【正文】 ............33 W29C040 存儲器說明及流程圖 .............................................................34 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） IV TPμP — 40 打印機說明及流程圖 .........................................................35 第 5 章 總結(jié) ....................................................................................................................37 參考文獻(xiàn) ..........................................................................................................................38 致謝 ..................................................................................................................................39 附錄Ⅰ ..............................................................................................................................40 附錄Ⅱ ..............................................................................................................................57 附錄Ⅲ ..............................................................................................................................59 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 1 章 緒論 鉆井工程技術(shù)發(fā)展的背景 在經(jīng)濟(jì)全球化的大背景下， 結(jié)合當(dāng)前國際石油背景，全球油價的居高不下，引起世界各國對石油勘探開發(fā)熱潮，對鉆井的要求越來越高，鉆井的工作量也越來越大。這也為我國高端的鉆井技術(shù)的發(fā)展提供了一個很好機遇，并產(chǎn)生了巨大的 推動作用。 從我國的情況來看，西部地區(qū)石油資源近 70%埋藏在深部地層。東部地區(qū)淺層和中深層的勘探程度較高，深部地層尚有 50 多億噸的石油儲量可供勘探。中部地區(qū)是天然氣富集區(qū)，有超過一半的天然氣資源量在深部地層，所以未來我國的勘探開發(fā)潛力主要在 深層，必須靠深井和超深井進(jìn)行勘探開發(fā)。而且深井、超深井鉆井技術(shù)是一個國家鉆井技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一 。 目前我國的鉆井技術(shù)還不是特別的先進(jìn)，有很多還沒有克服的難題，比如鉆井過程中的上噴下漏 等 出現(xiàn)的 復(fù)雜情況 。所以設(shè)計出一個實時性高，精確度高的測量井深、鉆壓等參數(shù) 的系統(tǒng) 是 很有必要的。 國內(nèi)外鉆井技術(shù)的發(fā)展概況 鉆井技術(shù)從上世紀(jì)末至今已經(jīng)歷了經(jīng)驗鉆井、科學(xué)化鉆井、自動化智能鉆井3 個發(fā)展階段。美國、西歐等西方等發(fā)達(dá)國家一直處于鉆井技術(shù)的前沿，完成了大批超深井、高難度定向井、水平井、徑向井、分枝井。