李志林(中海油田服務(wù)股份有限公司，廣東 湛江 524057)

1 設(shè)計思路

測井作業(yè)過程中張力棒和直線器分別提供張力、深度、磁性記號(磁性記號(MMD))等輔助信號，通過拖撬的Interface(接口)板中轉(zhuǎn)到采集面板處理，然后分別在測井系統(tǒng)和絞車面板顯示，以便作業(yè)人員掌控測井過程[1]。針對深度、張力、磁性記號輔助信號在絞車面板上顯示值錯誤和絞車面板通訊時好時壞等問題，導(dǎo)致現(xiàn)場無法正常作業(yè)。同時，由于實驗室條件有限，作業(yè)繁忙時也沒有空閑的測井托撬可以使用，導(dǎo)致實驗室對輔助信號故障的維修較難進(jìn)行等。為解決實驗室檢測輔助信號的窘境，設(shè)計了電纜測井地面輔助信號測試系統(tǒng)，用來模擬深度、張力和磁性記號輔助信號，讓輔助信號的故障排查更加順利，也為輔助信號的采集面板維修帶來便利，本文分步介紹該系統(tǒng)的設(shè)計思路和使用方法。

1.1 使用配件及特性

1.1.1 馬達(dá)

110 VDC供電直流馬達(dá)，馬達(dá)內(nèi)部含有減速機構(gòu)，可以根據(jù)輸入電壓的大小實現(xiàn)轉(zhuǎn)速快慢調(diào)節(jié)；同時也能通過輸入正電壓或者負(fù)電壓實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。

1.1.2 深度編碼器馬丁代克

測井電纜穿過馬丁代克，運行的測井電纜帶動馬丁代克的測量輪旋轉(zhuǎn)，同步旋轉(zhuǎn)的光電編碼器輸出脈沖信號，計量電纜運行的深度、速度。供電5 V，輸出脈沖為1 280 脈沖/m，轉(zhuǎn)動一圈為0.5 m[2]。采用鈦合金材料，具有強度高，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠的特點。緊固件均采用不銹鋼材料，防腐、防磁化、可快速

拆裝測量輪。同時測量輪采用防磁處理，裝入或脫離電纜時，可拆下測量輪，而一般的電纜接頭或明顯記號可直接通過。

1.1.3 霍爾傳感器

霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器，霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種。

1.1.4 多功能記測器

采用單片機控制實現(xiàn)等精度測量， 10位LED顯示(8位數(shù)據(jù)位，2位指數(shù)值)可實現(xiàn)高計數(shù)采集，測量速度達(dá)到20次/s具有高性價比，高可靠性等特點。

1.1.5 開關(guān)電源

開關(guān)電源是一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置，其功能是將一個位準(zhǔn)的電壓，透過不同形式的架構(gòu)轉(zhuǎn)換為用戶端所需求的電壓或電流，本文使用的開關(guān)電源的輸入是110 VAC交流電源，輸出該裝置需要的直流電源。

1.1.6 絞車面板

絞車面板是中海油田服務(wù)股份有限公司自主研發(fā)設(shè)計的深度、張力、磁性記號(MMD)等輔助信號顯示面板，該面板能夠給絞車操作者提供直觀、詳細(xì)的參考參數(shù)，同時兼具報警功能，保障測井儀器上提、下放過程安全[3]。

1.2 裝置設(shè)計總成

1.2.1 馬達(dá)控制部分

測試裝置中深度編碼器通過一個110 VDC供電的直流馬達(dá)來控制轉(zhuǎn)動，通過頂絲固定編碼器的轉(zhuǎn)軸，電機轉(zhuǎn)動帶動編碼器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)該部分主要完成電機轉(zhuǎn)速控制和電機正反轉(zhuǎn)控制的功能。

1.2.2 轉(zhuǎn)動圈數(shù)采集部分

測試裝置中馬達(dá)轉(zhuǎn)動帶動深度編碼器轉(zhuǎn)動，而深度編碼器的轉(zhuǎn)動骨架上焊接一塊磁鐵，采用霍爾傳感器和ZN4896多功能記測器配合使用采集深度編碼器轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，以便計算深度數(shù)值。霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器。該部分主要完成深度編碼器轉(zhuǎn)動圈數(shù)的采集，深度編碼器每圈轉(zhuǎn)動深度為0.5 m，通過圈數(shù)*0.5 m可以計算深度信號是否準(zhǔn)確。

