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电控式井下水平钻孔机测控系统稳定性的研究

作　者: 刘新全
导　师: 胡晓东
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 水平钻孔技术 电力载波通信 电机控制 井下数据采集
分类号: TE922
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 26次
引　用: 1次
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内容摘要


深穿透水平钻孔技术在低渗透油田的开发、挖潜低渗透和高渗透厚层内未动用或动用差部位的剩余油起了重要的作用。现有的深穿透水平钻孔设备都存在成本高、工艺复杂、施工条件要求高、施工周期长、成功率低等缺点。为克服上述缺点,本课题组提出了一种新型的电控式井下水平钻孔工具。目前,经过前期的室内实验,已经完成了该设备的可行性研究。但是,设备的测控系统在可靠性和稳定性等方面还未能满足井下作业的要求。因此,在下井作业之前,需要对测控系统的可靠性、稳定性等方面继续研究。本文对电控式井下水平钻孔机测控系统的可靠性、稳定性等方面进行深入地研究,改进的测控系统更好地满足了井下水平钻孔机的整体要求,主要工作内容包括:1.现有的通信方案抗干扰能力差,还不能满足井下作业的要求。这里对电力线载波通信技术进行深入地研究,针对通信距离远、井下空间小和干扰因素多的特点,重新设计了一款更为合适的电力载波通信模块。软件编程中采用同步码、校验码和软件强滤波的技术获得了很好的数据传送质量。2.现有硬件系统在单片机的抗干扰性、三相异步电机的控制、步进电机的控制等方面也还不能满足井下作业的要求,本文对整个系统的硬件进行了改进。3.现有系统软件只实现了单方向的简单控制功能,本文按照井下水平钻孔机的要求,完成了双向通信、实时动态监测、自动控制等功能;另外增加了程序跑飞、过程数据写入保护、异常状态程序跳转等提高系统稳定性和可靠性的软件机制。4.搭建样机,进行地面钻孔实验。总结了一系列成功钻孔的规律,获得了一些重要的参数,为井下作业做了必要的准备。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
第一章 绪论  8-13
  1.1 课题研究的背景  8-10
  1.2 课题的设计指标  10-11
  1.3 本文的工作内容  11-13
第二章 系统的总体方案  13-19
  2.1 井下水平钻孔机的整体结构  13-17
  2.2 测控系统的整体方案  17-18
  2.3 测控系统存在的问题  18-19
第三章 测控系统硬件稳定性的研究  19-37
  3.1 电力载波通信技术的研究  19-26
    3.1.1 载波频带干扰源分析  19-20
    3.1.2 电力载波通信的整体设计  20-22
    3.1.3 电力载波模块的设计  22-26
  3.2 单片机的稳定性设计  26-28
    3.2.1 单片机不稳定因素分析  26
    3.2.2 复位电路设计  26-27
    3.2.3 掉电保护电路设计  27-28
    3.2.4 温度传感器  28
  3.3 三相异步电机控制的稳定性设计  28-32
    3.3.1 控制单路不稳定因素分析  28-29
    3.3.2 三相异步电机控制电路设计  29-32
  3.4 步进电机驱动模块设计  32-33
  3.5 拉压力检测模块设计  33-34
  3.6 井上单片机系统设计  34-37
第四章 测控系统软件的设计与实现  37-52
  4.1 电力载波通信软件设计  37-42
    4.1.1 串口的设置  37-39
    4.1.2 程序流程图  39-41
    4.1.3 通信协议  41-42
  4.2 步进电机控制软件  42-45
    4.2.1 步进电机的开环控制  42-43
    4.2.2 步进电机的闭环控制  43-45
  4.3 数据采集软件  45-47
    4.3.1 温度的采集  45-46
    4.3.2 数据采集流程图  46-47
  4.4 掉电保护程序  47-50
    4.4.1 比较器  47-48
    4.4.2 FLASH 存储器  48
    4.4.3 掉电保护流程图  48-50
  4.5 井下单片机软件整体流程图  50-51
  4.6 井上单片机软件整体流程图  51-52
第五章 实验结果及分析  52-64
  5.1 电力载波模块调试  52-54
    5.1.1 发送调试  52-53
    5.1.2 接收调试  53-54
  5.2 测控系统调试  54-56
    5.2.1 地面与井下之间通信的调试  54
    5.2.2 井下工况监测的调试  54-56
  5.3 水平钻孔机地面钻孔实验  56-64
    5.3.1 钻套管实验  56-59
    5.3.2 钻砂岩实验  59-62
    5.3.3 钻套管+砂岩实验  62-64
第六章 总结与展望  64-65
参考文献  65-68
发表论文和参加科研情况说明  68-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 石油机械设备与自动化 > 钻井机械设备 > 钻机
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