DSC多功能氧活化水流测井仪系统介绍
西安思为电子科技有限责任公司 程辉
概述:
DSC多功能氧活化水流测井仪是一套独立的数控测井系统(四参数测井、中子寿命测井、氧活化水流测井),自问世以来,由于它能够定性地测量注入剖面、产出剖面、找漏等,加之它发挥了核测井的优势,可以测量管外流,故在各油田的生产测井领域获得了广泛的应用。
该仪器由一套独立的地面数控生产测井系统和一套(两支)井下仪器组成。
部分:地面系统
一、地面系统的组成:
地面系统由两个机箱组成:上机箱(标准6U机箱)
下机箱(标准4U机箱)
1、 上机箱:
以上机箱中的接口电路插件可以根据需要选配,目前,绝大多数用户只配有工控机主板、深度接口板和脉冲中子板(也称PCM解码板或通信接口板)。
关于A/D张力板:由于其设计上的缺陷,在其输入端没有设计信号处理电路,只能接收+5V的张力信号,而一般张力计的输出都是很微弱的小信号,故一般用户都无法选配。
特点:ISA总线;独立供电;自带绘图仪;自带深度系统;自带液晶屏显示;采用WINDOWS98操作系统平台。
2、 下机箱:
下机箱为一标准的4U机箱,仅设计为供电系统,是一稳定性很高的直流开关型稳压电源,只用于给井下仪器供电。其指标为:供电电流为0~1A;供电电压为0~300V。
3、 软件配置: a. 测井软件;
b. 测试软件;
c. 流量计算软件(解释软件)。
4、测井工艺:A、四参数测井:只连接井下仪器的遥传短节,供电后直接拉曲线并记录;
B、中子寿命测井:
a.连接井下仪器三节,其顺序为:遥传短节+采集短节+下发生器。
b.地质条件要求:孔隙度至少10%以上;矿化度至少10万PPM以上;
c.仪器供电,待发生器电离稳定(Ia=85uA左右)后,加靶压85KV左右,然后拉曲线并记录;
d.重复c项工作。
C、氧活化水流测井:
a.连接井下仪器四节,其顺序为:遥传短节+上发生器+采集短节+下发生器;
b.校深:先拉一条四参数曲线,用GR或CCL与原始兰图进行比较,然后给面板深度“+”或“-”;
c.选点测量。
二、地面脉冲中子板:
地面脉冲中子板(也称PCM解码板或通信接口板),其主要作用是地面系统和井下仪器的通信。其通信采用PCM编码方式(脉冲编码调制方式),每秒20帧数据,每帧数据占50MS,且分成5个部分,其结构如下:
地面脉冲中子板的电路原理图如下:
注:配电缆时,主要是调RP1、RP2、RP3。其中RP1是调地面接收井下仪器上传信号的幅度;RP2主要是调地面接收信号的门槛,既要合适的信号通过,又要传给单片机89S52的信号是真正的方波;而RP3的主要作用是调整地面下发给井下仪器命令的幅度。在配电缆时,若单独接遥传短节,其命令码在寿命方式下,NG16为4的整倍数(对应不同的F因子);而在水流方式下,其命令码NG16为变化的4的整倍数。
三、地面深度接口板:
地面深度接口板的功能主要是将接收到的马丁代克送来的光电脉冲编码信号经过处理,一方面通过ISA总线传送给工控机主板供测井软件读取使用;另一方面将经过处理的该信号送显示面板用来显示当前的仪器深度。
地面深度接口板的电路原理图如下:
注:地面深度接口板上跳接线的功能:
光电脉冲信号不通过光耦。
光电脉冲信号通过光耦。
第二部分:井下仪器
井下仪器一套,包括两支遥传短节,两支采集短节和两支发生器短节。测双向水流时全连接的总长度为6.76米(其中遥传短节的长度为2.16米;采集短节长度为2.20米;两支发生器的总长度为1.20×2=2.40米)。
一、遥传短节:
遥传短节的功能如下:
1、 与地面系统进行通信,接收地面系统下发的命令并上传数据;
2、 与其它短节进行通信,传递命令并接受其它短节的数据;
3、 实现温度、压力、节篐和自然伽玛信号的数据采集;
4、 提供+90V直流稳压电源,为本短节和其它供电。
温度、压力、节篐信号经过调整后变为电压信号,又经过V/F(AD650)转换为频率信号;而自然伽玛信号经过放大和门槛鉴别后转变成脉冲信号。
TU2单片机——对压力和GR信号计数;
