随钻多极子声波测井仪主控系统设计
发布时间：2021-01-02 00:31
随着科技发展,对油气资源的需求越来越多,国内外开始大量进行水平井、大斜度井的勘探和开发。在这种复杂地层,随钻测井比电缆测井更具有适应性优势。近年来,随钻测井在油气探测领域正发挥着越来越重要的作用,甚至有替代电缆测井的趋势。随钻多极子声波测井仪主控系统设计是我国大型油气田及煤层气开发专项“随钻多极子电路关键技术研究”的子课题,由中海油田服务有限公司-电子科技大学电法测井联合实验室自主研发,其目的是设计一套拥有自主知识产权、达到世界先进水平的随钻多极子声波测井仪主控系统。随钻多极子声波测井仪主控系统能够完成对声波信号的采集、处理、存储以及仪器的整体控制等基本功能,同时能够实现系统通信稳定,升级维护方便,数据运算高效等关键功能。本文根据课题提出的要求,主要完成了三方面的功能设计:第一,为控制声波发射、采集的同步协调进行,需要将各系统挂接在同一总线上保证实时性,虽然保证了整个系统的同步性和实时性,但是也带来了数据冲突的问题。针对通信系统共用总线上发生数据冲突的问题,采用了地址位多处理器通信方案,从设计原理上杜绝了数据冲突的可能性,保障了系统的通信稳定性;第二,考虑到仪器的工作环境,要能够实现通...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全波列声波波形图
电子科技大学硕士学位论文12图2-6主控系统电路设计框图2.2.2地址位多处理器通信设计随钻多极子声波测井仪电路系统以主控系统为核心，主控系统直接与采集系统、发射系统、地面中控系统和Port口进行通信。其中发射系统工作之后，井下采集系统需要立刻开始采集数据，所以主控系统、采集系统和发射系统应该挂接在同一个总线上保证实时性。主控系统为主机，以广播的形式下发指令，采集系统和发射系统根据不同的指令地址响应命令指令。随钻多极子声波测井仪井下主控系统与四块采集控制板和发射系统共用总线，虽然保证了整个系统的同步性和实时性，但是也带来了数据冲突的问题。当其中一块采集板向主控系统发送采集数据时，另外三块采集板和发射系统同时都在接收并检验这部分数据，虽然可以用地址、长度和定时器等常规软件手段来鉴别数据有效性，但是由于系统长时间工作需要传输大量数据，再小概率的数据冲突都有可能发生，导致系统工作不正常。所以需要一种更安全、可靠的通信方案设计来保证整个井下电路系统的稳定工作。相比于软件规避手段来减小数据冲突发生概率，采用地址位多处理器通信设计在原理上可以杜绝数据冲突的发生，而且还精简了主控系统程序设计，使系统通信程序更容易维护。2.2.3远程在线升级设计由于随钻多极子声波测井仪电路的密闭性和工作环境的特殊性，不能利用传统JTAG烧写方式现场进行程序的更新升级。
第二章随钻多极子声波测井仪主控系统概述13随钻多极子声波测井仪需要跟随钻头井下作业，不仅要在150度高温下正常工作，而且还要能承受高强度的震动。为使电路系统能够稳定工作，所有的电路板需要被加固在骨架上。因此，井下电路系统在完成布线和置板后，需要用特种高温胶固定。在灌胶工作完成后，除非电路板发生故障，否则其不会被拆出。在这种情况下，JTAG升级方法不可龋为保障设备的可维护性，需要通过井下电路与地面系统的通信线来完成程序更新和升级。远程在线升级设计利用地面系统的Port口向井下主控系统发送数据文件，由井下主控系统自行分析并提取有效数据，进行自我更新。远程升级基本结构如图2-7所示。相对于传统JTAG升级方式，这种技术使作业人员更加方便、快捷的实现软件更新和维护。图2-7远程升级系统结构图2.2.4时差算法移植及代码优化井下时差提取是随钻多极子声波测井仪的一个重要功能，时差数据为随钻作业提供重要地层参数，要求在工作流程中能够高效准确地运行时差提取算法。