欠平衡钻井井底压力监测系统的设计.pdf

仪器仪表用户 能让信号传输损失更 小。二是薄铜 箔通 过大 电流情 况下 温升 较小 ， 这对于散热和元件寿命都是有很大好处的， 数字集成电 路中铜线宽度最好小 于 0 ． 3 c m也是这个 道理 。 3 ． 2 制作模板 将板卡 的线路 设计 用 光刻 机印成 胶 片 ， 然后 把一 种 主要 成分对特定光谱敏感而发生化学反应的感光干膜覆盖在基板 上， 干膜分两种， 光聚合型和光分解型， 光聚合型干膜在特定 光谱 的光照射下 会硬 化 ， 从 水 溶性 物质 变成 水不 溶性 而光 分 解 型则正好相反 。 把线路图印在基板上一样 ， 接 F 来我们经过显影步骤 使 用碳酸钠溶液洗去未硬化 干膜 ， 让 不需要 干膜保护 的铜箔露 出来， 这称作脱膜 S t r i p p i n g 工序。接下来我们再使用蚀铜液 腐蚀铜的化学药品 对基板进行蚀刻， 没有干膜保护的铜被 腐蚀 了 ， 硬化干 膜下 的线路 图就这 么在 基板 上呈现 出来 。这 整个过程有个 叫法 叫” 影像 转移 ” ， 它 在 P C B制 造过程 中 占非 常重要 的地位 。 3 ． 3 钻孔 我们在粘结多层板之前还需要钻孔。钻了孔可以将 电路 板上下位置相应铜线对起来， 然后让孔壁带铜， 相当于导线将 电路串联起来了。这种孔我们称之为导通孔。这些孔需要钻 孔机钻 出来 ， 现代钻孔机 能钻 出很 小很小 的孔 和很 浅 的孔 ， 一 块主板上有成百上千个大小迥异深浅不一的孔， 我们用高速 钻孔机起码要钻一个多小时才能钻完。钻完孔后， 我们再进 行 孔 电镀 该技 术 称 之 为镀 通 孑 L 技 术 ， P l a t e d T h r o u g h H o l e t e c h n o l o g y ， P T H ， 让孔导 通。 因为 主板 生产 需 要 大量 进行 焊 接 ， 如果直接焊接 ， 会产 生两 个严 重后果 1 板 表 面铜线 氧 化， 焊不上； 2 搭焊现象严重一因为线与线之间的间距实在太 小。所以我们必须在整个 P C B基板外面再包上一层防焊漆， 也就是俗称的阻焊剂， 它对液态的焊锡不具有亲和力， 并且在 特定光谱的光照射下会发生变化而硬化， 这个特性和干膜类 似， 我们看到的板卡颜色， 其实就是防焊漆的颜色， 如果防焊 漆是绿色 ， 那么板卡就是绿色 。 口科研设计成果口 3 ． 4 测试 最后还要测试 P C B是否有短路或是断路的状况， 可以使 用光学或电子方式测试。光学方 式采用扫 描以找 出各层 的缺 陷， 电子测试则通常用飞针探测仪 F l y i n g P r o b e 来检查所有 连接。电子测试 在 寻找 短路 或断路 比较 准确 ， 不过 光学 测试 可以更容易侦测到导体问不正确空隙的问题。 4结果分析 该系统工作时， 通过按键控制 L E D灯亮暗的过程。经过 测试， 该系统能实现论文所要求的效果 ， 系统简单， 成本低廉， 操作简便， 能确实应用到公交车上。同时， 该系统实物从电路 设计 ， 编程等各方面实现的难度不是太大， 具有实际意义， 易 于投入 生产 。口 参考文献 [ 1 ]张宏 ， 邢文生． 在单片机 K e i l C开发环境 中设计精确的延 时函 数 [ J ] ． 徐州工程学院学报 ， 2 0 0 7 ， 2 2 8 6 4 ．68 ． [ 2 ]陈岩 ， 曾曙． 埋入式电容 印制 电路板制作 艺[ J ] ． 印制 电路 信息 ， 2 0 0 3 ， 3 5 0 - 5 6 ． [ 3 ]郑美玲． P r o t e 1 9 9 S E在电路设计 【 f j 的应用 J ] ． 现代 电子技术 ， 2 0 0 3 ， 1 1 3 9 - 4 5 ． [ 4 ]韩风 ， 姚旺生 ， 刘霞． 超声波测距和 闽值判断 的 P R O T E L仿真 [ J ] ． 舰船 电子工程 ， 2 0 0 3 ， 2 5 9 ．60 ． [ 5 ]李红． 使用 P R O T E L 9 9 S E进行 P C B设计的主要流程 [ J ] ． 现 代电子技术 ， 2 0 0 1 ， 7 5 9 -6 4 ． [ 6 ]汪汉新． P r o t e t 9 9 S E P C B设计 与使用 技巧 J ] ． 中南 民族大学 学报自然科学版 ， 2 0 0 2 ， 2 1 2 3 1 - ．3 5 ． [ 7 ]谭会生 ， 张昌凡 ． E D A技术及应用[ M] ． 第二版． 西安 西安 电 子科技大学 出版社 ， 2 0 0 1 ． 作者简介 曾亚光 1 9 7 5 一 ， 男 ， 讲 师， 硕 士； 研究方向 光声成像 ， 计算机 应用。 