張雄輝 蔡志明 常 周 游 暢 楊永剛 吉 兆 羅曉密

(川慶測(cè)井公司 重慶)

小型化KGXX3516通訊適配儀的研制

張雄輝 蔡志明 常 周 游 暢 楊永剛 吉 兆 羅曉密

(川慶測(cè)井公司 重慶)

小型化KGXX3516通訊適配儀是一種配接ECLIPS5700成像測(cè)井系統(tǒng)的下井儀器。它耐高溫200℃、耐高壓160 MPa、直徑最小可達(dá)76 mm、測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)緊湊,可掛接非WTS儀器如雙側(cè)向、井徑、薄層電阻率等測(cè)井儀器。文章對(duì)該測(cè)井儀的研制進(jìn)行了介紹。

KGXX3516;通訊適配儀;小型化

0 引 言

近年來(lái),川渝地區(qū)加大了超深井開(kāi)發(fā)力度,7 000 m左右的高溫、高壓井越來(lái)越多,鉆到井底時(shí)井眼已經(jīng)小到105 mm左右,急需小直徑耐高溫高壓測(cè)井儀器來(lái)滿足勘探開(kāi)發(fā)需要;同時(shí)川慶測(cè)井公司90年代從國(guó)外引進(jìn)的耐溫175℃、耐壓140Mpa的ECLIPS5700成像測(cè)井系統(tǒng)的井下儀器在滿足勘探開(kāi)發(fā)需求上已存在著較多問(wèn)題:①設(shè)備老化,電路陳舊,需更新;②國(guó)外技術(shù)封鎖,配件難尋;③該類儀器系國(guó)外90年代產(chǎn)品,耐溫、耐壓指標(biāo)難以滿足目前高溫高壓井測(cè)井要求。為了滿足勘探開(kāi)發(fā)的生產(chǎn)需要,以現(xiàn)有5700地面測(cè)井系統(tǒng)為基礎(chǔ),研制超高溫、超高壓井下測(cè)井儀,滿足在超深井的超高溫、超高壓的環(huán)境條件下的施工測(cè)井要求,因此研制小型化KGXX3516通訊適配儀[1]具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 設(shè)計(jì)思路

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,出現(xiàn)了超高溫低功耗元器件、厚模電路、CPLD/FPGA大規(guī)模邏輯可編程技術(shù)、DSP數(shù)字濾波、PSOC[2、3]可編程片上系統(tǒng)等新技術(shù),為研制小型化KGXX3516通訊適配儀提供了有利條件。

可編程片上系統(tǒng)(PSOC)是一種微控制器,是一種基于混合信號(hào)SOC基本原理的全新器件,具有靈活性高、可編程等優(yōu)點(diǎn);采用可編程片上系統(tǒng)可以大大縮小儀器電路的體積,提高儀器可靠性、增強(qiáng)抗干擾能力、降低功耗、減少發(fā)熱量,提高儀器耐溫性能。

小型化KGXX3516通訊適配儀采用PSOC(可編程片上系統(tǒng))單片微處理器控制等最新電子技術(shù),能夠在芯片內(nèi)部完成命令解碼、數(shù)據(jù)編碼、信號(hào)放大、濾波、A/D采樣等功能,簡(jiǎn)化了儀器的模擬、數(shù)字電路,大大縮小儀器體積。

2 儀器功能與結(jié)構(gòu)

2.1 儀器功能

KGXX3516在ECLIPS5700地面系統(tǒng)的控制下工作。地面系統(tǒng)下發(fā)給KGXX3516的命令發(fā)至3514遙測(cè)通訊儀的復(fù)述板,命令在復(fù)述板上被放大整形,轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的曼徹斯特碼,再送到3514下部的儀器總線上,KGXX3516從儀器總線上接收命令信號(hào),在信號(hào)處理板上由PSOC(可編程片上系統(tǒng))內(nèi)軟件進(jìn)行曼碼解碼,根據(jù)命令中的地址確認(rèn)命令,發(fā)出相應(yīng)的控制,控制本儀器工作。KGXX3516的功能框圖如圖1所示,儀器按功能包括:

圖1 小型化KGXX3516的功能框圖

電源單元:產(chǎn)生+5 V工作電源和+180 V、-180 V換檔電源;

控制單元:用于命令接收、數(shù)據(jù)上傳、控制換檔、控制采集,主要由PSOC(可編程片上系統(tǒng))來(lái)實(shí)現(xiàn);

采集單元:采集模擬、脈沖信號(hào),主要由PSOC(可編程片上系統(tǒng))來(lái)實(shí)現(xiàn);

換擋繼電器單元:用于實(shí)現(xiàn)不同的儀器組合和下傳換檔電壓。

2.2 儀器結(jié)構(gòu)

KGXX3516采用了較小的保溫瓶結(jié)構(gòu),在保溫瓶里主要有以PSOC(可編程片上系統(tǒng))芯片為核心的控制電路、通訊電路、信號(hào)采集電路、繼電器換擋電路。直流穩(wěn)壓電源板及電源變壓器等放在保溫瓶外。

3 軟件設(shè)計(jì)

KGXX3516控制軟件主要由兩部分構(gòu)成,一是上位機(jī)程序,完成的主要功能有實(shí)時(shí)接收遙測(cè)通訊儀3514轉(zhuǎn)發(fā)的系統(tǒng)命令,并準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)解碼,根據(jù)命令控制下位機(jī)采集模擬信號(hào)、脈沖信號(hào),控制相關(guān)的下部?jī)x器進(jìn)行換檔以及上傳采集的數(shù)據(jù);二是下位機(jī)程序,在上位機(jī)控制下進(jìn)行采集模擬信號(hào)與脈沖信號(hào)。

