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电磁流量计与多参数组合仪性能匹配方面的研究和应用概述

来源:作者:发表时间:2021-12-10 11:29:39

        注入剖面测试资料的精准可靠是油田进行区块挖潜、单井动态分析、注采井组分析、调整开发方案的重要基础。由于长期注入污水、管壁腐蚀等因素使注入剖面资料普遍显示不同程度的沾污现象,干扰了吸水层位的判别和吸水面积的划分。依靠传统的同位素伽马、磁定位、井温三个参数录取测试数据,当温度资料的定性解释与同位素伽马资料的定量显示出现相对较小反映或相反的情况时,通过叠合异常面积计算小层吸水量的准确性就会大大降低。通过增加电磁流量参数与其余参数进行仪器功能上的电性匹配与扩展,确保三参数测井与电磁流量测试同步并测,提高了注入剖面测试尤其是分注井定量解释的准确性与精度。 

 
1 研究难点分析 
        多参数组合仪采用 WTC 多路传输短节,以归偏曼彻斯特码通过电缆送至地面设备。伽马、磁定位、温度、压力、含水、密度、流量这七个参数可根据测井需要选择任何几个参数与遥测短节串接构成仪器串。本文使用的多参数仪器是ZDC-6B 型,电磁流量计使用的是 ZDLIII-C38 型,两种仪器出自不同厂家,要实现不同厂家仪器的挂接串联测试,首先要考虑其供电匹配以及信号传输方式的匹配。
 
2 电性匹配研究分析 
2.1 工作原理分析 
        (1)直读式电磁流量计的测量原理是基于法拉第电磁感应定律。当含有带电粒子的流体在磁场中作切割磁力线的运动时,将感应出与流速成正比的感生电动势,其感应电压U 的大小为 U=K*B*D*V,式中 U 为感应电压,K 为系数,B为磁场强度,D 为流体横截面直径(即管道内径),V 为液体流速。仪器结构示意图如下图 1。
电磁流量仪结构示意图
将该仪器与 WTC 多路传输短节挂接匹配,首先得考虑曼码段之间信号相互传输。 
        (2)WTC 多路遥传工作原理
        编码传输方式是通过遥传短节(WTC)分时传送到电缆至地面设备,编码形式为曼彻斯特码,一次可测量多种参数。工作原理如下图 2 所示。 
WTC多路遥传工作原理图
        该电路由发送/驱动、时钟、控制、总线驱动、电源等几大部分组成。 
 
        发送/驱动电路是将归偏曼彻斯特码的产生交替成脉冲信号最后拟合完成驱动放大送至电缆上进行传输。此电路决定了信号传送的频率和脉宽,遥传短节收到的信号频率5.729 千位/秒,脉宽为 16us 左右。 
 
        时钟电路由电容、晶振等元器件组成,该时钟频率为4MHz。 
 
        总线驱动控制电路的主要任务是循环产生井下仪器的地址,地址间隔 4ms,传输率为 11.458Kbit/s,并将仪器测量到的数据连同地址以曼码的格式输出。 
 
2.2 电性匹配研究 
(1)供电电压范围匹配 
        WTC 多参数一体仪供电范围为 37V±5V,而电磁流量计供电至 40V 电路就截止,考虑测井施工现场要经过电缆使用
仪器,电缆对信号的衰减,一般以电流作为主要技术参数,在保证供电电压足够的情况下各参数短节电流为 30mA 左右,才能匹配成功。因此对电磁流量计进行开关电路设计,该电路供电电压范围窄,过电缆匹配多参数仪器时供电受限制,导致仪器无法正常工作。 
        
电路中稳压二极管 V4、V5 的不同选择可以改变仪器开电压与截止电压,为了更好的匹配 WTC 多参数,我们 V4 采用 IN4749、V5 采用 IN4756,满足多参数 37V±5V 的供电范围,成功解决了供电匹配的问题。 
 
(2)曼码传输信号匹配 
        电磁流量计曼码段上传信号为归偏曼彻斯特码,在与多参数 WTC 遥传短节匹配过程中,其他参数的信号不受任何影响,只有电磁流量信号产生了不间断的跳尖,对录取资料品质影响极大。具体匹配故障图如右图 3 所示。
电磁流量匹配 WTC 多参数仪故障跳尖图
        同样的传输编码方式两种仪器匹配不成功只能从信号波形着手分析,研究对比两者波形,使用示波器及 Matlab建模软件进行波形数据可视化处理,以及分析计算。 
 
        a.多参数总线 BUS 和电磁流量计总线 BUS 上的信号波形,以及输出信号位宽,如下图 4、图 5 所示,多参数信号波形脉冲宽度为 16us,而电磁流量计信号脉宽为 12us。
 电磁流量仪 BUS 总线信号波形
        通过实际用示波器测量到的波形与 Matlab 软件模拟出的波形对比分析,发现两种信号在上传过程中存在 4us 的时差,这是导致上图 3 两种仪器在串联通讯过程中发生跳尖的主要原因。 
 
        b. 针对以上问题,需要调整两种仪器的脉宽达到串联应用的效果。由于多参数 WTC 遥传短节配接井温,压力等参数无此故障现象,因此调整电磁流量计的输出脉宽。在电磁流量单片机程序中进行软件调整,包括频率的修改以及调整中断访问,最终使其输出信号与多参数一致。晶振周期 T=1/F (其中 F 为晶振频率) ,调整脉宽即调整单片机寻址
时间,机器周期 = 晶振周期*12 将电磁流量计的时钟频率调整为 4.4MHz,同时更新单片机程序中该模块的 C 语言设计。 
 
利用 Keil C UV2 集成开发环境进行编程与调试。 
 
3 应用情况 
3.1 实现过程 
        通过电性改进,以及软件调整,通过更改计算机程序的机器周期,调整电磁流量计的单片机程序中的脉宽输出,包括频率的修改以及中断访问,最终使其输出信号与多参数一致。 
 
        重新刷程序后仪器工作正常曲线图如下图 7。
 实测信号异常图及软硬件调整后实测正常图
3.2 应用效果 
        从 2016 年至 2019 年,三年间采用同位素示踪+电磁流量组合测试共 420 井次,已广泛推广使用。该组合测井技术的实施有效提高了同位素示踪遇阻井资料质量,提高遇阻井定量化程度 78%。 
 
4 结束语 
        在高含水油田生产测井开发中后期,通过挖潜现有仪器,研究剖析仪器结构和信号流程,形成了同位素+电磁流量组合测井技术。利用同位素示踪+电磁流量组合测井技术,提高了遇阻井定量解释精度,并且利用电磁流量还可以给同位素测井粘污较正提供精准依据。通过对仪器各参数及电性匹配的研究,形成了多参数仪器从供电到信号传输的标准统一化。