中国工程论文网
代写工程论文
当前位置:工程论文网 > 电力工程论文 > 电力工程师论文 > 井-地ERT系统同步技术的改进与实现

井-地ERT系统同步技术的改进与实现

时间:2015-07-02 11:52来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是电力工程师论文,本文针对井-地水驱前缘及压裂裂缝电阻率层析成像仪设计的一个同步系统。该同步系统是综合北斗卫星授时技术、本地时钟 RTC 系统和无线射频通讯技术设计并

第一章 绪 论


1.1 课题的研究背景
中国作为油田开发过程中注水最多的国家,大多数油田已全面进入高含水量的生产周期,进过数年的探索与开发,复杂的地下地层结构和差异明显的介质环境使石油储备发生很大的不均匀性[1],依然有非常可观的原始石油储存在地下,剩余油分布勘探与开发已成我国石油供应的重要保障[2]。井-地ERT系统是电阻率层析成像技术在剩余油分布探测的一种比较成熟广泛的应用。整套系统包括发射机和接收机两个核心仪器,而发射机的稳压电源部分输出大功率电流,控制器部分能够控制输出的波形,在相距千米距离的供电电极之间的大地形成了可以看成是均匀的电场,通过在地表布置的不极化电极来测量出的地下介质的电位分布送回至接收机,记录并保存数据,模拟出井下地层的电阻率分布情况,从而确定地下不同介质的特性。该系统现已广泛应用于油田的剩余油开发中,进行测试油田水驱前缘、压裂裂缝﹑注水井调剖等剩余油分布探测项目,已证明该系统具有在油田勘探及煤层气勘探的现场稳定工作的能力[3]。在以井-地ERT水驱前缘及压裂裂缝电阻率层析成像仪为基础的剩余油勘探测试中,电极采集点比较多,电极数量可达54个。测试时需要统一的时间机制为发射机与接收机的整套系统服务,实现发射机与接收机的同步。同步误差还影响着后期数据处理的电阻率分布情况的分析结果,使得最终的测试结果缺乏可信度。在井-地ERT系统中,时间同步是一项重要的指标,在整个电阻率层析成像仪的研制过程中不可忽视。
…………


1.2 课题的研究意义
井-地ERT硬件系统主要是由发射机和接收机两部分核心仪器组成,测试现场将电缆连接被测井与回流井(选取一个与被测井相距接近1km的井口作为回流电极),相当于串联大地和发射机形成回路,向大地发射由发射机中的控制器部分来控制波形和频率的大功率电流(可以发射方波、正弦波、伪随机波等波形,平时测试时一般发射1Hz的方波,频率的稳定度控制在0.1%以内),井-地ERT系统的测试对象要达到井下1000m甚至1500m,发射功率至少要达到15kW;而接收部分主要由接收机、不极化电极和连接接收机与电极之间的接收电缆组成,不极化电极负责采集它所在地点的大地电位信息,通过接收电缆传送给接收机,接收机收到地下的电位信息存储处理并显示此刻的电位波形图。整个野外工作示意图图1.2所示。原有的井-地ERT系统采用的是有线同步方式,即需要一个同步电缆连接发射机和接收机实现同步。我们在进行垂直井测试时,测量中心点选在测试井附近,则发射机和接收机两台仪器均摆放在测试井附近,有线同步非常方便易实现;而在进行水平井及斜井测试时,测量中心点设置在注水压裂段所在位置的地面投影点,发射机需摆放在测试井附近而接收机需放在投影点附近,两者距离可达二十米甚至更多,加之现场不同的地理条件,有线同步十分不便。
……….


第二章 系统的总体方案设计


2.1 系统总体方案
本文所设计的同步系统要完成将获得的北斗卫星上的时间信息从发射机送到接收机,从而实现两个系统的时间同步。所以本文所设计的同步系统可以通过两部分进行研究,一部分为同步方案的发射机部分,主要是为了实现时间信号的获取、处理、显示和重新发送;另一部分为同步方案的接收机部分,负责接收无线传输过来的授时信息和控制信号,并将其简单处理显示并送至上位机。总体方案可以将这两个系统分为硬件和软件两部分进行研究。
………


2.2 系统的硬件设计方案
整个系统的硬件设计分为七大块,它们包括主控MCU模块、北斗卫星接收模块、电源模块、显示模块、键盘模块、本地时间RTC模块和无线收发模块,其中主控MCU模块是硬件设计的核心。硬件设计的电路原理利用电路设计软件Protel DXP 2004,并在后期绘制成PCB板[18]。整个系统的硬件调试包括各个芯片各引脚的电压测试和波形测试、各个模块的功能测试等,同步方案的硬件总体框图如图2.1所示:
…….


