基于石英挠性加速度计的导向钻井工具姿态动态测量
发布时间：2022-12-11 05:45
姿态参数的准确、实时测量是钻井工具实现导向控制的前提条件。但当导向轴处于旋转、振动环境时,测量导向工具姿态的惯性传感器的输出会受到旋转离心加速度和振动加速度的影响,使得测量信号失真,致使角度测量误差增大,导致角度测不准。本文主要针对该问题,研究了振动信号处理方法,并研制了一套导向轴姿态动态测量装置,主要研究成果如下:1.分析了钻井工具姿态测量方法及其动态测量问题,研究了姿态动态测量背景及研究现状。2.模拟井下振动环境,实验研究了JSD-II/C石英挠性加速度计的输出信号与振动强度（幅值）、频率、振动模式之间的关系。设计了机械减振措施,实验表明减振措施是有效的,但不能完全消除振动干扰。基于实验研究结果,提出了解决振动影响的姿态动态测量系统方案。3.完成了姿态动态测量系统设计和数字控制器外围接口、A/D转换、加速度计信号处理模块、系统供电等主要电路的设计,开发了相应的功能软件,并对系统进行了软硬件调试。针对调试过程中所暴露的问题,对姿态动态测量系统进行了不断改进,制成了姿态动态测量装置。4.对工具姿态动态测量系统及其功能模块进行了性能测试。测试表明电源模块供电稳定,经过处理后的加速度计输出...
【文章页数】：87 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 钻井工具姿态测量原理与问题分析
1.2.1 钻井工具姿态静态测量分析
1.2.2 钻井工具姿态动态测量分析
1.2.3 钻井工具姿态动态测量问题分析
1.3 导向钻井工具姿态动态测量方法研究现状
1.3.1 国外导向钻井工具姿态动态测量方法研究现状
1.3.2 国内导向钻井工具姿态动态测量方法研究现状
1.4 主要研究内容
1.5 论文结构
第二章 加速度计特性研究与系统总体方案设计
2.1 加速度计及其接口
2.2 石英挠性加速度计工作原理
2.3 石英挠性加速度计特性测试
2.3.1 加速度计特性测试方案设计
2.3.2 加速度计特性测试
2.3.3 加速度计特性分析
2.3.4 加速度计特性分析结论
2.4 机械减振措施及减振后的特性研究
2.4.1 减振措施设计
2.4.2 减振后的加速度计特性测试
2.4.3 减振后的加速度计特性分析
2.4.4 减振后的加速度计特性分析结论
2.5 系统总体方案设计
2.5.1 系统工作原理及其硬件结构设计
2.5.2 系统软件模块结构设计
2.6 本章小结
第三章 钻井工具姿态动态测量系统硬件设计
3.1 数字信号控制器的选型及其接口电路设计
3.1.1 数字信号控制器的选型
3.1.2 数字信号控制器接口电路设计
3.2 A/D转换器的优选及接口电路设计
3.2.1 A/D转换器的优选
3.2.2 A/D转换器接口电路设计
3.3 速率传感器及其接口
3.4 加速度计信号处理模块设计
3.4.1 信号处理模块设计方案
3.4.2 有源低通滤波器设计
3.4.3 低通滤波器电路参数仿真
3.4.4 信号运算放大电路设计
3.5 系统供电电路设计
3.5.1 电源质量对信号的影响分析和要求
3.5.2 器件选型
3.5.3 供电电路设计
3.6 姿态动态测量系统PCB设计
3.7 本章小结
第四章 钻井工具姿态动态测量系统软件设计
4.1 系统主程序流程结构设计
4.2 姿态参数A/D转换软件设计
4.3 信号处理软件设计
4.4 参数解算软件设计
4.5 本章小结
第五章 系统测试
5.1 电源测试
5.1.1 测试目的和方法
5.1.2 测试记录
5.1.3 测试结论
5.2 信号处理后加速度计特性研究
5.2.1 信号处理后加速度计特性测试
5.2.2 信号处理后加速度计特性分析
5.2.3 信号处理后加速度计特性分析结论
5.3 加速度计信号处理模块静态性能测试
5.3.1 测试目的和方法
5.3.2 测试记录
5.3.3 测试结论
5.4 加速度计信号处理模块动态性能测试
5.4.1 测试目的和方法
5.4.2 测试记录
5.4.3 测试结论
5.5 姿态动态测量系统测试
5.5.1 姿态动态测量系统功能测试
5.5.2 姿态动态测量系统静态性能测试