與之相配套的各種 工藝技術(shù)，如化學(xué)處理劑應(yīng)用開發(fā)。冶金鑄造技術(shù)、工具設(shè)計制造、精密儀器的研制加工等都有了長足的進(jìn)步，從而有力推動了地球科學(xué)、石油工業(yè)及其他有關(guān)行業(yè)的發(fā)展。 目前美國 Intelliserv 公司 設(shè)計出了一個有纜鉆桿，即所謂的智能鉆桿。他的主要特點是數(shù)據(jù)傳輸高速、大容量、實時：真正的實現(xiàn)了雙向通信；適用于包括欠平衡鉆井、氣體鉆井在內(nèi)的任何井況下的數(shù)據(jù)傳輸。 長期以來，勘探鉆井需要使用陸地鉆機或海上鉆井平臺，還要使用鉆桿、泥漿、套管和水泥，勢必造成勘探鉆井費用居高不下，勘探風(fēng)險很大。要想從根本上降低勘探鉆井費用和勘探風(fēng)險 ，就必須摒棄現(xiàn)行的鉆井方式，另辟蹊徑，開發(fā)一種完全不同的鉆井方式。挪威的獾式鉆探器公司正在研制的獾式鉆探器正是這種嶄新的鉆井方式 。 獾式鉆探器 是一種無鉆機的井下自動鉆探機，長約 25 米，設(shè)計鉆深能力超過 3000 米。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 它的主要特點就是 不用陸地鉆機或海上鉆井平臺，可大幅度減少作業(yè)人員和后勤保障工作，還能避開海洋環(huán)境對鉆井作業(yè)的干擾； 顯著降低勘探鉆井費用和勘探風(fēng)險； 實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動化鉆井 等。目前我國研制出多參數(shù)隨鉆測井系統(tǒng)，該系統(tǒng)是集 鉆井、測井和油藏工程技術(shù) 為一體，并且該系統(tǒng)可以 同時測量儀器周圍的側(cè)向環(huán)形電阻率、方位 電阻率以及方位自然伽馬等地層地質(zhì)參數(shù)，以及無線隨鉆測量系統(tǒng)測量的井斜、方位、工具面等井眼工程參數(shù)。 自動控制技術(shù)在鉆井中的應(yīng)用 近幾年，國產(chǎn)電驅(qū)動鉆機發(fā)展迅速，控制水平從早期的模擬控制上升到目前國際流行的典型三級控制，既上位監(jiān)控級、 PLC 過程控制級、全數(shù)字級構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)。我國石油鉆機在標(biāo)準(zhǔn)化水平、技術(shù)制造水平及研究開發(fā)能力、產(chǎn)品質(zhì)量和品種等方面有了較大的提高和發(fā)展，自動控制技術(shù)在鉆機上的應(yīng)用已達(dá)到 20 世紀(jì) 90 年代中期國際鉆機先進(jìn)水平，電傳動系統(tǒng)達(dá)到美國 20 世紀(jì) 90 年代第四代產(chǎn)品水平。鉆機自動控系統(tǒng)所 用的元器件的關(guān)鍵件仍是采用優(yōu)良的原裝進(jìn)口件，大部分元器件采用了合資企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，控制系統(tǒng)性能參數(shù)基本穩(wěn)定可靠。自動控制技術(shù)在機械驅(qū)動清醒鉆機主機上的使用，成熟技術(shù)主要 有電子控制汽油噴射裝置、電子控制自動變速器、大鉤限重級天車防碰自動控制系統(tǒng)、電子司鉆、電視監(jiān)控系統(tǒng)。電子控制汽油噴射裝置不僅能穩(wěn)定、可靠，而且價格比同類普通產(chǎn)品要低，值得推廣。電子控制自動變速器由機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)組成。大鉤限重及天車防碰自動控制系統(tǒng)廣泛用于各類鉆機。在中、大型電驅(qū)動石油鉆機上已有應(yīng)用，但此系統(tǒng)在輕型電 驅(qū)動鉆機上還從沒有配置過。電子司鉆廣泛應(yīng)用于所有鉆機，主要由高精度調(diào)節(jié)閥、電磁閥、高性能的計算機系統(tǒng)、高級的 HMJ 設(shè)備構(gòu)成，它可以提供可靠高效的鉆機控制。