基金资助 国家 自然科 学基金资 助项 目 1 0 5 4 7 1 0 8 ， 广 东省精 品课程 大学物 理实验 收稿 日期 2 0 0 9 1 0 - 2 6 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 1 0 4 1 ． 2 0 1 0 ． 0 2 ． 0 1 5 欠平衡钻 井井底压 力监测 系统 的设计 谭奇柱 ， 梁海波 ，何磊 1 ． 西南石油大学 电子信息工程学院， 成都 6 1 0 5 0 0 ； 2 ．华东石油局 华东分公司7 0 8 2 6 HB钻井队。 轮台8 4 1 6 0 0 摘要 欠平衡钻井作为一项为油气 田勘探 开发服务 的新技术 。 其核心 就是对井底压 力的控制 ， 井底压力控制 监测是国 内外 都在不 断改进和 发展的重要研究方 向。本文提出 了通过优化综合录井仪实现对欠平衡 钻井井底压 力的实时控制监测 ， 并形成 了一套 与之相适应的软件． 该系 统适用于在液相 自然和充气 欠平衡钻 井过程 中进行压 力监测分析 ， 可用于直井、 定 向井和水平井欠平衡钻井过程分析 。 关键词欠平衡 ； 井底压力 ；实时监测 ； 压力控制 中图分类号 T E 2 7 1 文献标识码 A Th e d e s i g n o f b o t t o mh o l e p r e s s u r e mo n i t o r i n g i n un de r ba l a n c e d dr i l l i ng TAN Qi - z h u 。LI ANG Ha i - b o ，HE Le i 1 ． S o u t h We s t P e t r o l e u m U n i v e r s i t y ，C h e n g d u 6 1 0 5 0 0 ， Ch i n a； 2． 7 0 8 2 6I T B d r i l li n g Cr e w o f Ea s t Ch i n a P e t r o l e um B u r e a u ，L u n t a i 8 4 1 6 0 0， C h i n a Ab s t r a c t Un d er b alan c e d dr i ll i n g a s a n e w t e c h n olog i e s f o r t h e s e r v 一 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息 ic e of oil an d g a s e x p lor a t ion de v elop men t ，t h e c or e is c on t r ol f o r t h e p r e s s u r e o f bo om h ole， b o R om h o l e p r es su r e c o n t r o l an d mo n i t o r ing is a i mp o r t a n t r e s e a r c h di r e i o n t h a t c o n s t an t ly i mp r o v i n g an d de v e l op i n g a t ho me an d a b r o a d．I n t his p a p er ，b y op t i mi z in g t he c omp r e h e n siv e log g i n g i n s t r u men t t o a c h i e v e u n de r b a lan c e d dr i ll i n g b o R O m h ole pr e s s u r e o n t h e r ea l - t im e c o n t r o l mo nit or i n g，an d f or med a s e t i n t h e c or r es p o n din g s o f t wa r e． T h e s y s t e m i s c ar r i e d o u t t h e p r e s s u r e mo nit or i n g a n d an a l y s is i n t h e un de a l a n c e d dr i ll i n g o f l iqu id p h a s e n a t u r a l a n d i n f la t a b le ，c a n b e u s e d f o r u n d e r b a l a n c e d d r i ll i n g p roc e s s an a l y s is i n v ertic a l we l ls，d i r e c t ion a l we l ls a n d h or iz on t a l well s ． Ke y wor d su n d er b a l a n c e d； bo o m h o l e pr es s ur e； r e a l t ime m o n R o ‘ r i n g； p r es s ur e c o n t r ol O 引言 欠平衡钻井是人们有意识地让井筒压力低于地层孔隙流 EI C Vo I ． 