趙遠(yuǎn)航 尹立山 白麗麗 劉師成 劉永楓

（1.東北石油大學(xué)電氣信息工程學(xué)院；2.大慶鉆探工程公司測井公司儀器維修中心）

在井徑測試中，井徑參數(shù)具有重要意義，是油田地質(zhì)分析和作業(yè)施工時參考的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)之一， 井徑參數(shù)的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到油井的安全和原油的產(chǎn)量。 井徑測試儀是獲得井徑參數(shù)的重要測井設(shè)備， 井徑測試儀的性能直接影響最終測量結(jié)果的準(zhǔn)確性， 井徑測試儀的核心部件是井徑電位器， 因此井徑電位器精度檢測環(huán)節(jié)至關(guān)重要［1~3］。

我國油田工程實際生產(chǎn)過程中，井徑電位器的檢測尚處于手工作業(yè)模式階段，手工作業(yè)模式對于工程技術(shù)人員的個人檢測技能要求極高，并且檢測的準(zhǔn)確性容易受到測試人員個人因素的影響，因此人為測試誤差難以避免［4］。在井徑測試儀下井前，必須對井徑電位器進行檢測，人工檢測電位器的模式不僅耗時、耗力、成本高，而且不能保障檢測精度。 隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，測井市場對測井儀器的精度、測井的效率和測井成功率的要求日益升高，而多路井徑電位器自動檢測裝置可以有效替代人工作業(yè)模式，這樣既能控制生產(chǎn)成本，提高檢測效率，又可以避免人工操作的諸多不確定因素，進而提高測井?dāng)?shù)據(jù)的可靠性，為油井的后續(xù)生產(chǎn)提供更科學(xué)性的參考數(shù)據(jù)［5~7］。

1 井徑測試儀的工作原理

井徑測試儀由井徑測量部分和伸縮傳動部分組成。井徑測量時，4 個各自獨立且均被放開的測量臂隨同被測井眼的大小運動，每個測量臂帶動一個井徑電位器，電位器的位移變量即井徑測量臂的收放角度，4 個井徑電位器的位移變量經(jīng)過變換處理，以電壓量形式直觀地呈現(xiàn)在計算機中。 伸縮傳動部分由帶有齒輪減速器的永磁直流電動機、連桿等部件共同組成，在地面儀的控制下完成測量臂的收放功能［8］。 井徑測試儀模型如圖1 所示。

圖1 井徑測試儀模型

井徑測試儀的原理基于滑動變阻器，即以輸入、輸出電壓信號為采集數(shù)據(jù)，并將采集的電壓信號進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在實際井徑測量操作中，4 個測量臂中任意一個測量臂位移發(fā)生變化時，均會帶動相應(yīng)井徑電位器上的滑動桿同時滑動，測量臂在彈簧力的作用下發(fā)生伸縮，將測量臂的伸縮變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化［9］。 當(dāng)給滑動電阻通以一定強度的電流后即可將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，從而間接地反映井口井徑的變化［10，11］。使用換算模型可計算出井徑，完成實際的數(shù)據(jù)測量。 井徑測試儀的工作原理如圖2 所示。

圖2 井徑測試儀的工作原理

2 誤差分析及影響

2.1 產(chǎn)生誤差的原因

在實際井徑測算的操作過程中，井徑電位器產(chǎn)生誤差的原因主要有以下3 點：

a. 電位器的工作過程較為復(fù)雜，諸多不確定因素均會導(dǎo)致電位器無法正常工作， 例如斷點、虛接及接觸不良等現(xiàn)象。 當(dāng)井徑電位器出現(xiàn)故障時，技術(shù)操作人員需要用手重復(fù)推拉電位器進行輔助檢測，人工操作很難實現(xiàn)準(zhǔn)確控制是造成誤差的主要原因之一。

b. 技術(shù)操作員須通過萬用表所顯示的數(shù)據(jù)對設(shè)備進行相應(yīng)的調(diào)整和完善。 由于萬用表的數(shù)值非固定值，技術(shù)操作員讀錯數(shù)值時，會造成電位器檢測失誤， 使測算結(jié)果與實際情況產(chǎn)生誤差。

c. 技術(shù)操作員在測算過程中使用的彈簧具有極大的彈力，實際過程中則需用手指反復(fù)推動彈簧，此方法測量的效率較低，極易造成數(shù)據(jù)結(jié)果的偏離。

2.2 誤差帶來的影響

井徑電位器的誤差，不僅會造成使用成本的增加，而且若對整個井徑電位器所測算的對象錯誤定性，將會造成巨大的經(jīng)濟損失：

a. 對于一支無問題的電位器， 若誤判其性能，則會造成單支電位器的浪費；

b. 在檢測過程中，若技術(shù)操作員無法迅速確定存在故障的電位器，則只能將4 只電位器全部淘汰，造成更大的經(jīng)濟損失；

c. 若損壞的電位器被技術(shù)檢測員誤判為無損，繼續(xù)使用在井徑測試儀上，則會得出錯誤的井徑測試數(shù)據(jù)，影響油田的安全優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。

