【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文）任務(wù)書題 目導(dǎo)向鉆井地面指令下傳及信息回放系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及基本要求在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井作業(yè)過(guò)程中，井下導(dǎo)向工具根據(jù)地面控制系統(tǒng)發(fā)送的控制指令控制軌跡按預(yù)定的設(shè)計(jì)軌跡逼近靶點(diǎn)（區(qū)）。導(dǎo)向鉆井信息地面回放系統(tǒng)是整個(gè)下行系統(tǒng)的起始單元和控制中心，向地面人員顯示基本的、直觀的鉆進(jìn)信息，并提供各種下行控制指令，使現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員清楚的掌握和分析鉆頭所在位置以及井下導(dǎo)向工具對(duì)井眼軌跡的控制情況，實(shí)現(xiàn)地面人員對(duì)井下導(dǎo)向工具進(jìn)行監(jiān)控。1. 簡(jiǎn)單了解下行通信地面控制系統(tǒng)的基本原理。2. 學(xué)習(xí)了解各類人機(jī)交換界面設(shè)計(jì)程序的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)。3. 完成相關(guān)資料檢索和開(kāi)題報(bào)告。4. 應(yīng)用MATLAB進(jìn)行人機(jī)交換界面設(shè)計(jì)程序。5. 進(jìn)行導(dǎo)向鉆井信息地面指令下傳界面和數(shù)據(jù)回放界面總體設(shè)計(jì)。6. 地面指令下傳界面具有下傳控制指令發(fā)送功能，能顯示出當(dāng)前指令的5位有效指令脈寬。7. 數(shù)據(jù)回放界面能顯示井下存儲(chǔ)的有效信息，如工具面角、井斜角、泥漿排量、井下溫度、渦輪電機(jī)電壓等信息，并作出各自的曲線，并能存儲(chǔ)。8. 完成論文的寫作和15000字符以上的英文資料翻譯。設(shè)計(jì)（論文）起止時(shí)間 年 月 日 至 年 月 日設(shè)計(jì)（論文）地點(diǎn)指導(dǎo)教師簽名年 月 日系（教研室）主任簽名年 月 日學(xué)生簽名年 月 日導(dǎo)向鉆井地面指令下傳及信息回放系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)摘 要：近年來(lái)，石油鉆探技術(shù)有了很大的發(fā)展，特別是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的發(fā)展，使鉆井向著自動(dòng)化方向邁進(jìn)。下行通訊地面控制系統(tǒng)是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井下行通訊系統(tǒng)的重要組成部分，鉆井作業(yè)的實(shí)際需要和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向閉環(huán)鉆井系統(tǒng)的功能組成決定了由地面監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)下傳控制指令、進(jìn)行下行通訊的必要性。在這種需求下，一個(gè)性能可靠的操作界面的設(shè)計(jì)就很有必要。本文完成了導(dǎo)向鉆井地面指令下傳及信息回放系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換界面的設(shè)計(jì)， 在實(shí)現(xiàn)了指令下傳及信息回放的基礎(chǔ)上，完成導(dǎo)向鉆井信息地面指令下傳界面和數(shù)據(jù)回放界面總體設(shè)計(jì)。利用MATLAB GUI圖形用戶界面設(shè)計(jì)了具有下傳控制指令發(fā)送功能、能顯示出當(dāng)前指令的5位有效指令脈寬的地面指令下傳界面，設(shè)計(jì)了能顯示工具面角、井斜角、泥漿排量、井下溫度、壓力等井下存儲(chǔ)的有效信息的窗口，并且實(shí)現(xiàn)了畫出各參數(shù)曲線并進(jìn)行存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)回放界面，使用戶不必直接面對(duì)枯燥的程序代碼，就可以完成各種數(shù)據(jù)的采集和操作。界面運(yùn)行后顯示出設(shè)計(jì)合理、簡(jiǎn)潔明了、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)，能充分滿足指令下傳、信息回放及存儲(chǔ)的要求。關(guān)鍵詞：MATLAB GUI；導(dǎo)向鉆井；信息回放；指令下傳The Interface Design of Steering Drilling Ground Instruction Downwards and Information Playback System Abstract：In recent years, oil drilling technology has been greatly developed, especially the rotary steering drilling technology. Downlink munications ground control system is an important part of the rotary steering drilling downlink munication system. The actual needs of the drilling and the functional ponents of the rotary steering drilling closedloop system determine the necessity of downstream control instructions and downlink munication that achieve it use ground monitoring system. A reliable interface design is necessary to satisfy these demands. The interface design of steering drilling ground instruction download and information playback system were pleted in this article. On the basis of achieve instruction download and information playback，plete the ground mand of the steering