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2013年7月 第28卷第4期
2013年7月 第28卷第4期
Jul. 2013 Vol.28 No.4
Journal of Xian Shiyou University( Natural Science Edition)
文章编号:1673-064X(2013)04-0073-05
导向钻井下行通讯地面监控系统设计
霍爱清1,戴晨2
(1.西安石油大学陕西省钻机控制技术重点实验室,陕西西安710065;
2.西北有色金属研究院宝德粉末冶金有限责任公司,陕西西安710016)
摘要:针对变钻井液排量进行导向钻井下行通信设计了地面监控系统:给出了下行通讯指令传输系 统的组成及原理,并利用MATLAB 的图形用户界面(GUI) 设计了地面监控系统的主界面、信息回 放和指令下传等界面,实现了井下采集的数据回放、曲线绘制.根据变钻井液排量指令特点及编码 方式,实现了对下传指令的选择,并直观显示出选中的指令编码形式,完成对串行口通信参数的设 置,实现下传指令的发送.
关键词:导向钻井;下行通讯;变钻井液排量;地面监控系统;界面设计
中图分类号:TE928 文献标识码:A
在旋转导向钻井作业过程中,井下导向工具根 据地面控制系统发送的控制指令控制轨迹按预定的 设计轨迹逼近靶点(区).地面监控系统是旋转导 向钻井系统的控制中心,在钻井过程中,地面监控系 统根据接收到的井下数据,实时调整控制指令,经下 行通道,下传发送给井下导向工具,与井下旋转导向 钻井工具系统相互联系,实现控制指令的传送,指导 井下工具按照设计的轨迹钻井,实现不同功能要求 的操作.
1 下行通讯指令传输系统组成
下行通讯指令传输系统是旋转导向自动控制的 关键技术,它直接关系到整个控制系统的成败.下行 通讯传输系统主要包括地面监控系统、地面指令发 送控制系统、钻井液传输通道及井下接收装置及指 令解码系统,下行通讯传输系统组成原理框图如 图1所示.地面监控系统以监测井下发送的数据和 实现地面向井下发送控制指令为主要目标,是旋转 导向钻井系统下行通讯的关键环节,因此,设计一个 性能可靠的地面监控操作系统就显得十分重要.
泥浆池
泥浆池
泥浆泵
钻井液
井下接
收装置
指令识别
做井工
地面监控 系统
指令发送 控制系统
下传指令
图 1 导向钻井下行通讯指令传输系统原理示意图
Fig.1 Principle diagram of steering drilling downward
communication command transmission system
本文所讨论的旋转导向钻井下行信号传输[23] 是通过变钻井液排量的方法实现指令下传,利用井 下涡轮电机在线检测泥浆排量变化,并通过与之相 连接的接收解码装置的硬软件完成钻井下传信号的 处理、识别和解释任务,其下传指令编码如图2所 示.在不同指令编码发送时需要考虑针对不同的脉 宽形成的指令进行发送,这是地面监控系统设计时 的难点所在.
收稿日期:2013-01- 10
基金项目:国家自然基金项目(编;陕西省工业攻关计划项目(编号2010K07-09,2013K07- 16)
作者简介:霍爱清(1966-),女,副教授,博士,主要从事智能导向钻井下行通讯研究. E-mail:aqhuo@ xsyu.edu.cn
74 - 西安石油大学学报(自然科学版)
图2 下传指令编码示意图
Fig.2 Schematic diagram of downward communication
command coding
2 下行通讯地面监控系统总体设计
下行通讯地面监控系统总体要求能够实现导向 钻井信息的数据回放、地面下传指令的选择和发送. 利用 MATLAB GUI 图形用户界面设计的该系统具 有下传控制指令选择功能,能显示出下传指令的5 位有效指令脉宽;具有发送功能,通过串行接口将选 中的下传指令发送给地面指令生成控制系统,实现 实时的指令下传;同时还能将井下上传的信息实时 显示出来,能显示井下实测的工具面角、井斜角、泥 浆排量、井下温度、井下压力等有效的钻进信息,实 现各参数曲线的绘制,方便地面监控人员及时了解 井下钻进状态,做出调整下传指令的决策.
2.1 主界面设计
从系统功能实现的角度出发来构思总体设计, 主要设计3个界面,1个主界面,2个子界面.
主界面的设计要求:制作的界面应该简洁,布局 合理而又比较直观,易于操作.实现的功能: 一是显 示版权,二是能通过这个主界面进入指令下传界面 和信息回放界面,并能退出监控系统.
为此设计了一个简单的进入画面,显示设计者 信息、版本等.设定2个区,即说明
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