TU3单片机——对温度和节篐信号计数,同时对+90V直流电源的采样信号Viw进行A/D转换,得到稳压电流Iw,还根据坪检状态用D/A转换输出GR的门槛电压,正常时输出+2.5V,正坪检时输出+5V,负坪检时输出0V,分别对应GR门槛为:-300mV;-250 mV和-350 mV。
另外,单片机TU3上有上电复位和看门狗功能,它用P1.7脚给TU1和TU2单片机提供复位信号,平时监视TU1和TU2单片机的工作状态,当TU1和TU2不能正常工作时,使它们复位。
单片机TU1以50 mS的帧周期进行工作,通过6条片内通信线(D0~D3、帧同步信号FR和字节同步信号SYNC)与单片机TU2和TU3进行通信,得到TEM、PRE、CCL、GR和Iw的值,同时,接收地面的PCM命令并进行解码,得到地面命令,并通过UART串行口与其它短节通信(COM),传递地面的命令,也接收其它短节的数据。UART串行口设计为9位多机通信方式,其波特率为25KBIT。,TU1将所有数据同样以PCM方式编码输出,通过SIGA(正脉冲)和SIGB(负脉冲)经电平转换电路和PCM驱动电路送到电缆并上传给地面系统。
+90V直流稳压电源当电缆电压高于+90V时方能工作,给整个仪器提供稳定的+90V供电,并可根据需要,储存足够大的Iw(一定要理解这段话!)。
低压电源模块产生+5V、+15V和-15V电源供本短节使用;
高压电源模块产生0~1800V的可调直流高压给GR探头使用。
附图1:遥传短节电原理图
二、采集短节:
采集短节的功能如下:
1、实现四个测量探头GR1、GR2、GR3、GR4、阳极电压Vam和电离电流Ia的数据采集(Ia的采样信号实际是Vj);
2、接收遥传短节中TU1转发的地面系统的命令,以实现寿命测井方式与水流测井方式;上、下水流方式;以及在不同谱周期、不同占空比、不同活化时间之间的转换;
3、产生阳极电压Vau(Vad)(+1800V)和灯丝电流Ifu(Ifd)供中子发生器工作,并利用气控电路控制中子发生器的电离电流Ia;
4、与遥传短节进行通信,将采集到的数据(GR1~GR4、Vam和Ia)经遥传短节的TU1发送给地面系统。
单片机SU1起门定时的作用,产生基本信号NB、/NB和NBD,供离子源电路的阳极脉冲电路工作;同时产生字节同步信号SYNC供采集短节的内部单片机SU2和U5进行数据传送;还产生16个远、近门定时序列;另外,还根据地面命令控制仪器工作在寿命测井方式或者水流测井方式,是上水流还是下水流,以及对应命令的F因子的状态等。
如:对应命令的四个F因子状态是:
(01)H: 对应 F=1;
(05)H: 对应 F=√3;
(06)H: 对应 F=1/√3;
(07)H: 对应 F=3.
单片机SU4原设计为用于进行探头高压控制,其调节范围为0∽+5V(这就是我们在面板上看到的HVC:+4.98V),其控制的直流高压范围是0∽+1800V,现在此项功能已经取消,不再使用了。而仅用于根据收到的四个探头的GR信号,输出坪检信号PC,也是正常时输出+2.5V,正坪检时输出+5V,负坪检时输出0V;分别对应GR门槛为:-300mV;-250 mV和-350 mV。
单片机U5的功能是门计数,即采集数据或根据自检状态产生数据。在测井情况下,其将采集到的数据经过处理交换给SU2,由SU2经通信线传送到地面,显示于不同的门序列中,如GR1、GR2、GR3、GR4除显示于ND1、ND2、ND3、ND4外,还被显示于门序列的ND2、ND3、ND4和ND5中;而GR、TEM、PRE、CCL除在相应的位置显示外,还被显示于门序列的FG14、FG15和NG14、NG15中。而在仪器进行自检时,其内部程序根据不同的情况,如寿命方式下根据不同的F因子,水流方式下根据不同的占空比产生相应的数据显示于相应的门序列中。以下是该仪器正常时寿命方式下自检的数据:
条件:7#遥传+7#采集+010#发生器;
寿命方式:V=130V,I=330mA,Iw=51∽53 Ma, Ia=80∽82Ua.