電子司鉆在復(fù)雜的鉆井過程和鉆井條件下，可根據(jù)不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)，在保證鉆壓恒定的情況下提供最大的鉆井速率，比人工司鉆可節(jié)約大約 37%的鉆井時間。電視監(jiān)控系統(tǒng)不管是機械驅(qū)動鉆機還是電驅(qū)動鉆機，都可以配該系統(tǒng)。它采用新型先進(jìn)的攝像機和監(jiān)視器，并配有溫度控制、壓力控制、空氣過濾器等設(shè)備，以滿足惡劣環(huán)境使用和防爆要求。 本文研究的內(nèi)容 本文主要 是研究 勘探一個 油井 時 所測量的 諸多 參數(shù)，如測量井深，測量鉆壓，測量扭矩等參數(shù)。 在測量井深的時候需要準(zhǔn)確地測量出鉆桿的數(shù)量、大鉤距離鉆桿的距離、鉆桿的單根長度，再根據(jù)公式： 鉆井深度 =鉆桿數(shù)量 179。 單根鉆桿長度 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 大鉤距地面高度 來測量出井深，具體的各個鉆桿參數(shù)會在后面具體測量，測量鉆壓 主要是應(yīng)用應(yīng)變片法來測量的鉆頭附近所受壓力，扭矩的測量方法跟鉆壓的大致相同，也是利用應(yīng)變片來測量的 ， 后面會提到具體的測量公式。 本文主要采用的是雙 CPU 的方法測量各個參數(shù)的，具體要知道各個 CPU 的選型，每個 CPU都是怎么去工作的，都有什么優(yōu)點，而且測量 還 需要 各個傳感器來測量參數(shù)，有大鉤懸重傳感器，鉆壓扭距傳感器， 要確定每個傳感器的選型，跟測量的大小范圍、優(yōu)點等。事務(wù)處理的 CPU 還要連接存儲器， LCD 顯示器，鍵盤，實時時鐘，打印機， 所以 要研究每一個芯片的選型跟作用和優(yōu)缺點。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第 2 章 方案論證 方案論證 由于本文測量了一個小型的油井，但是也要有 1000 米 左右的深度，不能只用一個鉆頭就能實現(xiàn)工作的，所以本設(shè)計選擇了一些器件，有絞盤編碼器，大鉤懸重傳感器等。 為了準(zhǔn)確測量 井深和鉆壓扭矩 ，井深測量必須一直監(jiān)視大鉤懸重信號和絞盤的 編碼器信號。編碼器信號是數(shù)字信號，可以采用中斷方式接收，但懸重信號是模擬信號，必須由 CPU 一直采樣測量并監(jiān)視 。 在儀器運行過程中，還有一些信號需要 CPU 及時相應(yīng)，如打印機送數(shù)據(jù)、 LCD 顯示狀態(tài)的查詢、鍵盤的處理、管理計算機通信的響應(yīng)等。顯然，當(dāng) CPU 結(jié)構(gòu)響應(yīng)其他工作請求時，就有可能漏掉對懸重信號的監(jiān)測。為此，本設(shè)計 還 采用了雙 CPU 結(jié)構(gòu)，一個 CPU 負(fù)責(zé)測量，一個 CPU 負(fù)責(zé)事物處理 。 在傳感器選擇方面，由于在鉆井的過程中，由于要用到很多根鉆桿，尤其是在提升鉆桿的過程中，大鉤要吊起地下所有鉆桿的重量，因此懸重傳感器 的量程需要很大，但另外一方面當(dāng)鉆桿數(shù)量很少時，增加或減少一根鉆桿可能會引起很小的變化，這就需要懸重傳感器有很高的精度，統(tǒng)計鉆桿數(shù)量關(guān)鍵是檢測到當(dāng)前是在增加或是在減少鉆桿，而增加或減少鉆桿又是由大鉤的位置和懸重確定的，若大鉤的載荷為零，說明鉆桿被卡座卡住，要進(jìn)行增加、減少鉆桿的操作。若大鉤載荷變?yōu)榱銜r大鉤的位置在井架的底部，表明要增加一根鉆桿；因此大鉤更多情況下是檢測載荷是否為 0，因此這就要求懸重傳感器有足夠的精度能檢測到一根鉆桿的變化。 測量井深原理 由于井 深大約有幾千米深， 不可能像機械加工那樣用一根 鉆頭完成鉆井工作全過程。圖 。實際的鉆井動力驅(qū)動機構(gòu)有絞盤、大鉤、多節(jié)鉆桿和鉆頭組成。