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【摘要】本文介绍了大庆油田试油试采分公司研制成功并推广应用的射孔仪器标定系统，重点阐述了系统的技术关键、工作原理和标定方法。该系统可对数控射孔取心仪、井下磁定位仪和自然伽马磁定位组合仪定期进行标定，经标定合格的仪器才能发放使用，确保仪器对射孔深度定位的精确性。【关键词】射孔 数控仪 井下仪器
1 前言
在射孔施工中，DB-3型数控仪和井下仪器共同作用把射孔器准确地定位于油气井的射孔深度上。随着油田进入开发后期，薄油层被大量开采，最薄的油层仅0.3m厚，要想在1200m深度上射准这些薄油层，要求射孔仪器深度定位控制误差<2.5/10000。而仪器在使用过程中，不可避免地会因为元器件老化，射孔枪引爆后的强烈震动，引起电路失调或性能下降，从而引起深度控制精度下降。因此研制了射孔仪器标定系统，定期对数控仪和井下仪器进行校验与标定，对技术性能不合格的仪器进行较准和修理，以确保仪器对射孔器深度控制准确无误。
2 井下仪器标定系统
2.1 磁定位仪信号采集与处理2.1.1？磁定位仪信号采集
将磁定位仪器与标定仪连接好后固定在支架上，套管接箍模拟运动装置的伺服电机驱动套管接箍做正反向运动，当套管接箍经过磁定位仪器时会产生接箍信号，通过检测信号的技术指标来标定磁定位仪。
2.1.2？磁定位仪信号处理
磁定位仪信号处理电路原理如图1所示：
图1？磁定位仪信号处理电路原理框图
磁定位仪送出的接箍信号，首先通过微分波形校正电路，以消除耦合电路所造成的波形失真，然后送到差动输入前置放大器进行放大。放大器采用单独的电源供电，地线不与仪器总地线连接，能有效地抑制共模干扰。放大后的信号经过阶数可选的低通滤波器，滤除叠加在接箍信号上的高频干扰，使得信号波形光滑无毛刺。再送到12位A/D转换器经采样、保持、转换、编码进行模/数转换，其最小分辨率为4mV。由80C196单片机读取12位的二进制偏移码，通过与计算机通讯，将信号电压数字值送到计算机中。同时计算机将读取由套管接箍模拟运动装置发出的套管运动方向和移动距离，经过标定仪程序处理后，在屏幕上绘制出接箍信号图形，供标定仪操作人员判读，对照磁定位仪检测标准，来判定被检测仪器合格与否。
2.2 伽马仪信号的采集与处理
2.2.1？伽马仪信号的采集
（1）无放射源伽马仪信号采集
无放射源伽马仪信号对于射孔测量来说属于噪声信号，但可反应出伽马仪对伽马射线的敏感度，合格的伽马仪本底计数率约为5600—5800个/分钟。
（2）有放射源伽马仪信号采集
当被检定的伽马仪进入稳定工作状态后，把刻度器放在伽马仪的晶体部位，1分钟后读取的伽马仪单位时间内的脉冲数即为在有放射源条件下的伽马仪计数率，标准的脉冲个数为146cps。
2.2.2？伽马仪信号处理
被检定伽马仪所送来的脉冲信号，先经过交流耦合电路，以去除伽马仪供电电源的直流电平，从中提取脉冲信号。而后经过高通滤波器滤除低频成分，使信号零电平更加稳定。再经过基准电压可程控的电压比较器，滤除因在信号传输过程中因微分效应而产生的过冲尖峰。再送入计数器进行计数，80C196单片机定时读取计数值，经过通讯把约定单位时间的记数值传送给计算机。
标定程序对所读取的脉冲数进行10点平均滤波，然后输出波形，供操作人员判读，对照伽马仪检测标准，来判定被检测仪器是否合格。
2.2.3？伽马仪高温测试
伽马仪按耐温指标分有两种：常规耐温120℃，耐高温170℃。将被标定的伽马仪放入高温控制实验装置，设定规定的温度值，1小时后进行检测，其各项技术指标不应下降。
2.2.4？伽马仪长期稳定性测试
对伽马仪通电1小时后，其各项技术指标不应下降。
3 数控仪标定系统
3.1 集成式综合信号发生器
数控仪的深度、接箍信号和伽马信号处理等三大系统，要定期标定。要想在实验室条件下实现对数控仪的标定，就必须有高精度的信号源，这种信号源所发出的测试信号，是作为计量器具使用的，其精度必须高于数控仪一个数量级（10倍）以上，因此研发了集成式综合信号发生器，它能发出检定数控仪所需的深度信号、接箍信号、伽马信号。
集成式综合信号发生器由深度信号发生器、套管接箍信号发生器、伽马脉冲信号发生器等三部分组成。
