便攜式油田電纜打標裝置的研究

薛國民，高楊，汝繼偉中國石油大慶油田有限責任公司技術監督中心（黑龍江　大慶　163453）

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便攜式油田電纜打標裝置的研究

薛國民，高楊，汝繼偉
中國石油大慶油田有限責任公司技術監督中心（黑龍江大慶163453）

對下井電纜進行磁記號標定是保證下井儀器設備準確到達地層指定位置的重要手段，便攜式油田電纜深度打標裝置通過計算控制各傳感器協同工作，實現裝置功能。該裝置可以在測井現場對電纜進行在線打標，有速度測量、深度測量、誤差修正功能，同時具有便于攜帶、易操作，防打滑的特點。該裝置在大慶油田深度標準井進行多次實驗，實驗結果表明，在1 200m/h 和3 000m/h的電纜運行速度下，通過硬件精調修正和軟件延時修正，精度可達到±0.2m以內。

標準井；電纜打標裝置；電纜深度；刻度

在測井、射孔、修井和測試工作中，需要通過記錄下井電纜的深度保證下井儀器設備準確到達地層指定位置。電纜深度記號的準確與否是關系到工程技術施工作業質量好壞的重要因素[1]，目前采用的電纜深度準確度保障措施是下井電纜深度打磁標記（簡稱打標）的方式，每20m或者25m注入一個磁記號作為刻度，打標工作需要作業車輛開到深度標準井打標或者打標實驗室完成[2]。按照行業標準規定在測井超過10口，或者電纜出現退磁等問題時[3]，電纜需要重新打標。現在的打標方式存在3個方面問題：一是標準井打標需要在室外進行，并且需要通過馬丁代克[4]來傳遞長度值，在冬季低溫環境以及當電纜上有油污時，馬丁代克會打滑造成計量誤差偏大[5]；二是不同礦區和油田有各自的深度標準井，深度量值沒有統一的溯源，跨區作業時必須對電纜重新打標；三是深度標準井數量少、作業車輛多，作業車輛需要經常往返作業井和深度標準井（或者打標實驗室），尤其是到較遠的作業場所或者跨區作業時，給深度打標工作帶來很大的工作量，造成人力、物力和財力的巨大消耗。本文提出了一種新型的便攜式電纜打標裝置可以有效地解決上述難題，在提高電纜打標準確度的同時，大幅度提高了勞動效率。

1　工作原理

便攜式電纜打標裝置的原理如圖1所示，電纜由左向右運行，依次通過以下幾個部分：消磁器1號、注磁器1號、讀磁器1號、讀磁器2號、消磁器2號、注磁器2號、讀磁器3號。裝置主要實現3個主要功能：對測井電纜進行長度測量；對測井電纜進行速度測量；對測井電纜進行打標。

圖1　電纜打標裝置工作原理示意圖

1.1長度測量

1號注磁器與2號讀磁器之間的距離是0.5m，1號注磁器注磁后2號讀磁器讀到磁記號，控制1號注磁器再打一個磁標記，依次循環。通過記錄讀到磁標記的次數n即可計算出電纜長度L。

式中：L為電纜長度，m；n為讀磁標記的次數。

1.2速度測量

同時使用1號、2號讀磁器檢測測井電纜上的磁標記，通過互相關算法可以算出2個讀磁器讀到磁標記的時間差t，2個讀磁器的距離0.1m，可計算測井電纜的速度V：

式中：V為測井電纜的速度，m/s；t為2個讀磁器讀到磁標記的時間差，s。

1.3對測井電纜進行打標

1號注磁器注磁后，磁記號運行到2號讀磁器，讀到磁記號后控制1號注磁器再打一個磁標記，計數器加1，磁記號通過2號消磁器時將記號消去，當計數器累加到40時，控制2號注磁器對電纜打標，從而實現了每20m一個記號。

2　總體設計方案

2.1機械結構

以便攜式結構設計為主導思想，易于攜帶和現場使用。裝置的機械結構設計采用了兩體式設計，包括背板、上殼體、下殼體，將各傳感器布置在上殼體各個部分，如圖2所示。

圖2　便攜式電纜打標裝置機械結構圖

該設計通過橫向和縱向槽輪的限位，可以保證電纜在儀器中間不會發生平移，保證精度；采用的分體式結構使得讀磁器和消磁器中間有足夠的距離，以消除干擾。同時設計研制了高精度精調機構，可以對1號注磁器和2號讀磁器之間的距離進行修正。

2.2測控系統

軟件部分采用labview軟件編程，將讀磁器采集的信號經過處理后在下位機進行判斷，然后調用相應的繼電器模塊控制注磁器進行打標。硬件部分考慮到裝置的精度要求以及穩定性要求，因此采用了進口控制器，共包括AI采集模塊、DO控制模塊、固態繼電器模塊、機械繼電器模塊等幾個部分。圖3為系統各模塊示意圖。

圖3　測控系統結構示意圖

3　實驗室及現場測試

3.1實驗室測試

在進行現場試驗之前，對裝置進行了大量的實驗室測試和改進，在實驗室測試中裝置精度與穩定性以及注磁效果都達到了要求。為了進行實驗設計了實驗室測試裝置，如圖4所示。利用電動機帶動主動絞盤轉動，然后通過力矩電機控制從動輪將電纜拉直，在電纜上依次安裝馬丁代克和電纜打標裝置，通過馬丁代克來驗證打標裝置的精確度。設置測試長度為150m，每次當裝置數值達到150m時輸出馬丁代克的讀數，然后根據誤差來調整精調機構，再次測試，直至將系統誤差消除。

