智能固井參數(shù)儀的研究與推廣

曹鳳蘭　何曉輝

【摘 要】新型儀表運(yùn)用可充電式蓄電池，提高了儀表的安全可靠性；運(yùn)用先進(jìn)的無(wú)線電技術(shù)替代了手勢(shì)報(bào)量方式讓施工人員可以及時(shí)了解各項(xiàng)參數(shù)；運(yùn)用先進(jìn)的單片機(jī)數(shù)控技術(shù)使儀表具有多參數(shù)顯示、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)分析、打印圖表等多功能。新型儀表的多功能使得儀表更安全、操作更簡(jiǎn)便、誤差更低、故障率減低，這給固井施工帶來(lái)了便利。

【關(guān)鍵詞】可充電式蓄電池；無(wú)線電技術(shù)；單片機(jī)數(shù)控技術(shù)

0.概述

在固井現(xiàn)場(chǎng)施工中，水泥漿和泥漿的流量值以及壓力值是現(xiàn)場(chǎng)工程師指揮施工的重要參數(shù)。以前的固井流量計(jì)只能監(jiān)測(cè)水泥漿和泥漿的流量值，對(duì)與壓力沒(méi)有自動(dòng)監(jiān)測(cè)。而且以前現(xiàn)場(chǎng)施工工程師也不能及時(shí)掌握流量值，他們只能通過(guò)手勢(shì)來(lái)了解參數(shù)值。舊式儀表采用220V電源存在著安全隱患；并且現(xiàn)場(chǎng)電壓也不穩(wěn)定，電壓的波動(dòng)很容易燒壞儀表。2004年我們新研制的智能固井參數(shù)儀表不僅可以同時(shí)顯示三個(gè)參數(shù)值，而且現(xiàn)場(chǎng)施工工程師可以通過(guò)無(wú)線接收儀可直接同步看到三個(gè)參數(shù)數(shù)值；并且新型儀表還具有計(jì)算機(jī)下載打印參數(shù)曲線功能，可以將每口井的施工中的三個(gè)參數(shù)關(guān)系進(jìn)行分析；新型儀表用可充電式的蓄電池作電源解決了舊式儀表的安全隱患問(wèn)題。我們研制的新型智能固井參數(shù)儀表有著安全可靠、多參數(shù)顯示、無(wú)線通訊、儲(chǔ)存并打印參數(shù)曲線圖等功能，完全可以替代舊式儀表運(yùn)用到現(xiàn)場(chǎng)施工中。新研制的新型智能固井參數(shù)儀表的設(shè)計(jì)還并不完善還需要加以完善[1]。

1.電源電路的設(shè)計(jì)

隨著科技的發(fā)展低壓直流電源已廣泛的應(yīng)用在多種行業(yè)的儀器儀表內(nèi)做直接供電電源。我們通過(guò)多方面查找資料，研究學(xué)習(xí)最新的儀器儀表方面的科學(xué)技術(shù)，借鑒世界先進(jìn)的儀器儀表，從眾多類(lèi)型的直流蓄電池選擇出適合固井施工工藝需要的蓄電池——24V免維護(hù)鉛酸蓄電池[2]。

2.儀表電路的設(shè)計(jì)和制作

儀表電路包括主機(jī)電路和各功能接口電路組成。主機(jī)電路包括可編程控制單片機(jī)集成電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)集成電路和顯示電路；接口電路包括與計(jì)算機(jī)接口電路、與流量傳感器接口電路、與壓力傳感器接口電路和與同步無(wú)線發(fā)射模塊接口電路。

與流量傳感器接口電路的功能是將流量的脈沖信號(hào)處理成方波數(shù)字信號(hào)輸入給主機(jī)電路。與壓力傳感器接口電路的功能是將壓力模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)輸入給主機(jī)電路。與同步無(wú)線發(fā)射模塊接口電路的功能是將經(jīng)主機(jī)電路處理好的流量、壓力數(shù)據(jù)輸給無(wú)線發(fā)射模塊電路。與計(jì)算機(jī)接口電路的功能是將經(jīng)主機(jī)電路處理好的流量、壓力數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)。

主機(jī)電路中的可編程控制單片機(jī)集成電路的功能是通過(guò)單片機(jī)的程序處理流量壓力數(shù)據(jù)并分別輸給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)集成電路、顯示電路、同步無(wú)線發(fā)射模塊接口電路和計(jì)算機(jī)，完成各項(xiàng)指令功能。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)集成電路的功能是存儲(chǔ)流量壓力數(shù)據(jù)。顯示電路是顯示流量和壓力數(shù)據(jù)的。

3.無(wú)線發(fā)射接收模塊的設(shè)計(jì)

選用FC-201/E23A5E無(wú)線發(fā)射接收數(shù)字模塊，采用RS232通信方式將數(shù)據(jù)傳送到大屏幕顯示屏進(jìn)行顯示。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步發(fā)射、接收，無(wú)線傳輸系統(tǒng)必須有兩大部分組成：一是數(shù)據(jù)發(fā)射端，二是數(shù)據(jù)接收端。

數(shù)據(jù)發(fā)射端的主要功能就是將流量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制、發(fā)射，它是由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、發(fā)射模塊三個(gè)電路模塊組成。將流量數(shù)據(jù)的模擬信號(hào)加以數(shù)字化是數(shù)據(jù)采集模塊的功能。數(shù)據(jù)處理模塊將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行合法性處理，以便接收終端能夠正確的接收。發(fā)射模塊主要是將處理好的數(shù)據(jù)調(diào)制后以一定的頻率發(fā)射出去。其原理框圖如下：

