电机转速控制软件的设计与实现

褚晓冬

摘 要：介绍了在没有大规模修改仪器的情况下，通过软件和程控电源来控制电机转速，从而保证地层测试器在目的地层能够以恒定流速进行测压。

关键词：恒定 程控 地层测试器

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（c）-0009-01

目前，中海油服自主知识产权的地层测试器EFDT已经广泛作业于国内外各大油田，累计作业数百口，为中海油带来数亿元的直接经济收益。但该型仪器有一个比较显著的问题就是：抽吸流速不可控，也就是抽吸流速不能降到很低（<0.1毫升/秒），在这种情况下对于中等渗透率的地层，测试数据是没有问题且真实可靠的，但是低渗地层或者部分高渗地层，由于抽吸速度过快会导致压力下降曲线很陡，且迅速达到了预设的抽吸量，这样就会导致压降段的采样点分布很少，如图1所示。

这样的压降段，用我们传统的压降段流度计算方法无法计算出压降流度，而压恢算法又很难应用到现场快速处理（压恢法计算渗透率计算相对复杂，且需要多种条件符合的情况下才可计算），因此，流速对于快速地层渗透率分析是很重要的一个条件，EFDT仪器在作业中就碰到过数次类似的问题，在渗透率很好的地层，无法使用快速处理软件计算渗透率，只能通过后期解释处理来获得渗透率，这对作业人员造成了不小的困扰；还有一种更为严重的情况则是，抽吸速度过快，会造成一些松散的地层垮塌，这样的结果就是完全无法测压或者取样，这是作业方和甲方监督很不愿意看到的一种情况。

解决这种问题一般有两种办法：

（1）采用恒转矩电机；

（2）提高地面系统的采集频率。

第一种方法，采用恒转矩电机可以把电机的转速维持在可控的区间内，从而对抽吸流速进行控制，但目前EFDT采用的恒功率电机是非常可靠的一种电机，且已经配到EFDT作业数百口井，没有出现过问题，如果进行更换则是一个非常巨大的工程，并且会带来更多的不稳定因素；第二种方法，通过提高采集频率可以提高单位时间内采样点的分布密度，理论上可以解决压降段内采样点稀疏带来的无法计算流度问题，但是这种方法并不能解决第二种因抽吸过快引起的地层垮塌情况，并且目前EFDT的地面系统采样速度已经达到了每秒钟4帧的速度，如果再对速度进行提高，将会带来一些不可预知问题。

经过不断摸索，我们采用了第三种方法来解决此问题，对电源进行程序控制来解决这个问题，通过地面软件调整程控电源的输出，反复迭代对电机转速进行调整来达到预期的抽吸流速，从而对数据的可操作性进行控制。（如图2）

如图2所示，首先需要明确的一点是，电机转速与抽吸速度的关系是一定的，我们要控制抽吸速度，实际上也就是把电机转速控制在需要的范围内。第一步，我们需要根据地层的情况或者预测试的情况来判断当前点的抽吸量以及抽吸速度，这个是由工程师的经验进行判别，然后由仪器控制程序来预设电机转速并交由电机控制程序，电机控制程序是一个后台运行的程序，当一个测井系列激活后即开始运行。电机控制程序拿到预设转速后即开始查表操作，通过程序中内置的经验值列表查询出一个对应预设转速的电压值V0，经验值封装在一个类中，命名为CMotorControlMathod（）；该类中封装了对应不同转速情况下的电压值以及将电机转速微调至预设转速的全部方法。得到的电压值V0通过网络连接下发给程控电源，程控电源我们选用的采用USB485通讯的某型程控电源，通过串口服务器将网络连接转换为USB与主机进行通讯。程控电源根据预设值输出电压V0到抽吸电机，此电压对应一个电机转速S0，抽吸电机将转速情况返回给仪器控制程序并转交给电机控制程序，电机控制程序通过与预设置的电机转速进行对比，并调用CMotor Control Mathod（）内部方法Compare（）来获取一个新的预设电压V1并下发给电源，然后得到一个S1，如此迭代设置电压，直到电机的实际转速与预设转速之间的误差满足我们的需求，最终完成对预设转速的设置。

