【正文】 的數(shù)據(jù)，并且按約定好的算法對接收到的數(shù)據(jù)進行校驗，對錯誤數(shù)據(jù)進行標記，然后放入陀螺數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中等待上位機讀??；216。 實時顯示井下儀器所處的深度和運動速度，方便操作人員對井下儀器的深度和速度進行控制；216。 實時監(jiān)測并顯示電纜張力，一方面防止井下儀器下放或上拉速度過快而造成電纜折斷，另一方面以便操作人員判斷井下儀器是否遇到阻力被卡住，而及時調整井下儀器的下方或上提速度速度；216。陀螺測斜接口的主要功能可以分為以下幾部分，216。這種結構的突出優(yōu)點是控制靈活、便于維護，能夠充分利用和發(fā)揮軟件的強大功能，減少了硬件規(guī)模，系統(tǒng)結構大大簡化，系統(tǒng)的體積大大縮小，成本大大降低，而系統(tǒng)的功能卻有所增強，具有很高的性能價格比。但應在此基礎上提高工藝水平，降低造價并使系統(tǒng)便于維護，減少硬件設計制作規(guī)模，增大軟硬件比例，以便使系統(tǒng)實現(xiàn)靈活可靠、經(jīng)濟、便于維護的特點。 陀螺測斜接口總體設計思想目前使用中的數(shù)控測井地面系統(tǒng)基本結構和設計思想大體一致，即以計算機為主控機，充分利用計算機的硬件資源再配以專用測井接口電路，以小規(guī)模的硬件設備同時輔以豐富的軟件支持來構成系統(tǒng)，這種結構已經(jīng)形成數(shù)控測井地面系統(tǒng)的主流[10]。最對研究生工作進行了總結。第五章主要介紹了聲波測井的背景知識。第四章介紹了陀螺測斜測試程序的開發(fā)。第二、三章分別介紹了陀螺測斜專用接口的硬件電路系統(tǒng)設計和單片機固件程序設計。聲波測井軟件主要繪制CBL(水泥膠結測井)、BI(水泥膠結指數(shù))、VDL(變密度測井)、SRT(3英尺源距接收器實測套管傳播時間)和常規(guī)測井曲線溫度、張力和壓力等，并實現(xiàn)這些曲線的保存、打印和回放。此接口需要完成的功能主要有：電壓、電流，張力，磁標記，CCL信號的采樣；馬丁代克信號的處理；與上位機和井下儀的通信。本論文是在設計陀螺測斜專用接口和聲波測井軟件開發(fā)的實際工作的基礎上，通過對工作進行總結、問題問題進行研究而寫成的。課題的具體任務是以現(xiàn)有的Dos平臺下軟件為依據(jù)，以Windows平臺下常規(guī)測井軟件為參考，采用VC++，開發(fā)運行在 Windows平臺下的數(shù)控聲波測井系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)整個軟硬件系統(tǒng)的協(xié)調工作。操作系統(tǒng)為其分配CPU的時間處理時隙。Windows操作系統(tǒng)采用多任務的運行方式：一個Windows平臺下可以同時運行多個應用程序，一個應用程序又可以由不止一個進程組成，而一個進程可以由不止一個線程組成?？朔薉OS下程序的不足。后者的名稱根據(jù)應用程序輸出設備的不同而不同。支持這種設備無關性的軟件在兩個動態(tài)鏈接庫中。設備無關性：即為Windows編寫的應用程序可以在多種類型的硬件設備上繪制圖形和輸出，這也是Windows的主要特點之一。3圖形化用戶界面：是Windows操作系統(tǒng)的重要特點之一。聲波測井系統(tǒng)的軟件運行平臺為Windows操作系統(tǒng)，因為Windows操作系統(tǒng)作為目前應用于個人計算機的主流操作系統(tǒng)具有以下特點：靈活的內存管理模式：Windows 的內存管理是線性的而不再象Dos操作系統(tǒng)那樣分段管理，每個進程（應用程序）都有它自己的32位虛擬地址區(qū)，各個進程的虛擬地址空間要比總的物理內存（RAM）大得多，并能提供給所有進程。隨著開關電源技術的發(fā)展，有必要采用體積小、重量輕、效率高的開關電源，不僅可以大大縮小陀螺測斜接口箱的體積，減輕機箱重量，而且還可以提高系統(tǒng)的可靠性。