數(shù)據(jù)接收端的主要功能是將施工數(shù)據(jù)接收、解調(diào)、顯示。它由接收模塊、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示三個(gè)電路模塊組成。接收模塊能將不同頻率的調(diào)制信號(hào)解調(diào)，還原為數(shù)字信號(hào)。數(shù)據(jù)處理模塊是將數(shù)字信號(hào)還原為原始計(jì)量數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合法化驗(yàn)證。數(shù)據(jù)顯示模塊是將原始計(jì)量數(shù)據(jù)直觀、清晰地顯示給施工指揮。其原理框圖如下：

手持無(wú)線接收機(jī)是無(wú)線發(fā)射接收模塊的數(shù)據(jù)接收端電路。它是由數(shù)據(jù)接收電路、顯示電路、蓄電池組成。它的主要功能是遠(yuǎn)距離無(wú)線接收儀表發(fā)射的數(shù)據(jù)信號(hào)，并顯示出來(lái)。這樣施工工程師就可及時(shí)了解各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)了[3]。

4.軟件的編制

軟件有單片機(jī)程序和計(jì)算機(jī)程序。單片機(jī)程序的功能是運(yùn)算處理流量、壓力數(shù)據(jù)，將處理好的數(shù)據(jù)分配給顯示電路、存儲(chǔ)電路、無(wú)限發(fā)射電路，以及將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)。我們通過(guò)信號(hào)發(fā)生器和示波儀等儀器來(lái)檢測(cè)單片機(jī)程序。計(jì)算機(jī)程序的功能是將數(shù)據(jù)保存到計(jì)算機(jī)中，并可將數(shù)據(jù)繪制成曲線圖[4]。應(yīng)用程序編程流程圖：

5.儀表外型設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)儀表的外殼、控制面板和手持無(wú)線接收機(jī)的外殼，各功能電路要合理的組裝在儀表外殼內(nèi)。儀表的控制面板有各項(xiàng)功能控制鍵分前后兩個(gè)面板。儀表的前面板有液晶LCD數(shù)據(jù)顯示窗口、電源指示燈、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)指示燈、參數(shù)設(shè)定鍵、頻率小數(shù)點(diǎn)鍵、清零鍵、顯示屏背光鍵、數(shù)據(jù)上傳鍵。儀表的后面板有充電插座、流量信號(hào)插座、壓力信號(hào)插座、計(jì)算機(jī)通訊接口、電源保險(xiǎn)座、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)以（下轉(zhuǎn)第141頁(yè)）（上接第81頁(yè)）及電源開(kāi)關(guān)。手持無(wú)線接收機(jī)的顯示儀面板上有“背光”鍵，用于打開(kāi)液晶LCD的背光以便夜間查看數(shù)據(jù)。

6.推廣

我們固井計(jì)量?jī)x表長(zhǎng)期以來(lái)還一直用著PDI積算模擬儀表，這種儀表的故障率高、存在安全隱患。五年前國(guó)內(nèi)的無(wú)線電技術(shù)和單片機(jī)數(shù)控技術(shù)還處在起步發(fā)展階段，現(xiàn)在已經(jīng)快速發(fā)展成熟并運(yùn)用到各個(gè)行業(yè)特別是化工行業(yè)；而我們可以運(yùn)用這兩種成熟技術(shù)來(lái)研制新型儀表以替代老式儀表。新型儀表運(yùn)用可充電式蓄電池，提高了儀表的安全可靠性；運(yùn)用先進(jìn)的無(wú)線電技術(shù)替代了手勢(shì)報(bào)量方式讓施工人員可以及時(shí)了解各項(xiàng)參數(shù)；運(yùn)用先進(jìn)的單片機(jī)數(shù)控技術(shù)使儀表具有多參數(shù)顯示、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)分析、打印圖表等多功能。新型儀表的多功能使得儀表更安全、操作更簡(jiǎn)便、誤差更低、故障率減低，這給固井施工帶來(lái)了便利。在推廣應(yīng)用過(guò)程中，儀表的安全性得到了流量計(jì)操作人員的肯定，儀表的無(wú)線傳輸?shù)玫搅耸┕すこ處煹暮迷u(píng)。新型儀表運(yùn)用的先進(jìn)技術(shù)是以前固井行業(yè)中所沒(méi)有用到的，這是固井計(jì)量器具的革新。在2005年勝利油田油區(qū)固井施工現(xiàn)場(chǎng)使用的二次儀表全部是新型的二次儀表——智能固井參數(shù)儀，使用率達(dá)到了100%，取壓率達(dá)到70%以上。新型二次儀表——智能固井參數(shù)儀已全面替換舊式流量計(jì)量?jī)x表。此次推廣項(xiàng)目中對(duì)智能固井參數(shù)儀的改進(jìn)，增強(qiáng)了儀表本身對(duì)外界環(huán)境的抗干擾能力，延長(zhǎng)了使用壽命，提高了操作性。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]周航慈著.單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1991.

[2]譚浩強(qiáng)著.C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，1991.

[3]梁廷貴主編.現(xiàn)代集成電路實(shí)用手冊(cè).北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2002.

[4]于英民，孫全，莫瑋編著.計(jì)算機(jī)接口技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，1996.