1 7 2 0 1 0 No ． 2 2 9 口科研设计成果口 体压力， 当钻井遇到渗透性地层时， 地层流体不断流人井筒并 循环到地 面， 再人为地加 以有效控制 。进行欠平衡钻井 ， 关键 要使井筒液柱压力低于地层孔隙流体压力。通过调研发现， 由于欠平衡钻井工 艺 的特 殊性 ， 对欠平 衡钻井 环空井底 压力 的井下实时监测还是有一定难度， 其原因主要是采集到的数 据无法及时的传送回地面， 需要起钻后才能得知具体数据， 只 能起到事后辅助分析研 究的作用 。目前 国内还 没有专门 的欠 平衡钻井参数采集仪， 常规的钻井参数仪和国外产品相 比也 存在传感器及其配套装置安装复杂、 操作系统的稳定性和安 全性不高， 数据存储方式落后等问题。而国外产品界面都为 纯英文， 井队技术人员和操作人员使用起来有相当难度； 数据 报表和数据显示较为固定， 和我国钻井现场的实际需要和习 惯有较大差异 ， 而且价格非常的昂贵。 因此， 通过优化综合录井仪， 同时开发一套适 于各种 Wi n d o w s 操作平 台， 兼 容欠平 衡钻 井数据 采集 硬 件 的软件 系 统， 形成一套集数据实时采集 、 设计、 分析处理于一体的专业 系统是非常必要的。 1 传统综合录井仪的应用 由于综合录井技术 是多学 科 、 多技术集 成 的高新技 术集 合体， 因此它在施工现场所获取的大量参数、 资料信息并不只 是为单一用户服务。 总体讲， 综合录井技术在油所勘探开发中大致有以下几 方面的应用 1 利用综合录井开展地层评价 地层评价包括岩性的确定、 地层划分、 构造分析、 沉积环 境分析、 岩相古地理分析及以单井评价为基础进行区域对比。 在勘探过程中， 利用综合录井收集的大量资料可以有效地进 行随钻地层评价。 2 进行油气资源评价 有利于提高勘探 的成 功率 和效益 ， 减少 探井钻探 口数 ， 有 助于加快勘探的步伐， 从而具有很大的经济效益和社会效益。 2 综合录井仪的优化 调研发现 ， 目前国 内还没 有专 门的欠平衡 钻井参 数采 集 仪 ， 因此 ， 为了满足软件系统计算 需要 ， 提 出了 一食欠 平衡 钻 井参数采集的设计方案 如图1 。该方案采用小型钻井参数 采集仪的设计方法， 通过对传统综合录井仪的结构进行优 化， 省去了不必要的单片机等部件 ， 全部采用成熟的模块化 部件 ， 降低了开发难度， 缩短了开发周期 ， 减少了开发成本。 度、i 5曼 度、 力等传感{ 泵冲、绞车、 转l盘转进传 感器 分 线 盒 嚣 l 崞 一嚣 机 位 帆 实时 永 刚分析 工 推篱处理 数据存错 图 1 本系统设计方案 2 ． 1 传感器的优化 本着经济、 耐用、 安全的原则， 优选了国内外适合欠平衡 钻井过程 中监测所用的各种型号 的传感器及其配套设备。 传感器的作用主要是把现场的录井参数转化为电量， 并 对其进行初步处理， 其特性直接关系到数据采集的质量。录 井传感器的工作环境比较恶劣， 同时要求防爆， 所以对传感器 3 0 EI C VO I ． 1 7 2 01 0 No． 2 墨 麦旦 的特性选择要求比较严格。另外出于节约传输线线路和去除 线路干扰的E l 的， 所有的模拟信号传感器都采用 4 - 2 0 m A的电。 流型传感器。传感器总安装位置如图2所示。 图 2 传感器安装 示意图 2 ． 2 总体集成 1 主机配置 工控机速度要求要快， 特性要好， 并且可以在恶劣条件下 持续工作。通过特性分析和市场调研， 开发井综合录井仪选用 了工控机作为主机。 2 7 B 3 5信号调理模块 信号隔离保护模块 传感器采集的数 据需要进 行信 号调理 ， 因此 本文选 择 了 7 B 3 5信号调理模块 7 B 3 5模块提供三重隔离保护， 可以为传感 器提供 2 4 V 电源 ， 输入 4 2 0 m A， 输 出 2 - 1 0 V D C ， 同时它可 以 带 电拔插。 3 A ／ D转换 器 A ／ D转换器是微机数据采集或测控系统的模拟量输人通 道的核心部件， 其作用是将反映现场或过程参数实时变化的 物理量转换成计算机能够接受和识别的离散数字代码。 