基于温度和pH值的固井封隔装置控制系统研制

摘要

由于当今全球对石油和天然气等能源的持续开采和依赖,油气井固井工程的安全生产受到了越来越多的重视。良好的固井作业既能保证固井工作人员的人身安全,又能提高生产效率,减少后续维修费用。固井作业技术在国外发展比较迅速,而在国内则比较缓慢,且现场效果不是很好。在当下,无论国内和国外在固井的过程中都只是针对固井水泥的性能进行研究和改进,而本设计首次提出了在原有固井方法的基础上,采用盘龙固井的方式(即利用蛇形水龙带的物理特性)来改善固井质量,封堵油气上窜,确保采油系统安全。
　　本系统采用创新性的设计思路,研制出了具有在井下自动控制的一体化系统。该系统采用温度传感器和pH值传感器来判断固井过程中水泥浆达到的位置,利用主控芯片8051F410的12位高精度ADC进行电压值的模数转换,将采集的信号与单片机内预设参数进行比对。硬件电路主要由温度数据采集、pH值数据采集、直流电机控制和串口通信这几个功能模块所构成。整个系统利用高精度的采集电路精准获得传感器信号,选用模块化设计并采取了一系列的抗干扰措施。
　　控制系统的上位机软件采用C++Builder6.0编写,利用直观的TEECHART表格可以对下位机发送的采集数据进行显示和处理。制定了较为规范的上下位机通信协议,实时显示采集参数,并且针对不同的地质环境,设置了可以调节下位机系统内参数的模块,提高了系统的适应性和灵活性。
　　本论文在实验室完成了系统调试,上下位机通信良好,操作简单方便,测试精度较高,具有一定的可靠性和可重复性。经过实验室检测和数据的分析,基本达到了预期的设计目标。

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1.绪论

1.1研究背景及意义

1.2 气窜的理论基础

1.3固井封隔装置的研究

1.4 本章小结

2.固井封隔装置系统设计

2.1控制系统整体设计

2.2机械结构设计

2.3 传感器测量原理

2.4控制过程中理论计算

2.5本章小结

3.控制系统硬件设计

3.1 概述

3.2微控制器及其模/数转换器介绍

3.3 单片机I/O口配置

3.4外围电路设计

3.5 本章小结

4 控制系统软件设计

4.1软件开发语言及环境

4.2串行通信

4.3下位机软件各部分的设计

4.4上位机软件的设计

4.5软件抗干扰措施

4.6本章小结

5.实验与调试

5.1实验装置

5.3 实验数据分析

6.结论

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附 录1

附 录2