计数器加1，磁记号通过2号消磁器时将记号消去，当计数器累加到40时，控制2号注磁器对电缆打标，从而实现了每20m一个记号。

2　总体设计方案

2.1机械结构

以便携式结构设计为主导思想，易于携带和现场使用。装置的机械结构设计采用了两体式设计，包括背板、上壳体、下壳体，将各传感器布置在上壳体各个部分，如图2所示。

图2　便携式电缆打标装置机械结构图

该设计通过横向和纵向槽轮的限位，可以保证电缆在仪器中间不会发生平移，保证精度；采用的分体式结构使得读磁器和消磁器中间有足够的距离，以消除干扰。同时设计研制了高精度精调机构，可以对1号注磁器和2号读磁器之间的距离进行修正。

2.2测控系统

软件部分采用labview软件编程，将读磁器采集的信号经过处理后在下位机进行判断，然后调用相应的继电器模块控制注磁器进行打标。硬件部分考虑到装置的精度要求以及稳定性要求，因此采用了进口控制器，共包括AI采集模块、DO控制模块、固态继电器模块、机械继电器模块等几个部分。图3为系统各模块示意图。

图3　测控系统结构示意图

3　实验室及现场测试

3.1实验室测试

在进行现场试验之前，对装置进行了大量的实验室测试和改进，在实验室测试中装置精度与稳定性以及注磁效果都达到了要求。为了进行实验设计了实验室测试装置，如图4所示。利用电动机带动主动绞盘转动，然后通过力矩电机控制从动轮将电缆拉直，在电缆上依次安装马丁代克和电缆打标装置，通过马丁代克来验证打标装置的精确度。设置测试长度为150m，每次当装置数值达到150m时输出马丁代克的读数，然后根据误差来调整精调机构，再次测试，直至将系统误差消除。

图4　电缆打标实验室装置原理图

3.2现场试验

现场试验在深度标准井进行，将测井电缆依次穿过地滑轮、天滑轮后下入井口，将打标装置安装在井口支架上夹于电缆上，让电缆穿过装置后进入井口，在装置对零后下放电缆同时打标，通过车载测井装置观察打标装置与井下标准接箍深度进行对比判断误差。

3.2.1装置准确度与重复性试验结果

试验方法为电缆下放，利用装置在电缆上打标至1 100m，然后上提电缆，利用车载测井系统读取打标装置在电缆上所注的磁标记和磁定位仪器所读取的井下接箍磁标记。由于标准井在900m和1 100m标准接箍，而且这个深度是测井过程中经常利用的深度，因此计算装置所注磁记号与接箍磁记号在这一区间内的差值作为误差。由于装置的数值与接箍的数值需要马丁代克进行传递，因此在计算过程中还要将马丁代克的误差Δ马剔除。

式中：Δ马为马丁代克的系统误差，m；197.24m为标准井900m到1 100m的实际长度值；ΔY为马丁代克读取长度值，m。

打标装置测量电缆的实际长度Δ实按式（4）计算：

式中：Δ实为打标装置测量电缆的实际长度，m；ΔX为马丁代克读取长度值，m；Δ马为马丁代克的系统误差，m。

电缆打标装置采用精调机构进行的部分现场测试数据见表1。由表1可见，装置的误差在-0.04m至-0.1m之间，误差能够满足标准要求的±0.2m以内。

在电缆下井速度发生变化时，可通过调整软件系统延时实现装置的准确测量，电缆速度3 000m/h时通过软件修正调整误差试验数据见表2。

表2的试验数据表明：经过延时打标15ms的修正，可以将误差范围修正至-0.11m至0之间，满足了±0.2m的标准要求。

3.2.2磁记号分析

电缆打标装置在电缆所注的磁记号可以利用车载测井系统读取装置读取，由图5可以看出记号清晰，间距均匀。图5中左侧记号为标准井接箍磁记号，右侧为打标装置所注入磁记号。

4　结论

通过实验室和现场测试，可以得出以下结论：

表1　电缆打标装置现场测试数据

表2　软件调整系统延时14ms试验数据

图5　车载测井系统读取磁标记图像

1）装置能实现在线电缆打标功能；电缆运行速度1 200、3 000m/h下通过外置精调机构修正和软件延时修正可以保证打标精度在±0.2m范围之内；实验结果满足石油行业相关标准要求。

2）该装置利用了高精度磁测量与信号采集技术、互相关测速技术、模拟信号处理技术，实现了电缆长度测量、速度测量以及磁记号标定功能。同时经过大量的实验，证明了各项功能的精确度和可靠性。

3）该装置的发明减少了传统标准井打标方式带来的人力、物力、财力的浪费，解决了马丁代克计量电缆长度时会打滑、结垢造成误差的问题。按照目前的管理方式，每台测井车测10口井需要往返标准井或实验室进行电缆校正或刻度，年往返次数27次，应用此装置后可每季度到标准井或实验室刻度1次，年减少往返次数20次以上，具备在油田生产以及其他需要计量电缆长度的场合应用的条件。

[1]曾涛.磁标记法高分辨率井深测量方法的研究[D].西安：西安理工大学，2007.

[2]刘江伟,李建华,叶文军,等.测井电缆深度记号标定新方法实现的研究与应用[J].测井技术，2007，31(6)：580-582.

[3]李继华，胡雄民，魏爱军.井下套管消磁器研制与应用[J]测井技术，2010,34(3)：271-274.

[4]刘宝和.中国石油勘探开发百科全书工程卷[M].北京：石油工业出版社，2008:196.

[5]靳娟，叶献方，肖海霞，等.测井电缆注磁标定测控系统设计[J].测井技术，2010，34(1)：88-90.

The magnetically markingof down-well cable is an important means to ensure the down-well instrument and equipment to ac⁃curately reach the designated position. The portable oilfield cable markingdevice controls the cooperative work of all sensors by calculat⁃ingto realize its function. The device can finish the cable markingin loggingfield, it has the functions of speed measurement, depth mea⁃surement and error correction, and it has the characteristics of easy to carry, easy to operate and anti slip. Several experiments carried out in the standard depth well of Daqing Oilfield show that the device can reach to the cable marking accuracy below±0.2 m by hardware’s precise adjustment correction and software’s delay correction at the cable speed of 1 200 m/h and 3 000 m/h.

standard well; cable markingdevice; cable depth; scale

薛国民（1970-），男，高级工程师，现从事石油专用计量技术和管理研究工作。

本文编辑：王梅2015-12-09