基于PSoC芯片的超高温井斜方位测井仪的研制.pdf

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1、石油仪器2014年第28卷第5期PETROLEUMINSTRUMENTS·5··开发设计·基于PSoC芯片的超高温井斜方位测井仪的研制张勇蔡志明董政王邦伟(川庆钻探工程有限公司测井公司重庆)摘要：ECLIPS5700系列的4401xA井斜方位仪采用的MCU芯片耐温大多在125℃，其耐温性能不高，严重制约了该仪器在高温井测井中的应用。采用陶瓷封装的PSoC芯片作为MCU，利用汇编语言与C语言混合编程，对该仪器进行重新开发设计(即KGGW4401)，其耐温性能得到显著提高，能够在200℃环境下工作至少8h，满足了在高温并测井中长时间工作的要求。现场测井资料表明，KGGW4401工作性能良好

2、，所测得的井斜、方位曲线与5700的4401XA所测曲线重合，取得了较好的测井效果。关键词：ECLIPS5700系统；PSoC芯片；超高温；井斜方位测井仪中图法分类号：TE927文献标识码：B文章编号：1004—9134(2014)05—0005—03重力加速度G在二个方向上的分量(A，A，A：)，三个O引言相互正交的磁力计测量地磁场F在三个方向上的分量随着石油勘探开发力度的不断增强超深井、大斜(M，M，M：)，则向量G与F的模分别为：度井越来越多，随着井深增加，井下的温度压力会增IGl=(1)大，特别是在水平井钻具传输测井时，仪器在井下工作IFI=：(2)的时间较长，对仪器的耐高温性

3、能的要求也越来越高。将G的三个分量A，A，A：归一化可得：井斜方位测井仪是一种测量井下各点的井斜和方位的仪器，在常规测井时必不可少。该仪器的耐温性：而(l3j)能主要取决于内部电路的MCU处理芯片的耐温性能。Ay目前，井斜方位仪器采用的MCU芯片大多在125oC，其。。：而(4)耐温性能不高，严重制约了该仪器在高温井测井中的应用。超高温井斜方位测井仪采用PSoC系列芯片。；：而(I5))CY8C29466作为MCU，并将其重新封装，在175oC环境将F的三个分量M，M，M归一化可得：下能够工作4小时以上，如果将其放在保温瓶，能够在Mx200~C环境下工作至少8小时，满足了在高温井测井中

4、m：而丽(6)长时间工作的要求。my(7)PSoC芯片由于内部数字资源和模拟资源丰富、开发应用灵活方便，在小型系统设计方面得到越来越广m=丽(8)泛的应用。则倾斜角DEV为：1基本原理uJDEV：arcl()(9)ECLIPS5700系列的井斜方位测井仪主要依靠测斜传感器来测量井眼的井斜方位，在传感器中，安装了两方付角DAZ为．两正交的三个加速度计和两两正交的三个磁通门传DAZ：rcta(0上)(10)感器。m一a．‘Slnl导航包内部安装的三个相互正交的加速度计测量其中：第一作者简介：张勇，男，1983年生，工程师，2009年毕业于中国石油大学(华东)信号与信息处理专业，现在川庆测井

5、公司从事石油测井仪器研发制造工作。邮编：400021石油仪器·6·PETROLEUMINSTRUMENTS2014年10月sin／=tTl,‘m+。y。my+n‘m。(11)并传送给地面系统，就能够演算出倾斜角DEV、方位角相对方位角RB为：DAZ、相对方位角RB、1#极板方位角AZ。B：180。一arctan()(12)2硬件设计01#极板方位角／4Z为：超高温井斜方位测井仪采用保温瓶结构，导航包及通讯电路均放在保温瓶内，其原理框图如图1所示。Az：rcta()(13)m一Ⅱ。Slnl整个仪器的电路由电源供电电路、通讯电路、导航包由公式(1)～(13)可知，只要传感器探测到重力(测斜

6、传感器)组成。加速度计分量(A，A，A)和磁力计分量(M，M，M)图1基于PSoC芯片的井斜方位测井仪原理框图2．1电源供电电路设计字模块和模拟模块的方式提供，如数字资源有Timer、ECLIPS5700地面系统向井下仪器供电180VAC，Counter、PWM、UART、SPI、CRC、PRS等；模拟资源有放大器、比较器、滤波器等J。通过电源变压器降压、1N4249二极管整流、电容滤波，在该电路的设计中，用到了数字部分的Timer、通过三端稳压模块后，输出直流电，供导航包和通讯电路使用。Counter以及UART模块。定时计数器主要用于曼彻斯特编解码，UART模块用于与导航包进行数据

7、交互。2．2导航包(测斜传感器)2．3．1命令的接收导航包内部由三个正交的加速度计、三个正交的ECLIPS5700地面系统发出井斜方位仪器的命令，磁通门、温度传感器以及单片机组成，由传感器输出的经遥测通信短节放大整形后，将命令字从27#芯和28#7路信号经过放大滤波、A／D转换后，进人CPU进行处芯发出(如图2所示)，经通讯电路的信号接收变压器理，由RS232串口输出，为后续通讯电路提供井斜、方rI12耦合到整形电路的输入端，经过整形后，得到一