3 解決方案

多路井徑電位器自動檢測裝置采用電流法測量原理， 且運用低電壓測量高電阻的方法，儀器可通過多個通道獲得電壓信號，經(jīng)計算機處理實現(xiàn)井徑電位器的檢測。 由于該裝置采用全新的設(shè)計方法和微型計算機處理技術(shù)，可有效提高井徑電位器檢測工作的準(zhǔn)確性和效率。 該多路井徑電位器自動檢測裝置由機械結(jié)構(gòu)、硬件電路和軟件分析系統(tǒng)3 個部分組成，可大范圍替代手工檢測電位器的工作。 多路井徑電位器自動檢測裝置3D 模擬圖如圖3 所示。

圖3 多路井徑電位器自動檢測裝置3D 模擬圖

3.1 機械結(jié)構(gòu)

在檢測系統(tǒng)中設(shè)置多個可伸縮的桿狀分支結(jié)構(gòu)，將電位器固定在檢測設(shè)備上，調(diào)整好電位器后將伸縮桿鎖定，防止電位器滑動；通過電機提供動力，驅(qū)動擋板擠壓連桿，將電機固定在擋板上并使電機與傳動輪銜接，使電機不隨擋板發(fā)生位移；采用線性往復(fù)絲杠帶動3 個推動軸作為動力， 在低速電機驅(qū)動條件下，可以同時推動3 組電位器，實現(xiàn)對多組電位器同時檢測，以提高檢測效率。井徑測試儀機械結(jié)構(gòu)正面如圖4 所示。

圖4 井徑測試儀機械結(jié)構(gòu)

3.2 硬件電路

電路部分采用的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)是以USB 多路模擬數(shù)據(jù)為采集模塊，從多條通道得到的電壓信號經(jīng)過緩沖、陷波、放大、低通濾波、A/D 轉(zhuǎn)換，再由接口和邏輯控制電路發(fā)送給計算機進行控制和數(shù)據(jù)處理，并將結(jié)果通過屏幕顯示。 通道的開啟由電子模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)控制。 硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖5 所示。

圖5 井徑測試儀硬件結(jié)構(gòu)框圖

3.3 軟件分析系統(tǒng)

軟件部分采用電位器采集專用系統(tǒng)，此系統(tǒng)可及時有效地采集各路電位器的檢測數(shù)據(jù)，并且通過計算機運用算法對比， 將所得數(shù)據(jù)進行分析、處理，建立電位器故障分析模型，模型中不同故障問題表現(xiàn)出不同的圖像或曲線，可直觀地在屏幕上呈現(xiàn)并準(zhǔn)確判斷所屬故障類型。 同時建立測試數(shù)據(jù)采集、顯示和存儲系統(tǒng)，測量的歷史數(shù)據(jù)可存儲為曲線、電子表格等形式，以便于進行歷史數(shù)據(jù)分析。 最后搭建測試平臺進行樣機調(diào)試， 并進行樣機可靠性的現(xiàn)場測試分析。 基于C語言的軟件程序流程如圖6 所示。

4 多路井徑電位器實物檢測

以現(xiàn)場采購的一個批次的電位器作為樣本進行測試分析。

以檢測60 支電位器為例， 已知合格產(chǎn)品56支，將4 支故障電位器混入其中后分為10 組，每組6 支分別進行手工檢測和多路井徑電位器自動檢測，每組檢測平均時間數(shù)據(jù)對比見表1。

圖6 軟件程序流程

表1 檢測平均時間數(shù)據(jù)對比 s

由表1 數(shù)據(jù)可知， 自動檢測總平均時間為29.4s，手工檢測總平均時間為300.2s，檢測效率提高了近十倍。

通過使用多路井徑電位器自動檢測裝置，檢測出電位器中有4 組存在故障的電位器，通過手工檢測僅檢測出1 組存在故障的電位器。 由此可知，與傳統(tǒng)的手工檢測相對比，該自動檢測裝置不僅將測量精度提升至99.5%以上， 而且檢測效率比傳統(tǒng)的人工檢測提高近十倍。

5 結(jié)束語

針對人工檢測井徑電位器存在的費時費力、精度低等問題，研制了多路井徑儀電位器自動檢測裝置。 通過現(xiàn)場測試，并與手工檢測對比，該裝置不僅將檢測效率提高了十倍，且測量精度達到了99.5%， 從而驗證該裝置可在多數(shù)情況下替代人工手動檢測，提高經(jīng)濟收益，對油田企業(yè)的智能化檢測具有積極的推動作用。