4 脉冲信号采集转换模块 脉冲信号采集转换模块的控制核心是由单片机组成的， 该模块可以同时接收处理4路脉冲信号， 分别为泵冲 1 、 泵冲 2 、 泵冲 3和转盘转数。模块 与联机计算机间通过串口传递 数据 。 3软件设计 本软件采用传 统 的软件开 发生命周 期 的方法 ， 采用 自顶 向下， 逐步求精的结构化的软件设计方法 如图3 。软件数据 存储采用数据库方式， 输入方便 ， 每次计算结果均 自动存于计 算机内， 便于保存， 输出参数有文本、 曲线和图片等方式， 形象 直观。软件采用 V B编程， 输出包括报表、 图形、 图线三种方式。 i f H ， 管f i 数据管f f 寅时箍』 f 压h旗i f 实时分f f 援搠 1 分f I 理模 块『 I 理模块I I 测模 块 l I 测模块l I 柝模块J I 析 模块I 图3总体结构 用户管理模块 输入用户名和密码经检查后予以允许进 入或者拒绝进入。 数据管理模块 本模块能进行登陆及权限管理。 实时监测模块 将采集到的实时数据自动进行修正分析。 压力预测模块 根据邻井地破试验和相关测井数据可计 算 出两 向水平地应力、 地层孔 隙压力 。 实时分析模块 沿井深可对环空温度场、 密度场等进行实 时分析。 预测分析模块 能进行地层流体侵入量预测。 在系统桌面用鼠标点击“ 欠平衡钻井压力控制监测软件 系统” 的快捷方式图标， 即可启动系统， 进入系统主操作界面 如图 4 。 欢 迎光 临本刊 网站 h t t p ／ ／ w ww． e ic ． c o rn． o r l 仪器仪表用户 至 墨 多 ≥ 太 哥 趟 舞 图 4系统主页面 4结 论 1 设计 的欠平衡钻井压力控 制监测 系统在 现场测试效 果 较好 ， 综合录井仪针对欠平衡钻井进行改造后 ， 能稳定的采集 到欠平衡井底压 力计 算所 需参 数 ， 欠平 衡钻 井 压力控 制监 测 软件系统能实时准确 的计算 出井底 压力 ， 达到 了设计 的 目的。 2 对 比基于配 置传感 器及 其配 套设 备 ， 采 集计算 井底 压 力所需参数的设计方案和基于改造综合录井仪， 使之适用于 欠平衡井底压力监测的改造方案， 后者拓宽 了综合录井仪的 应用范围， 缩短了开发周期， 节约了大量的研究经费， 同时避免了 重复安装相同类型的传感器造成资源浪费， 值得推广应用。口 口科研设计成果口 参考文献 [ 1 ]赵大鹏．天然气欠平衡钻井技术及其 蜀南气 田的应用研究 [ D]． 成都 西南石油大学 ， 2 0 0 5 [ 2]潘军．直井 与水平_井欠平衡钻片数值模拟研 究[ D]．成都 西南石油大学 ， 2 0 0 0 ． [ 3 ]周英 操． 欠平衡钻井压力控制珲 论 与技 术研 究[ D] ． 北京 中 国石油大学 ， 2 0 0 5 ． [ 4 ]艾责成 ，穆 辉亮 ， 王卫 国， 等小l片H 艮 欠平 衡钻 井液 技术 [ J ] ．西部探矿 J 程 ， 2 0 0 9 ， 0 3 [ 5 ]王安庆．欠平衡 带压测井 资料质 量 的控制 [ J ]．天然 气工 业 ， 2 0 0 3， 2 3 4 [ 6 ]张树 东．天然气 介质条件下的测井力‘ 法探 讨 Aj．中国石油 第 十 四 届 测 井 年 会 论 文 集 l C] ．北 京 石 油 工 业 出 版 社 ， 2 0 0 5 ． [ 7 ]姚声 贤．欠平衡测井技术在 四川的实践 与应用 [ A]．中国石 油第 十三届 测 井年 会 论 文集 [ C]．北 京 行 油 工业 出版 社 ， 2 0 0 3 ． 作者简介 谭奇柱 1 9 8 6 - ， 男， 硕 士研究生 ， 研究方向 传感器及仪表 自 动化 ； 梁海波 。男，副教授 。 研究方 向油气测控 ； 何磊 ， 男， 助理 工程 师 。 华东石 油局 7 0 8 2 6 H B钻井队。 收稿 日期 2 0 0 9 1 0 - 2 3 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 1 0 4 1 ． 2 0 1 0 ． 0 2 ． 0 1 6 基 于 C A N总线的 L E D隧道灯控 制 系统设计 隋越 ， 丘友全 ， 张新池 闽江学院 物理学与电子信息工程系。福州 3 5 0 1 0 8 摘要 介绍了一种基于 C AN总线的 LE D隧道灯控制方法 ， 利 用 C AN 总线传输距离远、 成本 较低 、 可靠性 高的特点 ， 实现控制 长距离隧道 内 L E D隧道灯工作的 目的。给 出了系统组成框 图和工作原理。 关键词 C A N 总线 ； L ED隧道灯 ；控制 中图分类号 T P 3 9 3 ． 