有源交变磁场导向定位测控系统设计与实现毕业论文.doc

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1、有源交变磁场导向定位测控系统设计与实现毕业论文目录第一章绪论11.1课题背景介绍11.1.1有源交变磁场导向定位技术的提出11.1.2国内外有源交变磁场导向定位技术研究现状21.1.3数控测井系统简介51.2课题来源及意义61.2.1课题来源61.2.2课题意义71.3课题研究的主要内容71.4论文结构安排8第二章有源交变磁场导向定位测控系统设计方案92.1系统功能需求92.1.1系统概述92.1.2目标端井下系统设计指标及参数102.2系统总体方案设计112.2.1系统总体结构方案112.2.2系统总体设计原则122.

2、2.3源端近钻头磁钢短节设计132.2.4目标端井下系统设计方案132.2.5目标端地面接口箱设计方案142.3本章小结15第三章井下仪系统设计与实现163.1传感器测量短节选型163.2数据采集与通信短节设计173.2.1信号调理电路183.2.2A/D采集电路223.2.3CPU选型与控制电路设计253.2.4通信电路与协议303.2.5温度传感器电路设计353.2.6外围辅助电路363.3电源短节设计383.4本章小结39第四章地面接口系统设计与实现40i4.1地面接口系统结构404.2地面接口系统单元模块设计40

3、4.2.1曼码接收调理电路414.2.2FPGA解码单元固件设计434.2.3C8051F340固件设计494.3本章小结54第五章场地实验发现的问题及解决办法555.1场地实验简介555.1.1实验装置及场地555.1.2实验方案565.2实验发现的问题及解决办法575.2.1井下仪调理电路改进575.2.2井下仪调理电路误差补偿605.2.3发码电路噪声的消除645.2.4数据采集与通信板地层的布局645.3本章小结65结论66参考文献67攻读硕士学位期间取得的学术成果69致谢70i北京航空航天大学硕士学位论文第一章

4、绪论1.1课题背景介绍1.1.1有源交变磁场导向定位技术的提出在当代石油工业中，复杂结构井的开发利用是国际公认的前沿与关键性技术之一。复杂结构井包括水平井、大位移井、多分支井和原井再钻等新型油井，可对油气藏实施高效立体式开发[1]。目前国外在复杂结构井方面的研究趋于成熟，而国内尚处于起步阶段。因此，深入掌握复杂结构井的开发利用，是国内石油工业的当务之急，在解决产业发展技术瓶颈、提高油气层单井产量和采收率等方面有着重要意义。现代几何导向钻井技术正是适应复杂结构井的需要而在近年有了很大进展，但仍难以满足高可靠、高精度、抗干扰

5、的需求。另一方面，为缓解我国能源紧缺状况，煤层气产业受到社会广泛关注。然而，目前该产业还处在探索和发展期，缺乏精确导向钻井核心技术，煤层气单井产量和采收率普遍较低。为了提高复杂结构井的开采利用率，打破煤层气产业发展的技术瓶颈，应对日益增加的开采成本及钻井轨迹精度等需求，国内外提出了开展有源交变磁场导向定位技术的研究。过去的测井系统中，高频电磁波（2MHz以上）是应用于随钻电阻率测量的重要手段，具有受地层水矿化度影响较小的特点，但受泥质含量和围岩的影响却非常大，在非均匀介质中衰减快，相位变化明显，所测电导率和介电常数都会发

6、生频散的现象[2]，给数据的分析和解算带来了不小的困难。另外，传统的无源磁场导向技术主要利用地磁场信息进行井迹测量，而地磁场信号的抗干扰能力低，直接影响测量精度。低频交变磁场（0.5Hz~5Hz）不同于高频电磁波，其穿透力强，且其工作条件不受钻井液的限制，在气体、泡沫、充气泥浆和其它非常规钻井液中均能工作，可满足连通井、平行井、多分支水平井等特殊钻井工艺的高精度导向定位需求。因此，本系统创新性地提出了利用低频交变磁场作为测量信号。由于其信号幅度和相位均是随时间变化的，不同轴向上的相位差和幅度关系是分析的着眼点，因此，该信

7、号不易受地磁场等其他因素干扰，同时可避免静磁场磁力线平行时无法获取信号的问题，且不会被井下仪套管屏蔽。有源交变磁场导向技术可应用于各种定向钻井工程，包括：（1）连通井（2）定向井防碰技术（3）在土木工程建设如河流穿越工程中作为导向工具（4）为平行井段分离提供控制技术（特别是在SAGD重油产区）。国外71北京航空航天大学硕士学位论文实践表明，有源交变磁场导向技术能够实现直径小于1m的靶区导航要求，具有较高的精确度[3]。1.1.2国内外有源交变磁场导向定位技术研究现状旋转磁测距系统（RMRS）这一概念最早是在1995年由美

8、国VectorMagneticsLLC公司提出的，随着两井对接技术服务的市场需求，到1999年该技术得到了进一步发展并逐渐走向成熟。作为主动磁测系统，RMRS技术在定向钻井、开采煤层气、打连通井、基于SAGD技术的平行井、控制井喷、地质勘探和固体水溶采矿等领域[4]得到了广泛应用。目前，全世界范围内，RMRS技术用于