钻井倾斜角及方位角微机测量仪Word格式.docx
- 文档编号:15940416
- 上传时间:2022-11-17
- 格式:DOCX
- 页数:109
- 大小:614.15KB
钻井倾斜角及方位角微机测量仪Word格式.docx
《钻井倾斜角及方位角微机测量仪Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《钻井倾斜角及方位角微机测量仪Word格式.docx(109页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
指导教师
刘丹
职称
副教授
副指导教师
答辩时间
2012年6月2日
目录
设计总说明I
introductionII
第一章绪论1
1.1钻井测量系统研究的意义1
1.2钻井测量系统的国内外研究现状1
1.2.1国内钻井测量系统研究现状2
1.2.2国外钻井测量系统研究现状2
1.3本文主要的研究内容3
第二章系统总体设计4
2.1系统总体方案4
2.2传感器类型选择4
2.3单片机选择6
2.4数据传输方式选择7
第三章系统硬件设计8
3.1硬件设计整体方案8
3.2硬件各部分设计8
3.2.1单片机最小系统电路8
3.2.2USB-TTL驱动电路10
3.2.3T-Flash驱动电路11
3.2.4L3G4200D驱动电路12
3.2.5MMA7455驱动电路13
3.2.6电源电路14
第四章下位机软件设计及调试15
4.1下位机软件整体方案设计15
4.2软件各模块设计16
4.2.1STC12C5608AD的SPI模块16
4.2.2MMA7455读写模块18
4.2.3L3G4200D读写模块19
4.2.4T-Flash卡读写模块23
4.2.5内部EEPROM模块24
4.2.6串口通信及下位机通信协议模块26
4.2.7定时采集模块29
第五章上位机软件设计32
5.1上位机整体方案设计32
5.2上位机各模块设计33
5.2.1上位机界面设计及控件使用33
5.2.2串口接收数据和配置下位机33
5.2.3数据格式转换及存储35
5.2.4数据滤波36
5.2.5数据处理36
5.2.6出错处理38
第六章系统样机测试40
6.1系统样机测试总体方案40
6.2上位机和下位机联合测试40
6.2.1下位机数据校正和传输40
6.2.2下位机配置设置41
6.2.3上位机数据滤波及处理42
6.2.4出错处理调试42
第七章设计总结43
鸣谢44
参考文献45
附录46
附录A46
A1元件清单46
A2下位机原理图47
A3系统硬件连接图48
附录B49
B1下位机程序代码49
B2上位机程序代码62
设计总说明
数字化数据采集和存储可以提高数据的处理效率和可靠性,很多优秀的数据处理算法也可以比较方便的实现。
本文针对传统钻井倾角和方位角以照相和人工处理繁琐方法加以大大的改进,提出使用数字式三轴陀螺仪和数字式三轴加速度传感器,实时测量钻井相应深度下的倾斜角和方位角。
考虑到测量过程中采用有线或无线传输数据的困难及高成本,转而采用大容量的TF卡来离线记录数据,从而大大简化数据传输及存储的问题。
本系统由8位单片机STC12C5608AD为控制核心,采用L3G4200D数字式3轴陀螺仪,MMA7455数字式3轴加速度传感器,以一定的下降速度,通过设定采集时间的方法,对一定深度的钻井通过定时测量来测量出整个钻井各个部分的倾斜角和方位角的信息,并采用特殊格式记录到TF卡,采集完成可以通过串口或读卡器上传数据到电脑上,使用相应的上位机处理数据。
由于单片机只需完成采集和记录数据的功能,不需要进行对硬件要求很高的各种浮点运算,大大简化下位机的设计和成本。
本设计可以在陆上或海上复杂电磁环境的钻井平台上。
关键词:
倾斜角;
方位角;
陀螺仪;
加速度传感器;
上位机
introduction
Digitaldataacquisitionandstoragecanimprovethedataprocessingefficiencyandreliability,manyexcellentdataprocessingalgorithmcanalsobemoreconvenientrealization.ThisarticleinviewofthetraditionaldrillingtotakeapictureandazimuthAngleandartificialprocessingmethodcangreatlyimproveredtape,andputsforwardthreeaxisgyroandusedigitaldigitalthreeaxisaccelerationsensors,real-timemeasuringdrillingdepthofthedipAngleandthecorrespondingazimuthAngle.Consideringthemeasuringprocessusingwiredorwirelessdatatransmissiondifficultyandhighcost,inturn,thecapacityoftheTFcardtorecorddataand,thusgreatlysimplifieddatatransmissionandstorageproblem.
