井下大功率脉冲场源的时钟同步与信号采集研究

发布时间：2017-08-22 16:11

  本文关键词：井下大功率脉冲场源的时钟同步与信号采集研究

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【摘要】：结合目前石油资源紧缺油价下跌的行情,在油田开采的中后期对生产井剩余油的动态监测显得尤为重要,突破套管之外探测地层剩余油的研究方法和理论较为成熟,但勘探仪器的研发进度落后于理论,没有商业化市场化推广。本文提出的井下大功率脉冲场源的设计是基于时间域的电磁勘探方法,尤其是利用瞬变电磁法(TEM)来反映电性层灵敏度更高,通过脉冲电磁场源向地层发射脉冲电磁场,在空间地层里产生感应电流(一次场),一次场的变化会在空间地层里产生感应电流(二次场),在一次场间隙期间,测量由地层介质作用产生的二次场涡流随时间的衰减变化特征,从而探测地层中不均匀体的位置,并对其规模和导电性能进行估计。电磁信号中的低频成分有部分可以通过突破金属套管的屏蔽作用,直达目的层,提高了对目标体的分辨率。本论文研究的大功率脉冲场源主要是作用于井下,介绍实现了大功率场源在金属套管内的快速存储和瞬间释放,通过井下大功率脉冲场源的瞬时放电,由于瞬时功率大,中心发射频率低,能突破金属套管的屏蔽吸收作用,在金属套管内实现低频电磁场激励,并在地面进行弱信号的测量,从而实现井地瞬变电磁勘探。了解地面瞬变电磁法的工作原理,在发射源关闭后,接收机接收地下介质产生的二次场,所以要求发射源与接收机的同步,给发射机和接收配置GPS天线,主控单元接受卫星的时间信号。结合实际的石油现场生产中,考虑井下条件对GPS信号的屏蔽,井下仪器接收不到GPS信号,因此场源在下井之前进行一次GPS对时,仪器下井后通过内部模块进行计时,为确保井下同步采集,设计较高精度的时钟电路是有必要的,高精度时钟电路的核心问题是晶振器件的稳定性问题,其稳定性受环境温度的变化其振荡频率会相应发生改变,存在累计误差。井下温度随着钻探深度的改变也随之变化,如果没有补偿措施,系统精度是难以保障的。把场源置于井下深部,几千米的深井,必然会出问题导致测量不准确。于是设想采用GPS地面对时与温补晶振井下配合的方法,优势互补。普通的振荡器内置温度曲线补偿电路,能够产生稳定的基准频率信号。在地面GPS正常可以工作,可以对时秒脉冲信号控制井下场源的精度,当下井后GPS失效,可以用温补晶振取代秒脉冲,缓解了系统对GPS的依靠,这样使系统有更高的精度。对瞬变电磁系统,发射源的脉冲电流的采集也是重要的一部分,通过时钟信号,一路用于同步温补晶振,一路用于单片机采集电路控制ADC采样,经叠加、相关与经地层作用后的感应信号做褶积,提出有关地层的电阻率信息,为评价生产井中剩余油的分布状态的井下电磁探测方法提供了观测系统。
【关键词】：瞬变电磁 脉冲场源 GPS同步 单片机 电流采集
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P631.81;P618.13
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 选题背景和意义9-11
• 1.2 国内外研究和发展现状11-13
• 1.3 本人研究的主要内容13-15
• 第2章 井下大功率脉冲场源的电磁响应特征与硬件组成15-33
• 2.1 过套管测井的响应特征理论研究15-19
• 2.2 套管井中多层径向模型中低频电流环的电位函数19-21
• 2.3 井下脉冲场源的硬件结构与组成原理21-33
• 第3章 GPS授时与温补晶振同步设计33-51
• 3.1 同步方法研究33-35
• 3.2 GPS模块工作原理与时间系统35-36
• 3.3 GPS时间信号提取36-43
• 3.4 高精度时钟同步方案设计43-51
• 第4章 脉冲电流采集系统方案设计51-57
• 4.1 霍尔电流传感器原理51-52
• 4.2 电流采集方案设计52-54
• 4.3 SD卡中FAT格式数据的存储实现54-57
• 第5章 调试实验及结果分析57-70
• 5.1 实验室模拟57-62
• 5.2 野外现场试验62-65
• 5.3 数据处理65-70
• 第6章 结论与建议70-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77
• 个人简介77-78

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本文编号：720085