3.1.1？深度信号发生器
纵坐标表示深度脉冲信号的电压幅值，横坐标表示时间。信号分为A、B两相，相位差为90度，以某一时间点上电平高低来判断谁的相位领先，如图中B相领先A相90度，深度解码电路以两路深度信号的其中一路作为基准，对比另外一相的相位差，依此来判断滑轮的转动方向，单位时间内深度脉冲信号的个数就表示电缆运行速度。要求A、B两相之间相位差的误差不能大于5度，信号电压幅值在4.5～5V之间，指定发出4万个脉冲实际发出的脉冲数误差不能大于1个。另外，深度信号的频率要可调，最低速度为100m/ h，最高速度为16000m/h，调节的步长为100m/h。
3.1.2？套管接箍信号发生器
套管接箍信号发生器所产生的套管接箍信号单峰宽度在3～7cm范围内可调，两个套管接箍信号间隔（即单根套管长度）在1～15m范围内可调，最小调节步长为0.1m。信号的电压幅值在0.5～4V之间任意调节。
3.1.3？伽马脉冲信号发生器
伽马脉冲信号发生器所产生的伽马脉冲信号是矩形波，电压在2～6V内可调，脉冲宽度为25μs，信号频率在10～500Hz内可调。
3.2 数控仪标定方法3.2.1？深度系统的标定
标定仪和数控仪通电后预热15分钟后，由标定仪向数控仪发送深度脉冲信号，依照《射孔深度定位系统校验方法》中规定的判读点，停止向数控仪发送深度脉冲信号，把数控仪上显示的深度数值和标定仪对比，各点深度数值误差均不得大于2cm。3.2.2？套管接箍信号系统的标定
标定仪向送入套管接箍串信号，信号幅值在0.5～4V之间任选，数控仪连续测量并记录不少于5根套管的接箍信号曲线，接箍信号识别率应达到100%。
3.2.3？伽马脉冲信号系统的标定
将标定仪伽马信号发生器的输出信号API值设为100，读取并记录仪器屏幕所显示的测量数值。再将伽马信号发生器的输出信号API值为200，再读取并记录仪器屏幕所显示的测量数值。数控仪显示的数值与信号发生器输出的数值误差不大于5%。
4 结论
射孔仪器标定系统包括井下仪器标定和数控仪标定等两大部分，形成了一套仪器标定方法，可对数控射孔取心仪、井下磁定位仪和自然伽马磁定位组合仪定期进行标定，对检测出的不合格仪器进行较准和修理，使射孔仪器各项技术指标符合现场施工的要求，确保了射孔深度定位的准确性，同时还提高了现场施工曲线测量一次成功率，保证了施工质量，缩短了射孔施工时间。
1 前言
在射孔施工中，DB-3型数控仪和井下仪器共同作用把射孔器准确地定位于油气井的射孔深度上。随着油田进入开发后期，薄油层被大量开采，最薄的油层仅0.3m厚，要想在1200m深度上射准这些薄油层，要求射孔仪器深度定位控制误差<2.5/10000。而仪器在使用过程中，不可避免地会因为元器件老化，射孔枪引爆后的强烈震动，引起电路失调或性能下降，从而引起深度控制精度下降。因此研制了射孔仪器标定系统，定期对数控仪和井下仪器进行校验与标定，对技术性能不合格的仪器进行较准和修理，以确保仪器对射孔器深度控制准确无误。
2 井下仪器标定系统
2.1 磁定位仪信号采集与处理2.1.1？磁定位仪信号采集
将磁定位仪器与标定仪连接好后固定在支架上，套管接箍模拟运动装置的伺服电机驱动套管接箍做正反向运动，当套管接箍经过磁定位仪器时会产生接箍信号，通过检测信号的技术指标来标定磁定位仪。
2.1.2？磁定位仪信号处理
磁定位仪信号处理电路原理如图1所示：
图1？磁定位仪信号处理电路原理框图
磁定位仪送出的接箍信号，首先通过微分波形校正电路，以消除耦合电路所造成的波形失真，然后送到差动输入前置放大器进行放大。放大器采用单独的电源供电，地线不与仪器总地线连接，能有效地抑制共模干扰。放大后的信号经过阶数可选的低通滤波器，滤除叠加在接箍信号上的高频干扰，使得信号波形光滑无毛刺。再送到12位A/D转换器经采样、保持、转换、编码进行模/数转换，其最小分辨率为4mV。由80C196单片机读取12位的二进制偏移码，通过与计算机通讯，将信号电压数字值送到计算机中。同时计算机将读取由套管接箍模拟运动装置发出的套管运动方向和移动距离，经过标定仪程序处理后，在屏幕上绘制出接箍信号图形，供标定仪操作人员判读，对照磁定位仪检测标准，来判定被检测仪器合格与否。
2.2 伽马仪信号的采集与处理
2.2.1？伽马仪信号的采集