目前，这种队电机调速的方法已经通过了实验室的测试，对电机的转速控制，也就是抽吸流速的控制效果良好，下一步会将此成果逐步推广到各大作业市场进行更深入的测试。

摘 要：介绍了在没有大规模修改仪器的情况下，通过软件和程控电源来控制电机转速，从而保证地层测试器在目的地层能够以恒定流速进行测压。

关键词：恒定 程控 地层测试器

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（c）-0009-01

目前，中海油服自主知识产权的地层测试器EFDT已经广泛作业于国内外各大油田，累计作业数百口，为中海油带来数亿元的直接经济收益。但该型仪器有一个比较显著的问题就是：抽吸流速不可控，也就是抽吸流速不能降到很低（<0.1毫升/秒），在这种情况下对于中等渗透率的地层，测试数据是没有问题且真实可靠的，但是低渗地层或者部分高渗地层，由于抽吸速度过快会导致压力下降曲线很陡，且迅速达到了预设的抽吸量，这样就会导致压降段的采样点分布很少，如图1所示。

这样的压降段，用我们传统的压降段流度计算方法无法计算出压降流度，而压恢算法又很难应用到现场快速处理（压恢法计算渗透率计算相对复杂，且需要多种条件符合的情况下才可计算），因此，流速对于快速地层渗透率分析是很重要的一个条件，EFDT仪器在作业中就碰到过数次类似的问题，在渗透率很好的地层，无法使用快速处理软件计算渗透率，只能通过后期解释处理来获得渗透率，这对作业人员造成了不小的困扰；还有一种更为严重的情况则是，抽吸速度过快，会造成一些松散的地层垮塌，这样的结果就是完全无法测压或者取样，这是作业方和甲方监督很不愿意看到的一种情况。

解决这种问题一般有两种办法：

（1）采用恒转矩电机；

（2）提高地面系统的采集频率。

第一种方法，采用恒转矩电机可以把电机的转速维持在可控的区间内，从而对抽吸流速进行控制，但目前EFDT采用的恒功率电机是非常可靠的一种电机，且已经配到EFDT作业数百口井，没有出现过问题，如果进行更换则是一个非常巨大的工程，并且会带来更多的不稳定因素；第二种方法，通过提高采集频率可以提高单位时间内采样点的分布密度，理论上可以解决压降段内采样点稀疏带来的无法计算流度问题，但是这种方法并不能解决第二种因抽吸过快引起的地层垮塌情况，并且目前EFDT的地面系统采样速度已经达到了每秒钟4帧的速度，如果再对速度进行提高，将会带来一些不可预知问题。

经过不断摸索，我们采用了第三种方法来解决此问题，对电源进行程序控制来解决这个问题，通过地面软件调整程控电源的输出，反复迭代对电机转速进行调整来达到预期的抽吸流速，从而对数据的可操作性进行控制。（如图2）

如图2所示，首先需要明确的一点是，电机转速与抽吸速度的关系是一定的，我们要控制抽吸速度，实际上也就是把电机转速控制在需要的范围内。第一步，我们需要根据地层的情况或者预测试的情况来判断当前点的抽吸量以及抽吸速度，这个是由工程师的经验进行判别，然后由仪器控制程序来预设电机转速并交由电机控制程序，电机控制程序是一个后台运行的程序，当一个测井系列激活后即开始运行。电机控制程序拿到预设转速后即开始查表操作，通过程序中内置的经验值列表查询出一个对应预设转速的电压值V0，经验值封装在一个类中，命名为CMotorControlMathod（）；该类中封装了对应不同转速情况下的电压值以及将电机转速微调至预设转速的全部方法。得到的电压值V0通过网络连接下发给程控电源，程控电源我们选用的采用USB485通讯的某型程控电源，通过串口服务器将网络连接转换为USB与主机进行通讯。程控电源根据预设值输出电压V0到抽吸电机，此电压对应一个电机转速S0，抽吸电机将转速情况返回给仪器控制程序并转交给电机控制程序，电机控制程序通过与预设置的电机转速进行对比，并调用CMotor Control Mathod（）内部方法Compare（）来获取一个新的预设电压V1并下发给电源，然后得到一个S1，如此迭代设置电压，直到电机的实际转速与预设转速之间的误差满足我们的需求，最终完成对预设转速的设置。

