??? 摘? 要: 以89C52單片機(jī)為核心構(gòu)成的油井參數(shù)測(cè)試器下放深度測(cè)試儀的軟、硬件設(shè)計(jì),該測(cè)試儀與油井參數(shù)取樣測(cè)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(jì)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用驗(yàn)證,該方案具有可行性。?
??? 關(guān)鍵詞: 測(cè)量周期? 計(jì)量長(zhǎng)度? 單片機(jī)? 硬件結(jié)構(gòu)圖? 程序流程圖
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??? 在油田采油作業(yè)中,經(jīng)常需要對(duì)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(cè)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(cè),并作出最好的油田開發(fā)及后續(xù)工藝設(shè)計(jì),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(cè)試器深入到井下并獲得各個(gè)參數(shù)值與深度的嚴(yán)格對(duì)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(cè)試器在油井中是每間隔固定的時(shí)間(稱為測(cè)量周期)測(cè)量一次并儲(chǔ)存,即得到p-t(被測(cè)參數(shù)值與時(shí)間)關(guān)系曲線;如果參數(shù)測(cè)試器在井中下放測(cè)試的同時(shí)能獲得時(shí)間的起點(diǎn)和間隔及與參數(shù)測(cè)試的時(shí)間起點(diǎn)和間隔嚴(yán)格一致的對(duì)應(yīng)深度值并儲(chǔ)存,即h-t(深度與時(shí)間)關(guān)系曲線,把這同一起點(diǎn)且相同時(shí)間間隔上對(duì)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(cè)。筆者以89C52單片機(jī)為核心研制出了與參數(shù)測(cè)試器配套使用的深度測(cè)試儀。?
1 深度測(cè)量原理?
??? 圖1所示為深度測(cè)量原理示意圖。參數(shù)測(cè)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(cè)長(zhǎng)齒輪同步轉(zhuǎn)動(dòng),測(cè)長(zhǎng)齒輪在接近開關(guān)中每通過一個(gè)齒就與一個(gè)固定的鋼纜下放長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng),而在接近開關(guān)中每通過一個(gè)齒就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖輸出。因此,通過累計(jì)接近開關(guān)的脈沖數(shù)就能夠計(jì)量鋼纜下放的長(zhǎng)度(每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的鋼纜下放長(zhǎng)度稱為計(jì)量長(zhǎng)度,這里為0.1m)。?
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2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)?
2.1 電源設(shè)計(jì)?
??? 因采油是野外作業(yè),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(shí)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(shí)現(xiàn)的。具體電路如圖2所示。該電路的最大輸出電流為3A。?
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2.2 硬件設(shè)計(jì)?
??? 圖3所示為測(cè)試儀的硬件原理圖。該測(cè)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(chǔ)器,以實(shí)現(xiàn)深度測(cè)量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能;DS12887為時(shí)鐘芯片,用于產(chǎn)生日歷時(shí)間、測(cè)量周期中斷和周期為0.5s(SQW端輸出,可編程)的方波(用于測(cè)量和串行數(shù)據(jù)通訊時(shí)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(shí)現(xiàn)測(cè)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(gè)字符庫(kù)),用于測(cè)量深度值、日歷時(shí)間、測(cè)量時(shí)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(duì)接近開關(guān)發(fā)出的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)(只累計(jì)每個(gè)測(cè)量周期內(nèi)的脈沖數(shù))來得到測(cè)試器下放深度的增量值(最高位為符號(hào)位),以減小數(shù)據(jù)值的字節(jié)長(zhǎng)度而節(jié)省存儲(chǔ)單元,計(jì)數(shù)精度為計(jì)量長(zhǎng)度(這里為0.1m)。對(duì)于一些主要地層段的參數(shù)值需要上下反復(fù)測(cè)試,而接近開關(guān)又不能反映方向性,因此用P3.5口檢測(cè)鋼纜絞車的提升或下放的狀態(tài)信號(hào)以確定深度增量值的正負(fù)號(hào)。?
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3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)?
??? 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu),分為主程序模塊、深度測(cè)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(cè)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。?
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??? 深度測(cè)量程序模塊:用于測(cè)量周期內(nèi)下放深度的脈沖數(shù)據(jù)采集、計(jì)算和存儲(chǔ)等。?
??? 鍵處理程序模塊:共設(shè)有“設(shè)置/確認(rèn)”、“↑”、“↓”、“→”、 “←”、“同步運(yùn)行”、“查詢”、“通訊”和“結(jié)束”等9個(gè)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)置操作采用菜單方式,通過“設(shè)置/確認(rèn)”、“↑”、“↓”、“→”、“←”等鍵移動(dòng)顯示光標(biāo)實(shí)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(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、時(shí)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(shí)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(cè)試器配套使用近一年,實(shí)用反饋是:(1)儀器安全可靠、精度高、與測(cè)試器配合同步性好;(2)操作簡(jiǎn)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。?
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參考文獻(xiàn)?
1 李 華.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1993;(8):61～62?
2 王義方.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,?1997;(10):157?
3 張有德.MCS-51單片微機(jī)實(shí)用子程序及其應(yīng)用.復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系,1988;(3):148～197