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電磁流量計與多參數組合儀性能匹配方面的研究和應用概述

來源:作者:發表時間:2021-12-10 11:29:39

        注入剖面測試資料的精準可靠是油田進行區塊挖潛、單井動態分析、注采井組分析、調整開發方案的重要基礎。由于長期注入污水、管壁腐蝕等因素使注入剖面資料普遍顯示不同程度的沾污現象,干擾了吸水層位的判別和吸水面積的劃分。依靠傳統的同位素伽馬、磁定位、井溫三個參數錄取測試數據,當溫度資料的定性解釋與同位素伽馬資料的定量顯示出現相對較小反映或相反的情況時,通過疊合異常面積計算小層吸水量的準確性就會大大降低。通過增加電磁流量參數與其余參數進行儀器功能上的電性匹配與擴展,確保三參數測井與電磁流量測試同步并測,提高了注入剖面測試尤其是分注井定量解釋的準確性與精度。 

 
1 研究難點分析 
        多參數組合儀采用 WTC 多路傳輸短節,以歸偏曼徹斯特碼通過電纜送至地面設備。伽馬、磁定位、溫度、壓力、含水、密度、流量這七個參數可根據測井需要選擇任何幾個參數與遙測短節串接構成儀器串。本文使用的多參數儀器是ZDC-6B 型,電磁流量計使用的是 ZDLIII-C38 型,兩種儀器出自不同廠家,要實現不同廠家儀器的掛接串聯測試,首先要考慮其供電匹配以及信號傳輸方式的匹配。
 
2 電性匹配研究分析 
2.1 工作原理分析 
        (1)直讀式電磁流量計的測量原理是基于法拉第電磁感應定律。當含有帶電粒子的流體在磁場中作切割磁力線的運動時,將感應出與流速成正比的感生電動勢,其感應電壓U 的大小為 U=K*B*D*V,式中 U 為感應電壓,K 為系數,B為磁場強度,D 為流體橫截面直徑(即管道內徑),V 為液體流速。儀器結構示意圖如下圖 1。
電磁流量儀結構示意圖
將該儀器與 WTC 多路傳輸短節掛接匹配,首先得考慮曼碼段之間信號相互傳輸。 
        (2)WTC 多路遙傳工作原理
        編碼傳輸方式是通過遙傳短節(WTC)分時傳送到電纜至地面設備,編碼形式為曼徹斯特碼,一次可測量多種參數。工作原理如下圖 2 所示。 
WTC多路遙傳工作原理圖
        該電路由發送/驅動、時鐘、控制、總線驅動、電源等幾大部分組成。 
 
        發送/驅動電路是將歸偏曼徹斯特碼的產生交替成脈沖信號最后擬合完成驅動放大送至電纜上進行傳輸。此電路決定了信號傳送的頻率和脈寬,遙傳短節收到的信號頻率5.729 千位/秒,脈寬為 16us 左右。 
 
        時鐘電路由電容、晶振等元器件組成,該時鐘頻率為4MHz。 
 
        總線驅動控制電路的主要任務是循環產生井下儀器的地址,地址間隔 4ms,傳輸率為 11.458Kbit/s,并將儀器測量到的數據連同地址以曼碼的格式輸出。 
 
2.2 電性匹配研究 
(1)供電電壓范圍匹配 
        WTC 多參數一體儀供電范圍為 37V±5V,而電磁流量計供電至 40V 電路就截止,考慮測井施工現場要經過電纜使用
儀器,電纜對信號的衰減,一般以電流作為主要技術參數,在保證供電電壓足夠的情況下各參數短節電流為 30mA 左右,才能匹配成功。因此對電磁流量計進行開關電路設計,該電路供電電壓范圍窄,過電纜匹配多參數儀器時供電受限制,導致儀器無法正常工作。 
        
電路中穩壓二極管 V4、V5 的不同選擇可以改變儀器開電壓與截止電壓,為了更好的匹配 WTC 多參數,我們 V4 采用 IN4749、V5 采用 IN4756,滿足多參數 37V±5V 的供電范圍,成功解決了供電匹配的問題。 
 
(2)曼碼傳輸信號匹配 
        電磁流量計曼碼段上傳信號為歸偏曼徹斯特碼,在與多參數 WTC 遙傳短節匹配過程中,其他參數的信號不受任何影響,只有電磁流量信號產生了不間斷的跳尖,對錄取資料品質影響極大。具體匹配故障圖如右圖 3 所示。
電磁流量匹配 WTC 多參數儀故障跳尖圖
        同樣的傳輸編碼方式兩種儀器匹配不成功只能從信號波形著手分析,研究對比兩者波形,使用示波器及 Matlab建模軟件進行波形數據可視化處理,以及分析計算。 
 
        a.多參數總線 BUS 和電磁流量計總線 BUS 上的信號波形,以及輸出信號位寬,如下圖 4、圖 5 所示,多參數信號波形脈沖寬度為 16us,而電磁流量計信號脈寬為 12us。
 電磁流量儀 BUS 總線信號波形
        通過實際用示波器測量到的波形與 Matlab 軟件模擬出的波形對比分析,發現兩種信號在上傳過程中存在 4us 的時差,這是導致上圖 3 兩種儀器在串聯通訊過程中發生跳尖的主要原因。 
 
        b. 針對以上問題,需要調整兩種儀器的脈寬達到串聯應用的效果。由于多參數 WTC 遙傳短節配接井溫,壓力等參數無此故障現象,因此調整電磁流量計的輸出脈寬。在電磁流量單片機程序中進行軟件調整,包括頻率的修改以及調整中斷訪問,最終使其輸出信號與多參數一致。晶振周期 T=1/F (其中 F 為晶振頻率) ,調整脈寬即調整單片機尋址
時間,機器周期 = 晶振周期*12 將電磁流量計的時鐘頻率調整為 4.4MHz,同時更新單片機程序中該模塊的 C 語言設計。 
 
利用 Keil C UV2 集成開發環境進行編程與調試。 
 
3 應用情況 
3.1 實現過程 
        通過電性改進,以及軟件調整,通過更改計算機程序的機器周期,調整電磁流量計的單片機程序中的脈寬輸出,包括頻率的修改以及中斷訪問,最終使其輸出信號與多參數一致。 
 
        重新刷程序后儀器工作正常曲線圖如下圖 7。
 實測信號異常圖及軟硬件調整后實測正常圖
3.2 應用效果 
        從 2016 年至 2019 年,三年間采用同位素示蹤+電磁流量組合測試共 420 井次,已廣泛推廣使用。該組合測井技術的實施有效提高了同位素示蹤遇阻井資料質量,提高遇阻井定量化程度 78%。 
 
4 結束語 
        在高含水油田生產測井開發中后期,通過挖潛現有儀器,研究剖析儀器結構和信號流程,形成了同位素+電磁流量組合測井技術。利用同位素示蹤+電磁流量組合測井技術,提高了遇阻井定量解釋精度,并且利用電磁流量還可以給同位素測井粘污較正提供精準依據。通過對儀器各參數及電性匹配的研究,形成了多參數儀器從供電到信號傳輸的標準統一化。
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