3.1 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

上位機(jī)程序運(yùn)用C語(yǔ)言和M8C匯編語(yǔ)言混合設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。程序采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì),程序主要實(shí)現(xiàn)以下幾方面的功能:初始化,控制下位機(jī)采集數(shù)據(jù),與系統(tǒng)之間建立通訊,采集部分信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器和高壓換檔電源的控制。

以上程序模塊中,通訊程序是上位機(jī)軟件的核心,整個(gè)軟件運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性,均依賴這兩個(gè)程序,通訊程序要求很高的實(shí)時(shí)性,程序的運(yùn)行時(shí)間精度要達(dá)到微妙級(jí)誤差,故程序采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。上位機(jī)的核心程序是對(duì)曼徹斯特編碼的命令解碼及對(duì)曼徹斯特編碼的數(shù)據(jù)編碼上傳。整個(gè)上位機(jī)程序在運(yùn)行時(shí)處于不間斷循環(huán)運(yùn)行的狀態(tài),隨時(shí)接收系統(tǒng)發(fā)來(lái)的命令,儀器受控于測(cè)井系統(tǒng)。上位機(jī)程序流程如圖2所示。

圖2 上位機(jī)程序流程

3.2 下位機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)

下位機(jī)軟件程序運(yùn)用C語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。程序結(jié)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì),程序主要實(shí)現(xiàn)以下幾方面的功能:初始化,與上位機(jī)之間建立通訊,采集模擬、脈沖信號(hào),對(duì)采集的信號(hào)實(shí)現(xiàn)格式轉(zhuǎn)換,校正采集數(shù)據(jù)等處理。下位機(jī)程序流程如圖3所示。

圖3 下位機(jī)程序流程

4 儀器主要技術(shù)指標(biāo)

供電電源: AC180 V±10 V,25 mA±5 mA

最大環(huán)境工作溫度:200℃(2 h)

最大環(huán)境工作壓力:160 MPa

最小工作井眼直徑:100 mm(外徑為Φ76 mm時(shí))

儀器直徑:Φ76 mm∽Φ92.2 mm

儀器長(zhǎng)度:1 640 mm

最高測(cè)速:60 m/min

5 應(yīng)用效果

小型化KGXX3516通訊適配儀研制完成后,先后在川慶測(cè)井公司教學(xué)實(shí)驗(yàn)井及川渝地區(qū)三口井與5700系列的進(jìn)口儀器進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比測(cè)井,該儀器所測(cè)得的雙側(cè)向曲線、井徑曲線與原裝進(jìn)口3516儀器所測(cè)得的曲線一致,證明了KGXX3516能夠正確、穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)下井儀器與地面系統(tǒng)的通信,并把非WTS儀器的信號(hào)準(zhǔn)確地采集后上傳到地面系統(tǒng);測(cè)井曲線質(zhì)量良好;儀器的一致性、重復(fù)性和穩(wěn)定性都達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo),通過(guò)了測(cè)井資料驗(yàn)收。四臂井徑、恒功率雙側(cè)向測(cè)井資料對(duì)比如圖4所示。

圖4 四臂井徑、恒功率雙側(cè)向測(cè)井資料對(duì)比

6 結(jié) 論

小型化KGXX3516通訊適配儀與ECLIPS5700成像地面測(cè)井系統(tǒng)掛接,充分利用ECLIPS5700系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和處理軟件的現(xiàn)有功能,提供針對(duì)超深井勘探的測(cè)井服務(wù)。該儀器經(jīng)過(guò)多次測(cè)井,證明儀器已達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo),完全兼容5700成像測(cè)井系統(tǒng),與進(jìn)口3516XA相比,其可靠性、穩(wěn)定性同等。

[1] Baker Atlas.Manual of 3516XA WTS SLAM ADAPTER.2001(資料)

[2] 葉朝輝,華成英.可編程片上系統(tǒng)(PSoC)原理與實(shí)訓(xùn)[M].北京:高等教育出版社,2008

[3] Cypress Semiconductor Corporation.DataSheet of CY8C29-X66_E.2004-2006(資料)

PI,2010,24(6):17～18,21

KGXX3516 is a compacted WTS Slam Adapter for ECLIPS5700.With diameter only 76 mm it can bear maximumpressure of 160 MPa and run in environment of 200℃for 2 hours.Instruments such as DLL(The Dual Laterolog),caliper and TBRt(Thin Bed Resistivity)etc are KGXX3516 compatible.This article introduces the design of KGXX3516.

Key words:compacted;KGXX3516;WTS Slam Adapter

Design of a compacted WTS slam adapter KGXX3516.

Zhang Xionghui , Cai Zhiming , Chang Zhou , You Chang , Yang Yonggang , Ji Zhao and Luo Xiaomi.

P631.8+1

B

1004-9134(2010)06-0017-02

張雄輝,男,1965年生,高級(jí)工程師,1991年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院電子儀器及測(cè)量技術(shù)專業(yè),獲學(xué)士學(xué)位。現(xiàn)在川慶測(cè)井公司從事石油儀器的研發(fā)和生產(chǎn)管理工作。郵編:400021

2010-07-12編輯:姜 婷)