超声相控阵列油气井出砂信号检测电路研究
发布时间：2022-04-27 19:23
在石油天然气开采过程中,生产井出砂是采油生产中遇到的最重要的且不可避免的难题之一。合理范围的出砂会提高油气井的产量,但过度出砂会造成油气井损坏、产量减少,而超声相控阵列油气井出砂信号检测电路的研究可以对油气井的出砂状况进行实时监测,为油气井生产提供保证。超声相控阵列油气井出砂检测技术通过控制阵列换能器中各个阵元接收回波信号的时间,获得灵活可控的超声波合成波束,实现对被测物体的多角度扫查。通过调整接收端信号的延时时间并做相干累积算法,使油气井出砂位置回波信号合成的幅度最大,并抑制其他位置的回波和能量,以此来获得油气井出砂的位置等信息。本文基于超声相控阵列思想、阵列信号处理原理和高速实时信号处理技术对油气井出砂信号检测系统进行了研究,建立了包括超声相控阵列信号调理电路、模数转换电路、数据采集和存储电路、数据处理电路以及上位机软件在内的一套油气井出砂信号检测系统。系统在检测时,将高灵敏度超声相控阵列换能器安装在油气管道外壁,高速砂粒撞击管壁产生的超声波信号被安装在管道外壁的换能器拾取。整个装置采用两片FPGA控制四片A/D,实现8通道、超高速同步数据采集;利用FPGA内部资源实现双口RAM存...
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 油气井出砂原因
1.3 油气井出砂的危害
1.4 国内外出砂监测方法研究现状
1.4.1 声波法出砂监测
1.4.2 电阻法出砂监测
1.5 超声相控阵列检测技术
1.6 主要研究内容及结构
第二章 超声相控阵列油气井出砂检测技术理论
2.1 出砂信号的产生
2.2 超声波检测概述
2.3 超声相控阵列油气井出砂检测基本原理
2.3.1 超声相控阵发射原理
2.3.2 超声相控阵接收原理
2.4 超声相控阵出砂信号转换分析
2.4.1 超声相控阵延时
2.4.2 阵列信号处理
2.5 超声相控阵列油气井出砂检测关键技术
2.5.1 超声相控阵列换能器
2.5.2 超声相控阵列接收的多通道使用
2.6 本章小结
第三章 超声相控阵列油气井出砂信号检测系统硬件设计
3.1 总体设计方案
3.1.1 出砂检测接收单元设计的总体要求
3.1.2 出砂检测系统的总体框架
3.2 信号接收与采集电路设计
3.3 数字信号处理电路
3.3.1 FPGA核心电路设计
3.3.2 ARM电路设计
3.3.3 UART接口电路设计
3.4 电源系统设计
3.5 PCB设计
3.6 本章小结
第四章 超声相控阵列检测系统软件设计及仿真
4.1 FPGA总体设计
4.1.1 FPGA简介
4.1.2 时钟模块
4.1.3 SPI控制模块
4.2 AD采集模块
4.2.1 阈值判断模块
4.2.2 双口RAM存储模块
4.3 数据通信模块
4.4 ARM软件设计
4.5 本章小结
第五章 系统调试及结果分析
5.1 换能器的制作与测试
5.2 电源系统测试
5.3 FPGA模块调试
5.4 ARM模块的硬件调试
5.5 信号接收与采集电路测试
5.5.1 差分放大电路测试
5.5.2 AD采样电路测试
5.5.3 时钟同步测试
5.6 综合调试
5.7 本章小结
第六章 总结及展望
6.1 全文工作总结
6.2 主要创新点
6.3 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
【参考文献】：
期刊论文
[1]致密油水平井出砂机理[J]. 罗杨,徐进杰,王建忠,王鹏,王卓. 大庆石油地质与开发. 2018(03)
[2]深层致密砂岩气藏井筒出砂机理研究[J]. 张文茹,王妍超,张成. 石化技术. 2018(03)
[3]油井出砂的危害与防砂技术研究[J]. 崔荣军,汪洋,王新华,孙忠利. 石化技术. 2017(05)
[4]高速SPI通信在多道能谱仪中的实现[J]. 万文杰,周建斌,费鹏,李延鹏,秦泓江,喻杰. 核电子学与探测技术. 2017(01)
[5]油井出砂影响因素及防砂分析研究[J]. 袁伟伟,韩耀图,龚宁,陈彬. 能源与节能. 2017(01)
[6]油气井出砂防砂技术探究[J]. 尤诚程. 化工管理. 2016(17)
[7]基于振动信号分析的固相颗粒粒径监测方法[J]. 李文金,刘澎涛,苏建燕,陈超,韩金良. 石油矿场机械. 2014(06)
[8]油田出砂机理浅析[J]. 丁瑞. 中国石油和化工标准与质量. 2013(21)
[9]基于AD9650的高速大动态范围数据采集系统设计[J]. 翁蕊周,李悦丽. 现代电子技术. 2013(19)
[10]油井出砂监测[J]. 何保生,谢雁. 石油天然气学报. 2013(05)
博士论文
[1]相控阵超声检测系统及其关键技术的研究[D]. 鲍晓宇.清华大学 2003
硕士论文
[1]基于超声相控阵的车轮轮辋缺陷检测系统研究[D]. 魏志辉.钢铁研究总院 2018
[2]可扩展8通道超声相控阵信号接收单元的初步研究与实现[D]. 尹子骞.江苏大学 2017
[3]秦皇岛33-1南油田出砂预测及防砂方案研究[D]. 石磊.东北石油大学 2017
[4]油气井出砂信号检测与处理系统研究[D]. 王攀.西安石油大学 2016
[5]集气管道出砂冲蚀监测装置研究[D]. 周怡诺.西南石油大学 2016