随钻过程中主控系统与地面系统间通信距离长，干扰源多，其通信数据量很小，只进行少量数据上传。所以，无法将采集到的声波数据实时传给地面系统，再由地面系统通过PC进行时差提龋但是，随钻测井需要根据测井关键数据提供地层信息，为钻井作业提供方向。因此，主控系统需要在井下完成时差提取并实时上传地面系统。因为STC算法是在PC端VC环境下完成编写和验证的，而井下主控系统平台是MCU（DSP芯片），在内存分配、代码编译、软硬件资源上两个平台之间存在巨大的差异，所以需要将STC算法从PC端移植到井下MCU。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于IAP技术的远程固件更新系统设计与实现[J]. 檀朝新,张杨,马柱,徐钧,梅彬. 中国医疗器械杂志. 2019(06)
[2]我国常规与非常规石油资源潜力及未来重点勘探领域[J]. 郑民,李建忠,吴晓智,于京都,李欣,柳庄小雪,王建,易庆. 海相油气地质. 2019(02)
[3]声波测井技术的分类及发展分析[J]. 孙佳伟,张鹏程. 中国新技术新产品. 2018(20)
[4]嵌入式设备远程升级方案设计[J]. 杭万里,张荣. 电子设计工程. 2018(14)
[5]声波测井技术的发展及应用[J]. 赵杏林,吴青芳,高俊博. 中国石油和化工标准与质量. 2018(07)
[6]浅谈RS232和RS485串行通讯[J]. 吴皓月,李旭东,赵亮. 中国新通信. 2016(20)
[7]基于TMS320F2812串口的多处理器通信方法[J]. 高峰,史洪亮,毛春华. 信息通信. 2016(06)
[8]国外随钻测量/随钻测井技术在海洋的应用[J]. 侯芳. 石油机械. 2016(04)
[9]随钻声波测井技术发展现状[J]. 朱祖扬. 石油管材与仪器. 2015(06)
[10]基于STC的纵波时差提取算法[J]. 吴冬平. 化工管理. 2014(23)
博士论文
[1]单极和偶极随钻声波测井理论模拟与分波传播特性研究[D]. 郑晓波.哈尔滨工业大学 2017
[2]区段站阶段计划自动编制模型和算法研究[D]. 徐杰.西南交通大学 2003
硕士论文
[1]AAC-LC算法X86及ARM平台移植和优化[D]. 魏晓霞.西安电子科技大学 2011
[2]声波全波列测井信息处理研究[D]. 宋祎.西南石油大学 2009
[3]基于DSP智能脱扣器的设计[D]. 陈燕坤.北京交通大学 2007
本文编号：2952288
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全波列声波波形图
电子科技大学硕士学位论文12图2-6主控系统电路设计框图2.2.2地址位多处理器通信设计随钻多极子声波测井仪电路系统以主控系统为核心，主控系统直接与采集系统、发射系统、地面中控系统和Port口进行通信。其中发射系统工作之后，井下采集系统需要立刻开始采集数据，所以主控系统、采集系统和发射系统应该挂接在同一个总线上保证实时性。主控系统为主机，以广播的形式下发指令，采集系统和发射系统根据不同的指令地址响应命令指令。随钻多极子声波测井仪井下主控系统与四块采集控制板和发射系统共用总线，虽然保证了整个系统的同步性和实时性，但是也带来了数据冲突的问题。当其中一块采集板向主控系统发送采集数据时，另外三块采集板和发射系统同时都在接收并检验这部分数据，虽然可以用地址、长度和定时器等常规软件手段来鉴别数据有效性，但是由于系统长时间工作需要传输大量数据，再小概率的数据冲突都有可能发生，导致系统工作不正常。所以需要一种更安全、可靠的通信方案设计来保证整个井下电路系统的稳定工作。相比于软件规避手段来减小数据冲突发生概率，采用地址位多处理器通信设计在原理上可以杜绝数据冲突的发生，而且还精简了主控系统程序设计，使系统通信程序更容易维护。2.2.3远程在线升级设计由于随钻多极子声波测井仪电路的密闭性和工作环境的特殊性，不能利用传统JTAG烧写方式现场进行程序的更新升级。
