基于超声波的近钻头无线随钻测斜系统设计.pdf

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1、石油机械2010年第38卷第1O期CHINAPETR0LEUMMACHINERY专题研究基于超声波的近钻头无线随钻测斜系统设计侯胜明王以法管志川高思宁立伟。(1．中国石油大学(华东)石油工程学院2．胜利石油管理局川东北工委3．胜利油田技术检测中心)摘要为了实现近钻头测斜，同时提高特殊工艺井、定向井及水平井等高精度井施工中井眼轨迹的控制能力和计算精度，对利用超声波作为无线信号传递的编码方案做了简要介绍，设计了基于超声波的近钻头无线随钻测斜系统，并对该系统进行了现场试验。试验结果表明，利用超声波来实现近钻头部分井斜角数据的传递是

2、切实可行的。在室内利用超声波最大可达到1000b／s的数据传输速度，随着研究的深入可以实现近钻头部分其他参数的测量。关键词近钻头超声波信号编码随钻测量测斜组、控制电路板、井斜角传感器和超声换能器等组0引言成，通过PIC18F6520单片机每隔2S从井斜角传感器中读取1次井斜角数据，并将井斜角转换为常规定向井和水平井井眼轨迹的随钻测量，指16位二进制形式，采用2ASK方案对40kHz的超的是在距井底钻头位置以上10～20Ill的距离外测声波进行调制，将调制好的信号发送至驱动电量井斜角和方位角，通过轨迹计算来确定井眼空间路，驱动

3、超声换能器发送调制超声波信号。位置。南于随钻测量测斜点位于造斜工具及动力钻接收部分包括接收超声换能器和控制电路板，具之后，测斜点滞后钻头较长，钻头位置的井眼轨超声换能器已经密封在仪器右端的环空内。接收系迹参数无法实时准确测量，只能通过预测获得。随统的功能是接收发送部分通过动力钻具壳体传送过着造斜工具造斜能力的提高，实时准确地确定钻头来的超声波调制信号，并实现信号的滤波、整形以位置井斜角越来越困难，误差也越来越大，已经不及解调。由PIC18F6520单片机控制采集超声波信能满足现场钻井需要。研究开发近钻头无线随钻测号并解码，然

4、后把每次接收到的井斜角数据通过斜仪器，缩短测量点距钻头的距离，解决测斜点滞MAX485发送到MWD中，由MWD通过钻井液脉后钻头的问题，进而实现近钻头测斜，提高井眼轨冲传送到地面。另外，由单片机控制每隔10S储迹的控制能力和计算精度，成为特殊工艺井、定向存1次最新的井斜角数据，供起钻后地面读出数据井和水平井等高精度井施工中急需解决的问题。并分析。接收部分由MWD系统供电，与MWD之笔者研究了井下近钻头超声波信号的编码发送间通过485总线进行数据交换。并短距离内解码接收技术，同时完成了与常规无线随钻测量仪器配套连接和数据通讯等

5、关键技术，从2近钻头无线随钻测斜系统设计而最终实现近钻头测斜。2．1超声波信号数字调制解调方案设计1近钻头无线随钻测斜系统井斜角传感器发送的数据为ASCII码格式，需要通过单片机读取此数据并调制为适当频率的超声近钻头无线随钻测斜系统的发送部分位于距井波调制信号，通过超声波换能器发送出去。发送短底钻头1．21"13的扶正器仪器舱内，由高温锂电池节的井斜角信号形式是abc．de。的形式，如90．89。，基金项目：巾石化科技攻关项目“近钻头无线随钻测斜技术研究”(Ji~5006)的部分研究成果。石油机械2010年第38卷第1O期其

6、范围是：0≤abc≤180，0≤de≤100。考虑整数2．2单片机选型部分和小数部分分开编码发送，这样整数部分和小PIC18F6520单片机是由Microchip公司生产开数部分各自转换成二进制数，如90．89。就会被转发的新产品，属于PICmicro系列单片机微处理器，换为0101101001011001，只要接收部分接收这个具有Flashprogram程序记忆功能，可以重复编写16位二进制码，然后按照前8位为整数部分，后8程序，适合教学、开发新产品等；而其内建ICD位为小数部分解码出来就可以得到发送的数据，这(InCir

7、cuitDebug)功能，可以让使用者直接在单组二进制数0101101001011001，前8位读作90，片机电路或产品上，进行如暂停微处理器执行和观后8位读作89，这样就解码出90．89。。看暂存器内容等，让使用者能快速地进行程序除错由于接收部分单片机工作于信号捕捉模式，这与开发。该芯片带有32k的FLASH程序存储器、就需要在这组数据之前加上1位标志位，每次接收2304b的RAM、1k的EEPROM，是Microchip公部分读出这个标志位，这个标志位后面的16位数就司推出的基于8位的高性能RISC指令系统、哈佛是所要的

8、有效位。若将这个标志位设置为1位1，则总线和2级指令流结构的单片机。90．89。被编码为发送的数据为10101101001011001，在近钻头无线随钻测量系统的设计中，可以充一共l7位数据。考虑到超声换能器在40kHz时的分发挥PIC18F6520的很多优势，以提高控制器的信号传输效果最