ThesystemiscomposedofeightSTC12C5608ADmicrocontrollerascontrolcore,theL3G4200Ddigital3axisgyro,MMA7455digital3axisaccelerationsensors,downatacertainspeed,throughthemethodofsettingthecollectionperiod,tocertaindepthofdrillingthroughthetimingmeasurementstomeasurethewholedrillingallaspectsofthedynamicallyazimuthofinformation,andtheuseofspecialformatrecordtotheTFcard,collectthecompletecanthroughaserialportordepositcardreaderdatatoacomputer,usethecorrespondingPCprocessingdata.Becausesinglechipjustcompletedacquisitionandrecordthedatafunction,donotneedtoundertakeallkindsofhighdemandforhardwareoffloatingpointcalculation,whichcansimplifythedesignofamachineunderandcost.Thisdesigncanonlandoratseatheelectromagneticenvironmentofcomplexdrillingplatforms.
Keywords:
dipangle;
azimuth;
gyroscopesensor;
accelerationsensor;
uppercomputer
毕业设计题目
电气工程及其自动化,200811631114,霍兆权
指导教师:
第1章绪论
1.1钻井测量系统研究的意义
钻井测量系统主要任务是测量钻井的倾斜角和方位角。
通常是先完成一部分作业,达到一定深度后,测量倾斜角和方位角是否符合设计的要求,然后继续完成剩下的作业。
当然更高的技术是采用实时测量,从而对钻头位置设置闭环,达到自动高精度的钻井。
在4500m以下的深井、超深井以及高陡构造、易斜难钻地区的油气直井钻探中,垂直钻井技术是决定钻井质量高低的一项关键技术[1]。
对钻井的倾斜角及方位角测量十分重要。
井斜是指一口井偏离了铅直线。
它是钻井工程中的经典问题,直接影响着钻井井身质量和钻井速度。
井斜的危害随着井深的增加而愈加严重。
例如,使井眼偏离设计井位,使地质资料失真,引发诸如卡钻、钻柱磨损折断等工程事故,影响固井质量等,最终使得油气钻采周期延长、成本增加。
因此对于直井的井身质量通常都有井斜角、井斜变化率和井底水平位移的要求,国外井斜控制标准主要是限制井眼斜率,国内主要是以井斜角和方位角作为控制标准,对于定向井尤其是丛式井组的直井段,井斜角的要求更高[2]。
从20世纪20年代开始,经历了氢氟酸加浮动磁针、机械照相、陀螺仪式测斜仪,由于早期的测斜仪存在着精度低、只能单点测量、测量周期长、抗扰动性能差等缺点,目前一种以磁通门传感器与重力加速度传感器为主的新一代钻井测斜仪出现。
然而其结构复杂,安装困难,很难保证安装误差控制在要求的范围内[3]。
通过采用3轴加速度传感器,陀螺仪,地磁场传感器,可以通过卡尔曼滤波等滤波算法可以得到高精度的倾斜角和方位角数据。
但由于钻井地质结构复杂,电磁场干扰极大,地磁场传感器测量数据不能用作对陀螺仪的测量结果进行修正,所以只能采用对陀螺仪的数据滤波,重力传感器修正的方法提高动静态特性。
本设计的研究对钻井测量系统的效率和精度的提高有十分重要的意义。
1.2钻井测量系统的国内外研究现状
1.2.1国内钻井测量系统研究现状
在上世纪80年代以前,我国主要依赖国外的测斜仪器,然而费用高、维修周期长,却从客观上刺激了我国测斜仪的研制工作。
进入90年代,以精密机械、电子技术、计算机应用为基础的新颖的钻井测斜仪陆续在国内问世。
1993年北京石油勘探开发科学研究院与航天部33设计研究所研制出我国第一代有线随钻测量仪(50型)。
该系统可适时地测量倾斜角、方位角、装置角、地磁倾角、地磁场强度、井底环温和井深,并可打印记录[4]。
该系统也成功地在华北油田和冀东油田完成定向井5口。
在2000年三季度西安石油勘探仪器总厂也顺利完成了DEV43XA井斜测井仪的制造,其测量核心采用的是三个磁力计和三个加速度计作为井斜角和方位角的测量仪器[5]。
2000年以来,郑州士奇测控技术有限公司开发了FDZ一50×
32型自浮式电子单多点测斜仪。
它是一种先进的磁性测斜仪,可以替代机械单点和自浮式机械单点测斜仪,既能测单点,又能测多点它使用三轴磁力计和双轴重力加速度来测量井斜角和方位角。
兰州科庆仪器仪表有限责任公司的组合式井斜方位多功能测井仪[6]。
2003年08月08号申请专利。
组合式井斜方位多功能测井仪是由一个挠性陀螺仪、一个框架陀螺仪与三个加速度计配接而成。
挠性陀螺仪与三个加速度计配接完成仪器的倾斜角、方位角、方向角的点测量。
框架陀螺仪与三个加速度计完成倾斜角、方位角、方向角的连续测量,并以高精度的挠性陀螺的点测方位初始化框架陀螺的初始方位并消除框架陀螺的漂移。
05年中国石化集团胜利石油管理局钻井工艺研究院也研制出了井斜及方位伽马随钻测量仪[7]。
并申请专利。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 钻井 倾斜角 方位角 微机 测量仪