在向下鉆探的過程中，當(dāng)鉆桿下降到卡座位置時，大鉤與鉆桿脫離，向上提升到一鉆桿的高度，接入一根鉆桿，再將大鉤與鉆桿重新連接，繼續(xù)向下鉆探一根鉆桿的深度。如此反復(fù)，可完成幾百、上千米的鉆井任務(wù)。因此，鉆井深度的測量公式為： 鉆井深度 =鉆桿數(shù)量 單根鉆桿長度 大鉤距地面高度 (11) 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA4D a t e : 8 J un 2 0 0 6 S he e t o f F i l e : F : \畢業(yè)設(shè)計 \電路圖 \畢業(yè)設(shè)計 1 .D D B D ra w n B y:絞盤大鉤鉆桿卡座鉆頭 圖 當(dāng)需要向上提升鉆頭時，有大鉤向上提升出一 根完整的鉆桿，然后由井架底部的卡座加緊地下的其他鉆桿和鉆頭，這時候就可以將地面上的鉆桿移去。地面上的鉆桿移去后，大鉤向下運動，與卡座夾住的鉆桿連接，再松開卡座，于是又可向上提升鉆頭。重復(fù)這一過程就可以把地下很深的鉆頭提升到地面 。 從式 ()可以看出，測量井深的關(guān)鍵在于統(tǒng)計井下鉆桿的數(shù)量。因為工作現(xiàn)場的特殊性，更換鉆桿的數(shù)量不能由人工輸入到計算機，只能由測量儀器自動判斷。由于鉆井過程復(fù)雜，在實際操作過程中會出現(xiàn)多次加鉆桿、減鉆桿的操作。因此準(zhǔn)確判斷增加、減少鉆桿的操作是確保統(tǒng)計井下鉆桿數(shù)量的關(guān)鍵。根據(jù)上面介紹，可以通過大鉤的位置和載荷來判斷是否在進(jìn)行增加、減少鉆桿的操作：若大鉤的載荷為零，說明鉆桿被卡座卡住，要進(jìn)行增加、減少鉆桿的操作。若大鉤載荷變?yōu)榱銜r大鉤的位置在井架的底部，表明要增加一根鉆桿；若大鉤載荷變?yōu)榱銜r大鉤的位置在井架的上部，表明要移去一根鉆桿。 大鉤與絞盤上的絞繩相連接，絞盤轉(zhuǎn)動控制絞繩的收放，從而實現(xiàn)大鉤的升降。在一臺特定的井架中，絞盤的直徑 D，絞繩的直徑、每層能纏繞的圈數(shù)是固定的。因此，通過測絞盤的轉(zhuǎn)動圈數(shù)與轉(zhuǎn)動位置，即可測量出大鉤的實際高度。 測量鉆壓原理 鉆壓測量，實際上就是對作 用于鉆頭上方的集中力進(jìn)行測量，常用應(yīng)變測試法。測量鉆壓時，工作應(yīng)變片貼在需要測量載荷的彈性元件上，溫度補償應(yīng)變片貼在不產(chǎn)生應(yīng)變的其他地方，用來進(jìn)行溫度影響的校正和偏移的校正，要求兩類 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 ? ?1 2????應(yīng)變片有相同的環(huán)境溫度和散熱條件，溫度補償應(yīng)變片貼在和需要測量載荷的彈性元件材料相一致的材料上測量，工作應(yīng)變片應(yīng)變 1? =? ，溫度補償應(yīng)變片應(yīng)變占： 2? =0。 為了使偏心載荷引起的 彎曲應(yīng) 變 力更加平均地被消除，常常串聯(lián)更多的應(yīng)變片，在相對 180176。 的兩個面上沿著彈性元件的軸線，分別貼了兩片工作應(yīng)變片 Rl和 R2，兩片溫度補償應(yīng)變片 R3 和 R4 在不產(chǎn)生應(yīng)變的垂直于軸線的方向上。在Rl和 R2 中，由 鉆 壓應(yīng)力產(chǎn)生的電阻變化大小相等、符號相同，而由彎曲應(yīng)力產(chǎn)生的電阻變化大小相等、符號相反，這樣，形成了全橋四應(yīng)變片測量方法，使用的兩個縱向應(yīng)變片和兩個橫向應(yīng)變片采用全橋接法，如圖 所示 。 圖 鉆壓測量原理示意圖 根據(jù)彈性元件界面所受的作用力等于元件的截面面積和應(yīng)力乘積的關(guān)系，軸向力的計算公式 為： （ 22） 式中： P 一彈性元件界面所受的作用力， N； ? 一應(yīng)力， Pa； A 一彈性元件截面面積， 2m ； E 一彈性模量， Pa。 根據(jù)所測軸 向力的大小，就可以得到鉆壓。 測量扭矩的原理