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定向钻井导航系统

杨翡  
【摘要】:随着时代的发展,科技的进步,城市建设迅猛发展,在城市的发展与建设中,地下管线的改良与建设是必不可少的,非开挖地下定向穿越技术已经成为城市建设的核心问题。定向穿越技术的关键在于导向孔的钻进,石油勘探开采过程中的重要技术定向钻井技术在这一新的领域得到了越来越广泛的应用。研究和应用定向钻井的导航技术对确保定向穿越等工程成功十分重要。 在理论研究的基础上,结合实际需要,研究设计了一种定向钻井导航系统,使用该系统进行定向穿越施工的工作过程如下:在施工前,根据实际情况,先设计一条最佳穿越路线,存入系统;在钻进中,系统通过对井轨的井斜、方位等参数的测量,对其进行实时监测;地面的司钻手通过对显示仪所显示的实际井轨参数及设计井轨参数进行比较,根据经验操纵操作杆,调整钻机前进方向,以达到对钻进过程的控制,最终实现定向钻井。钻头工作数据信息测量采集和信息传递是该系统研究设计的重点。 钻头工作数据信息,主要包括井斜角、方位角和工具面向角,是由测斜仪随钻测量来得到的,该随钻测斜仪是一种采用加速度计、磁阻式磁强传感器和单片机的三自由度定位装置。论文详细介绍了以磁传感器技术与加速度计为工作原理的随钻测斜仪的测斜原理,阐述了两种传感器的工作原理及测斜仪的结构设计,推导出井斜角、方位角和工具面角的数学模型和计算方法。测斜仪采用内置单片机对数据进行采集、处理、存储和传输。整个测斜仪从元器件的选用到电源电路的设计都采用了节能设计,使测斜仪的功耗降到最低。 井下与地面的数据通信也一直是定向钻井的技术难题,信号的传输途径有两种:有线和无线。近年来,无线传输中的泥浆脉宽调制方法引起各方关注,电流环技术由于它的抗干扰性强、传输距离远,也越来越多的被应用在工业环境的信息传输中。泥浆脉冲方法目前应用较多,但数据流量稀疏,电流环技术作为远距离传输手段已被广泛的应用于其它领域,技术成熟。在设计的系统时,考虑到该系统的主要特点:实用性与廉价性,故选择电流环作为系统的信号传输途径。论文分析了数据远距离传输方法,详细论述了电流环的工作原理,根据需要设计了电流环接口电路。本文介绍的电流环与 RS-232 接口的方法大大提高了串行通信的距离和抗干扰能力。 在上述研究基础之上,针对硬件电路编写了软件系统,对系统做了误差分析,并对主要误差源做了软件补偿,在实验室做了一些仿真与实验测试,结果比较满意,达到了预期目标。


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