有源交变磁场导向定位测控系统设计与实现

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1、中图分类号：TP73论文编号：10006SY0902536硕士学位论文有源交变磁场导向定位测控系统设计与实现作者姓名亓成宇学科专业信息与通信工程指导教师史晓锋培养院系电子信息工程学院DesignofAMeasureandControlSystemforActiveAlternatingMagneticSignal-OrientedPositioningADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:QiChengyuSupervisor:ShiXiaofengSc

2、hoolofElectronicandInformationEngineeringBeihangUniversity,Beijing,China中图分类号：TP73论文编号：10006SY0902536硕士学位论文(有源交变磁场导向定位测控系统设计与实现)作者姓名申请学位级别指导教师姓名职称学科专业研究方向学习时间自年月日起至年月日止论文提交日期年月日论文答辩日期年月日学位授予单位学位授予日期年月日关于学位论文的独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据

3、是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得北京航空航天大学或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。   若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：      日期：年月日学位论文使用授权书本人完全同意北京航空航天大学有权使用本学位论文（包括但不限于其印刷版和电子版），使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门（机构）送交学位论文，以学术交流

4、为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日摘要在复杂结构井定向钻井过程中，需要根据钻头与目标靶点的相对位置实时调整钻头钻进方向。如稠油热采中要求两井保持平行，而在煤层气开发和可溶性盐卤矿开采中，需将水平井和洞穴井对接连通，构成水平对接连通井，由于洞穴井直径较小，靶区半径甚至不超过1米，仅为常规定向钻井靶区半径的1/30，因

5、此，常规随钻测量方法已无法满足精确导向定位需求。有源交变磁场导向定位方法是以近钻头交变磁场为信号源，在目标靶点处进行交变磁场信号测量，并采用特定的导向定位算法直接确定钻头端与目标靶点相对位置的一种方法。目前国外基于此类方法的旋转磁测距系统(RMRS,RotaryMagneticRangingSystem)已经广泛应用在油气田和煤层气开发领域，而国内对于此类系统的研发尚处于起步阶段。本课题源于中国石油化工集团“磁性导向钻井技术研究”资助项目。针对上述定向连通井、稠油热采平行井等在钻进中的精确导向定位需求，提出了一种基于有

6、源交变磁场导向定位方法的测控系统设计方案。首先介绍了测控系统的组成与工作原理，然后着重分析了井下仪子系统、地面接口子系统的具体实现。在高效、可靠的测控与通信协议基础上，成功设计出增益范围达80dB的宽动态范围信号调理电路，以TMS320F2809为核心的数据采集与通信电路等，突破了基于FPGA的高速曼码解码器及其I2C接口，高波特率数据的FIFO缓冲，下位机与上位机之间的USB接口设计等多项技术难点，并给出了针对电路自身所引入测量误差的校正补偿参数。有源交变磁场导向定位测控系统的研制，将为具有我国自主知识产权的有源交变

7、磁场导向定位方法提供必要的硬件支撑，在国内大型油气田和煤层气开采中发挥重要作用。目前，系统样机研制成功，并通过了地面模拟实验验证，达到预期设计指标，已交付胜利油田钻井工艺研究院。关键词：测控系统、RMRS、信号调理、曼彻斯特码、USB接口、FIFOiiiAbstractDuringthedirectionaldrillingofcomplexstructuralwells,thedirectionofthedrillshouldbeadjustedrealtimeaccordingtotherelativepositi

8、onbetweendrillandtarget.Forexample,twowellsmustbeparallelinthermalrecoveryofheavyoil,whilethehorizontalwellmustbebuttedtothecavewellincoalbedgasandsaltbrinemineexploi