近钻头振动信号的快速采样与存储技术研究

摘要

导向钻井是控制井眼轨迹使其钻达目标地层的一项自动化钻井新技术，而工具姿态的准确测量则是其实现精确导向控制的前提。但近钻头的振动不仅会造成工具姿态测量误差，甚至会造成测量失效，故亟需研究近钻头的振动规律，进而提出工具姿态动态测量的解决办法。因此，研制能随钻柱下井、快速采集、大容量存储的近钻头振动信号采集系统，以获得大量的近钻头振动信息，是解决工具姿态动态测量问题的前提。 本文的主要工作和成果如下： 1.研究了井下近钻头振动信号采集的技术问题，分析了井下信号特性，提出了总体技术方案，给出了系统的结构、组成及其工作原理； 2.研究了微处理器低工作频率下多传感器信号的快速采样与快速存储问题，提出了定时长模数转换、DMA缓存的多参数串行快速采样方法和中间缓存、整页写入的快速存储方法，基于dsPIC33FJ128MC804数字信号控制器芯片和优选的存储器件，完成了系统供电、信号调理、外围接口、存储器接口等主要电路的设计与调试，并开发了相应的功能软件，制成了井下数据采集与存储装置； 3.研究了近钻头振动数据的地面读取与数据回放问题，设计了具有串口通信、数据处理、波形显示和数据保存等功能的数据回放软件； 系统测试表明井下采样与数据存储装置的工作温度可达到105℃，存储容量2GB，在每秒记录300多组数据的存储频率下，可采集、记录120小时的数据。 这些研究工作和成果对于获取近钻头振动信息，研究近钻头振动规律，解决工具姿态的动态测量问题，具有实际应用价值。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 井下振动信息测量技术国内外研究现状

1.3 本文的研究内容

1.4 论文结构

第二章 近钻头振动信号采集系统总体方案设计

2.1 系统功能要求及技术指标

2.2 系统总体方案设计

2.3 系统关键技术

2.4 本章小结

第三章 近钻头振动信号采集系统电路设计

3.1 数字信号控制器及其接口电路设计

3.2 大容量存储器优选及接口电路设计

3.3 测量信号说明分析

3.4 信号调理电路设计

3.5 系统供电电路设计

3.6 采集系统PCB设计

3.7 本章小结

第四章 近钻头振动信号采集系统软件设计

4.1 采集系统软件结构和主程序设计

4.2 井下多参数快速采样方法研究

4.3 井下多参数快速采样的软件实现

4.4Nand Flash快速存储方法研究

4.5Nand Flash快速存储的软件实现

4.6 其他软件程序设计

4.7 本章小结

第五章 数据回放软件设计

5.1 数据回放软件开发工具选择

5.2 数据回放软件总体方案设计

5.3 数据回放软件功能模块设计

5.4 本章小结

第六章 系统集成与测试

6.1 系统集成

6.2 系统测试

6.3 测试结论

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果