2.3 系统的软件实现方案
整个同步系统的发射机和接收机部分都具有主控处理模块,它们均采用了来自宏晶公司的的 STC11F04 芯片,它的优点是兼容性强,支持所有老的编译器,所有程序编写上采用 C 语言,并在时下普及较高的 Keil C51 开发环境,来实现发射机和接收机同步系统的所有功能(包括接收北斗卫星的时间信息、校对提取的时间信息、通过 LED 显示时间信息、收发时间控制信号)。完成此过程的软件编写之后,编译器由伟纳公司提供的一款较为通用的型号为 SP2000S 的工具,可以支持 ATMEL/ WINBOND/ SST 等公司常用 MCS51 系列和 AVR 系列微控制器。
……..


第三章 井-地 ERT 系统同步方案的硬件设计..........13
3.1 井-地 ERT 系统同步方案发射机部分硬件设计 ..........13
3.2 井-地 ERT 系统同步方案接收机部分硬件设计 ..........25
3.2.1 无线收发模块 ..........25
3.2.2 信息处理模块 ..........29
3.3 本章小结 ..........30
第四章 井-地 ERT 系统同步方案的软件设计..........31
4.1 北斗卫星授时广播报文数据中的时间信息解码 .........31
4.1.1 北斗系统广播报文格式 ........31
4.1.2 NMEA0183 协议简要介绍....32
4.1.3 时间信息解码 ..........33
4.2 时间数据打包传输 ........34
4.3 井-地 ERT 系统同步方案发射机部分工作流程设计 .........35
4.4 井-地 ERT 系统同步方案接收机部分工作流程设计 .........37
4.5 本章小结 ....38
第五章 系统的测试 ..........39
5.1 整体设计实物图 .....39
5.2 北斗卫星导航信息接收功能测试 .....39
5.3 无线收发功能测试 ........40
5.4 秒脉冲控制信号测试部分 ..........41
5.5 本章小结 ..........44


第五章 系统的测试


5.1 整体设计实物图
整个系统是通过硬件各模块构成和软件的流程进行设计的,硬件部分分别包括北斗卫星接收模块、显示模块、本地 RTC 模块和无线接收模块,根据它们各自的电路原理图完成了 PCB 板的绘制和焊接,依此调试各模块的功能,以主要实现以下三部分部分功能:北斗卫星导航信息接收功能、无线收发功能测试和秒脉冲控制信号测试。在能够接收到北斗卫星导航信息的基础上,对系统的授时进行在 KeiluVision2 开发环境的软件编写,然后再在 Keil uVision2 中进行编译,在显示“0Error(s),0 Warning(s) ”之后会生成 HEX 文件,生成的 HEX 文件通过 SP2000S编译器工具和 STC11F04 芯片自带软件烧录到主控模块的 STC11F04 芯片中,如图 5.2 为 Keil uVision2 中程序的调试:无线收发功能是本文设计的同步方案一个重要的功能。仅仅实现截取北斗卫星导航信息中的时间信息是不够的,需要通过无线收发功能将时间信息和控制信号发送至需要同步的接收机部分,才能真正的实现时间同步。无线收发功能测试图如 5.4 所示,同步方案的接收机部分接收到时间信息的信号之后,经过 MCU模块处理将时间显示在 LED 上,并且所显示的时钟与发射机部分 LED 显示部分的时钟同时发生变化。


………


总结


在井-地 ERT 系统的野外测试中,同步系统的精度直接影响着每一个电极点采集电位值的准确度,从而决定后期数据处理中地面下电阻率分布情况分析结果准确度。本文针对井-地水驱前缘及压裂裂缝电阻率层析成像仪设计的一个同步系统。该同步系统是综合北斗卫星授时技术、本地时钟 RTC 系统和无线射频通讯技术设计并实现的,充分利用三种技术的优点,实现整个系统能正常接收北斗卫星信号的时候实现稳定的授时,实现整个系统同步;在北斗卫星信号失效的时候,能够在一定的时间范围维持整个系统的正常工作,并且可以保证 3 个小时小于 2微秒的同步精度。完成设计所做的工作主要如下:研究井-地 ERT 方法、北斗全球导航系统、标准时间授时技术和无线射频通讯技术等背景基础知识,在通过对比国内外地质探测仪器的同步方案的优缺点,为设计的合理性提供理论依据,得出北斗卫星授时技术、本地时钟 RTC系统和无线射频通讯技术相结合的同步方案。提出同步方案的整体硬件设计思路,其中硬件设计的仪器发射机部分由北斗卫星接收模块、主控 MCU 模块、显示模块、本地时钟 RTC 模块、无线射频收发模块、电源模块,仪器接收机部分由 MCU 处理模块、显示模块、无线射频收发模块,详细阐述各模块的芯片的参数和选择的理由以及各模块功能的实现。根据北斗卫星导航系统所使用的 NEMA0183 通用导航协议和无线通信技术中数据帧的概念为理论基础,为整个同步系统设计软件流程,以实现对北斗卫星信息的截获和对时间信息和控制信号的传输。
…………
参考文献(略)

(责任编辑:gufeng)
顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------
发表评论
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。
评价:
栏目列表
点击提交代写需求
点击提交代写需求
点击提交代写需求
推荐内容