熊文晉，馬榕佐，徐建新 肖紅梅，湯繼剛，馮光輝 （河南油田測井公司，河南南陽473132）

測井三參數(shù)校驗平臺的研制

熊文晉，馬榕佐，徐建新 肖紅梅，湯繼剛，馮光輝 （河南油田測井公司，河南南陽473132）

測井平臺三參數(shù)儀器測量的是井下儀器張力、溫度、泥漿電阻率，其中井下儀器張力測量是測井施工安全進行的保障。介紹了測井平臺三參數(shù)校驗平臺的機械結構、技術特點、電路原理、儀器刻度方法，以及該裝置在測井安全施工中的重要作用。并通過對HH2530測井平臺三參數(shù)儀器進行校驗，驗證了該校驗裝置的測量精度。

測井平臺；三參數(shù)；張力；校驗；刻度

2008年以來，隨著油田增儲上產(chǎn)的步伐加快，水平井和大斜度井越來越多，對測井工藝的要求越來越高；測井平臺三參數(shù)儀器是在水平井和大斜度井施工中必不可少的儀器，其張力測量系統(tǒng)是保證測井施工順利進行的必要條件。對張力參數(shù)的校驗和刻度參照國內外的校驗平臺，根據(jù)實際應用，研制出通用的三參數(shù)校驗平臺，經(jīng)過現(xiàn)場測井試驗及以后的測井施工，取得了滿意的效果。

1 校驗平臺主要結構及工作原理

測井平臺三參數(shù)張力校驗裝置主要由基座、顯示盒、堵頭、堵帽 （裝有張力傳感器）等組成 （見圖1），將所要做試驗的三參數(shù)儀器裝上堵頭和堵帽，放入基座內，接上顯示盒和測試儀即可對該儀器進行拉力及壓力試驗。

該裝置采用機械絲杠來傳遞張力和壓力，通過手動機械絲杠提供設備動力，轉動轉盤帶動絲杠動作，儀器連接裝置隨著機械絲杠一起活動，而帶動被校驗儀器在水平方向來回移動，通過作用力與反作用力實現(xiàn)對被校驗儀器的拉伸或擠壓；順時針轉動轉盤為張力，逆時針轉動為壓力。通過對比標準張力傳感器的讀數(shù)和地面顯示的被校驗儀器的測量值，可以得出儀器張力值的準確度和精確度。該校驗臺的主要技術參數(shù)如下：張力測量范圍0～5000kg；壓力測量范圍0～3000kg；張壓力測量精度±10kg；張壓力裝置連續(xù)行程最大50mm。

圖1 三參數(shù)張力校驗裝置示意圖

2 校驗平臺技術特點

2.1 標準張力計的工作原理

三參數(shù)張力校驗裝置的標準張力值由標準張力計提供，張力計的張壓力測試系統(tǒng)原理圖見圖2。張力測試系統(tǒng)內部的電阻應變片在外校力作用下隨彈性體一起發(fā)生物理形變，傳感器將物理形變轉換成電阻變化，并通過惠斯登電橋檢測電路將應變片電阻變化轉換成電壓輸出。然后通過差分放大電路將傳感器輸出電信號進行放大，再通過顯示器內部V/F變換器完成A/D轉換，將模擬電信號轉換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過顯示驅動電路將張力數(shù)值顯示在液晶顯示屏上。以達到拉壓試驗和張力數(shù)據(jù)采集的目的。

圖2 張壓力測試系統(tǒng)原理流程圖

2.2 校驗平臺模擬電路部分

為了提高傳感器的抗干擾性能和溫度補償性能，設計時采用了惠斯登電橋測量電路，設計放大電路時，對傳統(tǒng)固定放大倍數(shù)的差分放大電路進行了改進，實現(xiàn)了不同靈敏度的傳感器，在經(jīng)過放大電路后其最大輸出信號均基本保持不變，從而保證了傳感器的穩(wěn)定性。差分放大電路見圖3。