圖4　電纜打標實驗室裝置原理圖

3.2現場試驗

現場試驗在深度標準井進行，將測井電纜依次穿過地滑輪、天滑輪后下入井口，將打標裝置安裝在井口支架上夾于電纜上，讓電纜穿過裝置后進入井口，在裝置對零后下放電纜同時打標，通過車載測井裝置觀察打標裝置與井下標準接箍深度進行對比判斷誤差。

3.2.1裝置準確度與重復性試驗結果

試驗方法為電纜下放，利用裝置在電纜上打標至1 100m，然后上提電纜，利用車載測井系統讀取打標裝置在電纜上所注的磁標記和磁定位儀器所讀取的井下接箍磁標記。由于標準井在900m和1 100m標準接箍，而且這個深度是測井過程中經常利用的深度，因此計算裝置所注磁記號與接箍磁記號在這一區間內的差值作為誤差。由于裝置的數值與接箍的數值需要馬丁代克進行傳遞，因此在計算過程中還要將馬丁代克的誤差Δ馬剔除。

式中：Δ馬為馬丁代克的系統誤差，m；197.24m為標準井900m到1 100m的實際長度值；ΔY為馬丁代克讀取長度值，m。

打標裝置測量電纜的實際長度Δ實按式（4）計算：

式中：Δ實為打標裝置測量電纜的實際長度，m；ΔX為馬丁代克讀取長度值，m；Δ馬為馬丁代克的系統誤差，m。

電纜打標裝置采用精調機構進行的部分現場測試數據見表1。由表1可見，裝置的誤差在-0.04m至-0.1m之間，誤差能夠滿足標準要求的±0.2m以內。

在電纜下井速度發生變化時，可通過調整軟件系統延時實現裝置的準確測量，電纜速度3 000m/h時通過軟件修正調整誤差試驗數據見表2。

表2的試驗數據表明：經過延時打標15ms的修正，可以將誤差范圍修正至-0.11m至0之間，滿足了±0.2m的標準要求。

3.2.2磁記號分析

電纜打標裝置在電纜所注的磁記號可以利用車載測井系統讀取裝置讀取，由圖5可以看出記號清晰，間距均勻。圖5中左側記號為標準井接箍磁記號，右側為打標裝置所注入磁記號。

4　結論

通過實驗室和現場測試，可以得出以下結論：

表1　電纜打標裝置現場測試數據

表2　軟件調整系統延時14ms試驗數據

圖5　車載測井系統讀取磁標記圖像

1）裝置能實現在線電纜打標功能；電纜運行速度1 200、3 000m/h下通過外置精調機構修正和軟件延時修正可以保證打標精度在±0.2m范圍之內；實驗結果滿足石油行業相關標準要求。

2）該裝置利用了高精度磁測量與信號采集技術、互相關測速技術、模擬信號處理技術，實現了電纜長度測量、速度測量以及磁記號標定功能。同時經過大量的實驗，證明了各項功能的精確度和可靠性。

3）該裝置的發明減少了傳統標準井打標方式帶來的人力、物力、財力的浪費，解決了馬丁代克計量電纜長度時會打滑、結垢造成誤差的問題。按照目前的管理方式，每臺測井車測10口井需要往返標準井或實驗室進行電纜校正或刻度，年往返次數27次，應用此裝置后可每季度到標準井或實驗室刻度1次，年減少往返次數20次以上，具備在油田生產以及其他需要計量電纜長度的場合應用的條件。

[1]曾濤.磁標記法高分辨率井深測量方法的研究[D].西安：西安理工大學，2007.

[2]劉江偉,李建華,葉文軍,等.測井電纜深度記號標定新方法實現的研究與應用[J].測井技術，2007，31(6)：580-582.

[3]李繼華，胡雄民，魏愛軍.井下套管消磁器研制與應用[J]測井技術，2010,34(3)：271-274.

[4]劉寶和.中國石油勘探開發百科全書工程卷[M].北京：石油工業出版社，2008:196.

[5]靳娟，葉獻方，肖海霞，等.測井電纜注磁標定測控系統設計[J].測井技術，2010，34(1)：88-90.

The magnetically markingof down-well cable is an important means to ensure the down-well instrument and equipment to ac?curately reach the designated position. The portable oilfield cable markingdevice controls the cooperative work of all sensors by calculat?ingto realize its function. The device can finish the cable markingin loggingfield, it has the functions of speed measurement, depth mea?surement and error correction, and it has the characteristics of easy to carry, easy to operate and anti slip. Several experiments carried out in the standard depth well of Daqing Oilfield show that the device can reach to the cable marking accuracy below±0.2 m by hardware’s precise adjustment correction and software’s delay correction at the cable speed of 1 200 m/h and 3 000 m/h.

standard well; cable markingdevice; cable depth; scale

薛國民（1970-），男，高級工程師，現從事石油專用計量技術和管理研究工作。

本文編輯：王梅2015-12-09