目前，这种队电机调速的方法已经通过了实验室的测试，对电机的转速控制，也就是抽吸流速的控制效果良好，下一步会将此成果逐步推广到各大作业市场进行更深入的测试。

摘 要：介绍了在没有大规模修改仪器的情况下，通过软件和程控电源来控制电机转速，从而保证地层测试器在目的地层能够以恒定流速进行测压。

关键词：恒定 程控 地层测试器

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（c）-0009-01

目前，中海油服自主知识产权的地层测试器EFDT已经广泛作业于国内外各大油田，累计作业数百口，为中海油带来数亿元的直接经济收益。但该型仪器有一个比较显著的问题就是：抽吸流速不可控，也就是抽吸流速不能降到很低（<0.1毫升/秒），在这种情况下对于中等渗透率的地层，测试数据是没有问题且真实可靠的，但是低渗地层或者部分高渗地层，由于抽吸速度过快会导致压力下降曲线很陡，且迅速达到了预设的抽吸量，这样就会导致压降段的采样点分布很少，如图1所示。

这样的压降段，用我们传统的压降段流度计算方法无法计算出压降流度，而压恢算法又很难应用到现场快速处理（压恢法计算渗透率计算相对复杂，且需要多种条件符合的情况下才可计算），因此，流速对于快速地层渗透率分析是很重要的一个条件，EFDT仪器在作业中就碰到过数次类似的问题，在渗透率很好的地层，无法使用快速处理软件计算渗透率，只能通过后期解释处理来获得渗透率，这对作业人员造成了不小的困扰；还有一种更为严重的情况则是，抽吸速度过快，会造成一些松散的地层垮塌，这样的结果就是完全无法测压或者取样，这是作业方和甲方监督很不愿意看到的一种情况。

解决这种问题一般有两种办法：

（1）采用恒转矩电机；

（2）提高地面系统的采集频率。

第一种方法，采用恒转矩电机可以把电机的转速维持在可控的区间内，从而对抽吸流速进行控制，但目前EFDT采用的恒功率电机是非常可靠的一种电机，且已经配到EFDT作业数百口井，没有出现过问题，如果进行更换则是一个非常巨大的工程，并且会带来更多的不稳定因素；第二种方法，通过提高采集频率可以提高单位时间内采样点的分布密度，理论上可以解决压降段内采样点稀疏带来的无法计算流度问题，但是这种方法并不能解决第二种因抽吸过快引起的地层垮塌情况，并且目前EFDT的地面系统采样速度已经达到了每秒钟4帧的速度，如果再对速度进行提高，将会带来一些不可预知问题。

经过不断摸索，我们采用了第三种方法来解决此问题，对电源进行程序控制来解决这个问题，通过地面软件调整程控电源的输出，反复迭代对电机转速进行调整来达到预期的抽吸流速，从而对数据的可操作性进行控制。（如图2）

如图2所示，首先需要明确的一点是，电机转速与抽吸速度的关系是一定的，我们要控制抽吸速度，实际上也就是把电机转速控制在需要的范围内。第一步，我们需要根据地层的情况或者预测试的情况来判断当前点的抽吸量以及抽吸速度，这个是由工程师的经验进行判别，然后由仪器控制程序来预设电机转速并交由电机控制程序，电机控制程序是一个后台运行的程序，当一个测井系列激活后即开始运行。电机控制程序拿到预设转速后即开始查表操作，通过程序中内置的经验值列表查询出一个对应预设转速的电压值V0，经验值封装在一个类中，命名为CMotorControlMathod（）；该类中封装了对应不同转速情况下的电压值以及将电机转速微调至预设转速的全部方法。得到的电压值V0通过网络连接下发给程控电源，程控电源我们选用的采用USB485通讯的某型程控电源，通过串口服务器将网络连接转换为USB与主机进行通讯。程控电源根据预设值输出电压V0到抽吸电机，此电压对应一个电机转速S0，抽吸电机将转速情况返回给仪器控制程序并转交给电机控制程序，电机控制程序通过与预设置的电机转速进行对比，并调用CMotor Control Mathod（）内部方法Compare（）来获取一个新的预设电压V1并下发给电源，然后得到一个S1，如此迭代设置电压，直到电机的实际转速与预设转速之间的误差满足我们的需求，最终完成对预设转速的设置。

目前，这种队电机调速的方法已经通过了实验室的测试，对电机的转速控制，也就是抽吸流速的控制效果良好，下一步会将此成果逐步推广到各大作业市场进行更深入的测试。