因此，將USB技術應用于數(shù)據(jù)的實時采集傳輸是非常適合的。而現(xiàn)在生產(chǎn)的PC幾乎都配備了USB接口，Microsoft的Windows系列以及Mac OS， Linux， FreeBSD等流行操作系統(tǒng)都增加了對USB的支持。因此，陀螺測斜地面系統(tǒng)的小型化成為測井行業(yè)的趨勢和潮流；2. 可靠性：原陀螺測斜地面系統(tǒng)由CPU板、深度A/D板、通訊接口板、顯示驅動板和顯示板等組成，把各功能模塊組合起來以完成測井信息的采樣與處理等功能。 陀螺測斜接口改進需求陀螺測斜專用接口改進是在原陀螺測斜接口箱的基礎上進行的，原有的陀螺測斜地面系統(tǒng)雖然已經(jīng)投入了生產(chǎn)應用，但在實際應用中也發(fā)現(xiàn)了一些問題有待改進，有的用戶也提出了新的要求和改進意見。測井數(shù)據(jù)的記錄方式也由最早的手工照相記錄，發(fā)展到60年代末的數(shù)字磁帶機記錄，再到后來的的在計算機上實現(xiàn)測井數(shù)據(jù)的處理、記錄、繪制曲線等[2]。要求測井儀可以控制聲波發(fā)射的強度、次數(shù)和時間；采集到的信號可以緩存；具有一定的容錯能力。數(shù)字聲波測井儀接收到來自地面的指令，根據(jù)相應的指令控制儀器工作。采用聲幅測量和全波變密度測量兩種技術相結合，可以有效的檢查套管和地層間水泥環(huán)的膠結質量(包括第一膠結面的膠結質量——水泥環(huán)和套管的膠結情況，第二膠結面的膠結質量——水泥環(huán)和地層間的膠結情況)。70年代初提出了可能的橫波速度測井儀，70年代末出現(xiàn)了長源距聲波全波列測井儀，80年代初研制出電磁驅動的偶極子橫波測井儀，80年代中期發(fā)展了陣列聲波測井儀，將常規(guī)井眼補償聲波與長源距聲系以及井徑等綜合測量，實現(xiàn)了對聲波全波列的數(shù)字化記錄，并對管波的紀錄予以重視 [6，7，8]。在電子技術、信息技術和計算機技術高度發(fā)達的今天，完全可以在不降低功能和性能甚至功能和性能有所提高的前提下大大簡化硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。圖 4 接口箱組成結構圖接口箱由STD總線機籠里插入STD總線接口板，CPU板、深度及A/D板、顯示驅動板、通訊板和前面板上的顯示板組成。圖 3 陀螺測斜系統(tǒng)結構圖傳統(tǒng)的陀螺測斜儀接口一般是由單片機擴展一系列外圍器件組成，結構復比較雜，例如：模擬信號采樣需要擴模擬多路選擇器、模/數(shù)轉換器、程控放大器等；與陀螺儀通信部分需要擴展曼徹斯特編解碼芯片（如HD15530）或擴展FPGA實現(xiàn)編解碼；與工控機通信部分則需要擴展USB接口芯片（如PDIUSBD12）或其他通信接口芯片。圖 2 陀螺測斜井下系統(tǒng)地面系統(tǒng)是一套專用的便攜式計算機測控、信號采集系統(tǒng)，它可對井下儀器實時控制，數(shù)據(jù)采集和處理，實時顯示、打印、存儲測井數(shù)據(jù)，并在測井現(xiàn)場完成測井資料的處理工作，主要由筆記本電腦、測控接口箱、電源、打印機幾部分構成。其中井下系統(tǒng)就是動調式陀螺測斜儀，它由減震器、慣性體、陀螺電路艙、電源艙、微機艙、磁定位器、馬籠頭等幾部分組成。由陀螺慣性原理可知，即使外界磁干擾很大，陀螺仍能保持原來的方位穩(wěn)定，因此，陀螺測斜儀也就成為在套管中進行定向測量的必備儀器。此前隨鉆測量儀、電子多點等測量儀器等測斜系統(tǒng)，考慮到抗震性能要求高，均采用磁通門傳感器來感應大地磁場，確定井眼方位。因此地面測井接口的專用化和小型化成為測井行業(yè)的趨勢和潮流。數(shù)控測井地面系統(tǒng)大都是大型車載式機柜系統(tǒng)，硬件配置齊全、功能強大、可以和多種井下儀器配套使用、能夠滿足各種測井作業(yè)的需要，但是它的體積龐大，在海上作業(yè)或長距離作業(yè)時，運輸安裝極為不便，影響了它的推廣使用。