XYCT数传井径仪电子线路的设计

2022-09-11

在钻井过程中, 由于经常起钻或下钻, 受泥浆的冲洗和浸泡, 井壁岩层被泡胀或溶解等, 加上地层裂缝的存在, 常常造成井眼的缩小或垮塌。为了较准确计算固井时所需的水泥等物资的用量, 必须有准确的井径资料。在测井资料综合解释过程中, 也需要有井径资料辅助。井径资料可用井径仪测出。由于目前现场所使用的普通井径仪只能测得一条单向的井径值, 往往不能真实地反映井径的实际情况和大小, 特别是在椭圆井眼的情况下尤其突出。如果使用能测量最大和最小井径值, 以及平均井径值的X-Y井径仪, 则能更准确地计算固井时所需的水泥等物资的用量, 保证测井仪器在小于最小井径值的情况下顺利起下, 防止仪器在井中遇阻和遇卡。同时还为裂缝性地层解释提供了一项有用的资料。XYCT数传双井径测井仪测量井眼的X和Y方向的井径, 它采用四臂液压推靠器, 具有可靠性高, 保养方便的特点。电气通信采用三总线模式, 仪器组合灵活, 可接TCT单独测井, 也可挂接大满贯测井。使用中该仪器处在仪器串的最下端, 具有不漏测的优点。

1 X-Y井径仪的工作原理

由TCT送来的下行命令信号通过接口电路 (AP3板) 解调出指令送到控制电路 (AP4板) , 由控制电路实施对液压推靠器的张开和收拢控制。液压推靠器里装着两个电位器, 分别测量两个正交方向 (x方向和y方向) 的井眼井径, 这两个数据送往A/D电路 (AP2板) 进行A/D转换, 所得到的数据和状态位一起送往AP3接口板, 由接口板处理之后送往总线上以总线方式传给TCT, 再通过电缆传到地面进行数据处理, 原理见图1所示。

2 仪器各主要部分的设计

2.1 接口电路

接口电路接口是通用的CCS总线接口, 主要由CCS/CTS通用接口U1和总线收发器U2、U3组成, 由地面发出的指令被解调, 然后解码, 这些指令控制探头的张收和测井, 它的三根总线的作用如下。

A:D S IGN AL

它是一个复合信号, 下行命令传输线, 用以控制井下仪工作状态, 在这根传输线上所传送的是具有100K BIT/S的控制信号和频率为100KHZ的时钟信号DCK的混合信号, 其电平为0V、+1.2V、-1.2V。该信号线包含有仪器的地址, 控制仪器工作的各种命令, 时钟信息, 经接口电路分离出/DCK和D DATA。

B:U DA TA GO BU S

启动和数据信号传输线, 这是双向传输的信号线, 开始传送的是启动信号GOP, 它是由TCT向下传送, 测量信号数据U DATA是由下 (接口电路) 向上 (TCT) 传送, GOP脉冲是0到+3.6V, 宽度为10μs宽的脉冲, 1/60秒周期性出现, DATA的电平是0和+1.2V。

C:U C K B U S I N

下传的时钟信号线, 作为数据上传的标准时钟, 其频率为100KHZ, 电平0V、+1.2V, 当本仪器不传数据时, UCK将通过本仪器送给下一个挂在总线上的其他测井仪器使用。

在接口电路中还有一个很重要的功能就是解码, 它是将指令中的控制位解码出来。此功能主要由接口混合电路U1来完成。由D SIGNAL信号中分离出的D DATA信号送入U1, 当命令中的地址码与设置的地址码相符和时, D DATA中的信息就被解码出来, 解码输出为脚7到14脚, 即指令中的B0~B7位, U1当中的第4脚即B8是使能/禁止位, 第5脚PUP为片内复位信号高电平有效, PUP为上电复位信号, 它由U2产生。当地址相符时, 第3脚输出一个ACOM脉冲, 作为指令译码的使能信号。LB0~LB7为字, 此仪器字长设置为2, 当B8使能/禁止位为0时, 对此三个计数器不复位, 三个计数器由GOP脉冲置数, 使REQ信号为高, 使UCK T1变为/U CK, 同时三个计数器计数, 当计到2×16个数后, REQ信号变为低, 就没有/UCK输出, TALK信号为0, 在计数时TALK信号为高, 这样一组数据输出, 就是一个循环。

2.2 A/D转换电路

A/D转换电路原理框图如图2所示。此电路主要完成两个功能:A/D转换和数据采集。此电路为单极性A/D转换电路, 两路V/F变换将两路模拟信号变换成脉冲信号, 此脉冲信号经两个单稳态电路, 将两个脉冲信号的脉宽变窄, 之后作为两个计数器的时钟信号, 两个计数器计出的数据送到两组并入串出的串连移位寄存器里, 这两组寄存器在UCK时钟作用下, 将数据和状态送到接口电路里。此板电路由GOP脉冲启动, GOP脉冲通过单稳态电路产生P/S置数信号, 将并入的数据打入移位寄存器里, 由P/S通过单稳态电路产生复位信号, 对计数器复位, 为下一个数据作准备。此电路的主要功能进行A/D转换, 采用VF32进行A/D转换。VFC32电压/频率转换器提供一个与输入电压值成一定比例的输出频率。输出的数字频率信号与所有的普通逻辑系列输出信号相一致。VFC32的积分输入特性使之具有极好的抗扰度性和低非线性特性。满刻度的频率输出取决于外部的电阻和电容并且能够按比例达到一个宽的范围的定标 (见图2) 。

图3是压/频转换器[1]的基本的连接。R1 设定了输入电压范围。10V满刻度电压输入, 推荐使用40KΩ的电阻作为输入电阻。通过改变R1的值可以达到不同的输入电压范围。

式中, R1必须用具有高稳定性的金属膜电阻, 输出频率公差为大约±10%变化。满刻度的频率输出可通过调节R1的值达到平衡 (图5) 。输出频率值取决于C1, C1的各种变化 (公差、温度、漂移、老化) 直接影响输出频率。陶瓷NPO或镀银云母类型的电容是较好的选择。

C2的数值不直接影响输出频率, 其精度或温度稳定性要求不高。为获得最好的线性, C2必须具备低泄漏和低电介质的吸收特性。聚碳酸酯和其他薄膜层电容器就很好了。大部分陶瓷类型电容器可适用, 但有一些低电压的陶瓷电容器可能会降低非线性特性等级, 由于使用环境的限制, 不推荐使用电解类型的电容 (见图3) 。

根据以上压频转换器的应用信息, 在本电子线路中使用的压频转换器, 采用±12V电源供电, 输出频率标准为, 输入10V电压, 输出10KHz的频率。R1选用50KΩ精度为0.01%的金属膜电阻, C2选用1000P, C1选用300P加47P加可调电容, 通过调整可调电容C4的值, 使压频转换器在输入10V电压时输出为10× (1±2%) KHz。