旋转导向钻井系统中井下测控单元的试验研究

• 作 者: 周兢
• 机 构: 中国地质大学(北京)
• 出 处: 中国地质大学(北京)
• 发表日期: 2007年期

旋转导向钻井技术代表了当今国际钻井技术的最高水平,是世界各国争相开发的一项钻井技术。其具有钻进效率高、井眼轨迹光滑、卡钻事故少、节约成本等一系列优点。本文综述了现有三种典型的旋转导向钻井系统的工作原理和结构组成,并且重点介绍了调制式旋转导向系统的工作原理和结构组成,特别对其测控单元的原理和实现方法作了详细而深入的讨论。　　
本文的内容一共包括六个部分,分别是:绪论、旋转导向钻井系统的工作原理、测控单元的测量原理、测控单元的控制原理、测控单元的实现、结论与建议。测控单元是钻井旋转导向系统的关键技术之一。文章提出了两种测斜的方法:一种是基于地球重力场和磁场进行测斜,另外一种是感应地球自转角速度进行测斜。同时推导出各自的数学模型。通过对两种测量方法的比较,最终确定选用第二个方案。此方案不仅可以测得稳定平台的角速度,而且不用考虑除地球磁场以外其它磁场对测量模块的干扰。同时本文通过对稳定平台的运动规律进行了分析,提出了稳定平台运动的模糊控制方法。这些工作都为测控系统的研制提供了理论基础。　　
接着本文提出了基于低功耗16位单片机MSP430F449的测控单元实现方法。整个测控单元包括:测量模块、单片机常用外围电路、扭矩发生器驱动电路等。其中测量模块选用的是MEMSENSE公司利用MEMS技术制造的惯性测量模块(nIMU)。单片机根据nIMU内集成的一个三轴加速度计和三个单轴微陀螺测到的数据可以计算出当前井身轨迹,然后通过与设计轨迹进行比较得到控制输出,并且将输出转换为PWM的形式通过驱动电路来控制扭矩发生器产生扭矩的大小,从而控制稳定平台。　　
文章的最后对全文进行了总结,肯定了文中提到的一些设计方案,同时也提出了在进行整个测控单元的软硬件整合调试时所遇到的一些问题以及解决问题的方法。