drilling information download interface and design of the data playback interface. The current instruction transfer interface was designed using MATLAB GUI graphical user interface the function that contain control mands sent downstream，show five effective instruction pulse width of the ground under the direction of，the window was designed that can display the tool face angle，deviation angle，mud displacement，underground storage of down hole temperature，pressure and other useful information，Then the playback interface was draw that can plot the respective curves and the data stored in，so that users do not have to directly face the boring code，and can plete the acquisition and operation of a variety of data. After running this interface, the design show the good characteristics of reasonable，clear，concise，accuracy，advantages，and can fully meet the requirements under the direction of transfer，playback and storage requirements.Keywords： MATLAB GUI。 steering drilling。 information playback。 instruction downwards munication 目 錄1. 緒 論 1 引言 1 研究的目的及意義 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 論文研究的主要內(nèi)容 3 文本工作安排 32 MATLAB GUI軟件的介紹 4 4 MATLAB的功能及應(yīng)用領(lǐng)域 4 MATLAB簡(jiǎn)介 4 軟件功能 4 運(yùn)行環(huán)境 4 MATLAB GUI 工具介紹 4 MATLAB GUI 的一般設(shè)計(jì)步驟 6 創(chuàng)建圖形界面用戶的具體操作 6 10 鉆井信息地面與井下雙向通信原理 10 鉆井液脈沖信號(hào)下傳方案 10 下行通訊編碼設(shè)計(jì) 11 1工具面角方位的關(guān)系 12 14 兩種界面設(shè)計(jì)的方法 14 圖形用戶界面的設(shè)計(jì) 14 界面總體布局 15 主界面的設(shè)計(jì) 15 指令編碼界面的設(shè)計(jì) 17 信息回放界面的設(shè)計(jì) 195界面的運(yùn)行與程序調(diào)試 22 首頁(yè)界面的演示 22 指令編碼界面的運(yùn)行 22 信息回放界面的運(yùn)行 23 程序的調(diào)試 25６ 總 結(jié) 26參考文獻(xiàn) 27致謝 29附錄 301 緒 論 引言 導(dǎo)向鉆井在石油開(kāi)采中，占有著重要的地位。由于資源的限制和不可實(shí)現(xiàn)性，本文通過(guò)利用MATLAB GUI模擬、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出導(dǎo)向鉆井指令下傳及信息回放界面。在一定環(huán)境下，用MATLAB GUI強(qiáng)大的功能支持下，讓人更加深刻地了解與導(dǎo)向鉆井有關(guān)的知識(shí)。 研究的目的及意義隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全球各行業(yè)對(duì)石油天然氣的需求急劇增加，這就對(duì)油氣井的鉆采效率、對(duì)復(fù)雜油氣藏的開(kāi)采提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。隨著石油鉆井學(xué)科的不斷發(fā)展，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的產(chǎn)生避免了常規(guī)鉆井技術(shù)中由于頻繁起鉆下鉆帶來(lái)的一系列問(wèn)題，比如井眼軌跡不規(guī)則從而加大鉆具的摩阻和扭矩、鉆進(jìn)過(guò)程不連續(xù)影響鉆井效率、井眼延伸距離有限使得開(kāi)采復(fù)雜油藏受限。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井法是代導(dǎo)向鉆井的發(fā)展方向，鉆進(jìn)時(shí)的摩阻與扭矩小、鉆速高、鉆頭進(jìn)尺多、井身軌跡平滑易調(diào)控、建井周期短成本低，適應(yīng)開(kāi)采復(fù)雜結(jié)構(gòu)井的需要，其先進(jìn)性、優(yōu)越性、方向性表明了它是現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井工程的研究重點(diǎn)[1]和發(fā)展方向。下行通訊地面控制系統(tǒng)是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井下行通訊系統(tǒng)的重要組成部分。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向閉環(huán)鉆井系統(tǒng)的核心是井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具、地面與井下雙向信息傳輸系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)等。在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井過(guò)程中，地面需要不斷給井下工具發(fā)送控制指令，以控制軌跡按預(yù)定的設(shè)計(jì)軌跡逼近靶點(diǎn)（區(qū)）。