張玉芹 隋曉林

(大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江大慶)

小直徑渦流套損檢測儀曼碼通訊格式的實(shí)現(xiàn)

張玉芹 隋曉林

(大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江大慶)

小直徑渦流套損檢測儀能在油管內(nèi)同時檢測油水井各層管柱的壁厚變化(腐蝕)及破損情況,節(jié)省了檢測套損時起下油管的時間和作業(yè)費(fèi)用,是油水井套損監(jiān)測和普查的重要手段。將儀器數(shù)據(jù)通訊格式改為常用的曼碼格式可提高儀器對地面儀的適應(yīng)性,應(yīng)用也更加簡便。

檢測儀;套損;曼碼;傳感器

0 引 言

隨著油田的開發(fā)深入,套損現(xiàn)象越來越嚴(yán)重,應(yīng)用小直徑渦流套損檢測儀進(jìn)行測井可以在不影響生產(chǎn)的情況下,方便地對油水井油、套管損傷狀況同時進(jìn)行可靠檢測,同時節(jié)省了起下油管的時間和作業(yè)費(fèi)用,是油水井套損監(jiān)測和油田區(qū)塊套損普查的重要技術(shù)手段之一,可為油水井套損修復(fù)和預(yù)測提供大量信息。隨著推廣應(yīng)用的全面展開,儀器與常規(guī)地面系統(tǒng)之間方便配接日益重要,原來的傳輸編碼方式不是普遍使用的曼切斯特編碼型式標(biāo)準(zhǔn),需要單獨(dú)的解碼面板。因此,有必要進(jìn)行改造成通用編碼方式,使之能與常用地面儀器進(jìn)行更好配接。

1 儀器工作原理

儀器的工作原理框圖如圖1所示,儀器主要由井下電源模塊、多組傳感器及各自的激勵與接收電路、數(shù)據(jù)采集處理和A/D轉(zhuǎn)換電路、控制電路等模塊電路組成。其中,井下電源模塊將電纜的直流供電轉(zhuǎn)換成井下各單元電路所需的各種電壓;多組傳感器及其附屬電路負(fù)責(zé)電磁激勵的產(chǎn)生,同時還響應(yīng)管壁產(chǎn)生的二次磁場形成接收信號;數(shù)據(jù)采集-處理-A/D轉(zhuǎn)換模塊完成傳感器接收信號的分時采集、處理及數(shù)字化;編碼電路則配合單片機(jī)程序指令,將記錄的數(shù)據(jù)編碼形成曼徹斯特碼數(shù)據(jù)流,經(jīng)驅(qū)動后經(jīng)電纜直接上傳到地面系統(tǒng);單片機(jī)控制模塊電路是整個電氣系統(tǒng)的核心,它通過編程實(shí)現(xiàn)了對各相關(guān)模塊電路的控制及數(shù)據(jù)編碼。

圖1 儀器工作原理框圖

2 曼碼格式

2.1 曼徹斯特編碼特點(diǎn)

在數(shù)字電路中常采用如圖2(a)所示的不歸零碼,即用高電平和零電平分別表示二進(jìn)制數(shù)碼的“1”和“0”,這種數(shù)字電平信號因含有直流分量,不適用于電纜傳輸。曼徹斯特編碼規(guī)則特點(diǎn)是:“0”和“1”均在位元中心處發(fā)生跳變,且“0”為從高向低的負(fù)跳變,“1”為由低向高的正跳變,如圖2(b)所示。結(jié)合雙極性脈沖信號干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn),常將曼徹斯特碼上升沿處理為正脈沖,下降沿處理為負(fù)脈沖,得到雙極性的歸偏曼徹斯特碼如圖2(c)所示。