井下部分由井下儀、供電系統(tǒng)、電纜切換單元和信號監(jiān)測四部分組成。測量接口通過接口控制連接到井下儀器，常用的測井接口有深度測量接口、脈沖計數(shù)測量接口、A/D采樣測量接口、聲波測量接口、碳氧比測量接口、陀螺測斜接口、DDL3組合測井儀測量接口等。主要完成對下位機系統(tǒng)各個接口的管理和控制功能，并實現(xiàn)對測井數(shù)據(jù)的處理、顯示、存儲、打印和回放等功能。圖1 數(shù)控測井系統(tǒng)結構● 上位機系統(tǒng)主要以工控機(或者便攜電腦)為中心，輔助以打印機和示波器等外部設備。數(shù)控測井系統(tǒng)通常由三部分組成：上位機、下位機和井下儀器。已形成從測量油井各種基本物理參數(shù)如陀螺測斜儀、多參數(shù)測井儀，到具有油井分析系統(tǒng)功能的如碳氧比能譜測井儀等多種類系列測井儀器。相繼和勝利油田、滇黔貴石油鉆探公司、江漢測井研究院、大慶油田測研所等單位建立了合作關系。國內的數(shù)控測井系統(tǒng)從八十年代開始發(fā)展，之前國外石油公司的測井系統(tǒng)一直處于壟斷位置，如Mobil石油公司、Shell石油公司和Schlumberger石油公司。隨著勘探和開發(fā)更復雜更隱蔽的油氣藏的發(fā)展，對測井也提出了更高的要求，薄層、薄互層、裂縫性儲層低孔隙低滲透層、復雜巖性的評價；高含水油田的開發(fā)中剩余油飽和度及其分布的確定；固井質量、套管損壞等工程測井問題及地層壓力、非均質和各向異性等問題需要測井從方法理論到測量技術有更新的發(fā)展，正是在這樣的背景下，測井現(xiàn)在正向成像測井階段發(fā)展。測量時，在井下將各種儀器信號變換為數(shù)字信號，通過不同的編碼—解碼技術將信號沿電纜送至地面，輸入計算機，這樣有利于下井儀的設計和更新，也有利于整個數(shù)控測井系統(tǒng)的擴展。數(shù)控測井儀實質上是一臺以計算機為中心的遙控遙測系統(tǒng)，各種下井儀器作為計算機的外設，通過電纜通訊系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和計算機對下井儀的控制。新測井方法不斷出現(xiàn)，如電磁波傳播測井，碳/氧(C/O)能譜測井，其下井儀器復雜，為提高精度，須在測井過程中對儀器的某些參數(shù)實現(xiàn)“實時”控制和調節(jié) (雙側向測井對屏蔽電流的“實時”調節(jié)等)，數(shù)字測井已經(jīng)不能滿足要求，計算機技術的高速發(fā)展提供了解決問題的途徑。這是測井技術發(fā)展的要求，測井方法的增多，特別是地層傾角測量的出現(xiàn)和聲波變密度測井都要求高速采集地下信號，此外，某些測井方法要求在井場作一些校正、補償和簡單的計算，如中子測井計算中子孔隙度、密度測井進行脊肋校正等。第二階段是數(shù)字測井階段。用靈敏度高的檢流計測量回路電流得到探測系統(tǒng)測量端間的電位差變化，反映地層物理參數(shù)(電阻率、聲波速度等)隨深度的變化，記錄在照相紙或膠片上，模擬記錄的特點是采集的數(shù)據(jù)量小，傳輸速率低。測井的發(fā)展大致可以分為四個階段[2]：第一階段是模擬記錄階段。至于在這些地質構造中是否真的含有石油或天然氣，以及石油或天然氣的儲量是多少，最終都要靠測井來證實。地球物理測井 (簡稱“測井”) 技術是伴隨石油工業(yè)而產(chǎn)生和發(fā)展起來的一門學科，屬于地球物理學的一個分支。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。北京航空航天大學碩士學位論文學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。本人授權湖南科技大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。