油井参数测试器下放深度测试仪的研制

摘 要: 以89C52单片机为核心构成的油井参数测试器下放深度测试仪的软、硬件设计,该测试仪与油井参数取样测试器配套使用。并介绍了使用汽车蓄电池的单片机电源系统的设计。经现场实用验证,该方案具有可行性。

关键词: 测量周期 计量长度 单片机 硬件结构图 程序流程图

在油田采油作业中,经常需要对勘探井、生产井及生产井的不同阶段进行各分层段地层渗透率、静止压力、污染系数、采液指数、含油饱和度等油藏工程数据和相关参数的测试。油藏和采油工程师根据这些数据进行采油量及井喷预测,并作出最好的油田开发及后续工艺设计,以获取最大的经济效益。这些采样数据的获取需要将测试器深入到井下并获得各个参数值与深度的严格对应关系(即参数值与深度的关系曲线)。通常油井参数测试器在油井中是每间隔固定的时间(称为测量周期)测量一次并储存,即得到p-t(被测参数值与时间)关系曲线;如果参数测试器在井中下放测试的同时能获得时间的起点和间隔及与参数测试的时间起点和间隔严格一致的对应深度值并储存,即h-t(深度与时间)关系曲线,把这同一起点且相同时间间隔上对应的p-t和h-t数据通过RS-232C串行口传送到PC机(笔记本电脑)中,则可在PC机上获得p-h曲线,以便进行各种分析与预测。笔者以89C52单片机为核心研制出了与参数测试器配套使用的深度测试仪。

1 深度测量原理

图1所示为深度测量原理示意图。参数测试器通过钢缆绞车的钢缆向油井中下放,钢缆下放滑轮与测长齿轮同步转动,测长齿轮在接近开关中每通过一个齿就与一个固定的钢缆下放长度相对应,而在接近开关中每通过一个齿就会产生一个脉冲输出。因此,通过累计接近开关的脉冲数就能够计量钢缆下放的长度(每个脉冲对应的钢缆下放长度称为计量长度,这里为0.1m)。

2 系统硬件设计

2.1 电源设计

因采油是野外作业,所以使用的电源是12V的汽车蓄电池。而单片机系统及接近开关的工作电源都为5V,因此需要将12V变换到5V。实现这种变换的方法有多种,这里是采用一种高效率的DC-DC变换专用芯片MAX1626来实现的。具体电路如图2所示。该电路的最大输出电流为3A。

2.2 硬件设计

图3所示为测试仪的硬件原理图。该测试仪以89C52为核心,外扩展4片2864A(8K×8,E2PROM)作为能断电保持数据的存储器,以实现深度测量数据的存储功能;DS12887为时钟芯片,用于产生日历时间、测量周期中断和周期为0.5s(SQW端输出,可编程)的方波(用于测量和串行数据通讯时的工作指示);MAX3232为专用的TTL电平与RS-232C电平相互转换芯片,用来实现测试仪与笔记本电脑之间的串行通讯;显示采用天马公司的HD44780控制的16字符×2行的LCD显示模块,其特点是功耗低、使用方便(可与单片机直接接口,11种专用指令)、显示功能强(32个字符库),用于测量深度值、日历时间、测量时间及键盘操作等显示;由P1口的P1.0～P1.5构成矩阵式中断和查询两种工作方式的3×3键盘;T0端用于对接近开关发出的脉冲进行计数(只累计每个测量周期内的脉冲数)来得到测试器下放深度的增量值(最高位为符号位),以减小数据值的字节长度而节省存储单元,计数精度为计量长度(这里为0.1m)。对于一些主要地层段的参数值需要上下反复测试,而接近开关又不能反映方向性,因此用P3.5口检测钢缆绞车的提升或下放的状态信号以确定深度增量值的正负号。

3 系统软件设计

系统的软件设计采用模块化结构,分为主程序模块、深度测量程序模块、键处理程序模块、串行通讯程序模块和显示程序模块等。

主程序模块:主要完成系统初始化、参数设定、运行控制及深度测量、键处理、串行通讯和显示等子程序的调用功能。流程图如图4所示。

深度测量程序模块:用于测量周期内下放深度的脉冲数据采集、计算和存储等。

键处理程序模块:共设有“设置/确认”、“↑”、“↓”、“→”、 “←”、“同步运行”、“查询”、“通讯”和“结束”等9个按键。其中“查询”、“通讯”和“结束”键为中断方式,其余键均为查询方式,即这些键在运行过程中将失效。参数设置操作采用菜单方式,通过“设置/确认”、“↑”、“↓”、“→”、“←”等键移动显示光标实现功能选择、参数设置等功能。该程序模块主要用于实现参数设置、时间调整和功能操作等。

串行通讯程序模块:通过串行通讯口完成与笔记本电脑之间的数据传送。

显示程序模块:通过89C52的P0口将数据和命令写入到HD44780的显示RAM和指令寄存器中,实现LCD的各种数据、状态和信息显示。

4 应用情况

该仪器在油田与油井参数测试器配套使用近一年,实用反馈是:(1)仪器安全可靠、精度高、与测试器配合同步性好;(2)操作简便、功耗低;(3)在与钢缆绞车的机械和电气配合上,通用性方面还需进一步完善。

参考文献

1 李 华.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,1993;(8):61～62

2 王义方.微型计算机原理及应用.北京:机械工业出版社, 1997;(10):157

3 张有德.MCS-51单片微机实用子程序及其应用.复旦大学计算机科学系,1988;(3):148～197