圖2 曼徹斯特碼形圖

2.2 實(shí)現(xiàn)方式

曼碼傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方式較多[1],最簡便可靠的方法是采用專用芯片(如HD15530),再外加一些數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)字節(jié)到串行曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)換。但由于專用芯片及附屬數(shù)字芯片體積較大,導(dǎo)致井下電路過于復(fù)雜、龐大,這種實(shí)現(xiàn)方法僅在大直徑的工程測井儀器中獲得了廣泛應(yīng)用,在小直徑儀器中鮮見報(bào)道。結(jié)合本儀器內(nèi)徑小,長度有限的具體實(shí)際,決定用單片機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)曼徹斯特編碼傳輸,即用軟件實(shí)現(xiàn)硬件電路的功能,以減少電路元件數(shù)目。

圖3是曼碼一幀數(shù)據(jù)格式,每幀數(shù)據(jù)長度為20位,前3位是同步位,同步位中間是上升沿表示數(shù)據(jù)同步,如圖示,下降沿則是命令同步。中間16位是數(shù)據(jù)信息,最后一個是奇偶校驗(yàn)位。軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)曼徹斯特編碼就是用軟件來模擬曼碼的時序特點(diǎn),將數(shù)據(jù)字轉(zhuǎn)換成曼碼格式的串行數(shù)據(jù)流,由單片機(jī)I/O口輸出[2]。

圖3 曼碼幀格式

一幀曼碼數(shù)據(jù)發(fā)送包含了3位的同步發(fā)送,2字節(jié)(16位)數(shù)據(jù)發(fā)送,及1校驗(yàn)位的發(fā)送。圖3b是單字節(jié)數(shù)據(jù)的曼碼發(fā)送流程圖,數(shù)據(jù)首先送入寄存器A,遂位右移,然后判斷移出位是“0”還是“1”,根據(jù)結(jié)果在I/O口輸出相應(yīng)的正跳變或負(fù)跳變。正負(fù)跳變中高低電平延遲時間T可用定時器來精確定時?！巴健奔啊靶ｒ?yàn)”位的發(fā)送原理同上。為了在電纜上可靠傳輸,還將I/O口輸出的曼碼串行信號處理成了圖4所示的歸偏碼形式[3]。

圖4 單字節(jié)數(shù)據(jù)的曼碼發(fā)送流程圖

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在室內(nèi)通過發(fā)送已知數(shù)據(jù)幀的方式對模擬曼碼編碼傳輸方式進(jìn)行了檢測,模擬電纜為5 500 m7芯電纜(僅用1芯),接收解碼系統(tǒng)為PL2000便攜式采集系統(tǒng)。結(jié)果表明,便攜系統(tǒng)可對模擬發(fā)送的曼碼數(shù)據(jù)流進(jìn)行正確解碼。圖5是編碼信號的示波器部分截圖。

圖5 編碼信號的示波器部分截圖

3 結(jié) 論

經(jīng)模擬傳輸實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,上述編碼方式結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、性能穩(wěn)定、誤碼率較低,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。由于該編碼方式是通過軟件實(shí)現(xiàn)的,具有較大的靈活性,可滿足其它小直徑儀器類似編碼傳輸應(yīng)用需求。

[1] 余永權(quán).ATMEL 89系列單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002

[2] 清華大學(xué)電子學(xué)教研室.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,1985

[3] 龔 捷.接口技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008

Zhang Yuqin and Sui Xiaolin.Achievement of Manchester code communication format in small-diameter eddy current casing damage detector.PI,2010,24(3):28～29

The small-diameter eddy current casing damage detector can simultaneously examine oil layer thickness variation of tubing(corrosion)and damage condition in oil water wells in,saving time and cost of tubing pulling job in casing inspection.it is an important means of monitoring and surveying the oil water wells′casing damage.Change the instrument′s data communication format into Manchester format can improve the instrument adaptation to the instrument on the ground,applications are more convenient.

casing damage;Manchester code;sensor

TE28

B

1004-9134(2010)03-0028-02

張玉芹,女,1963年生,助理技師,1983年畢業(yè)于大慶技校,現(xiàn)在大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司第十一大隊(duì)從事測井儀器維護(hù)工作。郵編:163153

2009-10-17 編輯:高紅霞)

·開發(fā)設(shè)計(jì)·