作者簽名： 日期： 年 月 日 導師簽名： 日期： 年 月 日第一章 緒論石油作為現(xiàn)代社會的最重要能源之一，隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，人類社會對石油的需求量越來越大，人們對石油勘探和采集的投資也在不斷增加，隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，用于石油勘探的設備和技術涉及到許多技術和領域，從微電子技術到計算機技術、從機械制造到材料科學、從地質學到地球物理學等學科，幾乎無所不包。為了尋找石油和天然氣，一般要根據(jù)地質科學的研究，先在有利于石油和天然氣生產(chǎn)和存儲的地區(qū)進行地質調查和地球物理勘探，找出可能存儲石油和天然氣的各種地質構造。測井分為勘探測井和生產(chǎn)測井兩種，前者為了找石油，了解地層物理結構；后者是在石油開采過程中，為了提高采油效率，測量掌握與采油有關的油井情況 (如井徑尺寸、鉆井偏斜度等)、地層情況 (如油層深度、油/水比等) [1]。從測井誕生到60年代末，都使用模擬記錄測井儀器。使用的主要測井方法有聲速(縱波)測井、感應測井和普通電阻率測井，配之以井徑測井、自然電位測井和自然伽馬測井等。自60年代來，測井儀器從模擬記錄過渡到數(shù)字記錄。第三階段是數(shù)控測井階段。70年代末發(fā)展了數(shù)控測井儀。儀器檢測、測量數(shù)據(jù)處理和顯示、曲線回放等都通過軟件實現(xiàn)。第四階段是成像測井階段。 目前的測井手段仍以數(shù)控測井為主。勝利－北航鉆井測控研究中心自1985年開發(fā)石油測井儀器以來，始終以達到國際先進技術水平為目標，制定適合國情的研制方案。在國內率先將單片微處理器及計算機技術應用于石油測井儀器中。這些測井儀器的成功應用打破了外國公司在測井儀器領域的壟斷，填補了我國測井儀器行業(yè)的空白。上位機和下位機主要通過串口、并口或自行開發(fā)的總線擴展槽連接，而下位機和井下儀器則通過模擬電纜連接，數(shù)控測井系統(tǒng)的結構如圖1所示[2, 3]。數(shù)控測井軟件系統(tǒng)的大部分軟件也包含于其中?！?下位機系統(tǒng)主要有供電部分、模擬部分和各種測量接口部分等組成。● 井下部分負責采集數(shù)據(jù)，然后將其傳送給下位機系統(tǒng)。常用的井下儀器有聲波儀、CCL儀、陀螺測斜儀、碳氧比能譜測井儀和自然伽馬儀等。特別是面對單一的測井任務，也需要將整個數(shù)控測井系統(tǒng)用車拉到現(xiàn)場，浪費了系統(tǒng)資源，也浪費了人力物力。 陀螺測斜簡介應用在石油測井領域的陀螺測斜儀是20世紀90年代初期才發(fā)展起來的一種不受地質和周圍環(huán)境影響的精確油井導向系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用動力調諧式撓性速率陀螺為核心傳感器，可測量目標位置的方位，井斜、工具面等工程參數(shù)，從而獲得油井的空間軌跡，同時也可為定向鉆井提供導向信息。而在套管中由于存在鐵磁質材料，大地磁場受到屏蔽或干擾比較大，上述測量儀器確定的方位就不準確了。陀螺測斜系統(tǒng)分為地面系統(tǒng)和井下系統(tǒng)兩部分[4]。其結構如圖2所示。其系統(tǒng)構成如圖3所示。圖4為某型號陀螺測斜接口箱結構。這種結構板卡過多，而且在實際測井工作中也經(jīng)常出現(xiàn)板卡松動的現(xiàn)象，因此需要把板卡整合在一起，既能減小體積，又能提高可靠性。 聲波測井簡介50年代出現(xiàn)了聲波測井儀器，60年代末提出了偶極子源能直接激發(fā)橫波信號，可以解決軟地層中橫波勘探的問題。聲波探測數(shù)控石油測井系統(tǒng)主要應用是在固井后，檢查和評價水泥固井的工程質量。同時水泥抗壓強度和套管破裂等油管固井工程質量問題都是十分重要的評價內容[9]。在井下按規(guī)定的時序發(fā)射聲脈沖信號，用傳感器陣列接收經(jīng)地層傳播的聲波信號，將該信號數(shù)字化處理后傳輸?shù)降孛?，地面系統(tǒng)將接收到的數(shù)據(jù)進行處理以獲取