圖3 部分模擬電路圖

圖3中，R6、R7、W1/2及 （R3＋W1）/2這4個電阻組成一個橋式電路，然后S＋ 和S－差分輸入到AD620AN的2、3端，經(jīng)過放大后 （放大倍數(shù)由7、8端之間的電阻值決定）再經(jīng)過R4輸出［1］。調節(jié)W3可以改變輸出的基線。

2.3 校驗平臺數(shù)字電路部分

單片機ATMEGA16是該測量儀的中心，AD574為A/D轉換器，LCD為字符型液晶顯示模塊，in為模擬電路的輸出信號。J1輸入經(jīng)過N1跟隨后送給AD轉換器AD574，輸入到AD574的電壓信號經(jīng)模數(shù)轉換成數(shù)字量后輸入到單片機ATMBGA16還原成模擬量，然后輸出到LCD進行顯示［2］。

3 校驗平臺刻度方法

3.1 刻度原理

任何儀器都需要有一個標準刻度來完成對未知信號的測量任務，測井刻度的目的就是求取測井儀器的刻度因子K值，確定儀器的輸入輸出關系，從而消除系統(tǒng)誤差，提高儀器的精確度。通常是用模擬的方法來使儀器產(chǎn)生一定的標準信號，該模擬的過程可以通過理論計算，以通過試驗的方法導出。該儀器的張力傳感器采用的是應變式測力傳感器，采用四臂橋式應變計，4個傳感臂都有一個應力片組成，每4個定值應變計粘貼在彈性元件上接成橋路。每當儀器遇阻或遇卡時，彈性元件產(chǎn)生形變而引起電阻變化，而引起輸出電壓的變化，輸出電壓就是所需要的張力信號。

3.2 刻度步驟

1）將所要校驗的三參數(shù)儀器裝上堵頭和堵帽水平放在張力校驗裝置內，兩端分別插上銷。

2）將標準張力計的電纜接到顯示盒上，將堵頭出來電纜接到TGR儀器上，經(jīng)過TGR儀器處理后傳回地面系統(tǒng)。插上電源，打開顯示盒和測試儀的電源開關，將測試儀上的調壓器調到250V，注意電流值變化。

3）轉動轉盤對儀器施加張壓力，順時針轉動轉盤為張力，逆時針轉動轉盤為壓力，測量的同時記錄地面系統(tǒng)顯示的實際張力值和校驗裝置顯示盒上顯示的標準張力計的輸出值 ，根據(jù)統(tǒng)計學中的標準方差利用曲線擬和的方法對所測數(shù)據(jù)進行處理，求出刻度因子K值。

4）如果發(fā)現(xiàn)儀器所測的張力值與標準張力計所測得的張力值誤差過大，則可以通過在地面系統(tǒng)調節(jié)K值的大小，使儀器所測的張力值趨近于標準張力計所測得的張力值，以減小兩者之間的誤差。

對HH2530系列井下儀器中的0731號三參數(shù)儀器進行了刻度，其張力刻度數(shù)據(jù)表如表1所示。

表1 0731號三參數(shù)儀器張力刻度數(shù)據(jù)

4 應用情況

在校驗平臺研制成功后，對多個三參數(shù)儀器進行了張、壓力校驗，發(fā)現(xiàn)有兩個三參數(shù)儀器的張、壓力誤差遠大于技術要求，無法在系統(tǒng)內部調整。為此對儀器進行維修后，再次校驗，兩個儀器張、壓力誤差均達到技術手冊要求。

該裝置適用于各種測井平臺，利用它來對測井電纜張力測試儀器進行檢測，能保證張力儀器測得電纜頭張力數(shù)據(jù)的準確性和測井工作的正常進行，為測井施工安全提供保障，為油田可持續(xù)發(fā)展提供后勁，具有非常重要的意義。

［1］陳光東，趙性初.單片微型計算機原理與接口技術 ［M］.第2版.武漢：華中科技大學出版社，1999.111～114.

［2］康華光.電子技術基礎模擬部分 ［M］.第4版.北京：高等教育出版社，1998.330～332.

P631.84

A

1000－9752（2011）06－0236－03

2011－03－20

熊文晉 （1985－），女，2007年長江大學畢業(yè)，助理工程師，現(xiàn)主要從事測井儀器維修工作。

［編輯］ 龍 舟