油井參數測試器下放深度測試儀的研制

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

關鍵詞：測量周期 計量長度 單片機 硬件結構圖 程序流程圖

在油田采油作業(yè)中，經常需要對勘探井、生產井及生產井的不同階段進行各分層段地層滲透率、靜止壓力、污染系數、采液指數、含油飽和度等油藏工程數據和相關參數的測試。油藏和采油工程師根據這些數據進行采油量及井噴預測，并作出最好的油田開發(fā)及后續(xù)工藝設計，以獲取最大的經濟效益。這些采樣數據的獲取需要將測試器深入到井下并獲得各個參數值與深度的嚴格對應關系（即參數值與深度的關系曲線）。通常油井參數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（被測參數值與時間）關系曲線；如果參數測試器在井中下放測試的同時能獲得時間的起點和間隔及與參數測試的時間起點和間隔嚴格一致的對應深度值并存儲，即h-t（深度與時間）關系曲線，把這同一起點且相同時間間隔上對應的p-t和h-t數據通過RS-232C串行口傳送到PC機（筆記本電腦）中，則可在PC機上獲得p-h曲線，以便進行各種分析與預測。筆者以89C52單片機為核心研制出了與參數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動，測長齒輪在接近開關中每通過一個齒就與一個固定的鋼纜下放長度相對應，而在接近開關中每通過一個齒就會產生一個脈沖輸出。因此，通過累計接近開關的脈沖數就能夠計量鋼纜下放的長度（每個脈沖對應的鋼纜下放長度稱為計量長度，這里為0.1m）。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 電源設計

因采油是野外作用，所以使用的電源是12V的汽車蓄電池。而單片機系統(tǒng)及接近開關的工作電源都為5V，因此需要將12V變換到5V。實現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。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，外擴展4片2864A（8K×8，E2PROM）作為能斷電保持數據的存儲器，以實現深度測量數據的存儲功能；DS12887的時鐘芯片，用于產生日歷時間、測量周期中斷和周期為0.5s（SQW端輸出，可編程）的方波（用于測量和串行數據通訊時的工作指示）；MAX3232為專用的TTL電平與RS-232C電平相互轉換芯片，用來實現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，其特點是功耗低、使用方便（可與單片機直接接口，11種專用指令）、顯示功能強（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端用于對接近開關發(fā)出的脈沖進行計數（只累計每個測量周期內的脈沖數）來得到測試器下放深度的增量值（最高位為符號位），以減小數據值的字節(jié)長度而節(jié)省存儲單元，計數精度為計量長度（這里為0.1m）。對于一些主要地層段的參數值需要上下反復測試，而接近元關又不能反映方向性，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號。

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)的軟件設計采用模塊化結構，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、參數設定、運行控制及深度測量、鍵處理、串行通訊和顯示等子程序的調用功能。流程圖如圖4所示。

深度測量程序模塊：用于測量周期內下放深度的脈沖數據采集、計算和存儲等。

鍵處理程序模塊：共設有“設置/確認”、上、下、左、右鍵、“同步運行”、“查詢”、“通訊”和“結束”等9個按鍵。其中“查詢”、“通訊”和“結束”鍵為中斷方式，其余鍵均為查詢方式，即這些鍵在運行過程中將失效。參數設置操作采用菜單試，通過“設置/確認”、上、下、左、右鍵等鍵移動顯示光標實現功能選擇、參數設置等功能。該程序模塊主要用于實現參數設置時間調整和功能操作等。

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據傳送。

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

4 應用情況

該儀器在油田與油井參數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）在與鋼纜絞車的機械和電氣配合上，通用性方面還需進一步完善。