[6]基于STM32F407的微机保护实验装置的设计与实现[D]. 李家伟.湖南大学 2016
[7]基于FPGA的超声相控阵检测系统的研究与设计[D]. 仲光明.南京航空航天大学 2016
[8]基于FPGA超声相控阵检测设备的研究[D]. 胡梦雪.南昌航空大学 2015
[9]基于FPGA的超声相控阵发射/接收聚焦算法的研究[D]. 黄军.西南交通大学 2014
[10]超声相控阵检测关键技术的研究[D]. 程继隆.南京航空航天大学 2010
本文编号：3649034
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 油气井出砂原因
1.3 油气井出砂的危害
1.4 国内外出砂监测方法研究现状
1.4.1 声波法出砂监测
1.4.2 电阻法出砂监测
1.5 超声相控阵列检测技术
1.6 主要研究内容及结构
第二章 超声相控阵列油气井出砂检测技术理论
2.1 出砂信号的产生
2.2 超声波检测概述
2.3 超声相控阵列油气井出砂检测基本原理
2.3.1 超声相控阵发射原理
2.3.2 超声相控阵接收原理
2.4 超声相控阵出砂信号转换分析
2.4.1 超声相控阵延时
2.4.2 阵列信号处理
2.5 超声相控阵列油气井出砂检测关键技术
2.5.1 超声相控阵列换能器
2.5.2 超声相控阵列接收的多通道使用
2.6 本章小结
第三章 超声相控阵列油气井出砂信号检测系统硬件设计
3.1 总体设计方案
3.1.1 出砂检测接收单元设计的总体要求
3.1.2 出砂检测系统的总体框架
3.2 信号接收与采集电路设计
3.3 数字信号处理电路
3.3.1 FPGA核心电路设计
3.3.2 ARM电路设计
3.3.3 UART接口电路设计
3.4 电源系统设计
3.5 PCB设计
3.6 本章小结
第四章 超声相控阵列检测系统软件设计及仿真
4.1 FPGA总体设计
4.1.1 FPGA简介
4.1.2 时钟模块
4.1.3 SPI控制模块
4.2 AD采集模块
4.2.1 阈值判断模块
4.2.2 双口RAM存储模块
4.3 数据通信模块
4.4 ARM软件设计
4.5 本章小结
第五章 系统调试及结果分析
5.1 换能器的制作与测试
5.2 电源系统测试
5.3 FPGA模块调试
5.4 ARM模块的硬件调试
5.5 信号接收与采集电路测试
5.5.1 差分放大电路测试
5.5.2 AD采样电路测试
5.5.3 时钟同步测试
5.6 综合调试
5.7 本章小结
第六章 总结及展望
6.1 全文工作总结
6.2 主要创新点
6.3 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
【参考文献】：
期刊论文
[1]致密油水平井出砂机理[J]. 罗杨,徐进杰,王建忠,王鹏,王卓. 大庆石油地质与开发. 2018(03)
[2]深层致密砂岩气藏井筒出砂机理研究[J]. 张文茹,王妍超,张成. 石化技术. 2018(03)
[3]油井出砂的危害与防砂技术研究[J]. 崔荣军,汪洋,王新华,孙忠利. 石化技术. 2017(05)
[4]高速SPI通信在多道能谱仪中的实现[J]. 万文杰,周建斌,费鹏,李延鹏,秦泓江,喻杰. 核电子学与探测技术. 2017(01)
[5]油井出砂影响因素及防砂分析研究[J]. 袁伟伟,韩耀图,龚宁,陈彬. 能源与节能. 2017(01)
[6]油气井出砂防砂技术探究[J]. 尤诚程. 化工管理. 2016(17)
[7]基于振动信号分析的固相颗粒粒径监测方法[J]. 李文金,刘澎涛,苏建燕,陈超,韩金良. 石油矿场机械. 2014(06)
[8]油田出砂机理浅析[J]. 丁瑞. 中国石油和化工标准与质量. 2013(21)
[9]基于AD9650的高速大动态范围数据采集系统设计[J]. 翁蕊周,李悦丽. 现代电子技术. 2013(19)
[10]油井出砂监测[J]. 何保生,谢雁. 石油天然气学报. 2013(05)
博士论文
[1]相控阵超声检测系统及其关键技术的研究[D]. 鲍晓宇.清华大学 2003
硕士论文
[1]基于超声相控阵的车轮轮辋缺陷检测系统研究[D]. 魏志辉.钢铁研究总院 2018
[2]可扩展8通道超声相控阵信号接收单元的初步研究与实现[D]. 尹子骞.江苏大学 2017
[3]秦皇岛33-1南油田出砂预测及防砂方案研究[D]. 石磊.东北石油大学 2017
[4]油气井出砂信号检测与处理系统研究[D]. 王攀.西安石油大学 2016
[5]集气管道出砂冲蚀监测装置研究[D]. 周怡诺.西南石油大学 2016
[6]基于STM32F407的微机保护实验装置的设计与实现[D]. 李家伟.湖南大学 2016
[7]基于FPGA的超声相控阵检测系统的研究与设计[D]. 仲光明.南京航空航天大学 2016
[8]基于FPGA超声相控阵检测设备的研究[D]. 胡梦雪.南昌航空大学 2015
[9]基于FPGA的超声相控阵发射/接收聚焦算法的研究[D]. 黄军.西南交通大学 2014
[10]超声相控阵检测关键技术的研究[D]. 程继隆.南京航空航天大学 2010
本文编号：3649034
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