基于自平衡缩放式浮球油井参数传输系统的研究

摘要

在石油开采这一生产活动中，及时准确地获知油井的井温和井压等参数是非常重要的。油井井下是一个高温、高压、腐蚀性强、空间狭小的恶劣环境，油井参数传输系统旨在实现将数千米深的井下压力和温度等参数实时准确地传输到井上。在我国，智能化油井参数传输系统的测量深度尚未突破2000米，且受采油井井况的影响较大，实际应用难度高，本课题设计开发了3000米以上的油井参数传输系统。
　　 论文创新性的提出了采用压力差式自动收放线浮球无线转发结构，利用现代通信技术来完成对油井参数的动态远距离传输。本设计的特点是系统可以适应不同的油井井况，传输距离能突破3000米，且整个系统装置功耗较低，能自动完成对井下参数的长期测量和传输。
　　 论文详细地介绍了井底发送系统、浮球转发系统的软硬件设计和井上监控系统的设计。井底发射系统以XC3S100E FPGA为主处理器实现对油井压力和温度等参数的实时采集，同时以2FSK数字调频技术来完成对数据的调制。浮球转发系统采用具有可唤醒功能的MSP430系列16位超低功耗单片机作为CPU完成解码，同时采用无线收发器CC1100实现无线转发。井上监控系统能实时显示油井的压力和温度值，并能通过简单的操作来使整个系统处于休眠或唤醒模式，降低了系统的功耗。
　　 经现场测试，整个系统能实时准确的完成3000米上油井参数的传输。系统的功耗也能达到预先设定的目标，能在油井环境中连续工作一周。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1课题背景

1.2论文研究主要内容

2系统总体方案设计

2.1流体叶轮牵引回收导线设计法案

2.2油井参数传输系统总体设计方案

2.2.1井底发送系统设计方案

2.2.2浮球转发系统设计方案

2.2.3井上接收系统设计方案

2.3数据调制和解调方案

2.3.1数据调制方式的选取

2.3.2数据解调方式的选取

2.2.3解调方式选用过零检测法

2.3本章小结

3井底发送系统设计

3.1井底发送系统硬件设计

3.1.1 FPGA数据处理模块硬件设计

3.1.2A/D数据采集模块设计

3.1.3 D/A数据转换模块设计

3.1.4井下发送系统电源模块设计

3.2井底发送系统软件设计

3.2.1软件主要功能介绍

3.2.2 A/D与FPGA间SPI接口程序设计

3.2.3 2FSK数字调制模块程序设计

3.2.4 D/A与FPGA间SPI接口程序设计

3.6本章小结

4浮球转发系统设计

4.1浮球转发系统硬件电路设计

4.1.1放大限幅模块电路设计

4.1.2波形整形模块电路设计

4.1.3解调模块电路设计

4.1.4串口电平转换模块电路设计

4.1.5无线发送模块电路设计

4.2浮球转发系统软件设计

4.2.1主程序模块设计

4.2.2捕获比较模块设计

4.2.3时钟模块设计

4.2.4定时器模块设计

4.2.5串行通信模块设计

4.2.6解调模块程序设计

4.3本章小结

5 井上接收系统设计

5.1接收转发模块设计

5.1.1接收转发模块硬件设计

5.1.2接收转发模块软件设计

5.2计算机监控界面设计

5.2.1 MSComm控件介绍

5.2.2监控界面设计方法介绍

5.3本章小结

6 系统实验与结果分析

7 结论与展望

致 谢

参考文献