本文選題：姿態(tài)測量 + 轉(zhuǎn)速補償��； 參考：《西安石油大學》2017年碩士論文

【摘要】：在導向鉆井過程中,導向控制所需要的井下工具姿態(tài)參數(shù)主要有工具的旋轉(zhuǎn)速度、工具傾角、工具方位角等,對這些參數(shù)的準確、實時測量是導向鉆井工具實現(xiàn)導向控制的前提條件,也是井下控制系統(tǒng)進行反饋控制、確保造成所期望的井眼軌跡的關(guān)鍵。論文針對一種新型指向式導向鉆井工具的地面模擬測試實驗的測量要求,研究了導向軸的姿態(tài)測量問題,研制了一套導向軸姿態(tài)測量裝置,主要研究成果如下:1.分析了旋轉(zhuǎn)、搖擺運動中的導向軸姿態(tài)測量要求,設計了基于重力加速度計和速率陀螺儀的導向軸姿態(tài)測量方案,研究了旋轉(zhuǎn)運動對重力加速度傳感器輸出信號的影響規(guī)律,提出了消除(削弱)工具旋轉(zhuǎn)影響的姿態(tài)測量誤差校正方法,建立了導向軸姿態(tài)解算方法;2.根據(jù)指向式導向鉆井工具地面模擬測試實驗對導向軸姿態(tài)解算的測量要求,基于dsPIC30F4011單片機,設計了能安裝在旋轉(zhuǎn)的導向軸(筒)內(nèi)部的導向軸姿態(tài)采集子系統(tǒng),完成了系統(tǒng)的軟硬件設計和調(diào)試;經(jīng)過布局優(yōu)化和器件優(yōu)選,使整個子系統(tǒng)能封裝在直徑為58mm、長度為120mm的導向軸電子倉(筒)內(nèi);實驗測試了該子系統(tǒng)的功能和性能;3.設計了安裝在地面模擬實驗控制臺內(nèi)的導向軸姿態(tài)解算子系統(tǒng),完成了姿態(tài)解算、D/A變換、信號輸出等硬件電路和功能軟件的設計與調(diào)試,并測試實驗了該子系統(tǒng)的性能;針對地面模擬實驗時需要將旋轉(zhuǎn)的導向軸姿態(tài)測量信息傳輸至靜止的實驗控制臺的要求,設計了無線傳輸?shù)能浻布?4.分別采用CS-3LAS加速度計和ADXL337加速度計,測試了導向軸姿態(tài)測量系統(tǒng)的性能。測試表明,前者由于傳感器失效導致系統(tǒng)性能不能滿足設計要求;后者的無線通訊功能穩(wěn)定、導向軸傾角測量誤差不超過0.4°,相對方位角測量誤差不超過4°,滿足地面模擬實驗對導向軸姿態(tài)測量的誤差要求。本文的研究成果對該指向式導向鉆井工具的研究具有實際應用價值,并已被該工具的地面模擬測試實驗所使用。
[Abstract]:In the process of steering drilling, the downhole tool attitude parameters needed for steering control mainly include tool rotation speed, tool inclination angle, tool azimuth angle, etc.Real-time measurement is the prerequisite for guiding control of guided drilling tools, and is also the key to the feedback control of downhole control system to ensure the expected wellbore trajectory.Aiming at the measurement requirement of a new type of directional steering drilling tool, this paper studies the attitude measurement of the guide shaft, and develops a set of guide shaft attitude measurement device. The main research results are as follows: 1.In this paper, the requirements of attitude measurement of steering axis in rotation and rocking motion are analyzed. Based on gravity accelerometer and speed gyroscope, the orientation axis attitude measurement scheme is designed, and the influence of rotation motion on the output signal of gravity acceleration sensor is studied.An error correction method for attitude measurement is proposed to eliminate (weaken) the influence of tool rotation, and a guide axis attitude calculation method is established.According to the requirements of the ground simulation test of the directional steering drilling tool for the determination of the attitude of the guide shaft, based on the dsPIC30F4011 single chip computer, the attitude acquisition subsystem of the guide shaft can be installed inside the rotating guide shaft (cylinder).The software and hardware of the system are designed and debugged, the whole subsystem can be encapsulated in the electronic bin (tube) with a diameter of 58mm and length of 120mm, and the function and performance of the subsystem are tested by experiments.A guidance axis attitude resolution operator system installed in the ground simulation experiment console is designed. The design and debugging of the hardware circuit and the function software such as D- A transform and signal output are completed, and the performance of the subsystem is tested.In order to meet the requirement of transmitting the attitude measurement information of rotating steering shaft to the static experimental console during the ground simulation experiment, the hardware and software of wireless transmission are designed.CS-3LAS accelerometer and ADXL337 accelerometer are used to test the performance of the steering shaft attitude measurement system.The test results show that the system performance of the former can not meet the design requirements due to sensor failure, and the wireless communication function of the latter is stable.The measuring error of inclination angle of guide shaft is not more than 0.4 擄, and that of relative azimuth angle is less than 4 擄, which meets the requirements of ground simulation experiment for attitude measurement of guide shaft.The research results in this paper have practical application value for the research of the directional steering drilling tool, and have been used in the ground simulation test of the tool.
【學位授予單位】：西安石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE921.2

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本文編號：1772082