（1）无放射源伽马仪信号采集
无放射源伽马仪信号对于射孔测量来说属于噪声信号，但可反应出伽马仪对伽马射线的敏感度，合格的伽马仪本底计数率约为5600—5800个/分钟。
（2）有放射源伽马仪信号采集
当被检定的伽马仪进入稳定工作状态后，把刻度器放在伽马仪的晶体部位，1分钟后读取的伽马仪单位时间内的脉冲数即为在有放射源条件下的伽马仪计数率，标准的脉冲个数为146cps。
2.2.2？伽马仪信号处理
被检定伽马仪所送来的脉冲信号，先经过交流耦合电路，以去除伽马仪供电电源的直流电平，从中提取脉冲信号。而后经过高通滤波器滤除低频成分，使信号零电平更加稳定。再经过基准电压可程控的电压比较器，滤除因在信号传输过程中因微分效应而产生的过冲尖峰。再送入计数器进行计数，80C196单片机定时读取计数值，经过通讯把约定单位时间的记数值传送给计算机。
标定程序对所读取的脉冲数进行10点平均滤波，然后输出波形，供操作人员判读，对照伽马仪检测标准，来判定被检测仪器是否合格。
2.2.3？伽马仪高温测试
伽马仪按耐温指标分有两种：常规耐温120℃，耐高温170℃。将被标定的伽马仪放入高温控制实验装置，设定规定的温度值，1小时后进行检测，其各项技术指标不应下降。
2.2.4？伽马仪长期稳定性测试
对伽马仪通电1小时后，其各项技术指标不应下降。
3 数控仪标定系统
3.1 集成式综合信号发生器
数控仪的深度、接箍信号和伽马信号处理等三大系统，要定期标定。要想在实验室条件下实现对数控仪的标定，就必须有高精度的信号源，这种信号源所发出的测试信号，是作为计量器具使用的，其精度必须高于数控仪一个数量级（10倍）以上，因此研发了集成式综合信号发生器，它能发出检定数控仪所需的深度信号、接箍信号、伽马信号。
集成式综合信号发生器由深度信号发生器、套管接箍信号发生器、伽马脉冲信号发生器等三部分组成。
3.1.1？深度信号发生器
纵坐标表示深度脉冲信号的电压幅值，横坐标表示时间。信号分为A、B两相，相位差为90度，以某一时间点上电平高低来判断谁的相位领先，如图中B相领先A相90度，深度解码电路以两路深度信号的其中一路作为基准，对比另外一相的相位差，依此来判断滑轮的转动方向，单位时间内深度脉冲信号的个数就表示电缆运行速度。要求A、B两相之间相位差的误差不能大于5度，信号电压幅值在4.5～5V之间，指定发出4万个脉冲实际发出的脉冲数误差不能大于1个。另外，深度信号的频率要可调，最低速度为100m/ h，最高速度为16000m/h，调节的步长为100m/h。
3.1.2？套管接箍信号发生器
套管接箍信号发生器所产生的套管接箍信号单峰宽度在3～7cm范围内可调，两个套管接箍信号间隔（即单根套管长度）在1～15m范围内可调，最小调节步长为0.1m。信号的电压幅值在0.5～4V之间任意调节。
3.1.3？伽马脉冲信号发生器
伽马脉冲信号发生器所产生的伽马脉冲信号是矩形波，电压在2～6V内可调，脉冲宽度为25μs，信号频率在10～500Hz内可调。
3.2 数控仪标定方法3.2.1？深度系统的标定
标定仪和数控仪通电后预热15分钟后，由标定仪向数控仪发送深度脉冲信号，依照《射孔深度定位系统校验方法》中规定的判读点，停止向数控仪发送深度脉冲信号，把数控仪上显示的深度数值和标定仪对比，各点深度数值误差均不得大于2cm。3.2.2？套管接箍信号系统的标定
标定仪向送入套管接箍串信号，信号幅值在0.5～4V之间任选，数控仪连续测量并记录不少于5根套管的接箍信号曲线，接箍信号识别率应达到100%。
3.2.3？伽马脉冲信号系统的标定
将标定仪伽马信号发生器的输出信号API值设为100，读取并记录仪器屏幕所显示的测量数值。再将伽马信号发生器的输出信号API值为200，再读取并记录仪器屏幕所显示的测量数值。数控仪显示的数值与信号发生器输出的数值误差不大于5%。
4 结论
射孔仪器标定系统包括井下仪器标定和数控仪标定等两大部分，形成了一套仪器标定方法，可对数控射孔取心仪、井下磁定位仪和自然伽马磁定位组合仪定期进行标定，对检测出的不合格仪器进行较准和修理，使射孔仪器各项技术指标符合现场施工的要求，确保了射孔深度定位的准确性，同时还提高了现场施工曲线测量一次成功率，保证了施工质量，缩短了射孔施工时间。