小型化KGXX3516通讯适配仪的研制

张雄辉 蔡志明 常 周 游 畅 杨永刚 吉 兆 罗晓密

(川庆测井公司 重庆)

小型化KGXX3516通讯适配仪的研制

张雄辉 蔡志明 常 周 游 畅 杨永刚 吉 兆 罗晓密

(川庆测井公司 重庆)

小型化KGXX3516通讯适配仪是一种配接ECLIPS5700成像测井系统的下井仪器。它耐高温200℃、耐高压160 MPa、直径最小可达76 mm、测量精度高、结构紧凑,可挂接非WTS仪器如双侧向、井径、薄层电阻率等测井仪器。文章对该测井仪的研制进行了介绍。

KGXX3516;通讯适配仪;小型化

0 引 言

近年来,川渝地区加大了超深井开发力度,7 000 m左右的高温、高压井越来越多,钻到井底时井眼已经小到105 mm左右,急需小直径耐高温高压测井仪器来满足勘探开发需要;同时川庆测井公司90年代从国外引进的耐温175℃、耐压140Mpa的ECLIPS5700成像测井系统的井下仪器在满足勘探开发需求上已存在着较多问题:①设备老化,电路陈旧,需更新;②国外技术封锁,配件难寻;③该类仪器系国外90年代产品,耐温、耐压指标难以满足目前高温高压井测井要求。为了满足勘探开发的生产需要,以现有5700地面测井系统为基础,研制超高温、超高压井下测井仪,满足在超深井的超高温、超高压的环境条件下的施工测井要求,因此研制小型化KGXX3516通讯适配仪[1]具有重要现实意义。

1 设计思路

随着电子技术的飞速发展,出现了超高温低功耗元器件、厚模电路、CPLD/FPGA大规模逻辑可编程技术、DSP数字滤波、PSOC[2、3]可编程片上系统等新技术,为研制小型化KGXX3516通讯适配仪提供了有利条件。

可编程片上系统(PSOC)是一种微控制器,是一种基于混合信号SOC基本原理的全新器件,具有灵活性高、可编程等优点;采用可编程片上系统可以大大缩小仪器电路的体积,提高仪器可靠性、增强抗干扰能力、降低功耗、减少发热量,提高仪器耐温性能。

小型化KGXX3516通讯适配仪采用PSOC(可编程片上系统)单片微处理器控制等最新电子技术,能够在芯片内部完成命令解码、数据编码、信号放大、滤波、A/D采样等功能,简化了仪器的模拟、数字电路,大大缩小仪器体积。

2 仪器功能与结构

2.1 仪器功能

KGXX3516在ECLIPS5700地面系统的控制下工作。地面系统下发给KGXX3516的命令发至3514遥测通讯仪的复述板,命令在复述板上被放大整形,转换成标准的曼彻斯特码,再送到3514下部的仪器总线上,KGXX3516从仪器总线上接收命令信号,在信号处理板上由PSOC(可编程片上系统)内软件进行曼码解码,根据命令中的地址确认命令,发出相应的控制,控制本仪器工作。KGXX3516的功能框图如图1所示,仪器按功能包括:

图1 小型化KGXX3516的功能框图

电源单元:产生+5 V工作电源和+180 V、-180 V换档电源;

控制单元:用于命令接收、数据上传、控制换档、控制采集,主要由PSOC(可编程片上系统)来实现;

采集单元:采集模拟、脉冲信号,主要由PSOC(可编程片上系统)来实现;

换挡继电器单元:用于实现不同的仪器组合和下传换档电压。

2.2 仪器结构

KGXX3516采用了较小的保温瓶结构,在保温瓶里主要有以PSOC(可编程片上系统)芯片为核心的控制电路、通讯电路、信号采集电路、继电器换挡电路。直流稳压电源板及电源变压器等放在保温瓶外。

3 软件设计

KGXX3516控制软件主要由两部分构成,一是上位机程序,完成的主要功能有实时接收遥测通讯仪3514转发的系统命令,并准确地实现解码,根据命令控制下位机采集模拟信号、脉冲信号,控制相关的下部仪器进行换档以及上传采集的数据;二是下位机程序,在上位机控制下进行采集模拟信号与脉冲信号。

3.1 上位机程序设计

上位机程序运用C语言和M8C汇编语言混合设计实现。程序采用结构化程序设计,程序主要实现以下几方面的功能:初始化,控制下位机采集数据,与系统之间建立通讯,采集部分信号,实现对继电器和高压换档电源的控制。

以上程序模块中,通讯程序是上位机软件的核心,整个软件运行的稳定性与可靠性,均依赖这两个程序,通讯程序要求很高的实时性,程序的运行时间精度要达到微妙级误差,故程序采用汇编语言编写。上位机的核心程序是对曼彻斯特编码的命令解码及对曼彻斯特编码的数据编码上传。整个上位机程序在运行时处于不间断循环运行的状态,随时接收系统发来的命令,仪器受控于测井系统。上位机程序流程如图2所示。

图2 上位机程序流程

3.2 下位机软件程序设计

下位机软件程序运用C语言来设计实现。程序结构采用结构化程序设计,程序主要实现以下几方面的功能:初始化,与上位机之间建立通讯,采集模拟、脉冲信号,对采集的信号实现格式转换,校正采集数据等处理。下位机程序流程如图3所示。

图3 下位机程序流程

4 仪器主要技术指标

供电电源: AC180 V±10 V,25 mA±5 mA

最大环境工作温度:200℃(2 h)

最大环境工作压力:160 MPa

最小工作井眼直径:100 mm(外径为Φ76 mm时)

仪器直径:Φ76 mm∽Φ92.2 mm

仪器长度:1 640 mm

最高测速:60 m/min

5 应用效果

小型化KGXX3516通讯适配仪研制完成后,先后在川庆测井公司教学实验井及川渝地区三口井与5700系列的进口仪器进行了现场对比测井,该仪器所测得的双侧向曲线、井径曲线与原装进口3516仪器所测得的曲线一致,证明了KGXX3516能够正确、稳定地实现下井仪器与地面系统的通信,并把非WTS仪器的信号准确地采集后上传到地面系统;测井曲线质量良好;仪器的一致性、重复性和稳定性都达到设计指标,通过了测井资料验收。四臂井径、恒功率双侧向测井资料对比如图4所示。

图4 四臂井径、恒功率双侧向测井资料对比

6 结 论

小型化KGXX3516通讯适配仪与ECLIPS5700成像地面测井系统挂接,充分利用ECLIPS5700系统数据采集系统和处理软件的现有功能,提供针对超深井勘探的测井服务。该仪器经过多次测井,证明仪器已达到设计指标,完全兼容5700成像测井系统,与进口3516XA相比,其可靠性、稳定性同等。

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

[2] 叶朝辉,华成英.可编程片上系统(PSoC)原理与实训[M].北京:高等教育出版社,2008

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

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

张雄辉,男,1965年生,高级工程师,1991年毕业于江汉石油学院电子仪器及测量技术专业,获学士学位。现在川庆测井公司从事石油仪器的研发和生产管理工作。邮编:400021

2010-07-12编辑:姜 婷)