第二章随钻多极子声波测井仪主控系统概述13随钻多极子声波测井仪需要跟随钻头井下作业，不仅要在150度高温下正常工作，而且还要能承受高强度的震动。为使电路系统能够稳定工作，所有的电路板需要被加固在骨架上。因此，井下电路系统在完成布线和置板后，需要用特种高温胶固定。在灌胶工作完成后，除非电路板发生故障，否则其不会被拆出。在这种情况下，JTAG升级方法不可龋为保障设备的可维护性，需要通过井下电路与地面系统的通信线来完成程序更新和升级。远程在线升级设计利用地面系统的Port口向井下主控系统发送数据文件，由井下主控系统自行分析并提取有效数据，进行自我更新。远程升级基本结构如图2-7所示。相对于传统JTAG升级方式，这种技术使作业人员更加方便、快捷的实现软件更新和维护。图2-7远程升级系统结构图2.2.4时差算法移植及代码优化井下时差提取是随钻多极子声波测井仪的一个重要功能，时差数据为随钻作业提供重要地层参数，要求在工作流程中能够高效准确地运行时差提取算法。随钻过程中主控系统与地面系统间通信距离长，干扰源多，其通信数据量很小，只进行少量数据上传。所以，无法将采集到的声波数据实时传给地面系统，再由地面系统通过PC进行时差提龋但是，随钻测井需要根据测井关键数据提供地层信息，为钻井作业提供方向。因此，主控系统需要在井下完成时差提取并实时上传地面系统。因为STC算法是在PC端VC环境下完成编写和验证的，而井下主控系统平台是MCU（DSP芯片），在内存分配、代码编译、软硬件资源上两个平台之间存在巨大的差异，所以需要将STC算法从PC端移植到井下MCU。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于IAP技术的远程固件更新系统设计与实现[J]. 檀朝新,张杨,马柱,徐钧,梅彬. 中国医疗器械杂志. 2019(06)
[2]我国常规与非常规石油资源潜力及未来重点勘探领域[J]. 郑民,李建忠,吴晓智,于京都,李欣,柳庄小雪,王建,易庆. 海相油气地质. 2019(02)
[3]声波测井技术的分类及发展分析[J]. 孙佳伟,张鹏程. 中国新技术新产品. 2018(20)
[4]嵌入式设备远程升级方案设计[J]. 杭万里,张荣. 电子设计工程. 2018(14)
[5]声波测井技术的发展及应用[J]. 赵杏林,吴青芳,高俊博. 中国石油和化工标准与质量. 2018(07)
[6]浅谈RS232和RS485串行通讯[J]. 吴皓月,李旭东,赵亮. 中国新通信. 2016(20)
[7]基于TMS320F2812串口的多处理器通信方法[J]. 高峰,史洪亮,毛春华. 信息通信. 2016(06)
[8]国外随钻测量/随钻测井技术在海洋的应用[J]. 侯芳. 石油机械. 2016(04)
[9]随钻声波测井技术发展现状[J]. 朱祖扬. 石油管材与仪器. 2015(06)
[10]基于STC的纵波时差提取算法[J]. 吴冬平. 化工管理. 2014(23)
博士论文
[1]单极和偶极随钻声波测井理论模拟与分波传播特性研究[D]. 郑晓波.哈尔滨工业大学 2017
[2]区段站阶段计划自动编制模型和算法研究[D]. 徐杰.西南交通大学 2003
硕士论文
[1]AAC-LC算法X86及ARM平台移植和优化[D]. 魏晓霞.西安电子科技大学 2011
[2]声波全波列测井信息处理研究[D]. 宋祎.西南石油大学 2009
[3]基于DSP智能脱扣器的设计[D]. 陈燕坤.北京交通大学 2007
本文编号：2952288
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