地面監(jiān)控系統(tǒng)是旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的指揮中心，在鉆井過(guò)程中，地面監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)井下數(shù)據(jù)作出控制指令，經(jīng)下行通訊通道，下傳發(fā)送給井下導(dǎo)向工具，與井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)相互聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)控制指令的傳送，指導(dǎo)井下工具按照設(shè)計(jì)的軌跡鉆井，實(shí)現(xiàn)不同功能要求的操作[2]。因此，鉆井作業(yè)的實(shí)際需要和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向閉環(huán)鉆井系統(tǒng)的功能組成決定了由地面監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)下傳控制指令、進(jìn)行下行通訊的必要性。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的誕生已有20多年，在這一不算短暫的時(shí)期內(nèi)，石油鉆井技術(shù)從控制理論到測(cè)量技術(shù)和井下工具都在不斷地完善。掌握了下行通訊技術(shù)特別是地面下傳信息在井下的接收并投入商業(yè)應(yīng)用的國(guó)際公司實(shí)現(xiàn)了對(duì)井眼軌跡的閉環(huán)控制，其代表性產(chǎn)品[3]有：Baker Hughes公司的Auto Trak旋轉(zhuǎn)閉環(huán)自動(dòng)鉆井系統(tǒng)，Schlumberger公司的Power Drive調(diào)制式全旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向自動(dòng)鉆井系統(tǒng)，Halliburton公司的GeoPilot旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向自動(dòng)鉆井系統(tǒng)，這些產(chǎn)品都屬于全閉環(huán)自動(dòng)控制的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。閉環(huán)自動(dòng)控制的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)主要由地面監(jiān)控系統(tǒng)、井下偏置導(dǎo)向執(zhí)行工具、井下微處理控制器、MWD/LWD（Measure While Drilling/ Logging While Drilling）等測(cè)量?jī)x器以及雙向通訊通道組成。閉環(huán)控制鉆頭的運(yùn)動(dòng)軌跡是指井下導(dǎo)向執(zhí)行工具與井下測(cè)量控制系統(tǒng)之間的小閉環(huán)，以及井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)與地面監(jiān)控系統(tǒng)之間的大閉環(huán)這兩種方式。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的研究多集中在實(shí)現(xiàn)大閉環(huán)控制上。雙閉環(huán)控制方式示意圖如圖11所示。圖11 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)井眼軌跡控制方式由于MWD技術(shù)的成熟[6]，井下地層參數(shù)、工藝參數(shù)、井眼軌道的幾何參數(shù)等通過(guò)泥漿脈沖上傳基本能滿足工程要求，而信號(hào)從地面發(fā)送到井下與MWD技術(shù)上傳通訊的實(shí)現(xiàn)方案、信號(hào)傳輸方式和采集檢測(cè)方法都存在不同之處，加之受鉆井液粘性阻力和管路系統(tǒng)彈性變形的影響，鉆井液脈沖在傳輸過(guò)程中存在明顯的衰減和延遲，所以不能簡(jiǎn)單地在現(xiàn)有MWD技術(shù)基礎(chǔ)上增加信號(hào)下傳功能[4]。在Auto Trak系統(tǒng)中，它的井下測(cè)量控制系統(tǒng)安裝在一個(gè)穩(wěn)定測(cè)控平臺(tái)上，這個(gè)平臺(tái)由通過(guò)軸承相連的可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)心軸和不旋轉(zhuǎn)外套組成，旋轉(zhuǎn)心軸的上方連接鉆柱、下方連接鉆頭，其作用是傳遞壓力、扭矩及輸送鉆井液；不旋轉(zhuǎn)外套上安裝有井下微處理器、控制電路、偏置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。井下CPU里預(yù)置了井身軌跡數(shù)據(jù)，可在井下將隨鉆測(cè)量的數(shù)據(jù)與預(yù)置的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，然后操縱其獨(dú)立的液壓系統(tǒng)來(lái)控制偏置導(dǎo)向工具，完成導(dǎo)向功能，這也即是井下小閉環(huán)控制；而它的地面監(jiān)控系統(tǒng)也可通過(guò)下行通訊向井下發(fā)送指令，根據(jù)實(shí)際鉆井工作狀況調(diào)整設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井身軌跡的精確控制，這也即是大閉環(huán)控制。該系統(tǒng)的下行通道采用調(diào)制鉆井液排量來(lái)承載指令信息。由此可見(jiàn)，泥漿脈沖方式的下行通訊已經(jīng)成熟并且應(yīng)用于實(shí)際，不過(guò)該技術(shù)的編碼方式、解碼方法、接收裝置等關(guān)鍵技術(shù)仍未公開(kāi)，國(guó)內(nèi)的一些公司與研究機(jī)構(gòu)依舊都在積極參與這方面的研究，力求解決下行信息傳輸這一難題。地面監(jiān)控系統(tǒng)向井下旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具系統(tǒng)的控制器發(fā)送信息，傳輸通道是信息的傳輸媒介，下行通訊問(wèn)題就是尋找與信號(hào)最為匹配的信道，并采用一定的編碼形式由信道傳輸，最后由信息接收裝置解碼接收。在信息傳送中，選擇泥漿脈沖作為下行通道，信息的接收端是井下泥漿發(fā)電機(jī)，井下控制器監(jiān)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化，識(shí)別編碼信息并解碼得到控制信號(hào)[5]。但是在地面向井下發(fā)送控制命令時(shí)，為了比較精確地控制轉(zhuǎn)速，需要抬起鉆頭避免旋轉(zhuǎn)時(shí)與井底的摩擦力。在信息傳送中，同樣選擇泥漿脈沖作為下行通道，只是信息編碼是利用泥漿流速的變化。