一种电缆测井地面辅助信号仿真测试装置的设计和应用

2021-12-15李志林中海油田服务股份有限公司广东湛江524057

化工管理 2021年34期

李志林(中海油田服务股份有限公司，广东湛江 524057)

1 设计思路

测井作业过程中张力棒和直线器分别提供张力、深度、磁性记号(磁性记号(MMD))等辅助信号，通过拖撬的Interface(接口)板中转到采集面板处理，然后分别在测井系统和绞车面板显示，以便作业人员掌控测井过程[1]。针对深度、张力、磁性记号辅助信号在绞车面板上显示值错误和绞车面板通讯时好时坏等问题，导致现场无法正常作业。同时，由于实验室条件有限，作业繁忙时也没有空闲的测井托撬可以使用，导致实验室对辅助信号故障的维修较难进行等。为解决实验室检测辅助信号的窘境，设计了电缆测井地面辅助信号测试系统，用来模拟深度、张力和磁性记号辅助信号，让辅助信号的故障排查更加顺利，也为辅助信号的采集面板维修带来便利，本文分步介绍该系统的设计思路和使用方法。

1.1 使用配件及特性

1.1.1 马达

110 VDC供电直流马达，马达内部含有减速机构，可以根据输入电压的大小实现转速快慢调节；同时也能通过输入正电压或者负电压实现正反转。

1.1.2 深度编码器马丁代克

测井电缆穿过马丁代克，运行的测井电缆带动马丁代克的测量轮旋转，同步旋转的光电编码器输出脉冲信号，计量电缆运行的深度、速度。供电5 V，输出脉冲为1 280 脉冲/m，转动一圈为0.5 m[2]。采用钛合金材料，具有强度高，结构简单，工作可靠的特点。紧固件均采用不锈钢材料，防腐、防磁化、可快速

拆装测量轮。同时测量轮采用防磁处理，装入或脱离电缆时，可拆下测量轮，而一般的电缆接头或明显记号可直接通过。

1.1.3 霍尔传感器

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，霍尔效应是磁电效应的一种。

1.1.4 多功能记测器

采用单片机控制实现等精度测量， 10位LED显示(8位数据位，2位指数值)可实现高计数采集，测量速度达到20次/s具有高性价比，高可靠性等特点。

1.1.5 开关电源

开关电源是一种高频化电能转换装置，其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流，本文使用的开关电源的输入是110 VAC交流电源，输出该装置需要的直流电源。

1.1.6 绞车面板

绞车面板是中海油田服务股份有限公司自主研发设计的深度、张力、磁性记号(MMD)等辅助信号显示面板，该面板能够给绞车操作者提供直观、详细的参考参数，同时兼具报警功能，保障测井仪器上提、下放过程安全[3]。

1.2 装置设计总成

1.2.1 马达控制部分

测试装置中深度编码器通过一个110 VDC供电的直流马达来控制转动，通过顶丝固定编码器的转轴，电机转动带动编码器转轴转动，从而实现该部分主要完成电机转速控制和电机正反转控制的功能。

1.2.2 转动圈数采集部分

测试装置中马达转动带动深度编码器转动，而深度编码器的转动骨架上焊接一块磁铁，采用霍尔传感器和ZN4896多功能记测器配合使用采集深度编码器转动的圈数，以便计算深度数值。霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。该部分主要完成深度编码器转动圈数的采集，深度编码器每圈转动深度为0.5 m，通过圈数*0.5 m可以计算深度信号是否准确。

ZN4896多功能记测器通过220 VAC供电，产生一个直流12 VDC电压给霍尔传感器供电，而霍尔传感器安装在深度编码器转动杆的正上方，每当深度编码器带动磁铁转动经过霍尔传感器时，霍尔传感器产生一个电压脉冲信号到ZN 4896记测器中，记测器计数加1，通过数码显示管显示计数[4]。

1.2.3 电源控制部分

电源采用开关电源，输入110 VAC，输出+110 VDC、+5 VDC、+12 VDC、-12 VDC和24 VDC。其中110 VDC电源是通过输入的交流电源直接经过整流及RC滤波得到。其他直流电源通过变压器变压之后再经过整流滤波、高频变换器和调宽方波整流滤波之后输出所需的直流电压，而控制电路部分主要提供一个电压反馈，从而得到稳定的电压值。

1.2.4 辅助信号采集部分

测试装置主要功能就是产生深度、张力和磁性记号(MMD)辅助信号，信号经过J2(插头)到ELIS采集面板的DPH(深度处理板)采集，通过主机和绞车面板显示。该部分主要功能就是产生深度、张力和磁性记号(MMD)信号，具体电路图如图1所示。

图1 辅助信号采集电路图

图1 中FAN为散热风扇，通过电源板产生的12 VDC供电工作；Encoder为深度编码器，通过一个110 VDC的直流马达带动转动，产生PHASEA1-、PHASEB1-、PHASEA1+和PHASEB1+信号到J 2。磁性记号(MMD) SET(SW3)为磁性记号(MMD)开关，当开关按下时，磁性记号(MMD)+和磁性记号(MMD)-产生一个0.75 V的直流信号，每次按下产生的直流电压到J 2的pin 6和pin 7，产生一次磁性记号(MMD)信号。TEN(张力)SET(SW4)开关为三档开关，默认为两端均断开，往上拨时TEN(张力)+和TEN(张力)-为+0.75 V直流电压到J 2的pin 9和pin 8，产生一个100 00l bs信号；往下拨时TEN(张力)+和TEN(张力)-为-0.75 V直流电压到J 2的pin 9和pin 8，产生一个-100 00l bs信号。图1中的0.75 V为24 V电压经过R1和ZD1稳压到3.3 V，再经过R2和R3分压到0.75 V；-0.75 V与+0.75 V类似，通过-12 V电压经过稳压和分压之后产生-0.75 V。