ZN4896多功能記測器通過220 VAC供電，產(chǎn)生一個直流12 VDC電壓給霍爾傳感器供電，而霍爾傳感器安裝在深度編碼器轉(zhuǎn)動桿的正上方，每當(dāng)深度編碼器帶動磁鐵轉(zhuǎn)動經(jīng)過霍爾傳感器時，霍爾傳感器產(chǎn)生一個電壓脈沖信號到ZN 4896記測器中，記測器計數(shù)加1，通過數(shù)碼顯示管顯示計數(shù)[4]。

1.2.3 電源控制部分

電源采用開關(guān)電源，輸入110 VAC，輸出+110 VDC、+5 VDC、+12 VDC、-12 VDC和24 VDC。其中110 VDC電源是通過輸入的交流電源直接經(jīng)過整流及RC濾波得到。其他直流電源通過變壓器變壓之后再經(jīng)過整流濾波、高頻變換器和調(diào)寬方波整流濾波之后輸出所需的直流電壓，而控制電路部分主要提供一個電壓反饋，從而得到穩(wěn)定的電壓值。

1.2.4 輔助信號采集部分

測試裝置主要功能就是產(chǎn)生深度、張力和磁性記號(MMD)輔助信號，信號經(jīng)過J2(插頭)到ELIS采集面板的DPH(深度處理板)采集，通過主機和絞車面板顯示。該部分主要功能就是產(chǎn)生深度、張力和磁性記號(MMD)信號，具體電路圖如圖1所示。

圖1 輔助信號采集電路圖

圖1 中FAN為散熱風(fēng)扇，通過電源板產(chǎn)生的12 VDC供電工作；Encoder為深度編碼器，通過一個110 VDC的直流馬達(dá)帶動轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生PHASEA1-、PHASEB1-、PHASEA1+和PHASEB1+信號到J 2。磁性記號(MMD) SET(SW3)為磁性記號(MMD)開關(guān)，當(dāng)開關(guān)按下時，磁性記號(MMD)+和磁性記號(MMD)-產(chǎn)生一個0.75 V的直流信號，每次按下產(chǎn)生的直流電壓到J 2的pin 6和pin 7，產(chǎn)生一次磁性記號(MMD)信號。TEN(張力)SET(SW4)開關(guān)為三檔開關(guān)，默認(rèn)為兩端均斷開，往上撥時TEN(張力)+和TEN(張力)-為+0.75 V直流電壓到J 2的pin 9和pin 8，產(chǎn)生一個100 00l bs信號；往下?lián)軙rTEN(張力)+和TEN(張力)-為-0.75 V直流電壓到J 2的pin 9和pin 8，產(chǎn)生一個-100 00l bs信號。圖1中的0.75 V為24 V電壓經(jīng)過R1和ZD1穩(wěn)壓到3.3 V，再經(jīng)過R2和R3分壓到0.75 V；-0.75 V與+0.75 V類似，通過-12 V電壓經(jīng)過穩(wěn)壓和分壓之后產(chǎn)生-0.75 V。

2 功能測試

該裝置功能主要是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的深度、張力和磁性記號信號，深度信號主要通過深度編碼器馬丁代客產(chǎn)生，而張力和磁性記號信號為模擬電壓信號，通過電源分壓網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。

2.1 深度信號測試

深度編碼器(0.5 m/圈)轉(zhuǎn)動1 000 圈時深度為500.005 m，相差0.005 m，說明深度信號能夠正常產(chǎn)生且測量準(zhǔn)確。

2.2 磁性記號(MMD)信號測試

設(shè)定每轉(zhuǎn)10 圈按一次磁性記號(MMD)開關(guān)， 磁性記號(MMD) Depth為20.24 m，磁性記號(MMD)為5.05 m(10圈為5 m)，由于人工按壓開關(guān)，有一點點誤差，不過在正常允許范圍，磁性記號(MMD)信號正常。

2.3 張力信號測試

2.3.1 100 00l bs測試

將張力撥檔開關(guān)SW4往上撥，TEN+& TEN-兩端電壓為0.75 V，深度采集板采集到的張力信號為99 98l bs，相差2l bs，100 00l bs信號準(zhǔn)確；

2.3.2 -100 00l bs測試

將張力撥檔開關(guān)SW4往下?lián)?，TEN+& TEN-兩端電壓為-0.75 V，深度采集板采集到的張力信號為-100 03l bs，相差3l bs，-100 00l bs信號準(zhǔn)確。

3 結(jié)語

通過實驗測試，電纜測井地面輔助信號仿真測試裝置能準(zhǔn)確模擬深度、張力和磁性記號(MMD)信號，為輔助信號故障的維修保養(yǎng)提供了信號來源，讓維修保養(yǎng)更加方便準(zhǔn)確，解決了實驗室輔助信號維修保養(yǎng)困難的問題。