常温自检: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单片机通过8根数据总线D0∽D7进行数据交换。
IU3单片机的主要作用是监视离子源电路中的阳极脉冲电路的工作状态,将其20脚采集到的数据(04版仪器为从放电回路采集的+2V信号;而06版仪器是从T2变压器次级直接采集到的+5V信号)经处理送到地面显示于Vam,以监视阳极脉冲电路是否正常工作(所以,如果地面显示Vam灯不亮的话,只与阳极脉冲电路有关,而与其它电路均没有关系)。另外,IU3还根据地面命令输出不同的逻辑信号以控制灯丝电流是Ifu还是Ifd,即控制是上发生器工作还是下发生器工作(04版仪器是根据IU3的13脚的输出是0还是1来控制电磁继电器的吸合的;而06版仪器是根据IU3的13脚和14脚是否有输出来控制你不同的开关器件2013来决定那个发生器工作的)。更重要的是,IU3还依据采集到的Vj信号,在其3脚输出Vout信号,以控制灯丝电流If的大小,从而达到控制发生器电离电流Ia的目的,这就是所谓的气控电路。
低压电源模块产生+5V、+15V和-15V电源供本短节使用;
高压电源模块产生0~1800V的可调直流高压给ND1、ND2、ND3、ND4四个探头使用。
附图2:采集短节电原理图。
三、发生器短节:
发生器短节功能如下:
1、在阳极电压Vau(Vad)(+1800V)和灯丝电流Ifu(Ifd)的作用下,受离子源电路的控制进行电离,产生电离电流Ia;
2、根据收到的地面命令,以改变控制脉冲宽度的方式增大或减小靶压;
3、采样靶压信号,并将采样信号送地面显示,以达到监视靶压的目的;
4、产生核反应,将周围的物质活化,释放出热中子,用于中子寿命测井或氧活化水流测井。
以下是中子发生器高控短节的功能描述:
+15V电源的作用是从+90V产生一个+15V为LM1524供电。
HU1单片机接收TU1转发的地面“+”、“-”靶压命令,在其内部程序的控制下,在其3脚输出一基准电压给LM1524,该基准电压在0∽+5V之间变化,随着基准电压的增加LM1524的11脚和14脚输出的方波即变宽,加给中子发生器的靶压也就升高;反之,则降低。
HU1单片机还对靶压信号VT进行采样,采样信号VT′经过HU1处理由通信线送到TU1,并由TU1转发到地面显示。
附图3:中子发生器高控短节部局/连线图。
第三部分:该系统目前存在的问题
目前,该系统还存在以下问题,需要我们做进一步的改进,这也是我们一直努力的方向:
1、 按照最初的设计,地面系统应是便携式的,从其名称“便携式数控测井地面系统”就可以看出来,但事实上并不是这样,两个很笨重的箱体,给从事测井工作的同志带来了极大的不便。我们的目标是:一个真正能手提的或者至少一个人能够搬移的箱体+一台笔记本电脑!实现真正意义上的便携。
2、目前,所有的地面软件都是基于WINDOWS98系统而编写的,而WINDOWS98系统的陈旧和必然淘汰是众所周知的,况且,WINDOWS98系统在资源共享方面的缺陷也给测井工作带来了一定的困难。如非法操作;如有时测井软件不能正常工作,需要启动一次测试软件,再重新进入测井软件;如60秒的谱周期不能显示,而40秒的谱周期却能够显示等等。所以,一套基于更版本操作系统的测井软件,也是我们所共同期待的。
3、电路设计方面的问题是,阳极电压Va偏低。由于该仪器是在原SMJ中子寿命仪器的基础上改进的,所以该仪器才具有中子寿命测井和氧活化水流测井两大功能。但是,为了兼顾两者,也带来了一定的矛盾,即中子寿命测井方式下,靶压是连续加给中子发生器的,而阳极电压Va却是方波(这是由SU1所产生的基本信号决定的),这就需要离子源电路有放电回路,放电回路就必须承受与Va一样大的耐压,目前的放电回路主要是由3个W30N120组成的,每个W30N120承受600V的分压,故Va最大为1800V。这样,与中子发生器所要求的阳极电压Va为2200V—2400V相比,中子发生器几乎是不能正常工作的。我认为这就是该仪器目前不能很好的进行中子寿命测井的主要原因,也同样是氧活化水流测井时电离电流Ia和靶压VT不稳的主要原因。但若改动SU1的程序,必然造成两种测井功能不能兼顾;若升高阳极脉冲变压器T2的输出电压,则放电回路就会承受不了。我们也同样在于这一问题的改善。