5.5.3 姿态动态测量系统动态性能测试
5.5.4 测试结论
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
致谢
参考文献
附录1 A/D转换软件设计
附录2 信号处理软件设计
附录3 姿态解算软件设计
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]数字滤波器在测井采集系统中的应用[J]. 卢亚普. 电子测量技术. 2018(08)
[2]国内非常规油气录井技术进展及发展趋势[J]. 王志战. 石油钻探技术. 2017(06)
[3]旋转导向钻井技术应用研究及其进展[J]. 孙维. 中国石油和化工标准与质量. 2017(16)
[4]近钻头钻具多源动态姿态组合测量方法[J]. 高怡,程为彬,汪跃龙. 中国惯性技术学报. 2017(02)
[5]导向钻井工具姿态动态测量的自适应滤波方法[J]. 贺艳,汪跃龙,高怡,王彤,李雨丹. 西安石油大学学报(自然科学版). 2016(06)
[6]垂直导向钻井工具姿态测量方法研究[J]. 贺艳,汪跃龙,李雨丹,王彤. 录井工程. 2016(01)
[7]导向钻井工具冗余姿态测量与系统重构方法[J]. 刘自理,严卫生,康思民,刘自慎,汪跃龙,张守旭. 石油学报. 2015(11)
[8]小井斜重力工具面动态测量方法研究[J]. 张洪涛,盛利民,邓乐. 石油机械. 2015(09)
[9]我国掌握油气田旋转导向钻井、随钻测井两项先进技术[J]. 石艺. 石油钻采工艺. 2015(03)
[10]基于MAX274芯片的带通滤波器设计[J]. 周德君. 数字技术与应用. 2015(03)
博士论文
[1]中国油气田企业采油过程节能降耗绩效评价研究[D]. 李晓东.中国地质大学（北京） 2009
硕士论文
[1]指向式导向钻井工具控制轴的姿态测量方法研究[D]. 王彤.西安石油大学 2017
[2]振动环境下自动垂直导向钻井工具的姿态测量方法[D]. 贺艳.西安石油大学 2016
[3]旋转导向钻井工具姿态参数的模拟计算[D]. 王晓翠.西安石油大学 2014
[4]石英挠性加速度计大量程实现技术研究[D]. 张宁.哈尔滨工程大学 2012
[5]石英挠性加速度计偏值和标度因数稳定性研究[D]. 王珂.哈尔滨工程大学 2012
[6]钻柱振动信号测量及处理技术研究[D]. 宿雪.中国石油大学 2010
[7]基于二维重力加速度传感器的井下实时测斜系统理论与实验研究[D]. 周春.武汉科技大学 2009
[8]雷达成像旁瓣抑制技术[D]. 史记.南京理工大学 2006
本文编号：3718248
【文章页数】：87 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 钻井工具姿态测量原理与问题分析
1.2.1 钻井工具姿态静态测量分析
1.2.2 钻井工具姿态动态测量分析
1.2.3 钻井工具姿态动态测量问题分析
1.3 导向钻井工具姿态动态测量方法研究现状
1.3.1 国外导向钻井工具姿态动态测量方法研究现状
1.3.2 国内导向钻井工具姿态动态测量方法研究现状
1.4 主要研究内容
1.5 论文结构
第二章 加速度计特性研究与系统总体方案设计
2.1 加速度计及其接口
2.2 石英挠性加速度计工作原理
2.3 石英挠性加速度计特性测试
2.3.1 加速度计特性测试方案设计
2.3.2 加速度计特性测试
2.3.3 加速度计特性分析
2.3.4 加速度计特性分析结论
2.4 机械减振措施及减振后的特性研究
2.4.1 减振措施设计
2.4.2 减振后的加速度计特性测试
2.4.3 减振后的加速度计特性分析
2.4.4 减振后的加速度计特性分析结论
2.5 系统总体方案设计
2.5.1 系统工作原理及其硬件结构设计
2.5.2 系统软件模块结构设计
2.6 本章小结
第三章 钻井工具姿态动态测量系统硬件设计
3.1 数字信号控制器的选型及其接口电路设计
3.1.1 数字信号控制器的选型
3.1.2 数字信号控制器接口电路设计
3.2 A/D转换器的优选及接口电路设计
3.2.1 A/D转换器的优选
