钻杆加厚端技术参数测量方法的研究

摘要

钻杆连接可靠与否对石油钻采影响巨大，所以对钻杆端部（连接端）参数的测量十分必要。传统检测方法效率低、精度差，满足不了生产和使用的要求，因此，探索一种有效、高精度、较高效率的管端参数检测系统是十分有意义的。
　　钻杆生产过程中，需对两端管壁进行加粗处理，提高连接端强度，本课题设计出一种新的测量方法，用于钻杆管端加厚过渡段倾角、直管段长度等参数的检测。通过倾角传感器采集其过渡段的倾角值，并通过拉绳位移传感器采集其轴向位移，同时以轴向位移为横轴，通过横轴与纵轴的正切关系计算出纵向位移，从而拟合出钻杆管端的轮廓曲线。该测量系统是由机械、电路以及PC机构成的，系统的测量方案是以ARM单片机为核心，采集倾角传感器和拉绳位移传感器的数据，并以USB转串口桥作为数据的通讯方式，将两路传感器数据发送到上位机。上位机是在C++ Builder平台上设计的，可以完成对数据的分析、存储以及显示等功能，更主要的是通过该平台可以描绘出被测件的轮廓曲线，并且可以有选择性地处理轮廓线参数，这使得测量过程更加直观、方便。在上位机曲线拟合时采用的是移动最小二乘法的方法，使得被测钻杆管端轮廓线的拟合线能更好地反映其形状。
　　在完成硬件和软件的设计后，对测量系统进行了传感器调试和系统软件调试，硬件系统可以完成对数据的采集和发送，并且数据上传到上位机之后能完成对轮廓曲线的拟合，并得到钻杆管端过渡段倾角、直管段长度及加厚段质量等参数。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题概述

1．2 钻杆检测的方法

1．2．1 超声波检测

1．2．2 涡流法检测

1．2．3 漏磁法检测

1．2．4 激光光学三角法

1．3 钻杆内轮廓检测的现状与课题提出的意义

1．4 课题的主要工作

1．5 课题规划

2 测量系统的组成原理

2．1 钻杆加厚段内轮廓参数测量对象

2．1．1 钻杆加厚形式

2．1．2 钻杆加厚段内轮廓参数规范

2．1．3 钻杆加厚段内轮廓测量对象

2．2 钻杆加厚段内轮廓参数测量原理

2．3 倾角传感器的测量原理

2．4 系统总体方案设计

2．4．1 系统机械结构设计

2．4．2 系统硬件方案设计

2．4．3 系统软件方案设计

2．5 本章小结

3 系统硬件电路设计

3．1 电源模块设计

3．1．1 电源分析

3．1．2 电源设计

3．2 单片机最小系统

3．2．1 LPC2132简介

3．2．2 复位电路

3．2．3 JTAG加载口

3．3 倾角传感器数据采集电路

3．3．1 SCA103T技术参数

3．3．2 SCA103T数字输出模式电路设计

3．3．3 SCA103T模拟输出模式电路设计

3．4 位移传感器数据采集电路

3．4．1 拉绳位移传感器测量原理和参数

3．4．2 拉绳位移传感器数据采集电路

3．5 步进电机驱动电路

3．5．1 步进电机的工作原理和参数

3．5．2 步进电机驱动电路

3．5．3 隔离电路设计

3．6 串口电路

3．7 PCB设计及注意事项

3．8 本章小结

4 系统软件开发

4．1 下位机软件设计

4．1．1 RealView MDK开发环境简介

4．1．2 下位机软件设计框图

4．1．3 系统初始化模块程序设计

4．1．4 数据采集模块程序设计

4．1．5 电机驱动模块程序设计

4．1．6 串口模块程序设计

4．2 上位机位机软件设计

4．2．1 C++Builder开发环境简介

4．2．2 上位机软件流程

4．2．3 MSComm控件

4．2．4 钻杆加厚端内轮廓拟合

4．3 本章小结

5 系统调试

5．1 下位机调试

5．2 传感器采集数据线性拟合

5．2．1 拉绳位移传感器采集数据线性拟合

5．2．2 倾角传感器采集数据线性拟合

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文