1 文献标 识码A A c o n t r o l s y s t e m d e s i g n f o r LED l a mp s wo r k i n g i n t un n e l s b a s e d o n CAN b u s n e t wo r k s S U I Yu e 。QI U Yo u． q u a n。ZHANG Xi n - c h i D e p a r t me n t o fP h y s i c s a n d T e l e c o mmu n i c a t i o n E n g i n e e r in g ， Mi n j i a n g Un i v e r s i t y 。 F u z h o u 3 5 o l 0 8 。 C h i n a Abs t r a c t A s y s t e m de s ign b a s e d o n CAN b us ne t wor k s u s i n g f o r c on t r oll i n g t h e LED lamp s wor k i n g i n t u nn e ls i S i n t r o d u c e d In t his p a- p er ．Ma k e u s e o f a M er y high le ve I o f s e cu r it y an d a lon g t r a ns mi s - s i o n d i s t a n c e wit h M e r y IO W c os t s o f t h e CAN n e tw o r k s，t h e s y s t em may pr o v i d e s t h e c on t roll i n g o f LED l a mp s wo r k i n g in a lon g t un n e 1 ． Gi v e t h e s y s t e m c o mp o s it ion a n d t h e o p er a t in g pr i n c i p le． Ke y wo r d sCAN b u s；L ED lamp s；c on t r oll i n g O 引言 L E D隧道灯由于需要每天 2 4小时连续工作， 而且隧道内 的温湿度环境比开放空间恶劣， 对灯具的质量要求很高， 特别 是灯具电源的可靠性以及灯具的工作温度都直接影响到灯具 的寿命和光衰。为了减轻电源的工作压力 ， 一种设计思路是 使用双电源交替工作为灯具供电。这样就需要一种控制电源 切换工作的可靠控制方式。可以使用电源内部时钟定时切换 的方法， 并根据 L E D隧道灯的工作温度调整电源的恒流输出。 欢迎订 阅 欢迎撰稿 欢迎发布产 品广告信息 这种方法简单、 成本低 ， 但是提供的控制功能较少 ， 不能和主控 端通信 ， 不能按要求实时同步调光 。为 _r 实现主控端对灯具 工 作现场的实时监控必须选择一种合适的通信接 口协议， 同时 满足可靠性高、 通信距离远、 控制节点多、 成本较低的要求。 C A N总线可以很好满足以上要求。 1 C A N总线介绍 C A N C o n t r o l l e r A r e a N e t w o r k 是德国 B o s c h 公 司开发 的一 种有效支持分布式实时控制的串行通信网络数据通信协议， 主要作为汽车车载网络得到广泛应用。它是一种多主总线， 通 信速率最高可达 1 M b ／ s ， 在低速条件下最大传输距离可达到十 公里。C A N使用独特的“ 位仲裁” 技术， 按优先级发送信息， 可 以大大节省总线冲突仲裁时问， 保证了数据传输的实时性和 总线仲裁的确定性， 在重负荷 表现出良好的性能。C A N总 线可以以点对点、 一点对多点 成组 及全局广播等几种方式 传送和接收数据。由于 C A N总线具有很强的纠错能力， 支持 差分收发， 低速条件下具有较远的传输距离， 因此适用于高干 扰环境。C A N总线还有以下特点 采用无破坏性的、 基于优先 权 的总线仲裁技术 ， 减小 了总线 冲突的裁决 时问 ， 防止 网络在 重负荷情况下发生瘫痪； 数据帧采用短帧结构， 非常适合现场 的实时数据传输。同时采用错误检测 、 C R C校验、 N R Z编码和 解码等技术， 有效减少误码率， 提高通信可靠性 ； 废除了传统的 站地址编码， 而代之以对通信数据块进行编码 ， 使网络内的节 点个数在理论上不受限制； C A N总线是一种多主总线 ， 依据优 先权进行总线访 问， 可以实现点对 点 、 一 点对多点 和全局广播 等数据传输方式， 通信介质可以是双绞线、 同轴电缆或光导 纤维 。 El C VO I ． 1 7 2 01 0 N o． 2 3 1