3.2.2 A/D转换器接口电路设计
3.3 速率传感器及其接口
3.4 加速度计信号处理模块设计
3.4.1 信号处理模块设计方案
3.4.2 有源低通滤波器设计
3.4.3 低通滤波器电路参数仿真
3.4.4 信号运算放大电路设计
3.5 系统供电电路设计
3.5.1 电源质量对信号的影响分析和要求
3.5.2 器件选型
3.5.3 供电电路设计
3.6 姿态动态测量系统PCB设计
3.7 本章小结
第四章 钻井工具姿态动态测量系统软件设计
4.1 系统主程序流程结构设计
4.2 姿态参数A/D转换软件设计
4.3 信号处理软件设计
4.4 参数解算软件设计
4.5 本章小结
第五章 系统测试
5.1 电源测试
5.1.1 测试目的和方法
5.1.2 测试记录
5.1.3 测试结论
5.2 信号处理后加速度计特性研究
5.2.1 信号处理后加速度计特性测试
5.2.2 信号处理后加速度计特性分析
5.2.3 信号处理后加速度计特性分析结论
5.3 加速度计信号处理模块静态性能测试
5.3.1 测试目的和方法
5.3.2 测试记录
5.3.3 测试结论
5.4 加速度计信号处理模块动态性能测试
5.4.1 测试目的和方法
5.4.2 测试记录
5.4.3 测试结论
5.5 姿态动态测量系统测试
5.5.1 姿态动态测量系统功能测试
5.5.2 姿态动态测量系统静态性能测试
5.5.3 姿态动态测量系统动态性能测试
5.5.4 测试结论
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
致谢
参考文献
附录1 A/D转换软件设计
附录2 信号处理软件设计
附录3 姿态解算软件设计
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]数字滤波器在测井采集系统中的应用[J]. 卢亚普. 电子测量技术. 2018(08)
[2]国内非常规油气录井技术进展及发展趋势[J]. 王志战. 石油钻探技术. 2017(06)
[3]旋转导向钻井技术应用研究及其进展[J]. 孙维. 中国石油和化工标准与质量. 2017(16)
[4]近钻头钻具多源动态姿态组合测量方法[J]. 高怡,程为彬,汪跃龙. 中国惯性技术学报. 2017(02)
[5]导向钻井工具姿态动态测量的自适应滤波方法[J]. 贺艳,汪跃龙,高怡,王彤,李雨丹. 西安石油大学学报(自然科学版). 2016(06)
[6]垂直导向钻井工具姿态测量方法研究[J]. 贺艳,汪跃龙,李雨丹,王彤. 录井工程. 2016(01)
[7]导向钻井工具冗余姿态测量与系统重构方法[J]. 刘自理,严卫生,康思民,刘自慎,汪跃龙,张守旭. 石油学报. 2015(11)
[8]小井斜重力工具面动态测量方法研究[J]. 张洪涛,盛利民,邓乐. 石油机械. 2015(09)
[9]我国掌握油气田旋转导向钻井、随钻测井两项先进技术[J]. 石艺. 石油钻采工艺. 2015(03)
[10]基于MAX274芯片的带通滤波器设计[J]. 周德君. 数字技术与应用. 2015(03)
博士论文
[1]中国油气田企业采油过程节能降耗绩效评价研究[D]. 李晓东.中国地质大学（北京） 2009
硕士论文
[1]指向式导向钻井工具控制轴的姿态测量方法研究[D]. 王彤.西安石油大学 2017
[2]振动环境下自动垂直导向钻井工具的姿态测量方法[D]. 贺艳.西安石油大学 2016
[3]旋转导向钻井工具姿态参数的模拟计算[D]. 王晓翠.西安石油大学 2014
[4]石英挠性加速度计大量程实现技术研究[D]. 张宁.哈尔滨工程大学 2012
[5]石英挠性加速度计偏值和标度因数稳定性研究[D]. 王珂.哈尔滨工程大学 2012
[6]钻柱振动信号测量及处理技术研究[D]. 宿雪.中国石油大学 2010
[7]基于二维重力加速度传感器的井下实时测斜系统理论与实验研究[D]. 周春.武汉科技大学 2009
[8]雷达成像旁瓣抑制技术[D]. 史记.南京理工大学 2006
本文编号：3718248
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