油井參數(shù)測試器下放深度測試儀的研制

摘要：以89C52單片機(jī)為核心構(gòu)成的油井參數(shù)測試器下放深度測試儀的軟、硬件設(shè)計，該測試儀與油井參數(shù)取樣測試器配套使用。并介紹了使用汽車蓄電池的單片機(jī)電源系統(tǒng)的設(shè)計。經(jīng)過現(xiàn)場實用驗證，該方案具有可行性。

關(guān)鍵詞：測量周期 計量長度 單片機(jī) 硬件結(jié)構(gòu)圖 程序流程圖

在油田采油作業(yè)中，經(jīng)常需要對勘探井、生產(chǎn)井及生產(chǎn)井的不同階段進(jìn)行各分層段地層滲透率、靜止壓力、污染系數(shù)、采液指數(shù)、含油飽和度等油藏工程數(shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù)的測試。油藏和采油工程師根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行采油量及井噴預(yù)測，并作出最好的油田開發(fā)及后續(xù)工藝設(shè)計，以獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。這些采樣數(shù)據(jù)的獲取需要將測試器深入到井下并獲得各個參數(shù)值與深度的嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系（即參數(shù)值與深度的關(guān)系曲線）。通常油井參數(shù)測試器在油井中是每間隔固定的時間（稱為測量周期）測量一次并存儲，即得到p-t（被測參數(shù)值與時間）關(guān)系曲線；如果參數(shù)測試器在井中下放測試的同時能獲得時間的起點(diǎn)和間隔及與參數(shù)測試的時間起點(diǎn)和間隔嚴(yán)格一致的對應(yīng)深度值并存儲，即h-t（深度與時間）關(guān)系曲線，把這同一起點(diǎn)且相同時間間隔上對應(yīng)的p-t和h-t數(shù)據(jù)通過RS-232C串行口傳送到PC機(jī)（筆記本電腦）中，則可在PC機(jī)上獲得p-h曲線，以便進(jìn)行各種分析與預(yù)測。筆者以89C52單片機(jī)為核心研制出了與參數(shù)測試器配套使用的深度測試儀。

1 深度測量原理

圖1所示為深度測量原理示意圖。參數(shù)測試器通過鋼纜絞車的鋼纜向油井中下放，鋼纜下放滑輪與測長齒輪同步轉(zhuǎn)動，測長齒輪在接近開關(guān)中每通過一個齒就與一個固定的鋼纜下放長度相對應(yīng)，而在接近開關(guān)中每通過一個齒就會產(chǎn)生一個脈沖輸出。因此，通過累計接近開關(guān)的脈沖數(shù)就能夠計量鋼纜下放的長度（每個脈沖對應(yīng)的鋼纜下放長度稱為計量長度，這里為0.1m）。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 電源設(shè)計

因采油是野外作用，所以使用的電源是12V的汽車蓄電池。而單片機(jī)系統(tǒng)及接近開關(guān)的工作電源都為5V，因此需要將12V變換到5V。實現(xiàn)這種變換的方法有多種，這里是采用一種高效率的DC-DC變換專用芯片MAX1626來實現(xiàn)。具體電路如圖2所示。該電路的最大輸出電流為3A。

2.2 硬件設(shè)計

圖3所示為測試儀的硬件原理圖。該測試儀以89C52為核心，外擴(kuò)展4片2864A（8K×8，E2PROM）作為能斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲器，以實現(xiàn)深度測量數(shù)據(jù)的存儲功能；DS12887的時鐘芯片，用于產(chǎn)生日歷時間、測量周期中斷和周期為0.5s（SQW端輸出，可編程）的方波（用于測量和串行數(shù)據(jù)通訊時的工作指示）；MAX3232為專用的TTL電平與RS-232C電平相互轉(zhuǎn)換芯片，用來實現(xiàn)測試儀與筆記本電腦之間的串行通訊；顯示采用天馬公司的HD44780控制的16字符×2行的LCD顯示模塊，其特點(diǎn)是功耗低、使用方便（可與單片機(jī)直接接口，11種專用指令）、顯示功能強(qiáng)（32個字符庫），用于測量深度值、日歷時間、測量時間及鍵盤操作等顯示；由P1口的P1.0～P1.5構(gòu)成矩陣式中斷和查詢兩種工作方式的3×3鍵盤；T0端用于對接近開關(guān)發(fā)出的脈沖進(jìn)行計數(shù)（只累計每個測量周期內(nèi)的脈沖數(shù)）來得到測試器下放深度的增量值（最高位為符號位），以減小數(shù)據(jù)值的字節(jié)長度而節(jié)省存儲單元，計數(shù)精度為計量長度（這里為0.1m）。對于一些主要地層段的參數(shù)值需要上下反復(fù)測試，而接近元關(guān)又不能反映方向性，因此用P3.5口檢測鋼纜絞車的提升或下放的狀態(tài)信號以確定深度增量值的正負(fù)號。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，分為主程序模塊、深度測量程序模塊、鍵處理程序模塊、串行通訊程序模塊和顯示程序模塊等。

主程序模塊：主要完成系統(tǒng)初始化、參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行控制及深度測量、鍵處理、串行通訊和顯示等子程序的調(diào)用功能。流程圖如圖4所示。

深度測量程序模塊：用于測量周期內(nèi)下放深度的脈沖數(shù)據(jù)采集、計算和存儲等。

鍵處理程序模塊：共設(shè)有“設(shè)置/確認(rèn)”、上、下、左、右鍵、“同步運(yùn)行”、“查詢”、“通訊”和“結(jié)束”等9個按鍵。其中“查詢”、“通訊”和“結(jié)束”鍵為中斷方式，其余鍵均為查詢方式，即這些鍵在運(yùn)行過程中將失效。參數(shù)設(shè)置操作采用菜單試，通過“設(shè)置/確認(rèn)”、上、下、左、右鍵等鍵移動顯示光標(biāo)實現(xiàn)功能選擇、參數(shù)設(shè)置等功能。該程序模塊主要用于實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置時間調(diào)整和功能操作等。

串行通訊程序模塊：通過串行通訊口完成與筆記本電腦之間的數(shù)據(jù)傳送。

顯示程序模塊：通過89C52的P0口將數(shù)據(jù)和命令寫入到HD44780的顯示RAM和指令寄存器中，實現(xiàn)LCD的各種數(shù)據(jù)、狀態(tài)和信息顯示。

4 應(yīng)用情況

該儀器在油田與油井參數(shù)測試器配套使用近一年，實用反饋是：（1）儀器安全可靠、精度高與測試器配合同步性好；（2）操作簡便、功耗低；（3）在與鋼纜絞車的機(jī)械和電氣配合上，通用性方面還需進(jìn)一步完善。